土壩設計中大壩剖面確定計算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u76541.1.1堰頂高程 1206551.1.2正常運行情況下得超高計算 243231.1.3非正常運行情況下得超高計算 6257401.1.4壩高及壩頂高程的確定 848551.1.5壩頂寬度 863911.1.6壩坡 9169871.1.7土石壩構造設計 9土石壩的剖面設計包括壩頂高程、壩頂寬度、上下游壩坡以及心墻的斷面尺寸。1.1.1堰頂高程壩頂高程等于水庫靜水位與壩頂超高之和，應按以下運用條件計算，取其最大值:1.設計水位加正常運用條件下的壩頂超高;2.正常蓄水位加正常運用條件下的壩頂超高;3.校核洪水位加非常運用條件下的壩頂超高；4.正常蓄水位加非常運用條件下的壩頂超高加地震安全加高。土壩壩頂高程=水庫靜水位（設計水位或校核水位）+壩頂超高y超高值y由下式確定：y=R+e+A（5-1）式中：y：壩頂超高，m；R：最大浪在壩坡上的爬高，m；e：最大風壅水面高度，m；A：安全加高，m；具體情況，按表5-1確定。表5-1安全加高單位：m計算情況壩的級別1234、5設計1.501.000.700.50校核山區(qū)、丘陵區(qū)0.700.500.400.30平原、海海區(qū)1.000.700.500.30根據(jù)資料知，多年平均年最大風速為18m/s，吹程為1000m,工程等級為IV等，大壩等級為4級。由設計規(guī)范可知，本次此為4級壩，風速為多年平均年最大風速的1.5倍，即為1.1.Vm/s，在非常運行條件下，采用多年平均年最大風速，即為18m/s；故計算風速:設計時V=18×1.5=27m/s，校核時V=18m/s;安全加高值:設計時A=0.50m，校核時A=0.30m;壩前水深H:設計情況下H=181.56-132.98=48.58m，校核情況下H=181.78-132.98=48.8m;取風向與壩軸線垂線的夾角為β=0°。1.1.2正常運行情況下得超高計算1、波浪爬高本次爬高計算，采用蒲田試驗站公式，具體計算方法如下。計算波浪的平均爬高Rm。當壩坡系數(shù)m=1.1.～1.0，平均爬高Rm為 （5-2）式中：：斜坡的糙率滲透性系數(shù)，查表5-2；：經(jīng)驗系數(shù)，由按表1.-3確定；m：單坡的坡度系數(shù)，若單坡角為α，坡30～40°，取α=30°，則m=cotα；hm、Lm：平均波高和坡長，m。表5-2糙率及滲透系數(shù)護面類型護面類型光滑不透水護面（瀝青混凝土）1.0砌石護面0.75～0.80混凝土板護面0.9拋填兩層塊石（不透水基礎）0.60～0.85草皮護面0.85～0.90拋填兩層塊石（透水基礎）0.50～0.55南山水庫擋水土壩上游壩坡采用砌石護面，故=0.75~0.80，取=0.80。上游壩坡系數(shù)取m=√3。而==1.24，查表得=1.01表5-3經(jīng)驗系數(shù)≤11.52.02.53.03.54.0≥1.011.021.081.161.221.251.281.30蒲田試驗站的波高和波長計算：平均波高hm用公式（5-3）計算，即（5-3）式中符號意義同前注：雙曲正切函數(shù)thx（或tanhx）的計算公式2）平均周期為：（5-4）當時，稱為深水波，其波長與周期有關，即（5-5）當時，稱為淺水波，其波長與周期和水深都有關,即（5-6）Lm=10.05m當時，式（4-3）可簡化為：,使用近似式代入已知參數(shù)得(5-7)設計爬高值R。表5-4爬高統(tǒng)計分布（Rp/Rm值）P(%)P(%)hm/H0.112451015203050<0.12.662.232.071.901.841.641.501.381.230.960.1～0.32.442.081.941.801.751.571.461.361.210.97>0.32.131.861.761.651.611.481.391.311.190.99南山水庫擋水土壩為4級，本設計中P=5%。因為，所以Rp/Rm=1.95，則Rp=1.95Rm=1.95×0.842=1.64m..由于風向和壩軸的法線形成的夾角β，波浪爬高應乘以Kβ，其大小根據(jù)表5-5確定。表5-5斜向波折減系數(shù)Kββ（o）0102030405060Kβ10.980.960.920.870.820.762、風雍高度風吹的雍高：（5-8）式中:K：綜合摩住阻系數(shù)，其值變化在（1.5～1.0）×10-6之間，計算時一般取K=3.6×10-6；Hm：壩前水域平均水深；β：風向與壩軸垂線的夾角，（取β=0o）；W:計算風速，m/s；D：風區(qū)長度或吹程，m。