【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 壩設(shè)計(jì) 土石壩壩型選擇 斜墻壩 :斜墻壩土質(zhì)防滲體設(shè)在上游或接近上游面，該壩型斜墻與壩體施工干擾小，但其抗震性和適應(yīng)不均勻沉降的性能不如心墻壩。 心墻壩 :工程量較小，且有利于就地取材，能較好地適應(yīng)不均勻變形，穩(wěn)定性，抗震性好 ,壩殼對(duì)心墻的拱效應(yīng)作用減弱。出于對(duì)當(dāng)?shù)夭牧洗蟪浞掷?，可以用粘土作為防滲體材料。 綜合以上分析，最終選擇粘土心墻壩。 壩的斷面設(shè)計(jì) 大壩剖面輪廓尺寸包括壩頂高程、壩頂寬度、上下游壩坡、防滲體及排水設(shè)施等 。 壩頂高程確定 因土石壩不允許漫頂溢流 ,要求壩頂距上游靜水位必需有一定的超高 ,超高值由下式確定 : Y=R+e+A ?cos22ghDkve ? 式中 : R— 最大 波 浪在壩坡上的爬高； e— 最大風(fēng)壅水面高度； k— 綜合摩住阻 系數(shù) ,k= 106； H— 壩前水深； β— 風(fēng)向與壩軸線的夾角，因 e 很小，風(fēng)向難定，為安全與方便起見(jiàn)，取β =0； V、 D— 計(jì)算風(fēng)速（在正常運(yùn)用條件下， 3級(jí)壩設(shè)計(jì)風(fēng)速取多年平均年最大風(fēng)速的 倍；在非常運(yùn)用條件下，取多年平均年最大風(fēng)速）和吹程； A— 安全加高， (對(duì)于本設(shè)計(jì) :查規(guī)范《碾壓土石壩規(guī)范》表 得 :正常運(yùn)行取A=；非常運(yùn)行取 A=)。 （一）：計(jì)算超高 Y 第 11 頁(yè) Y=R+e+A 1：計(jì)算波浪爬高 R 波浪爬高按 下式計(jì)算： LhKKR mmwm m 21?? ? 式中： Rm— 平均波浪在壩坡上的爬高 ； m— 單坡的坡度系數(shù)，初步擬定為 ； K — 斜坡的糙率滲透性系數(shù) ,根據(jù)樞紐的基本情況 ,確定水庫(kù)采用砌石護(hù)面 ,查《碾壓土石壩規(guī)范》表 K =~,采用 ； Kw— 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，查規(guī)范《碾壓土石壩規(guī)范》表 kw=； hm,Lm— 分別為 平均 波高和波長(zhǎng)（ m）。 對(duì)于丘陵水庫(kù)，當(dāng)風(fēng) 速 v,吹程 D7500m 時(shí)，波浪波高和平均波長(zhǎng)可采用鶴地水庫(kù)公式 ： 3/126/12 %2 )( wgDwwg h ? 2/122 )(0 38 wgDwg L m ? 由以上公式算得非常運(yùn)用條件下： h2%=,Lm=；正常運(yùn)用條件下：h2%=,Lm=。 由《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》 SL2742020 知，設(shè)計(jì)波浪爬高值應(yīng)根據(jù)工程等別確定， 3 級(jí)壩采用累積頻率為 1％ 的爬高值 R1％ 。 經(jīng)計(jì)算， ①非常運(yùn)用情況下： R1%=；②正常運(yùn)用情況下： R1%=。 e ?cos2 2ghDkve ? 各水位下正常與非常運(yùn)用時(shí)的水位壅高值 e 運(yùn)用情況 校核水位 設(shè)計(jì)水位 正常水位 第 12 頁(yè) 正常運(yùn)用 非常運(yùn)用 A 查規(guī)范《碾壓土石壩規(guī)范》表 得 :正常運(yùn)行取 A=；非常運(yùn)行取 A=。 ： 運(yùn)用情況 靜水位 H R e A y 壩頂高程=H+y 設(shè)計(jì)洪水位 +正常運(yùn)用超高 y 正常洪水位 +正常運(yùn)用超高 y 校核洪水位 +非常運(yùn)用超高 y 正常洪水位 +非常運(yùn)用超高 y 根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》 SL2742020，壩頂高程應(yīng)取以上四種 運(yùn)用情況中的最大值，即壩頂高程為 。 設(shè)計(jì)的壩頂高程是指大壩沉降穩(wěn)定后的壩頂高程，因此竣工時(shí)的壩頂高程應(yīng)預(yù)留足夠的沉降量，一般施工良好的土石壩，壩體沉降量約為壩高的 %~%，為防止壩頂?shù)陀谠O(shè)計(jì)高程應(yīng)預(yù)留適當(dāng)?shù)某两盗?，按壩高?%預(yù)留 ,則壩頂高程為 ，防浪墻高 ，則碾壓壩頂高程為 ，壩高 。 壩頂寬度確定 壩頂寬度主要取決于交通需要、構(gòu)造要求和施工條件，同時(shí)還要考慮防汛搶險(xiǎn)、防空、防震等特殊需要。當(dāng)無(wú)特殊要求時(shí)，中低壩可選用 5～ 10m。壩頂寬度必須滿足考慮心墻或斜墻頂部及反濾層布置的需要。初步擬定壩頂寬度為 8m。 壩坡及馬道確定 土石壩的壩面坡度取決于壩高、筑壩材料性質(zhì)、運(yùn)用情況、地基條件、施工方法及壩型等因素。一般是參考以建成類似工程的經(jīng)驗(yàn)擬定壩坡，再通過(guò)計(jì)算分析，逐步修改確定。在滿足穩(wěn)定要求的前提下，應(yīng)盡可能使壩坡陡些，以減小壩體工程量。 第 13 頁(yè) 根據(jù)規(guī)范規(guī)定與實(shí)際結(jié)合，上游坡率取 ，下游自上而下分別取 ,，下游自下而上每 20m變坡一次 。 在壩坡改變處，尤其在下游坡，通常設(shè)置 ～ 2ｍ寬的馬道（戧 道）以使匯集壩面的雨水，防止沖刷壩坡，并同時(shí)兼作交通、觀測(cè)、檢修之用，考慮這些因素其寬度取為 ，并設(shè) 的橫向排水溝。（注：下圖尺寸為米） 防滲體尺寸確定 壩體防滲體。防滲體的尺寸以滿足構(gòu)造、施工及防止開(kāi)裂等要求為原則，同時(shí)也要滿足穩(wěn)定要求。壩的防滲體為粘土心墻，其最小厚度（底部）由粘土的允許滲透坡降確定。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，本設(shè)計(jì)粘土允許坡降取 [J]=4，承受的最大水頭 ，心墻底部厚須大于 。參考以往工程心墻頂寬取 4m（滿足大于 3m 機(jī)械化施工要求），上下 游坡率為 ，底寬 。心墻頂高程以設(shè)計(jì)水位加 超高并高于校核洪水為原則，最后取 ，上留有 1m的保護(hù)層。 壩基防滲體。心墻底部采用粘土截水槽和帷幕灌漿進(jìn)行壩基防滲。根據(jù)規(guī)范，灌漿帷幕的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按灌后基巖的透水率控制， 3級(jí)及其以下的壩，透水率宜為 5～ 10Lu，且帷幕的底部深入相對(duì)不透水層宜不小于 5m。根據(jù)滲透及地質(zhì)剖面圖，將心墻底部的沖洪基層全部挖掉，截水槽頂寬與心墻底寬相同，取 ，底寬取 4m，截水槽底部高程 ，槽中回填粘土料，槽深 ，兩側(cè)邊坡 1:1。帷幕灌漿灌至相對(duì)不透水層以下 5m，即滲透剖面圖上 q= 向下 5m，即灌漿底部高程為 。