SL189-2013小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范-(高清无水印).pdf
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1、ICS 93.160 p 55 SL 中华人民共和国水利行业标准SL 189-2013 替代SL189-96 小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范Design code for rolled earth-rockfill dams in small size water resources and hydroelectric engineering 2013-12-11发布2014-03-11实施发布前言根据水利部水利行业标准制修订计划,按照水利技术标准编写规定(SL1-2002)的要求,对小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则(SL189 96)进行修订。本标准对原导则的八个章节保留并逐章补充
2、、修订;同时,根据SL1-2002的规定、结合近年来我国己建水库工程进行扩建加高和加固的现实需要,新增加了“术语、符号”、“坝体加高与加固”两个章节。本标准共10章和1个附录,主要技术内容有:编制目的和适用范围;一一坝址选择、枢纽布置、坝型选择应遵循的原则;一一筑坝材料的选择原则及填筑标准;一一坝体结构设计、基础处理的工作内容、原则及要求;坝体设计中的计算内容、方法及要求;一一坝体加高、加固的原则、方法与要求;一增加附录,对波浪及护坡的计算等做了规定。本标准中的强制性条文有:8.2.3条。以黑体字标示,必须严格执行。本标准所替代标准的历次版本为:一一SL189 96 本标准批准部门:中华人民共
3、和国水利部本标准主持机构:水利部水利水电规划设计总院本标准解释单位:水利部水利水电规划设计总院本标准主编单位:中水北方勘测设计研究有限责任公司本标准出版、发行单位:中国水利水电出版社本标准主要起草人:席燕林包日新王浩时铁城池建军蒋志勇王永生李新锺于海江时长波刘洪启林德金本标准审查会议负责人:马毓淦本标准体例格式审查人:牟广墨目次1 总则12 术语、符号32.1 术语32.2 符号53 坝址选择及枢纽布置73.1 坝址选择73.2 枢纽布置74 坝型选择95 筑坝材料及填筑标准105 1 筑坝材料10 5.2 填筑标准12 6 坝体结构u6.1 坝体分区14 6.2 坝顶超高14 6.3 坝顶构
4、造15 6.4 坝坡156.5 防渗体16 6.6 反滤层及过渡层176.7 坝体排水18 6.8 护坡206.9 坝面排水21 6.10 坝体与地基、岸坡及其他建筑物的连接216.11 过水土石坝227 坝基处理M7 1 一般要求24 7.2 砂砾石地基处理24FO勺tiRUQdQU1ind户UFDEd巧tQdnQd9qu?“9“。,u?uqunJndndqdqdnJA吐4理uu算理处十、TV处u基眼阻叫一M阳计倾土基黄基算算算算别高固峨山以卜化地性地十计计计司加加视拮昨户口液土陷石肘流定降际体体监波说易软湿岩刊渗稳沉HM坝坝全词明3456U123肘12安A用说汇汇11二。也士,队队录准文8
5、9四附标条1总则1.0.1 为规范小型水利水电工程碾压式土石坝设计,满足工程安全、经济合理和技术先进的要求,制定本标准。1.o.2 本标准适用于4级、5级,且坝高小于30m的碾压式土石坝设计。川.3 土石坝的去浆帷幕、截水运用并发1.0.7 本标准引用标准主要有下列标fl:!:.:中国地震动参数区划图(GB18306)含混凝土防渗墙、灌轴线部位的建基面计组合情况下,应满证工程长期安全百中小型水利水电勘探试验工作。象调查,水文分析水文图集和水文手册时应调查库区的历史水利水电工程地质勘察规范CGB50487)中小型水利水电工程地质勘察规范CSL55)土石坝安全监测技术规范CSL551)。rj(工建
