土石坝设计一．坝型选择影响土石坝坝型的主要因素有：坝的高度、筑坝材料、地址地形、地质条件、施工条件、枢纽布置及运用要求等。

碾压式土石坝按筑坝材料和防渗体的位置可分为以下几种类型：1. 均质坝坝体材料单一，施工工序简单，干扰少；坝体防渗部分厚大，渗透比降较小，有利于渗流稳定和减少坝体的渗流量，此外坝体和坝基、岸坡及混凝土建筑物的接触渗径比较长，可简化防渗处理。

但是，由于土料抗剪强度比其他坝型坝壳的石料、砂砾和砂等材料的抗剪强度小，故其上下游坝坡比其他坝型缓，填筑工程量比较大。

坝体施工受严寒及降雨影响，有效工日会减少，工期延长，故在寒冷和多雨地区的使用受限制，故不选择均质坝。

2. 多种土质坝该坝型显然可以因地制宜，充分利用包括石渣在内的当地各种筑坝；土料用量较均质坝少，施工气候的影响也相对小一些，但是由于多种材料分区填筑，工序复杂，施工干扰大，故也不选用多种土质分区坝。

3. 斜墙坝斜墙坝与心墙坝，一般的优缺点无显著差别，粘土斜墙坝沙砾料填筑不受粘土填筑影响和牵制，沙砾料工作面大，施工方便；考虑坝址的地质条件，由于坝基有破碎带和覆盖层，截水槽开挖和断层处理要花费很多时间，并且不容易准确的预计，斜墙截水槽接近坝脚，处理时不影响下游沙砾料填筑，处理坝基和填筑沙砾料都有充裕的时间，工期较心墙坝有把握；土料及石料储量丰富，填筑材料不受限制。

4. 心墙坝心墙位于坝体中间而不依靠在透水坝壳上，其自重通过本身传到基础，不受坝壳沉降影响，依靠心墙填土自重，使得沿心墙与地基接触面产生较大的接触应力，有利于心墙与地基结合，提高接触面的渗透稳定性；使其因坝主体的变形而产生裂缝的可能性小，粘土用量少，受气候影响相对小，粘土心墙冬季施工时暖棚跨度比斜墙小。

移动和升高较便利。

综合以上分析，最终选择心墙坝。

二．坝体剖面设计2.1坝顶高程的确定坝顶高程等于水库静水位与超高d之和，并分别按以下运用情况计算，取最大值：①正常蓄水位加正常运用情况的坝顶超高；②校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高。

由于设计的坝顶高程是针对坝沉降稳定以后的情况而言的，因此这里应预留一定的坝体沉降量，由于使用土质防渗体，根据工程经验此处沉降量取坝高的1%。

由已知条件绘出坝顶超高计算图2-1计算公式采用下列算式：d=R+e+A,20cos 2mKV D e b gH = 式中：R ——波浪在坝坡上的最大爬高，m ；e ——最大风壅水面高度，即风壅水面超出原库水位高度的最大值，m ； 221.010101029.850e -⨯⨯⨯=⨯⨯=0.01m; A ——安全加高，m ，根据坝的等级和运用情况，按表1-1确定。

m H ——坝前水域平均水深，粗略估计为50m ；K ——综合摩阻系数，其值变化在（6~12）310-⨯之间，计算时一般取21.010K -=⨯;b ——风向与水域中线的夹角，（00）；0V D 、——计算风速和水库吹程3m /m s K 、；其中V o=10 m/s ；D=9Km根据教材表2-1，本水库总库容为2.0亿m^3，属于2级水工建筑物。

其中，由参考资料可知，平山河流域多为丘陵山区，非常运行条件按（a ）选择。

0.5m 。

下面采用我国水利水电科学研究院推荐的计算波浪在坝顶上的爬高：10.60.45l R h m n --=式中：l h ——设计波高，5/41/30.0166l h V D m =；m ——坝坡坡率，由于心墙坝采用土料时，坡率常用2~3，本设计取m=3；n ——坝坡护面糙率 ，取n =0.025由所给的设计资料中只有多年平均风速0V =10m/s ，故取正常运用情况和非正常运用情况波高均为l h =5/41/30.0166109m ⨯⨯=0.614m ，则10.60.450.614 3.00.0250.8423R m --=⨯⨯⨯=。

