第6卷《土石坝》编写说明
关志诚 王新奇
第6卷《土石坝》所覆盖的工程量大面广，包括各类防渗结构型式土石坝工程、堤防与河道整治、火电厂灰坝等。据第一次全国水利普查成果，土石坝工程数量占已建工程总量95%以上，土石坝工程的适用性，以及所涉及的建筑物结构类型的多样性和工程建设的复杂性都是占主导地位的。
近30年，我国水利水电建设有了突飞猛进发展，取得巨大的成就，其中，土石坝工程总体技术水平处于世界领先地位。为满足工程建设和创新设计理念的需要，第6卷修编工作分析和总结了土石坝工程建设经验，在内容上体现了我国近30年土石坝工程设计、建设、科研等成果，体现了近代水工设计新理论、新方法、新技术及典型案例。
1 修编原则与思路
第6卷《土石坝》修编按便于查阅、文字精练、力求简捷的方式编写，修编工作遵循了先进性、实用性、一致性和延续性的原则。即在第1版《手册》的基础上，全面分析和总结土石坝工程建设经验，体现我国近30年土石坝工程设计、建设、科研等成果，补充近代水工设计新理论、新方法、新技术及典型案例。在修编版整体框架配置上，参照和部分沿用第1版《手册》内容，合理调整第1版《手册》章节次序，并反映在第2版中。编写内容以现行规程规范为主要依据，鉴于目前存在水利、水电两套设计标准，应力求包容和协调，便于设计使用。
在制定本卷修编工作大纲时，研究了各章节共性内容，将基本材料性能、土石坝稳定、渗流、沉降、抗震计算等写入第1章，与各章坝型特点有关的筑坝材料、专用分析计算方法、基础处理等基本保留第1版章节。
2 修编要求
在《水工设计手册》(第2版)修编工作大纲总体要求的基础上，由总编人提出第6卷《土石坝》各章节编写目录，经知名专家组和全体参编人共同研讨确定初步编写框架体系，具体编写时要把规范中的有关要求进一步深化成实用性的内容;不要过多的叙述，不要大量的公式推导，要简明、扼要、实用。在编写内容选择上，要着重介绍现代土石坝工程设计新技术、有发展前景的案例，成功的和有失误的典型案例都要写，应扩大案例的范围和代表性，以便使用人员从中吸取经验教训;对基本淘汰掉的可以不写或少写;在应用上要有一定覆盖面，各种形式的大中小型工程都要涉及。有关章节“安全监测设计”只写专项和特色内容。
3 术语名称的统一和调整
第1版将土坝和堆石坝(坝体以堆石为主，堆石占坝体的50%)分开定义，并分别设置为两章进行编制，根据发展情况，将土坝和堆石坝统称为土石坝，依据坝体防渗体结构第1章定名为“土质防渗体土石坝”。
第1版将土坝划分为3种基本坝型，堆石坝划分为14种坝型，根据第2版第6卷的统一协调，碾压式土石坝的基本坝型分为均质坝、心墙坝、斜墙坝和斜心墙坝4种，第1版《手册》有7种坝型归入第2版，将“组合式土坝”、“组合式土石坝”改为“心墙坝、斜墙坝或斜心墙坝”;将堆石坝中“表面土斜墙堆石坝”改为“斜墙坝”，“土斜墙堆石坝”改为“斜墙坝”，“土心墙堆石坝”改为“心墙坝”，“土斜心墙堆石坝”改为“斜心墙坝”;均质坝名称不变。
4 章节结构性设置
与第1版相比，第6卷参照新编《碾压式土石坝设计规范》(SL274—2001、DL/T 5395—2007)等的格式和次序，采用近年来常用结构型式进行设置，将第1版中的主要设计标准和荷载计算归并到其他卷。根据术语名称的调整，把不同章节的内容按照新编结构进行归并、删减和扩充:将第1版(第4卷)中的土坝、堆石坝、砌石坝，改为第2版第6卷的土质防渗体土石坝、混凝土面板堆石坝、沥青混凝土防渗体土石坝、其他类型土石坝;本卷新增了河道整治与堤防工程(原其他卷内容)、灰坝。第2版调整增加土质防渗体土石坝相关内容，并独立列出混凝土面板堆石坝、沥青混凝土防渗体土石坝，体现了我国近代土石坝设计与建设积累经验以及未来发展趋势;而第1版钢筋混凝土和沥青混凝土防渗体堆石坝仅编写各一节内容。
第2版第1章“土质防渗体土石坝”基本上编写了全卷共性内容。将第1版中“对地质工作的要求”改为“设计基本要求”，将原“土料设计”改为“筑坝材料选择与填筑设计”，将原“坝基防渗措施”细化为“砂砾石坝基处理”、“岩石坝基处理”、“特殊土坝基处理”，合并编写“坝体结构”;新增了“大坝防渗体与坝基岸坡及混凝土建筑物的连接”、“大坝的抗震设计”、“土石坝的除险加固”、“安全监测设计”等3节内容。
5 各章总体修订情况
5.1 第1章土质防渗体土石坝
本章是以第1版《水工设计手册》第4卷《土石坝》中土坝、堆石坝中土防渗体堆石坝中的相关内容为基础，并根据我国近30年来碾压式土质防渗体土石坝的高速发展现状，对其进行修订和补充完善。
第2版的内容调整和修订主要包括以下方面:
(1)介绍了我国土质防渗体土石坝的发展现状及我国坝高超过100m的土质防渗体土石坝的基本情况。分析了我国此种坝型之所以能快速发展兴建的主要原因。
(2)提出了土质防渗体土石坝设计的基本要求及运用条件。
(3)详细介绍了筑坝土石材料(包括黄土、红土、膨胀土及分散性土等特殊土)的工程性质、筑坝材料选择及填筑设计。增加了国内外土石坝工程特别是我国某些土石坝工程各种筑坝材料的试验成果及设计采用值，并重点介绍了采用砾石土做防渗体的工程实例及工程特性。
(4)增加了保护黏性土反滤料的设计方法。
(5)增加了特殊土坝基处理内容。
(6)渗流计算一节介绍了不同边界条件的渗流计算方法，增加了渗透稳定计算内容。
(7)稳定计算一节中除介绍了国内外常用的稳定计算方法和计算软件外，并介绍了“大坝抗滑稳定分项系数设计方法”。
(8)在坝的应力变形计算中，增加了邓肯E-B模型、K-G模型、弹塑性模型、修正剑桥模型、南水模型和河海大学椭圆—抛物双屈服面模型及以上各模型计算参数的确定方法。
(9)增加了大坝抗震设计、土石坝的除险加固和安全监测设计的相关内容。
5.2 第2章混凝土面板堆石坝
混凝土面板堆石坝筑坝技术在最近30年得到了快速发展，已成为当今的主流坝型之一。第1版《水工设计手册》编撰时，限于当时的筑坝技术水平，仅在第4卷《土石坝》第19章“堆石坝”“第3节钢筋混凝土防渗体堆石坝”中介绍了少量相关内容。《水工设计手册》(第2版)修编时，混凝土面板堆石坝(简称“面板堆石坝”或“面板坝”)是新编章。面板坝属土石坝中的一种，在坝型设计比选方案中具有一定独立性，并广为应用。
本章较系统和尽可能的反映面板堆石坝建设成果，介绍了面板堆石坝在试验及计算理论与方法、筑坝材料和筑坝技术等方面取得的进展，列举了大量国内外具有代表性的面板堆石坝工程实例，总结了面板堆石坝成功的经验和值得吸取的教训。具体内容共分10节。2.1节介绍了面板堆石坝的发展现状与主要特点;2.2节重点编写面板堆石坝与泄洪建筑物等布置协调的主要原则;2.3节为面板堆石坝的分区原则和各分区筑坝材料的工程性质和填筑标准;2.4节为趾板和面板结构的设计原则及抗裂措施;2.5节为面板堆石坝接缝止水的结构、材料及施工技术;2.6节除介绍各种趾板地基和堆石体地基的处理原则和案例外，还编写了高趾墙设计以及坝体与溢洪道等其他建筑物的连接设计;2.7节介绍了面板坝坝体变形的主要计算分析方法和各种接触面的模拟方法，以及考虑堆石体流变变形的相关内容;2.8～2.10节分别编写了抗震设计、分期施工与坝体加高和安全监测设计方面的内容。
