xx河粗泥沙集中来源区拦沙工程一期项目可行性研究xx河上游右岸片拐沟中型拦沙坝典型工程设计报告

XX粗泥沙集中来源区拦沙工程一期项目可行性研究XX河上游右岸片拐沟中型拦沙坝典型工程设计报告XX上中游管理局西安规划设计研究院XX会XX水土保持科学试验站二一二年二月拐沟中型拦沙坝工程特性表水系XX河型式矩形建设地点XX县总长度（M）50X3720687明渠段断面尺寸（M）宽高0808地理坐标Y109584006型式溢流堰建设性质新建总长度（M）13262控制面积（KM2）246溢洪道断面尺寸（M）宽高4128总库容（万M3）11688土方（万M3）805拦泥库容（万M3）9129石方（M3）219558设计/校核洪水重现期300混凝土（M3）105工程规模淤积年限（年）30主要工程量合计（万M3）827型式投工（万工时）561施工方式碾压总投资（万元）21306坝高（M）250中央投资（万元）21306坝顶长（M）992投资地方匹配（万元）坝顶宽（M）40防洪保护（HM2）上游25淤地面积（HM2）1053坝坡比下游2015灌溉（HM2）坝体方量（万M3）805效益养鱼（尾）拦沙坝投资（万元）21306单位库容投资（元/M3）183型式棱式单位拦泥投资（元/M3）233反滤体尺寸（高）50单位工程量投资（元/M3）2575型式卧管单位淤地投资（元/HM2）2023总高度（M）172单位工程量换库容（M3/M3）1406每台高度（M）04单位淤地面积拦泥（M3/HM2）867宽高0606水泥（T）22392断面尺寸（M）直径钢材（T）075宽高木材（M3）281放水设施进水口尺寸（M）直径030沙子（M3）90976型式窑洞型主要材料用量柴油（T）3391洞（管）身长度（M）90开工时间20129宽高0812竣工时间20136输水洞（管）断面尺寸（M）直径计划施工总工期9个月目录前言11综合说明111工程概况112水文计算方法113工程主要参数114主要工程量22基本情况321自然概况322社经情况723坝址及其上下游沟道工程情况824气象与水文泥沙825建筑材料103水文计算1331水文计算内容1332计算依据1333设计洪水计算134工程设计2041设计依据及枢纽组成2042坝体设计2143放水建筑物设计2844溢洪道设计365施工组织设计2851施工条件2852施工进度计划2953施工导流方案2954工程渡汛2955施工方法、技术与质量要求3156主要材料与设备管理396工程量计算4061土坝工程量计算4062放水建筑物工程量计算4263溢洪道工程量计算457工程概算4771编制原则和依据4772基础单价4873费用标准4974工程总投资5275资金筹措528工程建设与运行管理5381建设期管理5382运行期管理549效益分析5691基础效益5692经济效益5693社会效益5694生态效益5795效益评价5710附表59附表1拐沟中型拦沙坝总概算表附表2分部分项工程投资概算表附表3拐沟中型拦沙坝独立费用概算表附表4拐沟中型拦沙坝勘测设计费概算表附表5拐沟中型拦沙坝监理费概算表附表6拐沟中型拦沙坝工程单价汇总表附表7主要材料预算价格汇总表附表8施工机械台班费汇总表附表9主要工程量投工主要材料用量汇总表附表10工程单价分析表11附图78附图1小流域坝系总体布局图（所在沟道的布局图）附图2枢纽平面布置图附图3坝高库容、淤地面积曲线附图4土坝设计图（包括坝体横断面图、坝轴线沟道横断面图以及反滤体、坝面及岸坡排水沟等细部构造详图）附图5放水工程设计图（平面、纵横剖面图、配筋图及详图等）附图6溢洪道设计图（平面、纵横剖面图、配筋图及详图等）前言2002年7月国务院正式批复了XX近期重点治理开发规划【国函（2002）61号】，该规划要求到2010年，多沙粗沙区建设中型拦沙坝135万座，同时指出应尽快开展重点支流等重点工程的项目建议书和可行性研究。XX流域黄土高原地区水土流失面积454万KM2，治理难度非常大，需要长期不懈的努力。为了使有限投资尽最大可能发挥减淤作用，必须加强控制对XX下游淤积影响最大的粗泥沙。经过长期的努力，在前人研究的基础上，XX会在20世纪90年代末提出了786万KM2的多沙粗沙区，2005年又提出了其中188万KM2的粗泥沙集中来源区，明确了控制粗泥沙的重点区域。本次选择粗泥沙集中来源区作为XX拦沙工程建设项目区。2007年4月、2007年10月和2008年2月，水利部水利水电规划设计总院对项目建议书进行了3次审查。经审查，基本同意建议书，并上报水利部。后于2008年6月通过部长办公会，并报国家发展改革委员会。2009年3月，国家发改委委托中国国际工程咨询公司对建议书进行了评估，出具了评估意见。受XX县水务局的委托，XX水土保持XX规划设计研究院在地方有关单位的大力配合下，依据水土保持治沟骨干工程技术规范（SL2892003）和水土保持综合治理技术规范沟壑治理技术/GB1645332008规范，（以下简称技术规范）、榆林地区治沟骨干工程及淤地坝扩大初步设计编制依据等有关技术规范、规定；利用XX粗泥沙集中来源区拦沙工程一期项目可行性研究水文成果报告中的计算成果，利用了XX勘测规划设计有限公司提供的XX粗泥沙集中来源区拦沙工程一期项目可行性研究拐沟中型拦沙坝工程地质勘察报告（以下简称地勘报告）成果，采纳了地勘报告对工程设计提出的建议，通过设计人员实地踏勘和测量，针对地勘报告中坝址区主要工程地质问题，提出了工程设计对策，完成了拐沟中型拦沙坝的初步设计工作。