土石坝设计-土石坝结构设计

土石坝坝顶高程确定

小浪底大坝为壤土斜心墙堆石坝，坝顶高程281.0m，坝顶长度1667m，坝顶宽15m，最大坝底宽度864m，坝体总填筑量5185万m³。小浪底水利枢纽一、工程案例：西霞院反调节水库

西霞院反调节水库左右岸滩地和河槽段为土工膜斜墙砂砾石坝，砂砾石坝总长2609m。最大坝高20.2m，坝顶宽8.0m，坝顶高程138.2m，上游边坡1:2.75，下游边1:2.25。《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001规定：二、坝顶高程确定依据规范二、坝顶高程的确定=Max坝顶高程=正常运用和非常运用的静水位+相应的超高Y

（一）波浪雍高e式中：v0—计算风速，m；

D—风区长度（有效吹程），m；

Hm

—坝前水域平均水深，m；

K—综合摩阻系数；

—风向与水域中线（或坝轴线的法线）的夹角。1）正常运用条件下的1级、2级坝，取多年平均年最大风速的1.5~2.0倍；3级、4级、5级坝，取多年平均年最大风速的1.5倍；2）非常运用条件下，取多年平均年最大风速。不同于坝前水深式中：—斜坡的糙率渗透性系数，按查表1确定；—经验系数，由无维量按表2确定；

m—单坡的坡度系数，；hm、Lm—平均波高和波长，m；

当坝坡系数m=1.5～5.0时，平均爬高为：（二）波浪平均爬高Rm护面类型护面类型光滑不透水护面(沥青混凝土)1.0砌石护面0.75～0.80混凝土板护面0.9抛填两层块石(不透水基础)0.60～0.85草皮护面0.85～0.90抛填两层块石(透水基础)0.50～0.55表2经验系数≤11.52.02.53.03.54.0＞5.011.021.081.161.221.251.281.30表1糙率及渗透系数（1）平均波高hm当则（2）平均波长Lm当称为深水波，其波长与周期有关：当称为浅水波，其波长与周期和水深都有关：平均周期

当坝坡系数m=1.5～5.0时，平均爬高为：（二）波浪平均爬高Rm当平均波高hm、平均波长Rm均算出来后，带入下式即可解出波浪平均爬高Rm

设计爬高值按建筑物的级别而定，对Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级土石坝取累计频率P=1%的爬高值分布表4确定：（三）波浪设计爬高Rp设计爬高值R：不同累计频率的比，可根据爬高统计0.112451014203050＜0.12.662.232.071.901.841.641.541.391.220.960.1～0.32.442.081.941.801.751.571.481.361.210.97＞0.32.131.861.761.651.611.481.421.311.190.99P（%）；对IV、V级坝取P=5%的。表4爬高统计分布表3安全加高A运用情况坝的级别ⅠⅡⅢⅣ、Ⅴ正常非常1.50.71.00.50.70.40.50.3（四）安全加高A根据坝的等级和运用情况，安全加高A按表3确定。四、土石坝坝高确定竣工时要求:坝高:考虑沉陷设防浪墙时六六庄水库为V等，水库设计防洪标准为20年一遇设计，200年一遇校核。校核洪水位210.50m，相应库容31.6万m3；设计洪水位208.5m，相应库容为21.66万m3；兴利水位207.50m，兴利库容19.4万m3；（河谷处坝基面高程为197.61m。）该区地震基本烈度为Ⅵ度。该水库位于平原区。多年平均最大风速15m/s，水库吹程0.5km。任务：坝顶高程如何确定？五、工程案例训练

案例训练答案—六六庄水库坝顶高程确定本次课重点：土石坝坝顶高程确定。坝顶高程=静水位+相应的超高Y

一般按以下4种情况计算，取最大值。五、总结：

ＸＸ水库以灌溉为主，兼顾防洪、发电。水库总库容5030万m3，多年调节水库，在保证率75%的情况下，可灌溉北汝河下游南岸农田10万亩，灌溉最大引水量10m3/s。水利规划成果：(1)淤积高程420.0m；(2)死水位427.0m；(3)最高兴利水位443.0m；(4)设计洪水位(P=2%)448.21m，相应泄量1320秒立米（溢洪道泄量1200m3/s，泄洪洞泄量120m3/s）(5)校核洪水位（P=0.1%）450.22m，相应库容5030万立米，最大泄量1980m3/s，(溢洪道泄量1853m3/s，泄洪洞泄量137m3/s)该工程拦河大坝为土石坝，根据所学内容确定该拦河大坝坝顶高程。六、作业水工建筑物项目化实训

土石坝剖面设计天生桥一级水利枢纽鲁布革水电站小浪底水利枢纽陆浑水库水布垭水电站西霞院反调节水库1.坝顶高程确定2.坝顶宽度确定3.坝坡确定4.防渗体形式及尺寸教学任务5.排水体形式及尺寸6.土石坝的护坡与坝坡排水

