2011-10-17 1
§ 6 构造设计
一,概述
二,防渗体
三,排水
四,反滤层
五,护坡
六,坝顶
七,土工合成材料
2011-10-17 2
土石坝设计步骤,
初拟剖面 → 渗流计算 → 稳定计算 → 材料设计 → 构造设计
→ 地基处理
构造设计目的,
保障坝的安全和正常运行
构造设计内容,
防渗体、排水设备、护坡、坝顶
一、概述
2011-10-17 3
作用,降低浸润线，保证下游坡稳定；降低渗流量，
防止渗透变形。
类型,
按防渗体材料性质分：塑性材料（粘土、沥青）和刚
性材料（混凝土）；
按位置分：斜墙、心墙。
二、防渗体
2011-10-17 4
2011-10-17 5
1、土质防渗体：心墙、斜墙
土质防渗体断面满足渗透比降、下游浸润线和渗流量以
及施工、结构稳定要求，自上而下逐渐加厚，顶部水平宽度
≥ 3m，底部厚度，斜墙不小于水头的 1/5，心墙不宜小于水
头的 1/4。
防渗体顶部要高出正常水位，超高斜 0.8～ 0.6m,心
0.6～ 0.3m。非常运用条件下，防渗体顶部不低于非常运用
条件的静水位。有防浪墙时不低于正常水位。
防渗体顶部预留竣工后沉降超高。
土质防渗体顶部和土质斜墙上游应设保护层。保护层厚
度（包括上游护坡垫层）应不小于该地的冻结和干燥深度。
心墙、斜墙与坝壳和截水槽与坝基透水层之间，以及下
游渗流逸出处，都必须设置反滤层。
2011-10-17 6
2、沥青混凝土防渗墙
优点,
防渗好,K=10-7～ 10-10cm/s；
塑性好，适应变形；
厚度小；
受气候影响小。
要求：强度、热稳定性、和易性、柔性、水稳定性
沥青斜墙,
沥青不漏水，不需设排水；一层即可；斜墙与基础连接
要适应变形，柔性结构。
沥青心墙
受外界温度影响小，结构简单，修补困难；
厚度 H/30，顶厚 30～ 40cm；
上游侧设粘性土过渡层，沥青墙坏了可补救；
下游侧设排水。
2011-10-17 7
2011-10-17 8
沥青心墙与沥青斜墙比较,
优点,
不受气候影响，可以采用渣油；
施工简单；
与坝基连接易；
抗振性好；
沉陷不容易开裂；
与坝体同时施工，早期可蓄水。
缺点,
厚度大；
与坝体同时施工影响进度；
检查维修困难。
3、混凝土防渗体
用于堆石坝、土石混合坝
2011-10-17 9
三、排水
作用：降低浸润线和孔隙压力，改变渗流方向，防止渗流出
逸处产生渗透变形，保护坝坡土不产生冻胀破坏。
设计要求,
?能自由地向坝外排出全部渗透水；
?应按反滤要求设计；
?便于观测和检修
常见的排水形式,
1、棱体排水；
2、贴坡排水；
3、坝体内排水；
4、综合排水，综合以上几种。
2011-10-17 10
形式选择依据：坝型、下游水位、坝基地质、气候、材
料及施工条件。
设计要求,
? 能自由地向坝外排出全部渗透水；
? 应按反滤要求设计；
? 便于观测和检修
1、棱体排水
结构：下游坡脚用块石堆成的棱体，顶宽 1～ 2m，坝坡
（内 1,1～ 1,1.5、外 1,1.5～ 1,2.0）
优点：降低浸润线，防止坝坡冻胀，保护下游不受尾水淘
刷，增加稳定
缺点：石料用量大，费用高，与坝体施工干扰，检修困难
2011-10-17 11
2011-10-17 12
2、贴坡排水
结构：在下游坝坡表面用一二层堆石或砌石加反滤层铺
设成
优点：构造简单、用料省，施工方便，易检修
缺点：不能降低浸润线位置，受冰冻失效
