碾压式土石坝设计

1FJD31090FJD水利水电工程技术设计阶段碾压式土石坝设计大纲范本水利水电勘测设计标准化信息网1998年3月2工程技术设计阶段碾压式土石坝设计大纲主编单位主编单位总工程师参编单位主要编写人员软件开发单位软件编写人员勘测设计研究院年月3目次1引言42设计依据文件和规范43基本资料54筑坝土石料场的选择与设计115碾压式土石坝设计的基本要求156坝体结构布置设计187稳定分析258渗流控制339坝基处理3310沉降计算3811应力与应变分析4112抗震设计4213观测设计4614应提供的设计成果4841引言11工程概况工程位于省市（县）的江（河）上。该工程是以为主，兼顾、等综合利用的水利水电枢纽工程。本工程初步设计报告于年月经审查通过。选定坝址为，选定坝型为。最大坝高M；总库容108M3，有效库容108M3，死库容108M3；灌溉面积亩；水电站装机容量MW，多年平均发电量108KWH，保证出力MW。市（县）的防洪标准由建坝前的年提高到年。城市年供水量M3。河道通航能力由级航道提高到级航道。12设计任务简述初步设计报告中选定坝采用碾压式石坝，坝高M，坝顶宽M，坝顶长M，上游平均坝坡1，下游平均坝坡1,心墙上游坡1，下游坡1。坝基置于上。坝顶有路通过。初步设计阶段已确定其布置型式，技术设计阶段应按水利水电有关技术规范规定进行设计，并提出招标设计文件和图件、技术要求、工程量报价表和必要的专题报告等。2设计依据文件和规范21有关本工程的文件（1）工程初步设计报告。（2）工程初步设计报告审批文件。（3）工程技术设计任务书。（4）工程技术设计总体设计大纲。（5）有关坝专题报告。22本大纲遵循的规程规范及标准（1）GB5020194中华人民共和国防洪标准；（2）SDJ1278水利水电枢纽工程等级划分及设计标准山区、丘陵区部分试行及其补充规定；（3）SDJ21884碾压式土石坝设计规范及其补充规定；（4）SDJ21383碾压式土石坝施工技术规范；（5）SDJ12884土工试验规程第一分册（第二版）；（6）SDJ1078水工建筑物抗震设计规范（试行）；（7）砂砾石基础帷幕灌浆工程施工技术试行规范；5（8）SDJ21083水工建筑物水泥灌浆施工技术规范；（9）SDJ8279水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范；（10）SL4794水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范；（11）SDJ20782水工混凝土施工规范；（12）SL6094土石坝安全监测技术规范；（13）SDJ/SG75365土坝固结观测试行技术规范；（14）1978年国家地震局地震台站观测规范（试行）；（15）1994年水利水电规划设计总院水利水电工程工程量计算规定；（16）SDJ2078水工钢筋混凝土结构设计规范；（17）GBJ2590湿陷性黄土地区建筑规范；（18）现行有关地质勘测规程规范。23主要参考文献（1）碾压式土石坝设计手册；（2）水工设计手册第四卷土石坝；（3）土石坝设计和施工发展趋势；（4）土坝设计；（5）堆石坝设计；（6）碾压式高堆石坝。3基本资料31工程等级和洪水标准年月日“审查纪要”指出“根据防洪标准GB5020194有关规定，本工程总库容108M3，防洪要求对城市和工矿区防护标准提高至年一遇洪水标准，保护农田104亩，灌溉面积104亩，水电站装机容量104KW。应列为等工程，主要建筑物为级建筑物，鉴于坝址条件复杂，且坝高高于M，将坝按级水工建筑物设计。”大坝防洪标准按年一遇洪水设计，年一遇洪水校核，并按可能最大洪水保坝。32特征水位依据审查意见和水库调洪演算成果，水库特征水位为正常蓄水位M；汛期限制水位M；死水位M；设计洪水位M（相应下游水位M）；6校核洪水位M（相应下游水位M）；防洪最高水位M（相应下游水位M）；坝下游最低水位M。提示坝上、下游有沟谷、河流时，应提相应设计标准的洪峰流量。33气温和水温（1）月平均气温见表1。表1月平均气温单位月份123456789101112年平均气温（2）绝对最高气温；（3）绝对最低气温；（4）日最低气温小于10的天数D；5气温上升率（供计算水压力用）；（6）月平均水温见表2。表2月平均水温单位月份123456789101112年平均水温（7）绝对最高水温。（8）绝对最低水温。34风速和吹程（1）逐月多年平均最大风速MS。（2）逐月多年平均最大风速相对应的风向。（3）最大风压KPA。（4）吹程KM。35降雨量多年平均月降雨量及各月不同降雨量出现天数见表3。表3多年平均月降雨量与各月不同降雨量出现天数月份项目123456789101112全年旱季月至次年月旱季占全年的百分比,月平均降雨量占全年百分比,月最大降雨量,MM月最小降雨量,MM不同降雨无雨天（001）70155101025量出现天数2536冻土情况（1）坝址冻土平均深度M。（2）土料场冻土平均深度M。37地形资料提示地形资料测量项目及其比例尺，宜根据规定和需要确定。一般坝段比例尺1100012000，坝址120011000，天然料场和施工场地1100015000，地质测绘同地质图要求。