淤地坝设计说明

1、淤地坝设计目录第一章 概况第一节 基本资料 第二节 淤地坝的组成和作用一、淤地坝的组成二、淤地坝的作用第二章 淤地坝坝体设计第一节 淤地坝总体设计一、淤地坝组成方案选择二、淤地坝类型选择三、坝址选择第二节 土坝坝体设计一、坝高及库容确定（一）、拦泥库容及拦泥坝高的确定（二）、滞洪库容及滞洪坝高的确定 1 、先用 20 年一遇洪水进行设计 2 、按工程安全防洪标准确定溢洪道尺寸进行校核3、安全加高 h的确定二、土坝断面结构构造及尺寸（一）、坝顶宽度（二）、坝坡马道（三）、坝边坡（四）、坝坡保护（五）、坝体排水（六）、坝基和岸坡处理 第三节 土坝的稳定计算 第三章 土坝溢洪道设计 第一节 位置选择

2、和布置形式一、位置选择二、布置形式第二节 水力计算一、溢流堰尺寸计算二、陡坡段尺寸计算（一）、计算临界水深 h k（二）、计算临界底坡 ik（三）、计算陡坡长度 L0（四）、计算正常水深 h 0（五）、计算水面曲线（六）、陡坡终点水深 ha 和末端流速 v（七）、陡坡边墙高度 H 确定三、出口段尺寸计算（一）、消力池深度 S 计算1、求跃后水深 h 2、求尾渠正常水深 h t3、消力池深度（二）、消力池长度计算 第四章 溢洪道结构设计 第一节 进口段设计 一、 引水渠设计 二、 渐变段设计三、 溢流堰设计 第二节 陡坡段设计 第三节 出口段设计 第五章 土坝放水建筑物设计 第一节 放水工程组成

3、及作用 一、 放水工程组成 二、 放水工程作用 第二节 工程布设 第三节 水力计算一、 卧管水力计算 （一）、进水孔尺寸计算 （二）、卧管涵洞断面尺寸计算 二、 消力池水力计算 第四节 工程结构设计 一、 卧管结构设计 二、 输水涵洞结构设计第一章 概况第一节 基本资料1.坝址以上集水面积 5km 2;2.经勘测计算，求得坝高H与库容V、淤地面积A的关系见图；3.流域年侵蚀模数 K=10000t/ km 2,20 年一遇设计洪水流量 Q 20 =105 m 3 /s ， 洪水总量 W洪=10万m3,200年一遇设计洪水流量 Q2OO=180 m3 /s，洪水总 量W洪=17万m3;4.沟道无常

4、流水；5.坝址附近有充足的筑坝土料，土壤内摩擦角二20。，内聚力c=0.8t/m 2 ;6.放水洞设计流量 Q=0.5 m 3 /s 。第二节 淤地坝的组成和作用一、淤地坝的组成 淤地坝工程一般由三大件组成，即大坝、溢洪道，放水洞。二、淤地坝的作用 坝体是横拦沟道的挡水建筑物，用以拦蓄洪水，淤积泥沙。溢洪道是排洪建 筑物，当淤地坝内洪水位超过设计高度时， 洪水就会由溢洪道排出， 以保证坝体 的安全和坝堤生产的正常运行。 放水建筑物用以排泄沟道长流水、 库内积水到坝 的下游，通常采用竖井和卧管的形式。淤地坝的最终目的就是增加农田。第二章 淤地坝坝体设计 第一节 淤地坝总体设计 一、淤地坝组成方案

5、选择淤地坝枢纽工程组成在实践中有三大件方案 （大坝、溢洪道和放水建筑物） ， 也有两大件方案（大坝和放水建筑物） ，还有一大件方案（大坝） 。虽然三大件方案中溢洪道工程量大， 工程投资和维修费用较高， 但考虑到淤 地坝控制的流域面积较大， 为 5km 2, 从工程建成后运用安全方面及淤地坝上游淹 没损失两方面综合考虑，淤地坝设计为三大件方案。二、淤地坝类型选择 坝地附近有充足的筑坝土料，可以就地取材， 考虑到土坝对地基要求低，施 工技术较为简单，因此淤地坝设计为均质土坝。土坝按照施工方法可以分为碾压坝和水坠坝。 在坝地附近有充足的土料， 但 是没有充足的水源，水坠坝无法施工，因此土坝设计为碾压

