土石坝设计规范与堤防设计规范易混淆点对比分析

土石坝设计规范与堤防设计规范易混淆点对比分析

霍显威  李伶俐  倪梦

（荆门市水利勘察设计院 湖北荆门 448000）

摘要：土石坝和堤防设计是我们水利设计人员经常会遇到的，它们都需要进行土料填筑设计、坝（堤）顶部高程计算、稳定渗流计算等。但计算方法和内容在不同规范中给出了不用的要求。本文主要针对规范中易混淆点进行对比分析。

关键词：土石坝；堤防；稳定渗流；填筑要求

1 引言

小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范（SL189-2013）、碾压式土石坝设计规范（SL274-2020）、堤防工程设计规范（GB50286-2013）（以下简称小型土石坝规范、土石坝规范、堤防规范）是我们设计人员经常会用到的规范。其中土石坝规范适用于1级、2级、3级和3级以下坝高大于30m的碾压式土石坝的设计；小型土石坝规范适用于4级、5级，且坝高小于30m的碾压式土石坝设计；堤防规范适用于新建、加固、扩建、改建堤防工程的设计。这三本规范在土料填筑、坝（堤）顶高程计算、稳定渗流等方面都有很多相似点，但是规范要求不尽相同，也是我们设计人员容易混淆的地方。本文章通过对比3本规范，找出他们的不同点。

2术语区别

土石坝和堤防均有坡面，排水沟，平台。但3个规范对其有不同的定义。

对坝（堤）坡的定义小型土石坝规范和土石坝规范是上游坝坡、下游坝坡；堤防规范的定义为背水侧坡、临水侧坡（工程上也习惯称内坡、外坡）。

对排水沟的定义小型土石坝规范是纵向排水沟、横向排水沟，土石坝规范是纵向排水沟，竖向排水沟（注意此处和小型土石坝规范的定义是有区别的）；堤防规范的定义是平行堤轴线的排水沟，竖向排水沟。

对于坡面平台的定义两个土石坝规范均为马道；堤防规范的定义为戗台。

3填筑要求

3.1填筑土料

小型土石坝规范对土料的渗透系数要求是均质坝不大于1×10-4cm/s，心墙和斜墙不大于1×10 -5cm/s。易溶盐和中溶盐的含量按质量计不大于5%。有机质均质坝不大于5%，心墙和斜墙不大于2%；土石坝规范和其要求基本一致，但易溶盐和中溶盐的含量调整为不大于3%。

堤防规范并未要求渗透系数，要求黏粒含量为10%~35%、塑性指数为7~20的黏性土，与最优含水率的允许偏差为土3%；堤后盖重宜选用砂性土。

3.2压实度指标

小型土石坝规范要求是黏性土压实度应为95%~97%，填土的含水量应按最优含水量控制，允许偏差为士3%；砂料和砂砾料：相对密度不应低于0.70，对于设计地震烈度为8度、9度的地区，相对密度不应低于0.75；堆石料：孔隙率应为20%~28%。

土石坝规范要求是黏性土1级坝、2级坝和3级以下高坝的压实度不应低于98%；3级中坝、低坝及3级以下中坝压实度不应低于96%；砂砾石的相对密度不应低于0.75，砂的相对密度不应低于0.70，反滤料宜为0.70。砂砾料中粗粒料含量小于50%时，应保证粒径小于5mm的细料的相对密度也符合上述要求；土质防渗体分区坝和沥青混凝土心墙坝的堆石料，孔隙率宜为19% ~26%。

堤防规范要求是黏性土1级堤防不应小于0.95；2级和堤身高度不低于6m的3级堤防不应小于0.93；堤身高度低于6m的3级及3级以下堤防不应小于0.91；无黏性土1级、2级和堤身高度不低于6m的3级堤防不应小于0.65,堤身高度低于6m的3级及3级以下堤防不应小于0.60。

4坝（堤）顶高程计算

4.1坝（堤）顶高程

小型土石坝规范对于坝顶超高计算采用R+A，不考虑最大风雍高度，仅列莆田公式。

土石坝规范采用R+e+A，可采用莆田公式、鹤地水库公式、官厅水库公式。

堤防规范采用R+e+A，采用类似莆田公式的计算方法，爬高累积频率采用2%（土石坝规范为1%和5%）；折减系数β的计算也和土石坝规范不一样。（以上公式中R为波浪爬高，e为风雍水面高度，A为安全加高）。

