小型土-石坝设计控制规范
中华人民共和国行业标准
U
发布
nR
eg
实施
中华人民共和国水利部发布
re
小型水利水电工程
碾压式土石坝设计导则
d
中华人民共和国行业标准
小型水利水电工程
碾压式土石坝设计导则
主编单位水利部天津水利水电勘测设计研究院批准部门中华人民共和国水利部
d
目
总则
坝址选择及枢纽布置
坝址选择
枢纽布置
坝型选择
筑坝材料及填筑标准
筑坝材料
填筑标准
次
湿陷性黄土地基处理
岩石及岩溶地基处理
坝体结构
坝顶超高
坝坡
防渗体
坝体排水
坝的计算
渗流计算
沉降计算
观测设计
附加说明
ng
it
坝基处理
砂砾石地基处理
总
则
为规范小型水利水电工程碾压式土石坝的设计
级且坝高小于
如工程所在的河
坝址选择
地震基本烈度为
度和
R
枢纽布置
如设置弯道
曲率半径不宜小于
eite
坝址选择及枢纽布置
r
流缺少实测资料
如下游有防
洪要求或汛后需抬高蓄水位时
地震烈度在
度及度以
上的地区
坝下埋管为明流时
坝型选择
震烈度等
tre
d
如趾板修建在砂砾石地基上
度及
坝高与单宽流量的数值可按表
表
过水土石坝最大坝高及单宽流量
注
修建过水土石坝应符合下列要求
溢流面板宜
筑坝材料
应对筑坝材料进行调查和土工试验
选择筑坝土石料应遵循以下原则
占农田
水溶盐含量大于
U
nR
eg
筑坝材料及填筑标准
i
防渗体宜选用塑性指数的土料填筑体厚度土料的含水量宜与最优含水量相近的含量不宜大于
re
其上游
压实后的渗透系数对于均质土坝不大于
为防渗料
土厚度的
最大冻土块径不得大于铺
e
压实后应具有较低的
在缺乏天然防渗材料的地区
混凝土应采用
泥量不宜大于
二级配
其标号不宜低于
面板可采用
粗骨料含
细骨料含泥量不宜大于
土石坝中用于防渗的土工膜和用于反滤排水的土工织物应满足与工程要求相适应的物理
可根据渗流情
填筑标准
填筑标准
压实度可应合理规定
在施工过程中应对规定的填筑标准进行校核
g
粒级配应能满足反滤排水要求并具有长期稳定性
i块石最大边长与最小边长之
比不宜大于
取
填土的含水量应按最优含水量控制
如无试验资料可根据土料的性质对于砾石土
对于粗料含量小于
确定细料
最大干密度和最优含水量
样最大干密度和最优含水量乘以压实度
式中
的砾石含量
以小数计
的砾石比重
同砾石含量取
n
U
砂砾石地基处理
s
坝基处理
e
d
当砂砾石覆盖层厚度小于
均质土坝的截水槽可布置在坝轴线至上游坝脚的下
允许渗透坡降
轻壤土为
坝
最小底宽应不小于
截水槽的开挖边坡由覆盖层材料的抗剪强度及开
截水槽宜采用与坝身防渗体相同的土料填筑
必要
倍
当砂砾石覆盖层较厚时
铺盖的长度不宜小于
铺盖上游端的厚度宜采用铺盖应采用渗透系数等于或小于
采用土工膜作为铺盖防渗
采用铺盖防渗时必要时应设置
入透水层内的深度应不小于透水层厚度的
水层挖穿如果弱透水层很厚
U
铺盖土料与坝基砂砾石之间应满足反滤原则
处的厚度应满足坝基渗流和铺盖允许坡降的要求
但不宜小于
is
re
可挖穿上部砂砾石层
必要时还应铺设透水盖重
易液化土及软土地基处理
加固措施可采用
如挖除有困难或不经济
可采用
湿陷性黄土地基处理
保留下部部分土
当湿陷性黄土层的厚度超过
预浸水处理的范围应大于坝基范围坝基浸水处理应与坝体填筑相结合
U
以上方法可以取其一种或几种组合
采用任何一种处理软土地基的方法必要时可设置孔隙水压力观
g
is
te
re
d