5.3 第3章沥青混凝土防渗土石坝
本章为新编内容，第1版中“沥青混凝土防渗体堆石坝”仅为一节，只简单介绍了20世纪80年代以前的一些典型工程设计情况。自20世纪80年代以来，石油沥青加工技术有了很大进步，高等级道路建设促使对沥青及沥青混凝土材料的性能进行了更深入系统的研究，沥青混凝土的专业施工机械和自动化控制等施工技术也发展很快。新版较系统地总结了近30年来国内外土石坝沥青混凝土防渗技术的最新设计研究成果和工程实践。本章共分为7节，介绍了沥青混凝土防渗土石坝的发展与现状;水工沥青混凝土原材料及基本性能;水工沥青混凝土配合比设计;碾压式沥青混凝土面板坝设计;碾压式沥青混凝土心墙坝设计;浇筑式沥青混凝土心墙坝设计;沥青混凝土防渗土石坝工程的安全监测。
在沥青原材料和基础设计方面，总结和介绍了沥青混凝土防渗结构布置、水工沥青混凝土的基本性能、沥青原材料(骨料、填筑、掺料)及改性沥青等技术与特点。尤其是水工沥青混凝土配合比选择是设计人员要掌握和了解的，包括配合比设计方法、主要技术要求、配合比设计实例等。根据沥青混凝土防渗结构的性能与特点，工程安全监测有针对性编写变形与渗流监测、温度及应力、应变监测等。
5.4 第4章其他类型土石坝
本章为新编和整合原编章节，共分5节。在“土质防渗体土石坝”、“混凝土面板堆石坝”和“沥青混凝土防渗土石坝”等3章基础上，其内容是将目前仍具有实用价值的一些坝型，如土工膜防渗土石坝、水力冲填坝、淤地坝以及定向爆破坝等纳入本章，统称为其他类型土石坝。对于第1版《水工设计手册》中介绍的但在当前使用很少或基本不使用的坝型将不再编入列。复合土工膜防渗土石坝章节重点编写土工膜防渗特性指标、种类及技术特点、土工合成材料的选用(膜厚、材质、耐久性)、稳定性验算(坝坡)、施工技术要求与质量检测、土工膜防渗土石坝设计、与周边结构连接、典型工程实例等。
在土石坝防渗技术方面，由于土工膜生产水平和施工工艺的提高，采用土工膜进行土石坝防渗近几年也得到了较大的发展，国内外已经普遍接受了这种新型的防渗材料和技术。目前国内土工膜使用日益广泛，工程实践表明它的防渗效果良好、经济、施工方便，有推广使用价值。工程规模上不仅应用于中、小型工程，一些大(2)型工程也采用了土工膜防渗。其应用范围包括中小型土石坝工程的除险加固，中型水库全库防渗，土石坝坝体结构防渗。
水力冲填坝分自流式水力冲填坝(即水坠坝)和压力管道输泥冲填坝两种。近几年水力冲填技术在灰坝和围垦筑坝中得到了一定应用，现场质量检测结果表明，只要施工控制得当，采用水力冲填技术得到的坝体干密度同样可以达到设计标准。淤地坝是长期实践中创造和逐步完善的一种筑坝技术，20世纪五六十年代，黄河流域采用水力充填的办法建筑土坝，淤地造田。据不完全统计，目前我国在黄土高原已累计建成淤地坝近12万座，对拦挡水土流失和淤地起到关键作用。定向爆破筑坝在我国应用已经有50余年，其应用范围从水利水电建设逐步扩展到各种矿山的尾矿坝、火力发电厂的灰坝以及路堤建设等。
5.5 第5章河道整治与堤防工程
本章为新增章，共分为6节。主要介绍河道整治规划、内陆河道的河床演变与整治、潮汐河口整治、堤防工程设计、河道整治建筑物设计以及疏浚与吹填工程设计，以及相关标准、原则和方法等。在堤防工程设计中，由于江河(湖)堤和海堤的设计具有不同特点，所以对两类堤防的堤线布置、堤型选择、堤身设计、基础处理等内容分别进行阐述。
在编制内容上考虑了与第1章渗流设计、沉降和稳定等内容的协调。相比第1版， 5.1节中河道规划写得较为具体，在规划原则和总体布局基础上，按洪水、中水、枯水提出整治规划;5.2节为内陆河道的河床演变与整治，根据各类河型划分标准，按顺直型、蜿蜒型、分汊型、游荡型、浅滩河段及其他类型河道进行分类，即考虑大江大河，也考虑小河道治理;5.3节中潮汐河口整治，按水流特性及其类型、泥沙运动特点、河床演变分析、治导线规划，编写整治总体布局、工程建筑物布置与设计、方案研究手段及实例; 5.4节为堤防工程设计，增加有特殊要求的堤防工程勘测，堤线布置与堤型选择具有线性工程布局特点，堤身设计与基础处理有别于土石坝枢纽工程，堤防与各类建筑物和构筑物的交叉、连接设计，除相关标准与经验技术外，其安全性要求、处理方法与土石坝枢纽工程有共性;本节增列了堤防工程的加固、改建与扩建，围海堵口设计及工程安全监测。5.5节为河道整治建筑物设计，按平顺护岸(护滩)工程、丁、顺、锁、格、洲头分流、潜、导、桩、网、沉排、杩槎坝分类编写;5.6节中疏浚工程设计，在任务及特点、工程分类基础上，分节编写设计标准、断面设计、抛泥区的选择、主要施工机械设备的选用等;为便于使用者查阅，江堤和海堤分开编写。
5.6 第6章灰坝
本章编写工作得到电力行业单位与专家的大力支持。本章共分15节，主要介绍燃煤火力发电厂灰渣贮放技术，反映了我国灰渣贮放技术特别是灰渣筑坝技术的重要科技成果。阐述的火电厂贮灰场灰坝工程设计内容包括:设计标准和设计原则;工程勘察;工程水文;灰渣特性;灰坝渗流、抗滑稳定计算，应力变形分析;灰坝防渗结构、排渗结构、排水系统设计;环境保护与安全监测设计。并介绍了工程实例。在科学性和实用性方面，注重灰坝工程设计中:贮灰场的类型、场址和容积选择;湿式、干式贮灰场灰坝设计标准和设计原则;灰坝排水系统与坝体加高的工程勘测特点;针对灰渣与灰渣层的工程特性，叙述灰坝渗流计算与工况中贮灰场渗透系数各向异性和组合排渗系统的模拟，并进行渗透变形稳定性评价;排渗结构设计包括排渗结构型式与选择，灰坝坝体预先设置和运行期设置的排渗结构;以及环境保护设计要求，贮灰场地下水环保与大气环保设计等。在坝型设计、防渗结构设计、排渗结构设计、排水系统设计各节中有典型设计图与实例。
6 重点章节关键技术与修编述评
6.1 土质心墙土石坝
6.1.1 设计的基本要求
这部分是第2版新增加的内容，主要从3个方面说明土石坝设计的基本要求，重点阐述了坝顶高程、坝坡抗滑稳定、渗流、变形、抗震、土石坝的运用条件等所有类别的土石坝都应该具备的安全条件和功能性要求，对于设计者而言，这是设计基础知识，着重于定性说明基本要求，实际设计时，设计者应根据规范，参阅手册的具体章节条款，才能做出安全可靠经济合理的土石坝工程。需要说明的几个问题:
(1)坝高的划分。水利行业标准《碾压式土石坝设计规范》(SL274—2001)规定，最大坝高在70m以上者为高坝;而电力行业标准《碾压式土石坝设计规范》(DL/T5395—2007)规定，最大坝高在100m以上者为高坝。为了兼顾不同行业的需要，将两种标准同时列出。
