攔水土壩設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范

南南合作項(xiàng)目尼日利亞糧食安全特別計(jì)劃攔水壩設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范元月貴南南合作項(xiàng)目中方專家組2003年9月目錄1勘測(cè)與調(diào)查11.1選定壩址11.2壩址地形測(cè)量11.3庫(kù)容測(cè)量與計(jì)算11.4集水面積測(cè)量21.5建筑材料勘測(cè)21.6水文資料的搜集與調(diào)查22庫(kù)區(qū)規(guī)劃22.1死庫(kù)容的確定22.2有效庫(kù)容的確定32.3滯洪庫(kù)容的確定43土壩樞紐工程設(shè)計(jì)53.1土壩設(shè)計(jì)53.2放水工程設(shè)計(jì)73.3溢洪道設(shè)計(jì)74工程施工74.1施工準(zhǔn)備74.2清基74.3土壩施工84.4溢洪道施工85工程管理95.1土壩的維修養(yǎng)護(hù)95.2土壩裂縫的處理95.3溢洪道維修養(yǎng)護(hù)95.4環(huán)境保護(hù)96工程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)編寫要求96.1文字部分96.2附表部分106.3附圖部分10攔水土壩設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范1勘測(cè)與調(diào)查1.1選定壩址“口小肚大”，溝道比降較緩，同時(shí)應(yīng)選在支溝分岔的下方和溝底陡坡、迭水的上方，以求修壩工程量小，庫(kù)容大。有適宜的集水面積。集水面積過(guò)小，則水源不足；過(guò)大則洪峰高，洪量大，需要開(kāi)挖很大的溢洪道。壩址及庫(kù)址地質(zhì)良好，基礎(chǔ)穩(wěn)固，無(wú)下陷情況。壩端岸坡應(yīng)有開(kāi)挖溢洪道的良好地形和地質(zhì)；最理想的是距壩不遠(yuǎn)的馬鞍形巖石山埡；兩岸岸坡不應(yīng)大于450，不應(yīng)有集洼地或沖溝，不應(yīng)有陷穴、泉眼等隱患；要求土質(zhì)堅(jiān)硬，地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定。壩址附近有良好的筑壩材料（土料、石料）和料場(chǎng)，而且采運(yùn)容易，交通、施工方便。應(yīng)盡量縮小庫(kù)區(qū)淹沒(méi)損失，避免淹沒(méi)村莊、公路、大片耕地和其他重要建筑物。1.2壩址地形測(cè)量壩址地形測(cè)量是為了正確設(shè)計(jì)樞紐建筑物和估算工程量。測(cè)量范圍包括壩身和溢洪道。比例尺用1/500～1/1000，等高線間距0.5～1.0m，測(cè)至壩體以上5m?？刹捎脭嗝娣ㄟM(jìn)行：先沿壩軸線測(cè)一橫斷面，再在與壩軸線垂直的方向，用皮尺測(cè)定幾個(gè)樁，分別在樁處測(cè)出其橫斷面。然后依據(jù)橫斷面之間的關(guān)系及高度變化情況，制成平面圖，繪出地形等高線。1.3庫(kù)容測(cè)量與計(jì)算庫(kù)容測(cè)量在于繪出水位～庫(kù)容關(guān)系曲線，為規(guī)劃設(shè)計(jì)提供依據(jù)。采用的方法主要有三種：1.3.1橫斷面法 小型水庫(kù)可用橫斷面法測(cè)量，首先測(cè)出壩軸線處的橫斷面，然后在庫(kù)內(nèi)沿河道施測(cè)一條與壩軸線垂直的縱斷面，其樁號(hào)位置應(yīng)根據(jù)兩邊山坡及河槽河灘變化定出，量出樁號(hào)間的距離，并測(cè)出各樁號(hào)處的橫斷面。