岩石及岩溶地基处理
当坝基或截水槽范围内的岩基存在节理裂隙密集带或断层破碎带时
可采用的处理措施
坝体填筑之前应按下述要求进行坝基与岸坡的清理工作g
is
坝体结构
e
防渗体与混凝土建筑物
坝体与地基和岸坡的连接
喷混凝土
小于
与防渗体接触的岩石岸坡不宜陡于
接触面的坡度不宜陡于
坝壳透水料与岸坡连接处
地基覆盖层或岸坡岩石裂隙充填物与透水坝壳之间应符合反滤要求
坝顶超高
防r
根据工程及渗漏情况可采用一种型式或几
坝顶超高按下式确定
式中
况取
沉降量应根据坝基和坝体材料的性质通过计算或类比
至少
如当地无实测风速资料
浪高可采用莆田试验站公式或官厅再根据上游坝坡及护坡情况计算
坝顶构造
坝顶宽度根据下列因素确定
坝顶宽度可采用
U
nR
e如采用陆地测站的风速
应参照有关资料修正到相应库水位上空
ire
d
结合坝顶排水
防浪墙时
坝坡
坝坡应根据下列因素确定
防渗体
土质防渗体断面尺寸应满足下列要求
i
条的允许渗
re
反滤层及过渡层
靠近心墙或斜墙
靠近坝坡处宜填筑透水性较大
对反滤层的要求如下
能通畅地排除渗透水
U
如防渗体顶部设有防浪墙
应做好周边缝的处
水平反
滤层每层的最小厚度可采用
软土地基上填筑的反滤层
粒状反滤料按下列准则确定
采用机械填
式中
和
可使用
范围的细粒部
作为
分的
于
可取级配曲线中
土石坝应设置排水设施
并满足以下要求
坝体排水设施可采用
对棱体排水的要求如下
ng
坝体排水
i
小于或等于
内坡可取
对贴坡排水的要求如下
且不小于
对褥垫排水的要求如下
应保证冰层以下仍有足够的排水断面
应增设横向排水暗沟以利于分段将褥垫中的渗水汇集并引至坝脚排水沟
内流速为
横向排水带的宽度应大于
s
te
d
不得有砾石集中现象较大的颗粒要剔除
管
坝面护坡的设置应满足下列要求
上游坡可采用下列型式
在最低库水位
下游护坡可采用下列型式
U
nR
护坡
坝面排水
坝的计算
渗流计算
稳定计算
土石坝的稳定应计算以下四种情况
采用瑞典圆弧法计算时
坝坡抗滑稳定安全系数应不小于表
n
is
应进行以下渗流计算
te
re
设置一条
表
坝坡抗滑稳定最小安全系数表
注
库水位正常降落
库水位非常降落
从水库某一水位降落至死水位以下
的抗剪强度可采用以下方法确定
对粘性土
对无粘性土的抗剪强度采用式中
小型土石坝施工期的稳定可采用总应力法计算制备相应于填筑的设计干密度和含水量的
作用在滑弧上的
应核算水库蓄水时地基浸水后引
可采用地基土天然干密度和含
is
也可采用无侧限抗压强度试验或
孔隙压力有所消
稳定渗流期应采用有效应力法计算根据渗流流网等势线求出作用在滑动面上的孔隙压力
te
re
d
水位降落期
也可采用以下简化方法计算假定水位降落前后浸润线位置不变
抗剪强度采用直接固结快剪
沉降计算
式中
层土在上部荷载作用下的孔隙比
n
土石坝应沿坝轴线设置
每个断
面设
坡脚以外
每一断面设
施
i观测设计
取最终沉降量的
e
re
d
附加说明
主编单位水利部天津水利水电勘测设计研究院主要起草人林昭陈培杰李培基李文林
张沁成李
强
U
nR
eg
is
te
re
d
中华人民共和国行业标准
小型水利水电工程
碾压式土石坝设计导则
条
总则
坝址选择及枢纽布置
坝址选择
枢纽布置
文
目
说
次
明
坝型选择
筑坝材料及填筑标准
筑坝材料
填筑标准
坝基处理
砂砾石地基处理
易液化土及软土地基处理
岩石及岩溶地基处理