防滲體的尺寸圖如下：（下圖尺寸為米） 第 14 頁(yè) 排水設(shè)備的形式及其基本尺寸的確定 根據(jù)工程實(shí)際 ,壩址處石料豐富 ,可采用溢洪道開(kāi)挖的石料，故采用堆石體棱體排水設(shè)備。 根據(jù)《水工建筑物》堆石體頂面應(yīng)高出下游最高水位 并且三級(jí)壩不得小于 ,頂寬不小于 取 2m。其內(nèi)坡根據(jù)施工條件取 1: 外坡取 1:2見(jiàn)圖。由外向內(nèi)分別鋪設(shè)粗砂 ，卵石 ，最后面用砌石。具體構(gòu)造見(jiàn)圖。 土料設(shè)計(jì) 筑壩材料的設(shè)計(jì)與土壩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工方法及工程造價(jià)有關(guān)，一般力求壩體內(nèi)的材料分區(qū)簡(jiǎn)單，就地就近取材，因材設(shè)計(jì)。土料設(shè)計(jì)的主要目的是確定粘土的填筑干容重、含水量，砂礫料的相對(duì)密度和干容重等指標(biāo)，同時(shí)要使材料具有較高的強(qiáng)度，以減小壩體斷面尺寸，防滲體較小的滲透性，以保證滲透穩(wěn)定。 粘性土料設(shè)計(jì) （ 1）計(jì)算公式： 選用室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)實(shí)驗(yàn) ，進(jìn)行土料的擊實(shí)試驗(yàn)，根據(jù)擊實(shí)次數(shù)， 得出該組平均最大干容重和平均最 優(yōu) 含水量： 設(shè)計(jì)干容重為： max?? ?? md 式中： d? —— 設(shè)計(jì)干容重（ g/cm3）； 第 15 頁(yè) max?? —— 在相應(yīng)擊實(shí)功能下的平均最大干容重； m—— 施工條件系數(shù)（壓實(shí)系數(shù)），對(duì)于 2 級(jí)高壩， m值采用 ~ 之間， 4級(jí)壩可采用 ~，本設(shè)計(jì)取 m=。 粘性土的填筑含水量 W 為： W=Wp+IlIp 式中： Wp— — 土的塑限含水量； Il—— 液性系數(shù)，取 ~，本次設(shè)計(jì)取 ； Ip—— 土的塑性指數(shù)； 設(shè)計(jì)最優(yōu)含水量： ?? 00 WW （樣最優(yōu)含水量接近其塑限含水量） 用下述公式計(jì)算最大干容重作為校核參考： GWVG a??? 1 )1(ma x? 式中： G—— 土粒比重； W—— 填筑含水量； Va—— 壓實(shí)土的含氣量，粘土取 。 運(yùn)用下式校核： 0))(~( dd ?? ? 0)(d? 為土場(chǎng)的干容重 (對(duì)于 2 級(jí)壩，還應(yīng)進(jìn)行碾壓試驗(yàn)進(jìn)行復(fù)核，據(jù)以確定碾壓參數(shù) ) （ 2）計(jì)算成果匯總表 比 重 G 最大 干容重 γ max (kN/m3) 最優(yōu) 含水量 W0 (%) 設(shè)計(jì) 干容重 γ d (kN/m3) 塑性指數(shù) IP 填筑 含水量 W (%) 飽和容重 rsat (kN/m3) 浮容重 rb (kN/m3) 濕容重 γ w (kN/m3) 內(nèi)摩擦角 φ 粘聚力 C (kpa) 滲透 系數(shù) K (106cm/s) 第 16 頁(yè) 石渣壩殼料設(shè)計(jì)（按非粘性土料設(shè)計(jì)） （ 1）計(jì)算公式 填筑指標(biāo)以相對(duì)密度表示： d xmadrr DeeeeD ??? ??? )((m inm a xm inm inm a x ???? ?? ）或 DDd mi nma xmi n)1( ????? ??? 