計(jì)算庫(kù)容時(shí)，在各橫斷面圖上以不同水位為頂線，求出各橫斷面上不同高程一下的橫斷面面積，然后將相鄰的兩斷面面積平均值乘以其間距離，便得出此二斷面之間不同水位時(shí)的容積。最后把各部分容積按不同水位相加，即得出各種不同水位時(shí)的容積。以庫(kù)容為橫坐標(biāo)，水位為縱坐標(biāo)，就可繪出水位與庫(kù)容關(guān)系曲線。1.3.2用地形圖計(jì)算庫(kù)容 用水準(zhǔn)儀測(cè)出庫(kù)區(qū)地形圖，比例尺1/1000。在測(cè)得的地形圖上，用幾何方法求得各條封閉的等高線所包圍的面積，取各相鄰兩面積的平均值乘以高差，即為這兩條等高線中所包含的面積，各部分容積累計(jì)起來(lái)直至最大蓄水位，便是水庫(kù)的總庫(kù)容。1.3.3系數(shù)估算法 當(dāng)沒(méi)有儀器，無(wú)條件進(jìn)行庫(kù)容測(cè)量，且水庫(kù)很小時(shí)，可采用下式估算:V=(HBL)/K式中 V- 水庫(kù)容積（立方米）； B- 近壩處水面寬度（米）； H-近壩處水庫(kù)水深（米）； L- 水庫(kù)內(nèi)水面長(zhǎng)度（米）； K- 系數(shù)，在峽谷地形K=6，開(kāi)敞地形K=4。1.4集水面積測(cè)量集水面積是估計(jì)水庫(kù)蓄水量和洪水量的主要依據(jù)之一。方格法：用透明方格紙鋪在劃好的集水面積平面圖上，數(shù)得集水面積范圍內(nèi)的方格數(shù)量。根據(jù)每一方格實(shí)際代表的面積，乘以總的方格數(shù)，得出集水總面積。梯形計(jì)算法：將集水面積劃分成若干梯形，然后求各梯形面積之和。1.5建筑材料勘測(cè)調(diào)查壩址附近筑壩材料的位置、分布高度、厚度、儲(chǔ)量、物理力學(xué)性質(zhì)等。1.6水文資料的搜集與調(diào)查主要包括：該地區(qū)多年平均降雨量、多年平均徑流深、年徑流系數(shù)、泥沙情況及洪水資料等。2 庫(kù)區(qū)規(guī)劃一般小型水庫(kù)的容積分為兩部分，一部分是輸水洞以上正常蓄水位以下的庫(kù)容，稱為有效庫(kù)容或興利庫(kù)容；另一部分是輸水洞以下的庫(kù)容，叫死庫(kù)容或墊底庫(kù)容。2.1死庫(kù)容的確定 灌區(qū)要求的死庫(kù)容可根據(jù)自流灌溉所要求的高程（水位），從水位庫(kù)容關(guān)系曲線上查出。 泥沙淤積要求的死庫(kù)容可由下式估算：V=(FSoT)/Υs式中： V － 死庫(kù)容（立方米）； F － 集水面積（平方公里）； So － 輸沙量模數(shù)，即每平方公里集水面積沖淤下來(lái)的泥沙（噸/平方公里）； T － 水庫(kù)使用年限（年）；Υs － 泥沙容重（噸/平方公里），一般用1.33。2.2 有效庫(kù)容的確定有效庫(kù)容應(yīng)根據(jù)來(lái)水量和需水量進(jìn)行計(jì)算。對(duì)缺乏資料、無(wú)法進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算的小水庫(kù)，可以采用調(diào)節(jié)系數(shù)法。方法如下： （1）水庫(kù)來(lái)水量計(jì)算 水庫(kù)來(lái)水量是指在某一設(shè)計(jì)保證頻率時(shí)，一年內(nèi)由集水面積流入水庫(kù)的總水量。計(jì)算方法可采用年雨量乘徑流系數(shù)法，即：W=1000KRF式中W－多年平均徑流量，即水庫(kù)來(lái)水量，m3;R－多年平均降雨量，mm;F－集水面積，km2K－徑流系數(shù)。 (2) 用水量計(jì)算 小型水庫(kù)用水主要是灌溉用水。灌溉用水量用下式計(jì)算：W=AG/(1-p1％)＝AG/л式中： W － 灌溉需水量（立方米）； A － 灌溉面積； G － 單位面積一年灌溉總用水量； p1％－ 渠道輸水損失百分?jǐn)?shù)；л － 渠道有效利用系數(shù)。 （3）有效庫(kù)容的確定 當(dāng)根據(jù)來(lái)水確定有效庫(kù)容時(shí)，用下式計(jì)算：V有效＝nW來(lái)這些來(lái)水可以灌溉的面積：A＝W來(lái)（1－p1％）（1－p2％）/G 當(dāng)根據(jù)灌溉用水量確定有效庫(kù)容時(shí)：V有效＝nW需/（1－p2％）=nAG/（（1－p1％）（1－p2％））式中：p2％ － 水庫(kù)滲漏、蒸發(fā)損失百分?jǐn)?shù)，小型水庫(kù)可按10％考慮； n － 庫(kù)容調(diào)節(jié)系數(shù)。 庫(kù)容調(diào)節(jié)系數(shù)是考慮到水是一面來(lái)一面用，邊蓄邊用，由水庫(kù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此水庫(kù)沒(méi)有必要修得和來(lái)水（或用水）一樣大，而要打一個(gè)折扣，這個(gè)折扣叫庫(kù)容調(diào)節(jié)系數(shù)。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，n＝0.3～0.7。當(dāng)用水量小于來(lái)水量時(shí)，一般應(yīng)按用水量確定庫(kù)容，但同時(shí)也應(yīng)考慮將來(lái)擴(kuò)大灌溉面積，可以適當(dāng)多蓄些水。當(dāng)來(lái)水量小于用水量時(shí)，按來(lái)水量設(shè)計(jì)，再根據(jù)來(lái)水規(guī)劃灌溉面積。2.3 滯洪庫(kù)容的確定為了保證攔水壩工程安全，必須修建溢洪道。溢洪道不可能修得很大，也不可能來(lái)多少洪水就排泄多少洪水，這在經(jīng)濟(jì)上是極不合理的。所以，在攔水壩建設(shè)中，必須有一個(gè)滯洪庫(kù)容，用以滯蓄由溢洪道暫時(shí)排泄不走的洪水，為此，需要進(jìn)行調(diào)洪演算。調(diào)洪演算的任務(wù)是：根據(jù)設(shè)計(jì)洪水的大小，確定防洪建筑物的規(guī)模和尺寸，確定滯洪庫(kù)容和相應(yīng)的壩高。2.3.1設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)洪水包括設(shè)計(jì)洪峰流量、設(shè)計(jì)洪水總量和設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線三個(gè)項(xiàng)目。對(duì)于小型水庫(kù)建設(shè)，其設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為十年一遇。設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算小型水庫(kù)集水面積較小，實(shí)測(cè)資料短缺，所以通常遇到的是無(wú)資料情況下的洪水計(jì)算。無(wú)資料地區(qū)設(shè)計(jì)洪峰流量主要應(yīng)依據(jù)洪水調(diào)查，但尚需采用其它方法綜合分析，最后確定。根據(jù)調(diào)查洪水設(shè)計(jì)洪峰流量調(diào)查時(shí)應(yīng)在建壩地方或附近的上下游河段進(jìn)行。