小型土石壩設(shè)計(jì)-設(shè)計(jì)土石壩剖面

任務(wù)2土石壩剖面設(shè)計(jì)—壩頂高程目錄12壩頂高程設(shè)計(jì)案例解析壩頂高程設(shè)計(jì)01壩頂高程設(shè)計(jì)壩頂高程＝水庫(kù)靜水位+相應(yīng)的超高，取下列中的最大值▽max。①.設(shè)計(jì)洪水位+正常運(yùn)用條件的壩頂超高②.正常蓄水位+正常運(yùn)用條件的壩頂超高③.

校核洪水位+非常運(yùn)用條件的壩頂超高④.

正常蓄水位+非常運(yùn)用條件的壩頂超高，再加地震安全加高設(shè)計(jì)的壩頂高程是針對(duì)壩體沉降穩(wěn)定以后情況而言的。因此竣工時(shí)的壩頂高程預(yù)留足夠的沉陷超高。一般施工質(zhì)量好的土石壩沉陷量為壩高的0.2～0.4%，1～2m。1.土石壩的壩頂高程壩頂高程設(shè)計(jì)

R：設(shè)計(jì)波浪爬高，e：風(fēng)壅水面高；A：安全加高。壩頂高程計(jì)算圖

2.壩頂超高y的計(jì)算壩頂高程設(shè)計(jì)壩頂高程計(jì)算圖3.設(shè)計(jì)波浪爬高R的計(jì)算波浪爬高R是波沿建筑物坡面爬升的垂直高度(從風(fēng)雍水面起算)，其值以蒲田公式計(jì)算為宜。采用蒲田公式計(jì)算波浪爬高應(yīng)首先計(jì)算平均爬高Rm，當(dāng)壩坡的單坡系數(shù)m=1.5～5.0時(shí)，平均爬高可按式計(jì)算：K△——壩面糙率滲透性系數(shù)；Kω——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；hm、Lm——平均波高和平均波長(zhǎng)，m；m——壩坡系數(shù)，后期刪除壩頂高程設(shè)計(jì)壩頂高程計(jì)算圖3.設(shè)計(jì)波浪爬高R的計(jì)算求出Rm后，按工程等級(jí)選用設(shè)計(jì)累計(jì)頻率(％)(對(duì)1～3級(jí)土石壩取P：1％；對(duì)4、5級(jí)壩取P=5％)，并由P(％)值查表1，求得設(shè)計(jì)爬高值Rp?；虬幢?換算成所需概率的爬高Rp。表1爬高統(tǒng)計(jì)分布(RP／Rm值)P%0.11234510203050(1)<0.12.662.232.071.971.901.841.641.391.230.96(2)0.1~0.32.442.081.941.861.801.751.571.361.210.96壩頂高程設(shè)計(jì)

壩頂高程計(jì)算圖4.風(fēng)壅水面高e的計(jì)算k——綜合摩阻系數(shù)，其值在（1.5～5.0）×106之間，一般取3.6×106；D——風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度，m；Hm——壩前風(fēng)區(qū)水域平均水深，m。β——計(jì)算風(fēng)速與壩軸線法線的夾角，（0）；ω——計(jì)算風(fēng)速，m／s，在正常運(yùn)用情況，1、2級(jí)壩，取ω＝（1.5～2.0）ωmax，3～5級(jí)壩取1.5ωmax；非常運(yùn)用情況，取ω＝ωmax。ωmax壩址多年平均最大風(fēng)速。壩頂高程設(shè)計(jì)

壩頂高程計(jì)算圖5.安全加高A的確定表2土石壩安全加高A值(單位：m)壩的級(jí)別1234、5設(shè)計(jì)1.51.000.700.50校核山區(qū)、丘陵區(qū)0.700.500.400.20平原、濱海區(qū)1.000.700.500.30安全加高A的取值與工程級(jí)別及運(yùn)行情況有關(guān)。案例解析02壩頂高程計(jì)算案例解析某工程壩址為砂卵石地基，層厚4～8m，壩址附近砂躒料與粘土分布在上、下游各一半，砂躒料儲(chǔ)量600萬(wàn)m3，粘土儲(chǔ)量30萬(wàn)m3，料場(chǎng)距大壩約3公里，交通方便。（一）水文、水利計(jì)算資料1.正常蓄水位116.70m，庫(kù)容1240萬(wàn)m3，灌溉農(nóng)田4.5萬(wàn)畝。2.100年一遇設(shè)計(jì)洪水位117.90m，下游水位84.30m。3.500年一遇校核洪水位119.60m，庫(kù)容1420萬(wàn)m3。下游水位84.70m。4.死水位高程93.60m，死庫(kù)容115萬(wàn)m3。5.淤沙高程91.94m，淤沙庫(kù)容0.93萬(wàn)m3。

