张家渠淤地坝设计.doc

1基本情况1. 1坝址位置张家渠淤地坝工程位于合同沟下游的一级支沟张家渠内，行政区划为*耳字壕镇所辖,坝址以上流域面积为1.04km2，交通便利，无电力设施。 1.2建坝的目的、意义、作用 该工程主要作用是增大蓄水、拦泥库容，缓洪拦泥淤地，稳定沟床，防治沟壑侵蚀，减轻下游危害的作用，同时保护和有效灌溉下游农田；在工程未达到淤积高程时拦洪蓄水，发展水浇地和水面养殖。 1.3小流域治理现状 张家渠小流域总面积1.04km2，属黄土丘陵沟壑区，多年平均侵蚀模数为8900T/km2a，截止2003年底，坝址以上累计治理措施面积为57.2hm2，占流域面积的55。 1.4小流域治理规划 根据合同沟流域坝系规划报告,确定该小流域坝比以上综合治理面积为31.2hm2，其中：坝地2.55hm2，水地3.1hm2，水保林14.0hm2，人工草11.6hm2。 1.5沟道及坝址地形、地质情况张家渠属合同沟小流域的一级支沟，主沟长约1.4km，沟底比降为3.7%，主沟呈宽浅式，平均沟宽约50m。坝址处沟底宽60m，沟道两岸山坡较陡，坡面及梁顶覆盖第四系风积黄土状砂壤土。厚度在0.1-1.5m，沟底为洪积风积沙壤土，厚度约为1.5-3.0m，下部为侏罗系下统延安组兰灰色、灰绿色砂岩、泥岩夹黄白色砂岩。第三系上新统土红色砂质泥岩，含砾砂岩。岩层产状近于水平。坝址外未发现滑坡、崩塌、泉水、洞穴等对工程不利的物理地质现象，筑坝土料主要为沟底和两岸的风积沙壤土。 1.6水文气象 张家渠小流域属大陆干旱气候,其特点是降雨量少而变率大,保证率低，冷热骤变，大气干燥，风大沙多。由于流域内没有气象台站，根据距工程地点30km2的东胜气象站的观测资料,多年平均降水量为398.9mm,最大年降水量709.7mm（1961年）,最小年降水量198.5mm（1962年）,寒暑变化显著。冬季严寒而漫长,夏季短促而炎热,昼夜温差大，年极端最高气温可达35,而沙面温度常达70左右，年极端最低气温值-29.8,水面蒸发量2239.9mm。 1.7工程规模及设计标准 该工程坝址以上流域面积1.04km2,设计总库容15.42万m3,根据水土保持综合治理技术规范GB16453.1-16453.6-1996中的规定，该工程为中型淤地坝。防洪设计标准按20年一遇设计,50年一遇校核。设计淤积年限10年,坝地保收按10年一遇洪水设计。工程由拦河坝、放水斜卧管、坝下输水涵管组成。 1.8工程主要技术经济指标 1.8.1集水面积：1.04km2。 1.8.2土坝:拦泥坝高4.2m,滞洪坝高2.57m,安全超高1.0m,坝顶宽3.0m，考虑到推土机推土爬坝能力，上下游坡比均取1:2.5，具体尺寸见最大坝体横断图。 1.8.3库容：总库容15.42万m3，防洪库容7.88万m3，淤积库容7.54万m3。 1.8.4放水建筑物:设计流量0.23m3s,加大流量0.29m3/s,卧管断面型式为矩形，宽0.5m，高0.5m，卧管消力池尺寸为：池深0.6m,池宽0.9m，池长4.0m。涵管断面尺寸（圆形）：内径d60cm,外径D76cm,壁厚8cm,涵管比降1:100，涵管长42m。 1.8.5工程效益：淤地面积2.55hm2，拦泥7.54万m3,可保护下游农田5.2hm2，并灌溉3.1hm2。 1.8.6主要工程量及投资 1.8.6.1主要工程量：坝体土方填筑12123m3 ,坝肩修坡300m3，涵卧管基础开挖78.5m3，人工开挖结合槽101m3，钢筋混凝土9.95m3，现浇混凝土31.93m3,浆砌石19.4m3。 