小浪底大坝为壤土斜心墙堆石坝，坝顶高程281.0m，坝顶长度1667m，坝顶宽15m，最大坝底宽度864m，坝体总填筑量5185万m³。基础混凝土防渗墙厚l.2m、深80m。小浪底水利枢纽工程案例：西霞院反调节水库

西霞院反调节水库左右岸滩地和河槽段为土工膜斜墙砂砾石坝，砂砾石坝总长2609m。最大坝高20.2m，坝顶宽8.0m，坝顶高程138.2m，上游边坡1:2.75，下游边1:2.25。其中左岸（含河槽段）坝长1725.5m，右岸坝长883.5m。六六庄水库为V等，水库设计防洪标准为20年一遇设计，200年一遇校核。校核洪水位210.50m，相应库容31.6万m3；设计洪水位208.5m，相应库容为21.66万m3；兴利水位207.50m，兴利库容19.4万m3；（河谷处坝基面高程为197.61m。）该区地震基本烈度为Ⅵ度。该水库位于平原区。多年平均最大风速15m/s，水库吹程0.5km。任务：（一）土石坝基本剖面形式？（二）坝顶高程如何确定？坝顶宽度、坝坡如何确定?（三）绘制大坝典型断面图。工程案例：任务1、坝顶高程=Max坝顶高程=正常运用和非常运用的静水位+相应的超高Y

《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001规定：（一）波浪雍高e式中：v0—计算风速，m；

D—风区长度（有效吹程），m；

Hm

—坝前水域平均水深，m；

K—综合摩阻系数；

—风向与水域中线（或坝轴线的法线）的夹角。1）正常运用条件下的1级、2级坝，取多年平均年最大风速的1.5~2.0倍；3级、4级、5级坝，取多年平均年最大风速的1.5倍；2）非常运用条件下，取多年平均年最大风速。不同于坝前水深式中：—斜坡的糙率渗透性系数，按查表4-2确定；—经验系数，由无维量按表4-3确定；

m—单坡的坡度系数，；hm、Lm—平均波高和波长，m；

当坝坡系数m=1.5～5.0时，平均爬高为：（二）波浪平均爬高Rm护面类型护面类型光滑不透水护面(沥青混凝土)1.0砌石护面0.75～0.80混凝土板护面0.9抛填两层块石(不透水基础)0.60～0.85草皮护面0.85～0.90抛填两层块石(透水基础)0.50～0.55表4-3经验系数≤11.52.02.53.03.54.0＞5.011.021.081.161.221.251.281.30表4-2糙率及渗透系数1.平均波高hm当以上式中符号意义同前则2.平均波长Lm当称为深水波，其波长与周期有关：当称为浅水波，其波长与周期和水深都有关：平均周期

设计爬高值按建筑物的级别而定，对Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级土石坝取累计频率P=1%的爬高值分布表4-4确定：3.波浪设计爬高Rp设计爬高值R：不同累计频率的比，可根据爬高统计0.112451014203050＜0.12.662.232.071.901.841.641.541.391.220.960.1～0.32.442.081.941.801.751.571.481.361.210.97＞0.32.131.861.761.651.611.481.421.311.190.99P（%）；对IV、V级坝取P=5%的。表4-4爬高统计分布表4-1安全加高A运用情况坝的级别ⅠⅡⅢⅣ、Ⅴ正常非常1.50.71.00.50.70.40.50.3（三）安全加高A根据坝的等级和运用情况，按表4-1确定。=Max坝顶高程=正常运用和非常运用的静水位+相应的超高Y

（四）坝顶高程的确定竣工时要求:坝高:考虑沉陷设防浪墙时坝高任务2、坝顶宽度确定

坝顶宽度应根据运行、施工、构造、交通和人防等方面的要求综合研究后确定。当无特殊要求时，高坝的坝顶最小宽度可选用10～15m，中低坝可选用5～10m。当坝高在30m~100m时，Bmin

=0.1H当坝高大于100m时，Bmin

=H0.5任务3、坝坡确定上游m1、下游m2；坡度：1:m；均质坝坝坡平均坡度约为1:3，其他类型坝坡可参照规范或近似工程初步拟定。案例分析上游坡缓于下游坡，上部陡于下部坡糯扎渡粘土心墙堆石坝堆石坝坝坡陡于土石坝坝坡一、坝坡规律：1.与水接触的范围的坡度要缓；2.上游坡缓于下游坡；3.上部陡于下部坡；4.均质坝坝坡缓于心墙坝坝坡；5.堆石坝坝坡陡于土石坝坝坡。任务3、坝坡确定二、变坡、马道1.变坡每段10～30m，从上而下逐渐放缓，相邻坡率差值取0.25或0.5。2.马道位置：上、下游坝坡坡度变化处宽度：不小于1.5～2.0m；作用：用以拦截雨水，防冲刷坝面，交通、检修和观测，

