小型拦河坝设计计算书

1、 一、过坝洪水计算1、计算方法项目区及附近没有水文测站，无法采用长系列实测洪水资料推求设计洪水，只能采用暴雨资料推求设计洪水。白沙镇水管所自1994年安装有人工记录雨量站，主要用于暴雨观测，距今21年，资料系列满足统计年限精度要求，但由于记录人员不稳定，操作欠规范，雨量资料准确性差，作为洪水计算统计资料成果误差大，不宜采用。因此，本次洪水计算采用广西水文图集及暴雨径流查算图表中的雨量等值线及CV值图表计算洪水。拦河坝座落在干沟01下游，为简化计算，对干沟01全长进行洪水计算，然后按面积比计算坝上洪水量。2、设计洪水标准选择根据广西壮族自治区土地整治工程建设标准，本次拦河坝引水枢纽引水流量小于2

2、.0m3/s，按10年一遇洪水标准设计。3、洪水计算（1）集雨面积将项目区及与之接壤，并正在安排土地整治项目建设的龙江村、文明村、白沙村实测1：1000地形图进行拼接，在图上框出干沟01集雨面积为6.462Km2。（2）河道底坡计算计算公式：J=J河道底坡；H0河道从下至上第一个断面处的河底高程；H1、H2河道从下至上第二、第三个断面处的河底高程；Hn-1、Hn河道从下至上最后两个断面处的河底高程；L河道总长，图上量得3030.28m，3.03Km。计算得河道底坡：J=0.00184。（3）设计净雨计算1）根据项目所在地点查广西水文图集，得多年平均最大1、6、24小时H值和CV值，然后查模比系

3、数Kp值，计算不同频率年份设计雨量见表5-2。表5-2 各时段点暴雨量参数及频率计算成果表计算方法时段资料系列均值（mm）CvCs/Cv频率（%）50.5210广西暴雨统计参数等值线图集（2001）10min截止2000年240.33.537.749.442.533.61h截止2000年650.3102.1133.9115.1916h截止2000年1150.45216.2320.9258.918424h截止2000年1600.5318.4489.6387.2265.62）取时段t为0.5小时，计算各时段设计暴雨根据暴雨径流查算图表，计算P=10%暴雨递减指数np如下：n1p=1+1.285lg

4、=1+1.285（-0.433）=0.444n2p=1+1.285lg=1+1.285（-0.306）=0.607n2p=1+1.661lg=1+1.661（-0.159）=0.736式中H24p、H6p、H1p（H60p）、H10p分别为24小时、6小时、1小时、10分钟设计暴雨（单位：mm）。各时点暴雨按下式计算：当6t24小时：Htp=h24p()1-n3p当1t6小时：Htp=h1pt1-n3p或Htp=h6p()1-n2p当t1小时：Htp=h1pt1-n1p时段雨量为相邻两个时点之间的差值。查雨型分区图，合浦县属第8区，根据广西分区综合24小时雨型表进行分配时段雨量。3）净雨计算根

5、据产流分区图，本区属7区，查降雨径流相关特征参数综合表得Wm=100mm，则初始蓄水量W0=0.7 Wm=70mm，I0= Wm- W0=30mm。根据暴雨径流查询图表，取平均稳定入渗率f=8mm（瞬时单位线法）和=4mm（推理公式）。4）瞬时单位线法计算洪峰流量根据汇流分区图，本区属二（1）区，属非岩溶地区，则：m1稳=3.50F0.150J-0.440=3.54n=1.797F0.082J0.028=2.10K=3.54/2.1=1.66c=3.59根据计算的n、k值，查取S（t）曲线对应值，并结合计算的c值，算出各时段洪水流量见表，计算洪峰流量为33.36m3/s。5）推理公式法计算洪峰

6、流量6）净雨计算根据前述计算净雨，将稳定入渗率由f=8mm更换为=4mm。7）计算、m值=15.50本区属丘陵区，植被一般，则：m=0.1070.581=0.538）计算洪峰流量采用图解法进行计算，设5、6、7、8、9五个时段t，按公式Qm=0.278F及Qm=(0.278)4分别计算Qm值，计算结果：Qm=37.87m3/s。6、计算洪峰流量结果比较及确定瞬时单位线法和推理公式计算Qm值分别为33.36m3/s、37.87m3/s，两者相差13.5%，结果比较合理，本次设计从加强安全要求考虑，选择推理公式计算结果。7、过坝洪峰流量计算采用面积比法推求过坝洪峰流量，从1：1000实测地形图上框

