碾压式土石坝设计中外标准对照

碾压式土石坝设计中外标准对照第一页，共54页。《碾压式土石坝设计规范》（DL/T5395-2007）

中美水电技术标准对比1.对照标准简介2.中外标准的主要差异23.国外工程使用本标准需关注的问题4.对标工作的体会第二页，共54页。1.对照标准简介3（1）中国标准：《碾压式土石坝设计规范》2007版；（2）美国陆军工程师兵团工程师手册：有5本，分别为《土石坝设计与施工》、《渗流控制》、《土石坝的稳定》、《沉降量分析》、《土石坝施工控制》；（3）垦务局：有3本，分别为《设计标准第13卷填筑坝》、《小坝设计》、《水坝超高计算手册》。第三页，共54页。4（4）美国土木工程师学会ASCE:《水电发展规划及设计土木工程导则》。（5）中国标准《碾压式土石坝设计规范》（DL/T5395-2007）共分为12章，7篇附录。关键技术要求主要集中在第6章（筑坝材料选择与填筑碾压要求）、第7章（坝体结构）、第8章（坝基处理）和10章（土石坝的计算分析）。第四页，共54页。5（6）美国陆军工程师团工程师手册《土石坝设计与施工》（EM1110-2-2300）2004年发布，该标准共分为10章，6篇附录。美国垦务局设计标准第13卷《填筑坝》始编于1984年，共分为20章，其中第14章已取消。第五页，共54页。《碾压式土石坝设计规范》（DL/T5395-2007）

中美水电技术标准对比2.中外标准的主要差异6（1）第1~4章。范围、规范性引用文件、术语符号、总则。（2）第9、11、12章。（3）第5~8、10章。第六页，共54页。第1章.范围7（1）中国规范按照大坝级别和坝高限定了使用范围。（2）美国规范适用于本部门的土石坝设计和施工。（3）垦务局填筑坝包括二十个章节，独立成章，每章均有各自的目的及范围。第七页，共54页。第2章.规范性引用文件8（1）中国规范只列出规范性引用的文件。（2）美兵团规范除列出必需的文献外，还列出了相关的文献。（3）垦务局标准的参考文献列在每章的附录。第八页，共54页。第3章.术语、符号9（1）中国规范将术语及符号单列为一章，使用更加方便明了。（2）垦务局标准术语列在部分章节的附录。如第7章附录2，第19、20章附录A。部分章节也有符号说明，如第5章反虑层。第九页，共54页。第4章.总则10（1）中国规范在总则中说明了制定本标准的目的、低中高坝的划分、土石坝的级别、设计条件等等。（2）坝高：美国垦务局的划分标准：低坝的高度为100ft（英尺）以下,中坝的高度为100~300ft，高度在300ft以上者为高坝。中美规范对于土石坝按坝高划分标准基本接近。第十页，共54页。11（3）设计条件中国规范:正常、非常I、非常II。美垦务局：A.竣工时B.恒定渗流C.运行条件D.非常条件。美兵团：7个工况。中美规范对于土石坝设计条件无本质区别。美兵团规范增加了施工期遭遇地震的工况。第十一页，共54页。第5章.枢纽布置和坝型选择12（1）坝轴线美兵团规范规定狭窄陡峭峡谷中高坝的轴线应向上游弯曲。坝轴线曲（向上游起拱）直的问题曾有人进行研究和讨论。但实践表明，防渗体是否产生裂缝主要取决于工程措施和压实质量，因此近年来已不大采用这种形式。故中国规范无此规定。第十二页，共54页。13（2）泄水及引水建筑物在土石坝的枢纽布置中是否设置专门用来放空水库的泄水底孔是有争论的。美国规范没有对放空设施的要求，中国规范对此有明确要求，但非强制性的。