有利于稳定。毛家村粘土心墙土坝任务4、防渗体形式与尺寸防渗体主要是心墙、斜墙、铺盖、截水墙等，它的结构和尺寸应能满足防渗、构造、施工和管理方面的要求。（一）粘性土心墙心墙一般布置在坝体中部，有时稍偏上游并稍为倾斜。心墙构造要求：无防浪墙：有防浪墙：1.顶部高程：2.心墙边坡：常规1:0.15~1:0.3之间肥大心墙1:0.4~1:0.5之间3.心墙厚度：常根据土壤允许渗透坡降而定4.过渡层作用：传力均匀，防止不均匀沉降兼起反滤排水。厚1.5~2.0m，按反滤设计，从里到外颗粒径由小到大。5.保护层：防冻，防干裂，厚度>1.0m且>冻结或干燥深度。6.截水槽：高度：1.5~2.0m，入基0.2-0.5m，下设帷幕。儒扎渡堆石坝汤河粘土斜墙土坝（二）粘土斜墙粘土斜墙一般布置在坝体上游侧。斜墙构造要求：无防浪墙：有防浪墙：1.顶部高程：2.斜墙边坡：内侧不陡于1:2.0外坡不陡于1:2.5

3.心墙厚度：常根据土壤允许渗透坡降而定4.过渡层：主要作用是传力均匀，防止不均匀沉降兼起反滤排水。上游的可简单设置或不设置、下游的同心墙的要求相似，一般设两层。5.保护层：防冻，防干裂，厚度>1.0m且>冻结或干燥深度。6.截水槽：高度：1.5~2.0m，入基0.2-0.5m，下设帷幕。（三）非土料防渗体非土料防渗体有钢筋混凝土、沥青混凝土、土工膜等。西霞院大坝横断面西霞院作用：防止渗流逸出点下游坡面发生渗透破坏；结构：紧贴下游坝坡，1～2层堆石或砌石，设置反滤层，顶部高于逸出点，I、Ⅱ级坝≥2.0m，Ⅲ、Ⅳ、V级坝≥1.5m，并保证坝体浸润线位于冻结深度以下。优点：构造简单、节省材料、便于维修。缺点：但不能降低浸润线。任务五、排水体形式与尺寸1.贴坡排水图4-28贴坡排水图4-29堆石棱体排水坡度：内坡1:1.25～1:1.5，外坡1:1.5～1:2.0；对Ⅰ、Ⅱ级坝不小于1.0m；对Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级坝不小于0.5m；且大于波浪爬高2.棱体排水作用（优点）：降低浸润线、防淘刷、坡脚稳定、费料；结构：棱体堆石；构造要求：3.褥垫式长度：粘土均质坝≤B/2，砂性土均质坝≤B/3

厚度：块石厚约0.4～0.5m，反滤层最小厚度比降：向下游方向设有0.005～0.01的纵坡。优缺点：当下游水位低，降低浸润线的效果显著，不均匀沉陷时，易断裂，检修困难，施工有干扰。图4-31管式排水4.管式排水组成：纵向集水管、横向排水管。图4-32综合式排水（a）贴坡与棱体排水结合；（b）褥垫与棱体排水结合5.综合式排水为发挥各种排水型式的优点，在实际工程中常根据具体情况采用几种排水型式组合在一起的综合式排水。任务六、土石坝的护坡与坝坡排水（一）上游护坡1.抛石（堆石）护坡施工进度快、节省人力，但工程量比砌石护坡大。堆石护坡的厚度一般认为至少要包括2~3层块石。2.砌石护坡有干砌石和浆砌石两种，通常厚度为20~60cm。有时根据需要用2~3层垫层，承受较大的风浪，造价较高。图４-33干砌石护坡（单位：m）3.混凝土和钢筋混凝土板护坡预制板的尺寸一般采用：方形板为1.5m×2.5m、2m×2m或3m×3m,厚为0.15~0.20m。4.渣油混凝土护坡先铺一层3cm的渣油混凝土，再铺10cm的卵石做排水（不夯），第三层铺8~10cm的渣油混凝土，夯实后在第三层表面倾倒温度为130~140℃的渣油砂浆。并立即将0.5m×1.0m×0.15m的混凝土板平铺其上，板缝间用渣油砂浆灌满。现浇混凝土护坡由浆砌石防滑齿墙自下而上分层浇筑至坝顶，待下层混凝土达到一定强度后方可继续上部施工。同层混凝土块应跳仓浇筑，浇筑顺序如图中1，2，3，4，5，...所示.图４-35渣油混凝土护坡图４-36水泥土护坡5.水泥土护坡将粗砂、中砂、细砂掺上７％~12％的水泥（重量比），分层填筑于坝面作为护坡，叫水泥土护坡。每层