心墙坝设计

防浪墙设计
防浪墙尺寸如图 2-1。
图 2-1 防浪墙横剖图
防浪墙的具体计算过程见附录。
马道设置
根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）的要求，土质防渗体分区坝 和均质坝上游坝坡宜少设马道，且马道宽度应根据用途确定，但最小宽度不宜小 于。
根据以上要求，上游坝坡处设置 2 道马道，高程设在 1776m、1706m 处，马 道宽度分别为 5m 和 5m。下游坝坡 2 道马道，分别在高程 1776m、1716m 处，马 道的宽度均设置为 5m。
图 2-2 坝体分区横剖图
防渗体：碾压沥青砼心墙为垂直式，墙体轴线偏向上游。心墙顶高程，最低 墙底高程。心墙宽 1m。
过渡层：位于沥青混凝土心墙两侧，顶高程，过渡层水平宽度为 3m，等宽 布置，过渡层填筑至心墙顶部，底部建在弱风化基岩建基面上，采用 C3 料场砂 砾石料筛分，相对密度不低于。
坝壳料分区：坝址区砂砾料储量丰富，经分析比较，砂砾料填筑较经济合 理，坝壳填筑以砂砾料为主，砂砾料区布置在上、下过渡料区外侧，坝壳砂砾料 填筑至高程，上、下游砂砾料区顶部宽 8m，与堆石料的分界坡为 1:。在上下游 砂砾料区外部设置了堆石料填筑区，利用堆石料休止角高的特点，增加坝坡的抗 震稳定性。爆破料来源于 P1、P2 石料场开采的石料，弱风化及新鲜岩石开挖料 可作为利用料，填筑在上下游爆破料区。砂砾石料填筑相对密度不低于，爆破料 及利用料填筑孔隙率小于 19%。
心墙型式
沥青混凝土心墙有两种型式，一种为碾压式沥青混凝土心墙，一种为浇筑式 沥青混凝土心墙。浇筑式沥青混凝土心墙，可采用人工方式在严寒地区冬季施工， 沥青用量最高可达 16%，塑性好，在国内有不少成功先例，如黑龙江的西沟坝、 尼尔基坝、库尔宾坝，吉林的白河坝；碾压式沥青混凝土心墙，机械化施工程度 高，施工方法简单易控，进度快，沥青用量少，是高坝中常采用的形式。从国内 的相似工程来看，三峡茅坪溪、四川冶勒均采用碾压式沥青混凝土心墙。
第一章 绪论 前言
设计基本资料 工程概况
气象水文资料 气象条件 径流
洪水
泥沙 冰情 水化学
工程地质条件 区域地质概况 库区工程地质条件 设计内容 设计依据
第二章坝体剖面设计
基本剖面拟定
断面设计的基本尺寸主要包括：坝顶高程、坝顶宽、上下游坡度、防渗结构、 排水设备的形式及基本尺寸。根据设计规范的要求及参照已建工程的经验数据， 并考虑本工程的具体情况，对本工程的各项数据设计如下。
坝面排水
沿坝轴线每隔 100m 设置 1 条横向排水沟，顺坡布置，垂直于坝轴线，横向 排水沟自坝顶直至棱体排水处。坝体与岸坡连接处应设置排水沟，以排除岸坡上 游下来的雨水。根据以往已建工程的经验，排水沟宽度及深度一般采用 20 到 40cm，本设计取 30cm。
坝体排水
常用的坝体排水有以下几种型式：贴坡排水、棱体排水、坝内排水以及综合 式排水。
下游坝脚不受波浪淘刷，还可以和坝基排水相连接。当坝基强度足够时，可以发 挥支撑坝体、增加稳定的作用。但所需石料用量大，费用较高，与坝体施工有干 扰，检修较困难。
（3） 坝内排水 坝内排水包括褥垫排水、网状带排水、排水管、竖式排水体等。但是主要问 题，褥垫排水对不均匀沉降的适应性差，易断裂，且难以检修。当下游水位高过 排水设施时，降低浸润线的效果将显著降低，网状排水施工麻烦，而且排水效果 较褥垫排水差。 （4） 综合式排水 实际工程中，常根据具体情况将几种不同形式的排水组合在一起称为综合式 排水，以兼取各型式的优点。 在下游坝脚处用块石堆成棱体，根据 SL274—2001《碾压式土石坝设计规范》 规定，棱体顶宽宽度应根据施工条件及检查观测需要确定，不小于，顶部高程应 超过下游最高水位，超过高度，1 级、2 级坝应不小于，3 级、4 级、5 级坝应不 小于，并应超过波浪沿坡面的爬高，顶部高程应使坝体浸润线距坝面的距离大于 该地区的冻结深度，应避免在棱体上游坡脚处出现锐角，棱体内坡根据施工条件 确定，一般为 1:至 1：，外坡为 1:至 1:。 综合以上因素考虑，该设计顶宽取。棱体内坡取 1：，棱体外坡取 1：1:。顶 部高程为。
图 3-1 心墙与河床段连接图
