土石坝设计大纲文档格式.docx
《土石坝设计大纲文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土石坝设计大纲文档格式.docx（26页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
7
8
9
10
11
12
全年
平均气温
（2）绝对最高气温：
℃；
（3）绝对最低气温：
3.4风速和吹程
（1）逐月多年平均最大风速：
m/s；
（2）逐月多年平均最大风速相对应的风向：
；
（3）吹程：
km;
3.5降雨量
多年平均降雨量：
见表2
表2多年平均月降雨量
项目
月份
全
年
月平均降雨量mm
日平均降雨量mm
蒸发量mm
3.6冻土情况
（1）坝址冻土平均深度：
（2）土料场冻土平均深度：
3.7地形资料
坝段比例尺1：
1000，坝址1：
1000，地质测绘同地质图要求。
3.8地质资料
（1）区域地质资料
概述：
1.区域地层分布；
2.区域构造特征；
3.河谷地貌形态；
4.区域水文地质条件；
5.近库沿河坍滑体分布；
6.天然建筑材料分布；
7.水库内矿产资源情况；
8.水库可能出现的渗漏，不稳定库岸、水库侵没等工程地质问题。
（2）坝址工程地质资料
坝址工程地址勘测应满足技术初步设计深度，主要提供地址报告、坝区地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件等。
对坝基稳定、坝两岸岸坡稳定、坝基和绕坝渗漏地质论证和评价。
提供坝址工程地质平面、纵横剖面图、岩基面等值线图、专门性问题工程地质图、坝的渗透剖面图、综合地质柱状图、钻孔柱状图、硐（井）展示图、物探成果图及其它。
（3）坝址岩体结构类型分类。
（4）坝址岩体风化程度分级。
（5）坝址岩石物理力学及化学分析成果。
（6）坝址岩体软弱夹层物理力学性质。
（7）坝址岩、土开挖边坡：
边坡应根据工程具体地质资料情况列出（包括土、砂砾……等边坡）永久和临时边坡。
（8）天然建筑材料
提供天然建筑材料图表、储备及试验成果、实际材料图等。
3.9坝料设计指标
根据试验研究确定以下指标：
（1）料设计指标。
（2）层间接触面力学指标。
（3）应力应变分析中最小Ei的取值。
3.10混凝土设计强度指标
见DL/T5057-1996
3.11钢筋设计强度
3.12坝的安全超高及抗滑稳定安全系数
（1）坝的安全超高
坝安全超高的下限值：
见SL274-2001。
（2）坝坡抗滑稳定安全系数
（3）采用SL274-2001中所列抗滑稳定最小安全系数。
3.13地震设防烈度
工程区的地震基本烈度经国家地震局____和国家地震局烈度评定委员会审查，鉴定为度。
由于工程所在区域的地质条件复杂以及本工程规模较大，属大
（2）型工程，根据《水工建筑物抗震设计规范》，大坝设防烈度按基本烈度设防。
4筑坝土石料场的选择与设计
4.1防渗土料的选择
4.1.1防渗土料的一般要求
防渗土料必须具备与其使用目的相适应的工程性质，如防渗料应有足够的防渗性和一定的抗剪强度，高土石坝心墙料还应具有低压缩性。
防渗土料还应具有长期稳定性、有充足的抗管涌能力，地震时不产生过大的孔隙压力等。
4.1.2防渗土料质量要求
防渗土料质量要求：
粘粒含量：
15％～30％；
塑性指数：
10％～20％；
渗透系数：
<
10-5cm/s，小于坝壳料100倍；
有机质含量：
2％；
水溶盐含量：