設(shè)計(jì)相對(duì)密度要求不低于 ~，地震區(qū)為防震動(dòng)液化，浸潤(rùn)線以下部分土體設(shè)計(jì)相 對(duì) 密度 不低于 ~，設(shè)計(jì) Dr=。 （ 2） 計(jì)算成果匯總表 土石壩的滲透計(jì)算 土石壩的滲流計(jì)算主要是確定壩體浸潤(rùn)線的位置，為壩體的穩(wěn)定分析和布置觀測(cè)設(shè)備提供依據(jù)，同時(shí)確定壩體與壩基的滲流量，以估算水庫(kù)的滲漏損失，而且還要確定壩體和壩基滲流區(qū)的滲透坡降，檢查產(chǎn)生滲透變形的可能性，以便取適合的控制措施。 計(jì)算方法及公式 選用水力學(xué)解土石壩滲流問(wèn)題 根據(jù)心墻土壩在有限透水地基上，心墻筑至不透水層，無(wú)排水設(shè)備情況計(jì)算滲流量。 不考慮心墻上游壩體部分對(duì)滲流的影響時(shí)，其滲流計(jì) 算可通過(guò)下式求出單寬滲流量，心墻下游坡滲流水深和滲流 逸出 高度： ?2 )()( 2212 ThTHKq ???? )( )()(2 20 03022021 ?? ????? mal ahTKaml ahKq 比 重 G 設(shè) 計(jì) 孔 隙 比 e 孔 隙 率 （ %） 設(shè)計(jì) 干容重 γ d (kN/m3) 填筑 含水量 W (%) 飽和容重 rsat (kN/m3) 浮容重 rb (kN/m3) 濕容重 γ w (kN/m3) 內(nèi)摩擦角 φ 粘聚力 C (kpa) 滲透系數(shù) K (106cm/s) ? 第 17 頁(yè) Tma TaKm aKq )( 20 032 01 ????? 浸潤(rùn)線方程為 TyyThhqx kkkk321321 222 ???? 式中： K1 、 K2 、 K3 —— 壩殼、心墻和壩基的滲流系數(shù)， K1= 210? cm/s ，K2= 610? cm/s， K3= 410? cm/s； T—— 透水地層深度， ； H1—— 上游水深 ,m； h—— 逸出水深 ,m； δ—— 防滲體有效厚度， m； L—— 滲流區(qū)長(zhǎng)度， m； m2—— 上游坡率， m=； a0—— 下游溢出點(diǎn)高度， m。 計(jì)算斷面及計(jì) 算情況的選擇 對(duì)河床中間斷面 I— I 及由 I— I 斷面向西 100m的 II— II 斷面，向東 的 III—III 斷面進(jìn)行滲流計(jì)算，計(jì)算主要針對(duì)正常蓄水及設(shè)計(jì)洪水時(shí)進(jìn)行。 計(jì)算結(jié)果 總滲流量公式為： ])()([214333122121 LqLqqLqqqLQ ?????? 計(jì)算情況 計(jì)算項(xiàng)目 正常蓄水位 設(shè)計(jì)洪水位 上游水深 H （ m） Ⅰ ~Ⅰ Ⅱ ~Ⅱ 第 18 頁(yè) 滲透穩(wěn)定計(jì)算 滲透坡降計(jì)算公式： lhJ ??? 式中： Δh—— 上游水位減逸出點(diǎn)高； Δl—— 滲徑。 計(jì)算成果見(jiàn)下表： 列表匯總結(jié)果 填筑土料的安全坡降，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)一般為 5~10，故而認(rèn)為滲透坡降滿足要求，加上粘土斜心墻有反濾層，故而認(rèn)為不會(huì)發(fā)生滲透破壞。 Ⅲ ~Ⅲ 下游水深 T1 （ m） Ⅰ ~Ⅰ 0 0 Ⅱ ~Ⅱ 0 0 Ⅲ ~Ⅲ 0