坝体与地基和岸坡的连接
坝体结构
坝顶超高
坝顶构造
坝坡
防渗体
反滤层及过渡层
坝体排水
护坡
坝面排水
坝的计算
渗流计算
稳定计算
沉降计算
观测设计
挡水建筑物的高度不大于山区及丘陵区的坝高超过级碾压式土石坝的设计小型土石坝占绝大多数虽为此提出小型土石坝的设计以对于构造简提出对于水等级工程所在的由于
有条件的还坝址选择及枢纽布置
坝址选择
量少土石坝虽能适应各种地质条件缩短工期采用垂直防渗效果显著但施工复杂投资较软弱的地基
以免减少库容可能产生尤而引起大面积农田或村镇的枢纽布置
大坝布置直接影响枢纽其他建筑物的布置坝轴线两端的岸坡应如天然垭口地质条用浆砌石或混凝土导墙将溢洪道和土坝土坝上游坝坡应有可靠的砌护溢洪道出口应有可靠的消能措施则宜将弯道为便于运行管理为避免水流冲能保证及如不做衬砌软基溢洪道应建在密实的土层上陡槽及侧壁可采用混凝土或浆砌石防实践经验表明坝下埋管病害较多故当坝址区有修建隧洞的地形地质条件及施工条件时
地震烈度在度或坝下埋管管的轴线宜与河流主流方向一致圆形断面内径
面高如采用浆砌石则必须做好防渗处理防以下做法可供参考于厚水泥砂浆防坝型选择
国内外的工程实践表明由于小型碾压式土石坝图统计资料表明已建小型土石坝
这
施工方
近二三十年来由于采用
振动碾碾压堆石这种坝型在小型土石坝工程中也有发展
如砂砾石层比较常见的坝型有钢筋混凝土面板密实厚度较大土工膜不仅防渗性能
刚性心墙与两侧填土的弹性模
度及
过水土石坝坝顶过流时面板所受的
如面板不平会引全
国土坝过水现场会讨论的倾向性意见认土坝
坝高应不超过
小于
单宽流量应
对于浆砌石护吉他们建议的
最大单宽流量林省在修建沥青混凝土护面的小型过水土坝方面取得了一些成就沥青混凝土护面过水土坝可用于坝高
一般最大坝高
钢筋混凝土板一般可用于坝高
在筑坝材料及填筑标准
筑坝材料
建筑材料调查内容包括土料和砂石料的性质及其储存土工试验的内容主要包括下列各项
填筑坝体的土石料应具有与其使用目的相适应的物理力学性质同时有较好的长期稳定用于防渗体的土料在填筑完成后用于坝壳的材料在填筑完成后应具有能确保坝坡稳定的抗剪强度和一定的抗风化能力而且要求浸润线以下部分应具有良好的透水现在除一些水溶盐含量过大和有机质太多的土料特点但是对有机质含量究竟限制多设计者可根据坝址附近材料的
本条文规定不超过
因此在条文中规定均质坝不大于
值应从严宜选用
较低砾石土具有良好的抗剪其渗当粗料含量超过此本条文规定粗砾含量不大于
粒径
当小于
到
试验表明砾石土的渗透系数与其中小于的颗粒含量大于以保证填
所以使用时施工中要防止粗粒集中
红土的天然含水量和最优含水量以及界限含水量较高红土的粘粒含量一般在且粘粒形状
另一方面所以孔隙比虽然较大水性较小的土料更不如用做防渗体应采取其二是提高土体含水量冻土筑坝的主要特点
没有相应的压实机械是不试验证明冻结前水的含水限时排水不好于铺土厚度的一般饱和均匀中细砂及粉砂受到振动后如排水条件差方法软岩石遇水后强度会降的坝坡也比较陡对其含泥量加以限制降低浸润线
选料一般认为当含泥量控制在对于不发生过大的流变沉降变对这几项基本但所选用的石油沥青的含
蜡量以低于
填料是指粒径小于
土工膜和土工织物的有关特性包括以下几方面
对于土工膜指防渗性对于土工织物指孔隙我国至今还没有制定出有关土工合成材料的设计准则土工膜的破坏拉应力一般不低于率一般不小于
应不大于般为
有效使用年限应不低于土工织物的过滤准则可参考表
