【文章內容簡介】 薦的計算波浪在壩坡上的爬高 R， 1 5 lR h m n= （ ） 式中： lh ——設計波高， V D= m； m——壩坡坡率，取 m=； n——壩坡護面糙率 ,上游擬采用漿砌石勾縫，取 n=。 由于所給的設計資料中只有多年平均風速 V0=10m/s，故 取 正常和非常運用情況波高均為： mh l 6 16 3/14/5 ???? ，則 mR 0 1 0 2 1 ????? ??。 兩種計算成果見表 。 表 壩頂高程計算結果 運用情況 靜水位 （ m） 波浪爬高 R（ m） 壅高 e (m) 安全超高 A（ m） 計算壩頂 高程 Z 計（ m） %沉陷 （ m） 竣工時的壩頂高程 Z(m） 設計情況 0 較核情況 0 壩頂高程最終結果為： 。 驗算：壩頂高程 ： 設計洪水位 +， 即 +=；校核洪水位 。 所以滿足要求。 自行繪制剖面簡圖 。 本土石壩的防滲體為粘土心墻。 防滲體尺寸 1）心墻頂寬及坡率 土質防滲體的尺寸應滿足控制滲透比降和滲流量要求，還要便于施工。參考教材及規(guī)范，心墻頂部考慮機械化施工的要求，取 ，邊坡可取 1:。 2）防滲體超高 防滲體頂部在靜水位以上超高，對于正常運用情況（如正常蓄水位、設計洪水位）心墻為～ ，取 ，最后防滲體頂部高程取為 +=。 3）心墻底寬 本設計粘土允許坡降 4][ ?J ， 上下游最大作用水頭差 H==（下游無水工況），故墻厚 T≥ H/[J]=。 由以上數據，心墻底寬＝ 3+（ +） 2=，滿足 要求。 防滲體保護層 215 心墻頂部應設保護層，防止冰凍和干裂。保護層可采用砂、砂礫或碎石，其厚度不小于該地區(qū)的凍深或干燥深度，此處取 ，上部碎石厚 50cm；下部礫石厚 30cm，具體見壩頂部構造。 自行繪制構造簡圖 。 壩體排水設計 排水設施選擇 常用的壩體排水有以下幾種型式：貼坡排水、棱體排水、壩內排水、以及綜合式排水。 1）貼坡排水：不能降低浸潤線，多用于浸潤線很低和下游無水的情況，故不選用。 2）棱體排水：可降低浸潤線，防止壩坡凍脹和滲透變形，保護下游壩腳不受尾水沖 刷，且有支撐壩體增加穩(wěn)定的作用，且易于檢修，是效果較好的一種排水型式。 3）壩內排水：其中褥墊排水對不均勻沉降的適應性差，易斷裂，且難以檢修，當下游水位高過排水設施時，降低浸潤線的效果將顯著降低；網狀排水施工麻煩，而且排水效果較褥墊排水差。 壩址附近有豐富的石料可開采，其石料質地堅硬，可以利用，做堆石料棱體排水。 綜合以上分析選擇棱體排水方式。 堆石棱體排水尺寸 頂寬： 。 內坡： 1： ，外坡 1： 。 頂部高程：須高出下游最高水位對 2級壩不小于 。通過設計洪水位 流量時，相應下游最高洪水位 ；假定通過校核洪水位 流量時，相應下游最高洪水位。超高取 ，所以頂部高程為 += 。 反濾層和過渡層 設計規(guī)范及標準 1）保護無粘性土料（粉砂、砂、砂礫、卵礫石、碎石等） 《碾壓式土石壩設計規(guī)范》規(guī)定，對于與被保護土相鄰的第一層反濾料，建議按下述準則選用： D15/d85≤ 45 ， D15/d15≥ 5。 同時要求兩者的不均勻系數 Cu=d60/d10 及 D60/D10≯ 5～ 8，級配曲線形狀最好相 似。 式中： D15—— 反濾料的特征粒徑，小于該粒徑的土占總土重的 15%； d1 d85—— 被保護土的控制粒徑和特征粒徑，小于該粒徑的土分別占總重的 15%及 85%。 上述兩式同樣適用于選擇第二、三層反濾料 ,當選擇第二層反濾料時，以第一層反濾料為被保護土，二選擇第三層反濾料時，則以第二層反濾料為被保護土。 216 按此標準天然砂礫料一般不能滿足要求，須對土料進行篩選。 2）保護粘性土料 粘性土有粘聚力，抗管涌能力一般比無粘性土強，通常不用上述兩式設計反濾層，而用以下方法設計。 ①滿足被保護粘性土的細粒不會流失 根據被 保護土的小于 含量的百分數不同，而采用不同的方法。