【文章內(nèi)容簡介】 8 0 0c o s = 0 . 0 0 0 82 9 . 8 1 8 0 02Ke VDgH ? ? ? ????? 波浪爬高 1 R m n???設(shè) 15 V D?設(shè) 式中： m = n = A = (查表 ) 則 R設(shè) = R= tD = tG +R+e+A=+++= 比較正常和非常運行情況可知，壩頂高程應(yīng)取為非常運行期計算的 。 由于桐城市距離地震區(qū)較近，考慮到由于地震作用而產(chǎn)生的附加沉降以及壩前水域產(chǎn)生涌浪的影響。地震涌浪高度可根據(jù)壩前水深和地震設(shè)計烈度的大小采用 ~，本工程采用 。 為使土石壩在萬一潰決是不首先從壩的中部漫溢，以便減緩潰決速度，應(yīng)在巴德中間段增大預(yù)留超高 ~，本工程采用 。 當(dāng)壩體在運用期可能產(chǎn)生較大沉降，或者是當(dāng)壩體建筑在壓縮性地基上時，在按公式（ 41）計算得的壩頂高程，還應(yīng)加上雨露的沉降加高，才是設(shè)計的壩頂高程。預(yù)留的沉降加高值等于壩體和壩基在運用期的最終沉降值，在說明書后面會詳述，先暫取為 。 為了降低壩頂?shù)母叨龋瑴p小壩體的土石方量，常常在壩頂?shù)纳嫌蝹?cè)設(shè)置不透水的防浪墻，以抵御風(fēng)浪的作用，防止其濺上壩頂。此時防浪墻的頂部高程等于公式（ 41）計算得得壩頂高程，而實際的壩頂高程則率高于壩前水域的計算靜水位，即在正常運行情況高于壩前設(shè)計洪水位不小于 ，在非常運用情況下高于壩前校核洪水位不小于 。且防浪墻的高度，一般不超過 。本工程防浪墻高度取為 。 則防浪墻頂部高程 39。H =+++= 壩頂高程 H== 壩頂設(shè)計 14 土石壩的壩頂通常由防浪墻、路面和下游欄墻（或欄桿）所組成，防浪墻通常設(shè)置在上游壩肩處，強頂高于壩頂 ，其底部應(yīng)與壩體防滲設(shè)備（心墻或斜墻）上游部分的頂面緊密連接，以防在風(fēng)波作用下庫水越過墻底流向下游。對于斜墻壩，為了便于防浪墻與斜墻的連接，斜墻頂部處的坡度可適當(dāng)變陡 （如下圖）。為了保證防浪墻的穩(wěn)定性及其基底應(yīng)力不致過大（下游端）和過?。ㄉ嫌味耍?，以及防浪墻與防滲體接觸面的防滲效果，防浪墻的地面課適當(dāng)加寬。根據(jù)照明的要求，每隔 30—— 50m 課在防浪墻頂部設(shè)置一根燈柱。 防浪墻應(yīng)堅固不透水，其結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)根據(jù)穩(wěn)定、強度計算確定，冰球每隔一定長度應(yīng)設(shè)置伸縮縫，縫中設(shè)置止水。 土石壩的壩頂寬度應(yīng)滿足壩體的構(gòu)造、施工、運行和地震的要求。根據(jù)已建成的土石壩的經(jīng)驗，滿足壩體構(gòu)造要求和施工條件的壩頂最小寬度，對于高壩可選用 10—— 15m，對于中、低高度的壩可選用 5—— 10m。本工程無交 通要求，壩頂寬度可選用 8m。 壩頂路面可根據(jù)當(dāng)?shù)氐牟牧锨闆r做成碎石路面或 瀝青路面。本工程為山區(qū)水庫，采用碎石路面，其表層厚約 用碎石黃泥漿做成路面。