6、坝。综上，淤地坝设计为碾压均质土坝。三、坝址选择 好的坝址是淤地面积大、工程量小、施工方便、运用安全可靠。在流域沟道 坝址地形图中有两个轴线位置可以选择， 其中轴线二处沟谷狭窄， 上游地形开阔 平坦，并处于口小肚大的葫芦口地形处，在轴线二处筑坝工程量小、库容大、淤得:KFil-nT 卩拦=rs=38.5 万 m3地面积大。因此，选中在轴线二处筑坝第二节土坝坝体设计、坝高及库容确定淤地坝坝高H 般由拦泥坝高h拦，滞洪坝高h滞和安全超高Ah三部分组r5式中：F 淤地坝控制的流域面积，单位 km2,取F=5 km 2K 年平均侵蚀模数，K=10000t/（km2 ?年）ns坝库排沙比，从安全角度考虑

7、，认为土坝不排沙，即ns=0T 设计淤积年限，N=10年 g淤积泥沙的干容重，rs =1.3t/m 3根据H-V曲线，查出相应的拦泥坝高h拦=24m，高程为822米（二）、滞洪库容及滞洪坝高的确定对于三大件方案，滞洪库容需通过调洪计算确定。KF(1 - nT两公示联立得：MBh 滞3/2 = Q 洪（1-V 滞/W 洪）净宽；W洪一溢洪道最大泄洪量；V滞一滞洪容积；Q洪一来水洪峰流量1、先用20年一遇洪水进行设计已知20年一遇设计洪水流量 Q2o=1O5m 3/s ,洪水总量 W洪=10万m3求解采用试算法，步骤为：1 ）先假设一个h滞，再由HV曲线求得V 滞;2 ）按公式 Q泄=Q洪（1-V

8、 滞/W洪）求Q泄；3） 按堰流公式 0泄=MBh滞3/2求溢洪道宽度B ；4） 经过多次假设计算，最终对工程作经济、技术比较，取一个合适的B，该B 所对应的h滞，Q泄，V滞即为调洪计算所求。根据经济分析技术比较最终得出 h滞=2m，B=8.7m 。此时Q泄=Q洪（1-V滞/W 洪）=42m 3 /s2、按工程安全防洪标准确定溢洪道尺寸进行校核200年一遇设计洪水流量 Q2OO=18O m 3 /s，洪水总量 W洪=17万m3， 校核步骤：1 ）先假设一个h滞，再由HV曲线求得V滞；2） 按公式 Q泄=Q洪（1-V 滞/W洪）求Q泄；3） 按堰流公式Q泄=MBh滞3/2，其中M=1.7，B=8

9、.7m,可求得h滞；4） 将假设的h滞的值与求得的h滞的值对比，如果两个数值接近或相等，贝以所 求的h滞h滞=3m时，所求的两个数值比较的接近，因此校核 h滞等于3m3、安全加高 h的确定20 年一遇的洪水计算出0= h拦+h滞+h安=24m+2.0m+2.0m=28m200 年一遇的洪水计算 H 200 = h 拦+h 滞+h 安=24m+3.0m+2.0m=29m由于200年一遇洪水需要的坝体高度 29m 大于20年一遇洪水的坝体高度28m，故坝体高度H=29m取最大坝高为29m,相应坝顶高程为827m,沟底高程为798m 。、土坝断面结构构造及尺寸（1-V 滞/W 洪）| r *比木HH

10、张葩山刖tftuhfk溢洪道最大泄流量Q泄为：Q泄=0洪溢流堰堰流公式为：Q泄=MBh滞3/2其中，M 流量系数，取值为M=1.7 ; H 溢洪道堰上水头；B 溢洪道堰顶衰H坝摇、顶宽与边坡比我目610111521初上辭墟坝坡比1 t 1.SM L 751也0J * 251 J 2, i下WW比1*1.01I * h乔i 3.(1顶釦m3.0t. 047上讲坡坝坡比1 r 1.512.251 SE i 3.0下游坡境坡比* L25L 1 L B1 ). 75 2.( (1i 2. 353+04, 55,06-07a1.25,所以该土坡处于稳定状态。第三章土坝溢洪道设计第一节位置选择和布置形式一

11、、位置选择溢洪道是淤地坝中最主要的建筑物之一，根据对地形图的分析，沟道的右岸坡度较陡，左岸坡度较缓，地形较平缓故选择在沟道的左岸，同时溢洪道的进口布设在距坝端10m以外处，出口布设坝坡坡脚线 20-50m 以外处。二、布置形式根据此流域的集水面积，及泄流量情况，采用堰流式溢洪道，用浆砌石建造。 根据地形及工程量大小选用陡坡正堰式溢洪道，由进口段，陡坡段，出口段三部分组成。19 5堰配武灌推道示克图第二节水力计算一、 溢流堰尺寸计算溢流堰采用无坎宽顶堰，堰上水深为H=h滞=2m ,堰长设计为2.5 10倍的 H，即L=10m，堰顶宽度为 B=8.7m 。二、 陡坡段尺寸计算（一）、计算临界水深h

