土石壩設(shè)計(jì)參考

土石壩設(shè)計(jì)參考

1.土石壩尺寸設(shè)計(jì)1.1基本資料1.1.1地形地質(zhì)情況在進(jìn)行土石壩尺寸設(shè)計(jì)前，需要對周邊地形地質(zhì)情況進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查和分析，以了解地質(zhì)構(gòu)造、地層結(jié)構(gòu)、地貌特征等因素對土石壩建設(shè)的影響。1.1.2水位水位是土石壩尺寸設(shè)計(jì)的重要參數(shù)之一，需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求和實(shí)際情況確定壩頂高程和壩體截面形狀等參數(shù)。1.1.3氣象資料氣象資料對土石壩尺寸設(shè)計(jì)也有一定的影響，需要考慮降雨量、降雨分布、氣溫、風(fēng)速等因素，以確定壩體排水和防滲措施等。1.1.4筑壩材料及壩基砂礫物理力學(xué)性質(zhì)筑壩材料的物理力學(xué)性質(zhì)和壩基砂礫的物理力學(xué)性質(zhì)對土石壩的穩(wěn)定性和安全性有著重要的影響，需要進(jìn)行詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)和分析。1.1.5工程等級土石壩的工程等級也是尺寸設(shè)計(jì)的重要考慮因素之一，需要根據(jù)工程等級確定壩頂高程、壩體截面形狀和防洪標(biāo)準(zhǔn)等。1.1.6其它除了以上因素外，還需要考慮土石壩的用途、周邊環(huán)境、施工條件等因素，以確定土石壩的尺寸設(shè)計(jì)方案。1.2大壩輪廓尺寸的擬定1.2.1壩頂高程計(jì)算壩頂高程是土石壩尺寸設(shè)計(jì)的重要參數(shù)之一，需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求和實(shí)際情況確定。計(jì)算方法包括靜力平衡法、有限元法等。1.2.2壩頂寬度壩頂寬度是土石壩尺寸設(shè)計(jì)的另一個(gè)重要參數(shù)，需要根據(jù)壩頂上的設(shè)施、使用要求、施工條件等因素進(jìn)行綜合考慮。1.2.3壩坡與馬道壩坡和馬道的設(shè)計(jì)是土石壩尺寸設(shè)計(jì)的重要組成部分，需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求和實(shí)際情況確定壩坡比、壩頂寬度、馬道寬度等參數(shù)。1.2.4壩體排水壩體排水是土石壩尺寸設(shè)計(jì)中的重要問題，需要考慮壩體內(nèi)部的水流動(dòng)情況和排水設(shè)施的設(shè)計(jì)，以確保土石壩的穩(wěn)定性和安全性。1.2.5大壩防滲體大壩防滲體是土石壩尺寸設(shè)計(jì)中的另一個(gè)重要問題，需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求和實(shí)際情況確定防滲體的類型、厚度、材料等參數(shù)，以確保土石壩的防滲性能。2.土石壩滲流分析土石壩滲流分析是土石壩尺寸設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，需要進(jìn)行詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)和分析，以確定土石壩的防滲措施和排水設(shè)施等。2.1滲流分析計(jì)算的目的是為了確定土石壩的穩(wěn)定性和防滲性能。2.2計(jì)算方法包括有限元方法和有限差分法等。2.3滲流分析的計(jì)算情況應(yīng)該包括壩體滲流場分布、滲流通量等參數(shù)。2.4選擇合適的土石壩類型需要考慮地質(zhì)條件、壩址地形、設(shè)計(jì)洪水等因素。2.5方案的選擇需要綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)可行性、環(huán)境影響等因素。3土質(zhì)心墻壩穩(wěn)定分析3.1計(jì)算目的是為了確定土質(zhì)心墻壩的穩(wěn)定性。3.2計(jì)算方法包括有限元法、有限差分法等。3.3計(jì)算過程包括確定邊界條件、建立數(shù)學(xué)模型、求解模型等步驟。3.4穩(wěn)定成果分析需要對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析和評價(jià)，確定是否滿足設(shè)計(jì)要求。4細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)4.1壩的防滲體排水設(shè)備需要考慮滲流通道、防滲層、排水管等因素。4.2反濾層設(shè)計(jì)需要考慮反濾效果、材料選擇等因素。4.3護(hù)坡設(shè)計(jì)需要考慮護(hù)坡材料、坡度、護(hù)坡結(jié)構(gòu)等因素。4.4壩頂布置需要考慮壩頂建筑物、壩頂?shù)缆贰⑴潘O(shè)施等因素。