調(diào)查河段應(yīng)選擇在河道比較順直、穩(wěn)定及無(wú)較大支流匯入的地方，以免影響調(diào)查洪水的準(zhǔn)確性。通過(guò)調(diào)查，測(cè)出洪水痕跡處的縱橫斷面及洪水痕跡高度。按明渠均勻流公式估算歷史洪水流量。用合理化公式推算洪峰流量合理化公式：Qp=0.278CIpF式中 Qp－頻率為p的洪峰流量，m3/s;Ip－頻率為p的暴雨強(qiáng)度，mm/h;F－集水面積，km2;K－徑流系數(shù)，一般為0.5～0.8;0.278－單位換算系數(shù)。暴雨強(qiáng)度Ip的計(jì)算：Ip=Sp/tn式中 Sp －雨力（即t=1小時(shí)的暴雨量）； t －降雨（集流）歷時(shí)（小時(shí)），小面積可根據(jù)開(kāi)始降雨至洪峰到達(dá)的時(shí)間決定； n －暴雨衰減指數(shù)，當(dāng)t≤1小時(shí)，n=0.5～0.6；當(dāng)t>1小時(shí)，n=0.75；集流時(shí)間的確定：t＝0.278L/V式中 L－主流長(zhǎng)度（公里），無(wú)資料時(shí)可按L=1.6F0.6估算;V－洪峰集流的平均速度（米/妙），一般情況下，平原地區(qū)V=1.0米/妙(主河槽坡度10～20‰)；丘陵地區(qū)V=1.5米/妙(主河槽坡度20～40‰)；山區(qū)V=2.0米/妙(主河槽坡度40～100‰)； 雨力的確定：Sp＝Hr/T1-n式中 Hr－歷時(shí)為T的暴雨量2.3.3設(shè)計(jì)洪水總量及洪水過(guò)程線的簡(jiǎn)化估算在中小河流，河槽調(diào)節(jié)作用很小，暴雨產(chǎn)生的洪水多為暴漲暴落，因此可將洪水過(guò)程線簡(jiǎn)化為三角形。洪水總量可由下式求出：Wm＝QmT/2式中 Qm －設(shè)計(jì)最大洪峰流量； T －設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線的全部歷時(shí)，在小河流漲水歷時(shí)等于退水歷時(shí)；2.3.4調(diào)洪演算 （1）當(dāng)水庫(kù)庫(kù)容較小，水庫(kù)蓄水面積與集水面積之比小于1/20，且溢洪水深較小時(shí)，可不考慮水庫(kù)的調(diào)洪作用，溢洪道的設(shè)計(jì)流量即按計(jì)算的設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算。 （2）當(dāng)水庫(kù)較大，水庫(kù)蓄水面積與集水面積之比大于1/20，或溢洪水深較大時(shí)，由于考慮到正常高水位以上，設(shè)計(jì)或校核水位一下的庫(kù)容（稱滯洪庫(kù)容）可以滯蓄一部分洪水，因而溢洪道的設(shè)計(jì)流量可按消減后的洪峰流量計(jì)算。 消減后的洪峰流量Q設(shè)可用下式計(jì)算：Q設(shè)＝Qm（1－Vm/Wm）式中 Q設(shè) －調(diào)洪后的洪峰流量，即溢洪道的設(shè)計(jì)流量； Qm －設(shè)計(jì)或校核情況下的洪峰流量； Vm－正常高水位與設(shè)計(jì)洪水位之間的庫(kù)容，可由水位與庫(kù)容關(guān)系曲線上查得； Wm －設(shè)計(jì)或校核情況下的一次洪水總量。3土壩樞紐工程設(shè)計(jì)3.1土壩設(shè)計(jì)3.1.1土壩斷面尺寸的擬定(1)壩頂高程的確定H=H死＋H有效＋H1＋H2式中： H－壩體總高（m）； H死－死庫(kù)容水深；H正常－有效庫(kù)容水深；H1－溢洪水深（m），即漲洪時(shí)溢洪道上過(guò)水的最大深度；H2－安全超高，小型水庫(kù)可按0.5米計(jì)算。小型土壩壩高要求為3～5米。