土石坝 以土、石等当地材料为主填筑的坝,又称当地材料坝或填筑坝。土石坝可建于岩基上,也可建于河流冲积层上,具有就地取材,对地形、地质条件适应性强,减少运输费用等特点。
根据坝体横断面的防渗材料及其结构,土石坝可分为:均质坝、分区坝和人工防渗材料坝。均质坝是指坝体的绝大部分由大体上均一的土料组成的坝。分区坝是指坝体由土质防渗体及若干透水性不同的土料分区构成的坝。人工防渗材料坝是指采用混凝土、沥青等人工材料防渗的坝。按坝体采用的材料不同,土石坝可分为:土坝、堆石坝以及土石料均占相当比例的土石混合坝。按防渗体材料及其在坝体中的位置不同,土石坝可分为:不设防渗体而用一种材料填筑的均质土坝,以黏土(或壤土)作为防渗材料的黏土心墙坝、黏土斜墙坝、黏土斜心墙坝等,以人工防渗材料如钢筋混凝土或沥青混凝土作为防渗体的钢筋混凝土心墙坝、钢筋混凝土面板堆石坝、沥青混凝土心墙坝、沥青混凝土面板坝等。坝型选择需根据地形、地质、筑坝材料、气候及施工条件、抗震要求等因素,进行技术经济比较后确定。
土石坝用料广泛,对筑坝材料的一般要求是:①具有与使用目的相适应的工程性质。如防渗材料具有足够的防渗性能,坝壳料有较高的强度,反滤料、过渡料及排水用料具有适当的级配和良好的排水性能。黏土、壤土、残积土、坡积土等均可作防渗材料,一般各种土砂石料只要配置在坝体的适宜部位,均可作坝壳材料。由于采用了薄层振动碾压,坝体的最终压缩性可减小,不仅粗、细料可作为坝壳料上坝,而且风化岩、软岩等石料也可按坝体分区的不同要求加以合理利用。②工程性质应在长期内保持稳定。有机质太多(5%以上)和水溶盐含量太大(3%以上)的土料,在长期的渗流作用下易形成渗水通道,不宜作为筑坝材料。③具有良好的压实性能。如防渗体土料的含水量接近最优含水量,无影响压实的超径材料,填土压实后有较高的抗剪强度。
土石坝与地基及两岸岸坡的接合面,容易形成集中渗流,造成渗透破坏。在岸坡高度变化较大以及与其他建筑物连接处,由于不均匀沉降也容易使土石坝出现裂缝。因此必须慎重处理。当土石坝与土基连接时,一般采用槽式接合面;当土石坝与岩基连接时,一般采用混凝土齿墙;当土石坝与混凝土建筑物连接时,一般采用翼墙式或插入式连接。
随着岩土力学理论和试验技术的发展和计算技术的进步,尤其是大型振动碾的出现和高效配套的土石方工程机械的发展,用料限制逐步放宽,只要配置部位得当,几乎所有的土料、废渣、风化料都可用于筑坝,充分发挥了土石坝就地取材的优越性和经济性,使土石坝的造价降低,高土质心墙堆石坝、高混凝土面板堆石坝的兴建数量呈上升趋势。中华人民共和国成立以来所建成8.7万余座坝中,绝大多数为土石坝。到20世纪末,建成的坝高大于100m的高土石坝有石头河(坝高114m)、碧口(坝高101.8m)、鲁布革(坝高103.8m)、天生桥一级(坝高178m)、黄河小浪底(坝高154m),在建的有新疆的乌鲁瓦提(坝高131.8m)、浙江的珊溪(坝高132.5m)和白溪(坝高124.4m)、湖北的水布垭(坝高232m)和古洞口(坝高120m)等。世界上最高的两座坝位于塔吉克斯坦的罗贡(Poryh)土坝(高335m)和努列克(Hypek)坝(高300m)都是土石坝。