拐沟中型拦沙坝地处经纬度1095840，372007，行政隶属XX县XX乡，位于XX一级支流XX河一级支流XX河流域上游右岸内的二级支沟中。设计工程枢纽由坝体、放水工程和溢洪道“三大件”组成，坝高2500M，控制流域面积246KM2，总库容11688万M3，拦泥库容9129万M3，淤积年限30年。工程概算总投资33045万元，工程建成后可淤地1053HM2。1综合说明11工程概况拐沟中型拦沙坝位于XX河一级支流XX河流域上游右岸内的二级支沟中，工程区地处陕西XX县境内的XX镇，距XX县城约55KM，坝址区距210国道29KM，307国道46KM，简易土路3KM，交通条件相对较好。坝址区土地大部分为梁峁坡地，水土流失极为严重，种植效益较低。建设该拦沙坝的主要作用是全拦全蓄拐沟的洪水和泥沙。拐沟中型拦沙坝拟定坝高250M，建筑物由坝体、溢洪道和放水工程三大件组成，控制流域面积246KM2，总库容11688万M3，拦泥库容9129万M3，淤积年限30年。12水文计算方法拐沟拦沙坝工程设计中的水文泥沙资料，是直接利用XX河粗泥沙集中来源区拦沙工程一期项目可行性研究水文成果报告中的计算成果值。根据现场勘查确定的坝址位置和工程建设规模，该工程等级为四级建筑物，设计洪水标准为30年一遇，校核洪水标准为300年一遇，设计淤积年限取30年。13工程主要参数通过在万分之一地形图上量算坝控面积、沟道长度和比降，分析计算设计洪水总量、洪峰流量和淤积库容，经调洪演算之后确定总库容。拐沟中型拦沙坝控制面积246KM2，总库容11688万M3，淤积库容9129万M3，滞洪库容250万M3，坝高250M，坝顶长992M，坝顶宽40M，上游坝坡坡比为125，下游坝坡坡比为120；马道以上下游坝坡坡比为115。在距沟底15M处设一马道，马道宽15M。铺底宽1080M。设计淤泥面高程102352M，校核洪水位102652M，坝顶高程102750M。拐沟中型拦沙坝放水建筑物由卧管、消力池、涵洞、明渠及明渠陡坡段组成。卧管工程采用分级涵卧管，卧管断面为06M06M，纵坡为1/2，台阶高为04M，最低放水孔高程10098M，最高放水孔高程为102700M，卧管垂直高度为172M，断面尺寸为060060M。每台阶设一孔，放水孔孔径为030M，设计同时开启三孔。消力池底部高程为10075M，消力池深05M，宽10M，长4M；涵洞进水口高程10080M，出水口高程10071M，涵洞断面尺寸为08M12M（矢高04M），长度900M，比降I1/100；明渠断面08M08M，长度50M，比降1/100，明渠陡坡段断面08M08M，长182M，比降1/4。溢洪道由引水渠、溢流堰、陡坡段及出口消能段组成，全长13262M。渠道纵坡比为1100，陡坡段坡比为14，引水渠渠底进口高程为102352M，引水渠断面形式采用矩形，为浆砌石护砌，溢流堰、陡坡段、消力池断面形式采用矩形，底板为现浇钢筋砼，侧墙为浆砌石护砌。14主要工程量总工程量用土方805万M3；石方219558M3；钢筋混凝土混凝土1005M3。材料用量为水泥22392T；钢筋075T；木材281M3；柴油3391T；草籽567KG。2基本情况21工程地质勘察211地形地貌拐沟库区位于陕西省XX县XX支流XX河一级支流XX河流域上游右岸内的二级支沟上，经纬度1095840,372007，。库尾回水长度约12KM，该支沟水在坝址下游汇入关王岔沟。整个库区属侵蚀剥蚀型低中山区，区内地势总体呈北高南低。该支沟为季节性流水沟，库区内流向近由西向东，河床纵比降约为20。坝址区为“V”形河谷，河床底宽40M左右，较平缓。库区左岸边坡下缓上陡，坡度为2050，右岸边坡较陡，坡度3050，坝址区高程10001210M。212坝址区工程地质条件1）地层岩性库区出露的地层为侏罗系中统直罗组及第四系上更新统和全新统。（1）第四系全新统（Q4）残坡积碎石及壤土（Q4DLEL），分布于两岸山顶及山坡，厚度不一；冲洪积砂及砾石（Q4ALPL），分布于谷底，厚度一般小于57M。（2）第四系上更新统黄土状土（Q3EOL）灰白色、灰黄色砂壤土、壤土，质地疏松，具有大孔隙，柱状节理发育，含少量钙质结核，覆盖于第三系上新统（N2）之上，厚100150M不等。（3）第三系上新统（N2）棕红色泥岩夹钙质结核层。2）地质构造库区为单斜岩层，倾向北西，倾角小于3，整个库区未发现断层。泥岩中节理不甚发育。工程区50年超越概率10一般场地条件下地震动峰值加速度为005G，相应的地震基本烈度为VI度，地震动反应谱特征周期为035S。历史上亦无重大破坏性地震发生。3）水文地质条件坝址区未见泉水出露，地下水主要为松散岩类孔隙水，赋存于洪积沙及砂砾石中。主要接收大气降水补给的补给，直接排泄于沟谷。4）覆盖层与风化带厚度据竖井、坑槽及物探资料，坝址河床覆盖层厚度为6080M，岩性为沙和砂砾石；右岸坡积物厚度25M，主要为棕黄色碎石土或黄土。在山顶和局部坡面有少量残坡积土，厚度一般小于10M。5）岩土体物理力学性质坝址区岩土体物理力学性质见表21、22。