(2)变形控制。变形主要包括总沉降量和不均匀沉降量两个方面。由于坝体、坝基的沉降量过大或者产生不均匀沉降，会引起坝体产生裂缝，危及工程安全。工程竣工后沉降量大小是衡量大坝安全性的一个重要指标，国内外多年的实测资料统计表明，竣工后总沉降量小于坝高1%时，大坝一般不产生裂缝，大于3%时，有的坝发生了裂缝。此时，观测资料不论覆盖层薄厚，均按坝高的百分比统计。坝体裂缝的发生与否，主要取决于大坝沉降量大小，通常情况下与覆盖层厚度关系不大。
6.1.2 坝轴线及坝型选择
此内容在第1版中为“第1节坝型选择”和“第2节对地质工作的要求”，叙述较为简单，《手册》(第2版)着重对坝址选择、坝轴线和坝型选择等3个方面进行了详细说明。坝轴线布置要综合考虑地形条件、工程地质和水文地质条件、坝型及坝基处理形式、枢纽建筑物的布置和施工条件等因素确定。由于不同工程之间的差别，上述各因素对坝轴线选择的影响程度是不同的，也就是说对于不同工程，起决定性作用的因素及其组合是不同的。因此，需要根据工程实际情况，进行综合比较分析，才能确定合理的坝轴线位置和形状。
6.1.3 筑坝材料的基本性质
此内容是新增加的，第1版没有与此对应的专门章节。筑坝材料的基本性质是土石坝设计的基础资料，专门设置本节的目的是让读者对这些基本性质有个全面的了解。国内岩土工程对于土的定义、分类等有些差异，特别是不同行业之间可能采用不同的标准。本章基本上以国家标准《土工试验方法标准》(GB/T50123—1999)和水利行业标准《土工试验规程》(SL237—1999)的规定为主。
6.1.4 筑坝材料选择与填筑设计
与第1版相比，第2版将近年来在筑坝材料选择方面的先进工程经验进行总结，突出表现在以下几个方面:筑坝材料的选择的原则应就地就近取材，优先考虑开挖料的利用;施工技术的发展，放宽了筑坝材料的选择范围，软岩、特殊土均可以用于筑坝材料;合适的砾石土作为防渗土料既有足够的防渗性能，又有较高的强度，促进了超高土石坝的发展。
6.1.4.1 筑坝材料选择的原则
对于碾压式土石坝这种典型的当地材料坝，筑坝材料选择是一项非常重要的工作。筑坝材料如何选择直接影响大坝的经济技术指标。尤其对于坝址附近筑坝材料种类越多、储量越丰富的情况，筑坝材料选择工作也越显得更为重要。手册中提出了筑坝材料选择应遵循的三项原则:
(1)适宜性原则。所谓适宜性是指所选用的筑坝材料的基本性能应与大坝不同分区和部位对材料要求相适应。同时，在工程长期的运用中，筑坝材料的基本性能不应有明显的不利的变化，也就是文中要求的“具有长期稳定性”。
筑坝材料的基本性能是客观存在的，但是否适于筑坝却随工程建设技术的发展和人们对材料的认识有不同的看法。比如，原先工程设计中往往将建筑物开挖料作为弃料，而现在却尽量用来筑坝;早期认为砾石土不适于用来筑坝，现在认为它是较好的筑坝材料。对于有些材料，其原有基本性能可能不适于筑坝，但经处理加工后可以用来筑坝。如纯分散性黏土不能用来筑坝，但经加工处理后也可以用来筑坝。问题的关键所在是在通过对筑坝材料的深入研究，针对不同材料的特点和工程的需要，作出恰当的设计。
(2)就地就近取材原则。就地取材是对当地材料坝的一项基本要求，料场选择是应以坝址处为中心，由近到远，认真勘察。在满足上述适应性原则的基础上，尽量采用近处料场的材料。在选择料场时，还应尽量少占或不占农田，对于即可开采土料又可开采堆石料或砂砾石等多种材料的综合利用料场应优先考虑堆石或砂砾石方案。一般情况下，枢纽建筑物距坝址较近，因此要求优先考虑建筑物开挖料的利用。对于库区将被水永久淹没的料场，也应优先考虑选用。
(3)方便应用原则。方便应用是指便于开采、运输和压实等。满足这一要求的筑坝材料能提高工作效率，有利于加快施工进度，缩短工期，降低施工成本，从而降低工程投资。同时，为应付和处理施工中不可预见的特殊情况提供了有利条件。另外应用方便的料场，施工管理简单，便于压实的筑坝材料有利于提高压实质量，因此对保证工程质量有利。
上述筑坝材料选择的三项原则之间不是相互孤立的，而往往是相互关联的，只有根据工程实际情况和技术要求综合考虑，经过经济技术比较后才能做出正确的选择。
6.1.4.2 料场规划要求
对料场规划提出了两个层次的要求，其一为料场规划的论证需考虑的主要问题，包括材料性质、数量、弃料对环境影响、施工进度安排及工程费用;其二要求枢纽建筑物开挖料应与天然料场一样对待。在此基础上，做好料场规划，才能充分体现上述要求筑坝材料选择的三项原则。
关于要求料场规划所考虑的问题，习惯上对材料性质、数量比较重视。近些年来，对于弃料对环境的影响逐渐受到重视，但仍难以做到像对材料性质、数量那样重视，在这方面与发达国家有一定的差距。
关于施工进度安排对筑坝材料选择的影响，以往对天然料场考虑的较多。但实际上，枢纽建筑物开挖料能否合理运用受施工计划和进度安排影响更大。尤其是复杂的大型工程更是如此。况且，大型工程的设计者，土石坝设计和施工设计往往分属两个专业，相互之间工作配合稍有不周，就难以做到合理利用枢纽建筑物的开挖料。
6.1.4.3 筑坝材料选择
筑坝材料选择的技术进步是近年来土石坝建设中的突出成就之一，主要反映在以下3个方面:
(1)采用的筑坝材料类型越来越广泛。随着理论研究、科学试验手段、筑坝技术和施工机械的发展，除反滤料外，对筑坝材料的要求越来越放宽。从20世纪80年代初，认为不适于筑坝的风化料、软岩、砾石土等材料越来越多地用于筑坝，更加充分地发挥了土石坝就地取材、就近取材的优势。除上述鲁布革坝采用风化的砂页岩填筑防渗体外，十三陵抽水蓄能电站上库坝采用风化安山岩、大广坝采用风化花岗岩筑坝等。
(2)筑坝材料处理加工技术。将不完全满足要求的土石料进行处理和加工后上坝，是筑坝技术的又一大进展。坝料处理技术的发展更加拓宽了筑坝材料的应用范围。工程实践中进行处理加工的筑坝材料主要有防渗料和反滤料两大类。
1)关于防渗料。这类材料主要是进行砾石土的处理和加工，采用的处理加工方法主要有料场掺和方法、场地掺和法、搅拌法三种，需要根据料源情况和工程需要选用，前两种方法工艺简单、经济，采用较多，第三种方法工艺复杂，很少采用。
2)关于反滤料。近年来的土石坝建设中，反滤料的处理和加工包括直接采用天然砂砾料、筛分、轧制以及轧制与砂砾料掺和等。直接采用天然砂砾料和筛分处理适用于料场天然砂砾石级配较好的情况。当地缺乏天然砂砾石料或天然砂砾石料级配很差，不能满足反滤要求时，采用轧制或轧制和砂砾料掺和方法。轧制掺和对轧制掺和设备和工艺要求较高，一般用于大型工程且反滤料用量较大的土石坝。