3％（易溶盐和中溶盐的总量）；
天然含水量：
最好与最优含水量或塑限相近；
击实后密度：
大于天然密度。
4.1.3选定防渗土料时一般考虑的原则
（1）土的防渗性
土料的渗透系数小于1×
104cm/s，即认为满足要求；
（2）土的抗剪强度
一般坝体土料强度均能满足要求；
如基础有软弱夹层，则坝体的危险滑动面多为和软弱面联成整体的滑面，此时要求土料有较高强度。
（3）土的压缩性
一般要求坝体底部土料要有低压缩性。
要求非浸水和浸水饱和的压缩系数不要相差很大，湿险性能很强。
拉应力区的土应有较高的抗剪断凝聚力，同时在变形特性上，防渗料与棱体料的差值要尽量少，以减少拱效应和使坝体内应力分配均匀。
（4）渗透稳定性
在渗透水作用下要有较高的抗管涌能力和较高的抗冲蚀能力，拟做模拟实际渗透作用下的试验，加以判别。
（5）优先选用天然含水量和最优含水量相近的土料
选用天然含水量的最优含水量相近的土料将便于施工，二者相差大，则需加水或翻晒。
如在多雨潮湿地区筑坝，降低含水量困难，可选用天然含水量稍高于最优含水量，但不应超过3％，以不影响施工为准。
对于天然含水量低于最优含水量的土，不宜低于2％。
（6）仔细研究颗粒级配
1粘粒（d<
0.005mm）含量一般在30％以下，最大不宜大于40％，太大压实性能差；
2最大粒径应不超过铺土厚度的2/3，以免影响压实；
3级配曲线呈连续，当不均匀系数（η=d60/d10）>
5;
曲率系数（Ced302/d10×
d60）＝1～3，认为级配良好；
4如遇两种土料均能满足要求，则应选用粒径范围较宽的土料。
（7）土的膨胀量、膨胀力和体缩
遇膨胀量、膨胀力及体缩较大，应做矿化分析，当粘土矿物以蒙脱石和伊里石为主时，必须充分论证，工程中要采取措施。
（8）水溶盐、有机质含量
水溶盐含量是指易溶盐和中溶盐的总量，以重量计不大于3％；
有机质含量（按重量计），对心墙坝和斜心墙坝不大于2％。
（9）综合研究土料性质
在土料选择中，应综合研究土料性质，不可过分强调某一特性，因为各种因素的常常是互相矛盾的，如土的含粘粒高，防渗性和可塑性好，但强度低；
压缩性大，施工较困难。
4.2筑坝石料一般要求
4.2.1筑坝石料一般要求
土石坝坝壳主要的作用是保持坝体稳定，因此，只要能满足坝体稳定、沉降量小、排水性能好、有一定强度的石料均可最为坝壳料，如新鲜岩石、石碴料、软岩、砾石、卵石、漂石、风化砂和风化砾石等。
但其使用部位不同，新鲜岩石、天然砾石、卵石、漂石可置于坝壳任意部位；
软岩置于下游坝壳内部，不与大气接触，并在下游水位以上；
风化砂、风化砾石置于坝壳干燥区。
4.2.2筑坝石料的技术要求
（1）优质石料的质量指标
优质石料，湿抗压强度R>
40.0Mpa、经冻融R>
30.0Mpa；
软化系数>
0.8;
冻融损失率<
1％；
密度>
2.4×
106g/m3。
（2）砂砾料填筑坝体的质量要求
砾石含量5mm至相当于3/4填筑层厚度的颗粒在20％～80％范围内，紧密密度>
2×
106g/m3，含泥量（粘粉粒）<
10％，内摩擦角>
30°
渗透系数（碾压后）大于1×
103cm/s。
（3）填筑堆石要求
堆石料最大与最小边长之比不超过3～4倍的毛石；
抛填堆石采用韧性石料、颗粒较均匀。
为保证小孔隙率，抛石时最好掺入一定数量的细粒料，当用水枪冲实时，大颗粒之间的孔隙会被细粒均匀充填。
碾压堆石可用不同的颗粒组成和不同质量的卵砾块碎石，在严寒气候条件下不许洒水，石料仍可继续填筑。
