1.2 碾压式土石坝的发展历程
土石坝是一种最古老的坝型，在我国有着悠久的建造历史，但用近现代施工方法技术筑坝则基本起步于20世纪50年代。60多年来，我国修建了数以万计的土坝、土石坝（见表1-1）。这一时期，我国土石坝施工技术的发展，主要以振动碾压坝料技术的应用、岩土力学理论和试验技术的发展、施工机械化水平的不断提高和筑坝高度的提升为重要标志，大致可以分为以下几个阶段。
1.2.1 近代施工技术初期建设阶段（1950—1970）
从20世纪50年代治理淮河工程开始，在七八年时间里，先后修建了一大批土坝，坝高一般都在50m以下，坝型绝大多数为均质土坝或土质心墙砂砾坝，地基处理主要采用黏土截水槽或上游铺盖方案，施工时仅仅使用了一些数量很少的小机车、手推车、卷扬机、拖拉机、简易索道等施工机械，主要采用的是人海战术施工方法，坝料压实大多采用原始夯具和碾具；基本上依靠人力配合少量轻型机械施工。受施工机械的限制，这一时期堆石坝的施工技术没有得到应有的发展。狮子滩坝是抛填式堆石的一个实例。1958年，各地建坝数量直线上升，坝型以均质土坝、土质心墙或斜墙砂砾石坝为主，施工方法除碾压式以外，也发展了一些需用机械设备较少的、适宜于群众筑坝的水力冲填、水中填土、定向爆破等筑坝技术，成功地修建了一批中小型土石坝。1958年，青岛试用成功了柱列式混凝土防渗墙技术；1959年，北京试用成功了槽段式混凝土防渗墙技术，二者对于土石坝深厚砂砾层地基防渗处理是一大突破。这一段时间有代表性的碾压土石坝是松涛均质土坝（坝高80.1m，1970年建成）、岳城均质土坝（坝高53m，1964年建成）、毛家村心墙砂砾坝（坝高82.5m，1971年建成）、密云白河斜墙砂砾坝（坝高66m，1961年建成）、碧口心墙土石坝（坝高101.8m，1976年建成）等。定向爆破堆石坝的代表有南水北调工程、石砭峪工程、已衣工程等。这一段时间也有抛填堆石坝建成。70年代初期，沥青混凝土心墙坝、面板坝的建设在我国开始起步。由于施工技术的原因，心墙防渗体多为浇筑式沥青混凝土，也有几座沥青混凝土面板坝在这一时期建设。
表1-1 我国坝高前30位土石坝统计表
1976年竣工的碧口心墙土石坝，坝高101m，坝顶长297m，坝体填筑量397万m3。坝址区为高山峡谷，坝料主要为土料、砂砾石料和部分堆石。坝料基本采用汽车运输。工程后期，引进并研制了13.5t牵引式振动平碾，碾压坝壳砂砾料和堆石。这在当时是一项开创性工作。
这一时期，我国台湾地区修建了石门土心墙堆石坝（坝高133m，1964年竣工）和曾文土心墙堆石坝（坝高133m，1973年竣工），我国香港地区修建了高岛沥青混凝土心墙堆石坝（东坝高107m，1979年竣工）。
1.2.2 过渡时期发展阶段（1970—1990）
大型高效配套的施工机械和施工技术的进步，岩土力学和试验技术的提高，使土石坝得到较快发展，无论是坝高和填筑体积都明显提高。高山峡谷区、洪水大的河流上修建的土石坝也可以成为较经济和便于施工的坝型。20世纪70年代中期，我国在学习国外先进经验的基础上，重视了大型施工机械的引进、开发以及科学研究工作。随着综合国力的增强，重型土石方机械及其配套设备武装了众多施工企业，土石坝发展的新时期随之开始。
这一阶段，土石坝施工技术的发展以重型土石方机械及振动碾等大型施工设备的成功实践为主要标志，土质心墙堆石坝和混凝土面板堆石坝成为现代高土石坝的两种主导坝型。用振动碾薄层碾压可以得到密实而变形较少的堆石体，解决了传统的混凝土面板堆石坝因抛填堆石的大量变形而导致的面板断裂、接缝张开和大量渗漏的问题，从而使这种坝型重新兴起。同时，振动压实可使爆破开采的堆石料全部上坝，也使大粒径的砂砾（卵）石填筑大坝成为可能，对软岩料也可用提高压实密度的方法弥补岩块强度的不足。振动凸块碾、平板振动器等压实工具也逐步得到应用，适用防渗料的范围不断拓宽。振动碾的使用提高了土石坝的安全性、经济性和适用性。坝料无轨运输的优越性和高效率使机车运输坝料的有轨运输方式逐渐消失。这种进步在1976年竣工的碧口土石坝上初现端倪。20世纪70年代、80年代之交建设的石头河土石坝，标志着我国土石坝施工技术进入了一个新阶段。20世纪80年代中后期，鲁布革心墙坝在土石坝施工技术的发展中起着承前启后的作用。20世纪最后几年建设的小浪底斜心墙堆石坝、黑河金盆心墙砂砾坝，极大地丰富了土石坝施工的实践经验，全面地提高了我国的土石坝施工技术水平。小浪底斜心墙堆石坝是20世纪我国土石坝施工水平的代表，也并被评为堆石坝工程的国际里程碑。
