水工建筑物课程设计—心墙坝

水工建筑物课程设计

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水工建筑物课程设计——心墙坝

一、基本资料：

1、河谷地形见附图。

2、天然材料。在坝址附近3公里范围内渗透系数为k=10-5c m/s的土料储

量丰富，砂石料分布较为广泛。覆盖层厚度：岸坡3——5m，河床5

——7m。覆盖层渗透系数平均为10-2c m/s——10-3c m/s.

3、内外交通。工程紧靠公路，与铁路线相距约10公里，交通便利，不需

另外修建对外临时施工道路。

4、水库规划资料。该工程主要为下游城市和农田供水，供水工程的最大

引用流量为20m3/s。水库正常蓄水位590 m、设计洪水位592 m、校核

洪水位593m。设计洪水流量1200m3/s,下泄允许最大单宽流量18m3/s。

水库最大风速12m/s，吹程D=5km。

二、设计报告

(一)土石坝的剖面尺寸与构造

该工程主要为下游城市和农田供水，供水工程的最大引用流量为20m3/s。由于该地区土料储量丰富，故采用土石坝，用坝下涵管供水，溢洪道进行泄洪。

由于该水利工程为供水工程，故土坝采用不过水非溢流土坝。大坝坝址覆盖层厚度最大为7m，故采用帷幕灌浆处理地基，帷幕厚度取5m。溢洪道不知在马鞍形地带，由于该设计用土石坝，故采用开敞式河岸溢洪道，布置在右岸。1、坝顶高程：

坝顶高程=水库静水位+坝顶超高，取：

1)设计洪水位+坝顶超高（正常）

2)正常蓄水位+坝顶超高（正常）

3)校核洪水位+坝顶超高（非常）

4)正常蓄水位+坝顶超高（非常）+地震安全加高

中的最大值。

坝顶超高值：d R e A

=++

式中：d—坝顶超高，m；R—波浪在坝坡上的设计爬高，m；e—风浪引起的坝前水位壅高，m；A—安全加高，m。

1) 风壅水面高度：2

cos 2m

K W D e gH β

=

式中，K —综合摩阻系数，取63.610-⨯；D —风区长度，取吹程5km ；β—计

算风向与坝轴线的法线间的夹角；m H —风区内水域平均深度，设为33m ；W —计算风速，m/s ，2级坝采用多年平均最大风速的1.5—2.0倍。 算得，45.67710e m -=⨯ 2) 波浪爬高R 的计算：

平均波浪爬高m R ：当坝坡系数 1.5 5.0m = 时，

m R =

式中，K ∆—斜坡的糙率及渗透性系数，查表得1.0；w K —经验系数，查表得1.0；m h —平均波高，m ；m L —平均波长，m 。 平均波高与平均波长由官厅水库公式得出:

1

5

340.0166l h W D = ⇒ h =

0.63

11

2.15

3.75

2

2

0.331(

)

m gL gD W

W

W

-

= ⇒ m L =7.25

则，0.68m R m

=

=

设计波浪爬高p R ：

对2级坝取累计频率1%的爬高值1%h ，不同累计频率下的波浪爬高

p R ，可由

m h H

的值和相应的累计频率P （%）查表得出。

0.1m h H

<，查表得p m

R R =2.66，

0.68

2.660.68 1.81

m p R R =∴=⨯=

所以， 1.81p R R m == 3) 安全加高A ：

根据坝的级别，按表5-1选用。

土石坝的坝顶高程单位：m

选取4中运用条件中的最大值作为坝顶高程，即坝顶高程为595.31m。

考虑水库综合利用情况，取596m，取防浪墙高度1.2m。

则带有防浪墙的坝顶高为596-1.2-565+5=34.8m。

2、坝顶构造：

（1）坝顶宽度

SL 274—200J《碾压式土石坝设计规范》规定：高坝顶宽可选为10--15m，中、低坝顶宽可选为5--10m。

由于该设计中无交通要求时，仅考虑抢险防汛及检修灌浆和运行管理要求，根据我省工程经验，坝顶宽度9m。

（2）坝顶构造

坝顶结构与布置应经济实用，建筑艺术处理应美观大方，并于周围环境相协调。坝顶盖面材料应根据当地材料情况及坝顶用途确定，一般采用密实的砂砾石、碎石、单层砌石或沥青混凝土等柔性材料。该坝选用碎石做坝顶盖面。

坝顶上游侧设防浪墙，墙顶一般高出坝顶1.00—1.20m。防浪墙应坚固不透水，用浆砌石或混凝土建造，其基础应牢固地埋入坝内，并于坝的防渗体紧密连接。坝顶下游侧根据运用条件设路肩石作为安全防护措施。

3、坝坡构造：

（1）坝坡坡度

对于土质防渗体的心墙坝：

当下游坝壳采用堆石时，常用坡率为1:1.5—1:2.5，

采用土料时，常用坡率为1:2.0—1:3.0，

当上游坝壳采用堆石时，常用坡率为1:1.7—1:2.7，

采用土料时，常用坡率为1:2.5—1:3.5。

土石坝下游坝坡常沿高程每隔10--30m设置一条马道，马道宽度为1.5m，坡率相差0.2--0.5。

由于该坝坝高大于30m，最终确定上游坝坡1:3.5；下游坝坡1:3.0、1:2.5两

处设置马道，宽度为1.5m。

级边坡。下游坝高1

2

（2）护坡构造

土石坝上、下游坡面要遭受多种外界自然因素的危害，必须设置护坡。为了经济，应可能就地取材、施工简便、维修方便，上游护坡常用形式为砌石和堆石。为了防止雨水集中冲刷下游坝坡，下游坝坡上应设置纵横连通的坝面排水沟系统，若下游为堆石、干砌石护坡，其下有垫层时可不设排水沟系统。纵向（坝轴内）排水沟常设置于马道的内侧，横向排水沟间距约50—100m。

块石护坡的单层砌石的石块直径不宜小于0.2—0.35m，下面垫

0.15—0.25m厚的碎石或砾石。马道内侧应设置阻滑基脚，如果仍有滑动可能

时，可在坡中设置阻滑齿墙。

4、坝体防身设置：

心墙位于坝体中央或稍偏上游，由透水性很小的黏性土筑成。心墙顶部在静水位以上的超高正常运用情况下不小于0.3—0.6，非常运用情况不得低于非常运用的静水位。心墙顶部厚度按构造和施工要求不得小于1.0—3.0m；顶部厚度根据防身要求及土料的允许渗透坡降决定，一般不宜小于水头的1/4且不得小于3.0m。心墙自顶到底逐渐加厚，边坡通常采用（1:0.15）--（1:0.25）。

此处取心墙坡率为1:0.2，心墙顶部宽度为6m。

5、坝基防渗设置：

铺盖是均质坝体心墙或斜墙上游水平的延伸，可以延长坝基渗流的渗径，以控制渗透坡降和渗流量在允许的范围内。铺盖土料的渗透系数应小于

10-5cm/s,且至少要小于坝基透水层渗透系数的100倍以上，此坝周围的砂石料符合这一要求。铺盖向上游伸展的长度一般最长不超过6—8倍水头，铺盖的厚度，上游端按构造要求，不小于0.5m，取为1m，向下游逐渐加厚使某断面处在顶、底水头差作用下其渗透比降在允许范围内，在与坝体防渗体连接处要适当加厚以防断裂。铺盖上应设保护层，以防止蓄水前干裂、冻蚀和运用期的