【文章內(nèi)容簡介】 壩設(shè)計 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，能較好地適應不均勻變形，穩(wěn)定性，抗震性好 ,壩殼對心墻的拱效應作用減弱。出于對當?shù)夭牧洗蟪浞掷茫梢杂谜惩磷鳛榉罎B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 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— 最大風壅水面高度； k— 綜合摩住阻 系數(shù) ,k= 106； H— 壩前水深； β— 風向與壩軸線的夾角，因 e 很小，風向難定，為安全與方便起見，取β =0； V、 D— 計算風速（在正常運用條件下， 3級壩設(shè)計風速取多年平均年最大風速的 倍；在非常運用條件下，取多年平均年最大風速）和吹程； A— 安全加高， (對于本設(shè)計 :查規(guī)范《碾壓土石壩規(guī)范》表 得 :正常運行取A=；非常運行取 A=)。 （一）：計算超高 Y 第 11 頁 Y=R+e+A 1：計算波浪爬高 R 波浪爬高按 下式計算： 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 ,確定水庫采用砌石護面 ,查《碾壓土石壩規(guī)范》表 K =~,采用 ； Kw— 經(jīng)驗系數(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（ m）。 對于丘陵水庫，當風 速 v,吹程 D7500m 時，波浪波高和平均波長可采用鶴地水庫公式 ： 3/126/12 %2 )( wgDwwg h ? 2/122 )(0 38 wgDwg L m ? 由以上公式算得非常運用條件下： h2%=,Lm=；正常運用條件下：h2%=,Lm=。 由《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》 SL2742020 知，設(shè)計波浪爬高值應根據(jù)工程等別確定， 3 級壩采用累積頻率為 1％ 的爬高值 R1％ 。 經(jīng)計算， ①非常運用情況下： R1%=；②正常運用情況下： R1%=。 e ?cos2 2ghDkve ? 各水位下正常與非常運用時的水位壅高值 e 運用情況 校核水位 設(shè)計水位 正常水位 第 12 頁 正常運用 非常運用 A 查規(guī)范《碾壓土石壩規(guī)范》表 得 :正常運行取 A=；非常運行取 A=。 ： 運用情況 靜水位 H R e A y 壩頂高程=H+y 設(shè)計洪水位 +正常運用超高 y 正常洪水位 +正常運用超高 y 校核洪水位 +非常運用超高 y 正常洪水位 +非常運用超高 y 根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》 SL2742020，壩頂高程應取以上四種 運用情況中的最大值，即壩頂高程為 。 設(shè)計的壩頂高程是指大壩沉降穩(wěn)定后的壩頂高程，因此竣工時的壩頂高程應預留足夠的沉降量，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)計高程應預留適當?shù)某两盗?，按壩高?%預留 ,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，同時還要考慮防汛搶險、防空、防震等特殊需要。當無特殊要求時，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)驗擬定壩坡，再通過計算分析，逐步修改確定。在滿足穩(wěn)定要求的前提下，應盡可能使壩坡陡些，以減小壩體工程量。 第 13 頁 根據(jù)規(guī)范規(guī)定與實際結(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，并同時兼作交通、觀測、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、施工及防止開裂等要求為原則，同時也要滿足穩(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，本設(shè)計粘土允許坡降取 [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 機械化施工要求），上下 游坡率為 ，底寬 。心墻頂高程以設(shè)計水位加 超高并高于校核洪水為原則，最后取 ，上留有 1m的保護層。 壩基防滲體。心墻底部采用粘土截水槽和帷幕灌漿進行壩基防滲。根據(jù)規(guī)范，灌漿帷幕的設(shè)計標準應按灌后基巖的透水率控制， 3級及其以下的壩，透水率宜為 5～ 10Lu，且帷幕的底部深入相對不透水層宜不小于 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 排水設(shè)備的形式及其基本尺寸的確定 根據(jù)工程實際 ,壩址處石料豐富 ,可采用溢洪道開挖的石料，故采用堆石體棱體排水設(shè)備。 