坝顶高程最后结果：116.10m。

验算：坝顶高程116.10m均大于设计洪水位（正常蓄水位）+0.50m即113.10+0.50=113.60m；校核洪水位113.50m。

所以满足要求。

2.2坝顶宽度根据上述求得的坝顶高程可知，最大坝高约为116.10-62.50=53.6m，属于中坝。

根据SL274-2001《碾压式土石坝设计规范》要求，对于中低坝的坝体宽度B取5-10m。

本设计坝顶宽度采用B=7.0m。

2.3坝坡因最大坝高为53.6m，采用自上至下分级变缓的多级坡，一般沿高程每隔10~20米变坡一次，相邻坝率差值可取0.25~0.5。

故此处采用三级变坡。

上游坝坡从坝顶至坝踵依次为1:2.75；1:3.0；1:3.25；下游坝坡从坝顶至坝踵依次为1:2.5；1:2.75；1:3.0；此外在变坡处还应设置马道，第一级马道高程为62.5+20=82.5m,第二级马道高程为102.5m,马道宽度取2.0m。

三．防渗体设计由于粘性土料的渗透性很小，容易满足防渗要求，故本设计采用黏性土心墙作为防渗体。

1.防渗体尺寸1.1 心墙顶宽和坡率土质防渗体的尺寸应满足控制防渗比降和渗流量要求,还要便于施工。

防渗体顶部考虑机械化施工的要求,不应小于3m，本设计取 3.5m,心墙两侧变坡多在1:0.15~1:0.3之间，本设计取1:0.3。

1.2 防渗体超高防渗体顶部在静水位以上超高，对于正常运用情况心墙为0.3-0.6m，取0.5m，最后防渗体顶部高程取为113.10+0.50=113.60m。

（在非常运用情况下，不应低于该工况下的最高水位）1.3心墙底宽上下游最大作用水头差，H=113.50-62.50=51.00（下游无水工况），根据规定，粘土心墙的容许渗透坡降[J]不宜大于4，这里取[J]=4，故墙厚T>=H/[J]=51.00/4=12.75m。

心墙底宽为3.5+（51.00+0.5）⨯0.3⨯2=34.4m>12.75m.，满足要求。

为便于计算，本设计不设置截水槽。

2. 防渗体保护层心墙顶部以及心墙的上游侧均应设保护层，防止冰冻和干裂。

保护层可采用砂或者碎石，其厚度不小于该地区的冻结或干燥深度，且不小于1.0m，此处取1.0m，上部碎石厚0.50m，下部砾石石厚0.50m。

心墙上游保护层应分层碾压填筑，达到和坝体相同的标准。

其外坡坡度应按稳定计算确定，使保护层不至沿斜墙面或连同心墙一起滑动。

3. 防渗体绘制见附图1四．排水反滤层设计1.坝体排水设计1.1排水设施选择常用的坝体排水有以下几种形式：贴坡排水、棱体排水、坝内排水以及综合式排水。

（1）贴坡排水：不能降低浸润线，多用于浸润线较低和下游无水的情况，故不选用。

（2）棱体排水：可降低浸润线，防止坝坡冻胀和渗透变形，保护上游坝脚不受尾水冲刷，且有支撑坝体增加坝体稳定的作用，且易于检修，是效果较好的一种排水形式。

（3）坝内排水：其中褥垫排水对不均匀沉降的适应性差，易断裂，且难以检修，当下游水位高过排水设施时，降低浸润线的效果将显著降低；网状排水施工麻烦，而且排水效果较褥垫排水差。