7、量，坝上集雨面积2.629Km2,上述洪峰流量计算对应集雨面积为6.462Km2，因此：Q坝=15.41 m3/s二、拦河坝设计1、坝址选择项目区内拦河坝只有一处，主要拦抬干沟01水量灌溉平鸭营屯南部农田。从现场调查来看，原有坝体已全部破坏，破坏原因主要有：一是原有坝身单薄，坝基及坝肩渗径不够，坝基淘空后，坝身在自身重力作用下，沿坝轴线近似法线方向产生压扭性断裂；二是原坝身为砌石体，经多年水流淘涮，容易造成浆、石分离，被水流带走，加速破坏；三是坝下游缺乏消力池等消能工，容易造成坝后冲刷，危及坝身安全。从旧坝址来看，坝基主要土层分布为：上层约3050cm的污泥质土，土质软弱，压缩性大，不能作为建

8、筑地基使用；下层为第四系粉质粘土，属滨海沉积的第四系红土，厚57m，沉积年代较远，地基持力好，稳定性好；其下为粉砂质泥岩，厚达50m以上（参考合浦水利局2004至2005年打井资料）。坝基所在地不存在不稳定活动层，粉质粘土层及粉砂质泥岩层地基承载力好，属弱透水层，可作为坝基。项目区内原有坝体设置是满足下游农田引用水水位要求的，坝址地质条件较好，因此，本次仍选用原有坝址。2、坝身设计（1）坝身设计1）坝顶、坝基高程确定从现有坝肩引水渠来看，要满足引水渠引水灌溉要求，坝顶高程应到14.30m，但坝址所在地右岸农田田面基本在14.30m高程左右，因此既要满足引水要求，也要满足排水、排渍要求。本次设计

9、划设计坝顶高程14.3m，沿坝轴线设4个排水孔，孔深80cm，也即孔底高程13.5m,农田灌溉取水时可通过增设平木板闸拦抬水位，不用水时采用通过排水孔排水，避免农田渍害。坝址处表层淤泥质土厚3050cm，地基承载力小，压缩性大，需要清除，底层粉质粘土沉积年低久远，压缩性小，透水性小，可作坝体持力层，为保证建基面土层持力效果较好，结合坝身断面要求，本次计划坝基面选择在河道地面以下1.6m，也即10.82m高程。2）坝身设计本次设计坝身采用C20埋石砼浇筑，埋石量20%。设计坝顶高程14.30m，坝基高程10.82m；坝顶宽0.8m，以便人员自由通行；坝长8m，坝体中部设置4个bh=100cm80

10、cm的排水（砂）孔，孔顶设设置6cm厚钢筋砼人行盖板，孔口上部（迎水面）设置5cm厚平木板闸槽。为加强坝肩稳定，坝身与两岸接触设置C20埋石砼刺墙伸入两岸，每侧伸入长度为1.5m，顶部高程为13.5m,底部高程与坝基相同，均为10.82m。刺墙厚80cm。（2）坝身过流能力复核1）下游水位计算下游水位采用比降法计算，河道两岸砌石硬化，底宽6.0m，糙率取0.022，底坡0.0036，计算下游水位1.55m。2）闸孔过流能力计算公式：Q闸=mBQ闸闸孔过流，m3/s。H0堰顶水头（含流速水头），经试算得H0=1.56m，其中堰顶实际水深1.44m，流速水头0.12m。淹没系数。下游水位为13.9

11、7m，闸孔堰顶高程为13.50m，则下游水位与堰顶高差hs=13.97-13.5=0.47，从hs/ H0=0.47/1.56=0.300.80，判断闸孔出流为自由出流，取=1.0。B闸孔宽度，本次设置闸孔4孔，每孔净宽100cm，故B=4.0m。m流量系数，下游沟宽B0=8.0m，闸孔宽B=4.0m，B/ B0=0.50，查流量系数表，得m=0.34。g重力加速度，g =9.81m/s2。计算得: Q闸= 11.73m3/s。3）堰顶过流能力计算公式：Q堰=smBQ堰堰顶过流能力，m3/s。H0堰顶水头（含流速水头），H0=坝上游水位+流速水头-堰顶高程=14.94（=13.5+1.44）+

12、0.12-14.30= 0.76m。其中堰顶实际水深0.64m，流速水头0.12m。s淹没系数。下游水位为13.97m，闸孔堰顶高程为14.30m，则下游水位与堰顶高差hs=13.97-14.30=0.-0.33，从hs/ H0=-0.33/0.76=-0.430.80，判断闸孔出流为自由出流，取=1.0。B堰顶计算宽度， B=4.0m。侧收缩系数，=1-0.2kH0/B=1-0.20.80.76/4=0.97。k边墩形状系数，按折线型边墩选取，k =0.8。m流量系数，根据H0/Hd=0.78，P/Hd=1.94，查图得m=0.41。P堰高，P=堰顶高程-坝址处河道底部高程=14.3-12.