适用于中小型工程下游无水均质坝或浸润线较低的中等
高度坝。
3、褥垫排水
结构：沿坝基面平铺的由块石组成的水平排水层、外包
反滤层
优点,
缺点：对不均匀沉降适应性差，易断裂，难检修，下游
水位高时降低浸润线效果不明显
其它
2011-10-17 13
2011-10-17 14
四、反滤层
作用,滤土排水，防止水工建筑物在渗流逸出处遭受管
涌、流土等渗流变形的破坏以及不同土层界面的接触冲刷。
在下游侧具有承压水的土层，还可起压重作用。
位置,在土质防渗体与坝壳或坝基透水层之间，以及渗
流逸出处或进入排水处
要求,
相邻层细粒不能穿过粗粒空隙 D/d<7～ 20
各层稳定，不能移动
不能被细粒堵塞
耐久稳定，不改变性质
材料：粒径均匀，抗风化的砂、卵石、碎石等
过渡层,避免刚度相差较大的两种土料之间产生急剧的
变形和应力
反滤层可以起过渡层作用，但过渡层不能做反滤层。
2011-10-17 15
反滤层类型,
(1)Ⅰ 型反滤：其特点是反滤层位于被保护土层的下部，渗
流方向主要由上向下，如褥垫排水；
(2)Ⅱ 型反滤：其特点是反滤层位于被保护土层的上部，渗
流方向主要由下向上，如减压沟的反滤层。
渗流方向近乎水平或倾斜向，反滤层近乎垂直或倾斜向的情
况，属于过渡型，如贴坡反滤等，可归为 Ⅰ 型。
2011-10-17 16
反滤层的设计内容
反滤层的设计可分为保护无粘性土和保护粘性土两大类，
设计内容有,
?确定反滤层的类型；
?根据滤土准则，确定反滤层的级配或选择土工织物产品。并
据以选择宜于作反滤层的天然料场或确定人工筛选的任务。
?对砂砾反滤料确定反滤层的厚度和层数；
?鉴定反滤料的透水性，对土工织物反滤层还应鉴定淤堵性；
?有纵向渗流时，鉴定沿反滤层和被保护土层接触面的冲刷稳
定性
2011-10-17 17
原因,
上游坡面受波浪淘刷、顺坡水流冲刷、冰层和漂浮物
等的危害作用；下游受雨水、大风、尾水波浪、冰层和水
流作用以及动物、冻胀干裂。
类型,
砌石护坡（干砌）：单层厚 0.3～ 0.35m，双层 0.4～
0.6m，垫层 0.15～ 0.25m，自坝顶至最低水位以下 1.5～
2.0m
堆石护坡：厚 0.5～ 0.9m，垫层 0.4～ 0.5m，与砌石护
坡相比，用石料多，省工，消浪好。
其它：浆砌石、沥青混凝土、混凝土、钢筋混凝土等
下游：碎石、砌石、草皮、表面排水沟、阶梯、马道
五、护坡
2011-10-17 18
2011-10-17 19
六、坝顶
坝顶盖面材料应根据当地材料及坝顶用途确定，宜采
用密实的沙砾石、碎石、单层砌石或沥青混凝土等柔性材
料。
坝顶面可向上、下游侧或下游侧放坡。坡度根据降雨
强度，在 2%～ 3%内选，并做好向下游的排水系统。
坝顶上游侧宜设置防浪墙，墙顶高出坝顶 1～ 1.2m，防
浪墙必须与防渗体紧密结合。防浪墙应坚固不透水，结构
尺寸根据稳定、强度计算确定，并设置伸缩缝，做好止水。
地震区应核算防浪墙的动力稳定性。
坝顶结构与布置应经济、实用，建筑艺术处理美观大
方，与周围环境协调。坝顶还要设置相应的照明措施、栏
杆等安全措施。
2011-10-17 20
1-浆砌石防浪墙； 2-钢筋混凝土防浪墙； 3-坝顶路面； 4-沙砾坝壳；
5-心墙； 6-方柱； 7-排水管； 8-回填土
坝顶路面和浆砌石防浪墙 钢筋混凝土防浪墙
2011-10-17 21
2011-10-17 22
七、土工合成材料