坡度一般為2%—— 3%，本工程采用 3%。 壩頂?shù)南掠螇渭缣?，設(shè)置欄墻，欄墻的頂寬為 20cm，高出壩頂 25cm。為了便于排除壩頂?shù)挠晁瑱趬ι厦扛?40m 設(shè)一排水孔，孔徑選用 15cm，排水孔應(yīng)與壩面排水溝相接。 圖 壩頂結(jié)構(gòu)圖 15 壩坡設(shè)計 土石壩的邊坡通常都設(shè)計成直線形或折線形，前者用于高度較低的土石壩，后者用于高度較大的土石壩。 土石壩邊坡坡率的大小與壩的高度、涂料的性質(zhì)和工作條件有關(guān)。根據(jù)邊坡穩(wěn)定性的要求，對于較高的土石壩，或者是土料抗剪強度較低的土石壩，邊坡的坡率應(yīng)該較大；對于較低的土石壩，或者是土料抗剪強度較高的土石壩，邊坡的坡率可以較小。 對于較高的土石壩，上下游邊坡從坡頂?shù)狡碌卓梢苑譃閹锥?，各段采用不同的坡率值，通常是沿邊坡高度每?8—— 15m 分為一段，各段的坡率值自壩頂?shù)綁蔚字鸲卧龃?，形成一個折線形的邊坡，各段邊坡坡率的差值約為 ——。在一般情況下，為了便于施工和檢修，以及考慮到邊坡排水 的需要，在不同坡率的邊坡點處，設(shè)置寬度為 —— 的平臺，稱為馬道，也稱為戧臺或戧到。 綜上所述，本工程上下游邊坡均分為三段，上游邊坡三段的坡率分別為 、 ，頂部段高 13m，中部段高 15m，其余為下部段；下游邊坡三段的坡率分別為 、 、 頂部段高 15m，中部段高 15m，其余為下部段 。 馬道寬定為 ，上游側(cè)馬道高程風(fēng)別為 和 ，下游側(cè)馬道高程分別為 和 。 圖 壩坡結(jié)構(gòu)示意圖 16 防滲體設(shè)計 本設(shè)計采用瀝青混凝土防滲體，瀝青混凝土斜墻按其構(gòu)造分為有排水層和無排水層兩種類型，本工程采用有排水層的瀝青混凝土斜墻。 有排水層的瀝青混凝土斜墻通常由 5—— 6層組成，如下圖所示。 圖 瀝青混凝土斜墻的構(gòu)造 （ 1）表面防護層 在上部防滲層的頂面鋪設(shè)厚度為 3cm 的瀝青瑪?shù)僦鳛闉r青混凝土斜墻的表面防護層，起著填塞上部防滲層和增強上部防滲的作用，并使 斜墻表面在冬季不易凍壞。 （ 2）上部防滲層 上部防滲層是瀝青混凝土的主要防滲層，有厚度為 12cm緊密的細(xì)粒（粒徑 12mm）瀝青混凝土做成，可分為 1—— 3層鋪設(shè)。 （ 3）中間排水層 中間排水層的作用是排除通過上部防滲層滲入斜墻的滲水，有厚度為 12cm 疏松的粗粒瀝青混凝土做成，這種瀝青混凝土通常用直徑為 12—— 15mm 單一粒級的石子拌合而成，瀝青用量一般為石子用量的 2%——3%，壓實后的孔隙率保持在 30%—— 40%左右。為了有效的排除滲水，通常沿壩軸線方向每隔 10—— 12m，用緊密的細(xì)粒瀝青混凝土從壩頂向壩腳方向在排水層中鋪設(shè)一條瀝青隔水帶，將排水成 分隔成幾段，以便進入排水層中的滲水在各排水段內(nèi)分別排入設(shè)在上游壩腳處的排水廊道中。 （ 4）底部防滲層 底部防滲層是瀝青混凝土斜墻的第二道防滲層，一般由厚度為 4—— 6cm 緊密的細(xì)粒瀝青混凝土做成。通常在平整層的表面涂刷一層 17 瀝青瑪?shù)僦驗r青乳劑，以便使底部防滲層與整體平整易于結(jié)合。 （ 5）整平層 整平層鋪設(shè)在底部防滲層的下面和過渡層的上面，其作用是使底部防滲層有一個平整的接觸面，以保證底部防滲層的效果。通常由粘結(jié)瀝青的石子或碎石組成，厚度為 4—— 8cm。 （ 6）過渡層 過渡層位于整平層與堆石壩體之間，使材料的粒徑逐步由較細(xì)顆粒過渡到較大的堆石塊體，以便斜墻所受的誰何在能均勻的傳遞給堆石壩體。 排水設(shè)備 為了 排除進入壩體的滲水，降低壩體的浸潤線，以及防止?jié)B流出逸處產(chǎn)生滲透變形。在土石壩的下游壩體部分通常設(shè)置排水設(shè)備，起作用時控制和引導(dǎo)滲流安全的排除壩體外，降低壩體浸潤線和孔隙水 壓力，增強壩坡穩(wěn)定保護下游壩坡免受凍脹破壞，排水體由塊石及其六層組組成，要求其具有充分的排水能力，不堵塞，以保證壩體和壩基不發(fā)生滲透破壞；并且便于觀察和檢修。 本次設(shè)計采用貼坡排水，貼坡排水又稱表面排水，是沿壩體下游坡面筑一層堆石體，在堆石層與壩坡面之間和堆石層與透水壩基面之間設(shè)置反濾層，如下圖所示。 貼坡排水體頂部的水平寬度為 —— ，其厚度應(yīng)大于當(dāng)?shù)乇鶅錾疃?。本次設(shè)計無詳細(xì)資料，為安全起見，水平寬度去 。貼坡排水的頂部應(yīng)高出壩體浸潤線的出逸點，其超高值應(yīng)使壩體浸潤線在該地區(qū)的凍結(jié)深度以下 ，本工程為Ⅲ級，浸潤線應(yīng)在凍結(jié)深度以下 ，同時不應(yīng)超過波浪沿坡面爬升的高度。 18 圖 貼坡排水構(gòu)造圖 這種排水設(shè)備施工比較方便，易于檢修，能防止壩體和壩基滲流出逸處產(chǎn)生滲透變形，保護下游壩坡，但不能起到降低壩體浸潤線的作用。 19 5 滲流計算 設(shè)計說明 土石壩滲流分析的任務(wù) 土石壩的剖面尺寸初步擬定后，必須進行滲流分析和穩(wěn)定分析，為確定經(jīng)濟可靠的壩體剖面提供依據(jù)，滲流分析的主要任務(wù)是： ⑴ 確定壩體浸潤線和下游溢出點的位置，為壩體穩(wěn)定計算和排水體選擇提供依據(jù)； ⑵ 計算壩體與壩基的滲流量，以計算水庫滲漏損失，和確定排水體尺寸； ⑶計算壩體與壩基的滲流溢出處的滲透坡降，以驗算其滲透穩(wěn)定性。 滲流分析的工況 滲流計算時，應(yīng)考慮水庫運行中出現(xiàn)的不利條件，一般需考慮計算下列幾種工況： ⑴ 上游正常蓄水位 。 上游校核洪水位 時。 滲流分析的方法 土石壩滲流分析的方法有公式計算法（流體力學(xué)法、水力學(xué)法、有限單元法）流網(wǎng)法和電模擬法，本設(shè)計采用水力學(xué)法，水力學(xué)法建立在一些基本假定上，是一種近似解法，只能求得過水?dāng)嗝嫔蠞B流要素的平均值，但其計算簡單，且精度一般可以滿足工程要求。 滲流計算 基本假定 ⑴ 壩體土料為均質(zhì)，壩體內(nèi)任一點在各方向上的滲透系數(shù)相同且為常數(shù)； ⑵ 滲流二元穩(wěn)定層流，流動運動符合達西定律： V=KJ（ V 為滲透流速， K為滲透系數(shù)， J 為滲透坡降） ⑵ 滲流為漸變流，任意過水?dāng)嗝嫔细鼽c的坡降和流速相同。 水力學(xué)分析方法 選擇水力學(xué)方法解土壩滲流問題。