(3)枢纽建筑物开挖料的利用。在近年来的土石坝工程建设中，开挖料的利用越来越受到重视。充分利用枢纽建筑物开挖料，不仅有利于降低工程造价，也有利于减少环境污染。随着社会和经济的发展，对环境质量要求也越来越高，理应引起重视。由于近年来，筑坝技术发展突飞猛进，已有条件对开挖料的利用提出更高的要求。因此，现代设计更强调枢纽建筑物开挖料的利用，其目的是使设计者在工程设计的各个阶段，从筑坝材料调查、材料性能研究、坝体结构设计、施工组织设计和环境保护要求等各方面做好开挖料利用的技术经济分析比较工作，最大限度地利用开挖料，并确保开挖料的利用落到实处，没有充分的理由不能将开挖料弃掉。一般而言，要做好枢纽建筑物开挖料的利用工作，应注意以下四方面的问题:
1)加强开挖料的调查和性能研究。在设计过程中，建筑物方案布置和结构设计随着设计阶段的不断深入都可能有较大的改变，因此枢纽建筑物的种类、数量及其布置也可能随之在不断地变化，开挖料的这一特点与料场料是截然不同的，调查中应充分注意。按开挖料的利用方式可分为回采料和直接上坝两种类型，而回采料、直接上坝料所占比例的大小由枢纽施工组织和施工进度安排决定。根据上述特点，调查中应根据上述两种可能的变化，对开挖料的种类、数量及其分布情况进行及时调整，以便制定正确的开挖料利用方案。
由于枢纽建筑物开挖料有上述与料场料截然不同的特点，因此对于材料性能的研究也应适应这一特点。在设计的初期阶段，可利用建筑物本身的勘探资料和工程类比，初步拟定开挖料的基本性能指标，不必安排专门勘探和试验，以免造成不必要的浪费。当设计的后期阶段随着各建筑物布置方案的确定，开挖料的类型基本不变的情况下，需要适当进行材料的试验工作。
2)关注坝体结构设计和施工组织设计及其相互协调问题。坝体结构设计时，除应做到上述要求的了解枢纽开挖料的种类、数量、分布及材料特性以外，还需要了解施工组织设计确定各建筑物的开挖进度安排和开挖料渣场规划，以便据此适当调整开挖料的填筑部位。施工组织设计时，应充分考虑利用枢纽建筑物开挖料筑坝问题，在不影响总体施工规划的施工进度关键路线的前提下，合理安排各建筑物开挖的开工时间和施工道路(包括交通桥)通车时间，尽量提高开挖料直接上坝的方量，以降低费用。必须回采时，应考虑大坝对开挖料的要求，适当调整堆渣场的布置，尽量缩短运距。
3)研究技术与经济、环保的关系问题。以往建筑物开挖料多作为弃料而不予利用，除早期的施工设备原因外，其主要原因是，对开挖料上坝压实后的性能研究不够，认为开挖料的质量较差，不适于作为筑坝材料;即使可以用于筑坝，可能需要较缓的坝坡和进行特殊的结构处理才能满足稳定和其他安全要求，不一定经济;施工组织设计中对开挖料利用考虑不周，直接上坝数量少，堆渣场布置不合理，无形中加大了开挖料利用的费用;以往对环保要求不高或根本不考虑环保问题也是主要原因之一，在经济技术比较时没有考虑或对弃渣场的处理所需的费用估计过低。
4)重视施工管理在开挖料利用中的作用。工程开工建设后，施工管理对开挖料利用的成败起着关键的作用。工程开工后，施工计划的调整对开挖料的利用影响很大。管理不善，如开挖料不按要求堆放，将不同类型的开挖料混合堆放，甚至随意丢弃，往往使开挖料不能利用。
6.1.5 坝体结构
此部分内容体现在第1版“碾压式土石坝的外部轮廓”和“坝顶、护坡坝坡排水沟和坝趾排水体的设计”中。在第2版中调整为坝体结构，不仅包括外部轮廓及内部结构分区，以及细部结构，主要包括坝顶宽度、坝顶超高(波浪爬高计算)、坝坡和马道、坝体分区、防渗体结构、反滤层和过渡层、坝体排水、护坡、坝顶、坝面排水、坝顶构造等各个方面。
6.1.5.1 坝顶超高和波浪爬高
坝顶超高应考虑风浪在坝坡上爬高、地震涌浪及坝顶因地震产生附加沉陷、坝前库区两岸发生滑坡或塌岸的壅浪三种情况。风浪在坝坡上的爬高通过计算得到，地震涌浪及坝顶因地震产生附加沉陷需要在地震设计中考虑。对于滑坡壅浪问题，坝工建设中曾有因库区大体积滑坡引起壅浪漫过坝顶而造成巨大损失的事例，国内如柘溪水电站，国外如意大利的瓦希昂水电站，从而引起工程界的重视。因此，如库区内有可能发生大体积塌岸和滑坡而引起的壅浪时，壅浪高度及对坝面的破坏能力等应进行专门研究。
6.1.5.2 坝体分区
材料分区命名。土质防渗体分区坝一般分为防渗体、反滤层、过渡层、坝壳、排水体和护坡等区，即以坝体各部位的功能分区。实际运用中，在图纸或报告中，为方便起见，将各区以数字表示。各区数字的顺序，以防渗体为中心，作为1区，其他按距离防渗体的近远而编号。对同一种功能的料，如反滤料有几种，可编为2A、2B、2C等。
各分区的渗透性要求。条文中对各分区渗透性的规定是以防渗体为中心，向两侧渗透性逐渐增大，一般要求坝壳与防渗体之间渗透系数相差100倍，使坝下游坝壳内浸润线接近于下游水位，以减小或消除下游坝壳的渗压力。通常采用硬岩堆石填筑坝壳时比较容易满足要求，但对软岩或砂砾石料是否满足，要具体分析。如不满足需要设排水。
6.1.6 坝基处理
第1版中讲述的“坝基防渗措施”，在实际工程中对坝基处理不仅仅是防渗的要求，还有抗震等要求。《手册》修编时，根据坝基的不同地质条件分别按照“砂砾石坝基处理”、“岩石坝基处理”和“特殊土坝基处理”进行叙述。
6.1.6.1 砂砾石坝基处理
砂砾石坝基渗流控制措施主要有垂直防渗措施、上游防渗铺盖和下游排水设施及盖重等三大类。现代化的施工水平情况，垂直防渗措施和下游排水设施及盖重都很容易实现，本手册也进行了详细地叙述。而上游防渗铺盖的应用却越来越少。我国20世纪五六十年代修建的水库，在坝基砂砾石覆盖层较深的情况下，大量采用水平铺盖防渗处理措施。这种措施的广泛应用，主要基于以下两个方面的原因:一是水平铺盖可就地取材，节省工程投资，并可能与天然铺盖结合;二是混凝土防渗墙、帷幕灌浆等垂直防渗技术，当时我国尚未得到普及。从河南省、河北省统计结果及部分工程铺盖运行情况来看，铺盖多发生裂缝、塌坑等，铺盖的局部破坏，会引起下游发生管涌及沼泽化现象，使得一些工程在运用多年后不得不放弃已使用多年的水平防渗，而改为垂直防渗措施。在重新做了混凝土防渗墙后才彻底解决了水库的渗漏和渗透稳定问题。
采用铺盖进行砂砾石坝基渗流控制失败的原因是多方面的，覆盖层地层复杂及砂砾石渗透系数较大是主要原因之一，如地层存在透镜体、夹层，甚至有架空情况等。地层的不均匀性会导致铺盖各部位承受的渗透压力不同，渗透性大的部位承受的水压力大，容易遭受破坏。对于存在架空层的部位，由于其渗透性很大，坝基渗流已不再符合达西定律，而类似于管道的压力流，此时渗径已不再起控制作用。因此对于采用水平铺盖作为渗控措施一定要慎重。
6.1.6.2 岩石坝基处理
渗透水流从水库通过岩体中的裂隙在坝基及其两岸坝肩岩层中形成扬压力，向坝下游运动形成渗漏。渗透坡降过大时，使渗流量增大，并会发生潜蚀问题;扬压力过高会对坝肩及山体的稳定构成威胁。减少这种破坏作用的发生，或使其安全度控制在允许的范围之内，需要通过对岩石基础进行处理来解决，它们对大坝的安全及经济都是很重要的。
由于土石坝对地基强度的要求不高，一般岩基都有足够的承载力，因此岩基处理主要是防渗，以及有泥化夹层的地区还要解决山体稳定问题。岩基渗流安全从以下方面控制:水库渗漏量、接触冲刷、接触流土等。水库渗漏通过帷幕灌浆解决;接触冲刷和接触流土则通过岩面处理和固结灌浆解决。