以人工合成的聚合物为原料制成的土工织物和土工膜，
分别代表透水材料和不透水合成材料 。
优点,
重量轻、整体性好、产品规格化、强度高、耐高温、
耐腐蚀、运输方便、施工简易
土工织物：编织物、机织物、无纺织物及复合织物
土工膜：高分子聚合物、沥青土工膜
2011-10-17 23
采用土工合成材料作 反滤、排水设施 的主要工程有,
1 铁路、公路反滤、排水设施。
2 挡墙后排水系统。
3 岸墙后填土排水系统。
4 隧洞、隧道衬砌后排水系统。
5 土石坝过渡层；灰坝、尾矿坝反滤层。
6 防渗铺盖下排气、排水系统。
7 农田水利工程、减压井、农用井等外包体。
8 地基处理塑料排水带预压工程。
2011-10-17 24
采用土工合成材料 防渗 的主要工程有,
1 土石坝、堆石坝、砌石坝和碾压混凝土坝。
2 堤、坝前水平防渗铺盖，地基垂直防渗层。
3 尾矿坝、污水库坝身及库区。
4 施工围堰。
5 渠道、蓄液池（坑、塘）。
6 废料场。
7 地铁、地下室和隧道、隧洞防渗衬砌。
8 路基。
9 路基及其它地基盐渍化防治。
10 膨胀土和湿陷性黄土的防水层。
11 屋面防漏。
2011-10-17 25
采用土工合成材料进行 防护 的主要工程有,
1 江、河、湖、海和渠道、储液池护坡、护底。
2 水下结构基础防冲。
3 道路边坡防冲。
4 涵闸工程护底。
5 泥石流和悬崖侧建筑物障墙防冲。
6 应急防汛措施。
7 沙漠地区砂篱滞砂和固砂。
8 军工弹药库防爆。
9 严寒地区防冻措施。
10 道路防止盐渍化措施。
11 边坡土钉加固等。
2011-10-17 26
2011-10-17 27
§ 6 构造设计
一,概述
二,防渗体
三,排水
四,反滤层
五,护坡
六,坝顶
七,土工合成材料
2011-10-17 2
土石坝设计步骤,
初拟剖面 → 渗流计算 → 稳定计算 → 材料设计 → 构造设计
→ 地基处理
构造设计目的,
保障坝的安全和正常运行
构造设计内容,
防渗体、排水设备、护坡、坝顶
一、概述
2011-10-17 3
作用,降低浸润线，保证下游坡稳定；降低渗流量，
防止渗透变形。
类型,
按防渗体材料性质分：塑性材料（粘土、沥青）和刚
性材料（混凝土）；
按位置分：斜墙、心墙。
二、防渗体
2011-10-17 4
2011-10-17 5
1、土质防渗体：心墙、斜墙
土质防渗体断面满足渗透比降、下游浸润线和渗流量以
及施工、结构稳定要求，自上而下逐渐加厚，顶部水平宽度
≥ 3m，底部厚度，斜墙不小于水头的 1/5，心墙不宜小于水
头的 1/4。
防渗体顶部要高出正常水位，超高斜 0.8～ 0.6m,心
0.6～ 0.3m。非常运用条件下，防渗体顶部不低于非常运用
条件的静水位。有防浪墙时不低于正常水位。
防渗体顶部预留竣工后沉降超高。
土质防渗体顶部和土质斜墙上游应设保护层。保护层厚
度（包括上游护坡垫层）应不小于该地的冻结和干燥深度。
心墙、斜墙与坝壳和截水槽与坝基透水层之间，以及下
游渗流逸出处，都必须设置反滤层。
2011-10-17 6
2、沥青混凝土防渗墙
优点,
防渗好,K=10-7～ 10-10cm/s；
塑性好，适应变形；
厚度小；
受气候影响小。
要求：强度、热稳定性、和易性、柔性、水稳定性
沥青斜墙,
沥青不漏水，不需设排水；一层即可；斜墙与基础连接
要适应变形，柔性结构。
沥青心墙
受外界温度影响小，结构简单，修补困难；