下部直心墙上部斜心墙的第三种型式特点介于前两种之间，虽然可以有效降 低下游坝坡浸润线，增加坝体下游的干燥区域，有利于增加坝体深层滑动的稳定 性。但对本工程下游坝坡稳定起控制作用的是浅层滑弧，所以采用这样复杂的心 墙形式对坝体稳定意义不大。同时下部直心墙上部斜心墙与岸坡岩石基础衔接难 度大，沥青混凝土用量较大。
坝体分区
大坝分区原则
（1）利用天然砂砾石料抗压强度较高，不易破碎，无论天然和饱和情况下， 都具有较高的承载能力，压缩模量较大，坝体沉降较小的特点，在坝体变形较大 部位采用砂砾石料填筑，可以减少坝体的沉降变形，减小河床坝段和岸坡坝段的 变形差；利用堆石料具有的较高的抗剪强度指标和良好的抗震性能，将堆石料布 置在砂砾石料外侧，以得到较陡的上、下游坝坡，节省坝体方量，同时可使坝体 获得较高的抗震稳定性能。
1:1:
瀑布沟水电
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
5
186 堆石料
站
1:2、1:1:
糯扎渡水电 6
站
爆破料
1:1:
地震设 建设 防烈度 期
备注
9 2008 沥青砼心墙坝
8 在建 沥青砼心墙坝 7 2003 沥青砼心墙坝 9 2005 沥青砼心墙坝
砾石土心墙坝 8 2009
覆盖层厚 75m
在建 粘土心墙堆石坝
拟定上游坝坡为 1:，下游坝坡从上到下为 1:2、1:2、1:。
（2）沥青混凝土心墙处于坝体中间，坝体的渗透性从中间向上下游逐步增
大。 （3）坝体填料的变形模量从中间向上下游协调过渡。 （4）坝址区砂砾料储量丰富，经比较，砂砾料填筑较经济，坝壳填筑以砂
砾料为主。 （5）充分利用开挖材料，就近取材。
大坝分区
根据各坝料的特性和大坝各部位不同的工作条件，坝体填筑分区从上游至下 游分为上游爆破料区，上游砂砾料区，上游过渡层区，沥青砼心墙，下游过渡层 区，下游砂砾料区，下游爆破料区。按坝体抗震和结构要求，其分区见坝体标准 横剖面图 2-2。
斜线与岸坡岩石基础衔接难度大，沥青混凝土用量大，心墙出现的剪切变形也较 大。
直心墙具有以下优点：在坝基和坝壳沉降大的情况下适应性好，在心墙出现 裂缝后有利于自愈，与岸坡及坝基防渗墙衔接相对容易。墙体位于大坝中心部位， 受温度影响很小，有利于早期蓄水。同时便于与不同部位混凝土防渗墙和左、右 岸衔接，便于基础处理和工程布置。心墙与河床段连接处如图 3-1 所示。
下游护坡
下游护坡的主要形式为干堆石、堆石、碎石及草皮护坡。同时下游护坡主要 考虑的因素有：冻胀、干裂及蚁、鼠等动物破坏，雨水、大风、水下部位的风浪、 冰层和水流作用。下游护坡应由坝顶至排水棱体。
根据具体情况，下游护坡同样采用干砌石护坡，护坡厚度 1m。
排水方式
坝顶排水
为了便于排水，坝顶做成自上游倾向下游的坡，坡度为 2%。每隔 100m 设直 径 10cm 的排水孔将坝顶雨水排向下游坝面排水沟。
ATS 水利枢纽工程项目属高坝、地震设防烈度高（8 度设防）、碾压式沥青 各项指标优于浇注式等特点，结合目前国内碾压式沥青心墙的发展现状，确定采 用碾压式沥青混凝土。
心墙布置型式
在心墙布置上，有直心墙，斜心墙，下部直心墙上部斜心墙三种型式。坝基 覆盖层厚达 100m，设计采用混凝土防渗墙和灌浆帷幕结合的垂直防渗形式，防 渗墙顶部高程为 1661~1665m，斜心墙受力条件好，但不能满足与基础防渗墙所 有部位直接衔接，基础灌浆钻孔不能直线布置，若按折线布置，造成基础防渗工 程量增加。阿尔塔什地震设防烈度高，一旦在地震情况下坝体发生永久剪切变形， 沥青混凝土心墙出现开裂，斜心墙不易检修和检查。其右坝肩岸坡陡直，斜心墙
—安全加高，m。
坝顶高程确定
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，取其最大值。 （1）设计洪水位 1821.65m 加正常运用情况的坝顶超高。 （2）正常蓄水位 1820.00m 加正常运用情况的坝顶超高。 （3）校核洪水位 1823.64m 加非常运用情况的坝顶超高。 （4）正常蓄水位 1820.00m 加非常运用情况的坝顶超高加地震安全加高。 经计算，最终确定坝顶高程为，防浪墙顶高程，最大坝高 165m。具体计算 过程详见计算书。
