淤地坝设计说明书2013年春

1、淤地坝设计说明书 2013年春淤地坝设计说明书 2013年春 淤地坝设计 淤 地坝工 程设计学院：资源环境学院班级：水保101姓名：陈洪敏学号：2010011498前言 水土流失是我国最严重的生态环境问题 之一，近年来，随着经济发展，工程建设导致的水土流失无 疑使得这一问题更加严峻。为应对这一变化，我们采取了更完善的水土保持治理方 案。淤地坝工程是沟道治理工程的一种，是我国黄河中游水土 保持地区沟道治理的一项行之有效的水土保持工程措施。本次淤地坝设计，由于知识水平和实践经验的限制，加 之时间有限，疏漏之处在所难免，希望读者批评指正，以便 今后进一步修改，完善，本人不胜感激。在设计过程中，参考了

2、有关书籍，并得到张胜利老师的指导与各位同学的帮助，在此表示衷心的感谢！编者2013年5月目录前言第一章淤地坝设计基本资料 5第二章 淤地坝总体概况 5第一节淤地坝的概念 5第二节枢纽工 程的组成5第三节 淤地坝分级及设计洪水标准 6第四节淤地坝类型选择6第五节坝址选择6第三章土坝坝体设计6第一节坝高及库容确定6（一）、拦泥库容及拦泥坝高的确定 7 （二）、滞洪库容及滞 洪坝高的确定7 （三）、安全加高 5确定9第二节 土坝断 面结构构造及尺寸10（一）、坝顶宽度10 （二）、坝坡马道10 （三）、坝边坡10（四）、坝坡保护10 （五）、坝体排水11 （六）、坝基和岸坡处理11第三节土坝稳定分析

3、计算 12第四章土坝溢洪 道设计13第一节 位置选择13第二节 布置形式13第三节 水力计算14（一）、溢流堰尺寸计算14 （二）、陡坡段尺寸计算14 （三）、 由口段尺寸计算19第四节 溢洪道结构设计21（一）、进口段设计21二、陡坡段设计 22三、由口段设计22第五章 土坝放水建筑物设计23第一节放水工程组成及作用23（一）、放水工程组成23 （二）、放水工程作用24第二节 工 程布设24第三节水力计算24（一）、卧管水力计算24 1、进水孔尺寸计算 26 2、卧管涵 洞断面尺寸计算26 3、卧管台阶尺寸计算 26 4、卧管消力池 水力计算26 （二）、输水涵洞水力计算 28 （三）涵洞由

4、口消能 段水力计算28第四节工程结构设计29（一）、卧管结构设计29 （二）、输水涵洞结构设计 30 （三）、 输水涵洞由口设计30第一章 淤地坝设计基本资料 1.流域 沟道坝址地形图一张（1/1000）; 2.坝址以上集水面积 5km2;3.经勘测计算，求得坝高 H与库容V、淤地面积 A的关系 见图；4.流域年侵蚀模数 K=10000t/km2, 20年一遇设计洪 水流量 Q20=105m3/s,洪水总量 W 洪=10万m3, 200年一 遇设计洪水流量 Q200=180m3/s ,洪水总量 W洪=17万m3;5.沟道无常流水；6.坝址附近有充足的筑坝土料，土壤内摩擦角 3=20°

5、 ,内聚力 c=0.8t/m2; 7.放水洞设计流量 Q=0.5m3/s第二章淤地坝总体概况第一节淤地坝的概念淤地坝是指在沟道中为了拦泥、淤地所建的坝，坝内淤成的 土地称为坝地。淤地坝是在我国古代筑坝淤田经验的基础上逐步发展起 来的。淤地坝是我国黄河中游水土流失地区沟道治理的一项行之有效的水土保持工程措施。第二节枢纽工程的组成（一）组成及作用 淤地坝工程一般由三大件组成，即大坝、 溢洪道，放水洞。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由，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、

6、库内积水到坝的下游， 通常采用竖井和卧管的形式，淤地坝主要用于拦泥淤地，一 般不长期蓄水，其下游也无灌溉要求。（二）组成方案选择 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5km2,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。第三节淤地坝分级及设计洪水标准淤地坝库容小于 50万立方米，属于中小型淤地坝。洪水重现期设计洪水为 20年，校核洪水为200年。淤积年限为设计为10年。

7、注：依据水土保持综合治理技术规范一沟壑治理技术（GB/T16453.3 -1996）可根据实际情况，适当提高设计 洪水标准。第四节 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坝。综上，淤地坝设计为碾压均质土坝。第五节 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

8、芦口地形处，在轴线二处筑坝工程量小、库容大、淤地面 积大。因此，选中在轴线二处筑坝。第三章土坝坝体设计第一节坝高及库容确定淤地坝 坝高H 一般由拦泥坝高h拦，滞洪坝高h滞和安全超高 Ah 三部分组成，即坝高：H=h拦+h滞+ A h 土坝断面结构构造图（一）、拦泥库容及拦泥坝高的确定式中：F一淤地坝控制的流域面积， 单位km2 ,取F=5 km2 K 一年平 均侵蚀模数，K=10000t/ （km2?年）ns一坝库排沙比，从安 全角度考虑，认为土坝不排沙，即ns=0 T 一设计淤积年限，N=10年rS一淤积泥沙的干容重，rS =1.35t/m3将数据代入 得：=37万m3根据H-V曲线，查由相