6.1.7 渗流计算
第1版的渗流计算在其他章节中，第2版针对土石坝计算的有关内容纳入本节，而有关通用的渗流计算原理仍在第1卷中。与第1版相比，主要有以下变化:删除了不同坝型的渗流计算公式;强调了一般土石坝渗流计算应采用数值解法，而公式法一般只适用于边界条件不太复杂和级别较低的坝;系统说明了渗流计算的工况、边界条件、参数选取等;增加了渗透稳定计算有关内容。
6.1.8 稳定分析
6.1.8.1 与第1版相比的几个重大变化
坝坡稳定分析的成果是唯一一个半经验半理论的判断土石坝安全性的定量标准。因此，在渗流、稳定和应力变形三大计算中，计算成果的正确性更能反映设计的安全性。与第1版相比，第2版有以下几个重大变化:
(1)全面系统地说明了稳定计算的工况、断面选取、参数选取、计算方法和安全系数的基本内容。
(2)第1版中用较多篇幅叙述的孔隙压力计算，本版尽量简化，说明基本方法和概念即可，这是由于当时的计算机水平不够发达，为了手算(或手算与电算结合)的需要。
(3)第1版中列出的稳定计算方法主要瑞典圆弧法、简化毕肖普法、改良圆弧法和斜墙法等，并且详细说明了计算的步骤和公式。第2版除了列出传统的瑞典圆弧法和简化毕肖普法外，还列出了目前运用较多(也是规范规定)的摩根斯顿—普赖斯法、滑楔法。
(4)第2版更加协调了抗剪强度指标、计算方法和安全系数标准的统一;第2版增加了对各种方法适用性的说明;删除了第1版中一些手算需要的表格和图。
6.1.8.2 关于瑞典圆弧法的说明
瑞典圆弧法是条分法的基本方法，最早由瑞典的费伦纽斯提出的，由于其不计条块间作用力，计算简单，在计算机不发达的年代有独特的优势，因此是应用时间最久，积累经验最丰富的一种方法，在《碾压式土石坝设计规范》(SDJ218—84)(已作废)中就是以瑞典圆弧法为基本方法规定的安全系数标准。在(SDJ218—84)修订的过程中(1998—2001)，曾有专家提出将瑞典圆弧法从规范中删除，但也有一些老专家提出反对意见。为了反映当前计算机和计算理论的发展水平，提出了将计及条块间作用力的方法作为基本方法，安全系数标准也以计及条块间作用力的方法为基准，而将瑞典圆弧法保留，其安全系数标准给出参考值。
6.1.8.3 关于可靠度方法的说明
基于稳定安全系数的稳定可靠度分析简化方法的思路由美国岩土工程减灾可靠度方法委员会于1995年提出的。该方法假定稳定安全系数为对数正态分布，对计算用参数自变量允许不作任何特别的假定。在初稿中，曾将该方法加以介绍，后在审稿过程中，有专家提出该方法的理论依据不够充分，故予以取消。
6.1.9 应力变形计算
本内容在第1版中的“坝的变形、应变、应力、裂缝验算和裂缝控制”中讲述。第2版的主要变化为:增加了近年来常用的本构模型，改进的NaylorK-G模型、南水模型等;对各种本构模型的适用性进行了评价;对各种模型参数的选取进行了说明;增加了分层总和法等沉降计算方法。
数值计算方法经过多年的发展，已经积累了丰富的经验。计算机软件和硬件的发展，试验手段的日益完善，使得数值计算的结果从定性判断大坝应力变形状态依据逐渐发展成为定量判断的依据。但是由于定量控制的标准还未完全建立，需要更加积累经验，使得数值计算的成果作为大坝安全性评价的指标成为可能。
6.1.10 大坝的抗震设计
第1版的抗震设计在其他章节中，而第2版针对土石坝抗震设计有关流程内容纳入本节，而通用的抗震计算原理仍在其他卷中。本节将土石坝抗震有关的抗震计算、大坝结构的抗震设计、基础处理措施等进行了完整的说明。需指出的是，在《水工建筑物抗震设计规范》(SL203—97)、(DL5073—1997)中，抗震计算采用转轨套改的可靠度方法。通过验证，转轨套改的可靠度方法规定的安全系数与单一安全系数是基本一致的。
6.1.11 土石坝的除险加固
这是新增加的内容。新中国建立之后，国内修建了9万多座水库，绝大多数是土石坝工程，而且20世纪五六十年代修建的土石坝工程最多。限于当时的经济条件和技术条件，很多水库是“三边”工程，工程质量较差，出现了较多的病险水库。近年来国内对一些重要的病险水库进行了除险加固，积累了一些经验。此部分内容就是将这些经验加以归纳和总结，提出了除险加固设计的方法和措施。主要包括，土石坝的病险及特征，产生病险的原因分析，拟定除险加固设计方案的原则和常用的加固措施等。
6.2 超高土质心墙土石坝建设发展
我国在建和拟建的高土石坝(300m级土质心墙、250m级混凝土面板、150m级碾压式沥青混凝土心墙)具有复杂地震地质背景，自然环境较为恶劣。由于超高坝安全建设要求和技术标准均有所不同，尤其是建设过程中出现许多新技术问题和难点亟待解决，如大坝变形控制和抗震安全、泄洪排沙、放空检修建筑物设计、库区自然灾害防御等，本手册技术内容尚不能覆盖，需专题研究。从发展角度看，随着我国现代高土石坝设计、施工、设备制造不断提高，进一步加强工程建设期质量控制，重视过程和环节控制，加强调度运行管理、安全监测和预报监测等工作，建设超高坝是可能的，而且也正在实施。
土质心墙堆石坝是一种从设计经验到实践都十分成熟的坝型，苏联设计而现已停建的位于塔吉克斯坦境内的罗贡心墙坝坝高达335m。我国已建土质心墙坝总量处在第一位，近期工程实践表明，对300m级超高坝设计，当土料具备心墙技术指标条件时，其建设在技术上也是可行的。该坝型以就地取材、抗震性能好、地基适应性强等优点在我国得到了较快发展。心墙坝对地质地形条件要求不高，但心墙土料要求高，现有的可建设的300m级高坝的坝址大多位于深山峡谷区域。随着国内外岩土技术、施工机械技术的快速发展和建设水平的不断提高，我国100m以上的高土质心墙堆石坝的技术发展经历以下发展过程:20世纪80年代初完建的碧口100m级心墙坝(坝高101.8m，河床覆盖层深34.0m)，采用一道混凝土防渗墙(基岩以上防渗体高度135.8m);该坝经历汶川大地震检验，运行良好。2008年8月建成的黄河小浪底壤土斜心墙堆石坝，坝河床底面以上高度160m，坝顶长1667m，河床覆盖层80m，采用一道混凝土防渗墙(河床基岩以上防渗墙高度236.0m)。2009年8月，瀑布沟心墙堆石坝填筑到顶，并于当年12月初期实现蓄水，大坝河床底面以上最大高度186.0m，河床覆盖层77.0m，采用两道混凝土墙防渗(坝体河床基岩以上防渗最大高度263.0m)，是目前我国已建成的深厚覆盖层上最高的心墙坝，工程蓄水以来的初期运行情况证明，大坝应力变形和渗透等技术指标处于设计允许范围内。双江口砾石土心墙坝心墙料为黏土料与花岗岩破碎料掺合料(掺合比50%: 50%)，上、下游坝壳堆石料由上、下游料场提供，并尽量利用枢纽建筑物的石方明挖可用料。心墙部位覆盖层全部挖除，基岩进行帷幕灌浆，上游局部坝坡1∶2.00，下游坝坡1∶1.90;心墙顶宽10.00m，上、下游坡均为1∶0.20。