1.1 概述

土质防渗体土石坝系指坝体横断面防渗体材料由各类天然土料填筑而成。土质防渗体土石坝按施工方法分类有碾压式、水力冲填式和水中填土式三类；若按土质防渗体在坝体横断面内的位置则分为均质坝、心墙坝、斜心墙坝和斜墙坝四种。

在世界坝工建设中，土质防渗体土石坝是应用最广泛、发展最快的一种坝型。以我国的水利水电建设为例，20世纪80年代以前，土质防渗体土石坝主要为中低坝，100m以上的高坝仅有白龙江碧口水电站土石坝（101.8m）、石头河水库的土石坝（104.0m）。80年代以后，改革开放和经济的快速发展，极大促进了我国的水利水电建设。由于实施“西电东送”水电工程的要求和大江大河开发治理的需要，众多高土石坝正在建设、拟建和规划中，特别是在深厚覆盖层坝基、地质条件较差、地震烈度较高、场地条件较差、坝高较大（坝高250m以上）的坝址，多数选择了或拟选择土质防渗体土石坝。

自20世纪80年代以来，我国已建成的坝高超过100m的土质防渗体土石坝有：鲁布革水电站心墙堆石坝（103.8m）、黄河小浪底水库斜心墙堆石坝（160.0m）、陕西黑河引水工程黏土心墙砂砾石坝（127.5m）、狮子坪水电站砾石土心墙堆石坝（136.0m）、大渡河瀑布沟水电站砾石土心墙堆石坝（186.0m）及水牛家水电站心墙堆石坝（108.0m）；目前建设中的超高土石坝有：澜沧江糯扎渡水电站砾石土心墙堆石坝（261.5m）、大渡河长河坝水电站砾石土心墙堆石坝（240.0m）、大渡河上双江口水电站砾石土心墙堆石坝（314.0m）和雅砻江两河口水电站砾石土心墙堆石坝（295.0m）等，其中双江口坝和两河口坝系目前世界上在建的最高土质防渗体堆石坝。

除上述外，我国还在雅鲁藏布江支流年楚河上建成目前世界上海拔最高（坝顶高程4261.30m）、气候条件非常恶劣、地处高地震区的满拉水利枢纽心墙堆石坝（76.3m）。

我国部分坝高超过100m的土质防渗体土石坝的基本情况详见表1.1-1。

自20世纪80年代以来，特别是进入21世纪后，我国水利水电建设和高土石坝筑坝技术快速发展，在土质防渗体高土石坝的理论研究、科学试验、设计和筑坝技术方面已达到了世界领先水平。土质防渗体高土石坝在我国之所以能快速兴建，主要原因如下：

（1）土石坝断面大，坝底宽，其自重压力及水压力传递到坝基上，其应力较混凝土坝小得多，并且土石料承受坝基沉降能力大，因此对地基要求低。如黄河小浪底壤土斜心墙堆石坝、瀑布沟水电站心墙堆石坝均建基于厚达70余米的砂砾石覆盖层上。

（2）近年来对筑坝材料的研究有了很大的进展，如防渗体土料由黏土、壤土等发展到高坝采用砾石土等粗粒土。双江口水电站大坝、糯扎渡水电站大坝心墙均采用砾石土；瀑布沟水电站大坝心墙采用宽级配的砾石土填筑。目前，对于高土石坝和超高土石坝的土质防渗体多采用砾石土填筑，以减小防渗体的后期沉降和拱效应，已成为坝工设计者的共识。对于坝壳料，过去要求应为坚硬、新鲜的岩石，现在发展到利用软岩、风化岩及开挖料作为坝壳料，并尽量就近采料，利用开挖的石渣料上坝，做好挖填平衡设计，尽量做到开挖料的充分利用。例如糯扎渡水电站大坝，心墙上游坝壳内部在高程615.00～656.00m间和下游坝壳内部在高程631.00～750.00m间布置粗堆石料Ⅱ区，填筑强风化花岗岩和弱风化以下岩层的开挖料；小浪底大坝在下游坝壳高程152.00～240.00m间设置4C区，全部利用建筑物的开挖料填筑，填筑量达470万m³。

（3）大型土石方施工机械设备的普遍应用，使规模巨大的土石方工程从开挖、运输到填筑施工都能实现机械化，能够在合理的工期内完成。如10～11.5m³的单斗挖掘机，每小时产量2500m³的斗轮式挖掘机，385～700HP^[1]的推土机，65～110t的自卸卡车，57.5m³的铲运机，50～100t汽胎碾及17～26t或更大的振动平碾和凸块振动碾等。上述大型机械设备的广泛应用，扩大了筑坝材料的利用范围，并提高了高土石坝和超高土石坝施工的效率、工程质量和经济性。

例如小浪底大坝施工时，采用的主要施工机械为：285～370HP的推土机、5.1m³和10.3m³的液压挖掘机、5.9m³和10.7m³的液压装载机、载重36t、65t的自卸汽车和17t的振动碾等。施工计划的周密安排和机械设备的科学调度，创造了最高日填筑强度6.7万m³（1999年1月22日）、最高月填筑强度158万m³（1999年3月）和最高年填筑强度1636万m³（1999年）的记录。

（4）土石坝坝体计算理论和计算手段的巨大进步和日臻完善，使其计算成果已基本反映土石坝的运行性态；科学实验手段之完善，得以阐明土石材料的复杂特性，各种本构模型和参数更加接近实际；安全监测设备自动化程度的不断提高及观测资料精度的提高，使人们对土石坝工作性态有了更加清晰的认识，促进了土石坝设计理论和设计水平的提高。

（5）土质防渗体土石坝具有较好的抗震性能，在强震区建坝，此种坝型较为安全可靠。例如，长河坝水电站大坝、水牛家水电站大坝、糯扎渡水电站大坝、满拉水利枢纽大坝，均位于地震基本烈度Ⅷ度区，以上各坝均按9度地震设防；瀑布沟水电站大坝及黄河小浪底水利枢纽大坝等均位于地震基本烈度Ⅶ度区，按8度地震设防。

（6）伴随着高坝大库的出现，常需修建大泄量开敞式溢洪道及大泄量的导流、泄洪隧洞，而高边坡、大断面隧洞的开挖及支护、衬砌技术的发展，使修建这些建筑物的经济性及施工进度都有了明显提高，从而增加了土石坝的优越性。