12、 k陡坡段设计为梯形,底宽B=8.7m,边坡比为1:1 o对于梯形断面陡槽，h k可按照水力学公式试算求得，即a世2式中：a为不均匀系数，a 一般取值1.1 ;g、B k分别为相应于h k的过水断面面积和水面宽；Q泄=42m 3s ; g为重力加速度，g=9.81m/s 2试算法：假设一个水深h，可以求得一个流量 Q，将h和Q的关系进行线性分 析，做出趋势线，根据趋势线公式代入Q泄=42m3/s便可以求得hk的 值。临界水深试算表hk(m)Q泄(万m3)Wk(m)Bk(m)127.589.710.71.133.5810.810.91.238.4911.911.11.343.6713.011.3

13、1.449.1114.111.51.554.8015.311.71.660.7416.511.91.2742.0912.711.2480.00方 立60.00万）（米40.0020.00量 流0.00水深流量关系图 Q泄 （万 m3）Q泄 （万 m3）0.511.5水深（m线性（Q泄（万 m3）线性（Q泄（万 m3）通过计算可以求出：当 Q 泄=42m 3s 时，hk =1.27m , VK=Q 泄/ g =42/12.7=3.31m2/s（二）、计算临界底坡ik.二 g aC Bk Kk2其中Kk为流量模数；g为过水断面面积：g k =12.7 m 2Rk为相应的临界水深hk时的水力半径,

14、界水深hk时的湿周Xk , Xk为相应的临n为粗糙系数，n=0.025； Ck为谢才系数,将hk=1.27m代入公式得：湿周 Xk=12.3m ;0.100.888.983.350.201.789.2710.60叫Rk =Xk=12.7 - 12.3=1.03m将 g=12.7m 2,RK=1.03m,代入下式，得：KK=518.91m 3s,i k=6.55 x 10-3陡坡段底坡设计为i=1：5，因为ik =6.55 x 10-3 米方立万量流h/m A/m2x/mR/m 1/nR2/3 v/(m/s )J=v2/av2/2g/m AL/m和AL/mEs/m102030405060陡坡长度

15、/m从水面曲线中计算可以得到L=54.147m,小于陡坡段长度L=122.38m 。由此可以说明陡坡段末端水深达到正常水深。(六)、陡坡终点水深ha和末端流速Va因为求出的水面曲线的长度L=54.147m 溢洪道陡坡段长度L。=122.38m ，所以陡坡段末端水深ha正常水深h=0.46m 此时Q泄=42m 3/s , 过水断面面积 A= ( B+H ) H=(8.7+0.46) X 0.46=4.21m 2, Va=Q 泄/A =42 - 4.21=9.97m/s(七八陡坡边墙高度H确定考虑到陡坡流速较大，参气会使水深增加，故边墙高度H:1.2712.6612.291.0340.7983.3

16、170.00661020.5607920.0060.0320.032421.211.8812.090.9839.5263.53540.0080.637040.0370.1920.224621.110.7811.810.9137.6363.89610.01071630.7736810.0820.4370.6618319.711.530.8435.654.32990.01475140.9555560.1490.8171.479090.98.6411.250.7733.5544.86110.02098821.2044040.2521.452.928810.87.610.960.6931.3325.5

17、2630.03110941.5565830.422.6225.551150.76.5810.680.6228.9626.3830.04857152.0765760.7115.26210.8130.65.5810.40.5426.4177.52690.08118552.8875611.26114.8525.66660.54.610.110.4523.6569.13040.14896884.2489720.77528.4854.14670.464.214100.4222.489.96770.19660595.063991(c2R)水面曲线 h/m.8.2.93O00X 0.46=2.2imH=h+

18、h B + hh未掺气时陡坡中的水深，m hB 掺气时的水深增加值，可按下式计算：当流速V小于或等于20m/s 时,hB=vh/100 ； Ah为安全加高，可取 0.51.0m。即：H=h+h B + h=0.46+9.97*0.46/100+仁1.5三、出口段尺寸计算持恭主编P276 )hi为跃前水深，hi=0.46m ; h2为跃后水深； 代入数据得：心匕日广小卜汽汽；%=0.5 x 8.7+ ( i+i )X 0.46 Ji=Ai h i+Q2/gA i=82.4 m 3(一)、消力池深度S计算1、求跃后水深h 梯形明渠共轭水深可以运用迭代公式：(出自水力学高等教育出版社-吴r2/aQ2