6、筑物水泥灌浆施工技术规范CSL62)水工建筑物抗震设计规范CSL203)水利水电工程土工合成材料应用技术规范CSL/T225)1。昆凝土面板堆石坝设计规范CSL228)水利水电工程等级划分及洪水标准CSL252)碾压式土石坝设计规范CSL274)土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范CSL501)1.0.8 小型水利水电工程碾压式土石坝设计除应符合本标准规定外,尚应符合国家现行有关标准的规定。2 2 术语、符号2.1术语2.1.1 碾压式土石坝rolled earth-rockfill dam 将土石料分层填筑并碾压而成的坝。2.1.2 均质土坝homog巳neousearth dam 坝体断面不
7、分防渗体和坝壳,绝大部分由一种土料组成的坝。2.1.3 土质材料防渗体分区坝soil impervious zoned earth dam 坝体断面由土质材料防渗体及若干透水性不同的土石料分区构成,可分为心墙坝、斜心墙坝、斜墙坝,以及其他形式的土质材料防渗体分区坝。2.1.4 非土质材料防渗体坝non soil impervious zoned earth dam 防渗体由混凝土、沥青混凝土或土工膜等构成,其他部分由土石料构成的坝。防渗体在上游面的称为面板坝,在坝体中央的称为心墙坝。2.1.5 过水土石坝overflow earth-rockfill dam 坝顶及下游坝坡设抗冲刷的护面,允许
8、经坝顶及下游坝面过水的土石坝。2.1.6 元教性土cohesionless soil 粒径小于0.005mm的蒙古粒含量(质量不大于3%,塑性指数不大于3,颗粒间不具有蒙古结力的土。2.1.7 砾石土gravelly soil 含有碎石、砾、砂、粉粒、辈占粒等组成的宽级配土。有冰磺的、风化的和开挖的风化岩石或软岩经碾压后形成的及人工掺合的各种砾石土。2.1.8 膨胀土expansive soil 3 富含亲水矿物并具有明显吸水膨胀与失水收缩特性的高塑性勃土。2.1.9 分散性黠土dispersive clay 遇水尤其是遇纯水容易分散,铀离子含量较高,大多为中、低塑性的黠土。2.1.10 软薪
9、土soft clay 天然含水率大,呈软塑到流塑状态,具有抗剪强度低,压缩性大,透水性小,灵敏度高的黠土。宜采用队下标准评定:液性指数h二三o.75;无侧限抗压强度qu运与OkF乍;标准贯入击数石灰岩或其他溶岩经风化后形成的富粉土或茹土。2.1.14 不连续级配土gap graded soil 由于土中缺乏某一范围的粒径而使粒径分布曲线上出现台阶的土。2.1.15 喀斯特(岩溶)karst 可溶性岩层被水长期溶蚀而形成的各种地质现象。2.1.16 硬岩hard rock 饱和无侧限抗压强度不小于30MPa的岩石。4 2.1.17 软岩weak rock 饱和无侧限抗压强度小于30MPa的岩石。
10、2.1.18 流土soil flow 在渗流作用下,局部土体表面隆起、顶穿或粗细颗粒同时浮动而流失的现象。2.1.19 管涌piping 土体中的细颗粒在渗流作用下从骨架孔隙通道流失的现象。2.1.20 接触冲刷erosion on contact surface 渗流沿着不同渗透系数的土层接颗粒的现象。Cu 土体的不均匀系数;Cu、弘一一直接快剪强度指标(或三轴不排水剪总强度指标hJ、正一一直接慢剪强度指标(或三轴排水剪有效强度指标);Ccu、cu直接固结快剪强度指标(或三轴固结不排水剪强度指标);Dis一一保护料的粒径,小于该粒径的土重占总土重的15%;D,无结性土的相对密度;dss、d1