38地质资料（根据各工程的具体情况列出）（1）区域地质资料提示概述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、浸没等工程地质问题。（2）坝址工程地质资料提示坝址工程地质勘测应满足技术招标设计深度，主要提供地质报告、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、基岩面等值线图、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见表4表4坝址岩体结构类型分类岩体结构类型亚类岩体特征RQ岩体纵波速度VP，M/S回弹值完整性系数I（VP/V0）2结构结构结构结构结构结构结构结构8结构（4）坝址岩体风化程度分级见表5表5坝址岩体风化程度分级分级主要地质特征RQD岩体纵波速度VPM/S回弹值01所占比例视电阻率PSM岩石湿抗压强度MPA岩体变形模量GPA全风化强风化弱风化微风化新鲜5坝址岩石物理力学及化学分析成果见表6WORD名为F070B66坝址岩体软弱夹层物理力学性质见表7EXCEL文件名为F070B627坝址为砂砾石基础的物理力学成果见表8EXCEL文件名为F070B838特殊坝基土物理、力学和化学成份成果提示特殊坝基土系指软粘土、黄土、红土、胀缩土、分散性粘土等均应列出其物理、力学和化学成分。9坝址岩、土开挖边坡见表9表9岩、土开挖边坡浸水边坡高度，M岩、土类别边坡性质水上水下15153030采用边坡稳定性永久1111土坡坡积残积冲积层临时1111永久1111全风化临时1111永久1111强风化临时1111永久1111弱风化临时1111永久1111微风化临时1111永久1111岩新鲜临时11119提示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。10天然建筑材料提示按设计深度要求，提供天然建筑材料图表、储量及试验成果、实际材料图等。39坝料设计指标提示各种坝料设计指标是在试验研究的基础上，经过整理分析和坝料设计后，拟定出坝料设计指标，并经现场碾压试验，最终确定。（1）坝料设计指标见表10EXCEL文件名为F070B84。（2）层间接触面力学指标见表11。表11层间接触面力学指标接触面类型摩擦角（）粘聚力C，MPARFKSNS防渗土料混凝土防渗料砂砂料砂混凝土（3）应力应变分析中最小的取值见表12。表12应力应变分析中最小取值最小变形模量坝料名称小主应力,MPA不饱和不排水饱和固结排水防渗料层反滤料层反滤料层反滤料堆石料砂砾料310混凝土设计强度指标表13混凝土设计强度指标混凝土标号强度类别单位轴心抗压MPA弯曲抗压MPA抗拉MPA抗裂MPA弹性模量MPA泊桑比混凝土密度KN/M3抗渗标号抗冻指标渗透系数CM/S统计强度保证率10要求控制的离差系数311钢筋设计强度表14钢筋设计强度设计强度，MPA钢筋品种钢筋种类直径MM受拉强度受压强度312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表15。表15坝安全超高下限值运用情况安全超高，M备注正常情况非常情况地震涌浪高M（2）坝坡抗滑稳定安全系数提示1坝坡稳定分析是指均质坝、心墙、斜心墙土石坝在各种荷载及渗流条件下的安全度估算。一般来说，进行稳定分析是为了防止坝体（或坝体和坝基）剪切破坏的危险。并考虑由于过度变形或由于液化而引起的破坏。2通常采用安全系数来表达稳定分析的成果。使用不同的计算方法时，采用了不同的假定条件，从而可能得出不同的安全系数。3本大纲采用SDJ21884及其补充规定中所列抗滑稳定最小安全系数（见表16）。当采用简化毕肖普法计算坝坡抗滑稳定安全系数时，最小安全系数应比表16中的规定提高510，但对1级坝正常运用条件的安全系数应不小于15。表16坝坡抗滑稳定最小安全系数工程等级运用条件、正常运用条件130125120115非常运用条件120115110105313地震设防烈度（1）大型和特大型工程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，基岩水平峰值加速度为1150年超越概率5的为；50年超越概率10的为；100年超越概率2的为。（2）一般工程地震设防烈度根据国家建设部建抗（1993）13号关于执行“中国地震烈度区划图（1990）”有关规定的通知执行，一般按“中国地震烈度区划图（1990）”中烈度采用。（3）工程抗震设防等级见表17。表17工程抗震设防等级工程抗震设防类别建筑物级别场地基本烈度甲1（壅水）6乙1（非壅水）、2（壅水）6丙2（非壅水）、37丁4、574筑坝土石料场的选择与设计41防渗土料的选择411防渗土料的一般要求提示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，遭地震时不产生过大的孔隙压力等。412防渗土料质量要求提示防渗土料技术要求粘粒含量1530；塑性指数1020；渗透系数105CM/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。413选定防渗土料时一般考虑的原则1土的防渗性提示土料的渗透系数小于1105CM/S，即认为满足要求；在较低的坝亦可放宽至1104CM/S，但如用心墙，底部断面适当加厚。