黄土的湿陷特征在200KPA压力下湿陷系数S为00210046，平均为0035，属中等湿陷性，湿陷起始压力为48120KPA，见表23。坝址区岩土体物理力学指标建议值见表24、25。表21坝址区黄土颗分试验成果表颗粒组成（粒径MM）砂粒粉粒粘粒2050502502500750075000590时采用90B、汇流历时及洪峰流量QP推求查算出汇流参数M后，按0278L/MJ1/3QP1/3式假定QP计算并绘制Q曲线，同时根据净雨过程绘制QT曲线，两条曲线的交点所对应的纵坐标即为所求的洪峰流量QP，横坐标即为汇流历时。见图120102030405060708090100110120130140150160170180190200210220230240250260270280290000510152025303540历时（T）Q（M3/S）QT曲线Q曲线图32Q曲线和QT曲线4）设计洪峰流量取值拐沟拦沙坝设计频率洪峰流量模数资料，是直接利用XX会水文局XX河粗泥沙集中来源区拦沙工程一期项目可行性研究单坝水文计算成果。拐沟拦沙坝不同设计频率洪峰流量。见表31。表31拐沟拦沙坝不同设计频率洪峰流量表1、基础数据表侵蚀模数坝控面积汇流沟道长汇流沟道比降片区流域名称小流域名称坝名万T/KM2AKM2KM小数表示黄土丘陵区4片XX河XX河上游右岸片拐沟24625600772、设计洪峰流量频率105332105033重现期10203050100200300洪峰流量模数M3/SKM22846337436594065467554885894洪峰流量M3/S708390100115135145333设计洪水总量计算1）设计洪水总量的推求采用水利行业标准水土保持治沟骨干工程暂行技术规范（SL2892003），根据降雨径流关系，不同频率洪水总量按下式计算WP01HPF（6）式中WP不同频率对应的洪水总量，万M3；01单位换算系数；HP频率为P的不同时段暴雨径流深（净雨深），MM；F坝址以上集水面积，KM2。2）设计洪峰流量取值拐沟拦沙坝设计频率洪水总量模数资料，是直接利用XX会水文局XX河粗泥沙集中来源区拦沙工程一期项目可行性研究单坝水文计算值。拐沟拦沙坝不同设计频率洪水总量模数。见表32。表32拐沟拦沙坝不同设计频率洪水总量表1、基础数据表侵蚀模数坝控面积汇流沟道长汇流沟道比降片区流域名称小流域名称坝名万T/KM2AKM2KM小数表示黄土丘陵区4片XX河XX河上游右岸片拐沟24625600772、设计洪水总量频率105332105033重现期10203050100200300洪水模数（万M3KM2）39652459274493211201236洪水总量（万M3）974129014561829229227543040334设计洪水过程线推算1）设计洪水过程线的推求水利行业标准水土保持治沟骨干工程暂行技术规范（SL2892003），采用概化三角形法推算设计洪水过程线，洪水总历时公式如下T556WP/QP（7）式中T洪水总历时，H；WP设计洪水总量，万M3；QP设计洪峰流量，M3/S；556单位换算系数。三角形顶点位置由汇流历时和设计洪峰流量QP控制。拐沟拦沙坝不同设计频率洪水过程线推算见表33。2）设计洪水过程线的取值表33拐沟拦沙坝不同设计频率洪水过程表频率105332105033重现期年10203050100200300起涨点H000000000000000000000涨水历时H028029029031032031030洪峰流量M3/S708390100115135145洪水总历时H077086090102111113117335输沙量计算1）输沙量计算根据水利行业标准水土保持治沟骨干工程暂行技术规范（SL2892003）、水土保持综合治理技术规范沟壑治理技术（GB/T1645332008），按下式计算SFMS（8）式中S年均输沙量，T；F坝址以上集水面积，KM2；MS坝址所在区域多年平均侵蚀模数，T/KM2A。MS值根据项目区19542007年系列输沙模数分区图、试验小流域水土流失测验成果分析、已建淤地坝淤积调查成果等多种途径综合分析论证，推移质一般按悬移质的005015计算。2）输沙量取值经分析论证确定，该坝址所在区域多年平均输沙模数采用167万T/KM2A，通过计算，拐沟控制范围内年均输沙量为411万T。见表34。表34拐沟拦沙坝设计输沙量表河名支流（区间）、站名年输沙量W万T/A拐沟坝控范围内年输沙量万T/AXX河下游丁家沟、XX白家川区间1674114工程设计41设计依据及枢纽组成411设计依据1、中华人民共和国水土保持法（全国人民代表大会常务委员会2011年）2、水土保持治沟骨干工程技术规范（SL2892003）（设计中简称技术规范）3、陕西省水土保持治沟骨干工程技术手册4、土壤侵蚀分类分级标准（SL19096）5、水利水电工程制图标准水土保持图（SL7362001）6、水土保持工程概（估）算编制规定（水利部水总200367号）7、水土保持工程概算定额（水利部水总200367号）8、榆林地区实用水文手册9、榆林地区治沟骨干工程及淤地坝扩大初步设计编制依据10、110000库区地形图11、1500坝址实测地形图12、1500坝址实测横断面图412坝型及筑坝材料选择根据当的水源与土料分布情况，坝型选为均质碾压式土坝，筑坝材料选择按照就地取材的原则，石料场选在距坝址30KM处的老君殿镇，为砂岩，土料场选在坝轴线上游约120M两岔沟之间的山坡上，高程为10501150M，经计算，可开采方量60104M3，能满足筑坝需求，土料以轻粉质壤土为主。