13、42=1.88m。Hd设计水头，Hd =上游水位-下游水位=14.94-13.97=0.97m。计算得: Q堰= 3.73m3/s。4）坝身过流能力复核Q坝核= Q闸+ Q堰=11.73+3.73=15.46 m3/s，稍大于过坝设计洪峰流量Q坝=15.41 m3/s，故坝身过流满足泄洪要求。（3）坝基渗透稳定计算根据水闸设计规范（SL265-2001）的规定，考虑到本次工程属等5级小型水坝，为便于计算，采用渗径系数法分正常运行和设计洪水2种工况计算，具体如下：计算简图：见图5-5、5-6。计算公式：C=L/HC渗径系数；L闸基防渗长度，为防渗部分水平段和垂直段的长度总和，按图5-1和5-2计

14、算，L为18的边界条件总长：L=2.1+0.5+3.35+0.5+1.5=9.37；H上、下游水头。正常运行状况下，上游水位与坝顶高程一致，下游无水，则H =14.3-12.42=1.88m；设计洪水状况下，上、下游水头Hd =上游水位-下游水位=14.94-13.97=0.97m。计算得：正常水位状况：C=L/H=9.37/1.88=4.98C=32；设计水位状况：C=L/H=9.37/0.97=9.66C=32；结论：从计算结果来看，正常水位及设计水位运行状况下，坝基均满足抗渗破坏要求。（4）坝身稳定计算1）抗滑稳定计算简图，见图5-7、5-8：计算公式：根据砼重力坝设计规范（SL319-

15、2005）的规定，选择抗剪强度公式计算抗滑稳定：K=K抗滑稳定安全系数；f坝体砼与坝基接触面的抗滑摩擦系数，本次坝基为粘土，参考水闸设计规范，瓦窑岭水库除险加固工程的地勘成果，取=0.35；W坝基上全部向下铅直荷载，KN；U扬压力，KN；P作用在坝体上的水平荷载。工况1：正常运行水位时（假设坝下游无水）W=G1+G2+G11=0.5（2.1+1.88）25+0.20.325+0.20.20.525+（0.2+0.3）（1.0+1.46+0.82）25+0.50.50.525+0.50.820.8225+0.82（1.0+1.46）25+0.5（0.5+0.5+2.54）1.4625+（0.5+

16、0.5+2.54）1.025+0.50.50.525+0.50.525=49.75+1.5+0.5+41+3.125+8.405+50.43+64.605+88.50+3.125+6.25=350.79KNU= U1+U2+U10=H15.35+H20.50.5+H2（5.35-0.5）+H30.50.5+H3（5.35-0.5-0.5）+H4（2.54+0.82）0.5+H4（0.5+0.5）+H50.50.5+H50.5+H60.50.5=16.05+0.25+4.85+0.25+4.35+11.155+6.72+0.25+0.5+0.25=49.975式中：水的容重，=10KN/m3；H

17、1、210扬压力增量值，根据上下游水头差H=（上游水位）-下游水位=14.30-12.42（取下游无水）=1.88m，取H=H/L=1.88/9.37=0.20，从下往上按渗径长度推算各拐点扬压力增量值见表5-3：表5-3 扣拐点扬压力增量值H1H2H3H4H5H60.30.10.10.6720.10.1P=P土+P水=18.05+79.20=97.25KNP土上游土压力；P土=0.5土h土2tg2(45-/2)=0.5182.12tg2(45-22/2)=18.05KN；P水上游静水压力，P水=0.5水h水2=0.510（2.1+1.88）2=79.20KN。计算得：K=1.08K=1.05

18、，满足稳定要求。工况2：设计洪水时，上游水位14.94m，下游水位13.97m。W=350.79KN（同正常工况）U= U1+U2+U10=H15.35+H20.50.5+H2（5.35-0.5）+H30.50.5+H3（5.35-0.5-0.5）+H4（2.54+0.82）0.5+H4（0.5+0.5）+H50.50.5+H50.5+H60.50.5=73.30+0.125+2.425+0.125+2.175+5.58+3.36+0.125+0.25+0.125=87.59KN式中：水的容重，=10KN/m3；H1、210扬压力增量值，根据上下游水头差H=（上游水位）-下游水位=14.94-