注小于该粒径的土重占总土重的
填筑标准
强度填土的干密度和含水量与在压实功能一定的情况下对应于最优含水量可得到一个最大干坝体填筑的密实度一般采用标准击实仪试验的最大干密度乘以压实度
当砾石含量大于
如无进行大型取将最大干密度乘以压实度确定填筑标准确定细料最大干密度和最优含水先采用与以上相同办法求出相应于不同粗料含量的全样最大干密
故孔隙中的细料难以压进行修正后乘以压实度
否则
表
设计时不同砾石含量砂砾料设计干密度
因此表坝基处理
砂砾石地基处理
当砂砾石地基厚度小于防渗体直接与基岩或不透如果砂砾石透水地基深厚
距上游坝脚截水槽实际上是坝体防渗体向地基中延伸截水槽下游与砂砾石层接触面如处理不当为防止截水槽底与基岩或相对不透水层的接触面发生渗透破坏截水槽底部应嵌入弱风化岩或相对不透水层
当坝基为砂砾石层与弱透水层相间的地层而弱透水层与砂砾石层的渗透系数相差
时年底仅国内
万高压喷射灌浆法在水利工程中的应用研究始于水利水电系统采用高喷灌浆技术的工程项目已超过
度近项完成防渗墙面积超过倍可将截水槽修建在该层上根据计算及工国内水利工程中最大施工深但国内大部分已施工项目的处理深度在当坝基砂砾石覆盖层厚度较大可减少渗流量和防止坝基我国北方地区中小型土坝实际采用的铺盖长度是当透水层较浅铺盖厚度应保证在水头作用下铺盖不发生渗流破坏土料的允许坡降按推荐的数值选因此铺盖的土料应尽量与防渗体的土料认为铺盖的渗透系数应小于或等于
要有
铺盖土体地层从开挖检查中发现裂缝形状有的上宽下窄有的上窄下宽都符好下列几点
先铺一层粗砂及级配好的小颗粒难以天然沉积土干密因此重在库内取土筑坝时贡拜尔水库拦河坝为均质土坝最大坝高
当蓄水万时复合柔毡作上游铺该水库治理虽只完成了上游的柔毡铺盖工程坝下游的排水反滤工程尚待继续进行但已取得在采用铺盖防渗在下述情况下常采用水平排水褥垫
此时褥垫的作用是排出坝基和坝体渗流防止管涌并降低坝体浸润
水量通常褥垫厚度不小于当地基表层为不太厚的弱透水层或不透水层时应将不透水层挖穿将排水体设置在透水小于
沟底宽一般不易液化土及软土地基处理
当挖除比较困难或很不经济
人工加密措施主要有以下几种
锤重一般采用一般须通过试验来确定炸药用经验证明爆炸加密对于饱和疏松中粗砂的效果较好在砂基中以带有活瓣管尖的钢管打入使其挤密该法利用振冲器的径向振动和振这种振冲外力使砂土颗粒间的摩擦力迅速减小此外在当遇到地
这种强大的冲击力在地基中产生应力和振
经强夯后可以提高地基强度软土是指抗剪强度低压缩性高透水性小其天然含水量往往大于液限和孔隙比大于沉降的持续时间很长在竣工后长时间内还继续有较大沉常用的方法有换砂的作用此外镇压平台是在堤坝两侧用土或砂石填筑形成反压荷载高的在软土地基内设置砂井以加速地基排水固结和浙江沿海软粘土地基上使用振冲法加固地基用振冲法加固粘性土地基时作用采用振冲法加固粘性土地基的施工技术较复杂故应参照已建类似工程的成功经验进行地基处理设计改善软基浅部的应力分布砂井法的特点是地的宽度一般为高度的一般情况其厚度约为坝镇压层
例如四明湖水库坝基下为厚
每天填土最快达
目前由于以理论方法控制填土加荷速率尚不够完善主要故必要时可进行孔隙压力观月日坝趾位移达每天月年月初为了提前究湿陷性黄土地基处理
处理湿陷性黄土地基当强湿陷性土层较薄时最好全部挖在坝体填筑之前对湿陷湿陷性黄土层的厚度超过预先加水参见本条文说明第参见本条文说明第岩石及岩溶地基处理