413施工方式的选择施工方式采用机械碾压。414枢纽组成及布设拐沟中型拦沙坝结构组成为三大件，即坝体、放水建筑物和溢洪道。依据坝址沟道条件，放水工程布设在左岸，由卧管、消力池、涵洞、明渠段、陡坡段及陡坡消力池组成。溢洪道布设在右岸，由引水段、溢流堰段、缓坡段、陡坡段及陡坡消力池组成。具体布设详见工程总体平面布置图。415工程等别和标准依据水土保持治沟骨干工程技术规范SL2892003规范要求，确定设计标准为设计洪水标准P设333校核洪水标准P校033工程设计淤积年限取30年工程等别四等建筑物级别4级放水工程设计标准为4天排完30年一遇的一次洪水总量。42坝体设计421水位库容、面积关系曲线采用断面法实测库区内沟道的比降及横断面，计算点绘水位库容、面积关系曲线，计算结果见下表，坝高库容、坝高淤地面积曲线见下图。表41拐沟中型拦沙坝水位库容、面积计算表水位坝高坝库面积平均面积水层厚度水层间体积库容累计淤地面积MMM2M2M万M3万M3HM2100250050685253051100551013625319577597919610101029017123248219524114821015156742136438386354193839102020100305783611374355687113710252512718113524139313934556967103030151509204911647495823716471035351779902872819186159593191910404020573311169383212234422库容计算工程总库容由滞洪库容和淤积库容两部分组成。1）拦沙库容计算采用水土保持治沟骨干工程技术规范SL2892003规范中公式计算WSFMON/R式中WS多年平均悬移质输沙量，万M3；MO侵蚀模数万T/KM2A，根据XX会水文局XX河粗泥沙集中来源区拦沙工程一期项目可行性研究水文计算成果MO167万T/KM2A；F坝控流域面积KM2，F246KM2；R泥沙容重，取135T/M3；N淤积年限，30年。则WS167246/135309129万M3。2）滞洪库容计算（调洪演算）（1）起调水位根据淤积总量为9129万M3，由水位库容曲线查得淤积高程为102352M，设计起调水位为102352M，查水位淤地面积曲线得可淤地面积为1053HM2。2）基本方程圪柳嘴中型拦沙工程，上游没有串联同等级的工程，依据规范，只对本工程控制区域内的洪峰进行调洪演算，溢洪道下泄流量采用以下公式计算Q泄Q区泄1V滞/W区洪；BQ泄/MH滞3/2；式中Q区泄校核频率区间面积的最大流量，M3/SW区洪校核频率区间面积的一次洪水总量M流量系数，取159142162Q洪区间面积频率为P的设计洪峰流量，M/S3V滞坝地淤泥面与设计洪水位之间的库容，万M3B溢洪道宽度（M）；查XX粗泥沙集中来源区拦沙工程一期项目可行性研究水文成果报告得Q区泄0331450M3/SW区洪0333040万M3Q区泄33900M3/SW区洪331456万M3F拦沙坝坝控面积，246KM2。根据以上公式，初步选定溢洪道断面尺寸进行调洪计算，步骤如下（1）由公式Q泄Q区泄1V滞/W区洪，先假设V滞可求得Q泄值。（2）由V总V滞V淤，在水位库容曲线上由V总查得H总。H滞H总H淤；（3）将Q泄、H滞代入公式BQ泄/MH滞3/2；可求得溢洪道堰宽B。在设计洪水和校核洪水条件的调洪计算结果分别见表42、43。表42设计洪水条件下溢洪道调洪计算表QV滞V淤V总H总H淤H滞H滞15BQ区泄W区洪M3/S万M3万M3万M3MMMMMM3/S万M323541075912910204102452102352100100148901456976129891291042710247210235212013147901456872131591291044410247410235212213441901456表43校核洪水情况下溢洪道调洪计算表QV滞V淤V总H总H淤H滞H滞15BQ区泄W区洪M3/S万M3万M3万M3MMMMMM3/S万M36710163391291076210250210235215018423014530403969220891291133710255210235220028388145304022922559912911688102582102352230349411453040确定安全超高取168M。确定出坝顶高程102582168102750M溢洪道明渠段底坡比降设计为1/100，溢洪道糙率N0025。（5）总库容确定工程总库容由滞洪库容和淤积库容两部分组成。由调洪演算得滞洪库容V滞2559万M3淤积库容即为设计拦泥量V淤W9129万M3工程总库容V总11688万M3423坝高确定坝高由拦泥坝高、滞洪坝高、安全超高三部分组成，即HH拦H滞H安。最高洪水位的确定最高洪水位是与总库容水位相对应的高程，由V总11688万M3，查水位库容、面积关系曲线得最高洪水位为102582M。