开挖碴料也可上坝，但需分区布置。
4.3反滤料、过滤料及排水料的选择
4.3.1反滤料、过滤料及排水料一般技术要求
使用的石料或砾石料是坚硬未经风化与溶蚀的材料，并应耐风化且不易为水所溶解；
其颗粒组成必需满足不穿越和排水条件好；
没有塑性。
4.3.2质量技术要求
反滤料、过滤料及排水带的材料，可使用砾、砾卵石、角砾碎石和破碎岩石、天然冲击层、山麓堆积物以及开挖出级配良好的小石块。
级配：
尽量均匀、要求一层的粒组不钻入另一层粒组的孔隙中去，最小粒径0.1mm含量不应超过5%；
不均匀系数≤8；
颗粒中无片状、针状、坚硬抗冻；
含泥量<
3%；
渗透系数>
5.8×
4.4填筑标准的确定
4.4.1粘性土的填筑密度
对不含砾或少量砾的粘土性土料，以干密度为设计指标，按击实试验最大干密度乘以压实系数确定。
压实系数不低于0.97～0.99。
4.4.2堆石料填筑标准
（1）堆石的压实功能和设计孔隙率可按已有工程经验拟定，一般为20％～28％，并由碾压试验确定。
施工时以施工参数（包括碾压设备的型号、振动频率和质量、铺填厚度、加水量、碾压遍数等）及干密度同时控制。
（2）在一般情况下，应在施工初期进行碾压试验。
以校核设计规定的填筑标准及碾压参数，并在必要时由设计单位进行修改。
当土石料性质特殊时，应进行专门的碾压试验和相应的试验室试验论证其填筑标准。
5碾压式土石坝设计的基本要求
5.1碾压式土石坝安全准则
（1）碾压式土石坝在施工和水库运用的各种情况下，坝体、坝基和坝肩必须是稳定的。
（2）在正常和非常工作条件的荷载组合情况下，必须保证它能长期安全运用和充分发挥设计的效益和社会效益。
5.2设计中基本要求
5.2.1坝体防渗的基本要求：
（1）降低坝体的渗透坡降，避免发生渗透破坏。
（2）减少经过坝体的渗流量，减少水中、土中水溶盐和有机物的溶蚀。
（3）降低坝体侵润线，以增加坝坡的稳定。
5.2.2防渗措施
设计时应考虑防渗措施，形成防渗体系，如坝基截水墙、足够的和不易损坏的防渗区、防渗铺盖和下游排水井等。
5.2.3坝顶超高
坝顶应有足够的超高，以防波浪造成漫顶。
超高值中应考虑到坝基和坝体的沉降，以及引起的附加沉降。
5.2.4抗裂性能要求
（1）对于压缩性大，坝址两岸岸坡陡峻，要注意压缩变形，防止由于变形过大而使心墙产生裂缝。
（2）减少坝体和坝基孔隙水压力：
应尽量减少坝体和坝基孔隙水压力，特别是坝基中可能产生孔隙水压力；
对于有淤泥的成层的可压缩性材料中，更应特别主语。
超过坝趾以外的地基产生很高的孔隙水压力，而该位置坝体自重很小或根本不会产生垂直荷载，因此，位于范围以外的地基土壤强度可能下降到其原来的天然抗剪强度之下。
（3）防止裂缝：
为了防止坝体水平裂缝和纵缝，土石坝的防渗体和坝壳材料均应保证压实紧密。
5.3施工上的要求
（1）认真地进行施工质量控制，以保证填筑料的合理分布，充分压实（达到设计压实度）和适度水量控制，以及合理的设置排水设施和截水墙。
（2）主要结构尺寸需要满足施工上的要求。
如填筑宽度，当为机械运输，碾压方便时，最小宽度不应小于2m；
如采用人工运输，小型碾压工具时，可适当减少。
6坝体结构布置设计
6.1土石坝坝体断面拟定
6.1.1土石坝坝体断面的拟定
（1）拟定土石坝坝体断面应考虑的主要条件：
1）筑坝材料的物理力学性能、储量。
一般坝体材料的渗透系数应满足规范要求。
2）坝基地质条件和承载能力、渗透、压缩性能。
3）坝型条件。