美国规范“多次强调防止库水漫溢过坝”，土石坝不漫顶是国内外工程界的共识，开敞式溢洪道超泄能力强，是防止库水漫溢过土石坝的重要措施之一。第十三页，共54页。14（3）坝型中国规范碾压式土石坝分为均质坝、土质防渗体分区坝和非土质材料防渗体分区坝。美国规范填筑坝分为土坝和堆石坝。中美规范对坝型的规定略有区别。第十四页，共54页。第6章.筑坝材料选择与填筑碾压要求15（1）筑坝材料中国规范规定最大粒径不宜大于150mm或铺土厚度的2/3。垦务局规定最大粒径，一般均限制在约为碾压后层厚的75%。中美规范对坝料及最小粒径的要求无本质区别。中国规范和美国垦务局均允许在坝中使用土工织物作反虑，美兵团规范不允许。这是因为土工织物用于填筑坝的设计与施工的历史不长。第十五页，共54页。16（2）填筑碾压要求中美规范对于粘性土均以压实度和最优含水量作为控制指标。中国规范根据击实试验的不同分别给出了不同的压实度要求。美国规范压实度最小值一般均为95%。美国现场密度试验的间接方法一般采用核子法和普氏贯入计。第十六页，共54页。17美国规范透水坝料以相对密度为控制指标。中国规范砂砾石和砂以相对密度为控制指标。一般工程经验，砂砾石较难压实，其相对密度一般按0.75~0.85控制。中国规范堆石料设计控制标准为孔隙率。中美规范对堆石料加水的规定无本质区别。第十七页，共54页。第7章.坝体结构18（1） 坝体分区关于坝体分区设计原则，中国规范和美国规范规定无实质分别，均以坝体稳定为前提，同时考虑经济可行的因素。中国规范对分区有明确的要求，并要求各区应有具体检测和质量评定技术标准，美兵团规范土石坝应设置不透水区的过渡区，垦务局规范则没有相关规定。相比而言，中国规范要求更具体。第十八页，共54页。19中国规范明确了均质坝的分区，美国规范则特别强调要求设置坝内排水区。关于土质防渗体坝分区，中美规范主要区别在于：1）中国规范明确了土质防渗体分区坝的分区，美国规范无此条款；2）美国规范阐述了防渗体的位置，中国规范未明确；3）中美规范对坝体渗透性的要求一致。第十九页，共54页。20（2）坝坡关于坝坡设计，美兵团规范没有相关规定，垦务局规范与中国规范规定相同——初拟坝坡、稳定分析验证确定合理的坝体断面。中国规范规定应根据不同需要设置马道，而美兵团规范仅仅对设置马道的不利后果进行了阐述，垦务局规范中对于马道的设置仅仅是提到了“上游库水位面以下最大降落高程稍低处常设置一马道，用以作为上游护坡的基础”，相对比而言，中国规范对马道设置要求明确，并给出了最小宽度。第二十页，共54页。21关于坝脚压戗的目的，中国规范建议以其来提高坝坡稳定性，而美兵团土石坝设计与施工建议将其作为弃渣场，同时可起到保护坝坡并增加其稳定性的作用，美垦务局规范没有相关规定。第二十一页，共54页。22（3） 坝顶超高关于坝顶超高的组成，中国规范和美垦务局规范较为明确，美兵团土石坝设计与施工中只是强调坝顶必须有足够的超高，但未明确超高如何确定。第二十二页，共54页。23关于坝顶超高的计算，中国规范对波浪爬高和风壅水高度有计算公式，其他因素的影响按照坝的等级和运用条件用一个安全超高值考虑，可以很方便地得出超高设计值。垦务局《超高计算手册》中对于风壅水高度和波浪爬高可以通过查表或公式进行计算得出，然后分析其他影响因素以对该计算值进行修正得出超高设计值。第二十三页，共54页。