拦泥坝高与滞洪坝高的确定由拦泥库容V拦9129万M3，查水位库容、面积关系曲线得，拦泥高程为102352M，相应的淤地面积为1053HM2，拦泥坝高H拦2102M，滞洪坝高H滞230M安全超高的确定按照技术规范中表4441的要求，安全超高H安取168M。坝高H的确定HH拦H滞H安21022301682500（M）相应的坝顶高程为102750M，坝顶长为992M。424坝体断面尺寸确定由于该坝为机推碾压法施工的均质土坝，且坝高为25M，按照技术规范中表4142，坝顶宽取40M，为避免风雨侵蚀坝顶，用红胶土混合粘土在坝顶铺30CM厚，两侧筑30CM高的红胶土混合粘土埂堰。坝体断面设计图见附图4。根据坝高参照技术规范中坝坡坡率表确定为马道以下上游坝坡坡比为125，下游坝坡坡比为120；马道以上下游坝坡坡比为115。在距沟底15M处设一马道，马道宽15M。坝体铺底宽B252515201015154113M。坝顶宽4M。为防止雨水冲刷坝体，在马道及下游坝坡和两岸坡面的结合处设置边坡排水沟，边坡排水沟设置在坝体于两岸的结合处，从坝顶布设到坝坡外底，规格、尺寸及工程量见下表。表44拐沟拦沙工程坝面及边坡排水沟结构尺寸表马道排水沟边坡排水沟断面尺寸长度侧墙厚基础厚方量上口宽下口宽高度厚度长度方量工程名称形状砌筑方式形状砌筑方式拐沟矩形0303532040040浆砌石2394梯形100050050040浆砌石114510482为防止坝体与坝基以及两岸岸坡结合处形成集中渗流，保证坝体与基础紧密结合，在坝轴线和上游20M处分别布设主、副二道结合槽，采用梯形断面，主结合槽河川基础部分断面较大，由机械开挖，结构尺寸为上口宽75M，下口宽25M，深25M，边坡坡比105，坡面结合部分断面较小，结构尺寸为上口宽45M，下口宽15M，深15M，边坡坡比11，副结合槽断面较小，均由人工开挖，尺寸为上口宽45M，下口宽15M，深15M，边坡11。详细尺寸详见下表。表45结合槽断面设计结果表主结合槽（M）副结合槽（M）总长度（M）坝名坝高（M）断面形状上口宽下口宽高基础槽长上口宽下口宽高边坡槽长断面形状上口宽下口宽高副槽总长大断面长小断面长拐沟25梯形7525251284515151042梯形45151512381171238坝体与岸坡结合处，岸坡要进行削坡处理，拐沟左岸为黄土，削坡坡度以115，右岸坡为红胶土，削坡坡度以110。为了增加下游坝坡的稳定性，同时排泄土基地基及坝体渗透水流，防止渗透水流将坝身及基础的小颗粒带走，在下游坝坡趾部设置贴坡式反滤体。其结构尺寸查技术手册表512滤水坝址反滤层规格尺寸及用料表。反滤体规格尺寸详见其结构图。表46反滤体结构尺寸表坝高反滤体高结构形式顶长底长顶宽外坡比内坡比平均长度底宽块石方量粗沙方量砾（卵）石方量总方量工程名称1/X1/X3333拐沟2550棱式533359151/151/1044614014145610456209121728251）渗流计算平时沟道里没有常流水，所以库内不蓄水，坝体形不成浸润线。蓄洪排清时洪水在库内停留时间很短，本次设计排完一次30年一遇洪水总量是4天，等不到坝体浸润线形成库内就没有水了。没有浸润线，所以拦沙工程库内不蓄水。2）坝坡稳定计算坝体的稳定性分析不能套用水库的计算方法。采用水坠方法施工的坝体，只要施工期不鼓肚，不滑坡，运用期也不会出现稳定问题；如采用挖掘机碾压方法筑坝，土壤干容重一般都能达到155G/CM3以上，不会出现滑坡，所以坝体是稳定的。43放水建筑物设计431放水建筑物结构型式拐沟中型拦沙坝坝址表层为黄土及红胶土，深层为红胶土，坝肩右岸已有红胶土裸露。根据工程地质、地形条件，放水工程布设在坝体右端，为尽可能避免涵洞在平面上转弯，涵洞轴线与坝轴线基本垂直。型式上采用涵卧管式建筑物，此种型式设计与施工管理较为方便。其结构布置详见工程平面布置图。放水工程由斜卧管、消力池、涵洞、明渠、陡坡、后消力池及尾水渠组成。进水斜卧管采用方形断面分级卧管，涵洞采用浆砌石拱涵。432卧管设计1）放水流量确定依据技术规范的要求，放水工程的设计流量按47日（取4日）内排完三十年一遇的一次洪水总量计算QW33/（486400）145610000/（486400）042M3/S。2）放水孔尺寸的确定根据地形、地质条件，卧管布设在坝体上游右岸坡上，底坡为120。卧管与涵洞连接处设消力池，卧管顶部设置通气孔。分级卧管采用平孔进水，每台设一孔，每一个台阶高度选取04M，每次开启三台三孔，则放水孔直径采用技术规范中公式（4323）D068Q/H105H205H30505式中D放水孔直径（M）；Q放水流量（M3/S）；H1、H2、H3分别为孔上水深（M）。则D068042/040508051205050272M，取030M。4）卧管设计流量的确定由于考虑水位变化而导致放水流量的调节，在设计时，按照放水工程的正常流量加大20考虑。Q加042120051M3/S5）卧管断面尺寸确定方形卧管的砌筑材料，依据就地取材的原则，选用浆砌块料石砌筑，卧管过水断面，卧管宽度计算采用技术手册中公式BQ/673I1/23/8式中B卧管宽度，（M）；I卧管底坡；Q加大流量，M3/S。则B051/（673051/2）3/8043M，取06M。