2gTmLm=
2π式中:
hm——平均波高,m; Tm——平均周期,s; W——计算风速,m/s; D——风区长度,m; Hm——水域平均水深,m; g——重力加速度,取9.81m/s2; Lm——平均波长,m。
平均波浪爬高Rm参照“规范”附录A.1.12计算,初步拟定水库大坝上游坝坡为m=2.5,故波浪平均爬高按“规范”附录A.1.12式计算:
KKR??wm1?m2hLmm
式中:
K?——斜坡的糙率渗透性系数,护面类型为砌石护面确定K?=0.75;
Kw——经验系数,由风速W、坡前水深H、重力加速度g所组成的无维量
W/gH,查表A.1.12-2得设计条件:Kw=1.00;校核条件:Kw=1.00;
m——斜坡的坡度系数。
最大波浪在坝坡上的爬高设计值R按2级土石坝取累积概率P=1%爬高值R1%计算。根据计算该水库在设计条件下和校核条件下的累积概率P=1%的经验系数Kp值为2.23。
风浪壅高按下式计算:
KW2De?cos?
2gHm式中:
K——综合摩阻系数,计算时一般采用K=3.6×10-6; β——风向与水域中线的夹角;
其他符号同前。
根据以上公式及参数,坝顶超高计算成果见表3.1.1。 表3.1.1 坝顶超高计算成果表
设计 工 况 风速(m/s) 设计(P=1%) 2822.41 24.0 校核2823.33 15.0 (P=0.05%) 水位 (m) 平均 波长 (m) 7.57 11.81 平均 平均波浪设计 风浪壅高 波高 爬高 爬高 (m) (m) (m) (m) 0.25 0.38 0.032 0.85 0.38 0.59 0.012 1.32 安全 加高 (m) 1.0 0.5 坝顶 超高 (m) 1.88 1.84 由于水库所在地区地震基本烈度7°,按《水工建筑物抗震设计规范》(SL293—97),水工建筑物抗震计算的上游水位可采用正常最高蓄水位,地震区的地震涌浪高度,可根据设计烈度和坝前水深,一般涌浪高度为0.5m~1.5m,该水库地震涌浪高度取用1.0m,不考虑地震作用的附加沉陷计算。
根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)第5.3.3条规定,坝顶高程分别按以下运用情况计算,取其最大值:
1、设计洪水位加正常运用情况的坝顶超高:2822.41+1.88=2824.29m; 2、正常蓄水位加正常运用情况的坝顶超高:2821.4+1.88=2823.28m; 3、校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高:2823.33+1.84=2825.17m; 4、正常蓄水位加非常运用条件的坝顶超高,再加地震安全加高: 2821.4+1.84+1.0=2824.24m。
经计算可以看出该大坝坝顶高程由校核情况控制为2825.17m,取2825.2m。 6.2.2
坝顶宽度
坝顶宽度主要取决于交通需要、构造要求和施工条件,同时还要考虑防汛抢险、防空、防震等特殊需要。根据“规范”规定,坝顶无特殊要求时,高坝的顶部宽度可选用10~15m,中低坝可选用5~10m。该水库挡水大坝坝基高程为2750,根据计算坝高为75.2m,大于70m,属高坝,故综合各方面因素可取该土石坝坝顶宽度为10m。 6.2.3
坝坡与戗道
土石坝的坝面坡度取决于坝高、筑坝材料性质、运用情况、地基条件、施工方法及坝型等因素。一般是参考以建成类似工程的经验拟定坝坡,再通过计算分析,逐步修改
确定。在满足稳定要求的前提下,应尽可能使坝坡陡些,以减小坝体工程量。
根据规范规定与实际结合,上游坝坡上部取2.5,下部取3.0,下游自上而下均取2.50,下游在2800m、2775m高程处各变坡一次。
在坝坡改变处,尤其在下游坡,通常设置1.5~2m宽的马道(戗道)以使汇集坝面的雨水,防止冲刷坝坡,并同时兼作交通、观测、检修之用,综合上述等各方面因素其宽度取为2.0m。 6.2.4
坝体排水
由于本地区石料比较丰富,故采用堆石棱体排水比较适宜,另外采用棱体排水可以降低坝体浸润线,防止坝坡冻涨和渗透变形,保护下游坝址免受尾水淘刷,并可支撑坝体,增加下游坝坡的稳定性。
按规范棱体顶面高程高出下游最高水位1m为原则,校核洪水时下游水位可由坝址流量水位曲线查得为2755.22m,最后取棱体顶面高程为2756.3m,堆石棱体内坡取1:1.5,外坡取1:2.0,顶宽2.0m,下游水位以上用贴坡排水。 6.2.5
大坝防渗体
大坝防渗体的设计主要包括坝体防渗和坝基防渗两个方面。 (1) 坝体的防渗
坝体防渗的结构和尺寸必须满足减小渗透流量、降低浸润线控制渗透坡降的要求,同时还要满足构造、施工、防裂、稳定等方面的要求。该坝体采用粘土斜心墙,其底部最小厚度由粘土的允许坡降而定,本设计允许渗透坡降[J]=5,上游校核洪水时承受的最大水头为73.33m,墙的厚度B﹥73.33/5=14.666m.参考以往工程的经验,斜心墙的顶部宽度取为5m(满足大于3m机械化施工要求),粘土斜心墙的上游坝坡的坡度为1:0.4~1:1.0之间,有资料研究认为,斜心墙向上游倾斜的坡度为1:0.25~1:0.75时较好,本次设计取为1:0.4,下游坡度取为1:0.2,粘土斜心墙的顶部高程以设计水位加一定的超高(超高0.6~0.8m)并高于校核洪水位为原则,最终取其墙顶高程为2823.4m,经计算底宽为19.68m,大于14.666m.墙顶的上部留有1.8m的保护层,并粘土斜心墙顶部向下游倾斜。
(2) 坝基防渗
由坝址处地质剖面图,可知该坝基为砂砾石地基,对砂砾石地基防渗措施主要有开挖截水槽回填粘土、混凝土防渗墙、帷幕灌浆等措施。
从材料来看由于附近粘土材料储量较少,故不适合采用粘土截水槽,又根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274——2001),80m以内的砂砾石地基可采用混凝土防渗墙,由坝址处地质破面图,该坝基河槽段砂砾石最大层厚为32m,因此该坝基河床中部及两岸坡均采用混凝土防渗墙,根据水工建筑物教材,厚度取0.8m,防渗墙伸入坝体防渗体的长度不小于1/10倍坝高,本次设计取7.5m,防渗墙布置在心墙底面中部偏上,根据“规范”规定墙体底部应深入岩基0.5~1.0m,本次设计取0.5m,岸坡混凝土防渗墙底高程沿岸坡逐渐变化。
大坝剖面尺寸设计见图6.1。
正常蓄水位:2821.4m设计洪水位:2822.41m校核洪水位:2823.33m坝顶高程:2825.20m2.51:1051:2.5死水位:2796.0m2800.00m1:2.521:32坝基防渗墙顶高程 2757.50m坝基:2750.0m2875.00m1:2.522756.3m岩基:2718.0m
图6.1 大坝最大坝高处剖面尺寸图
土石坝毕业设计(全)
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