根據(jù)壩內(nèi)各部分滲流狀況的特點，應(yīng)用達西定律近似解土壩滲流問題，計算假定任一鉛直過水?dāng)嗝鎯?nèi)各點滲透坡降均相等。 20 壩下游霧水，滲流計算可將壩體分為三部分，即斜墻部分、中間壩段和下游三角形楔形體部分。 本工程采用瀝青混凝土斜墻防滲，斜墻厚度較小，且厚度上下相等，擋水壩有屬于中、低高度的壩。在滲流計算時，通過斜墻的滲流流量 q 可以按下式計算 2 2 2 211 c os2 si nHhqK ?? ????? （ 51） 式中 K1—— 斜墻的滲透系數(shù)，取 1 10?8cm/s； h—— 壩體浸潤線與斜墻下游坡面交點處的浸潤線高度； δ —— 上游水面與斜墻相交點處斜墻的高度； α ， γ —— 分別為斜墻的內(nèi)坡角和為坡角。 通過中間壩段的滲流量可根據(jù)杜平公式計算 2 2 2 2000 1 02 2 ( )h h h hq K KL L m h???? ? （ 52） 式中 K—— 壩體的滲透系數(shù)； 0L —— 浸潤線與斜墻內(nèi)坡交點到浸潤線與下游壩坡交點之間的水平 距離； 0h —— 在浸潤線與下游壩坡交點的垂直截面上浸潤線的高度； L—— 從浸潤線與斜墻內(nèi)邊坡交點到下游壩坡坡角的水平距離； 1m —— 下游壩坡坡率。 通過壩體下游三角形楔形體的滲流量可按下式計算 0 sinKhq ?? （ 53） 式中 θ —— 壩的下游坡角 , 1211sin ( )1 m? ?? ? 。 上式可寫為 21 0 sinθh k q? (54) 將公式（ 54）帶入到公式（ 52）中，經(jīng)整理后可得 22 1221 h 2 m s in θ 1s in θ 112 s in θ 1 s in θKLq m L ?? ? ?? （ ）（ ） （ 55） 綜上所述，滲流的計算公式可匯集于下 2 2 2 211 c os2 si nHhqK ?? ????? （ 51） 22 1221 h 2 m sin 1sin 112 m sin 1 sinKLq L ???? ?? ? ?? （ ）（ ） （ 55） 0 sinh k q ?? （ 54） 計算時先假定 h，然后分別按公式（ 51）和公式（ 55）計算單位寬度滲流量 q，如果這兩個公式計算得的滲流量相等，表示所假定的 h 是正確的，此時 h 和 q 即已確定；如果計算得的兩個滲流量不相等，則應(yīng)重新假定 h值，直至兩式計算的 q相等為止。當(dāng) q確定以后，將 q代入公式 （ 54）中即可計算 0h值。此時壩體浸潤線可按下式計算 2200 10()y hhLh mh x???? （ 56） 22 H 1hh 0L 0 m1 h 0L圖 滲流浸潤線圖 正常蓄水位時滲流計算 斜墻部分計算 壩基高程為 60m 則 1 96 .4 2 60 36 .4 2mH ? ? ?； 查 資料可得 81 10 /K cm s??? ，即 101 10 /K m s??? 由前可知，瀝青混凝土斜墻防滲部分厚度為 18cm，即 αγ? , co s α co s γ 0 .9 2 9?? , sin α sin γ ?? c o s α 0 . 1 8 0 . 9 2 9 0 . 1 6 7z ? ? ? ? ?? 又 1 / c osH hL z ????（ ） 利用公式（ 51） 2 2 2