6）卧管内水深计算采用技术手册中公式QWC（RI）1/2式中Q通过卧管的加大流量，M3/SW卧管过水断面面积，WBH06H，（M2）C谢才系数，C（1/N）R1/6；N糙率，卧管糙率N0025；I卧管底坡，I1/2。湿周XB2H062H水力半径R/X06H/062H用试算法确定卧管断面尺寸，结果见下表表47卧管水深、流量计算成果表卧管宽HMWM2XMRMCQM3/S010000600800007525976030012000720840008626560040014000840880009527041050B06M014300860886009727106051当卧管内水深H0143M时，可以通过流量Q051M3/S，即可以通过加大流量Q加051M3/S，说明假定水深满足过流能力。为了使水流由进入孔跌入卧管时，跃起水头不致封住卧管，卧管高度取正常水深的34倍，即卧管高度为014330043M，按规范要求为便于施工及检修，故卧管断面尺寸取净宽净高6060CM。4）卧管第一孔进水口高程确定根据实际地形及工程总体的布局要求、管理运行等条件，卧管第一孔进水口高程确定为100980M，同时坝址右岸地形条件适宜在此高程位置布置，其地质基础稳定，开挖量少，由此确定卧管第一级进水口高程102700M，垂直高172M，43层台阶，卧管顶部应设通气孔，顶部高程应高出最高洪水位05M10M。其高程为10275M，通气孔尺寸为050050M。并在通气孔顶部设钢筋网，配筋同卧管盖板，并与侧墙浇筑为一体。5）卧管结构尺寸确定卧管主要承受水压力和淤泥压力，其结构尺寸，主要取决于在坝内的高程、跨度以及建筑材料等。方形卧管的砌筑材料，依据就地取材的原则，选用浆砌块料石砌筑，侧墙基础各部分尺寸参见陕西水土保持治沟骨干工程技术手册表433结合当地砌筑石料的要求而定。两侧侧墙顶宽相同，均采用05M，侧墙底宽07M，基础厚05M，基础外伸长15CM，放水孔盖板长100CM，宽100CM，厚18CM，搭接长度20CM，盖板配筋见附图08。181232HGBAQH加0512HOD139720520HD同时为了保证卧管底板的稳定，在卧管底板每隔7M设一道齿墙，齿墙深05M，宽10M。4）卧管消力池设计由于卧管坡度较大，流速较高，因此在水流进入坝底涵洞前，用消力池进行消能，使水流平稳地进入涵洞，消力池砌筑采用块料石。水力计算采用技术规范中公式，即消力池，按下式计算消力池长度LK（35）H2消力池宽度B0B04B是卧管底宽即B06M消力池深度D011H2H0，为保证产生淹没水跃，应满足上式中公式中H1第一共轭水深，近似采用卧管正常水深H1H0143M；H2第二共轭水深，M；B卧管宽度，即B06M；H放水涵洞的正常水深，M；系数，采用11；G重力加速度G981M/S2Q加051M3/S则72014306819521402MH消力池长度按5H2计算LK507236M,取LK40M消力池宽度B010M消力池深度D01107205030M取05M取D005M时计算则卧管消力池尺寸池长池宽池深401005M消力池侧墙高池深涵洞高20M具体结构尺寸详见放水工程结构设计图侧墙顶宽060M，侧墙底宽140M，基础外伸长025M，盖板厚厚030M，基础厚度050M（见附图06）。5）盖板配筋根据陕西水土保持治沟骨干工程技术手册表433、435确定盖板采用C20钢筋混凝土预制。主筋1012CM，副筋1012，盖板规格尺寸为100100M，盖板厚025M，盖板与卧管侧墙搭接020M。盖板配筋见附图08。为防止卧管放水时发生真空，在卧管顶部设有通气孔，通气孔高程应高出最高洪水位05M10M。通气孔尺寸为060060M。并在通气孔顶部设钢筋网，配筋同卧管盖板，并与侧墙砌筑为一体。434输水涵洞的设计1）输水涵洞进口高程确定为了保证坝地的生产利用，根据实际地形地，确定输水涵洞进口高程为10080M。2）涵洞设计卧管末端消力池与坝下涵洞连接，坝下涵洞的结构型式采用无压输水砌石拱（窑洞）型，涵洞的流量按明渠均匀流公式计算CQRI式中Q涵洞流量（采用加大流量），M3/S；涵洞断面过水面积，对于矩形HB，B为底宽，M2；C谢才系数，CR1/6N1R涵洞横断面的水力半径，M，涵洞过水断面面积与湿周的比值，R/X；X湿周，即过水断面内水流与涵洞接触线长度，对于矩形断面，XB2H，M；I涵洞比降，取1/100；N糙率，取0025。假设涵洞底宽为080M，计算结果见下表表48涵洞水深、流量计算成果表涵洞宽BHWXRCQMMM2MMM3/S02401921280150291602170460368172021430930527080516041318326022531200612涵洞的设计需满足检修的要求，所以断面一般不得小于080120M。为了保证洞内水流呈明流状态，根据要求，涵洞比降选取1/100，洞内水深为涵洞净高的75。假定涵洞宽度08M，由上式经试算涵洞正常水深050M，涵洞高为08M，经计算过水流量为0587M3/S，大于扩大流量051M3/S，满足过水要求，故涵洞的断面尺寸0812M（矢高04M）。3）涵洞结构尺寸对于拱形砌石涵洞，先假定拱圈厚度，并进行拱顶、拱座强度验算，一般计算厚度较薄，但砌石拱涵的拱圈厚度应不小于30CM，侧墙底板同样用挡土墙原理进行计算可参考陕西水土保持治沟骨干工程技术手册表438。