11、5一一被保护土的粒径,小于该粒径的土重占总土重的5 6 85%、15%;e一一孔隙比;h一一土的液性指数;Jp 土的塑性指数;J一渗透比降;h一一渗透系数;N川标准贯入击数;n一一土的孔隙率(或堆石体的孔隙率hR一一波浪沿着坝坡的最大爬高;s,一一总沉降量;P一一粒径d二三5mm的砾石含量;Y一一坝顶在静水位以上的超高;u一一孔隙水压力;Yd一一干密度;Ll,粒径d5mm的砾石密度;一一法向总应力;一一法向有效应力;:一一库水位降落前的法向有效应力;一一土体的抗剪强度;Wcp一一砾石土最优含水量。3 坝址选择及枢纽布置3.1坝址选择3.1.1 坝址选择应综合考虑地形、地质、建筑材料、枢纽布置及
12、上、下游情况等,经方案比较后确定。3.1.2 坝址宜选择在地质构造简单的岩基、厚度不大的砂砾石地基或密实的土基上。3.1.3 坝址不宜选在深厚的强透水砂砾石层、岩溶发育地区、严重风化破碎的岩层、活动性断层带以及软基上,如不能避开,应采取处理措施。3.1.4选择坝址时,应考虑水库蓄水后,不会在库区产生大规模胡塌、滑坡。在丘陵和平原地区,应避免浸没面积过大。3.1.5 坝址区的地震动参数应按中国地震动参数区划图CGB 18306)的规定确定。地震基本烈度为VI度及VI度以上的地区,建筑物应根据SL203的有关规定采取抗震措施。3.2枢纽布置3.2.1 土石坝枢纽一般由拦河坝、溢洪道、输水洞和水电站
13、等组成,可结合输水洞设置泄洪洞。枢纽布置应力求紧凑,满足功能要求,节省工程量,并方便施工和运行管理。3.2.2 坝轴线和坝型应根据地形地质条件,结合枢纽总体布置等因素确定。坝轴线宜选用直线,如需转折,在转折处宜布置成曲线。坝轴线两端的岸坡要有足够的高度和厚度,两岸坝肩宜选择较缓岸坡。3.2.3 泄水建筑物应能满足设计规定的运用条件和要求。泄洪能力应满足宣泄设计洪水、校核洪水的要求,以及排沙、排漂和排冰的要求。7 3.2.4 泄水建筑物的布置形式,应根据地形、地质条件和泄洪规模、水头大小和防沙要求等综合比较后选定,宜优先布置开敞式溢洪道。3.2.5 溢洪道宜修建在天然埋口上。如无天然埋口,溢洪道
14、可布置在靠近坝肩处。溢洪道进口附近坝坡应采取可靠的防护措施,出口应采取可靠的消能措施,消能后的水流不应淘刷坝脚和岸坡。确无上述布置条件时,经论证可采用坝面泄流。3.2.6 溢洪道宜布置成直线。如设置弯道,宜设在进水渠段和3.2.9 泄洪洞应根据地形、地埋管。3.2.11 直线。3.2.12 坝下埋管宜采用明流。管身尺寸1!-*4据水力计算确定,并兼顾检查和维修的要求。3.2.13 坝下埋管为明流时,应采用钢筋混凝土结构。如为压力流,应采用铜管或钢筋混凝土管。坝下埋管沿线应采取防止产生接触渗流破坏的构造措施。8 4坝型选择4.0.1 小型碾压式土石坝可采用均质土坝、土质材料防渗体分区坝、非土质材
15、料防渗体坝等型式。4.0.2 坝型选择应综合考虑下列因素,经技术经济比较后确定:1 坝址区河势地形、坝址基岩性质、覆盖层特征及地震烈度等条件。条件。4.o.3 土坝。4.0.4 水建筑物的连接。、气象条件、施工4.0.6 当坝址没有适宜的地形地质条件布置岸边溢洪道时,经技术经济比较后可采用过水土石坝。4.0.7 根据地质、地形及料场的具体条件,土石坝可分段采用不同坝型,但在坝型变化处应设置渐变段。9 5 筑坝材料及填筑标准5.1筑坝材料5.1.1 对筑坝材料应进行调查和土工试验,查明坝址附近各种天然土石料以及开挖料的性质、储量、开采条件和运距。5.1.2 筑坝土石料选择应遵循下列原则:1 填筑