厚度 H/30，顶厚 30～ 40cm；
上游侧设粘性土过渡层，沥青墙坏了可补救；
下游侧设排水。
2011-10-17 7
2011-10-17 8
沥青心墙与沥青斜墙比较,
优点,
不受气候影响，可以采用渣油；
施工简单；
与坝基连接易；
抗振性好；
沉陷不容易开裂；
与坝体同时施工，早期可蓄水。
缺点,
厚度大；
与坝体同时施工影响进度；
检查维修困难。
3、混凝土防渗体
用于堆石坝、土石混合坝
2011-10-17 9
三、排水
作用：降低浸润线和孔隙压力，改变渗流方向，防止渗流出
逸处产生渗透变形，保护坝坡土不产生冻胀破坏。
设计要求,
?能自由地向坝外排出全部渗透水；
?应按反滤要求设计；
?便于观测和检修
常见的排水形式,
1、棱体排水；
2、贴坡排水；
3、坝体内排水；
4、综合排水，综合以上几种。
2011-10-17 10
形式选择依据：坝型、下游水位、坝基地质、气候、材
料及施工条件。
设计要求,
? 能自由地向坝外排出全部渗透水；
? 应按反滤要求设计；
? 便于观测和检修
1、棱体排水
结构：下游坡脚用块石堆成的棱体，顶宽 1～ 2m，坝坡
（内 1,1～ 1,1.5、外 1,1.5～ 1,2.0）
优点：降低浸润线，防止坝坡冻胀，保护下游不受尾水淘
刷，增加稳定
缺点：石料用量大，费用高，与坝体施工干扰，检修困难
2011-10-17 11
2011-10-17 12
2、贴坡排水
结构：在下游坝坡表面用一二层堆石或砌石加反滤层铺
设成
优点：构造简单、用料省，施工方便，易检修
缺点：不能降低浸润线位置，受冰冻失效
适用于中小型工程下游无水均质坝或浸润线较低的中等
高度坝。
3、褥垫排水
结构：沿坝基面平铺的由块石组成的水平排水层、外包
反滤层
优点,
缺点：对不均匀沉降适应性差，易断裂，难检修，下游
水位高时降低浸润线效果不明显
其它
2011-10-17 13
2011-10-17 14
四、反滤层
作用,滤土排水，防止水工建筑物在渗流逸出处遭受管
涌、流土等渗流变形的破坏以及不同土层界面的接触冲刷。
在下游侧具有承压水的土层，还可起压重作用。
位置,在土质防渗体与坝壳或坝基透水层之间，以及渗
流逸出处或进入排水处
要求,
相邻层细粒不能穿过粗粒空隙 D/d<7～ 20
各层稳定，不能移动
不能被细粒堵塞
耐久稳定，不改变性质
材料：粒径均匀，抗风化的砂、卵石、碎石等
过渡层,避免刚度相差较大的两种土料之间产生急剧的
变形和应力
反滤层可以起过渡层作用，但过渡层不能做反滤层。
2011-10-17 15
反滤层类型,
(1)Ⅰ 型反滤：其特点是反滤层位于被保护土层的下部，渗
流方向主要由上向下，如褥垫排水；
(2)Ⅱ 型反滤：其特点是反滤层位于被保护土层的上部，渗
流方向主要由下向上，如减压沟的反滤层。
渗流方向近乎水平或倾斜向，反滤层近乎垂直或倾斜向的情
况，属于过渡型，如贴坡反滤等，可归为 Ⅰ 型。
2011-10-17 16
反滤层的设计内容
反滤层的设计可分为保护无粘性土和保护粘性土两大类，
设计内容有,
?确定反滤层的类型；
?根据滤土准则，确定反滤层的级配或选择土工织物产品。并
据以选择宜于作反滤层的天然料场或确定人工筛选的任务。
?对砂砾反滤料确定反滤层的厚度和层数；
?鉴定反滤料的透水性，对土工织物反滤层还应鉴定淤堵性；
?有纵向渗流时，鉴定沿反滤层和被保护土层接触面的冲刷稳
定性