涵洞宽08M，洞高12M（矢高040M），拱座顶宽040M，拱座底宽08M，起拱高度04M，拱径08M，拱圈厚030M，基础厚04M，基础伸长015M（见附图05）。为使涵洞与坝基密切结合，防止渗水沿管壁产生集中渗流，在涵洞周围每隔10M做一个截水环，环高240M，底厚05M，顶厚05M，基础厚05M，底宽37M，顶宽16M。用浆彻石彻筑。435明渠设计涵洞出口采用明渠连接，使水流比较平顺的进入陡坡。明渠水力计算采用明渠均匀流公式，根据地形地质情况，明渠长50M，明渠坡比为1/100，明渠底宽080M、高08M，侧墙顶宽040M，侧墙底宽080M，基础伸长015M，基础厚04M（见附图05）。436陡坡布局设计明渠段后接陡坡段，根据地形条件，陡坡段坡比采用14，陡坡长（水平长）为492M，总落差455M，洪水出陡坡后进入后消力池。陡坡采用“矩形断面”，宽度与涵洞宽度相同，起始高度与明渠相同，末端水深由水力计算确定。计算陡坡长度LN和正常水深HO1）计算陡坡长度LN陡坡总落差P46M，I025LNP2P/I21/21876M2）正常水深H计算公式与工程与卧管陡坡一致，具体计算结果详见下表放水工程陡坡断面设计计算表陡坡尺寸工程名称Q加Q试“Q试“RCINB陡坡正常水深H比降宽度高度高度取值断面WH进口与坝外坡高差出口与坝外坡高差水平长度拐沟00000510101050093970020001708001241408065080808460183）水面曲线计算采用能量平衡法逐段累计法计算，即式中H1、H2断面1、断面2的水深M；V1、V2断面1、断面2的平均流速M/SA1、A2断面1、断面2流速不均匀系数；G重力加速度，取98LMS2；L1、2断面间的距离M；I陡坡的坡度；J平均水面坡降，J1/2J1J2任意断面的水面坡度可按下式计算JN2Q2W2R4/3根据该坝中计算的水面线长度，结合陡坡的设计长度，通过比较其水面下降是否完成，是否形成均匀流，若计算结果小于设计长度，则为均匀流，则陡坡末端正常水深取计算结果，若计算结果大于设计长度，说明水面没有下降完成，则可用内插法求出陡坡末段的正常水深，进而求其末端流速。4）陡坡允许流速的检验根据计算结果，该坝明渠陡坡的起始断面流速为192MS、末端流速为546MS，根据陕西省治沟骨干工程技术手册表417（建筑物允许流速）选坚硬石料的块石砌体，石料标号不低于300号，能满足允许流速要求。437陡坡消力池设计由于河槽为土基，因此需采用消能措施。其设计与计算方法与前消力池不同，采用深挖式消力池，其计算步骤如下1）计算跃后水深（第二轭水深）的H计算公式采用公式（5），即H“181232HGBQH式中流速不均匀系数，取11G重力加速度G981M/S2Q流量132M3/SH1跃前水深（M）即陡坡末端水深H跃后水深（M）2）水跃长度计算47KLH3）消力池深度110D0式中第二共轭水深M；H尾水渠正常水深M；04）消力池宽取消力池宽08M0B5）消力池断面结构设计消力池断面结构采用方型箱式结构，其消力池深和长通过削能计算确定，经过计算消力池断面长宽高40805M438尾水渠设计消力池后接尾水渠，其断面采用矩形断面，宽高为0808M。长为2M，通过尾水渠把下泄洪水平稳送入沟底。44溢洪道设计441溢洪道布设及结构型式根据地形条件和地质报告显示，溢洪道布置在左岸，所在处上部为第四系上更新统黄土，厚2030M，下部为第三系上新统棕红色泥岩，地层近水平。进口段上部黄土厚23M左右，下部为三系上新统棕红色泥岩。出口段上部为坡积物，厚约1M，下部地层为三系上新统棕红色泥岩。溢洪道黄土段边坡建议开挖坡比10751125。溢洪道由进口段、控制段、陡坡段、消能段和尾水渠组成。442溢洪道水力计算1进口段水力计算溢洪道引水段进口高程为设计淤泥面高程，即高程为102352M，进口段设计为八字墙，水平扩散角取27，由调洪演算结果知，溢流堰底宽为41M，堰上水深为23M，根据技术规范422，渐变段长度一般取堰顶水头的36倍，取1000M。经计算，进口宽1000M，末端宽41M。八字墙安全超高取05M，侧墙总高为280M，侧墙顶宽06M，底宽164M，基础外伸长020M，基础厚050M。在起始端下设宽08M，深05M的齿墙一道。引水渠水深采用明渠均匀流公式QWCRI1/2试算。引水渠内流速（V）一般为12M/S，不宜超过3M/S。则QWCRI1/2WCR1/2按照调洪计算结果，控制段即溢流堰，其断面呈矩形，水深23M，侧墙安全超高取050M，总高共计280M。溢流堰过水断面底宽为41M。根据规范溢流堰长度一般取堰上水深的3倍6倍，得其长度为1653M。2泄槽水力计算及结构尺寸确定根据地形条件，溢洪道泄槽分为缓坡段和陡坡段两段，总长度为L总9947M。1）缓坡段水力计算（1）缓坡段正常水深计算缓坡段断面设计为矩形。长度根据实际地形条件及转弯要求确定。缓坡段长L缓140M，坡比180，进口高程为102337M，出口高程为102323M，底宽和溢流堰一致取41M。采用试算法，按明渠均匀流公式Q泄WC计算正常水深。RI采用浆砌石结构，糙率N0025。设计和校核洪水条件下，缓坡段水深、流量计算过程及结果分别见表410、表411。校核洪水情况下，缓坡段水深、流量计算过程及结果见表410、表411。