瀑布沟砾石土心墙堆石坝上游坝坡1∶2.00～1∶2.25，下游坝坡1∶1.80，坝顶宽度14.00m，坝体断面主要分为砾石土心墙、反滤层、过渡层和堆石区4个区;围堰与坝体堆石结合布置;心墙顶宽4.00m、上、下游侧坡度均为1∶0.25，底宽96.00m。心墙上、下游侧各设两道反滤层，心墙底部在坝基防渗墙下游设厚度各1m的两层反滤料与心墙下游反滤层连接，反滤层与坝壳堆石间设过渡层;上游侧防渗墙顶部插入大坝心墙深度10m;心墙与两岸基岩接触面上铺设3m厚的高塑性黏土，在防渗墙顶、廊道周围和心墙底部也铺设高塑性黏土。位于澜沧江上的糯扎渡砾石土心墙坝最大坝高261.50m，于2005年开工，水库总库容237亿m3，心墙料为土料掺35%人工碎石的砾石土;心墙上、下游各设2层反滤，其宽度分别为4m和6m;堆石料Ⅰ区为花岗岩;Ⅱ区为强风化花岗岩。新近开工的长河砾石土心墙坝集中超高心墙堆石坝、河床深厚覆盖层、高地震烈度、狭窄河谷四大难度于一体，开创土石坝建设新篇章。
围绕高土石坝建设，近期重点研究了高围压高水压条件下土石料变形特性、接触面特性;抗震措施与长期变形特性研究;超高坝心墙砾石土、各料区渗透指标、压实指标现场试验检验与确定等。有关大坝施工期的变形控制:①对不合格料区进行挖除或置换处理，对覆盖层表面做固结灌浆处理，以提高基础的承载能力;②心墙上下游的堆石料应采用统一压实标准;③岸坡部位设置高塑性土可以减少变形中的拱效应;④严格控制坝体上升速度，超高土质心墙堆石坝的科学合理工期应控制在4年以上，坝顶防浪墙宜在大坝填筑完成1年后浇筑，实践证明，高强度的快速填筑不利于蓄水后坝体变形控制。
6.2.1 新技术应用
(1)近年来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。在建的双江口、糯扎渡土质心墙大坝，均采用了砾石土;已建的瀑布沟水电站大坝心墙采用宽级配的冰碛土填筑。超高坝土质防渗体多采用砾石土填筑，有利于减小防渗体的后期沉降和拱效应。对于坝壳料，过去要求应为坚硬、新鲜的岩石，现在发展到在坝体较高部位利用软岩、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。筑坝材料方面的另外一个重要成果是砂砾料的利用，我国西部地区砂砾石料分布广泛，具有就地取材特点，该物料的应用可大幅度节约建设资金。经过近20年来技术进步和经验总结，我国在砂砾石料工程特性研究、坝体和坝坡抗震措施、填筑碾压标准、合理利用材料综合分区以及采用新的施工方法与施工设备等取得长足发展，取得了举世瞩目的成就，所积累的经验可为今后同类工程建设借鉴。
(2)大型施工机械设备的应用，使得在规定工期内大规模土石方开挖和填筑得以实现，已成为超高坝建设的基本条件。如10.0～11.5m3的单斗挖掘机;每小时产量2500m3的斗轮式挖掘机;385～700HP(1HP=735.499W)的推土机;65～110t的自卸卡车;57.5m3的铲运机;50～100t气胎辗及17～26t或更大的振动平碾和凸块振动碾等。大型机械设备的应用亦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。
(3)土石坝坝体计算成果已基本反映土石坝的运行性态;安全监测设备自动化程度及观测精度的提高，为掌握大坝运行状态提供数据。
(4)土质防渗体土石坝具有较好的抗震性能，在8度强震区(按9度地震设防)建坝的有长河、水牛家、糯扎渡等，采用的抗震设防均属常规经验型。
(5)高坝大库修建的大泄量开敞式溢洪道、大泄量的导流、泄洪、排沙隧洞已取得长足进展，也得益于高速水流、新型结构研究成果;高边坡处理成功经验与检验均为超过土石坝建设提供技术支撑。
6.2.2 存在的问题及处理
近期建设的多座100m级心墙堆石坝均出现过结构缝漏水事故，结构缝的实际变形值比设计值大，如100m级土石坝基础廊道错位(大于20cm)，瀑布沟大坝在施工期和运行初期出现的结构缝漏水问题。处理措施包括:施工期在环向结构缝下游增加适量固结灌浆，限制墙体变位;对结构缝部位设置混凝土套衬和增加止水设施。关于防渗帷幕的布置，国内部分土石坝在水库蓄水后出现了岸坡渗漏量大于设计值等情况，主要原因是帷幕灌浆施工过程管理不严，存在质量隐患;未加强岸坡和岩石裂隙发育部位的帷幕灌浆，给后续补强加固增加工作量和难度。关于大坝施工期的变形控制，变形模量和压实密度是心墙堆石坝质量控制的关键;对位于覆盖层上的心墙堆石坝，在坝体正式填筑前，应对坝基下部的细砂层进行挖除或置换处理，对覆盖层表面做固结灌浆处理，以提高基础的承载能力;为尽可能减少大坝不均匀沉降，心墙上下游的堆石料应采用统一压实标准。
6.2.3 应用技术的研究
结合高土石坝工程的具体特点进一步开展材料和运行安全方面研究，主要包括:①心墙料、坝体填筑材料在高应力水平、复杂应力状态的工程特性(包括应力变形特性和强度特性);②堆石材料在高应力条件下的颗粒破碎、湿化规律及对其堆石材料工程力学特性的影响;③堆石材料的蠕变变形特性与机理及主要影响因素;④筑坝材料在高应力状态下剪胀、剪缩特性;⑤土质心墙、沥青心墙与过渡料，混凝土面板与垫层料的接触特性以及附加应力、变形适应性等。
6.2.4 复杂地基深厚覆盖层垂直防渗处理
前述高土石坝河床覆盖层(30～150m)多为强透水或中等透水，地层结构复杂，如已建黄河小浪底壤土斜心墙堆石坝建基于厚80m的覆盖层上，待建阿尔塔什面板坝建基于100m厚砂砾石覆盖层上，初步建成的瀑布沟砾石土心墙堆石坝河床覆盖层厚度最深达77.9m，且夹有砂层透镜体，层次结构复杂，厚度变化大，颗粒大小悬殊，缺乏0.5～ 5mm中间间颗粒，局部架空明显，透水性强且均一性差，存在坝基不均匀变形、渗漏、渗透稳定及地震时砂土液化等工程地质问题，坝基采用两道混凝土防渗墙全封闭防渗，墙厚1.2m，中心间距14m，墙体最大深度75.5～76.8m，所以做好基础防渗处理是保证大坝安全关键之一。目前，国内外同类工程对覆盖层防渗处理多采用垂直混凝土防渗墙方式。其主要优点是在施工技术日趋成熟的条件下，防渗效果可靠和耐久性较好。影响覆盖层基础混凝土防渗墙应力变形因素有覆盖层本身属性，防渗墙刚度和与基岩连接方式，施工时序与蓄水预压等。
6.3 高混凝土面板堆石坝关键技术与发展
6.3.1 超高坝建设规模
中国的面板堆石坝工程经过近30年的建设，相继设计和建设了近20座150m级及以上的高坝，其建设范围涉及到各种地形地质和气候条件，无论是筑坝数量、大坝高度和规模，还是技术创新能力都处于世界前列。通过并在建设过程中的应对各种复杂条件的经验和技术经验，目前已完成250m级高混凝土面板堆石(砂砾石)坝设计，以现有施工设备能力、填筑控制工艺、过程监测管理水平等，建设250m级高面板堆石(砂砾石)坝在技术上是可行的，但仍以设计和施工经验为主导。