2土的抗剪强度提示对于均质土坝，要求有较高的抗剪强度。对于心墙坝，两侧有很高强度的坝壳，坝12体稳定多取决于坝壳的强度，而一般防渗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心墙内部和软弱面联成一体的滑面，此时要求心墙土料层有较高强度。对于斜心墙坝，土的强度可能影响坝坡坡度，要求土料有较高强度。3土的压缩性提示一般要求坝体底部土料要有较低的压缩性，尤其是高坝，更应注意要有低压缩性。要求非浸水和浸水饱和的压缩系数不要相差很大，湿陷性不能很强。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渗透稳定性提示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，重要的坝拟做模拟实际渗透作用下的试验，并加以判别。5优先选用天然含水量和最优含水量相近的土料提示选用天然含水量和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仔细研究颗粒级配提示1粘粒D0005MM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23，以免影响压实；3级配曲线呈连续，当不均匀系数D60D10）5曲率系数CCD302D10D60）13，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、膨胀力和体缩提示遇膨胀量、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、有机质含量提示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，对均质坝不大于5，对心墙和斜心墙坝不大于2。9综合研究土料性质提示在土料选择中，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。42筑坝石料的选择421筑坝石料一般要求提示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作为坝壳料，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13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。422筑坝石料的技术要求1优质石料的质量指标提示优质石料，湿抗压强度R400MPA、经冻融R300MPA；软化系数08；冻融损失率1；密度24106G/M3。2砂砾料填筑坝体的质量要求提示砾石含量5MM至相当于3/4填筑层厚度的颗粒在2080范围内，紧密密度2106G/M3，含泥量粘粉粒10，内摩擦角30，渗透系数碾压后大于1103CM/S。3填筑堆石要求提示堆石料最大与最小边长之比不超过34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。辗压堆石可用不同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。43反滤料、过渡料及排水料的选择431反滤料、过渡料及排水料一般技术要求提示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。432质量技术要求提示反滤料、过渡料及排水带的材料，可使用砾、砾卵石、角砾碎石和破碎岩石、天然冲积层、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01MM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58103CM/S。44砾石土的应用441砾石土的一般技术特性提示砾石土是一种含有相当多粗颗粒2MM，也含有一定数量的细粒土2MM的混合物，这类土中粗颗粒起骨架作用，细粒土填充于其孔隙中，因此砾石土往往既具有粘性土的某些特征，又有砾性土的某些特性。根据所含细粒土中粘粒含量、塑性指数及矿化成份，使砾石土显示出偏于粘性土或偏于砂性土的性质。实践表明砾石土级配好、压实性好、抗剪强度较高、压缩低，便于施工，是一种较好的筑坝材料。442砾石土的密度提示砾石土的最大干密度随含砾量的增大而增大，但当砾石含量超过某一极限值后，则出现架空现象，干密度反而降低。砾石土中砾石含量一般控制在50以内。砾石土在不同的击实功能下，都有其最大干密度和相应的最优含水量。砾石土最大干密度的推求当未进行大型击实试验，可用细粒部分进行击实试验，然后根据砾石含量推求密度，但应注意砾石含量40时，所采用的公式不同。443砾石土的渗透特性141砾石土的渗透性提示影响砾石土渗透性质的主要因素，是粗粒含量还是细粒含量，当砾石含量不超过极限值时，渗透系数变化不大，且主要依细料的性质而变。当砾石含量超过某一极限，则渗透性剧烈变化，不同细料性质的砾石土的渗透系数有很大差别。一般砾石土的渗透性随含水量增加而减少。2砾石土的渗透稳定性提示用于填筑防渗体的砾石土，其粗料大于5MM的颗粒含量一般不超过50，其渗透比降一般认为23为宜。抗冲蚀能力强。