汾西县后河底小流域2#淤地坝设计书

1、汾西县后河底小流域2#淤地坝设计书第一章 概况第一节 基本情况后河底小流域2#淤地坝位于汾西县永安镇独椎村后河底附近支沟，距汾西县城20km。坝址处在东径1112820，北纬364048附近，属黄河一级支流汾河的三级支流，坝控面积1.7km2。该流域属黄土残垣沟壑区，境内沟壑纵横，坡陡沟深，多年平均侵蚀模数6000t/km2。第二节 建筑材料一、建筑材料土场选在大坝左右两岸，土质为黄壤土，运距30-60米，能满足施工要求。石料距坝址5km，岩石质量符合设计要求。本县没有合格的建筑用砂子，需在55km外的霍州、洪洞等地拉运。水泥在30km外的县水泥厂拉运。远距离运输尽量采用载重卡车，近距离运输采

2、用小四轮或三轮车。第三节 水文及气象资料2#淤地坝坝控范围内属温带大陆性气候半干旱区，降雨主要受季风影响，夏季偏东南风，降雨集中，冬春季多为西北风，雨雪稀少，多年平均降水量536.4mm，多年最大降雨量827.8mm，多年最少降雨量312.9mm，年降水量主要分布在69月份，占全年降水总量的70%，暴雨多出现在78月份，多年平均气温10.1，最大10.5，最小9.1，多年平均蒸发量1886.6mm，无霜期170天。流域内无长流水，径流多由暴雨引起。第二章 水文计算第一节 设计依据及设计标准2#淤地坝控制流域面积1.7km2，按照水利部水土保持治沟骨干工程暂行技术规范（以下简称部规范）规定，根据

3、流域实际情况，洪水重现期按20年一遇设计，50年一遇校核，设计淤积年限10年。第二节 水文计算一、设计暴雨的计算采用1986年1月1日实施的山西省淤地坝工程技术规范（简称省规范）（31）式h24p=kph24式中：h24p频率为p的24小时暴雨量（mm）kp频率为p的皮型曲线模比系数，查附表d-3得k5%=1.88k2%=2.25h24最大24小时暴雨均值（mm），查省规范附表d-4得，汾西h2470mm,cv0.45将以上数据代入上式得：h245%1.8870131.6（mm）h242%2.2570157.5（mm）二、设计洪峰流量的计算采用省规范（32）式qpch24pf2/3式中：qp频

4、率为p的洪峰流量（m3/s）c洪峰地理参数，查表31丘陵沟壑区c=0.17f坝控面积，f=1.7将已知数据代入式32得q5%=0.17131.61.72/3=31.77m3/sq2%=0.17157.51.72/3=38.02m3/s三、设计洪水总量的计算采用省规范（33）式wp=krpf式中：wp频率为p的洪水总量（万m3）k小面积洪水折减系数，查省规范表（32），取k=0.6rp设计暴雨的一次洪水模数（万m3/km2）由设计暴雨查省规范附表d5得r5%=4.21r2%=6.2将以上数据代入上式得：w5%=0.64.211.7=4.29（万m3）w2%=0.66.21.7=6.32（万m3）

5、四、洪水总历时采用省规范（34）式wpt=12-qp4.29t5%=12-=1.62(h)31.776.32t2%=12-1.99(h)38.02五、年来泥沙量采用省规范（37）式vs（1-ks）sf式中：vs年来泥沙量（m3）s年平均侵蚀模数，s6000t/km2=4600m3/km2ks坡面治理措施平均拦沙率，ks0vs（1-0）46001.77820m3v拦0.782107.82万m3水文计算成果表表2-2名称坝控面积设计暴雨设计洪水洪水总历时设计淤积量总库容坝高拦泥坝高最终坝高洪峰洪量km2p%mmm3/s万m3h年限万m3万m3mmm1#淤地坝0.43.3142.113.111.57

6、1.09102.854.429.37.9110.41176.416.282.311.36102.855.169.97.9112#淤地坝1.75131.631.774.291.62107.8212.11147125171.72157.538.026.321.99107.8214.1415512517第三章 工程设计第一节 枢纽组成通过实地勘测、调查坝址处地形、地质情况，经多方案比较，确定该淤地坝的枢纽组成为大坝和放水建筑物（竖井、涵洞、明渠、陡坡段及消力池）两大件，不设溢洪道。放水建筑物布置在大坝右岸。沟道内无常流水，坝型选择为均质碾压土坝。第二节 土坝设计一、坝高、库容、面积曲线绘制坝高与面积

