土石壩設(shè)計-土石壩結(jié)構(gòu)設(shè)計

土石壩壩頂高程確定

小浪底大壩為壤土斜心墻堆石壩，壩頂高程281.0m，壩頂長度1667m，壩頂寬15m，最大壩底寬度864m，壩體總填筑量5185萬m3。小浪底水利樞紐一、工程案例：西霞院反調(diào)節(jié)水庫

西霞院反調(diào)節(jié)水庫左右岸灘地和河槽段為土工膜斜墻砂礫石壩，砂礫石壩總長2609m。最大壩高20.2m，壩頂寬8.0m，壩頂高程138.2m，上游邊坡1:2.75，下游邊1:2.25?！赌雺菏酵潦瘔卧O(shè)計規(guī)范》SL274-2001規(guī)定：二、壩頂高程確定依據(jù)規(guī)范二、壩頂高程的確定=Max壩頂高程=正常運用和非常運用的靜水位+相應(yīng)的超高Y

（一）波浪雍高e式中：v0—計算風速，m；

D—風區(qū)長度（有效吹程），m；

Hm

—壩前水域平均水深，m；

K—綜合摩阻系數(shù)；

—風向與水域中線（或壩軸線的法線）的夾角。1）正常運用條件下的1級、2級壩，取多年平均年最大風速的1.5~2.0倍；3級、4級、5級壩，取多年平均年最大風速的1.5倍；2）非常運用條件下，取多年平均年最大風速。不同于壩前水深式中：—斜坡的糙率滲透性系數(shù)，按查表1確定；—經(jīng)驗系數(shù)，由無維量按表2確定；

m—單坡的坡度系數(shù)，；hm、Lm—平均波高和波長，m；

當壩坡系數(shù)m=1.5～5.0時，平均爬高為：（二）波浪平均爬高Rm護面類型護面類型光滑不透水護面(瀝青混凝土)1.0砌石護面0.75～0.80混凝土板護面0.9拋填兩層塊石(不透水基礎(chǔ))0.60～0.85草皮護面0.85～0.90拋填兩層塊石(透水基礎(chǔ))0.50～0.55表2經(jīng)驗系數(shù)≤11.52.02.53.03.54.0＞5.011.021.081.161.221.251.281.30表1糙率及滲透系數(shù)（1）平均波高hm當則（2）平均波長Lm當稱為深水波，其波長與周期有關(guān)：當稱為淺水波，其波長與周期和水深都有關(guān)：平均周期

當壩坡系數(shù)m=1.5～5.0時，平均爬高為：（二）波浪平均爬高Rm當平均波高hm、平均波長Rm均算出來后，帶入下式即可解出波浪平均爬高Rm

設(shè)計爬高值按建筑物的級別而定，對Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級土石壩取累計頻率P=1%的爬高值分布表4確定：（三）波浪設(shè)計爬高Rp設(shè)計爬高值R：不同累計頻率的比，可根據(jù)爬高統(tǒng)計0.112451014203050＜0.12.662.232.071.901.841.641.541.391.220.960.1～0.32.442.081.941.801.751.571.481.361.210.97＞0.32.131.861.761.651.611.481.421.311.190.99P（%）；對IV、V級壩取P=5%的。表4爬高統(tǒng)計分布表3安全加高A運用情況壩的級別ⅠⅡⅢⅣ、Ⅴ正常非常1.50.71.00.50.70.40.50.3（四）安全加高A根據(jù)壩的等級和運用情況，安全加高A按表3確定。四、土石壩壩高確定竣工時要求:壩高:考慮沉陷設(shè)防浪墻時六六莊水庫為V等，水庫設(shè)計防洪標準為20年一遇設(shè)計，200年一遇校核。校核洪水位210.50m，相應(yīng)庫容31.6萬m3；設(shè)計洪水位208.5m，相應(yīng)庫容為21.66萬m3；興利水位207.50m，興利庫容19.4萬m3；（河谷處壩基面高程為197.61m。）該區(qū)地震基本烈度為Ⅵ度。該水庫位于平原區(qū)。多年平均最大風速15m/s，水庫吹程0.5km。任務(wù)：壩頂高程如何確定？五、工程案例訓練