4）施工条件。
（2）构造方面的要求：
1）一般坝坡做成折线型，上部较陡，下部较缓。
2）当上下游坝壳由相同材料筑成时，则上游坝坡应较下游坝坡平缓。
3）一般在下游坝坡每隔10m～30m宜设置戗道，戗道宽一般应大于2m；
根据现代坝发展情况有40m～50m设一戗道，也有不设戗道。
为施工道路需要可设斜马道。
4）为施工方便，沿坝轴方向坝坡尽量做成同一的坝坡；
如地质情况不同，或坝壳料材料性质不同，可各段用不同边坡，变坡之间应设渐变段。
5）坝坡的最后确定应进行稳定计算。
6.1.2与基础的连接
（1）坝基为完整新鲜基岩：
为防止粘土与岩石结合不好而发生沿岩石的集中渗透，应设混凝土垫。
（2）坝基为节理比较发育的基岩：
建议采用混凝土垫，然后再在垫座上填筑粘土心墙。
混凝土层下部视为基岩情况，可进行固结灌浆（铺盖灌浆）和帷幕灌浆。
也可采用将截渗墙底部直接对坝基岩石进行固结灌浆和帷幕灌浆。
（3）坝基有断层破碎带的基岩：
断层破坏带的处理，应按实际断层性质、角度、方向、宽度、深度以及断层内充填物的成分等条件，分析判断处理。
一般断层应用混凝土塞堵实。
6.1.3与岸边的连接
与岸坡的结合面往往是工程中较薄弱的环节，要防止结合面发生集中渗流和避免防渗体裂缝。
岸坡严禁做成垂直台阶面；
岩石坡度一般不陡于1：
0.5～1：
0.75，凸变角应小于20°
；
开挖岩石坡应平整处理。
6.2风浪计算、坝顶构造、护坡设计和坝面排水
6.2.1风浪计算
（1）风速的选用
风速选用方法采用多年平均最大风速加成法。
（2）风向选用方法
风吹来的方向称风向，应选取最不利风向的最大风速作为设计风速。
（3）吹程的确定
吹程又称对岸距，水库吹程是指沿最大风速方向量测坝轴至对岸的直线距离，它与水库的形状有关。
水库风向应以垂直坝轴线或与坝轴夹角较大的主风向为主，主风向应选择满库期或洪水危险期。
当库区形状很不规则，且有岛屿等障碍物时，应采用有效吹程。
如沿计算方向有局部缩窄时，当束窄处的宽度B小于12倍计算波长L,可近似取等效风区长度De=5B,但De不应小于自计算点到束窄处的距离。
（4）风浪要素计算
国内外提出的风浪要素计算公式很多，大部分属经验或半经验的，选用时应研究公式的使用条件，尽可能接近工程具体情况。
（5）风壅水面高计算
（6）风浪在坝坡上的爬高计算
风浪在坝坡上的爬高分规则波和不规则波两种方法，应根据具体条件选用。
（7）波浪压力计算
波浪压力包括最大压力区、波速、坝坡上的坡压力分布、作用于垂直墙上的波压力和浮托力等的计算。
（8）地震涌浪计算
地震时水库发生涌浪，确定安全超高时应包括地震涌浪高度，一般地震涌浪波可根据设计烈度和坝前水深计算或选用。
（9）库区滑坡涌浪计算
当库区发生滑坡，在滑坡地点产生涌浪，并能水平推进，到达坝前产生涌浪高度。
由于滑坡涌浪计算极为复杂，大多将边界条件简化后估算。
6.2.2坝顶构造
（1）坝顶超高的确定
（2）坝顶高层的确定
（3）坝顶布置
（4）坝顶宽度
（5）防浪墙
（例：
坝顶高程复核
坝顶高程等于水库静水位加坝顶超高。
并按下列四种情况计算，取最大值。
（1）设计洪水位+正常运用情况的坝顶超高
（2）正常蓄水位+正常运用情况的坝顶超高
（3）校核洪水位+非常运用情况的坝顶超高
（4）正常蓄水位+非常运用情况的坝顶超高+地震安全超高
其中，地震安全超高取为0.55m。
由于工程地震基本烈度为VIII，结合库小坝底的工程特点，取地震引起的坝顶沉陷为0.05m，地震涌浪取0.5m。