表410设计洪水情况下缓坡水深、流量计算成果表HWXRQ溢洪道底宽BMM2MMCM3/S411204966530759382018464108003306573057736491025410718296855705333602872表411校核洪水情况下缓坡水深、流量计算成果表HWXRQ溢洪道底宽BMM2MMCM3/S41212876283731046403040394117607274765309503966314541139957836932083438812292根据以上计算结果，缓坡段正常水深为设计洪水条件下，H设0718M；校核洪水条件下，H校1399M。（2）临界水深计算按照技术规范矩形断面临界水深HK0482Q2/3Q单宽流量M3/S经计算，设计洪水条件下HK设0482（872/41）2/3080M。校核洪水条件下HK校0482（2292/41）2/3151M。（3）水流形态判定经以上正常水深和临界水深计算结果判断设计洪水条件下，H设0718MHK设，水流为急流。校核洪水条件下，H校1399MHK校，水流为急流。即缓坡段水流形态为急流，缓坡段起始断面水深为临界水深。其水面曲线类型为降水曲线。2）陡坡段水力计算（1）陡坡段正常水深计算陡坡段采用矩形断面，陡坡进口高程102323M，出口高程10025M，陡坡段落差为2073M，陡坡段纵坡选定为14，底宽和溢流堰一致41M。采用试算法，按明渠均匀流公式Q泄WC计算正常水深。RI陡坡段采用浆砌石结构，糙率N0025。设计和校核洪水条件下，陡坡段水深、流量计算过程及结果分别见表412、表413。表412设计洪水情况下陡坡水深、流量计算成果表HWXRQ溢洪道底宽BMM2MMCM3/S410632604539304833543320541045186050330370338819154102731127467802413155872表413校核洪水情况下陡坡水深、流量计算成果表HWXRQ溢洪道底宽BMM2MMCM3/S4107229855705343603418841060248533046535213182410484200510039234222292设计洪水条件下，H设0273M；校核洪水条件下，H校0484M。（2）陡坡长度计算陡坡长度根据公式L陡P2（P/I）21/2计算。则陡坡段计算长度L陡20732（20734）21/28547M，取8547M。根据以上计算结果，陡坡段正常水深为校核洪水情况下，H校0484M。（3）泄槽降水曲线的计算泄槽降水曲线根据陕西省治沟骨干工程技术手册逐段累计法进行计算，即根据能量守衡11断面和22断面两断面存在关系式即H2A2V22/2GH1A1V12/2GLIJ式中H1断面11的水深（M）；V1断面11的平均流速，（M/S）A1断面11的流速不均匀系数，选1；G重力加速度，G98M/SH2断面22的水深（M）；V2断面22的平均流速，（M/S）A2断面22的流速不均匀系数，选1；L两断面的距离，M；I陡坡的坡度；J平均水面坡降，JJ1J2/2，任一断面的水面坡降JV2/C2RN2Q2/W2R4/3设控制断面11处的水深为临界水深，将泄槽分为11段，已知设计洪水条件下H1HK设08M，假定H110273M、校核洪水条件下H1HK校151M，假定H110486M,分别计算相邻两断面的距离L1L2L3。设计与校核洪水条件下的计算过程分别见表414，表415。表414设计洪水情况下泄槽水面曲线计算结果表断面HMWM2VM/SAV2/2GHAV2/2GXRR4/3J平均JI平均LL110832826604012057005804800122079324269041120568057047001001000003003230785322271041120567057047001001000007010缓坡段44071829429604912155405304300100100010671077550718294296049121554053043001660602463540701305300460360020020230410477040164532159199490033023008005020339388803514460820724248003002001201001528266990338139629222256478029019013012013108771010033313763922926247702901901401301205382陡坡段111102731127793403684650240150250190061886271表415校核洪水情况下泄槽水面曲线计算结果表断面HMWM2VM/SAV2/2GHAV2/2GXRR4/3J平均JI平均LL1115161937007722871208708300122149611375079228708086082001001100003903923148607378080228706086082001001000041080缓坡段441415793960882296920840790010010001320140055141579396088229692084079001001024000140066135554414