坝型选择设计教材

1.4工程选址及坝型比选

1.4.1坝型选择

坝址区为黄土丘陵阶地，因当地土料、砂砾料、石料丰富，根据就地取材的原则，本次坝型设计选择土石坝的方案进行比较。

斜墙坝与心墙坝可在有覆盖层上的坝基修建，两种坝型造价相差不大，优缺点也无显著差别，但斜墙坝与心墙坝相比适应不均匀变形的能力和抗震性能不强，且斜墙坝防渗体的粘土用量和坝体的总工程量较大，基础处理范围较大，深度要求也较大，不经济。故首先舍弃粘土斜墙坝。

根据工程地质条件，拟建坝型初步选择粘土心墙坝和均质土坝两种坝型。

1.4.1.1粘土心墙坝

(1)坝体断面设计

对于土质防渗体的心墙坝：

当上游坝壳采用堆石时，常用坡率为1:1.7～1:2.7；

采用土料及砂砾料时.常用坡率为1:2.5～1:3.5。

当下游坝壳采用堆石时，常用坡率为1:1.7～1:2.7；

采用土料及砂砾料时.常用坡率为1:2.0～1:3.0。

由于该坝最大坝高为37.5m，大于30m，最终确定上游坝坡为1:3.0，下游设两级边坡，坡比分别为1：2、1：2.5、1：2.5。坝顶高程410.5m，坝顶宽6.0m，长210m。下游坝坡设二级马道，马道宽3.0m，一级马道高程398.5m，二级马道高程386.5m。

(2)防渗体设计

大坝采用粘土心墙做为坝体防渗体。根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)的规定，土质防渗体断面应满足渗透比降、下游浸润线和渗透流量的要求。顶部的水平宽度不宜小于3.0m，防渗体应自上而下逐渐加厚，底部厚度应按土料允许渗透坡降来确定。心墙两侧与坝壳之间应设置足够厚度的过渡层。心墙两侧边坡多在1:0.15～1:0.3之间，心墙顶部应高出设计洪水位0.3～0.6m，且不低于校核洪水位，心墙顶部应设保护层，且不小于1.0m。

本次设计心墙位于坝体中央。心墙顶部宽度取3m，粘土心墙坝坡的心墙坡度为1:0.2，心墙底部宽度为18m，心墙两侧设0.6m的粗砂层。心墙顶部高程不低于校核洪水位409.15m，最终取墙顶高程409.3m，心墙顶部设1.0m厚砂砾石保护层，坝顶设20cm现浇C20砼路面，最终坝顶高程为410.5m。

(3)护坡及坝体排水设计

因大坝的上游坡面要遭受波浪等多种外界自然因素的危害，大坝的上游坡面需设置护坡，本次设计上游护坡采用干砌石护坡，下设碎石垫层，厚0.3m。

下游坝坡应设置纵横连通的坝面排水沟系统，下游坝坡面排水沟采用砼结构，沿大坝与岸坡连接处设竖向排水沟，在大坝轴线0+085、0+145处设2条竖向排水沟，直接排水至马道纵向排水沟中。

坝下游坡脚修建排水棱体。排水棱体地面以上高 2.0m，地面以下1.1m，顶宽2.0m，底宽6.8m，内坡比1:1.5、外坡比1:2。从外到内依次为干砌块石、碎石（20～60mm）、砂砾料（2～20mm）和粗砂（0.5～2mm），砌筑石块应力求紧密嵌紧。

(4)坝基及坝肩处理

根据钻探揭露，河床表层Q4pal级配良好砾层厚4.80～7.00m。两

岸阶地Q3pal卵石混合土层厚4.50～12.40m，其下为Q1al低液限粘土。

本次设计对河床表层的Q4pal级配良好砾层及两岸阶地的Q3pal卵石混合土层不做处理，将心墙底部穿透坝基Q4pal级配良好砾层及坝肩Q3pal卵石混合土层，嵌入下层的低液限粘土层2m。

(5) 筑坝材料的选择

筑坝材料的设计与土坝的结构设计、施工方法及工程造价有关，一般力求坝体内的材料分区简单，就地就近取材，因材设计。

a. 防渗体土料

根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)的规定，防渗体应满足下列要求:

①渗透系数，心墙坝k不大于1×10-5cm/s。

②水溶盐含量不大于3%；有机质含量不大于2%(按质量计)

③具有较好的可塑性，以适应坝体和坝基的变形而不产生裂缝；同时具有较好的渗透稳定性。

本次设计土料场位于坝址处左岸上部的黄土台上，属黄土台塬前缘，土料场指标满足规范要求。

土料场土料质量评价表

b. 坝壳填筑料

使用于坝壳的填筑料应满足：

①填筑的坝壳料应有较好的透水性，以减小坝体内孔隙压力和渗透力。

②具有较强的抗剪强度以减小坝体工程量。

③具有一定抗渗稳定性，不易发生管涌，级配要好，不均匀系数宜大些。

④应有较好的抗震稳定性，不宜遇震发生液化流动。

基于以上考虑要求，根据本次地质勘察报告，坝壳材料采用工程场区附近不均匀系数较大的砂卵石渣土作为坝壳填筑料。

c. 过渡层料

根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)的规定，心墙过渡层料应符合下列要求：

①质地致密，抗水性和抗风化性能满足工程运用条件的要求；

②具有要求的级配；

③具有要求的透水性。

基于以上考虑要求，心墙过渡层料采用粗砂料。根据地质调查，工程区天然砂料缺乏，所需砂料从平陆县茅津砂场购运。砂料场距坝址约20km，现正在开采使用，属商用砂场，质量和储量满足工程要求。

1.4.1.2均质土坝

(1)坝体结构设计

大坝为碾压式均质土坝，最大坝高37m，坝顶高程410.0m，坝顶宽6.0m，长210m。上游坝坡坡比1：3，下游坝坡设二级马道，坡比分别为1：2、1：2.5、1：2.5，马道宽3.0m，一级马道高程398.0m，二级马道高程386.0m。

均质坝坝体的绝大部分是均一的土料或相对均一的弱透水性材料组成，坝体的整个断面起防渗和稳定作用。这种坝要求土料的渗透系数较小，一般小于1×10-4 cm/s。由于土坝的抗剪强度较小，所以这种坝型较适用于中低坝。

根据地质报告显示，土料场位于坝址处左岸上部的黄土台上，属黄土台塬前缘。根据土工试验结果该层低液限粘土满足大坝所需填筑土料要求。

(2)护坡设计

根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001) ，本次设计坝体上游护坡采用干砌石护坡，护坡上部自坝顶起，下部至坝脚。护坡下设碎石垫层0.2m，砂垫层0.20m。

(3)坝基及坝肩处理

本次设计采用多种防渗方案结合，即坝轴线处开挖截水槽，上游回填铺盖，下游级配良好砾石层全部清除，根据上堵下排的原则，下游设水平排水层。

1.4.2坝型方案比选

本阶段从地形地质、筑坝材料、坝体防渗、施工及工程投资等方面进行了综合比较。具体如下：