坝体细部构造
坝顶构造
大坝路面为了排除雨水，坝顶面向大坝下游侧倾斜，倾斜坡度设为 2%。坝 面虽然没有交通要求，但考虑到大坝维护运行及大坝防洪任务中车辆的通行，因 此路面采用混凝土结构形式。坝顶结构图如图 3-2。
图 3-2 坝顶结构图
护坡
土石坝的上下游坡面一般均需设置护坡，但上、下游护坡的形式应根据工程 的具体情况进行选择。
第四章地基处理
地基处理
地基开挖
地基的开挖情况如图 4-1 所示。
图 4-1 开挖轮廓线图
图中粉色线为开挖轮廓线图。
河床基础处理
沥青混凝土心墙和过渡料的基础在河床部位要求清除基础至 1661～1665m 高程，落在约 100 米深的砂砾石覆盖层上。为增强防渗效果，心墙与河床基础的 连接设置 C25 钢筋混凝土基座。混凝土防渗墙厚 1.2m，深入基岩内 1m，最大墙 深为 96m。设置 1 道墙。
坝顶宽度
坝顶宽度应根据构造、施工、运行和抗震等因素确定。如无特殊要求，高 坝的顶部宽度可选用 10~15m，因此取坝顶宽度为 13m。
坝顶高程设计
坝顶超高计算
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：
（2-1） 式中： —坝顶超高，m；
—波浪爬高，m； —最大风壅水面高度，m；
坝坡
上下游坝坡根据已建工程经验和本工程的坝料特性及计算分析确定。已建工 程上下游坝坡如表 2-1 所示。
表 2-1 高心墙坝坝坡资料
坝高
序号 工程名称
坝料
（m）
上/下游坝坡
1 下板地
砂砾料 78
爆破料
1:1:
2 五一水库
砂砾料
1:1:
3 三峡茅坪溪 104 石渣料 1:1:、1:
4 冶勒水电站
堆石料
第三章坝体构造设计
防渗体设计
心墙材料选择
沥青混凝土心墙具有良好的适应变形能力、抗冲蚀能力、抗老化能力以及整 个心墙无须设置结构缝，因此，沥青混凝土心墙可在任何气候条件和任何海拔高 度使用。本坝体选取沥青混凝土作为心墙材料，主要原因有以下几点：
（1）施工时间：可以以相当快的速度铺筑沥青混凝土，非常经济适用。沥 青混凝土一经压实，立即可以防水，特别是在潮湿的季节施工时，这一点非常重 要。
综合以上分析，从抗震、沥青心墙与基础防渗墙和两岸岩石的衔接等角度分 析，阿尔塔什水利枢纽工程大坝心墙布置型式确定采用直心墙。
心墙的断面尺寸
根据《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》（DL/T5411-2009）第 8.0.2 条的规定：“沥青混凝土心墙顶部的厚度不宜小于 40cm，心墙底部的厚度宜为 坝高的 1/70～1/130。”。参考国内外工程的经验，考虑到阿尔塔什坝址地处高 地震烈度区和坝基的深厚覆盖层，从有利于抗震角度出发，心墙厚度定为 1m。 该值满足规范的要求。
（1） 贴坡排水 贴坡排水又称为表面排水，这种形式的排水结构构造简单用料节省，施工方 便，易于检修，可以防止坝坡土发生渗流破坏，保护坝坡免受下游波浪淘刷。但 不能有效地降低浸润线，且易因冰冻而失效。 （2） 棱体排水 棱体排水又称滤水坝趾，在下游坝脚处用堆石体堆成的棱体。棱体排水适用 于下游有水的各种坝型，它可以降低浸润线，防止坝坡冻胀，保护尾水范围内的
上游护坡
上游护坡的常用形式为堆石、抛石、干砌石、浆砌石、预制或现浇的混凝土 板、沥青混凝土等。护坡的形式、厚度及材料粒径应根据坝的等级、运用条件和 当地材料情况。上游坝坡主要考虑波浪淘刷、顺坝水流冲刷及漂浮物和冰层的撞 击及冻冰的挤压。
根据工程的具体情况，上游护坡采用干砌石护坡，护坡厚度 1m，护坡所用 石料要求新鲜坚硬、耐久、饱和抗压强度小于 40Mpa。对于干砌石护坡砌筑要求 为：将块石错缝竖砌，紧靠密实，填塞稳固，表面平整、美观。
（2）生理的适宜性：沥青在生理方面完全适宜于饮水，从水质卫生的观点 来看，对其应用于水库完全没有异议。
（3）抗冻性：因为沥青混凝土具有极小的孔隙率，因此水就没有进入这些 构件的机会，所以冰冻作用不会影响到沥青材料，故沥青构件不需要防水保护。
（4）冰冻时期的铺筑：如果铺盖层的厚度适当，在零度以下都可以铺筑沥 青混凝土，这就允许在高海拔的地方有较长的施工工期，这点特别适用于新疆。