6.3.2 工程运行检验
已建的150～200m级面板堆石坝运行情况总体良好，坝体沉降统计值为最大坝高的0.6%～1.2%，一般为坝高的1%;由于混合坝料、控制次序、填筑密度等原因，天生桥一级面板堆石坝属例外，沉降率达到坝高的1.99%;而主堆区用砂砾石填筑的坝体沉降量较低。根据水布垭(2012年，最大沉降量250cm)和洪家渡坝体沉降监测资料分析，坝体沉降总体变形规律为沉降随堆石填筑高度的增加而增大，沉降趋势随时间的延续而减缓，与库水相关不显著，大部分沉降在施工期完成，约为总沉降值的80%～90%左右;堆石体后期约10%～20%的沉降主要是由堆石料自身蠕变和水荷载共同作用引起。通常面板挠度与坝高的平方成正比，与堆石的压缩模量成反比;施工期面板下部向上游变形，面板上部向下游变形;水库蓄水面板整体向下游变形后，挠曲变形基本处于稳定状态;以弦长比n(面板挠度与面板长度比值)指标来看，控制在0.2%以内还是可以接受的;天生桥一级面板挠度最大值h=81cm、n=0.26%(三期面板顶部)，偏大;水布垭h= 57.3、n=0.14%(一期面板中上部)。监测表明，已建高坝渗漏量大多能控制在100L/s以内，部分工程在220～400L/s量级(吉林台一级，九甸峡等)。少部分工程渗漏量偏大，但对坝体运行安全尚无实质性影响。
6.3.3 高坝建设的基本原则与控制要素
200～250m级面板坝堆石设计和施工基本原则与控制要素包括:应进一步提高主堆石上游区整体压缩模量，以有效控制坝体变形，避免较低部位面板发生挤压破坏;减少主、次堆石模量比以控制运行期变形量，减小堆石上游面拉应变梯度;设置面板浇筑前预沉降时间;分区堆石(砂砾石)颗粒级配应满足坝体渗流控制要求;制定合理的水库蓄水计划，提高面板防渗体适应性;提高监测检测技术水平，注重施工工艺与环节的过程控制，保证坝体压实度和变形控制在施工过程中加以实现;要防止出现大级别震陷导致面板塌陷局部失效;防渗系统设计应考虑提高抗挤压破坏能力。
6.3.4 高面板坝技术创新与特点
(1)坝体断面形式与坝料。高面板坝坝料分区的原则是充分利用当地的适用材料，并满足稳定、渗流和变形控制的要求，达到安全、经济的配置。实践证明，下游堆石体变形不影响面板性状的传统观点已不适用于超高面板堆石坝;由于变形与坝高关系密切，超高面板堆石坝要求严格控制变形量和不均匀变形;应扩大主堆石区范围，主次堆石区的分界线应以一定坡度倾向下游;次堆石区也应压实到较高密度，使上下游堆石的模量差减至最小;将砂砾石料置于上游和中心部位的高应力区，利用其高模量减少变形。当坝高超过200m时应慎用软岩料;利用的开挖料宜用于坝体上部干燥及应力较低的区域;坝体较低部位垫层区水平宽度宜加宽至不小于5m。关于主堆石区当地材料应用，源于对大坝变形控制的理解，主堆石料以砂砾石为填筑坝体可以增加坝体高度，采用砂砾石填筑主堆石区坝体变形监测成果均小于堆石体约20%～40%，当坝高升至250m级(含覆盖层)，认为面板坝砂砾石+堆石填筑体变形是可控的。从已建高坝堆石料变形量和震陷量分析评价， 300m级超高面板坝防渗体系适应性与安全性有待商榷和进一步论证。250m级大石峡、次哈峡面板堆石(砂砾石)坝所处坝基(岩基)与河谷形状较好，是重要边界条件，阿尔塔什面板砂砾石坝坝高164.8m，砂砾石基础覆盖层厚98m，计入混凝土防渗墙复合坝高达262.8m，也属同级别高坝。
(2)面板结构与防裂技术。防止坝体变形引起的面板结构性裂缝最为关键;增强面板混凝土自身的抗裂性能、从结构上增强面板适应变形的能力也同样重要。有针对性应用技术包括:预防面板混凝土产生温度与干缩性裂缝已形成了系统的技术措施;优选混凝土配合比，必要时对混凝土进行改性，如采用膨胀剂、高效减水剂等;注重减小垫层对面板的约束，强调混凝土的养护;要求周边缝附近地基形态平顺，避免面板的应力集中;吸取高面板坝发生挤压破坏的经验教训，将部分垂直缝设计成可压缩性缝，以降低面板混凝土的压应力。关于面板混凝土指标:高面板坝混凝土强度等级一般为C25，考虑到自然环境因素也不宜超过C35;面板混凝土抗渗等级统一为W12已经足够。面板混凝土抗冻等级与坝址区气温条件有关，一般地区采用F100的标准即可，对于长年暴露在外部的三期面板抗冻要求可稍高一点，对特别寒冷地区可将抗冻等级提高至F200及以上。面板分缝间距一般控制在12～18m，一般采用统一的宽度。200m级以上面板一般分三期施工，不设水平结构缝，水平缝作为施工缝处理。面板的配筋有单层双向和双层双向两种配筋型式，以双层双向配筋型式居多，纵横向配筋率均按0.4%左右控制;在面板受压区、垂直缝两侧、周边缝附近增加抗挤压钢筋，以提高面板边缘部位的抗挤压破坏能力。应增加面板结构有效厚度，150m级以上高坝面板顶部厚度不小于40cm，并在现有条件下尽量增大面板承压面积，即适当降低压性纵缝铜止水鼻子的高度，铜止水底部的砂浆垫层嵌入挤压边墙内，以减少压性纵缝顶部的V形槽的深度等。
(3)止水结构。超高面板堆石坝周边缝止水结构应在底部设置铜片止水，表层设置塑性填料止水或无黏性填料止水，此外，还可以设置橡胶棒、波形止水带等。周边缝中部设置止水，会在一定程度上影响该部位混凝土振捣密实效果。150m级以下坝高，中部止水可取消，加强顶部止水也能达到要求;高坝低高程面板混凝土厚度较大，可在中部增设一道止水。我国超高面板堆石坝面板的周边缝，大多采用了设有波形止水带的塑性填料型止水结构。针对高坝纵向变形大的特点，受压垂直缝间应设置压缩性填料，吸收纵向变形。周边缝止水型式采用止水与自愈相结合的新型止水结构。面板压性垂直缝按有缝宽设计，同时在缝内设置塑性填料，避免面板挤压破坏的可能。
(4)施工技术。面板堆石坝的发展离不开施工技术的进步，近10年面板坝坡面保护采用了喷混凝土、碾压砂浆、喷乳化沥青、挤压边墙、翻模砂浆固坡等新技术和新工艺;将振动碾自重和激振力提高到25t级以上，部分工程还采用了冲碾压实机，击振力达到200～250t;开发了表层塑性止水填料的机械化施工设备及工艺;重视大坝上游面反渗水的控制和处理。在质量控制方面，采取了碾压施工“过程控制”和坝体质量检测“最终参数控制”相结合的质量控制方法;除常规的试坑法外，开发应用了大坝碾压GPS实时监控系统、填筑质量无损快速检测的附加质量法等先进技术。在施工过程中，对高坝面板浇筑前采取预沉降措施，坝体预沉降时间不应少于3个月，以6～8个月为宜。
6.3.5 高面板坝安全性评价