3砾石土的力学性质1砾石土的压缩性提示砾石土的砾石含量在极限值以内时，砾石含量越多，沉陷量愈小。当砾石含量超过某一极限值后，土料已经架空，细粒不能填满空隙，砾石和砾石相接触，在荷载作用下，砾石的棱角被压碎而下沉，在这种情况下，砾石含量越大，压碎的可能性也愈大，沉降量也愈大。砾石土浸水以后的附加沉降量，随细粒性质而异。2砾石土的力学性提示砾石土的抗剪强度由细料的强度、粗粒粒间的咬合力及粗细粒粒间的强度所组成。砾石土的强度随密度的增大而增大，其中值增长快。砾石土浸水饱和后，强度随之降低，其中C值比值降的快。砾石土中粗粒含量增加时、C均有所提高，C值的增大主要是由于粗粒咬合作用而产生。砾石土的值随塑性指数增加而直线下降，C值不明显。444软弱岩石风化料经过破碎而成的砾石土提示利用软弱岩石风化料经过碾压破碎而成砾石土，其性质与天然砾石土相似。注意粗粒含量的测定，当软岩风化岩块在一定湿度下，抗压强度均低于2MPA，在室内试验用筛分及洗筛所得粗粒含量相差很大，而击前及击后粗粒含量也相差很多，一般机械碾压的粗粒破碎率均较室内击实试验为高。45筑坝土石料设计451试验资料的整理目的提示试验资料整理目的是将各分散的成果进行分析、整理，得出和土石料客观存在的物理力学性质相适应的完整试验指标，供设计计算使用。对试验成果整理前，必须对所有的试验数据，进行仔细的分析和研究，研究其代表性、合理性和规律性，对于异常的数据可以剔除，以保证使用数值的真实性。对试验成果可按地质分区、分层情况；开挖方法；土石料上坝部位进行分层、分片或混合整理。452试验资料的一般性指标整理方法15提示一般性指标，系指土的天然密度、天然含水量、土粒比重、颗粒组成、液限、塑限、有机质、水溶盐等，作为对土样分类定名、阐明其物理化学特性的指标，一般采用算术平均值（）。但为判断平均值（）的可靠性，还需计算均方差、变差系数XXCV或绝对误差MX与精度指标PX。计算公式如下平均值均方差变差系数绝对误差精度指标式中XI各试验数据的总和NI1N土样试验的次数总和，如N30时，在计算时，N应由N1代替。在试验数据中，对其值在平均值（103）以外者，应予以舍弃不计，经舍弃后再重新计算平均值才是所求值。453计算指标的整理方法提示计算指标是指抗剪强度、压缩系数、渗透系数和变形模量等用以坝体设计的各项参数。1抗剪强度NII1/NIIX12/0XCVNMX10XP16提示一般采用解析法或图解法确定。1土料1土料用直剪仪试验时可用下列方法解析法的基本方程为TG，其步骤为在试验指标中，查出各土样相应于垂直压力P作用下的抗剪强度；计算不同垂直压力作用下值的平均值及小值平均值，代入上述方程式中，联合求解，得出TG和C值。图解法用上述步聚求出P和或小值，再以垂直压力P为横座标，抗剪强度平均值）或小值平均值小为纵座标，绘制P或P小曲线，该线之斜率即为摩擦系数，截距即为凝聚力。一般取小值平均值作为计算指标。2用三轴仪试验成果一般用图解法，即在直角座标纸上，以纵座标代表抗剪强度，以横座标代表总应力或有效应力；在横座标上按（13）/2为圆心，（13）/2为半径，绘制一系列半圆，其公切线的斜率即为摩擦系数，在纵座标上的截距为凝聚力。2石料对于石料的抗剪强度指标如用大型三轴剪力仪进行试验，其试验成果整理方法同上，但其公切线不是直线，而是随应力的增加而斜率减少，其步骤为1）按三轴试验原理和库伦定理，计算出及；213/（13）（13）COS/22）认为抗剪强度与应力呈对数关系。设ABLGLGABLG3）将与数值绘于双对数座标纸上，通过点群中心绘制关系线直线。4）求出A和BB为线的斜率，AB。5）求与的关系LG，并绘于半对数座标纸上，即可求出值及其方程。2渗透系数计算坝体和坝基渗透流量采用算术平均值或大值平均值。计算管涌比降及浸润线时，采用小值平均值。提示大值平均是将大于算术平均值的数据再平均。小值平均值是将小于算术平均值的数据再平均。3压缩系数压缩系数应分别计算“非浸水非饱和”和“浸水饱和”两种状态下的土料平均压缩曲线，以作为计算施工期沉降量和最终沉降量之用。提示平均压缩曲线系数将各土样在相同压力下的孔隙比的平均值作纵座标，压力作横座标绘制压缩曲线，依此计算压缩系数。4变形模量提示一般分区计算变形模量的平均值，用于有限元应力应变分析。46填筑标准的确定461粘性土的填筑密度17提示1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。对1、2级坝和高坝压实系数不低于097099；对3级及其以下的中低坝应不低于095097。2对含砾粘性土料，如果料场细粒部分压实性差别不大时，可用全料的大型击实试验成果按1的规定选定填筑干密度。对粗料含量在30以下的含砾粘性土，也可用细料确定干密度，而用理论公式计算不同粗粒含量的相应干密度，作为填筑时的控制指标。3对含砾粘性土料，如果料场细料部分压实性差别较大，难以确定不同含砾量的干密度指标时，可用细粒的压实度作为控制指标。对1、2级坝及高坝应不低于097099，对3级及其以下的中低坝应不低于096；在含砾量大于30时，压实度下限值可适当降低。