1.8.6.2工程造价：总投资14。25万元。2水文水利计算 张家渠淤地坝工程所在流域及相邻流域均无实测水文资料,水文计算的主要依据1977版内蒙古水文手册和内蒙古黄河流域治沟骨干工程细则等资料进行计算。 该工程的运用方式是蓄洪排清，作用是缓洪，拦泥淤地，所以总库容应能拦蓄设计淤积年限内的泥沙总量和一次较核洪水总量，工程的布置形式由土坝和放水斜卧管，坝下涵管组成，不设溢洪道，根据内蒙黄河流域治沟骨干工程细则，由于该工程放水工程泄量较小，不做调洪演算。水文计算只计算设计和校核洪水总量，设计年限内的泥沙总量。洪水计算采用设计频率的年最大24小时暴雨量，应用暴雨径流关系图进行计算。泥沙计算分为悬移质输沙量和推移质输沙量按比例系数法进行计算。 2.1设计频率的年最大24小时暴雨量24及其变差系数s值 多年平均最大24小时暴雨24及其变差系数s值，由内蒙水文手册相应等值线图查得，其值分别为2463mm，v0.76，s3.5v，由皮尔逊曲线模比系数表查得相应设计频率的模比系数p值，用下式计算设计频率的年最大24小时暴雨量24Pp24，由24p值在内蒙古黄河流域治沟骨干工程细则暴雨径流关系图中查得相应的径流hp计算结果见下表泴 水 文 计 算 成 果 表櫷P()3.32.0105P2.83.3381.932.5324p(mm)176.4210.3121.6159.39hp(mm)61.375.836.556.5WP(万m3)6.387.883.85.88 2.2设计频率的24小时洪水总量计算 设计频率的24小时洪水总量用下式进行计算：WP0.1hpF 式中：Wp：频率为p的设计洪水总量（万m3）。 h p：频率为p的24小时暴雨径流深（mm）。 F：工程控制的集水面积（km2）。 0.1：单位换算系数。 计算结果见水文计算成果表。 2.3设计淤积年限内的泥沙总量计算 由内蒙水文手册查得多年平均侵蚀模数8900t/km2a，淤积年限确定为10年，泥沙容重取r1.35T/m3，推移输沙量和悬移质输沙崐量的比例系数0.1。 2.3.1年悬质输沙量WsMF/r89001.041.356856m3。 2.3.2年推移质输沙量Wb=BMF/r=0.189001.041.35=686m3。 2.3.3年总来沙量WsWb7542m3。 2.3.4设计淤积年限的总来沙量L1075427.54万m3 2.4拦泥库容L，拦泥坝高L，淤地面积 拦泥库容应能拦蓄设计淤积年限内的来沙总量.即L7.54m3。 查水位面积曲线得,拦泥坝高L=4.2m,相应淤地面积2.55hm3，淤积高程为108.78m（采用以坝轴线最低点为100.00m的假设高程系统）。2.5防洪库容是按工程在设计淤积高程以上的库容应能拦一次校核洪水总量设计。 即：Z27.88万m3。总库容由拦泥库容和防洪库容两部分组成。 查水位库容曲线得防洪坝高L=2.57m,其相应的校核水位高程为111.35（最高洪水位高程）。 2.6总库容 即：LZ7.547.8815.42万m3。3工程设计3.1土坝设计 3.1.1坝高:总坝高由拦泥坝高L、防洪坝高Z和安全超高H三部分组成，按水土保持治沟骨干工程技术规范SL175-2002要求安全超高1.0m，则设计坝高Lz15.5m，设计坝顶高程为112.35m。 