土石坝设计步骤学习资料

一、工程等别及建筑物级别

根据SL252-2000水利水电工程等级划分及洪水标准或DL5180-2003水电枢纽工程等级划分及设计安全标准，综合考虑水库总库容、防洪效益、电站装机容量、灌溉面积等指标，工程规模由库容(正常蓄水位时23.28亿立方米)控制，属于大(1)型。

拦河大坝、溢洪道、发电引水建筑物等为1级建筑物，电站厂房为引水式岸边厂房，属次要建筑物，确定为2级，围堰、导流隧洞等临时建筑物为3级建筑物。

拦河坝为粘土心墙土石坝正常运用（设计）洪水重现期为年；非常运用（校核）洪水重现期为年。电站厂房设计洪水标准为洪水重现期年，校核洪水标准为洪水重现期年。消能防冲设计洪水标准为洪水重现期年；导流建筑物洪水标准为洪水重现期年。

二、洪水调节计算

1、防洪库容的确定

珊溪工程以发电灌溉为主，兼有防洪等综合利用效益的枢纽。为减免沿江两岸10万亩农田和居民的洪涝灾害，要求珊溪水库建成后，控制二十年以下的洪水，在下游峃口处最大流量不超过3300秒立方米。

为满足峃口处二十年洪水流量不超过3300秒立方米（二十年洪水天然洪峰流量9580秒立米），考虑了坝址与区间的洪水组合。

今以峃口处同样发生二十年一遇洪水为准，分别取坝址也发生二十年一遇洪水、区间发生相应洪水与区间也发生二十年一遇洪水(2520秒立米)、坝址发生相应洪水两种组合情况进行分析，分析计算坝址控制的下泄流量取区间洪峰流量与控制泄量3300秒立米之差，计算结果以区间发生二十年一遇洪水(2520秒立米)、坝址发生相应洪水的组合，要求珊溪水库蓄洪库容最大。故以此作为对下游控制泄量(3300－2520＝780)秒立米。

当洪水流量Q来水<780秒立米时，来多少放多少，水库水位保持不变；当Q 来水＞780秒立米时，就需要控制下泄流量，使 Q下泄＝780秒立米，将超过下游安全泄量的的那部分来水暂时拦蓄在水库中，这部分库容即为防洪库容V防。

资料给定正常高水位为160m，查水位～库容曲线可得到正常库容 V正常。V 正常＋ V防＝ V总防，查水位～库容曲线可得到防洪限制水位高程 Z防

2、设计洪水位、校核洪水位的确定

设计洪水位、校核洪水位的调洪演算必然要涉及泄洪建筑物和过水能力问题，因此必须注意与后续阶段中有关设计工作的配合，有时甚至交叉进行设计。

一般可以先拟定几组泄洪建筑物的孔口尺寸，进行调洪演算得出相应的上游水位和下泄流量，在满足防洪要求的前提下，经分析比较选定合理的设计方案。

现采用坝顶溢流或河岸式溢洪道 4孔，每孔12米，堰顶高程150.0米，初步估算时m取0.40。

设计洪水位、校核洪水位的调洪演算：

洪水来临初期，按“20年一遇”洪水标准处理，即Q来水<780m3/s时，来多少放多少，水库不蓄水，水位仍处于正常水位高程；当Q来水＞780m3/s时，为满足防洪要求，就需要控制下泄流量，只能宣泄780m3/s，其余来水暂时拦蓄在水库中，水位逐渐升高，当水库水位达到防洪限制水位时，进行设计洪水位、校核洪水位的调洪演算。

Q来水 < q下泄能力时，控制闸门开度，放走Q来水

Q来水 >q下泄能力时，闸门全打开，按最大 q下泄能力放水，多余水量继续蓄在水库内，水位上升到最高时，即为设计洪水位或校核洪水位。

三、坝型选择及枢纽布置

1、坝址及坝型选择

坝轴线的位置，应根据坝址附近的地质、地形条件通过定性分析确定；坝型选择，应根据坝址处的地形、地质、建筑材料，宣泄洪水的能力以及抗震性能等特点，通过定性分析，初步选择2～3种坝型。由于时间的原因，每人独立完成指导老师指定的坝型设计，可主要对原则与要求进行阐述，然后说出本工程所选方案的理由和优缺点。

本工程在选定的坝址河段，从上到下顺次布置了5条勘探线，第V勘探线离第I勘探线270米，已处在河流折向段，所以实际上可供选择的坝轴线只能在第I～III勘探线。

而且从这三条勘探线的地形、地质条件来看，拱坝轴线只能布置在第I、II 勘探线间；当地材料坝坝轴线只能布置在第II勘探线附近；重力坝坝轴线可以在第II、III勘探线范围内任意选择。因此，坝轴线选择与坝型选择密切相关。

2、枢纽组成建筑物

1）挡水建筑物：拦河大坝

2）泄水建筑物：溢流坝或河岸式溢洪道、泄空洞

3）水电站建筑物：引水系统、电站厂房、开关站

4）导流建筑物：导流隧洞、上下游围堰

3、枢纽总体布置

四、挡水建筑物设计

坝体布置按如下步骤进行：1)先要进行地基处理，得到开挖后可利用基岩的河谷断面图和地形等高线图；2)计算坝顶高程；3)在坝址的地形地质剖面上确定坝长（坝顶高程线与开挖线交点之间的距离），并确定始末桩号；4)在平面图上确定坝轴线位置及始末桩号；5)布置各坝段及其始末桩号，确定特征剖面位置及其桩号。

1、坝顶高程的确定

根据《碾压式土石坝设计规范》SL274—2001规定，坝顶高程分别按照正常蓄水位加正常运用条件下的坝顶超高、设计水位加正常运用条件下的坝顶超高、校核水位加非常运用下的坝顶超高进行计算，若该地区地震烈度大于7º，还需考虑正常蓄水位加非常运用时的坝顶超高再加上地震涌浪高度，最后取以上四种工况最大值，同时并保留一定的沉降值。

①设计洪水位+正常运用条件的坝顶超高d

②校核洪水位+非常运用条件的坝顶超高d

③正常蓄水位+正常运用条件的坝顶超高d+地震安全加高

坝顶高程在水库正常运用和非常运用期间的静水位以上应该有足够的超高，以保证水库不漫顶，其超高值d按下式计算：d R e A

坝顶超高计算成果表

工况水位

(m) 设计

风速

(m/s)

平均

波长

(m)

平均

波高

(m)

平均

波浪

爬高

(m)

风浪

壅高

(m)

设计

爬高

(m)

安全

加高

(m)

坝顶

超高

(m)

设计

校核

2、坝坡

坝坡应综合考虑坝型、坝高、坝的级别、坝体及坝基材料的性质、荷载、施工和运用条件等因素，经技术经济比较后确定。

土质防渗体土石坝、沥青混凝土心墙和面板坝可参照已建成坝的经验或近似方法初步拟定坝坡，最终坝坡须经稳定计算确定。表1、表2分别给出，均质坝和分区坝坝坡参考值。一般情况下，上游坝坡应较下游坝坡缓；下部坝坡应比上部