462堆石料填筑标准提示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2028，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、振动频率和重量、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，对1、2级坝及高坝，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51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经济效益和社会效益。52碾压式土石坝枢纽布置中对泄洪引水建筑物的基本要求521泄洪引水建筑物应满足规定的运用条件和要求提示溢洪道和泄水孔应有足够的泄洪能力，以防漫顶。其建筑物应运用灵活可靠，其泄水能力应保证满足设计校核洪水及排砂要求。522泄洪建筑物的布置和型式提示溢洪道必须与坝体分开布置；根据地形地质条件，应首先选用开敞式溢洪道为主要泄洪建筑物。当布置开敞式溢洪道确有困难时，也可采用进口为开敞式，下接泄洪隧洞的形式，以保证运行的可靠性。523保证水库运用安全提示1为保证水库运用安全，宜设置排砂和泄水深孔，并考虑改建导流建筑物的可能性。2多泥砂河流应考虑进水口的防淤积和防护措施。524泄洪引水建筑物进口布置提示1泄洪引水建筑物进口附近的坝坡和岸坡，应有可靠的护坡措施。出口应采取妥善的消能措施。保证在渲泄设计洪水时坝体的安全和正常运行，在渲泄校核洪水时不影响枢纽中主要建筑物的安全，特别是不得冲刷土石坝下游坝脚。182泄洪建筑物应尽量布置在岸边基岩上，对高、中坝和地震区的坝，不得采用布置在软基上的坝下埋管形式。53设计中基本要求531坝体防渗的基本要求提示坝体防渗的基本要求1降低坝体的渗透坡降，避免发生渗流破坏。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降低坝体浸润线，以增加坝坡的稳定，特别当坝体填土有液化可能性时更为必要。532防渗措施提示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、过渡区、排水垫层、上游防渗铺盖和下游排水井等。533坝顶超高提示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，以及地震引起的附加沉降。534抗裂性能要求提示（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均质坝、心墙（斜心墙）产生裂缝。（2）粘土心墙（斜心墙）不允许出现较大的张拉应力区粘土的极限抗拉强度只有（001007）MPA，极限张拉应变值只有005033，因此，粘土心墙（斜心墙）不允许出现较大的张拉应力区。（3）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的孔隙水压力；对于有淤泥的成层的可压缩性材料中，更应特别注意。超过坝趾以外的地基内可能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，位于坝体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。（4）坝体材料刚度心墙（斜心墙）与坝壳材料的粒径、密度、变形模量相差很大时，应避免坝体内刚度突变，须在中间作好过渡层。（5）防止裂缝为了防止均质坝、心墙（斜心墙）产生水平裂缝和纵缝，土石坝的防渗体和坝壳材料均应保证压实紧密。535反滤层提示反滤层或过渡层严格按照反滤材料要求进行设计。为保证土料不会因发生裂缝而将颗粒带走，必须严格控制反滤料的颗粒级配，并造成裂缝自愈条件。54施工上的要求提示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）和进行含水量控制，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，碾压方便等，最小施工宽度不应小于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61布置依据19根据年月日批准的工程的初步设计，年月日批准的专题报告，指出（1）（2）（3）62均质土坝坝体尺寸的拟定621坝坡和坝顶宽度的拟定提示1均质土坝坝坡的拟定取决于坝高和坝的等级、坝体及坝基材料的性质、所承受的荷载、施工和运用条件等，一般可先参照已建成工程的实践经验，初拟坝坡，然后进行稳定分析，确定合理的坝体断面。2当坝基土或筑坝土料沿坝轴线方向不相同时，坝坡稳定应分段核算。必要时，各坝段可以采用不同坡度的断面，但每坝段的坝坡应根据该坝段中最大断面来选择。坝坡不同的相邻坝段，中间应设渐变段。3坝顶宽度除应满足使用要求外,还应满足构造要求。622坝坡马道的设置提示应根据坝面排水、检修、观测、道路、增加坝坡和坝基稳定等的需要决定是否设置上下游坝坡上的马道。一般下游坡每隔10M30M设置一条马道。当坝坡坡度自上到下有变化时，马道应设在坡度变化处。结合施工时上坝道路的需要，可设置斜马道，其坡度、宽度、曲率半径、弯道加宽和超高等，均应满足施工车辆行驶需要。马道的最小宽度为15M20M。623坝顶高程的确定提示1坝顶超高是指大坝在水库静水位以上的超高，包括最大波浪在坝坡上的爬高、最大风壅水面高度、安全加高及地震区坝顶附加沉降和涌浪高度。