當被保護土含有大于 5mm 的顆粒時，則取其小于 5mm 的級配確定小于 的顆粒含量百分數及計算粒徑 85d 。如被保護土不含有大于 5mm的顆粒時，則按全料確定小于 85d 。 的顆粒含量大于 85%的粘性土，按式 D15≤ 9 d85設計反濾層，當859 mm ，取 15D 等于 。 的顆粒含量為 40%～ 85%的粘性土按式 D15≤ 設計反濾層。 的顆粒含量為 15%～ 39%的粘性土按式mmdAD ))(40( 8515 ???? 設計反濾層。式中， A 為小于 時顆粒含量 1%。若854 0 7d mm. ，應取 。 ②滿足排水要求 以上三種土還應符合式 15 154Dd ，以滿足排水要求。式中 15d 應為被保護粘性土全料的 15d ，若 154 mm 時 15D 不小于 。 3）護坡墊層 同樣應滿足土粒不流失及足夠的透水性要求，但標準可降低些，建議按下式的簡便方法選擇粒徑。 10)(/)( 8515 ?墊層塊石 dD ， 5)(/)( 8515 ?墊層下被保護土層墊層 dD 。 設計結果 由于設計原始資料中沒有提供各土、砂、石料的顆粒級配情況，這里無法用計算的方法進行反濾層的設計，只能參考相關規(guī)范和已建工程進行初步設計。初步擬定結果分述如下。 1）防滲體周邊部位 第一層： d50=，厚 20cm ；第二層： d50= ，厚 30cm 。 2）排水部位 第一層： d50=30mm，厚 20cm ；第二層： d50=90mm ，厚 60cm 。 壩頂及心墻反濾層，棱體排水及反濾層、岸坡排水、護坡詳圖見圖紙。 3）護坡墊層 見下面的護坡設計。 自行繪制構造簡圖 。 217 護坡設計 1）上游護坡：采用目前最常用的漿砌石護坡。護坡范圍從壩頂一直到壩腳，厚度為 40cm，下部設厚度均為 20cm 的碎石和粗砂墊層。 2）下游護坡：下游設厚度為 40cm 的碎石護坡，護坡下面設厚度為 40cm 的粗砂墊層。 自行繪制構造簡圖 。 頂部構造 1）壩頂寬度 對中低壩可取 5～ 10m，此處取 B=。 2）防浪墻 采用 C20水泥漿砌塊石防浪墻。墻身每隔 15m布置一道設有止水的沉陷逢，墻頂設有高 的燈柱。 3）壩頂蓋面 以防止防滲體（粘土心墻）干裂、凍結和雨水沖蝕，在粘土心墻頂部設置保護層，厚度為80cm，分為兩層，上層碎石厚度為 50cm，下層砂礫厚度為 30cm。 馬道和壩頂、壩面排水設計 馬道 第一級馬道高程為 ，第二級馬道高程為 ，馬道寬為 。 壩頂排水 壩頂設有防浪墻，為了便于排水，壩頂做成自上游傾向下游的坡，坡度為 2%，將壩頂雨水排向下游壩面排水溝。 壩面排水 1）布置 在下游壩坡設縱橫向排水溝。 縱向排水溝（與壩軸線平行）設在各級馬道內側。沿壩軸線每隔 200m 設置 1 條橫向排水溝（順坡布置，垂直于壩軸線），橫向排水溝自壩頂直至棱體排水處的排水溝，再排至壩趾排水溝。縱橫向排水溝互相連通，橫向排水溝之間的縱向排水溝應從中間向兩端傾斜，坡度取 %，以便將雨水排向橫向排 水溝。 壩體與岸坡連接處應設置排水溝，以排除岸坡上游下來的雨水。 2）排水溝尺寸及材料 ①尺寸擬定：由于缺乏暴雨資料，所以無法用計算的方法確定斷面尺寸，根據以往已建工 218 程的經驗，排水溝寬度及深度一般采用 20～ 40cm，本設計取 30cm。 ②材料：排水溝通常采用漿砌石或混凝土預制塊。綜合考慮選用漿砌石塊石。 自行繪制構造簡圖 。 地基處理及壩體與地基岸坡的連接 地基處理 結合本壩壩基情況，據壩軸線剖面圖： 1）河槽處：水流常年沖刷，基巖裸露，抗風化能力強，且鉆 1處巖芯獲得率都比較高。吸水量 也較低，故只需清除覆蓋層即可，挖至基巖即可。 2）鉆 2及右岸河灘：覆蓋層和坡積物相對較厚，鉆 2 處的上層巖芯獲得率只有 12%，巖層裂隙較為發(fā)育，擬采用局部帷幕灌漿。 