根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）的规定，坝顶超高值按下式计算：
y=R+e+A
（1）
式中：
R—波浪爬高（m），按SL274-2001附录一计算。
其中正常运用情况，采用多年平均最大风速的1.5倍；
非常运用情况采用多年平均最大风速。
（由于附近没有气象站，现采用阿拉尔气象站的统计成果，最大风速为23m/s。
）
e—最大风壅水面高度（m）。
按SL274-2001附录一计算，其中风速值的采用与R值相同。
A—安全加高。
因土石坝坝高仅6.05m，大坝按IV级坝设计，正常运用情况A=0.5m;
非常运用情况A=0.3m。
坝顶超高计算结果见下表。
均质坝坝顶超高计算
运用条件
水位（m）
R（m）
E（m）
A（m）
Y（m）
防浪墙顶高程（m）
（1）正常运用
1171.00
2.025
0.063
0.5
2.588
1173.59
（2）正常运用
（3）非常运用
1.423
0.028
0.3
1.751
1172.75
（4）非常运用
1.15
2.601
1173.601
由以上计算可以看出，坝顶高程以运用情况（4）控制，防浪墙坝顶高程为1173.10m，取防浪墙坝顶高程1173.60m。
因为防浪墙高度为0.5m，最终确定坝顶高程为1173.10m。
实测坝顶高程为1172.4～1172.6m。
故，坝高不够。
缺少的高度为0.5～0.7m。
需要加高，否则不能达到1170.00m的水库蓄水位。
6.2.3护坡设计
（1）护坡形式选择主要取决于风浪特征；
尽可能就地取材，经济合理；
随着旅游事业的发展，坡型的艺术要求应予重视。
（2）上游护坡常用抛石护坡、砌石护坡、预制混凝土块（板）护坡、水泥土护坡，以及新型材料护坡。
（3）下游护坡常用草皮护坡、碎石（砾石）护坡、与尾水御接的堆石棱体护坡。
（4）坝坡防护范围：
上游面，上部护至坝顶，并与防浪墙连接；
下部护至水库最低水位以下能满足坝体土壤抗冲和防冰冻层要求的高程；
对最低水位不确定的坝应护至坝底。
下游面，应由坝顶护至排水棱体，无排水棱体的则护至坝脚。
护坡尺寸均应通过计算和满足构造要求。
6.2.4坝面排水
坝面排水设施的范围包括坝顶、坝坡、坝端和坝下游等部分的集水、截水及排水设施。
（1）坝顶排水：
当坝顶无防浪墙时，坝顶应成拱背形，分别向上下游方向排水。
当坝顶有防浪墙时，坝顶则斜向下游侧，坡度2％～3％。
（2）坝坡排水：
常用的有井格形、菱形、混合形。
形式选择应力求简单、美观大方。
坝坡排水沟间距，一般横向100m～200m设计一道；
纵向设在戗道内侧。
纵向排水沟应在每段中间设置分流坡度（
～0.2%）。
当坝坡下游为块石护坡或混凝土块护坡时，可不设坝面排水沟。
（3）坝端排水：
坝端排水应注意：
1）坝体与岸坡连接处或降水流向坝面以内的山谷，必须布置排水设施，其集水面积应包括岸坡集水面积。
排除的雨水应流向坝外，并设法与坝体渗透水分开。
2）坝端山坡较陡，集水面积较大，植被不好时，应设置逐步集流的纵横排水沟，防止冲蚀坝端山坡。
3）坝端如有山沟，应修建堆石体拦沙滞洪，并在集水面积内的坡面上采取水土保持措施。
（4）坝体下游排水
坝体下游排水常用的有减压井、导流沟或反滤堆等集水槽，应设置通往坝外的排水沟。
要求集水槽和排水沟进行衬砌，并设置水槽，以利观测。
反滤堆的渗水必须妥善排走，严禁堵塞。
（5）坝面排水设计