(2)壩頂寬度的確定對(duì)于小型攔水土壩，壩頂寬度一般為2～3米；若壩頂兼作路時(shí)，應(yīng)適當(dāng)加寬。(3)壩坡的確定上游壩坡1:2.5，下游壩坡1:2。3.1.2土壩的防滲處理土壩是擋水建筑物，應(yīng)具有足夠的不透水性；否則，應(yīng)采取防滲措施。（1）塑性心墻塑性心墻用粘土或粘壤土填筑，其頂寬不小于0.8～1.0米，向下逐漸加厚，邊坡5:1～10:1。心墻必須填筑在不透水層或巖石基礎(chǔ)上，嵌入深度不小于0.5～0.8米。（2）剛性心墻剛性心墻用漿砌塊石、混凝土或鋼筋混凝土做成。（3）塑性斜墻塑性斜墻亦由透水性小的粘土或粘壤土填筑，斜墻頂部厚度不得小于1.0米，底部厚度不得小于2.0米。3.1.3護(hù)坡與排水(1)土壩護(hù)坡由于水庫(kù)蓄水面積很大，壩的迎水坡受風(fēng)浪沖刷有被掏空的危險(xiǎn)，故對(duì)10米以上的土壩均需加以保護(hù)。在石料多的地區(qū)可采用塊石護(hù)坡，塊石直徑以不小于30厘米為宜，單層鋪砌，其下鋪設(shè)一層厚15～20厘米的碎石及厚10～20厘米的粗沙。（2）排水設(shè)備排水設(shè)備式樣很多，常用的有棱柱排水體、斜臥式排水體（表面排水體）、墊式排水體、組合式排水體等。3.1.4土壩壩基防滲（1）截水槽當(dāng)透水層不太深，可做截水槽。即在透水壩基上開(kāi)挖梯形斷面的槽直達(dá)不透水層以下至少0.5米處，槽內(nèi)回填不透水土料。截水槽的底寬一般不小于2.0～3.0米，其坡度不陡于1:1。（2）鋪蓋當(dāng)透水層比較深時(shí)，可在壩上游作不透水鋪蓋與壩身相聯(lián)，以延長(zhǎng)滲徑、減小滲流。鋪蓋用粘土或粘壤土等透水性小的土料筑成，其厚度一般在鋪蓋上游端不小于0.5米。3.2放水工程設(shè)計(jì)3.2.1放水流量的確定 放水流量是設(shè)計(jì)放水工程斷面尺寸的依據(jù)，其大小應(yīng)根據(jù)下游灌溉、施工導(dǎo)流、排沙以及瀉空水庫(kù)等所需要的流量來(lái)確定。3.2.2臥管式放水工程設(shè)計(jì)（略）3.2.3深孔式放水工程（略）3.2.4塔式放水工程（略）3.3溢洪道設(shè)計(jì)在攔水土壩建設(shè)中，溢洪道設(shè)計(jì)多采用溢流堰式溢洪道。這種溢洪道通常由進(jìn)口段、陡坡段和出口段組成。進(jìn)口段由引水渠、進(jìn)口漸變段和溢流堰組成。溢流堰的斷面為矩形，堰頂寬B可用寬頂堰公式計(jì)算。B=Q/(MH1.50)寬頂堰堰頂水平長(zhǎng)度，一般多采用3～8倍的溢洪水深。陡坡水面曲線計(jì)算在已知陡坡的坡度、寬度和邊坡之后，可參考水力學(xué)中明渠非均勻流的計(jì)算方法，計(jì)算陡坡中各個(gè)控制斷面處的流速和水深（即降落曲線），以便確定邊墻的高度。出口段由消能設(shè)備和尾水渠組成。消能設(shè)備視地形條件，可采用底流式消能（即修建消力池）或跳流式消能。4工程施工4.1施工準(zhǔn)備施工場(chǎng)地準(zhǔn)備。包括選好土、石料場(chǎng)，確定運(yùn)送土、石路線，修筑交通道路，修建堆放物資的臨時(shí)倉(cāng)庫(kù)等。施工定線。根據(jù)規(guī)劃、設(shè)計(jì)圖紙，將土壩、溢洪道等建筑物的位置，用測(cè)量工具逐項(xiàng)落實(shí)到地面，并用打樁等方法予以確定。4.2清基包括土壩、溢洪道位置范圍內(nèi)的壩基與岸坡。土質(zhì)溝床清基。要求將浮土、雜物等全部清除。清除深度一般要求30cm以上。沿壩軸線位置開(kāi)挖結(jié)合槽，梯形斷面底寬0.5～1.0m，深0.5～1.0m，邊坡1:1?；靥罹|(zhì)土，按夯實(shí)標(biāo)準(zhǔn)壓實(shí)。