3.確定安全加高A由前面分析知，設計情祝即正常運行條件下A=0.5m。4.正常運行情況下的超高Y=R+e+A=1.64+0.00275+0.5=2.14m故設計水位下的壩頂高程為V=181.56+2.14=183.7m。1.1.3非正常運行情況下得超高計算1、波浪爬高同設計水位一樣，取0.8，上游壩坡系數(shù)取m=√3.而；查表Kw=1.0蒲田試驗站的波高和波長計算：波高,式中符號意義同上，使用近似式代入已知參數(shù)得波長（5-9）其中：計算校核爬高值R，所以Rp/Rm=1.95，則Rp=1.95Rm=1.95×0.094=0.183m..其中2、風雍高度風吹的雍高：3.確定安全加高A由前面分析知，設計情祝即正常運行條件下A=0.3m。4.非常運行情況下的超高Y=R+e+A=0.094+0.00122+0.3=0.395m故設計水位下的壩頂高程為V=181.78+0.395=182.175m。1.1.4壩高及壩頂高程的確定壩頂高程是水庫靜水位加超高的值，在計算時要算出設計洪水位加正常運行壩頂超高的值，還有校核洪水位加非常運行的壩頂超高的值，兩者進行比較，誰大誰就作為壩頂高程。壩頂設防浪墻時，對于超高值Y，規(guī)范規(guī)定此時在正常運行條件下，壩頂應高出靜水位0.1.m,在非常運行情況下，壩頂應不低于靜水位。計算土壩壩頂高程是需要考慮壩體沉降，即施工完成應考慮足夠的沉陷值。一般壩頂沉降值約為壩高的0.2%至0.4%。現(xiàn)將前面兩種計算成果列于表5-6中。表5-6運行情況靜水位R(m)e（m）A(m)Y（m）防浪墻高程（m)壩頂高程（m）設計情況181.561.640.002750.52.14183.7183.7181.56校核情況181.780.0940.001220.30.395182.175182.06驗算:壩項高程>設計洪水位+0.5=181.56+0.5=182.06m和校核洪水位181.83m。由于心墻頂部高程在設置防浪墻時仍不得低于正常運行的靜水位，故南山水庫的土壩壩項不設防浪墻，所以土壩壩項程為183.7m,取183.8m，壩高為H=183.8-132.98=50.82。擬定0.4%為預留沉陷值，則施工高高程為183.8+50.82×0.4%=184m。1.1.5壩頂寬度中低壩的壩頂寬度一般選用5～10m，此次擬定壩頂寬度為8m。1.1.6壩坡根據(jù)設計規(guī)范，壩殼材料為砂石的心墻壩上游常用坡度為1：1.5~1：2.5，下游常用坡度為1：1.7~1：2.7，為適應越靠近底部，土石壩承受荷載逐步增加，土石壩壩坡由上到下坡度逐步減緩。如圖5-1所示，每隔16.94變坡一次，故初步擬定壩坡如下：上游由上到下坡率為1：2.5，1：2.75，1：3（每16.94m變坡）下游由上到下坡率為1：2.25，1：2.5土石壩一般將在坡度改變處設置馬道。馬道的設置不小于1.5m，此次設計馬道寬度取2.0m。圖5-1土石壩剖面初擬圖1.1.7土石壩構造設計1、壩內(nèi)防滲體根據(jù)土石壩設計規(guī)范，此次設計為黏土心墻，設計在壩體中部，使用黏土等粘性土料。由于黏土心墻的頂部高程要求高于設計洪水位0.3~0.6m并且不低于校核洪水位，得心墻頂部高程為181.56+0.44=182m。（留有1.5m的保護層）。心墻頂部厚度不應小于3m，本次設計中心墻頂部厚度取4m，上下游坡率為1：1，底部厚度則為4+2×49.32×0.25=28.66m。2、壩體排水壩體排水的作用是：引導滲流發(fā)生的位置，并且控制滲流，降低浸潤線位置，防止?jié)B流處的土體破壞，使壩體更加穩(wěn)定，在某些氣溫較低的嚴寒地區(qū)，還使下游壩坡免受零下溫度凍結成冰的威脅。此次設計故在下游設置排水棱體。尺寸如下：本工程4為級壩，因此超高不小于0.5m，下游最高水位為134.71m，高程為131.5m。棱體的頂部寬度取2.0m。棱體內(nèi)坡為內(nèi)坡坡率取1.5；外坡坡率取1：2。3.反濾層設計根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》SL274-2010，壩的反濾層必須符合下述規(guī)定：1.使被保護土不發(fā)生滲透變形；2.滲透性比被保護土好，能順利的排出滲透水流；3.不致被細粒土淤塞失效。[2]反濾層每層的厚度應根據(jù)材料的級配、料源、用途、施工方法等綜合確定，根據(jù)以往設計施工經(jīng)驗，本工程采用兩層，粒徑隨滲流方向增大，分別為d500.45mm與d502.0