根據(jù)《水工建筑物》堆石體頂面應高出下游最高水位 并且三級壩不得小于 ,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)造見圖。 土料設(shè)計 筑壩材料的設(shè)計與土壩的結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工方法及工程造價有關(guān)，一般力求壩體內(nèi)的材料分區(qū)簡單，就地就近取材，因材設(shè)計。土料設(shè)計的主要目的是確定粘土的填筑干容重、含水量，砂礫料的相對密度和干容重等指標，同時要使材料具有較高的強度，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 （ 1）計算公式： 選用室內(nèi)標準擊實實驗 ，進行土料的擊實試驗，根據(jù)擊實次數(shù)， 得出該組平均最大干容重和平均最 優(yōu) 含水量： 設(shè)計干容重為： max?? ?? md 式中： d? —— 設(shè)計干容重（ g/cm3）； 第 15 頁 max?? —— 在相應擊實功能下的平均最大干容重； m—— 施工條件系數(shù)（壓實系數(shù)），對于 2 級高壩， m值采用 ~ 之間， 4級壩可采用 ~，本設(shè)計取 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)計取 ； Ip—— 土的塑性指數(shù)； 設(shè)計最優(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—— 壓實土的含氣量，粘土取 。 運用下式校核： 0))(~( dd ?? ? 0)(d? 為土場的干容重 (對于 2 級壩，還應進行碾壓試驗進行復核，據(jù)以確定碾壓參數(shù) ) （ 2）計算成果匯總表 比 重 G 最大 干容重 γ max (kN/m3) 最優(yōu) 含水量 W0 (%) 設(shè)計 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 石渣壩殼料設(shè)計（按非粘性土料設(shè)計） （ 1）計算公式 填筑指標以相對密度表示： d xmadrr DeeeeD ??? ??? )((m inm a xm inm inm a x ???? ?? ）或 DDd mi nma xmi n)1( ????? ??? 設(shè)計相對密度要求不低于 ~，地震區(qū)為防震動液化，浸潤線以下部分土體設(shè)計相 對 密度 不低于 ~，設(shè)計 Dr=。 （ 2） 計算成果匯總表 土石壩的滲透計算 土石壩的滲流計算主要是確定壩體浸潤線的位置，為壩體的穩(wěn)定分析和布置觀測設(shè)備提供依據(jù)，同時確定壩體與壩基的滲流量，以估算水庫的滲漏損失，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。 計算方法及公式 選用水力學解土石壩滲流問題 根據(jù)心墻土壩在有限透水地基上，心墻筑至不透水層，無排水設(shè)備情況計算滲流量。 不考慮心墻上游壩體部分對滲流的影響時，其滲流計 算可通過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 孔 隙 比 e 孔 隙 率 （ %） 設(shè)計 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 Tma TaKm aKq )( 20 032 01 ????? 浸潤線方程為 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)長度， m； m2—— 上游坡率， m=； a0—— 下游溢出點高度， m。 計算斷面及計 算情況的選擇 對河床中間斷面 I— I 及由 I— I 斷面向西 100m的 II— II 斷面，向東 的 III—III 斷面進行滲流計算，計算主要針對正常蓄水及設(shè)計洪水時進行。 計算結(jié)果 總滲流量公式為： ])()([214333122121 LqLqqLqqqLQ ?????? 計算情況 計算項目 正常蓄水位 設(shè)計洪水位 上游水深 H （ m） Ⅰ ~Ⅰ Ⅱ ~Ⅱ 第 18 頁 滲透穩(wěn)定計算 滲透坡降計算公式： lhJ ??? 式中： Δh—— 上游水位減逸出點高； Δl—— 滲徑。 計算成果見下表： 列表匯總結(jié)果 填筑土料的安全坡降，根據(jù)實踐經(jīng)驗一般為 5~10，故而認為滲透坡降滿足要求，加上粘土斜心墻有反濾層，故而認為不會發(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