小型土石壩設計-設計土石壩剖面

任務2土石壩剖面設計—壩頂高程目錄12壩頂高程設計案例解析壩頂高程設計01壩頂高程設計壩頂高程＝水庫靜水位+相應的超高，取下列中的最大值▽max。①.設計洪水位+正常運用條件的壩頂超高②.正常蓄水位+正常運用條件的壩頂超高③.

校核洪水位+非常運用條件的壩頂超高④.

正常蓄水位+非常運用條件的壩頂超高，再加地震安全加高設計的壩頂高程是針對壩體沉降穩(wěn)定以后情況而言的。因此竣工時的壩頂高程預留足夠的沉陷超高。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計

R：設計波浪爬高，e：風壅水面高；A：安全加高。壩頂高程計算圖

2.壩頂超高y的計算壩頂高程設計壩頂高程計算圖3.設計波浪爬高R的計算波浪爬高R是波沿建筑物坡面爬升的垂直高度(從風雍水面起算)，其值以蒲田公式計算為宜。采用蒲田公式計算波浪爬高應首先計算平均爬高Rm，當壩坡的單坡系數(shù)m=1.5～5.0時，平均爬高可按式計算：K△——壩面糙率滲透性系數(shù)；Kω——經(jīng)驗系數(shù)；hm、Lm——平均波高和平均波長，m；m——壩坡系數(shù)，后期刪除壩頂高程設計壩頂高程計算圖3.設計波浪爬高R的計算求出Rm后，按工程等級選用設計累計頻率(％)(對1～3級土石壩取P：1％；對4、5級壩取P=5％)，并由P(％)值查表1，求得設計爬高值Rp?；虬幢?換算成所需概率的爬高Rp。表1爬高統(tǒng)計分布(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壩頂高程設計

壩頂高程計算圖4.風壅水面高e的計算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——風區(qū)長度，m；Hm——壩前風區(qū)水域平均水深，m。β——計算風速與壩軸線法線的夾角，（0）；ω——計算風速，m／s，在正常運用情況，1、2級壩，取ω＝（1.5～2.0）ωmax，3～5級壩取1.5ωmax；非常運用情況，取ω＝ωmax。ωmax壩址多年平均最大風速。壩頂高程設計

壩頂高程計算圖5.安全加高A的確定表2土石壩安全加高A值(單位：m)壩的級別1234、5設計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的取值與工程級別及運行情況有關。案例解析02壩頂高程計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，砂躒料儲量600萬m3，粘土儲量30萬m3，料場距大壩約3公里，交通方便。（一）水文、水利計算資料1.正常蓄水位116.70m，庫容1240萬m3，灌溉農(nóng)田4.5萬畝。2.100年一遇設計洪水位117.90m，下游水位84.30m。3.500年一遇校核洪水位119.60m，庫容1420萬m3。下游水位84.70m。4.死水位高程93.60m，死庫容115萬m3。5.淤沙高程91.94m，淤沙庫容0.93萬m3。

6.工程所在地風區(qū)長度為2km。

7.河床高程為82.20m。（二）氣象、地理資料1.庫壩附近土料豐富，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速為了15m/s。4.地震烈度5度，雨季較長。壩頂高程計算案例解析壩頂高程計算(1)計算正常運用情況下的壩頂超高：壩頂超高y是按下式計算：1)計算波浪爬高R：波浪爬高按蒲田試驗站公式計算。先計算平均爬高RM，再計算設計爬高Rp平均爬高按下式計算壩頂高程計算案例解析土壩采用砌石護面,通過查表：與壩坡糙率有關的系數(shù)KΔ=0.8；經(jīng)驗系數(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：平均波長為

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

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

y=1.611＋0.0052＋0.7＝2.3162m壩頂高程計算案例解析（2）計算非常運用條件下的壩頂超高：非常運用情況下的壩頂超高計算公式與正常情況下一樣，所不同的是風速采用多年平均最大風速可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壩頂高程計算案例解析（3）壩頂高程及壩高：正常運用條件下的壩頂高程為117.90+2.3162=120.2162m；非常運用條件下的壩頂高程為119.60+1.4298=121.0298m；考慮在上游側(cè)設置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％為預留沉陷值，則施工高程為82.20+37.63×1％＝120.20m。任務2土石壩剖面設計—土石壩壩坡與寬度設計目錄12壩頂寬度設計壩坡設計3案例解析壩頂寬度設計01壩頂寬度設計壩頂寬度的確定取決于交通、防汛、施工及其他專門性要求。當壩頂有交通要求時，應按交通部門的有關規(guī)定執(zhí)行；如無特殊要求，對于高壩，100m以上，壩頂寬度可選用l0～15m，對于100m以下，B=H/10，可選用5～10m。壩頂寬度壩坡設計02土石壩壩坡設計壩坡與壩型、壩高、筑壩材料、壩基性質(zhì)以及施工方法有關，一般參照工程實踐類比擬定，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。土石壩壩坡設計壩坡及構(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，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。土石壩壩坡設計壩坡及構(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，壩高越大則壩坡越緩；而砂或砂礫料壩體的壩坡與壩高關系甚微。5)用粘性土料筑的土壩作成幾級，壩頂附近的壩坡宜陡些，向下逐級變坡，每級高度約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踐經(jīng)驗擬定。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。土石壩壩坡設計壩坡及構(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，同時也兼作交通、檢修、觀測之用。馬道還有利于壩坡穩(wěn)定。土石壩壩坡設計表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數(shù)寬度(m)自上而下自上而下級數(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土石壩壩坡設計表2粘土心墻壩壩坡壩高(m)壩坡心墻馬道級數(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，砂躒料儲量600萬m3，粘土儲量30萬m3，料場距大壩約3公里，交通方便。（一）水文、水利計算資料1.正常蓄水位116.70m，庫容1240萬m3。灌溉農(nóng)田4.5萬畝。2.100年一遇設計洪水位117.90m，下游水位84.30m。3.500年一遇校核洪水位119.60m，庫容1420萬m3。下游水位84.70m。4.死水位高程93.60m，死庫容115萬m3。5.淤沙高程91.94m，淤沙庫容0.93萬m3；河床高程為82.20m。

6.工程所在地風區(qū)長度為2km。（二）氣象、地理資料1.庫壩附近土料豐富，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