19、21沧 + 1 = 1b + 0.5（ + 叫）却0 h t 0.5（ 卜叫）九1/1 二1 1的.A 1 = D.5 2由 +TH】+ 皿2）妬耐.式中:h2,i+i和hi互为共轭水深；ml、m2为边坡系数，mi=m2=1 ;b为底宽，b=8.7m ;A为过水断面面积；由迭代公式计算可得h =2.6m2、求尾渠正常水深ht尾渠设计成梯形断面，底宽 B=8.7m，边坡设计为i:3 利用明渠均匀流公式：Q二ACx 其中：A为过水断面面积，A= (B+3H ) H，B=8.7m ;C = RC为谢才系数，,n为粗糙系数，n=0.025Xk为湿周，|愛=列m胡；i为尾渠底坡坡度，可以与土坝下游区域坡

20、降近似相等，i0.0225明渠均匀流公式可以转化为只有一个变量h的公式,即：第四章第一节溢洪道结构设计 进口段设计n(2 7 2 h 卜 B)3试算法：假设一个水深h，可以求得一个流量 Q，将h和Q的关系进行线性分 析，做出趋势线，根据趋势线公式代入 Q泄=42m3/s便可以求得ht的 值。通过计算可以求出当 Q泄=42m3/s 时，ht =0.88m3、消力池深度 计算公式选用经验公式：5= 1.250/ - ht)其中：h 一以陡坡段末端水深ha为跃前水深计算出的跃后水深，单位 m ； ht 尾渠正常水深，单位 m代入数据得 S=1.25(h ” -ht)=1.25(2.6-0.88)=2

21、.15m消力池深度设计为2.2m。(二八消力池长度计算6.9（胪批）式中：为折减系数，取值0.7 ;h ”为跃后水深，h ” =2.6m ; h 为跃前水深，h =0.46m则：坷=皿(人-斤)=6.9 x (2.6-0.46)=14.766mL 卩却=0.7 x 14.766=10.33m，设计为 11m一、引水渠设计土坝建设在土基上，采用梯形明渠，用浆砌石衬砌。梯形渠道断面边坡采用 1:3，底宽B=8.7m，侧墙高H=3m，厚度为0.4m二、渐变段设计渐变段长度L=5m采用扭曲面作为导流墙，浆砌石衬砌，侧墙厚为0.4m 导流墙与边墩用缝分开，墙顶超高1m，底板上游端做防渗齿墙，齿墙深入地基

22、 1m，厚度为0.5m，底板衬砌厚0.3m。卜翼墙-pjTT产 导流墙三、溢流堰设计淤地坝地基为土基，溢流堰设计为无坎宽顶堰，堰长为10,底板厚0.4m,横截面为梯形，底宽8.7m，边坡系数为1:1。堰体底板与渐变段底板相连，连 接处需做一深1m，厚0.5m的防渗抗滑齿墙。堰边墙（边墩）用浆砌石建造， 为挡土墙形式，墙高3m，顶宽0.4m,堰边墙一侧垂直。第二节陡坡段设计陡坡段纵坡设计为1:5，陡槽断面为梯形断面，边坡为 1:2，陡槽侧墙和 底板用浆砌石建造，厚0.3m。为了防止不均匀沉降，陡槽沿着纵坡每隔 10m 留一沉陷缝。每段陡槽的起始端都设置深 1m，厚0.5m的防渗抗滑齿墙。为 了防

23、止陡槽底板冰冻发生裂缝，还需在底板下铺设 0.2m的砂卵石垫层反滤排 水及纵向排水沟。由于陡槽中水的流速较大，动水压力可能使底板产生振动，为了稳定起见， 需校核底板厚度d是否满足要求。底板厚度校核使用公式：d N 0.03a *式中：d为底板厚度（m）；a为地基条件系数，密实黏土 a=0.8 ；v为槽中流速； h为槽中水深陡槽起始端：Vk =3.2m/s， hk =1.31m，d=0.03 x 0.8 x 3.2 x1.31A0.5=0.09m0.3m陡槽末端：Vo =9.97m/s， ho=0.46m，d=0.03 x 0.8 x 9.97 x0.46A0.5=0.16m0.3m由此可以看出