案例訓練答案—六六莊水庫壩頂高程確定本次課重點：土石壩壩頂高程確定。壩頂高程=靜水位+相應(yīng)的超高Y

一般按以下4種情況計算，取最大值。五、總結(jié)：

ＸＸ水庫以灌溉為主，兼顧防洪、發(fā)電。水庫總庫容5030萬m3，多年調(diào)節(jié)水庫，在保證率75%的情況下，可灌溉北汝河下游南岸農(nóng)田10萬畝，灌溉最大引水量10m3/s。水利規(guī)劃成果：(1)淤積高程420.0m；(2)死水位427.0m；(3)最高興利水位443.0m；(4)設(shè)計洪水位(P=2%)448.21m，相應(yīng)泄量1320秒立米（溢洪道泄量1200m3/s，泄洪洞泄量120m3/s）(5)校核洪水位（P=0.1%）450.22m，相應(yīng)庫容5030萬立米，最大泄量1980m3/s，(溢洪道泄量1853m3/s，泄洪洞泄量137m3/s)該工程攔河大壩為土石壩，根據(jù)所學內(nèi)容確定該攔河大壩壩頂高程。六、作業(yè)水工建筑物項目化實訓

土石壩剖面設(shè)計天生橋一級水利樞紐魯布革水電站小浪底水利樞紐陸渾水庫水布埡水電站西霞院反調(diào)節(jié)水庫1.壩頂高程確定2.壩頂寬度確定3.壩坡確定4.防滲體形式及尺寸教學任務(wù)5.排水體形式及尺寸6.土石壩的護坡與壩坡排水

小浪底大壩為壤土斜心墻堆石壩，壩頂高程281.0m，壩頂長度1667m，壩頂寬15m，最大壩底寬度864m，壩體總填筑量5185萬m3?；A(chǔ)混凝土防滲墻厚l.2m、深80m。小浪底水利樞紐工程案例：西霞院反調(diào)節(jié)水庫

西霞院反調(diào)節(jié)水庫左右岸灘地和河槽段為土工膜斜墻砂礫石壩，砂礫石壩總長2609m。最大壩高20.2m，壩頂寬8.0m，壩頂高程138.2m，上游邊坡1:2.75，下游邊1:2.25。其中左岸（含河槽段）壩長1725.5m，右岸壩長883.5m。六六莊水庫為V等，水庫設(shè)計防洪標準為20年一遇設(shè)計，200年一遇校核。校核洪水位210.50m，相應(yīng)庫容31.6萬m3；設(shè)計洪水位208.5m，相應(yīng)庫容為21.66萬m3；興利水位207.50m，興利庫容19.4萬m3；（河谷處壩基面高程為197.61m。）該區(qū)地震基本烈度為Ⅵ度。該水庫位于平原區(qū)。多年平均最大風速15m/s，水庫吹程0.5km。任務(wù)：（一）土石壩基本剖面形式？（二）壩頂高程如何確定？壩頂寬度、壩坡如何確定?（三）繪制大壩典型斷面圖。工程案例：任務(wù)1、壩頂高程=Max壩頂高程=正常運用和非常運用的靜水位+相應(yīng)的超高Y

《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》SL274-2001規(guī)定：（一）波浪雍高e式中：v0—計算風速，m；

D—風區(qū)長度（有效吹程），m；

Hm

—壩前水域平均水深，m；

K—綜合摩阻系數(shù)；

—風向與水域中線（或壩軸線的法線）的夾角。1）正常運用條件下的1級、2級壩，取多年平均年最大風速的1.5~2.0倍；3級、4級、5級壩，取多年平均年最大風速的1.5倍；2）非常運用條件下，取多年平均年最大風速。不同于壩前水深式中：—斜坡的糙率滲透性系數(shù)，按查表4-2確定；—經(jīng)驗系數(shù)，由無維量按表4-3確定；

m—單坡的坡度系數(shù)，；hm、Lm—平均波高和波長，m；

當壩坡系數(shù)m=1.5～5.0時，平均爬高為：（二）波浪平均爬高Rm護面類型護面類型光滑不透水護面(瀝青混凝土)1.0砌石護面0.75～0.80混凝土板護面0.9拋填兩層塊石(不透水基礎(chǔ))0.60～0.85草皮護面0.85～0.90拋填兩層塊石(透水基礎(chǔ))0.50～0.55表4-3經(jīng)驗系數(shù)≤11.52.02.53.03.54.0＞5.011.021.081.161.221.251.281.30表4-2糙率及滲透系數(shù)1.平均波高hm當以上式中符號意義同前則2.平均波長Lm當稱為深水波，其波長與周期有關(guān)：當稱為淺水波，其波長與周期和水深都有關(guān)：平均周期