24（4） 坝顶构造关于坝顶宽度，中国规范规定坝顶宽度范围为5m～15m，美兵团规范坝顶宽度范围为7.6m～12.2m，垦务局规范只列出了确定坝顶宽度需要考虑的因素，未给出具体范围。中国规范列出了坝顶盖面材料的种类，垦务局规范更为明确、单一。第二十四页，共54页。25中国规范和垦务局规范对于坝顶排水的规定无实质差别，中国规范给出的坡度范围值2%~3%，垦务局规范给出一个值2%。坝顶表面向一侧倾斜时，中国规范向下游坝坡排水，垦务局规范规定向上游坝坡排水。垦务局规范对坝顶安全防护按照坝顶是否有交通要求分别作了规定，与中国规范的规定无实质区别。第二十五页，共54页。26（5）反滤层、垫层和过渡层中国规范明确了沥青混凝土心墙两侧只设过渡层，美兵团规范和垦务局规范均无此项规定；其它内容无差别。关于反滤料设计，中国规范和美兵团规范均采用了谢拉德1989年方法，该方法是在1984年方法基础上进一步研究的成果。本次对比中用到的垦务局规范版本比较早，只采用了以太沙基准则为基础的反滤准则，但其后续版本中也采用了谢拉德1989年方法，且和美兵团规范相同，因此本次仅对中国规范和美兵团规范进行了对比，同时将垦务局规范里的内容简单列出。第二十六页，共54页。271) 中国规范分别对粘性土和无粘性土给出了不同反滤设计方法，而美兵团土石坝设计与施工则不分粘性土和无粘性土给出了统一的反滤设计方法；2) 美兵团规范对穿孔集水管、间断级配的被保护土及宽级配的被保护土均提出了相应的反滤设计方法，中国规范没有此部分内容的相关规定。第二十七页，共54页。28对于反滤的厚度，中国规范针对不同的施工方法和反滤层的方向分别提出了最小厚度（或宽度）要求，美兵团规范只规定了心墙顶部的最小宽度，而垦务局规范只对影响反滤层厚度的因素进行了详细的论述，对于厚度没有具体的规定。美兵团规范不允许使用土工织物；中国规范和垦务局规范均可以使用土工织物作为反滤层。但由于用土工织物作反滤层，可能存在淤堵等问题，因此尽可能用在易修补部位，如护坡下面的垫层，坝下游排水沟下面的反滤层，下游贴坡式排水的反滤层等。第二十八页，共54页。29（6）坝体排水中国规范对坝体排水专设一节内容进行了详细的规定，包括坝体排水设置的目的，原则，型式及详细的尺寸设计要求，美兵团规范没有关于坝体排水的相应章节内容，垦务局规范则根据一些已建坝的实例，对坝体排水设置的必要性及目的进行了说明，但关于坝体排水的设置与一般要求中美规范无本质差别。第二十九页，共54页。30（7）护坡关于护坡种类的选择，中美规范都要求考虑料源和经济性，但中国规范还要求考虑坝的等级和运用条件，而美兵团土石坝设计与施工中未要求考虑这些因素。垦务局规范没有相应条款。中国规范推荐上游护坡优选堆石护坡，美国规范推荐优先选用抛石护坡。另外，中国规范要求不同部位的护坡可采用不同的型式，美国规范无此要求。第三十页，共54页。31关于垫层设置，中美规范区别在于：1）美规范均要求护坡下设置垫层，中国规范则要求护坡与被保护坝料不满足反滤关系时才设置垫层；2）美规范要求了垫层的最小厚度，中国规范无要求；3）美规范明确抛石下不应使用土工织物，中国规范未明确。第三十一页，共54页。32（8）坝面排水关于坝面排水，美兵团土石坝设计施工及美垦务局填筑坝设计未查到相关规定，中国规范规定详细，美垦务局小坝设计中仅提到了下游坝脚应设置排洪沟（同中国规范的强制性条文7.9.2），但没有对坝坡上竖向排水沟及纵向排水沟作具体规定。第三十二页，共54页。第8章.坝基处理33（1）一般要求坝基处理的目的是满足渗流、稳定及变形三方面的要求，以保证坝的安全运用及经济效益。