3.1.2坝顶宽：坝顶设有交通要求，顶宽3.0m，坝顶用粘性土料覆盖并加生物护面。 3.1.3坝坡：根据推土机推土上坝的施工要求，上下游坡比均为1:2.5，坝坡采用生物护坡，措施为密植网格状沙柳，格内种草，网格规格为1.51.5m，栽植深度为0.5m，地面高度0.2m，上游护坡范围为淤积高程以上坝高，下游全部坝坡面生物护坡。 3.1.4坝基和岸坡处理：本坝坝基为较为粘重的淤积土，无需清基和开挖结合槽，肩两岸的风化砒砂岩要清除至新鲜砒砂岩面，并将其修整为1:1.5的坡比，同时开挖宽3.0m，深1.0m的结合槽。 3.1.5质量指标：坝体填土根据土料的性质，按最佳含水量进行控制，碾压坝体干容重不小于1.55gcm3。 3.2放水工程设计 3.2.1放水工程设计流量，按3天泄完20年一遇24小时暴雨的洪水总量55.88万m3进行计算。 设58000（864003）0.23m3/s 3.2.2放水孔径计算：分级斜卧管采用平孔进入，每台设一孔，孔口为圆形，上下两台高差0.4m，按同时开启相邻两孔进行设计，其孔径用下式进行计算： 0.68设（H11/2+H21/2）1/20.26m 式中：放水孔直径，m； 设：放水流量（设计流量），m3s； H1、H2：孔上水深，H1、H2分别取0.4m，0.8m。 3.2.3卧管及卧管消力池设计 3.2.3.1加大流量：由于水位变化，放水孔调节运用，卧管内流量会出现大于设计流量的现象，所以在计算卧管和卧管消力池断面时采用比设计流量加大2030的加大流量进行计算，该工程采用加大25进行计算：加1.250.260.29m3/s 3.2.3.2卧管断面尺寸：初步确定宽高=0.450.45m2的矩形断面，斜卧管纵坡I取1:2，用浆砌石砌筑，糙率n=0.025，按水土保持治沟骨干工程技术规范SL-175-2002要求，为简化计算，一般可把设计流量增加2030做为加大流量，水力计算可按明渠均匀流进行计算，经试算当正常水深h00.13m时，QWC(Ri)1/20.29m3/s 根据暂行技术规范D17586要求，矩形卧管其高应为正常水深的3-4倍，取3.5倍，经计算卧管直径取0.45m能够满足水跃高不淹没孔口的要求，为了施工方便，卧管确定为宽高=0.50.5的矩形断面。 3.2.3.3卧管消力池计算 卧管未端设消力池与输水涵管连接；消力池水力计算用以下公式进行： 消力池长k（3-9）h2取k=4h2 消力池深度d01.25（h2-h）为保证产生淹没水跃，还应满足(d0h)/h21.051.1 消力池宽度b0D0.4 h2h02(18aq2/qh03)1/2-1式中：h0第一共轭水深，近似水深，近似采用卧管正常水深h00.13m。 h2第二共轭水深 D 卧管宽度D0.5m h 放水涵管正常水深0.36m Q 加大流量Q加0.29m3/s a 流速不均匀系数取1.1 q 重力加速度 经计算取以下结果： 消力池长度k4.0m 消力池深度d00.6m 消力池宽度b00.9m 3.2.4卧管及消力池结构设计 3.2.4.1卧管 参照内蒙古黄河流域治沟骨干工程细则进行定型设计，卧管采用浆砌石砌筑，预制钢筋混凝土盖板盖顶，基础上每隔m布设一道齿墙，齿墙断面尺寸为长60cm，宽40cm；结构详见卧管结构图。 3.2.4.2卧管消力池 卧管消力池主要受水压力及淤泥压力，该工程采用200现浇混凝土矩形消力池，顶部加盖钢筋混凝土盖板。