7、、库容关系曲线的绘制是由全站仪测量绘制的二千分之一地形图量算求得的。根据实测坝址以上沟道的纵横断面，计算不同水位面积和层间库容，然后计算出累计库容，即可绘制出坝高（h）-库容（v）-面积曲线，详见库容曲线图。沟底设计高程为相对高程100m。二、坝高计算采用公式：hh拦+h滞+h安式中：h总坝高（m）h拦拦泥坝高（m）h滞滞洪坝高（m）h安安全超高（m）由v拦7.82万m3，查坝高-库容曲线得：h拦12.5m，相应拦泥高程为112.5m,淤地面积1.63万m2。设计情况下：v滞5%4.29万m3，v拦+v滞5%7.82+4.2912.11万m3，查坝高-库容曲线得：h拦+h滞14.7m，相应设计

8、洪水位高程为114.7m，h滞3.3%14.7-12.5=2.2m。校核情况下：v滞2%6.32万m3，v拦+v滞1%6.32+7.8214.14万m3，查坝高-库容曲线得：h拦+h滞15.5m，相应校核洪水位高程为115.5m，h滞2%15.5-12.5=3.0m。查省规范表4-1，取h安1.5m则：h设12.5+2.2+1.5=16.2mh校12.5+3.0+1.5=17m取最大坝高为17m，相应坝高程为117.0m。三、施工期汛期拦洪坝高计算由于该坝工程量小，施工期短，一次就可达到设计坝高，所以不考虑汛期拦洪坝高。四、坝体断面尺寸确定1、坝顶宽度因坝顶无交通要求，查省规范表4-2，坝顶宽

9、度b4m。2、坝坡因坝高未超过20m,坝坡不设马道。查省规范表4-3，取上游坡比1:2.0，下游坡比1:1.5。3、坝顶排水为防止暴雨冲刷坝顶，在坝顶上下游构筑边埂，同时自左向右设计1:500的纵坡，将坝顶雨水送入大坝右侧的路旁排水沟。4、坝基和岸坡处理坝体填筑前，必须对坝基和岸坡进行处理，清基范围应超出坝的坡脚线0.5m，清基平均深度为30cm,凡在清基范围内的地面表土、乱石、草皮、树木、腐殖质等均要清除干净，不得留在坝内做回填土用。与坝体连接的岸坡应开挖成平顺的正坡，土质岸坡不陡于1:1.5，岩石岸坡不陡于0.75。5、结合槽为增加坝体稳定性，防止土坝与沟底结合面上透水，沿坝轴线方向从沟底

10、到岸坡开挖一道梯形断面结合槽，结合槽底宽1m,深1m，边坡1:1。6、坝坡绿化为了防止雨水冲刷坝坡，大坝建成后，在坝坡坝面栽植保土性能较好的优质草种，使坝坡尽快绿化，最大限度地发挥效益。第三节 放水建筑物设计本坝上游除一些沟坝地以外，无防淹要求，故不设溢洪道。设计洪水、校核洪水全部拦蓄，由放水建筑物竖井和涵洞排放。放水建筑物布置在右岸，竖井和涵洞基础均为夯实黄壤土。一、竖井设计竖井采用方形结构，用m7.5水泥砂浆砌块石砌筑，用m10水泥砂浆抹面。1、放水流量的确定根据省规范，按10天内放完校核洪水量的40%计算40%w2%40%6.3210000q放0.029m3/st1086400根据中华人

11、民共和国水土保持综合治理技术规范，考虑防洪保收要求，按5天内放完一次设计洪水总量计算w5%4.2910000q放0.099m3/st586400取较大值q0.099m3/s为设计放水流量。2、放水孔尺寸计算每次开启一级，每级设一对孔，每级孔高差0.5米，则竖井放水孔面积为q放0.1740.1740.099/1.7070.01m2h1/2选用孔径为0.150.15的方孔。实0.0225m2q实0.221m3/s q加1.25q实1.250.221=0.276m3/s3、竖井断面尺寸的确定考虑到施工方便，竖井宜砌成方形，内径0.80.8米，井壁厚0.6米，井底设消力井，消力井深1.5米。考虑到地基