削坡要求。土質(zhì)岸坡不陡于1:1.0。4.3土壩施工取土要求：做到高土高用，低土低用；運(yùn)土道路應(yīng)布置成循環(huán)形式，往來(lái)路線分開(kāi)；土壤含水量應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，含水量較低的料場(chǎng)，應(yīng)提前灑水；土壤粘粒含量20～30％的砂質(zhì)或粉質(zhì)壤土為宜。鋪土要求：填筑的土料要求均質(zhì)，不含腐殖質(zhì)土、石塊、大土塊、草根、樹(shù)枝等其他雜質(zhì)。土料含水量要求在15％～18％，一般不低于14％。鋪土應(yīng)平行于壩軸方向呈條形延伸；條形間橫向接縫應(yīng)錯(cuò)開(kāi)，厚度應(yīng)均勻，寬度應(yīng)一次鋪夠，避免接縫。人工夯實(shí)鋪土厚應(yīng)不超過(guò)20cm為宜（夯實(shí)為12～14cm即可）；羊角碾碾壓鋪土厚度可達(dá)25～30cm。壓實(shí)要求：壩體壓實(shí)應(yīng)根據(jù)土料性質(zhì)、含水量和壓實(shí)工具事先進(jìn)行試驗(yàn)，確定鋪土厚度與夯碾次數(shù)。干容重標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，一般不低于1.55t/m3，在施工期間，每壓實(shí)一層均需取樣測(cè)定干容重和含水量。使用機(jī)械碾壓，兩次錯(cuò)車碾跡應(yīng)重疊10～15cm，沿壩軸方向進(jìn)行。人工夯實(shí)使用夯具重量要求40～50kg；采用梅花套打法，夯跡應(yīng)重合1/3。土壩整坡：施工期間，每夯壓升高一層，應(yīng)按設(shè)計(jì)坡比隨時(shí)進(jìn)行整坡，要求整個(gè)壩坡均勻一致。4.4溢洪道施工溢洪道過(guò)水?dāng)嗝姹仨毎丛O(shè)計(jì)的寬度、深度、邊坡施工，同時(shí)要嚴(yán)格掌握溢洪道底高程，不能超高或降低。土質(zhì)山坡開(kāi)挖溢洪道時(shí)，過(guò)水?dāng)嗝孢吰虏恍∮?:1.5，過(guò)水?dāng)嗝嬉陨仙狡虏恍∮?:1.0。在斷面變坡處要留一平臺(tái)，寬1.0m左右。溢洪道上部的山坡應(yīng)挖排水溝，以保證安全。漿砌料石施工。在溢洪道施工中，應(yīng)根據(jù)具體情況做好漿砌料石施工。基礎(chǔ)處理：岸坡開(kāi)挖，清除表面的覆蓋物，并使利用的基巖面平整，坡度要符合設(shè)計(jì)要求。土質(zhì)基礎(chǔ)不座漿，巖石基礎(chǔ)應(yīng)清基后座漿。石料與砂漿準(zhǔn)備：料石尺寸應(yīng)基本一致，長(zhǎng)50～60cm，寬30～40cm。漿砌前應(yīng)將砌石表面的泥污、水銹等洗刷干凈。砂漿配置必須按設(shè)計(jì)的配合比調(diào)和稠度應(yīng)適中，過(guò)干不易搗實(shí)，過(guò)稀降低質(zhì)量。砌石要求：鑲面石要一頂一順間隔排列，上下層鑲面石的豎縫應(yīng)錯(cuò)開(kāi)8cm以上；腹石應(yīng)錯(cuò)開(kāi)石塊長(zhǎng)度的1/3～1/2；砌石縫寬與石料形狀有關(guān)，粗料石為1.5～2.0cm，塊石為3cm，片石為4cm左右。砌筑方法應(yīng)用擠漿法，先在基礎(chǔ)表面鋪一層厚3cm的砂漿，將石料放在砂漿上，用腳踩或錘擊，使之緊密結(jié)合，然后給豎縫灌砂漿，至縫深2/3后，向縫內(nèi)擠片石，并用鐵錘搗實(shí)，使砂漿與石塊緊密結(jié)合。5工程管理5.1土壩的維修養(yǎng)護(hù)嚴(yán)禁在壩體