任务2土石坝剖面设计1-坝顶高程设计讲解

任务2土石坝剖面设计—坝顶高程主讲：海琴杨凌职业技术学院副教授

小型水工建筑物设计目录12坝顶高程设计案例解析坝顶高程设计01坝顶高程设计坝顶高程＝水库静水位+相应的超高，取下列中的最大值▽max。①.设计洪水位+正常运用条件的坝顶超高②.正常蓄水位+正常运用条件的坝顶超高③.

校核洪水位+非常运用条件的坝顶超高④.

正常蓄水位+非常运用条件的坝顶超高，再加地震安全加高设计的坝顶高程是针对坝体沉降稳定以后情况而言的。因此竣工时的坝顶高程预留足够的沉陷超高。一般施工质量好的土石坝沉陷量为坝高的0.2～0.4%，1～2m。1.土石坝的坝顶高程坝顶高程设计

R：设计波浪爬高，e：风壅水面高；A：安全加高。坝顶高程计算图

2.坝顶超高y的计算坝顶高程设计坝顶高程计算图3.设计波浪爬高R的计算波浪爬高R是波沿建筑物坡面爬升的垂直高度(从风雍水面起算)，其值以蒲田公式计算为宜。采用蒲田公式计算波浪爬高应首先计算平均爬高Rm，当坝坡的单坡系数m=1.5～5.0时，平均爬高可按式计算：K△——坝面糙率渗透性系数；Kω——经验系数；hm、Lm——平均波高和平均波长，m；m——坝坡系数，后期删除坝顶高程设计坝顶高程计算图3.设计波浪爬高R的计算求出Rm后，按工程等级选用设计累计频率(％)(对1～3级土石坝取P：1％；对4、5级坝取P=5％)，并由P(％)值查表1，求得设计爬高值Rp。或按表1换算成所需概率的爬高Rp。表1爬高统计分布(RP／Rm值)P%0.11234510203050(1)<0.12.662.232.071.971.901.841.641.391.230.96(2)0.1~0.32.442.081.941.861.801.751.571.361.210.96坝顶高程设计

坝顶高程计算图4.风壅水面高e的计算k——综合摩阻系数，其值在（1.5～5.0）×106之间，一般取3.6×106；D——风区长度，m；Hm——坝前风区水域平均水深，m。β——计算风速与坝轴线法线的夹角，（0）；ω——计算风速，m／s，在正常运用情况，1、2级坝，取ω＝（1.5～2.0）ωmax，3～5级坝取1.5ωmax；非常运用情况，取ω＝ωmax。ωmax坝址多年平均最大风速。坝顶高程设计

坝顶高程计算图5.安全加高A的确定表2土石坝安全加高A值(单位：m)坝的级别1234、5设计1.51.000.700.50校核山区、丘陵区0.700.500.400.20平原、滨海区1.000.700.500.30安全加高A的取值与工程级别及运行情况有关。案例解析02坝顶高程计算案例解析某工程坝址为砂卵石地基，层厚4～8m，坝址附近砂跞料与粘土分布在上、下游各一半，砂跞料储量600万m3，粘土储量30万m3，料场距大坝约3公里，交通方便。（一）水文、水利计算资料1.正常蓄水位116.70m，库容1240万m3，灌溉农田4.5万亩。2.100年一遇设计洪水位117.90m，下游水位84.30m。3.500年一遇校核洪水位119.60m，库容1420万m3。下游水位84.70m。4.死水位高程93.60m，死库容115万m3。5.淤沙高程91.94m，淤沙库容0.93万m3。

6.工程所在地风区长度为2km。

7.河床高程为82.20m。（二）气象、地理资料1.库坝附近土料丰富，沙石料缺少；2多年平均最大冻土深度0.93m。

3.工程所在地多年平均最大风速为了15m/s。4.地震烈度5度，雨季较长。坝顶高程计算案例解析坝顶高程计算(1)计算正常运用情况下的坝顶超高：坝顶超高y是按下式计算：1)计算波浪爬高R：波浪爬高按蒲田试验站公式计算。先计算平均爬高RM，再计算设计爬高Rp平均爬高按下式计算坝顶高程计算案例解析土坝采用砌石护面,通过查表：与坝坡糙率有关的系数KΔ=0.8；经验系数Kω=1.01；折减系数Kβ=1。初拟坝坡m=2.5；吹程D=2000m；则平均波高：平均波长为

将以上各值代入RM式得设计爬高值的累积概率P按工程等级确定。对于l、Ⅱ、Ⅲ级土石坝取P=1％的爬高值R1％，该土坝属于Ⅲ级，故P=1％；查表1得Rp／Rm=2.23则

R1%＝2.23Rm＝2.23×0.7226＝1.611m坝顶高程计算案例解析2)计算风壅水面高度：风壅水面高度按下式计算

式中综合摩阻系数K值变化在(1.5～5.0)×10－6范围内，计算时取K=3.6×10－6；水库的平均水深H近似取为35.70m，则3）安全加高：按Ⅲ级坝和正常运用情况查表2得A＝0.7m。正常运用情况下坝顶超高为

y=1.611＋0.0052＋0.7＝2.3162m坝顶高程计算案例解析（2）计算非常运用条件下的坝顶超高：非常运用情况下的坝顶超高计算公式与正常情况下一样，所不同的是风速采用多年平均最大风速可v＝l5m／s，坝前水深H＝119.60一82.20＝37.40m，水域平均水深Hm=37.40m。

同理计算：RM＝0.4580m；R1%＝1.021m；e＝0.004m；查表2得：A=0.4m，则非常情况下坝顶超高为

y＝1.021+0.0088+0.4=1.4298m坝顶高程计算案例解析（3）坝顶高程及坝高：正常运用条件下的坝顶高程为117.90+2.3162=120.2162m；非常运用条件下的坝顶高程为119.60+1.4298=121.0298m；考虑在上游侧设置1.2m高的防浪墙，用防浪墙顶部高程代替坝顶高程，