中国规范和垦务局规范均对此三方面要求均作了相应的规定，中国规范对土质防渗体分区坝竣工后的坝顶沉降量有“不宜大于坝高的1％”的具体规定；美兵团规范未查到相关规定。第三十三页，共54页。34（2） 坝基表面处理关于坝基表面处理的原则，中国规范与垦务局规范要求无本质区别，垦务局规范对防渗体与地基接触面及接触面以外的地基表面处理分别进行了要求，不仅提出了相应要求，并对其原因也进行了详细的表述。关于坝基表面处理的方法，中美规范规定相同。第三十四页，共54页。35中国标准对土质防渗体与岩石接触处的处理有明确的原则；美兵团规范仅对一般的岩石坝基表面处理作了详细的规定，并提出地基处理方案的选择应对费用予以考虑；垦务局标准对防渗体地基面的处理有很详细的规定。第三十五页，共54页。36（3） 砂砾石坝基的渗流控制各标准对砂砾石坝基渗流控制措施规定没有本质区别。中国标准中关于垂直防渗措施方案的选择根据砂砾石层深度进行了规定；美兵团规范中则要求同时考虑处理费用。中国规范要求截水槽用与坝体防渗体相同的土料填筑，且其压实度不应小于坝体同类土料，美兵团规范和垦务局规范均要求用压实的不透水料回填；中国规范对截水墙底宽确定需考虑的因素进行了说明，但对宽度没有具体规定，美兵团规范对截水墙的最小底宽有明确规定，垦务局规范对截水槽的底宽没有相应规定。第三十六页，共54页。37中国规范对混凝土防渗墙设计的规定包括了厚度，深度以及其与坝体连接的方式等内容；美兵团渗流控制第9章中对混凝土防渗墙与坝体的连接方式和要求作了相应规定，对混凝土防渗墙厚度，深度没有相关规定；垦务局标准中对厚度，宽度也有相应的要求，但没有与坝体的连接方式的规定；另外，美国规范中均对混凝土防渗墙的渗透系数，配合比及顶部导墙的尺寸有相应的要求，中国规范则没有明确要求。第三十七页，共54页。38中国规范引入“可灌比”作为可灌性的判别标准，美垦务局小坝设计中仅仅提到“水泥灌浆不适用于很细颗粒的地层”，并未给出具体的判别标准。关于砂砾石坝基灌浆材料，中国规范和美垦务局小坝设计均提到了水泥和粘土及化学灌浆材料，相比较而言，中国规范中，砂砾石坝基灌浆材料多了膨润土，但缺少了沥青。中国规范强调现场灌浆试验对砂砾石坝基帷幕灌浆技术可能性和经济合理性的重要性，美垦务局小坝设计则强调覆盖层灌浆费用昂贵且效果难于评价，且未提出用于评价效果的方法。第三十八页，共54页。39（4） 岩石坝基处理关于岩基防渗处理的必要性，各规范对影响坝基防渗的原因无差别。中国规范和美垦务局小坝设计均提出一般可采用水泥灌浆进行岩基基础处理，同时中国规范也提出了采用化学灌浆的特殊情况，小坝设计中没有提到化学灌浆，只是说明吃浆量过大时，可以掺砂或在砂中掺加膨润土，但吃浆量过大的标准并没有数值标准。中美规范中关于灌浆帷幕钻孔方向的规定无本质差别，均要求根据优势结构面的产状确定。第三十九页，共54页。40中国规范对于岩石坝基的帷幕灌浆深度根据不同的基础条件分别按相应的标准综合确定，美垦务局小坝设计中则要求“灌浆达到基岩面以下的深度应等于基岩面以上的水库水头”，二者存在明显差别。中国规范与美垦务局小坝设计均强调了灌浆试验在基础灌浆设计中的作用，一般情况下通常采用单排帷幕孔，但岩石破碎地带均可采用多排帷幕。中国规范规定帷幕孔间排距宜为1.5m~3.0m，美垦务局小坝设计提出帷幕孔孔距10~20英尺（3.05~6.1米m），对帷幕孔的排距没有具体数值的要求。