12、的承载力，井座厚度为2米，底座宽度2.42.4米（见设计图），底座用m10水泥砂浆砌筑，其它部位m7.5水泥砂浆砌筑。二、涵洞设计根据地形条件，涵洞布置在右岸高程为100.76m的红粘土地基上，采用浆砌石拱涵，m7.5水泥砂浆砌块石砌筑，用m10水泥砂浆勾缝。涵洞底坡为1/100，进口与竖井连接，出口与消能段连接，出口通过引水渠、跌水和明渠将水流引向下游河床。涵洞与竖井夹角为90度，与坝轴线夹角为90度。1、涵洞内水深计算采用省规范（4-25）明渠均匀流公式：q=cri式中：q涵洞内过水流量（m3/s），qq加0.276m3/sb涵洞底宽（m），b=0.8m过水断面面积（m2）=bh0=0.8

13、h0c谢才系数，c=（1/n）r1/6r水力半径，r=/x，x湿周，x=0.8+2h0n糙率，n=0.025i涵洞底坡，i=1/100将以上有关数值代入公式，经试算得涵洞内正常水深为：h0=0.285m。涵洞允许最大水深为h允0.75h=0.751.20.9mh允h0，故涵洞内不会出现有压流。2、涵洞断面尺寸确定涵洞采用等截面半圆拱形式。根据涵洞水深计算结果，考虑到检修方便，取涵洞底宽0.8m,高1.2m,半圆拱内径0.4m。3、涵洞结构尺寸确定涵洞基础厚0.4m,拱圈厚0.4m,墩高0.8m,起拱面宽0.5m，侧墙基础宽0.85m,基础外伸长0.15m。涵洞全长40.25m,进口高程105m

14、,出口高程104.6m,为适应地基不均匀沉陷，防止温度伸缩引起管裂，沿涵洞轴线每隔10m设一道沉陷缝，并与温度伸缩缝结合在一起，共三道。为防止洞身与坝体结合时，沿管壁产生集中渗流，结合沉陷缝设截流环。截流环顶宽0.4m,底厚0.8m,四周均凸出洞壁0.5m,沉陷缝宽2cm,用沥青麻刀回填，涵洞洞身用粘土做1m厚的涵衣，人工夯实，干容重达到1.55t/m3以上。三、涵洞出口消能段设计涵洞出口建筑物由明渠、跌水、消力池组成，明渠段长1.65m，底坡1：100；陡坡段水平长7.53m，底坡1/1.5，陡坡段采用矩形断面，用m7.5水泥砂浆砌块石砌筑，用m10水泥砂浆勾缝。2、陡坡段水力计算采用省规范

15、（4-19）式：3aq2hk=g式中：hk临界水深（m）；a系数，a=1.1;q单宽流量，q=0.2760.8=0.345m3/s/mg重力加速度，g=9.81m/s2将以上数值代入公式得:31.10.3452hk=0.24m9.81正常水深计算采用省规范（4-25）明渠均匀流公式：q=cri式中：q涵洞内过水流量（m3/s），qq加0.276m3/sb涵洞底宽（m），b=0.8m过水断面面积（m2）=bh0=0.8h0c谢才系数，c=（1/n）r1/6r水力半径，r=/x，x湿周，x=0.8+2h0n糙率，n=0.025i涵洞底坡，i=1/1.5将以上有关数值代入公式，经试算得涵洞内正常水深

16、为：h0=0.07m。2、涵洞出口明渠段尺寸确定涵洞明渠段底板厚0.4m，侧墙采用挡土墙形式，墙高为临界水深加0.5m的安全超高，即0.24+0.5=0.74m，取0.8m，顶宽0.4m，底宽0.7m，基础外伸长0.1m，基础厚0.4m。3、明渠末端消力池设计。为使水流平顺地进入河槽、在明渠出口处设消力池，消力池为矩形断面。3.1、判断是否需要设消力池采用省规范（4-20）式：ho8aq2h2=1+-12gho3式中：h2消力池的跃后水深(m)ho正常水深，ho=0.07ma流速不均匀系数,a=1.1q单宽流量q=0.2760.8=0.345m3/s/mg重力加速度，g=9.81m/s2将以上

17、数值代入公式得:0.0781.10.3452h2=1+-129.810.073=0.584m明渠段正常水深hs=0.285m,h2hs,故发生远离式水跃，需设消力池。3.2、消力池断面尺寸计算3.2.1、池深计算采用省规范（4-22）式d=(h2-hs)式中：d消力池深度（m）淹没安全系数，=1.25h2消力池跃后水深，h2=0.584mhs正常水深，hs=0.285m将以上数值代入式中得：d=1.25(0.584-0.285)=0.37m，取池深为0.4m3.2.2、池长计算采用省规范（4-23）式lk=(4.85.5)(h2-ho)式中：lk消力池长度（m）h2消力池跃后水深，h2=0.584mho陡坡段末端水深，ho=0.07m将