19、13.97（取下游无水）=1.88m，取H=H/L=1.88/9.37=0.20，从下往上按渗径长度推算各拐点扬压力增量值见表5-4：表5-4 扣拐点扬压力增量值H1H2H3H4H5H61.370.050.050.3460.050.7P=P土+P水=20.95+79.20=97.25KNP土，上游土压力；P土=0.5土h土2tg2(45-/2)=0.5182.12tg2(45-22/2)=18.05KN；P水上游静水压力，P水上=0.5水h水2=0.510（2.1+1.88+0.97）2=122.51KN； P水下=0.5水h水2=0.510（13.97-12.42+1.5）2=46.51KN

20、；P水= P水上- P水下=122.51-46.51=76.00计算得：K=1.21K=1.05，满足稳定要求。2）坝基应力计算计算公式：y=工况1：施工期（上、下游均无水，坝基面不存在扬压力）W=350.79（按前述计算）U=0B坝基宽度，B=5.35。M计算见表5-5：表5-5 M计算成果表序号荷载名称荷载值（KN）力臂（m）弯矩（KNm）备注一坝体自重W1G149.752.6755133.112G21.52.02553.043G30.51.80850.904G4411.925578.95序号荷载名称荷载值（KN）力臂（m）弯矩（KNm）备注5G53.1252.00856.286G68.4

21、051.402511.797G750.431.267863.948G864.605-0.32-20.679G988.50-0.9078-80.3410G103.125-2.0085-6.2811G116.25-2.4255-15.16M175.56=65.5736.80计算得：max=102.37KPa150 KPa，满足地基承载力要求；min=28.77KPa0，满足地基承载力要求。正常运行期：W=350.79KNU=49.975KNB坝基宽度，B=5.35。M计算见表5-6：表5-6 M计算成果表序号荷载名称荷载值（KN）力臂（m）弯矩（KNm）备注一坝体自重W175.561G149.75

22、2.6755133.112G21.52.02553.043G30.51.80850.904G4411.925578.955G53.1252.00856.286G68.4051.402511.797G750.431.267863.948G864.605-0.32-20.679G988.50-0.9078-80.3410G103.125-2.0085-6.28序号荷载名称荷载值（KN）力臂（m）弯矩（KNm）备注11G116.25-2.4255-15.16二扬压力U-25.371U116.05002U20.252.34250.593U34.85-0.25-1.214U40.251.84250.46

23、5U54.35-0.5-2.186U611.155-0.5555-6.20 7U76.72-2.1755-14.62 8U80.25-2.0085-0.50 9U90.5-2.4255-1.21 10U100.25-2.5085-0.50三上游水、土压力-117.951P水79.20-1.33-105.342P土18.05-0.6985-12.6132.34=56.236.78计算得：max=63.01KPa0，满足地基承载力要求；min=49.45KPa0，满足地基承载力要求。设计洪水期：上游水位14.94m，下游水位13.97m。W=350.79KNU=87.595KNB坝基宽度，B=5.

24、35。M计算见表5-7：表5-7 M计算成果表序号荷载名称荷载值（KN）力臂（m）弯矩（KNm）备注一坝体自重W175.561G149.752.6755133.11序号荷载名称荷载值（KN）力臂（m）弯矩（KNm）备注2G21.52.02553.043G30.51.80850.904G4411.925578.955G53.1252.00856.286G68.4051.402511.797G750.431.267863.948G864.605-0.32-20.679G988.50-0.9078-80.34一坝体自重W175.5610G103.125-2.0085-6.2811G116.25-2.

25、4255-15.16二扬压力U-12.761U173.30002U20.1252.34250.293U32.425-0.25-0.614U40.1251.84250.235U52.175-0.5-1.096U65.58-0.5555-3.10 7U73.36-2.1755-7.31 8U80.125-2.0085-0.25 9U90.25-2.4255-0.61 10U100.125-2.5085-0.31三上游水、土压力-144.771P水上122.51-1.54-188.672P水下46.511.21556.513P土18.05-0.6985-12.6118.03=49.203.78计算得

26、：max=52.98KPa=180KPa，满足地基承载力要求；min=45.42KPa0 KPa，满足地基承载力要求，也满足坝址处不出现拉应力要求。3、消力池及海漫设计（1）消力池设计1）水力计算下游水流衔接形式判别：T0=hc+= hc+T0消力池底板顶面算起总势能,m；hc收缩水深，m；q过坝单宽量，q=15.41/8=2.20m3/s；流速系数，取=0.95。经试算，hc =0.23m，T0=5.409m。hc ”=2.08m下游水深ht=1.55m，判断发生远离式水跃起，需建消力池。hc ”水流跃后水深，m；消力池深计算：d=0 hc ”- ht-z0水跃淹没系数，经校正，0=1.05；hc ”水流跃后水深，2.08m；ht出池河床水深，ht =1.55m；z水流出池落差，m。z =0.02消力池出口流速系数，取=0.95。经计算，d=0.62m，取d =0.60m。