5設(shè)計(jì)小結(jié)本文介紹了土石壩的滲流分析計(jì)算、土質(zhì)心墻壩的穩(wěn)定分析、細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)等方面的內(nèi)容。在設(shè)計(jì)過程中需要綜合考慮多種因素，確保土石壩的穩(wěn)定性和防滲性能。附錄：參考文獻(xiàn)1.《水工建筑物設(shè)計(jì)規(guī)范》2.《水利水電工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》3.《水工結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》1.1基本資料1.1.1地形地質(zhì)情況應(yīng)該包括壩址地形、地質(zhì)構(gòu)造、地質(zhì)災(zāi)害等信息。某壩址處的河床寬度約為190米，河床覆蓋層上層為粘土黃土夾雜有礫石，下層為沙礫層。該壩址基巖為透水性很小的花崗巖，最低高程為302米。水位方面，死水位為321米，正常蓄水位為334米，設(shè)計(jì)洪水位（1%）為337米，校核洪水位（0.1%）為338米，正常蓄水時(shí)下游水位為302米，校核洪水時(shí)下游水位為309米。氣象方面，該水庫多年平均最大風(fēng)速為16m/s，吹程為1.5公里。筑壩材料及壩基砂礫的物理力學(xué)性質(zhì)如上表所示。該工程為二等，主要建筑物為二級。地震基本烈度為7度。在確定大壩輪廓尺寸時(shí)，需要考慮壩頂高程、壩頂寬度、上下游壩坡和防滲體等排水設(shè)備。根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274—2001）規(guī)定，壩頂高程的計(jì)算應(yīng)分別按照正常蓄水位加正常運(yùn)用條件下的壩頂超高、設(shè)計(jì)水位加正常運(yùn)用條件下的壩頂超高、校核水位加非常運(yùn)用下的壩頂超高進(jìn)行計(jì)算。由于該地區(qū)地震烈度為7，還需考慮正常蓄水位加非常運(yùn)用時(shí)的壩頂超高再加上地震涌浪高度，最后取以上四種工況最大值，并保留一定的沉降值。壩頂高程在水庫正常運(yùn)用和非常運(yùn)用期間的靜水位以上應(yīng)該有足夠的超高，以保證水庫不漫頂。超高值y按下式計(jì)算：y=R+e+A，其中R為最大波浪在壩坡上的爬高，e為最大風(fēng)壅水面高度，A為安全加高。根據(jù)壩的等級，設(shè)計(jì)運(yùn)用條件時(shí)取1.0米，非常運(yùn)用條件時(shí)取0.7米。根據(jù)規(guī)范，計(jì)算大壩波浪爬高時(shí)采用設(shè)計(jì)風(fēng)速。在正常運(yùn)用條件下，風(fēng)速為多年平均最大風(fēng)速的1.5倍。在非常運(yùn)用條件下，采用多年平均最大風(fēng)速。根據(jù)氣象資料統(tǒng)計(jì)，該水庫多年平均最大風(fēng)速為16.0m/s，最大吹程為1.0km。1)平均波高及平均波長的計(jì)算公式如下：e=(KV^2D)/(2gHmcosβ)-6K=3.6×10^(-6)其中，K為綜合摩阻系數(shù)，一般取；V為計(jì)算風(fēng)速，m/s，正常運(yùn)用條件下3、4、5級壩采用多年平均最大風(fēng)速的1.5~2.0倍。非正常運(yùn)用條件下，采用多年平均最大風(fēng)速；D為風(fēng)區(qū)長度，即為有效吹程，m；H為壩前水域平均水深，m；β為風(fēng)向與水域中線的夾角。2)最大波浪在壩面的爬高的計(jì)算公式為莆田公式。h=0.45gD(0.0018v^2/gHm)^(0.72)cos?hL=13.9(ghm/gTo)^0.5th其中，h為平均波高，m；T為平均周期，s；v為計(jì)算風(fēng)速，m/s；D為風(fēng)區(qū)長度，m；H為水域平均水深，m；g為重力加速度，取9.81m/s^2；L為平均波長，m。平均波浪爬高R的計(jì)算參照規(guī)范附錄A.1.12。初步擬定水庫大壩上游壩坡為m=3，故波浪平均爬高按規(guī)范附錄A.1.12式計(jì)算。其中，KΔ為斜坡的糙率滲透性系數(shù)，護(hù)面類型為砌石護(hù)面確定KΔ=0.75；Kw為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，由風(fēng)速W、坡前水深H、重力加速度g所組成的無維量W/gH，查表A.1.12-2得設(shè)計(jì)條件：Kw=1.01；校核條件：Kw=1.00；m為斜坡的坡度系數(shù)。最大波浪在壩坡上的爬高設(shè)計(jì)值R按2級土石壩取累積概率P=1%爬高值R1%計(jì)算。根據(jù)計(jì)算該水庫在設(shè)計(jì)條件下和校核條件下的累積概率P=1%的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)Kp值為2.23。