16、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,并具有长期稳定性。2 就地、就近取材,优先使用坝址附近的天然材料和开挖料,少占或不占农田。3 便于开采、运输和压实。5.1.3 干硬性黠土、膨胀土、分散性土、软薪土等不宜直接筑坝。5.1.4 土质材料防渗体可用结性土、砾石土(含岩石风化料)填筑。防渗土料中水溶盐(指易溶盐和中溶盐,按质量计)含量不大于5%;有机质含量(按质量计):均质坝不大于5%,心墙坝、斜墙坝不大于2%,超过此规定需进行论证。5.1.5 防渗体宜选用塑性指数I=720的土料填筑,如采用塑性指数较小的土料,应适当加大防渗体厚度,并做好反滤层。土料的含水量宜与最优含水量相近,如
17、相差较大应进行处理。5.1.6 压实后防渗体的渗透系数,均质土坝应不大于110-4cm/s,心墙、斜墙和铺盖应不大于1105 cm/s。5.1.7 用于防渗体的砾石土(含岩石风化料),粒径大于5mm的含量不宜大于50%,粒径小于0.075mm的含量不宜小于15%,最大粒径不宜超过150mm或铺土厚度的2/3,且不应发生粗粒集中架空现象。应通过试验确定砾石土的级配范围。5.1.8 当地缺少天然防渗土料时,可采用黠性土、砂质土和卵砾石,或结性土、卵砾石的掺合料,但应拌和均匀,并符合10 5.1.5条、5.1.6条、5.1.7条的规定。5.1.9 红茹土可用于填筑土石坝的防渗体。5.1.10 膨胀土
18、填筑防渗体时,应设置足够厚的非膨胀土压重保护层。5.1.11 使用黄土类土筑坝,应破坏其原状结构,压实后应不再具有湿陷性。5.1.12 坝壳应满足坝体稳定和排水的要求。宜使用中粗砂、砂砾石、石渣或堆石填筑。5.1.13 均匀的中、细砂及粉砂可用于坝壳干燥区,但地震区不宜采用。5.1.14 软岩可作为坝壳筑坝材料,但应考虑压实后级配变化和浸水后强度及透水性降低的影响。5.1.15 混凝土面板坝、沥青混凝土面板坝的坝体宜使用堆石料或砂砾料填筑,压实后应具有较低的压缩性、较高的抗剪强度和自由排水能力。含泥量(粒径dO.075mm)应小于5%。5.1.16 上游护坡和排水设施宜选用抗压强度较高和耐风化
19、的石料。石料的块径和重量应能满足抗风浪和耐久性的要求。5.1.17 坝的反滤层、垫层和过渡层可使用天然砂砾料、筛选料或岩石轧制料,颗粒级配应能满足反滤排水要求,并具有长期稳定性,含泥量CdO.075mm)应小于5%。5.1.18 在缺乏土质防渗材料的地区,可采用泪凝土、沥青混凝土或土工膜等非土质材料做坝的防渗体。5.1.19 1昆凝土面板堆石坝的面板及趾板应满足防渗性、耐久性和抗冻性的要求。1昆凝土强度等级不宜低于C25W6,宜采用普通硅酸盐水泥。面板可采用300mm的等厚板。5.1.20 沥青混凝土防渗体应满足防渗、抗裂、稳定和耐久性的要求。粗骨料宜采用碱性岩石(石灰岩、白云岩等)轧制的碎石
20、。细骨料可选用天然在!、人工砂。骨料应坚硬、新鲜。粗骨料含泥量不宜大于0.5%,细骨料含泥量不宜大于2%。填料可采用石灰岩粉、白云岩粉或滑石粉等。11 掺合料应根据改善沥青混合料的性质和提高沥青混凝土的物理力学指标等要求,通过试验选定。沥青混凝土的物理力学等性能指标应参照SL501选定。5.1.21 土石坝防渗土工膜和反滤排水土工织物应满足与工程要求相适应的物理力学特性、水力特性和耐久性,依据SL/T225 选定。利用土工织物作为反滤材料,与被保护土的颗粒级配之间应满足反滤准则。5.2.1 1 对于粗料含量小于40%的砾石土,可取细料Cd5mm)部分进行击实试验,确定细料最大干密度和最优含水量