底设置混凝土板再在下游出露处设置反滤层应首先做好工程地质与水文地质的调查研究工作然后根据实际情况常用的处理方法如下
在查明渗流的主要通道后如溶洞呈竖井或漏斗状可用混凝土盖板堵住进口如为水平溶再回填混凝土时不且没有大溶洞或只有沿岩溶岩层的裂隙漏水时对于库区内比较多又比较集中而又互相连通的反复可采用截水墙深入到隔水层或相对隔水
坝体与地基和岸坡的连接
土石坝与地基和岸坡的连接处与坝体防渗结构接触的岩石应是透水性小的如基岩的裂隙发育应采取措施将基岩与防渗体隔开岸坡应开挖成平顺的斜面不允许做关于防渗体与岩石岸坡和混凝土建筑物的结合坡度是参考对于粘土心墙坝和粘土斜墙坝可以延长接触渗两坝体结构
坝顶超高
略
倍多地
坝顶构造
的在调查中但是考虑到目前机械化综合考虑条文中的四种因素后提出坝顶宽度建议值为
混凝土面板坝的防浪墙一般兼有挡水作用故需设坝坡
坝坡的变化范围较大心墙坝上下游坝壳多采用强度较高的非粘性土填筑所以坝坡一般比均质坝对于粘性土料占坝体大部分的土坝地层面上的一些永久建筑物重在分析坝坡的稳定时遇库水位
防渗体首先应满足运用上的要求条文中根据已有试验资料和工程实践经验给出的各种代表性土的允许渗透坡降值顶部宽度一般不小于
采用机械施工时安全一是两种材料性质不同较难紧为克服上述缺点可加厚连接处防渗体可以利用土工膜作为防渗材料面层应防御风浪淘刷保护层的厚防渗体顶部一般应高出正常运用水位如防正常运用当使之既能满足工程
反滤层及过渡层
两相邻土层如不满
反滤层的尺寸取决于下面三个因素反滤材料大致可分为两类仍采用太沙基法作为基对于粘性土其破坏形式为流土时不必
坝体排水
其顶部高程一般要求高出下游水位棱体排水应能使坝体浸润线与坝面的最
贴坡排水的顶部高程应高出浸润线出逸点
底宽此种排水型式一方面可有效地降低坝内浸润线使下游坝壳形成干燥区另一方面坝要求伸入坝内长度一般为护坡
常用于小其中以干砌块浆砌石护坡的当石料比较丰富又有相应的施工设备时层在水库最低水位
卵石护坡厚度一般采用碎石护坡厚度可采用使在库水位降落时坝体孔隙水能顺畅排出沥青混凝土护坡的物理设下游护坡是为了防止雨水对下游坝坡的冲刷破坏
为防止雨水冲刷纵横向排水沟的断面尺寸及横向排水沟的间距应能顺畅排泄设计暴雨所形成
坝的计算
渗流计算
渗流计算的内容有确定坝体浸润线流土
管涌
流土或管涌
流土
管涌
流土或管涌视相对密度而异
式中破坏坡降可近似表达如下土的渗透允许坡降可参考下列原则确定为判别依据当坝体及坝基的情况比较复杂时可
式中
稳定计算
土石坝应核算几种控制条件的坝体稳定性每种计算条件的安全系数不应小于规定的数计算时可根据分析先计算较不利的条可按照不同的坝型和坝基地质条件并根据不同的有效应力法的抗剪强度指标采用排水剪试验成果最好用三轴仪测定如无三轴仪碾压式土石坝防渗体渗透系数较小小型土石坝可地基由于湿如地基没有排水轴验或无侧限抗压强度试验的强度载主要为填土的自身重量通过流网等势线可求出作用在滑动面上的孔隙压力及有效应力为了使试验工作简化可认为坝体浸润线随库时宜根据边界条件绘制坝体流网图
在度及沉降计算
同时预测坝体各部位的不均匀沉降量以判别坝坝体和坝基的总沉降量可采用固结仪测定的压缩曲线分层计算观测设计
根据调查大部分没有其他以了例如最大各断面相同位置的标点为了解土石坝渗透流量变化的规律和是否有不正常的渗流现象据以分析防渗和排水设备如发现浑水或涌沙测压管宜进入砂砾石层地下水位以下
必要时可设置孔隙压力测管湿陷性黄土地基遇水和增荷后因此要设置