参照内蒙古自治区水土保持治沟骨干工程技术手册，消力池结构尺寸确定为：消力池净深为130cm，侧墙顶宽为40cm,底宽为55cm，基础厚度为40cm，消力池盖板采用200予制钢筋混凝土板：长为140cm，宽为50cm，厚度为20cm，经结构计算，受力筋选配1010，分布钢筋615。 3.2.4.3卧管放水孔高程设计 为防止放水时卧管内发生真空卧管顶部设内径为30cm气孔，并高出最洪水位0.4m以上,故卧管顶部高程定为111.75m,最低放水孔高程为104.79m。 3.2.5涵管设计 3.2.5.1断面设计：输水涵管采用200#钢筋混凝土予制无压涵管，涵管纵坡i=1:100，取糙率n=0.017，加大流量Q加=0.29m3/s,初步确定涵管内径d0=60cm，管内正常水深按明渠均匀流计算。当正常水深h=0.36m时 WC（Ri）1/20.29m3/s 根据淤地坝工程技术规范LS175-2002要求，正常水深应小于涵管净高的75,经计算本工程h/D0.360.660 75（D为涵管直径），涵管直径取60cm，符合规范要求。 3.2.5.2涵管结构设计涵管按坝下无压管设计，最大坝高7.77m，涵管采用C20钢筋砼结构单向配筋，其结构尺寸为涵管直径为60cm，壁厚8cm，详见涵管结构图。 3.2.5.3涵管基础设计涵管基础为90包角的200现浇混凝土刚性基础，座落在新鲜砒砂岩地基上。管间接缝用200防水砂浆用抹带法连接，为防止沿管壁的集中渗流，管身每隔10m，设置一道截水墙，截水墙高出管身0.4m，厚0.4m，参照水工建筑物刚性座垫厚度t1=2.0（为管壁厚度），t116cm取20cm，涵管基础宽为76cm。3.2.5.4涵洞进出口设计3.2.5.4.1涵管出口与下游沟道水流衔接计算该淤地坝工程采用的坝下涵管为圆形断面，内径60cm，正常水深h=36cm,通过流量加0.29m3/s,出口与陡坡段连接,陡坡段坡比为1:3,下降高度为1.5m。 根据单位重量水体能量平衡方程： phV22g=Vc22g2hc 式中：p为管洞内断面单位重量水体位能； h涵管内断面单位重量水体压能（m）； 和消力池计算公式hc攭0.5hc（1+8q2ghc3）1/21以及公式 S=Q（hc-hs）来计算出口消力池尺寸。 经计算得消力池长3m，宽1m，深0.4m。 3.2.5.4.2结构设计 消力池结构设计: 参照水利水电出版社小型水利水电工程设计图集跌水与陡坡分册,消力池和陡坡段跌差为1.5m时,侧墙高0.8m,顶宽0.3m，侧墙内侧直立，外侧为1:0.3的斜坡，墙底扩大基础外伸0.2m，地板厚0.4m,跌水后与渠道连接末端设一道齿墙，齿墙深1.1m，长2.0m，厚0.4m。用200现浇混凝土浇筑。 挡土墙设计: 涵管出口末端与消力池陡坡段连接部位，垂直与管轴线方向布设一道挡土墙，属于重力式挡土墙，为满足抗滑稳定性条件，取挡土墙尺寸为：侧墙高1.21m，顶宽0.3m，内侧直立，外侧为1:0.3的斜坡，墙底扩大基础外伸0.2m，长2.0m，采用200现浇混凝土。 3.2.5.4.3涵管进出口高程设计 为使水流平顺地泄入下游排洪渠,不致于冲刷,涵管进出口高程相应点的原河床高程基本相同,涵管进口高程为103.89m,出口高程为103.47m。4效益计算依据水利建设项目经济评价规范给定的按影子价格换算的年效益，查表得，内蒙古地区小麦效益4500元hm2，玉米3645元hm2。杂粮1950元hm2。