2坝顶高程的确定等于水库静水位与坝顶超高之和，并应考虑下列运用工况设计洪水位加正常运用情况的坝顶超高；校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高；正常蓄水位加非常运用情况的坝顶超高。三种运用工况取其最大值。3当坝顶上游侧设有稳定、坚固和不透水且与粘土均质坝坝体紧密接合的防浪墙时，坝顶超高可改用防浪墙。但在正常运用条件下，坝顶应高出静水位05M；非常运用条件下，坝顶应不低于静水位。4为防止均质坝万一溃决时，不在坝的中部先行漫溢，应在坝的中段增加预留超高。624坝体排水提示1设置坝体排水的目的是防止渗流逸出处的渗透变形；降低坝内浸润线和孔隙压力、改变渗流方向、增加坝体稳定；保护坝坡和防止冻胀破坏。坝体排水应有充分的排水能力，保证自由地向下游排出全部渗水。坝体排水设施应按反滤原则设计，保证坝体和坝基土不发生渗透破坏。并便于观测和检修。2选择坝体排水形式时,要充分考虑坝体土料和坝基土的性质及坝基的工程地质和水文地质条件；下游水位及其持续时间；施工情况及排水设备的材料；筑坝区气候条件。625均质坝与坝基、岸坡及其它建筑物的连接20（1）均质坝坝体与土质地基及岸坡的连接提示设计连接面不允许产生冲刷坝体和坝基的有害渗透水流，渗透水流不能形成影响坝体稳定的软弱层面；岸坡形状和坡度的设计不应导致坝体产生不均匀沉降而裂缝；在坝基范围内的草皮、树根、含有植物的表土、蛮石、垃圾、蚁虫洞穴及其他废料均应清除，并将清理后的坝基表面土层压实；对低强度、高压缩性软土及地震时易于液化的土层应进行清除或处理；防渗体必须座落在相对不透水的土基上，或采取防渗处理措施；坝基覆盖层与下游排水接触处应符合反滤要求；坝体与土质岸坡结合，应将岸坡削成斜面，且上缓下陡时，凸出部分的变坡角应小于20。（2）均质坝坝体与岩石坝基和岸坡的连接提示设计连接面不允许产生冲刷坝体和坝基的有害渗透水流，渗透水流不能形成影响坝体稳定的软弱层面；岸坡形状和坡度的设计不应导致坝体产生不均匀沉降而裂缝；在坝体范围内岩石坝基与岸坡连接，应先清除表面松动石块、凹处积土和突出岩石；粘性土均质坝和反滤层应与相对不透水的微风化或弱风化岩石相连接；对岩基上节理裂隙和断层应用混凝土或水泥砂浆封堵；岩基面用混凝土或水泥砂浆垫层以防接触冲刷；如岩基破碎需进行固结灌浆。在混凝土与坝体接触面应铺填纯粘土。坝体与坝基岩石接触也可用齿墙连接。岩石岸坡应平顺，禁止成台阶状、反坡或突然变坡，凸出部分的变坡角应小于20。岸坡不宜陡于1051075。对失水会很快风化变质的软岩，开挖时应预留保护层或用喷水泥砂浆保护。（3）均质坝与混凝土建筑物的连接提示坝体与混凝土坝、溢洪道、船闸、筏道、鱼道、涵管等建筑物连接，必须防止接触面的集中渗流、因不均匀沉降而产生裂缝、水流对上下游坝坡和坝脚的冲刷。设计均质坝与混凝土建筑物连接形式有翼墙式、侧墙式、插入式、刺墙式，宜因地制宜选用。对坝下涵管应慎用，如必须采用宜埋入岩基槽中。63心墙（斜心墙）土石坝坝体断面拟定631心墙（斜心墙断面尺寸的确定提示（1）心墙（斜心墙）断面应自上而下逐渐加厚。（2）心墙顶部最小结构厚度应不小于3M。（3）心墙在坝底部的宽度，应根据土料的容许水力坡降、允许渗透量和抗剪强度确定，一般心墙宽度可按下式计算BFH/J式中B心墙宽度；H上下游最大水头差；J心墙土料容许水力坡降；F考虑到土壤的不均匀性、心墙土料适应变形能力、心墙底部坝基情况等的系数，一般取1213。（4）心墙底部最小结构厚度心墙厚度不小于水头的1/4。对于中小型粘土心墙土石坝坝底心墙宽度，建议地表宽为05倍水头（水头/2），但不宜小于3M。坝基为基岩，上有覆盖层时，岩基面处宽为坝高的1/4。坝基为基岩，无覆盖层时心墙宽为坝高的1/2。（5）心墙超高心墙的顶部高程应高于最高库水位，并不低于非常运用的静水位。在正常运用条件下，心墙顶部在静水位以上的超高不应小于（0603）M（按坝的1级3级）。如心墙顶与不透水而又坚固的防浪墙紧密结合时，可不受此限制。（6）如果采用几种渗透性质不同的土料修建土坝时，建议靠近心墙处填筑透水性较小的21土料，而在靠近坝坡处填筑透水性较大的土料。（7）心墙顶应有保护层，以防冰冻，干裂、虫害和坝壳毛细水上升而发生“漫顶现象”。保护层宜用砂砾料，其厚度应大于冰冻、干裂、虫害等可能造成的最大厚度。（8）心墙两侧应设置反滤层，反滤层的材料粒径应根据坝体和心墙土料的性质计算和构造需要决定。632心墙土石坝坝体断面的拟定提示（1）拟定心墙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。一般坝壳材料的渗透系数应比心墙土料大50100倍以上的无粘性土料。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形，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10M30M宜设置戗道，戗道宽一般应大于2M；根据现代坝发展情况，有40M50M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。