4.2有防浪墙时对坝（堤）顶部高程的要求

在有防浪墙时，小型土石坝规范和土石坝规范均要求坝顶在正常运用条件下高出水位0.5m，在非常运用条件下不低于静水位；堤防规范要求堤顶高出设计水位0.5m。

5渗流计算

5.1计算工况

小型土石坝规范和土石坝规范计算工况有①上游正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位与相应下游水位工况，②上游库水位降落工况。

堤防规范计算工况有①临水侧为设计洪水位,背水侧为相应水位。②临水侧为设计洪水位，背水侧为低水位或无水③洪水降落时对临水侧堤坡稳定最不利的情况。

5.2计算内容

小型土石坝规范主要计算内容有浸润线，等势线图或流网图，渗流量，渗透比降和出逸比降，渗透稳定性。

土石坝规范主要计算内容有浸润线，出逸点的位置，等势线分布图或流网图，渗流量，渗透比降，出逸比降，水位降落时上游坝坡内的浸润线位置或孔隙压力等。

堤防规范计算内容包含渗流场内的水头、压力、比降、渗流量，浸润线，出逸点的位置、出逸比降，渗透系数较大时，还应计算渗流量，计算水位降落时临水侧堤内的自由水位。

6稳定计算

6.1计算工况

小型土石坝规范计算工况包括施工期（包括竣工期）的上、下游坝坡；稳定渗流期的下游坝坡；水库水位降落期的上游坝坡；正常运用遇地震的上、下游坝坡。

土石坝规范计算工况包括施工期的临时填筑坡和上游、下游坝坡；稳定渗流期的上游、下游坝坡；水库水位降落期间的上游坝坡；正常运用条件下遇地震的上游、下游坝坡。

堤防规范的计算工况包括设计洪水位下的稳定渗流期或不稳定渗流期的背水侧堤坡;设计洪水位骤降期的临水侧堤坡（为正常运用条件，土石坝此为非常运用条件）；施工期的临水、背水侧堤坡，多年平均水位时遭遇地震；其他稀遇荷载的临水、背水侧堤坡。

6.2计算方法

小型土石坝规范均质坝、心墙坝和厚斜墙坝可采用瑞典圆弧法或简化毕肖普法；薄斜墙坝、薄心墙坝、坝基有软土夹层的坝体可采用滑楔法。对于圆弧滑动法，可采用瑞典圆弧法或简化毕肖普法计算。

土石坝规范均质坝、厚斜墙坝和厚心墙坝可采用简化毕肖普等圆弧类方法。土质防渗体薄斜墙坝、薄心墙坝和坝基内有软弱夹层或软弱带等采用摩根斯顿-普赖斯等非圆弧类方法计算。

堤防规范土堤抗滑稳定计算可采用瑞典圆弧法或简化毕肖普法。当堤基存在较薄软弱土层时宜采用改良圆弧法。

6.3应力采用

小型土石坝规范采用有效应力法。对于黏性土填筑的坝体在施工期、水位降落期可采用总应力法。

土石坝规范采用有效应力法；黏性土施工期，水位降落期同时宜采用总应力公式计算，对于施工期和库水位降落期，应采用有效应力抗剪强度指标和总应力抗剪强度指标计算安全系数的较小值。

堤防规范稳定渗流期应采用有效应力法施工期可采用总应力法，外水位降落期可同时采用有效应力法和总应力法，并应以较小的安全系数为准。

7 结束语

本文对水利设计的3本常用规范在土料填筑、坝（堤）顶高程计算、稳定渗流等方面进行了对比分析。例如在我们设计时候容易把堤防坡面的平台称为马道，但堤防规范对其定义为戗台；例如我们容易把坝（堤）顶部高程计算均采用莆田公式，但不同规范对公式的选取是不同的，即使采用同一公式其折减系数、累积频率等选取也并不相同。希望通过分析，找出不同点，对我们以后得设计工作有所启示。

参考文献

[1] 白振南 黄明岩 塔娜. 中小型水库土石坝设计规范浅析.水利科技与经济,2011,6

[2] 杨西林 张忠东 谈SL274—2001《碾压式土石坝设计规范》存在的几个问题.水利规划与设计,2012.6