3）平山 嘴大溶洞：經勘探后分析對大壩及庫區(qū)均無影響，為安全起見，可修筑土鋪蓋，用水泥砂漿填縫。鋪蓋同時還應與粘土心墻相連，向上庫區(qū)及右岸延伸展布，將巖溶封閉。 壩體與地基的連接 1）河槽部位（即鉆 1部位），巖芯獲得率及吸水量均能達到要求，采用在心墻底端局部加厚的方式與地基相連。 2）鉆 2到右岸河灘：上部巖層裂隙較發(fā)育，巖芯獲得率只有 12%。而覆蓋層也較左岸厚，采用截水槽的方式與基巖相連。截水槽可挖至基巖以下 深處，內填壤土。 截水槽橫斷面擬定：邊坡采用 1： ；底寬，滲徑不小于（ 1/3～ 1/5） H，其中 H為最大作用水頭（下游無水時為 ），底寬取 1/ =。 壩體與岸坡的連接 左壩肩到左灘地，坡積風化層 5～ 10m，需徹底清除，左岸坡上修建混凝土齒墻，岸坡較陡，開挖時基本與基巖大致平行。 右壩肩到右灘地坡積風化層處理與左岸相同，基巖開挖角不宜太大。 滲流計算 滲 流計算的基本假定 1）心墻采用粘土料，滲透系數 K＝ 1 106cm/s；壩殼采用砂土料， 滲透系數 K＝ 1 102cm/s，兩者相差 104 倍，可以把粘土心墻看作相對不透水層，因此計算時可以不考慮上游楔行降落水頭的作用。 下游設有棱體排水，可近似的假設浸潤線的逸出點為下游水位與堆石棱體內坡的交點。下游壩殼的浸潤線也較平緩，接近水平，水頭主要在心墻部位損失。 2）土體中滲流流速不大且處于層流狀態(tài)，滲流服從達西定律，即平均流速 v 等于滲透系 219 數 K與滲透比降 i 的乘積， v=K i。 3）發(fā)生滲流量時土體孔隙尺寸不變，飽和度 不變，滲流為連續(xù)的。 滲流計算條件 滲流計算應考慮如下組合，取其最不利者作為控制條件： 1）上游正常高水位，下游相應的最低水位； 2）上游設計或校核洪水水位，分別相應的下游水位； 3）對山游壩坡穩(wěn)定最不利的庫水降落后的水位。 這里缺乏有關設計數據，所以擬定用如下工況進行滲流計算： 1）設計洪水位（即正常水位） ，相應下游的最低水位（取 發(fā)電調節(jié)流量 Qp=時，相應下游水位 ） ； 2）校核洪水位 ，相應下游的水位 （取發(fā)電最大引用流量 Qmax=28 m3/s 時，相應下游水位 ） 。 滲流分析的方法 采用水力學法進行土石壩滲流計算，將壩內滲流分為若干段，應用達西定律和杜平假設，建立各段的運動方程式，然后根據水流的連續(xù)性求解滲透流速、滲透流量和浸潤線等。 計算斷面及公式 本設計僅對河槽處最大斷面進行滲流計算。假設地基為不透水地基。 222qy x Hk=+ ， 2222ehHqk L= 大壩剖面圖1: 1: 3. 2 51: 1: 1: 2. 7 51 : 3 .01: 1: 2 . 02 . 02 . 02 . 0浸潤線 單寬流量 將心墻看作等厚的矩形，則其平均寬度為： )(21)(2121 ?????? ???。 壩軸線到下游壩趾處的寬度： D=3+（ ） +2+（ ） +（ ） +2+（ ） = L=Dδ /2[（ ） ++（ Z 下 ） ]=+ 下 。 已知 Ke＝ 1 106cm/s； K＝ 1 102cm/s。 通過心墻段的單寬流量 為 2211 ()2eek H Hq d=； 220 通過心墻下游壩殼段的單寬流量為 2222 ()2ek H Hq L=。 計算簡圖見圖 自己畫 ，具體計算結果見表 。 表 心墻及其下游壩殼單寬流量計算結果 計算情況 Z 上 （ m） Z 下 （ m） H1 （ m） H2（ m） d （ m） D （ m） L (m) q (1 105m3/(s m) He (m) 正常蓄水位 校核洪水為 總滲流量的計算 從地形地質平面圖上可大致量得大壩沿壩軸線長 L=400m，沿整個壩段的總滲流量 Q=m Lq,式中 m 是考慮到壩寬、壩厚、滲流量沿壩軸線的不均勻性而加的折減系數，取 = ， Q 正 = 400 105=