9、应的拦泥坝高h拦=22.5m,高程为 820.5m。（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。调洪计算方法采用简化三角形法：溢洪道最大泄流量 Q泄为：溢流堰堰流公式为：两公示联立得：其中，M流量系数，取值为 M=1.6; H 一溢洪道堰上水 头；B-溢洪道堰顶净宽；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、用20年一遇洪水 进行设计已知20年一遇设计洪水流量 Q20=105m3/s,洪水 总量W洪=10万m3。求解采用试算法，步骤为：1）由计划淹深假设h滞，由HV曲线求得V滞；2）按公 式求Q泄；3）按堰流公式 求溢洪道宽度 B; 4）经过

10、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。调洪计算表1 h滞（m）高程（m） v拦（万 m3） v 库（万 m3） v 滞（万 m3） B （m） 1 821.5 37 41 4 39.38 1.5 822 37 41.8 4.8 18.58 2 822.5 37 42.5 5.5 10.44 2.5 823 37 43.2 6.2 6.31 3 823.5 37 44 7 3.79 3.5 824 37 44.9 7.9 2.10 从试算表格 中可以看由，h滞=2m时，v滞=5.5万m3, B=10.44m符合土坝设计要求，因

11、此，B设计为10.5m,此时=47.25m3 /s 2、用200年一遇洪水进行校核已知200年一遇设计洪水流量Q200=180m3/s,洪水总量 W 洪=17万m3校核步骤：1）首 先假设一个h滞，由HV曲线求得V滞；2）按公式 求Q 泄；3）按堰流公式，其中M=1.6, B=10.5m,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，则为所求的h滞。调洪计算表2 h滞（m）高程（m） v拦（万m3） v 库（万 m3） v 滞（万 m3） B （ m） M B*M h 滞 1 821.5 37 41 4 10.5 1.6 16.8 4.0

12、6 1.5 822 37 41.8 4.8 10.5 1.6 16.8 3.90 2 822.5 37 42.5 5.5 10.5 1.6 16.8 3.75 2.5 823 37 43.2 6.2 10.51.6 16.8 3.59 3 823.5 37 44 7 10.5 1.6 16.8 3.41 3.5 824 37 44.97.9 10.5 1.6 16.8 3.20 4 824.5 37 45.8 8.8 10.5 1.6 16.8 2.99 由 表2可知，h滞=3.5m时两值相近，故 h滞=3.5m。（三）、安全加高受确定安全加高是考虑坝库蓄水后， 水面风浪冲击，蓄水意外增大使库

13、水位升高和坝体沉陷等附 加的一部分坝高，按有关规定，坝高 H>20米，Ah取1.52 米。（四）.坝高的确定20年一遇洪水计算为：H20=h 拦+h 滞+ A h=22.5+2.0+2.0=26.5m 200 年一遇洪水校核 为：H200=h 拦+h 滞+ A h=22.5+3.5+1.5=27.5m 因为 H201.1 ,满足 要求。(2)、输水涵洞水力计算本次设计输水涵洞采用无压砌 石拱涵，应用明渠均匀流公式：式中：A为过水断面面积，A=Bh , B=1m； C为谢才系数， ，n为粗糙系数，n=0.02 ; R为水力半径，Xk为湿周一 i=0.01. 代入数值，求得h=0.29m,洞

14、内水深不得大于洞高的3/4,以保证不因水流波动而破坏明流状态，涵洞洞高 H=h/0.75=0.39m,考虑到施工检修，此处取 H=0.4m (3)涵洞 由口消能段水力计算输水涵洞由口段设计为陡坡段消力池形式，结构同溢洪道由口道消力池。采用公式：式中：q一单宽流量，h2第二共辗水深，m. h0一明渠段正常水深， h0= 0.29m. a流速不均匀系数，取 a=1.0. g重力加速度， g=9.8m/s2.将以上有关数值代入公式计算得：h2=1.3m,接消力池由口的下游沟道无长流水，水深 hs=0m, h2>hs,故发生远离式水跃，需设消力池。消力池断面尺寸计算如下：池深计算 d=1.25(

15、h2-hs)池长计算 Lk=(39)h2将有关数 值代入公式计算得：d=1.25(1.3-0)=1.625(m),取 d=1.65 Lk=(3 9) ¥.3=3.9 11.7m,取L=5m 第四节 工程结构设计（一）、卧管结构设计 设计卧管侧墙顶厚0.2m ,底板厚0.2m, 盖板设计为条石。条石盖板厚度计算：盖板跨中最大弯矩为：盖板跨中最大剪力：式中：q为均布荷载，y 土 为土壤饱和容重（kN/m3） , 丫士 =20 kN/m3 , H为盖板上泥沙淤积高度，计算采用淤地坝泥沙淤 积高度计算，即H=22.5m,为便于计算取23m,L0为计算跨度， L0=1.05L, L 为净跨，L=1m。板厚可根据最大弯矩和最大剪力分别按下式计算并取其中的较大值：式中：h为板厚；b为盖板单宽，取1.0m; 6为条石允许拉应力（kpa）,8 =7.7Mpa 6T为条石允许剪应力（kpa）, 6T =7.8Mpa 代入数据得：=22.82kN/m =91.29kN/m 贝U =