根據(jù)以上公式及參數(shù)，壩頂超高的計(jì)算結(jié)果見表3.1.1。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，水庫的平均水位、風(fēng)速、波長、波高等參數(shù)都已經(jīng)確定。為了保證水庫的安全性能，需要進(jìn)行加高設(shè)計(jì)。根據(jù)規(guī)范要求，壩頂高程需要按照不同的運(yùn)用情況進(jìn)行計(jì)算，取最大值作為設(shè)計(jì)值?？紤]到特殊需要，如防汛搶險(xiǎn)、防空、防震等，需要對壩頂寬度和壩坡進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。經(jīng)過計(jì)算，確定了水庫大壩的壩頂高程、壩頂寬度和壩坡與馬道的設(shè)計(jì)參數(shù)。根據(jù)《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL293—97），水庫建筑物的抗震計(jì)算需要考慮設(shè)計(jì)烈度和地震涌浪高度等因素。針對該水庫所在地區(qū)地震基本烈度6°的情況，可以采用正常最高蓄水位作為上游水位，而地震涌浪高度則根據(jù)設(shè)計(jì)烈度和壩前水深進(jìn)行計(jì)算。在這個(gè)過程中，不考慮地震作用的附加沉陷計(jì)算。根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274-2001）的要求，壩頂高程需要按照不同的運(yùn)用情況進(jìn)行計(jì)算，取最大值作為設(shè)計(jì)值。具體而言，需要考慮設(shè)計(jì)洪水位加正常運(yùn)用情況的壩頂超高、正常蓄水位加正常運(yùn)用情況的壩頂超高、校核洪水位加非常運(yùn)用情況的壩頂超高以及正常蓄水位加非常運(yùn)用條件的壩頂超高和地震安全加高等因素。經(jīng)過計(jì)算，確定了該大壩的壩頂高程為339.55m，取340.0m。壩頂寬度的設(shè)計(jì)需要考慮交通需要、構(gòu)造要求、施工條件以及防汛搶險(xiǎn)、防空、防震等特殊需要。根據(jù)規(guī)范的要求，高壩的頂部寬度可選用10~15m，中低壩可選用5~10m。考慮到該水庫大壩的壩基高程為302m，根據(jù)計(jì)算壩高為38m，屬于中壩。綜合各方面因素，確定了該土石壩壩頂寬度為8m。土石壩的壩面坡度需要考慮壩高、筑壩材料性質(zhì)、運(yùn)用情況、地基條件、施工方法以及壩型等因素。一般來說，需要參考類似工程的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行擬定，再通過計(jì)算分析逐步修改確定。為了保證穩(wěn)定要求，應(yīng)盡可能使壩坡陡些，以減小壩體工程量。根據(jù)規(guī)范的要求和實(shí)際結(jié)合，確定了上游壩坡取3.0，下游自上而下均取2.50，下游在330.0m高程處變坡一次。在壩坡改變處，尤其是下游坡，通常設(shè)置1.5～2m寬的馬道，以匯集壩面的雨水，防止沖刷壩坡，并同時(shí)兼作交通、觀測、檢修之用。綜合各方面因素，確定了該水庫大壩的馬道寬度為2.0m。壩體排水：為了降低壩體浸潤線，防止壩坡凍漲和滲透變形，保護(hù)下游壩址免受尾水淘刷，并增加下游壩坡的穩(wěn)定性，本工程采用了堆石棱體排水。按照規(guī)范，棱體頂面高程應(yīng)高出下游最高水位1m。在本次設(shè)計(jì)中，根據(jù)校核洪水時(shí)下游水位為309.0m的原則，取棱體頂面高程為310.5m，堆石棱體內(nèi)坡取1:1.5，外坡取1:2.0，頂寬2.0m，下游水位以上采用貼坡排水。大壩防滲體：大壩防滲體的設(shè)計(jì)主要包括壩體防滲和壩基防滲兩個(gè)方面。壩體防滲的結(jié)構(gòu)和尺寸必須滿足減小滲透流量、降低浸潤線控制滲透坡降的要求，同時(shí)還要滿足構(gòu)造、施工、防裂、穩(wěn)定等方面的要求。本工程采用了粘土斜心墻，其底部最小厚度由粘土的允許坡降而定。上游校核洪水時(shí)承受的最大水頭為36.0m，墻的厚度B應(yīng)大于等于9.0m。心墻的頂部寬度取為4m，上游壩坡的坡度為1:0.4～1:1.0之間，底部厚度取10.0m，頂部高程以設(shè)計(jì)水位加一定的超高（超高0.3～0.6m）并高于校核洪水位為原則，墻頂高程為338.5m，底寬為10m，墻頂?shù)纳喜苛粲?.0m的保護(hù)層。由于本土石壩基礎(chǔ)為巖石基礎(chǔ)，故不設(shè)壩基礎(chǔ)防滲設(shè)施。土石壩滲流分析：土石壩的滲流分析通常是把一個(gè)實(shí)際比較復(fù)雜的空間問題轉(zhuǎn)化為平面問題。本工程采用了水力學(xué)法進(jìn)行滲流分析，主要目的包括確定壩體浸潤線及下游出逸點(diǎn)的位置，繪制壩體及壩基內(nèi)的等勢線分布圖或流網(wǎng)圖，確定壩體與壩基的滲流量，確定壩坡出逸段與下游壩基表面的出逸比降，以及不同土層之間的滲透比降，確