633心墙与基础的连接（1）坝基为基岩地基提示（1）坝基为完整新鲜基岩为防止粘土与岩石之间接合不好而发生沿岩石的集中渗透，应设置混凝土垫或修建一至数道混凝土齿墙。混凝土齿墙的高度应以承受水头的大小而定。近年多采用混凝土垫形式。（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。混凝土垫层下部视基岩情况，可进行固结灌浆（铺盖灌浆）和帷幕灌浆。也可采用将心墙底部扩大，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。（2）坝基为砂砾层地基提示（1）坝基为浅层砂砾地基，下部为不透水基岩，宜采用明挖回填粘土截水槽。（2）坝基为深层砂砾地基，应考虑用混凝土防渗墙、塑性混凝土防渗墙、水泥灌浆帷幕、化学灌浆帷幕、钢板桩等方法之一，进行砂砾地基处理。634心墙与岸边的连接提示心墙与岸坡的接合面往往是工程中较薄弱的环节，要防止接合面发生集中渗流和避免心墙防渗体裂缝。岸坡严禁做成垂直台阶面；岩石坡度一般不陡于1051075，凸变角应小于20；开挖岩坡应平整处理，并设垫层；必要时在心墙与岸坡结合时宜适当放宽心墙坡度，以增加心墙厚度；禁止心墙骑山脊布置。635心墙与混凝土建筑物的连接提示心墙与混凝土建筑物（混凝土坝、溢洪道、船闸、涵管等）的连接应防止集中渗流，22防止连接部位心墙裂缝，防止水流对上下游坝坡和坝脚的冲刷等因素的有害影响。其连接形式有侧墙式和插入式。64风浪计算、坝顶构造、护坡设计和坝面排水641风浪计算1风速的选用提示风的特性包括风速和风向。根据气象站观测的风速资料，要进行风速仪器高度的换算、时距换算以及库面风速修正后，按工程等级和运用情况，合理选用风速值。风速选用方法采用多年平均最大风速加成法。（2）风向选用方法提示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）吹程的确定提示吹程又称对岸距，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DE5B，但DE不应小于自计算点到束窄处的距离。（4）风浪要素计算提示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适用条件，尽可能接近工程具体情况。（5）风壅水面高计算提示坝前因风吹而使水位超出原来静水位的壅水高度称风壅水面高。（6）风浪在坝坡上的爬高提示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）波浪压力提示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）地震涌浪提示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，一般地震涌浪波高度可根据设计烈度和坝前水深计算或选用。（9）库区滑坡涌浪提示当库区发生滑坡，在滑坡地点产生涌浪，并能水平堆进，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。642坝顶构造（1）坝顶超高23提示确定坝顶超高时，须考虑风浪在坝体坡面上的爬高、风壅水面高及安全加高；必须防止库水位在波浪作用下漫过或溅过坝顶。地震区坝顶超高应由地震壅浪高度加正常运用时的安全加高校核，同时应考虑坝体和地基在地震作用下的附加沉降量。（2）坝顶高程的确定提示1坝顶高程是由正常运用和非常运用时的静水位加相应的坝顶超高确定的，其中大值为坝顶高程。2当坝顶上游侧有稳定、坚固和不透水的防浪墙，且墙基与坝体的防渗体紧密结合时，则坝顶超高可以认为是对防浪墙顶的要求，但任何情况下静水位不得超过心墙顶。（3）坝顶布置提示1坝顶通常都设置盖面，其材料因坝顶用途及材料难易而定。可采用混凝土、单层砌石、密实的碎石或砾石、渣油等。如坝顶设置公路或铁路时，坝顶宽度及路面构造按公路或铁路有关设计规范设计。2坝顶所设置的水工观测设施（竖向和水平位移标点，测压管等），应埋置于坝顶以下，并设保护装置。观测设施应设明显标记。3坝顶上游侧通常设置防浪墙及照明设施，下游侧设置边石或护拦。（4）坝顶宽提示1坝顶宽度取决于构造、运用、施工、抗震、人防及其他专门要求。如兼作道路，应按公路或铁路路面要求确定。2坝顶宽度必须满足心墙顶部及反滤层布置的需要。在寒冷地区，坝顶还须有足够的宽度以防止粘性土料受冻害。3如果人防要求在炸弹爆炸下坝体不致被水流冲溃，坝顶宽度将由炸弹的作用力确定。4当心墙防渗土料为胀缩土时，坝顶需要压重，坝顶宽度必须满足心墙胀缩土的需要。（5）防浪墙提示1防浪墙多为混凝土和浆砌石，分基础及墙身两部分。基础部分埋置于坝顶以上，应不小于08M，且不小于坝面护坡及垫层的总厚度。上游与护坡相连接。墙基础要与坝身防渗体紧密结合，不透水；墙身必须稳定、坚固，能防御风浪冲击，墙身每10M15M设置一条变形缝（温度缝）。为适应地震惯性力，墙身避免产生集中应力，墙身与基础应缓变连接，严禁断面突变。上游墙顶墙根处可设置倒悬曲线小平台，外悬尺寸不得大于03M，可使浪花折回水库，防止浪花溅过坝顶。2防浪墙墙身高度一般为09M135M。3必须验算防浪墙的稳定性和强度。当坝体戴帽加高时可用墙基挡土，上游侧形成高台。