我国面板坝设计技术和坝体施工质量控制标准总体是合适的。近期修建的高面板坝的硬岩堆石压缩模量值约120～180MPa，施工采用的重型振动碾、碾压遍数8～10遍，体积加水量10%～15%的措施已处在较高水平，已与新规范对接;再行提高坝体压缩模量，需进一步改善级配和减小孔隙率，或采用更薄的层厚以进一步增加压实功能。基于坝体变形控制要求，与已往100m级面板坝相比，2000年后建设的几座高面板堆石坝，设计或实施后的孔隙率约在18%～20%，主堆石区和下游堆石区的孔隙率基本一致，压缩模量相差不大，坝体上下游堆石体变形比较均匀，变形量基本可控。从国内外高坝防渗面板运行经验看，面板挤压破坏后具有可修复性。只要处理及时，并有针对性采取可靠措施，总体上不会影响大坝安全。首先，200～250m级超高坝设计与建设首先应避免在较低部位发生面板挤压破坏而导致的有害渗漏;其次，要防止中坝段集中变形区发生严重挤压破坏而导致难以恢复其防渗功能;最后，目前已有针对性进行了填筑料适应性研究、实施过程控制手段、面板及其周边缝结构构造措施等。紫坪铺面板是按照现行技术标准和常规方法设计建设的高面板堆石坝，经受了超设计标准地震烈度检验(震陷约坝高0.64%，大坝体积量损约1.2‰)，蓄水功能基本没有受到影响，坝体变形、抗滑和渗透稳定性能良好;也说明面板坝具有良好抗震性能;但对高面板坝的抗震性能和安全性尚需深入研究。
6.3.6 存在的主要问题
目前超高面板坝运用期较普遍出现了面板沿垂直缝和水平向连续的挤压破坏、垫层坡面开裂、面板脱空以及震陷后的面板结构性破坏;国外同类高坝还发生过大级别集中渗漏和较严重面板结构性破坏。随着我国建坝高度和数量增加，且待建工程多处在地形地质条件复杂或较高地震烈度区，面对开工建设的超高坝(250m级)设计与施工，如何改善蓄水期面板的受力状况、预防低部位面板发生挤压破坏、避免由此而导致影响大坝安全的较大规模渗漏量，将是面板坝筑坝所面临的重要的工程技术课题。
6.4 碾压式沥青混凝土心墙土石坝现状水平与发展
6.4.1 现状水平
沥青混凝土由沥青、砂石骨料和矿质填料组成，它不仅具有良好的柔性，能较好地适应结构变形，同时还具有优越的防渗性和耐久性，适宜于作为土石坝防渗体。20世纪90年代以来，国内碾压式沥青混凝土面板坝和心墙坝建设进入一个新的阶段。这期间，除沥青品质有较大改进外，施工机械化程度也有了很大提高。已建宝泉抽水蓄能电站上库沥青面板坝最大坝高94m;茅坪溪(湖北，2005)，坝高104m，心墙高93m(厚0.5～ 1.2m)，沥青防渗面积4.64万m2;冶勒(四川，2005)，心墙高125m，坝长414m，心墙厚0.6～1.2m，体积31100m3。
6.4.2 沥青材料
2004年交通部发布的公路沥青路面施工规范，规定了国产道路沥青的性能要求，通过对比，国产沥青的性能提高主要表现在以下方面:针人度上下限差范围减小，产品质量的稳定性有了很大改善;提高了软化点;取消了25℃延度，列入了低温延度，延度指标有了很大提高;提出了针入度指数指标和含蜡量的上限控制指标，改善沥青的低温抗裂性能和高温斜坡稳定性能;取消了过去对沥青中水分的限制要求。现行道路沥青标准可基本满足水工沥青的要求，通过适当的或专项配合比设计，可以满足水利工程建设需要。以目前常用水工沥青为例:克拉玛依SG70，其主要质量指标为针人度(25℃，100g，5s)6～ 8mm，延度(5cm/min，15℃)不小于150cm，软化点(环球法)48～55℃，薄膜烘箱试验后针入度比不小于68%，软化点升高不大于5℃。
6.4.3 设计要求与标准
碾压式沥青混凝土心墙应满足防渗、适应变形、耐久性等性能要求。心墙宜采用竖直布置型式，其厚度可根据坝高、工程级别、抗震要求和施工条件等选定。高坝心墙底部最大厚度(不含扩大段)宜为坝高的1/100。心墙厚度宜采用阶梯式，顶部的最小厚度不宜小于40cm。心墙两侧设2层过渡，压实后的过渡层应具有变形协调、渗透稳定性。过渡层的水平宽度视坝高宜为1.5～5.0m。强地震区和岸坡有明显变化的部位应适当加厚。过渡层料应质地坚硬，具有较强的抗水性和抗风化能力，可采用经筛选加工的砂砾石、人工砂石料或其掺配料。碾压式沥青混凝土心墙孔隙率应不大于3%;渗透系数应不小10-8 cm/s，水稳定系数大于0.9，并根据运用条件提出有关变形和力学指标要求;碾压式心墙沥青含量可在6.0%～7.5%，粗骨料最大粒径小于19mm;室内配合比试验及现场出机口检测试验的马歇尔标准试件孔隙率不宜大于2.0;其配比通过室内和现场摊铺试验进行选择，各项技术指标应满足沥青混凝土的设计要求，并应有良好的施工性能。粗骨料宜采用碱性碎石，采用未经破碎的卵石粗骨料用量应不超过50%;采用酸性碎石或卵石时，应采取增强骨料与沥青黏附性的措施并经试验研究验证。
6.4.4 工程应用技术
本《手册》已应用振捣式沥青混凝土心墙施工技术、冷施工封闭层技术、改性沥青混凝土渠道衬砌板技术。经过几十年的积累，施工机械能力和施工经验有较大提升，我国已具备了开展大规模沥青混凝土建设的基础和条件。沥青混凝土心墙坝正在国内普及(仅新疆地区近期拟建在建项目达14座)，施工技术日渐成熟，并将向更高的坝高发展。
6.4.5 关于高坝设计与建议
目前，碾压式沥青混凝土心墙现行技术规范适用于150m以下高坝。当坝高超过150m的应作专项技术论证。待建的四川去学水电站沥青混凝土心墙堆石坝坝高已达150m量级，该工程地处高山峡谷(呈对称性较差V形)，左岸平均坡度达65°，心墙变形与应力状态较为复杂，但基础条件较好。类比国外同类坝高大于100m工程设计与运行经验，对于复杂地基高坝(坝高大于100m)尚应注意和研究碾压式沥青混凝土心墙在低温条件下的变形性能与应力状态。研究在高水平推力作用下的变形适应性及结构形式(国外多为复合结构)。对有深厚覆盖层地基条件，要吸取变形与大坝渗漏经验，尚应进一步总结我国已建工程监测资料的反馈信息。在确保工程安全运行方面应引起足够重视。
7 结语
我国水利水电工程泰斗潘家铮院士在《水工设计手册》(第2版)“序”中写道“我们必须在继承中发展，在发展中创新，在创新中跨越，才能大大地提高现代水利水电工程建设的水平”。这已成为修编土石坝工程卷章的指导思想，并努力贯彻，希望能对工程技术人员起到在发展中创新的作用。本卷修编不足之处包括:反映新技术内容不够完善，调研、查证、统计新材料、新方法的应用有差距;由于新增章节较多，参编人员众多，文字不够精练，表达方式欠统一，有些达不到《手册》便于查询要求;有个别章节业经多次统稿仍难以满足读者需要等。
纵览近30年土石坝工程建设发展与进步，土石坝工程应用技术已克服了复杂地形地质条件、强地震地质背景、深厚覆盖层等各种困难，在建和拟建的超高(300m级土质心墙、250m级混凝土面板、150m级碾压式沥青混凝土心墙)土石坝，其关键技术有些已超出现行技术标准和本卷内容范围，已进行和完成的专项或专题研究，使得土石坝技术水平的深度和广度又有所提高，对此，请读者以本卷为参考，有针对性地进行调研和查阅相关资料。
对现代土石坝工程设计与建设而言，不仅要体现其经济效益和社会效益，而应更加重视其对环境的影响，注重生态和谐。同时还要进一步研究和总结工程建设过程中对生态环境影响的更有效的预防、补偿措施。