种植比例按小麦、玉米、杂粮为5:4:1，则每亩综合单价为3903元hm2，其中保护耕地效益按50计算，则保护耕地每亩效益为3903501951.5元hm2，治河造地效益按70计算，则治河造地效益为3903702732.1元hm2。4.1增产增收效益4.1.1淤地增产效益 该工程可淤地2.55hm2，坝前没有土地淹没损失，所淤坝地均为新增，年可产值2.55hm22732.1元hm20.7万元。 4.1.2保护耕地效益 该工程建成后可保护下游现耕地5.2hm2，保护地年效益为5.2hm2崐1951.5元hm22.15万元。 4.2拦蓄效益 4.2.1拦泥效益：该坝建成后，拦蓄泥沙7.54万m3，并抬高侵蚀基准面，减轻了沟道侵蚀量。 4.2.2防洪保护效益：洪水以工程的滞蓄调节过程，减轻对下游5.2hm2沟塔地侵害，同时增加了地下水的径流量，为下游利用潜流发展灌溉提供了条件。5施工组织设计 5.1施工组织 由旗水保局和工程所在乡政府共同组成施工领导小组，乡政府负责组织群众集资部分的筹集和劳动积累投入，以及工程施工过程中与地方群众的其它关系的处理和竣工后的管理、养护工作。旗水保局具体组织施工,并负责财务管理,统计报表，质量检查与验收。5.2施工导流及防汛涵洞施工期间利用原河床一侧导流，涵洞建成后可利用涵洞导流，土坝在汛前必须堤筑到防洪渡汛高程，导流渡汛高程为十年一遇洪水总量相应的高程，即导流渡汛高程 m。5.3施工方法 5.3.1坝体：采用推土机推土上坝,并碾压,人工补夯坝面边坡，每层土厚度不超过30cm，碾压后坝体干容重不小于1.55gcm3，横向接缝不小于1:3，填筑相邻坝体前应进行消坡，但相邻两段坝体高差不大于1.0m，确保坝体施工质量。 5.3.2涵卧管：予制件要在予制场统一予制，运输安装过程中切忌碰撞破损，并按设计位置精心安装涵管要由一端顺序向另一端安装,管缝宽度为10mm，管缝间填满砂浆，捣固密实并抹宽12cm，厚20cm防水砂浆，安装完后要检查有无漏水部位，确认无漏水部位方可回填，回填时由两侧逐层用人工回填历实，干容重不于1.55gcm3，以免管身发生位移，并防止涵管管身的集中渗流，其它施工，严格按暂行技术规范操作。 5.4施工进度 工程批准后，于二四年五月一日开工，二四年六月二十日竣工。6工程管理运用 工程竣工验收后由工程所在乡政府组织受益群众管理运用。要严格按照黄河上中游治沟骨干工程建设和管理细则中骨干坝的管护与利用的要求和工程设计的运用方式进行工程的管理、维护和使用，确保工程安全运用和长期发挥效益。日常管理运用过程中要注意以下几点： （1）放水工程必须按照设计的运用方式进行，为保证坝下涵管放水为明渠均匀流，平时放水孔口要封闭，放水时从水面开始依次开启两孔，不得随意多开； （2）工程要经常检查有无异常现象，土坝要经常维修雨水冲沟和风蚀造成的破坏； （3）汛期要建立防汛值班制度，值班人员应在现场观察建筑物有无异常现象，一经发现要及时处理并申报主管部门； （4）严禁有危害工程设施安全的行为发生，一经发现应及时申报，按有关法令惩处。 7.工程概算 7.1编制依据水利部水总200367号文颁发的水土保持工程概（估）算编制规定和定额国家物价局、建设部1992价费字479号颁发的工程建设监理费有关规定国家计委、建设部、计价科200210号文颁发的工程勘测设计费收费管理规定国家计委、计司收费函19962号，关于水利建设工程质量监督收费标准及有关问题的复函水土保持工程概算定额最新水土保持工程概（估）算定额与编制规定及规范实施手册（水总