4应按挡土墙设计防浪墙基础。643护坡设计提示1为抵御风浪侵蚀、风化、冰冻、飘浮物威胁和其他生物破坏，必须设置护坡。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，造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，24以及新型材料如塑料箔板、丁烷基橡胶等护坡。在平原水库有用浆砌块石护坡与防浪林台相结合的护坡。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，当有防浪墙时，应与防浪墙连接；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，无排水棱体时则护至坝脚。护坡尺寸均应通过计算和满足构造要求。5蚁害治防当土石坝位于温湿气候地区，适于白蚁生长繁殖，白蚁在堤坝浸润线以上建巢穿洞、吸水寻食。随着蚁龄的增长和群体的发展，蚁路逐年扩大，纵横交错，四通八达，以至穿通坝体内外坡。当汛期洪水高涨超越浸润线时，水便侵入蚁巢通道，并将土粒带走，造成堤坝渗漏、滑坡以至溃坝的危险。对蚁害应防止于建坝施工中，一般在土料中掺六六六粉、敌敌畏乳剂，可收到灭蚁效果。644坝面排水提示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）坝顶排水提示当坝顶无防浪墙时，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23。（2）坝坡排水提示常用的坝坡排水有井格形、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100M200M设计一道；纵向设在戗道内侧。纵向排水沟应在其每段中间设置分流坡度（I0102）。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）坝端排水提示坝端排水应注意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，集雨面积较大，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，并在集雨面积内的坡面上采取水土保持措施。（4）坝体下游排水提示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）坝面排水设计提示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25暗沟，但宜用活动盖板，以利清淤，确保排水畅通。65反滤层设计651反滤层用途（1）防止渗透水流出逸处土的管涌，使防渗土料不被渗透水流或表面水流冲刷。（2）对可能发生流土的土起盖重作用。（3）引出地基中的渗透水流。（4）防止心墙防渗土体的裂缝扩展和过大变形。652反滤层设计任务（1）确定反滤层的颗粒级配、层数、厚度以及反滤料的透水性。（2）合理选择反滤料级配及材质。（3）确定反滤层的最大允许孔隙率，干密度和各层厚度的最大允许偏差。（4）编制反滤层设计技术要求和试验任务书。提示对1、2级碾压式土石坝及高坝应进行反滤层试验。653对反滤层基本要求（1）反滤料必须有足够的透水性，应大于防渗土料的透水性。（2）反滤层的孔隙尺寸要足够小，使被保护土不发生破坏性管涌。（3）反滤层不被细粒土淤塞。（4）反滤层中粒径小于01MM的含量在35以内，以防止反滤层堵塞。各层的堵塞量不应超过5。（5）反滤材料应是未经风化与溶蚀，且具有坚硬、密实、耐冻以及不易为水流所溶蚀的材料。（6）反滤层应有足够的厚度。提示反滤层厚度如从渗流要求，则厚度较薄。但在地震区、峡谷地区的高土石坝或岸坡坡度有突变的部位，防渗体与岩石岸坡及刚性建筑物接触面附近部位，防渗料塑性较低、沉降量较大的土料，心墙与坝棱体料刚度相差悬殊等情况，应适当加厚反滤层或过渡层厚度，同时应满足施工对厚度要求。654设计反滤层所需基本资料（1）坝体防渗土料及坝基土的液限、塑限、比重、干容重、颗粒级配曲线等。（2）反滤层材料的物理化学性质、储量、颗粒级配曲线。（3）反滤层所保护的排水设施的结构形式、渗流方向、排水体最外层的颗粒尺寸等。（4）反滤层的下游水位。655反滤层计算方法提示具体方法见SDJ21884附录二。7稳定分析2671稳定计算目的与内容711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作用下，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稳定计算是定量判别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效能。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。712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。713控制边坡稳定的时期与安全系数定义提示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