坝面排水设计应确定设计标准、排水沟过流断面和结构形式。
1）设计标准：
按坝的等级确定洪水频率，在相应频率通过1h暴雨而不漫溢为标准。
2）排水沟过流断面按暴雨强度计算，并相应设计过流断面。
3）坝面纵横排水沟结构，一般为明沟，若与交通或其他建筑物交叉时，也可做成暗沟，但宜用活动盖板，以利清淤，确保排水畅通。
7稳定分析
7.1稳定计算目的与内容
7.1.1稳定计算理论与目的
（1）稳定计算是用极限平衡理论，分析碾压式土石坝在土体重力、孔隙压力和水压力及其它外部荷载使用下，坝体或坝体与地基一起的抗剪切破坏的能力。
应保证坝体与地基不发生坍滑与过度变形，使之具有足够的稳定性。
（2）稳定计算是定量判断坝体与地基的稳定性的半经验性方法，为设计坝断面提供一种相互比较的定量手段，以便评价各个可供比较的断面与填筑不同物料的功能。
稳定计算得到的数值在很大程度上取决于所采用的抗剪强度指标的准确性。
对于稳定计算的成果，应根据已充分了解施工与运行状况的类似工程进行比较分析和复核。
（3）本大纲只述及通常应用的二维坝断面分析。
7.1.2稳定计算要研究的资料，并进行选择
（1）筑坝材料的性能与计算指标；
（2）坝基的地质构造及土层的性能与计算指标；
（3）坝基的水文地质与渗流特性；
（4）选择有代表性的分析断面；
（5）确定荷载组合与最不利工况；
（6）选择恰当的计算手段与方法。
7.1.3控制边坡稳定的时期与安全系数定义
（1）土石坝从施工、竣工、蓄水到泄水的各个时期，受有不同的荷载，坝体的抗剪强度也不同，故应分别核算各个工况吓得稳定性。
但是，控制碾压式土石坝边坡稳定的主要是三个时期：
施工期（包括竣工时），控制上、下游边坡的稳定性；
稳定渗流期，控制下游边坡的稳定性；
库水位降落期，控制上游边坡的稳定性。
只要这三个时期土石坝的上、下游边坡是稳定的，一般就认为土石坝是稳定的。
（2）稳定计算的安全系数定义是滑动面上的抗剪强度与剪应力的比值，以反映滑动面上土体抗剪强度所要发挥的程度。
7.2荷载组合与最小安全系数
7.2.1荷载组合
计算碾压式土石坝的稳定性，一般考虑三个时期中的荷载条件：
（1）施工期（包括竣工时）
1）施工期拦洪断面、临时蓄水断面或竣工断面在刚建成时的上、下游边坡的稳定性。
2）拦洪渡汛或边施工、边蓄水的水库蓄至最高水位，下游在最高与最低水位时的下游边坡的稳定性。
3）在拦洪渡汛或蓄水过程中，在水库各个水位下的上游边坡的稳定性
施工期的分析，通常认为较透水的、无凝聚性坝壳中侵润线与坝坡外水位齐平；
较不透水的凝聚性土料的防渗体不受坝坡外水的侵润与渗透；
不必计算水库水位降落时的上游边坡的稳定性。
（2）稳定渗流期
竣工后，断面在水库蓄水至最高蓄水位或拦蓄洪水至防洪最高水位与相应情况的下游在最高与最低水位时，下游边坡的稳定性。
稳定渗流期的分析，通常都是认为坝体在相应的上、下游水位下已形成了稳定渗流场。
不必再考虑竣工后坝体逐渐形成稳定渗流场的中间过程情况以及局部有可能形成不了稳定渗流场的情况。
（3）水库水位降落期
竣工后，断面在库水位由最高蓄水位或防洪最高水位、按水库运行条件降落至死水位、防汛水位或其它最低水位（如放空水库等）的过程中，上游坝坡在这些情况下所经历的降落水位下的稳定性。
水库水位降落期的分析，通常都认为坝体在降落前的最高水位下已形成了稳定渗流场，所要分析的是此稳定渗流场在库水位降落过程中所形成的各个瞬时渗流场。
7.2.2运用条件
（1）正常运用
升级会员 