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原因,
上游坡面受波浪淘刷、顺坡水流冲刷、冰层和漂浮物
等的危害作用；下游受雨水、大风、尾水波浪、冰层和水
流作用以及动物、冻胀干裂。
类型,
砌石护坡（干砌）：单层厚 0.3～ 0.35m，双层 0.4～
0.6m，垫层 0.15～ 0.25m，自坝顶至最低水位以下 1.5～
2.0m
堆石护坡：厚 0.5～ 0.9m，垫层 0.4～ 0.5m，与砌石护
坡相比，用石料多，省工，消浪好。
其它：浆砌石、沥青混凝土、混凝土、钢筋混凝土等
下游：碎石、砌石、草皮、表面排水沟、阶梯、马道
五、护坡
2011-10-17 18
2011-10-17 19
六、坝顶
坝顶盖面材料应根据当地材料及坝顶用途确定，宜采
用密实的沙砾石、碎石、单层砌石或沥青混凝土等柔性材
料。
坝顶面可向上、下游侧或下游侧放坡。坡度根据降雨
强度，在 2%～ 3%内选，并做好向下游的排水系统。
坝顶上游侧宜设置防浪墙，墙顶高出坝顶 1～ 1.2m，防
浪墙必须与防渗体紧密结合。防浪墙应坚固不透水，结构
尺寸根据稳定、强度计算确定，并设置伸缩缝，做好止水。
地震区应核算防浪墙的动力稳定性。
坝顶结构与布置应经济、实用，建筑艺术处理美观大
方，与周围环境协调。坝顶还要设置相应的照明措施、栏
杆等安全措施。
2011-10-17 20
1-浆砌石防浪墙； 2-钢筋混凝土防浪墙； 3-坝顶路面； 4-沙砾坝壳；
5-心墙； 6-方柱； 7-排水管； 8-回填土
坝顶路面和浆砌石防浪墙 钢筋混凝土防浪墙
2011-10-17 21
2011-10-17 22
七、土工合成材料
以人工合成的聚合物为原料制成的土工织物和土工膜，
分别代表透水材料和不透水合成材料 。
优点,
重量轻、整体性好、产品规格化、强度高、耐高温、
耐腐蚀、运输方便、施工简易
土工织物：编织物、机织物、无纺织物及复合织物
土工膜：高分子聚合物、沥青土工膜
2011-10-17 23
采用土工合成材料作 反滤、排水设施 的主要工程有,
1 铁路、公路反滤、排水设施。
2 挡墙后排水系统。
3 岸墙后填土排水系统。
4 隧洞、隧道衬砌后排水系统。
5 土石坝过渡层；灰坝、尾矿坝反滤层。
6 防渗铺盖下排气、排水系统。
7 农田水利工程、减压井、农用井等外包体。
8 地基处理塑料排水带预压工程。
2011-10-17 24
采用土工合成材料 防渗 的主要工程有,
1 土石坝、堆石坝、砌石坝和碾压混凝土坝。
2 堤、坝前水平防渗铺盖，地基垂直防渗层。
3 尾矿坝、污水库坝身及库区。
4 施工围堰。
5 渠道、蓄液池（坑、塘）。
6 废料场。
7 地铁、地下室和隧道、隧洞防渗衬砌。
8 路基。
9 路基及其它地基盐渍化防治。
10 膨胀土和湿陷性黄土的防水层。
11 屋面防漏。
2011-10-17 25
采用土工合成材料进行 防护 的主要工程有,
1 江、河、湖、海和渠道、储液池护坡、护底。
2 水下结构基础防冲。
3 道路边坡防冲。
4 涵闸工程护底。
5 泥石流和悬崖侧建筑物障墙防冲。
6 应急防汛措施。
7 沙漠地区砂篱滞砂和固砂。
8 军工弹药库防爆。
9 严寒地区防冻措施。
10 道路防止盐渍化措施。
11 边坡土钉加固等。
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