第四十页，共54页。第9章.坝体与其他建筑物的连接41（1）坝体与其它建筑物的连接的一般规定，中美的设计理念、设计思路基本相同，仅在一些具体表述上略有不同，对于指导设计无大的差异。（2）坝体与其它建筑物的连接规定。中国规范中专门有一章来具体介绍了土坝与其它混凝土结构的连接注意事项，类别比较细；美国规范只是在介绍附属建筑物时候，介绍了各附属建筑物与坝体的连接，没有中国规范详细，具体的参数也不同。第四十一页，共54页。42（3）廊道在土石坝体内的应用中国规范作了具体规定，即布置在坝底基岩上，并宜将廊道全部或部分埋入基岩内。这项技术在美国并未得到应用，因此也缺乏相关规定。（4）地震区的建筑物与土石坝的连接，中国大坝规范指引到了地震规范上，美国规范并未涉及。第四十二页，共54页。第10章.土石坝的计算分析43（1）渗流计算中美规范在渗流计算的理论上是一致的，在计算方法、模型假定及工况定义上存在一定的出入。由于近几年电子计算机和有限元等数值分析方法的发展，中外已有较多的二维、三维稳定计算程序，可以更适合复杂的边界条件，非均质、各向异性等不同情况，鉴于此种情况，中国规范明确指出1级、2级坝及高坝不分设计阶段均应采用数值法计算。而美国规范中也列出各种数值计算方法，并详细分析各种数值计算方法的优缺点及发展方向，但未在规范中规定必须采取数值法计算。第四十三页，共54页。44（2）渗透稳定计算中美规范在阐明渗透破坏机理的说法是统一的。定义渗透破坏形式上存在一定的差异。渗透变形的允许水力坡降是土的临界水力坡降除以安全系数确定的，中国规范提出的安全系数1.5~2是指一般情况下，对水工建筑物危害较大，安全系数取2，对于特别重要的工程也可取2.5。对于出逸坡降的取值，有反滤层保护的情况下，渗透逸出坡降小于允许坡降。垦务局出逸坡降采用一个保守的安全系数(SF=4~6)；美兵团出逸比降安全系数的建议值为4~5（Harry1962,1977）或2.5~3；相比较而言，美国规范相对比较保守。第四十四页，共54页。45（3）抗滑稳定计算中美规范抗滑稳定计算理论、抗剪强度指标的测定方法及选取都无实质性差异。美国规范对于抗滑稳定分析采用电算时有详细的规定及注意事项。垦务局规范给出不同类别土的强度指标表，对于初步阶段的设计工作起到很大的指导性作用。但有关非线性抗剪强度指标的计算公式及孔隙压力计算公式，仅在中国规范中反应。第四十五页，共54页。46中国规范允许安全系数按大坝级别分为4档，采用计及条块间作用力的计算方法允许安全系数（1级坝）与美国规范数值基本一致，仅地震工况不一致，中国规范对高级别大坝抗震安全系数要求高。中国规范对狭窄河谷中的高堆石坝的计算方法及安全系数有特殊的规定，美国规范仅对大坝结构和施工程序有特殊要求。第四十六页，共54页。47（4）应力和变形计算美兵团规范对于沉降量的计算较为复杂，而垦务局规范在计算沉降量上并没有对粘性土和无粘性土进行区分。美国规范对于容易引起沉降的部位都采取不同的措施，但对沉降量计算是否采取数值法没有提出要求。中国规范明确非线性弹性应力应变分析计算模型，美国规范没有。第四十七页，共54页。48中国规范明确对1级、2级高坝以及对建于复杂或软弱地基上和埋藏有显著影响沉降变形的建筑物的坝，应采用有限元法进行应力和变形分析。美国规范没有具体要求。中美规范对于建于软弱地基上的土石坝，所引起的沉降问题都比较关注，规定坝顶超填，并对超填高度有相关计算方法；重视