21、,用式(5.2.3 1)和式(5.2.3一2)算出相应于不同粗料含量的砾石土全样最大干密度和最优含水量,乘以压实度,得出砾石土填筑标准。(d)max=pl(5.2.3 1)一.6,(yd)。12 W,p=w。Cl-P)(5.2.3-2)式中(Yd)max一一砾石土最大干密度,g/cm3;小值。P一一粒径d二三5mm的砾石含量,以小数计;ti,粒径d二三5mm的砾石密度,g/cm3;(Yd)。一一粒径d8的被保护土,可取级配曲线中不均匀系数C58的细粒部分的dss、dis作为计算粒径。4 对于级配不连续的被保护土,应取级配曲线平段以下(d=l5mm)粒组的dss、dis作为计算粒径。5 当第一层
22、反滤料采用不均匀系数C58的砂砾石时,砾石(d二三5mm)含量应小于60%,且应取其细料Cd5mm)部分的Dis作为计算粒径。6.6.7 反滤材料可采用土工织物,但应防止淤堵。6.6.8 土石坝的过渡层应具有协调相邻两侧材料变形的功能,混凝土面板堆石坝的垫层和堆石之间,沥青混凝土心墙和坝壳之间均应设置过渡层。土质材料防渗体分区坝是否设过渡层应根据防渗体和坝壳材料特性及反滤层厚度经综合研究确定。6.7坝体排水6.7.1 土石坝应按下列要求设置坝体排水设施:1 能自由排出全部渗水。2 按反滤要求设计。6.7.2 坝体排水设施型式应综合下列因素确定:1 坝型及坝体、坝基材料的性质。2 坝基的工程地质
23、和水文地质条件。3 下游水位。4 排水设施的材料及施工条件。5 坝址区的气候条件。6.7.3 坝体排水可采用下列形式:1 棱体排水。2 贴坡排水。18 3 坝内排水,包括褥垫排水、竖向排水、网状排水等。4 综合排水,由上述型式中的两种或多种综合组成。6.7.4 棱体排水设计应遵守下列规定:1 棱体排水顶部高程应超出下游最高水位不小于0.5mo 2 坝体浸润线与坝面的最小距离大于本地区的冻结深度。3 顶宽满足施工和观测的需要,且不宜小于1.Om。4 棱体排水的内、外坡可根据石料和施工情况确定,内坡可取1:1.0,外坡可取不陡于1:1.5。6.7.5 贴坡排水设计应遵守下列规定:1 顶部高程高出浸
24、润线逸出点,超出高度应使坝体浸润线在冻结深度以下,且不小于1.5m。2 厚度应大于冻结深度。6.7.6 褥垫排水设计应遵守下列规定:1 褥垫排水适用于下游无水的情况。2 在褥垫排水的坝脚处,应设置与之相连通的纵向排水明沟,沟底面应低于褥垫排水的底面,在寒冷地区,排水明沟结冰后,应保证冰层以下有足够的过水断面。3对于均质土坝,褥垫排水可采用中粗砂或砂砾料填筑,砂砾料应满足反滤要求,不应有砾石集中现象,较大的颗粒应剔除,含泥量(dO.075mm)应小于5%,渗透系数应大于坝基和坝体渗透系数的100倍。4 褥垫厚度可按排除2.0倍入渗量确定,易产生不均匀沉降的坝基应适当增加褥垫排水厚度。5 褥垫排水
25、伸入坝体内的长度可为坝底宽度的1/41/3。6 在两岸坝基面应增设横向排水暗沟,暗沟顶面应低于褥垫的底面,分段将褥垫中的渗水汇集并引至坝脚排水沟内。6.7.7 均质土坝坝体内设置竖向排水时宜与褥垫排水的上游端连接。6.7.8 网状排水带中纵横向排水带的尺寸应根据渗流计算确定,其排水能力应不小于人渗量的2.0倍。横向排水带的宽度应大于19 0.5m,间距为2050m,坡度不大于1%。网状排水带计算尺寸过大时,排水带内可设置混凝土排水管,管壁开孔,管径不小于150mm。管内流速为o.2l.Om/s,管身四周应填筑反滤料。6.8护坡6.8.1 坝体表面为土、砂、砂砾石等材料时应设置护坡。6.8.2
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