6.工程所在地風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度為2km。

7.河床高程為82.20m。（二）氣象、地理資料1.庫(kù)壩附近土料豐富，沙石料缺少；2多年平均最大凍土深度0.93m。

3.工程所在地多年平均最大風(fēng)速為了15m/s。4.地震烈度5度，雨季較長(zhǎng)。壩頂高程計(jì)算案例解析壩頂高程計(jì)算(1)計(jì)算正常運(yùn)用情況下的壩頂超高：壩頂超高y是按下式計(jì)算：1)計(jì)算波浪爬高R：波浪爬高按蒲田試驗(yàn)站公式計(jì)算。先計(jì)算平均爬高RM，再計(jì)算設(shè)計(jì)爬高Rp平均爬高按下式計(jì)算壩頂高程計(jì)算案例解析土壩采用砌石護(hù)面,通過查表：與壩坡糙率有關(guān)的系數(shù)KΔ=0.8；經(jīng)驗(yàn)系數(shù)Kω=1.01；折減系數(shù)Kβ=1。初擬壩坡m=2.5；吹程D=2000m；則平均波高：平均波長(zhǎng)為

將以上各值代入RM式得設(shè)計(jì)爬高值的累積概率P按工程等級(jí)確定。對(duì)于l、Ⅱ、Ⅲ級(jí)土石壩取P=1％的爬高值R1％，該土壩屬于Ⅲ級(jí)，故P=1％；查表1得Rp／Rm=2.23則R1%＝2.23Rm＝2.23×0.7226＝1.611m壩頂高程計(jì)算案例解析2)計(jì)算風(fēng)壅水面高度：風(fēng)壅水面高度按下式計(jì)算

式中綜合摩阻系數(shù)K值變化在(1.5～5.0)×10－6范圍內(nèi)，計(jì)算時(shí)取K=3.6×10－6；水庫(kù)的平均水深H近似取為35.70m，則3）安全加高：按Ⅲ級(jí)壩和正常運(yùn)用情況查表2得A＝0.7m。正常運(yùn)用情況下壩頂超高為

y=1.611＋0.0052＋0.7＝2.3162m壩頂高程計(jì)算案例解析（2）計(jì)算非常運(yùn)用條件下的壩頂超高：非常運(yùn)用情況下的壩頂超高計(jì)算公式與正常情況下一樣，所不同的是風(fēng)速采用多年平均最大風(fēng)速可v＝l5m／s，壩前水深H＝119.60一82.20＝37.40m，水域平均水深Hm=37.40m。

同理計(jì)算：RM＝0.4580m；R1%＝1.021m；e＝0.004m；查表2得：A=0.4m，則非常情況下壩頂超高為

y＝1.021+0.0088+0.4=1.4298m壩頂高程計(jì)算案例解析（3）壩頂高程及壩高：正常運(yùn)用條件下的壩頂高程為117.90+2.3162=120.2162m；非常運(yùn)用條件下的壩頂高程為119.60+1.4298=121.0298m；考慮在上游側(cè)設(shè)置1.2m高的防浪墻，用防浪墻頂部高程代替壩頂高程，則墻后壩頂高程為121.0298－1.2=119.8298m,壩高為119.8298－82.20＝37.6298≈37.63m。以壩高的1％為預(yù)留沉陷值，則施工高程為82.20+37.63×1％＝120.20m。任務(wù)2土石壩剖面設(shè)計(jì)—土石壩壩坡與寬度設(shè)計(jì)目錄12壩頂寬度設(shè)計(jì)壩坡設(shè)計(jì)3案例解析壩頂寬度設(shè)計(jì)01壩頂寬度設(shè)計(jì)壩頂寬度的確定取決于交通、防汛、施工及其他專門性要求。當(dāng)壩頂有交通要求時(shí)，應(yīng)按交通部門的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行；如無(wú)特殊要求，對(duì)于高壩，100m以上，壩頂寬度可選用l0～15m，對(duì)于100m以下，B=H/10，可選用5～10m。壩頂寬度壩坡設(shè)計(jì)02土石壩壩坡設(shè)計(jì)壩坡與壩型、壩高、筑壩材料、壩基性質(zhì)以及施工方法有關(guān)，一般參照工程實(shí)踐類比擬定，然后核算、修改確定。在滿足穩(wěn)定的前提下，盡可能陡些，以節(jié)約工程量。土石壩壩坡設(shè)計(jì)壩坡及構(gòu)造示意圖