24、，底板厚度为0.3m满足要求。第三节出口段设计出口段包括消力池、渐变段和尾水渠三部分。渐变段和尾水渠与进口段结构 相同，尺寸不同。渐变段长度为8m，宽度8.7m，侧墙高度为1.5m，厚度0.4m。 尾水渠宽度8.7m，边坡1:2，高度1.5m。消力池用浆砌块石修筑，池底厚0.6m, 池前端设置齿墙，深1.0m，厚0.6m，底板下设反滤排水孔和反滤层，侧墙构 造同于陡槽，边坡为1:1，底宽8.7m。S4-35甫力也结梅构适底板池底厚度d校核公式：匕y兀式中：d为底板厚度；he为收缩断面处水深，可取跃前水深；Vc为收缩断面处流速；K为系数，K=0.03+0.175sina ， a为陡槽未端射流与水

25、平面夹角。已知 tana=1/5,贝U a=11.31 : Vc = 9.97m/s, he =0.46m/s,K=0.03+0.175si na=0.03+0.175si n11.31 =0.06432.ci K * f A -则=0.06432 X 9.97 X 0.46A0.5=0.43m因为d=0.430.6 ，所以消力池底板厚度设计为 0.6m满足要求。第五章 土坝放水建筑物设计第一节放水工程组成及作用一、放水工程组成放水工程由进口取水工程、输水工程和出口消能工程组成。取水工程设计 为卧管，输水工程设计为坝下涵洞，出口消能工程设计为底流消能。卧管空口设计为平孔，平孔高差0.5m。输水

26、涵洞出口段设计为陡坡消力池形式。二、放水工程作用对已经淤成的坝库，防水工程的作用主要是排除坝内积水，保证坝地生产 安全，降低盐碱化；对未淤成的坝库，主要是排水腾空库容，拦蓄径流泥沙， 调节洪水径流。第二节工程布设卧管布设在沟道的右岸土坝上游坡脚处，卧管纵向坡度设计为 1:3。输水涵 洞埋于坝基，纵向坡度设计为1:100，涵洞轴线与坝轴线垂直，与卧管轴线呈 直角。涵洞出口消能工程布设在土坝下游坝坡坡脚以外，放在沟道的一侧，使的长度为L=1.6m63m水流沿坡脚流动，防止切割坝体第三节水力计算一、卧管水力计算卧管上端高出坝库最高水位 1m，并在顶部设置通气孔。卧管涵洞高度比正 常水深大3倍。已知坝

27、底部高程为798m，最高水位的高程为824m，前两个进水孔处于最 咼水位1m以下，即咼程为823m，由此可知卧管的两端咼程差约为 21m (去 掉卧管自身高度和消力池深度总共约为 4m )，。两个进水孔高差为0.5m。将卧(一)、进水孔尺寸计算进水孔设计成两个孔同时进水，进水流量Q为：Q= (2gH)A0.5式中：卩为流量系数，卩=0.62 ;1为进水孔断面面积，进水孔设计成圆形，即=d2;g为重力加速度，g=9.81m/s 2;Hi分别为上下孔孔口水头。已知 Q=0.5m 3/S,H 1=1m， H 2 =1.6m则 d=(4Q/(3.14 p(2gH)A0.5) A.5=0.48m，故同一

28、台阶设 2 个孔，直径都为0.4m，此时每个孔流量Q=0.26 m 3/s，总放水流量为0.52 m 3/s，符合要求。 (二八 卧管涵洞断面尺寸计算卧管涵洞断面尺寸按照加大流量Q加计算：Q加=1.25Q设=1.25 X0.5=0.625m 3/s ;卧管涵洞设计成矩形横断面，断面宽度 B=1.0m。求断面高度，应用明渠均匀流公式：1:3，即水平距离约为Q ACJRi式中：A为过水断面面积，A=Bh , B设计为1.0m ;11? = _胪C为谢才系数，,n为粗糙系数，n=0.025 ;,AR为水力半径，X, Xk为湿周，X =弘+ B；i为底坡坡度，i=1 ： 2明渠均匀流公式可以转化为只有

29、一个变量 h的公式，即:nC2 h + 矿试算法：假设一个水深h，可以求得一个流量 Q，将h和Q的关系进行线性分析，做出趋势线，根据趋势线公式代入 Q加=0.625m 3/s便可以求得h的值由流量和水深的关系图中可以求出当Q加=0.625m 3/s时，h =0.11m卧管涵洞高度比正常水深大 4倍。则h卧=4h=4 X 0.11=0.44 m,为了满足修 检要求，设计为1.2m二、消力池水力计算消力池断面设计成矩形，底宽 b=0.8+0.4=1.2m求卧管正常水深he，应用明渠均匀流公式：Q = ACy/R式中：A为过水断面面积，A=Bh，B=1.0m ;117C =C为谢才系数， 斤，n为粗糙系数，n=0.025;AR =R为水力半径， x，Xk为湿周，K =+ B;i为底坡坡度，i=1 ： 100明渠均匀流公式可以