設(shè)計爬高值按建筑物的級別而定，對Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級土石壩取累計頻率P=1%的爬高值分布表4-4確定：3.波浪設(shè)計爬高Rp設(shè)計爬高值R：不同累計頻率的比，可根據(jù)爬高統(tǒng)計0.112451014203050＜0.12.662.232.071.901.841.641.541.391.220.960.1～0.32.442.081.941.801.751.571.481.361.210.97＞0.32.131.861.761.651.611.481.421.311.190.99P（%）；對IV、V級壩取P=5%的。表4-4爬高統(tǒng)計分布表4-1安全加高A運用情況壩的級別ⅠⅡⅢⅣ、Ⅴ正常非常1.50.71.00.50.70.40.50.3（三）安全加高A根據(jù)壩的等級和運用情況，按表4-1確定。=Max壩頂高程=正常運用和非常運用的靜水位+相應(yīng)的超高Y

（四）壩頂高程的確定竣工時要求:壩高:考慮沉陷設(shè)防浪墻時壩高任務(wù)2、壩頂寬度確定

壩頂寬度應(yīng)根據(jù)運行、施工、構(gòu)造、交通和人防等方面的要求綜合研究后確定。當無特殊要求時，高壩的壩頂最小寬度可選用10～15m，中低壩可選用5～10m。當壩高在30m~100m時，Bmin

=0.1H當壩高大于100m時，Bmin

=H0.5任務(wù)3、壩坡確定上游m1、下游m2；坡度：1:m；均質(zhì)壩壩坡平均坡度約為1:3，其他類型壩坡可參照規(guī)范或近似工程初步擬定。案例分析上游坡緩于下游坡，上部陡于下部坡糯扎渡粘土心墻堆石壩堆石壩壩坡陡于土石壩壩坡一、壩坡規(guī)律：1.與水接觸的范圍的坡度要緩；2.上游坡緩于下游坡；3.上部陡于下部坡；4.均質(zhì)壩壩坡緩于心墻壩壩坡；5.堆石壩壩坡陡于土石壩壩坡。任務(wù)3、壩坡確定二、變坡、馬道1.變坡每段10～30m，從上而下逐漸放緩，相鄰坡率差值取0.25或0.5。2.馬道位置：上、下游壩坡坡度變化處寬度：不小于1.5～2.0m；作用：用以攔截雨水，防沖刷壩面，交通、檢修和觀測，

有利于穩(wěn)定。毛家村粘土心墻土壩任務(wù)4、防滲體形式與尺寸防滲體主要是心墻、斜墻、鋪蓋、截水墻等，它的結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)能滿足防滲、構(gòu)造、施工和管理方面的要求。（一）粘性土心墻心墻一般布置在壩體中部，有時稍偏上游并稍為傾斜。心墻構(gòu)造要求：無防浪墻：有防浪墻：1.頂部高程：2.心墻邊坡：常規(guī)1:0.15~1:0.3之間肥大心墻1:0.4~1:0.5之間3.心墻厚度：常根據(jù)土壤允許滲透坡降而定4.過渡層作用：傳力均勻，防止不均勻沉降兼起反濾排水。厚1.5~2.0m，按反濾設(shè)計，從里到外顆粒徑由小到大。5.保護層：防凍，防干裂，厚度>1.0m且>凍結(jié)或干燥深度。6.截水槽：高度：1.5~2.0m，入基0.2-0.5m，下設(shè)帷幕。儒扎渡堆石壩湯河粘土斜墻土壩（二）粘土斜墻粘土斜墻一般布置在壩體上游側(cè)。斜墻構(gòu)造要求：無防浪墻：有防浪墻：1.頂部高程：2.斜墻邊坡：內(nèi)側(cè)不陡于1:2.0外坡不陡于1:2.5