综合以上分析选择棱体排水方式。

1.2堆石棱体排水尺寸顶宽2.0m，内坡1：1.5，外坡1：2.0，顶部最高水位须高出下游最高水位对1、2级坝不小于1.0m，根据资料给出，下游最高洪水位为68.00m，超高取1.5m，所以顶部高程为68.00+1.5=69.5m。

结构详图见附图22.反滤层和过滤层2.1 设计规范及标准1）保护无粘性土料（粉砂、砂、砂砾卵砾石、碎石等）碾压式土石坝设计规范规定，对于与被保护土相邻的第一层反滤料，建议按下述准则选用54/8515-≤d D ，15155D d ，同时要求两者的不均匀系数6010d d 及6010D D 不大于5～8，级配曲线形状最好相似。

式中：15D ——反滤料的特征粒径，小于该粒径的土占总土重的15%；15d ——被保护土的控制粒径和特征粒径，小于该粒径的土分别占总重的15%及85%。

上述两式同样适用于选择第二、三层反滤料,当选择第二层反滤料时，以第一层反滤料为被保护土，二选择第三层反滤料时，则以第二层反滤料为被保护土。

按次标准天然砂砾料一般不能满足要求，须对土料进行筛选。

2）保护粘性土料粘性土有粘聚力，抗管涌能力一般比无粘性土强，通常不用上述两式设计反滤层，而用以下方法设计。

①满足被保护粘性土的细粒不会流失根据被保护土的小于0.075mm 含量的百分数不同，而采用不同的方法。

当被保护土含有大于5mm 的颗粒时，则取其小于5mm 的级配确定小于0.075mm 的颗粒含量百分数及计算粒径85d 。

如被保护土不含有大于5mm 的颗粒时，则按全料确定小于0.0075mm 的颗粒含量百分数及85d 。

a.对于小于0.075mm 的颗粒含量大于85%的粘性土，按式85159d D ≤.设计反滤层，当8590.2d mm ，取15D 等于0.2mm 。

b.对于小于0.075mm 的颗粒含量为40%～85%的粘性土按式mm D 7.015≤.设计反滤层。

c.对于小于0.075mm 的颗粒含量为15%～39%的粘性土按式25/)7.04)(40(7.08515--+≤d A D 设计反滤层。

式中，A 为小于0.075mm 时颗粒含量1%。

若85407d mm ，应取0.7mm 。

②满足排水要求以上三种土还应符合式15154D d ，以满足排水要求。

式中15d 应为被保护粘性土全料的15d ，若1540.1d mm 时15D 不小于0.1mm 。

3）护坡垫层垫层料的粒径不能过大，而且含有适量的细料。

本坝属于中坝，取最大粒径为80-100mm,粒径小于5mm 的颗粒含量宜选为30%-50%， 同样应满足土粒不流失及足够的透水性要求，但标准可降低些，建议按下式的简便方法选择粒径。

10)()(1515≤垫层块石d D .， 5)(1515≤垫层下被保护的土（垫层）d D .。

2.2设计结果根据参考相关规范和已建工程进行初步设计。

初步拟结果如下：⑴防渗体周边部位：（参照模板）第一层：⑵排水部位第一层⑶护坡垫层1. 上游护坡：采用目前最常用的浆砌石护坡。

护坡范围从坝顶一直到坝脚，厚度为40cm ，下部设厚度均为30cm 的碎石和粗沙垫层.结构图见附图22. 2.下游护坡：下游设厚度为40cm 的碎石护坡，护坡下面设厚度为45cm 的粗沙垫层。

见附图23.顶部设计3.1坝顶宽度对中低坝可取5-10m，此处取B=7.0m3.2防浪墙采用C15水泥浆砌快石防浪墙，高度常取1.0-1.3，本设计取1.2m，基本尺寸见图3以防止防渗体干裂、冻结和雨水冲蚀，在粘土心墙顶部设置保护层，厚度为80cm，分为两层，上层碎石厚度为50cm，下层砂砾厚度为30cm。

4.马道和坝顶，坝面排水设计4.1马道：第一级马道高层为62.5+20=82.50m，第二级马道高层为102.50m，马道宽为2.0m。