土石壩壩坡的一般規(guī)律：1)用同種土料填筑時(shí)，上游壩坡常比下游壩坡為緩。2)土質(zhì)斜墻壩的上游坡比心墻壩緩，而下游坡可比心墻壩為陡。碾壓式堆石壩的壩坡比土壩陡。對(duì)于斜墻堆石壩，其下游壩坡可用堆石的自然坡。土石壩壩坡設(shè)計(jì)壩坡及構(gòu)造示意圖

土石壩壩坡的一般規(guī)律：3)砂壤土、壤土的均質(zhì)壩坡比砂或砂礫組成的壩坡要緩些。4)粘性土料壩的壩坡與壩高有關(guān)，壩高越大則壩坡越緩；而砂或砂礫料壩體的壩坡與壩高關(guān)系甚微。5)用粘性土料筑的土壩作成幾級(jí)，壩頂附近的壩坡宜陡些，向下逐級(jí)變坡，每級(jí)高度約15～20m，相鄰坡率差值為0.25~0.5。土石壩的壩坡初選一般參照已有工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)擬定。常用的壩坡一般取1:2.0～1:4.0。中、低高度的均質(zhì)壩其平均坡度約為1:3。土石壩壩坡設(shè)計(jì)壩坡及構(gòu)造示意圖

土石壩壩坡的一般規(guī)律：碾壓式土石壩下游壩坡沿高程每隔10~30m設(shè)置一條馬道，其寬度不小于1.5~2.0m,馬道作用：攔截雨水，防止沖刷壩面，同時(shí)也兼作交通、檢修、觀測(cè)之用。馬道還有利于壩坡穩(wěn)定。土石壩壩坡設(shè)計(jì)表1均質(zhì)壩壩坡壩高(m)塑性指數(shù)較高的亞粘土壩高(m)塑性指數(shù)較低的亞粘土馬道上游坡下游坡馬道上游坡下游坡級(jí)數(shù)寬度(m)自上而下自上而下級(jí)數(shù)寬度(m)自上而下自上而下<1511.51：2.501：2.751：2.251：2.50<1511.51：2.251：2.501：2.001：2.2515～25221：2.751：3.001：2.501：2.7515～2522.01：2.501：2.751：2.251：2.5025～35321：2.751：3.001：3.501：2.501：2.751：3.0025～3532.01：2.501：2.751：3.251：2.251：2.501：2.75初擬壩坡，可參考表1和表2土石壩壩坡設(shè)計(jì)表2粘土心墻壩壩坡壩高(m)壩坡心墻馬道級(jí)數(shù)馬道寬（m）上游坡下游坡頂寬邊坡自上而下自上而下(m)

<1511.51：2.00～2.251：2.25～2.501：l.25～2.001：2.00～2.251.51：0.215～251～22.01：2.25～2.501：2.50～2.751：2.00～2.251：2.25～2.502.01：0.15～0.2525～3522．O1：2.50～2.751：2.75～3.001：3.00～3.501：2.25～2.501：2.50～2.751：2.75～3.002．O1：0.15～0.25案例解析03壩頂高程計(jì)算案例解析

某工程壩址為砂卵石地基，層厚4～8m，壩址附近砂躒料與粘土分布在上、下游各一半，砂躒料儲(chǔ)量600萬(wàn)m3，粘土儲(chǔ)量30萬(wàn)m3，料場(chǎng)距大壩約3公里，交通方便。（一）水文、水利計(jì)算資料1.正常蓄水位116.70m，庫(kù)容1240萬(wàn)m3。灌溉農(nóng)田4.5萬(wàn)畝。2.100年一遇設(shè)計(jì)洪水位117.90m，下游水位84.30m。3.500年一遇校核洪水位119.60m，庫(kù)容1420萬(wàn)m3。下游水位84.70m。4.死水位高程93.60m，死庫(kù)容115萬(wàn)m3。5.淤沙高程91.94m，淤沙庫(kù)容0.93萬(wàn)m3；河床高程為82.20m。

6.工程所在地風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度為2km。（二）氣象、地理資料1.庫(kù)壩附近土料豐富，沙石料缺少；2多年平均最大凍土深度0.93m。

3.工程所在地多年平均最