3.心墻厚度：常根據(jù)土壤允許滲透坡降而定4.過渡層：主要作用是傳力均勻，防止不均勻沉降兼起反濾排水。上游的可簡單設(shè)置或不設(shè)置、下游的同心墻的要求相似，一般設(shè)兩層。5.保護層：防凍，防干裂，厚度>1.0m且>凍結(jié)或干燥深度。6.截水槽：高度：1.5~2.0m，入基0.2-0.5m，下設(shè)帷幕。（三）非土料防滲體非土料防滲體有鋼筋混凝土、瀝青混凝土、土工膜等。西霞院大壩橫斷面西霞院作用：防止?jié)B流逸出點下游坡面發(fā)生滲透破壞；結(jié)構(gòu)：緊貼下游壩坡，1～2層堆石或砌石，設(shè)置反濾層，頂部高于逸出點，I、Ⅱ級壩≥2.0m，Ⅲ、Ⅳ、V級壩≥1.5m，并保證壩體浸潤線位于凍結(jié)深度以下。優(yōu)點：構(gòu)造簡單、節(jié)省材料、便于維修。缺點：但不能降低浸潤線。任務(wù)五、排水體形式與尺寸1.貼坡排水圖4-28貼坡排水圖4-29堆石棱體排水坡度：內(nèi)坡1:1.25～1:1.5，外坡1:1.5～1:2.0；對Ⅰ、Ⅱ級壩不小于1.0m；對Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級壩不小于0.5m；且大于波浪爬高2.棱體排水作用（優(yōu)點）：降低浸潤線、防淘刷、坡腳穩(wěn)定、費料；結(jié)構(gòu)：棱體堆石；構(gòu)造要求：3.褥墊式長度：粘土均質(zhì)壩≤B/2，砂性土均質(zhì)壩≤B/3

厚度：塊石厚約0.4～0.5m，反濾層最小厚度比降：向下游方向設(shè)有0.005～0.01的縱坡。優(yōu)缺點：當下游水位低，降低浸潤線的效果顯著，不均勻沉陷時，易斷裂，檢修困難，施工有干擾。圖4-31管式排水4.管式排水組成：縱向集水管、橫向排水管。圖4-32綜合式排水（a）貼坡與棱體排水結(jié)合；（b）褥墊與棱體排水結(jié)合5.綜合式排水為發(fā)揮各種排水型式的優(yōu)點，在實際工程中常根據(jù)具體情況采用幾種排水型式組合在一起的綜合式排水。任務(wù)六、土石壩的護坡與壩坡排水（一）上游護坡1.拋石（堆石）護坡施工進度快、節(jié)省人力，但工程量比砌石護坡大。堆石護坡的厚度一般認為至少要包括2~3層塊石。2.砌石護坡有干砌石和漿砌石兩種，通常厚度為20~60cm。有時根據(jù)需要用2~3層墊層，承受較大的風浪，造價較高。圖４-33干砌石護坡（單位：m）3.混凝土和鋼筋混凝土板護坡預(yù)制板的尺寸一般采用：方形板為1.5m×2.5m、2m×2m或3m×3m,厚為0.15~0.20m。4.渣油混凝土護坡先鋪一層3cm的渣油混凝土，再鋪10cm的卵石做排水（不夯），第三層鋪8~10cm的渣油混凝土，夯實后在第三層表面傾倒溫度為130~140℃的渣油砂漿。并立即將0.5m×1.0m×0.15m的混凝土板平鋪其上，板縫間用渣油砂漿灌滿?，F(xiàn)澆混凝土護坡由漿砌石防滑齒墻自下而上分層澆筑至壩頂，待下層混凝土達到一定強度后方可繼續(xù)上部施工。同層混凝土塊應(yīng)跳倉澆筑，澆筑順序如圖中1，2，3，4，5，...所示.圖４-35渣油混凝土護坡圖４-36水泥土護坡5.水泥土護坡將粗砂、中砂、細砂摻上７％~12％的水泥（重量比），分層填筑于壩面作為護坡，叫水泥土護坡。每層