碾压式混凝土面板堆石坝是20世纪60年代末国际上重新崛起的坝型。进入20世纪80年代中期，我国开始用现代技术修建混凝土面板堆石坝，第一个开工的为西北口面板坝，第一个完建的是关门山面板坝。这标志着我国的混凝土面板堆石坝从50m级关门山坝、100m级西北口坝起步，已经进入到了一个新的历史发展时期。20世纪90年代开始，该坝型更是得到迅速的发展。据统计，自1985年开始至1998年完建的混凝土面板坝为39座，至2000年建成高度超过100m的坝有9座，最高达178m。混凝土面板堆石坝已成为高、中土石坝的主导坝型之一。这一时段混凝土面板坝的典型代表有西北口、天生桥一级、乌鲁瓦提、珊溪等工程。
我国从20世纪70年代开始，将沥青混凝土防渗体用于土石坝工程，与国外相比，起步较晚。由于沥青混凝土的优良特性，在土石坝工程中的应用得到了较快发展。在初期发展的一二十年里，大多数工程采用的都是浇筑式沥青混凝土防渗体技术，也有一些中小型工程采用了碾压式沥青混凝土面板防渗体，但施工机具较为简单，施工规模也比较小，与现代沥青混凝土施工应用技术有一定距离。进入20世纪90年代，随着天荒坪沥青面板坝、洞塘沥青心墙坝、坎儿其沥青心墙坝等工程全面采用碾压式沥青混凝土施工技术，标志着我国开始进入世界沥青混凝土施工技术应用的先进行列。
我国以土工膜作为坝体的防渗体开始于20世纪80年代，20世纪90年代开始用于50m级高的坝体中，也修建了一些坝高不高但规模很大的平原蓄水坝工程，这些都为土工膜防渗体土石坝的发展和推广起了积极的作用。
1.2.3 高土石坝建设阶段（2001年至今）
进入21世纪以来，我国的土石坝建设成就举世瞩目。一批高土石坝、超高土石坝的动工修建和相继建成，标志着我国的土石坝施工技术已经进入世界先进水平的行列。这十余年间，建成高于100m的土石坝超过30座（累计逾50座），其中高于150m的土石坝为10座，计入此前竣工和当今在建的150m以上的高土石坝共27座，土石坝所占份额已超过其他坝型，在我国最高的大坝中，土石坝已占据了领先地位。高土石坝施工所使用的运输车吨位和挖掘机、装载机斗容随填筑规模的增大而增大，碾压设备大都采用了较大激振力的重型振动碾，30t以上的超重型自行式振动碾已投入施工，冲击式压实设备开始试验性应用。施工设备的配套选用更加理性、规范，基于GPS、GIS的数字大坝技术也在土石坝施工领域应用、推广。坝料使用规划、坝体填筑分区趋于科学合理，坝料加工技术水平明显提高，对砾质土性认识更深入。测试手段和观测设备的埋设技术同步发展，施工阶段观测数据的采集取得一定成果。混凝土面板堆石坝上游填筑固坡技术不断改进，陆续出现了几种不同的固坡形式。坝体护坡施工技术也有所提高，面板混凝土防裂研究不断深入并取得良好效果。施工面板前对坝体的沉降把握趋于理性，土石坝施工期的水流控制技术、深覆盖层地基处理水平都达到了一个新的高度。
我国振动碾压设备的研制生产水平在前一阶段实践经验的基础上有了大幅度的提高。2000年以后，20~26t自行式振动平（凸块）碾陆续投入市场，其性能指标和国产化程度大幅提高。2010年前后，我国企业还陆续推出了32t级和36t级的液压自行式振动碾。这些产品都为各级各类土石坝施工提供了可供自由选择压实设备的空间。
这一阶段，我国还在高原寒冷地区、地震多发地区建设了一批高土石坝工程，这些都为土石坝的全面发展积累了经验。
由于沥青混凝土具有防渗性能好、适应变形能力强、工程量较少等特点，加上实践的经验积累，近十多年来，以沥青混凝土作为防渗体的堆石坝在我国也得到长足的发展，在以现代技术建成的天荒坪沥青混凝土面板堆石坝（坝高72m）的基础上，三峡茅坪溪沥青混凝土心墙堆石坝（坝高104m）和南桠河冶勒沥青混凝土心墙堆石坝（坝高125.5m）、呼图壁石门沥青混凝土心墙堆石坝（坝高106m）、阿拉沟沥青混凝土心墙砂砾坝（坝高105.26m）陆续建成。这都说明，沥青混凝土防渗体土石坝施工技术又迈上一个新台阶，一种振捣式沥青混凝土防渗心墙施工方法也开始应用。沥青混凝土防渗体土石坝已经成为有竞争力的一种坝型。
近年，我国建设者开始设计并建造属于高坝级别的土工膜防渗体土石坝工程，这将有助于该坝型施工技术水平的提高。
我国的土石坝施工管理水平在努力实践和积极探索中不断取得进步。以糯扎渡砾石土心墙堆石坝、瀑布沟砾石土心墙堆石坝、水布垭混凝土面板堆石坝、紫坪铺混凝土面板堆石坝、猴子岩混凝土面板堆石坝、冶勒沥青混凝土心墙堆石坝、石门沥青混凝土防渗体土石坝等工程为代表，体现了这一新时期的施工水平。正在建设中的长河坝砾石土心墙堆石坝（高240m）、两河口砾石土心墙堆石坝（高295m）等工程,正在围绕高土石坝施工关键技术进行研究和实践，并在信息化技术的应用、施工机械配套优化、智能化施工机械、土石坝快速施工等方面的研究实践中取得新成果。