小流域坝系骨干坝工程初步设计报告

设计院2005年9月水利委员会，XX省水利厅水土保持局先后对《XX县水土保持工作站委托，XX设计院于2008年3月～6月组织技术3前期工作阶段前期工作阶段水系支流明渠陡坡段型式矩形建设地点XX县XX乡总长度(m)座标东经断面尺寸(m)高×宽北纬溢洪道建设性质新建总长度(m)工程规模控制面积(km²)断面尺寸(m)高×宽总库容(万m²)主要工程量拦泥库容(万m)石方(m²)期混凝土(m)淤积年限(年)拦河坝型式均质土坝投工(万工时)碾压投资总投资(万元)坝高(m)中央投资(万元)坝顶长(m)地方匹配(万元)坝顶宽(m)效益防洪保护(hm²)坝坡比上游淤地面积(hm²)下游灌溉(hm²)坝体方量(万m)投资(万元)单位库容投资(元/m³)反滤体单位拦泥投资(元/m³)尺寸(高)单位工程量投资(元/m³)放水设施分级卧管单位淤地投资(万元/hn²)总高度(m)单位工程量换库容(m³/m²)每台高度(m)断面尺寸(m宽×高直径进水口尺寸宽×高直径炸药(kg)输水输水(管)涵管洞(管)身长度(m)计划施工开工时间(年、月)竣工时间(年、月)直径总工期(天)41综合说明 1 1 11.3工程地质 2 2 2 2 21.5工程施工 3 42基本情况 5 52.2社经情况 5 5 52.2.3综合治理现状情况 5 63.1流域概况 63.2气象 63.3水文要素 6 73.3.2蒸发 73.3.3径流 83.3.4泥沙 9 4工程地质 5工程设计 1 5.2.1设计依据 5.3坝体设计 5.3.3坝高确定 25 5.4.2涵管设计 6施工组织设计 6.1施工条件 34 6.2施工方法与质量要求 35 6.2.3坝体填筑 6.3施工进度计划 7工程量计算 27.1土坝工程量计算 42 43 8.1投资估算 9.1建设管理 9.1.3加强监理制 50 9.2运行管理 10.3.1防治原则 10.3.3水土流失防治措施 11效益分析 3 11.2.2经济效益计算 4第一章综合说明沙模数5852t/km²。灌溉。该骨干坝控制流域面积3.42km²,总库容51.14万m³,其中拦泥库容22.24万m³,滞洪库容28.90万m³,坝高27.50m。XX设计院于2008年3月～6月组织技术人员开展初步设计工 均水面蒸发量1080mm(E601),平均干旱指数2.0,项目区最大11.3工程地质水总量为15.66万m³,洪峰流量5.66m³/s;校核洪水标准为2002第一章综合说明顶长98.0m,坝顶宽4.00m;前坝坡坡比1:2.75、1:2.5,后坝坡坡比1:2.25、1:2.0,前后坝坡变坡处的高程为1423.50m;总库容51.14万m³、拦泥库容22.24万m³、滞洪库容28.90万m²;低放水孔高程1426.10m,卧管顶高程1435.70m,比降1/3,级差端接矩形消力井，井长4.50m,井宽1.00m,井深1.00m;输水涵管进口高程1424.68m,管长63.00m,管内径0.80m,壁厚0.12m,m,陡坡底高程1408.50m,断面尺寸0.8×0.8m,坡比1/3,高差15.47m,水平长46.10m;陡坡末端接0.80m,深1.40m,池底高程1408.50m;明渠与陡坡每隔5.0m设1.4.4工程施工工程计划从2008年9月初开工进入施工阶段，2009年6月3第一章综合说明工程动用土方12.29万m³,其中开挖土方3.96万m³,填筑土方8.33万m,浆砌石量51.00m³,混凝土132.00m³。子115.62m。则新增坝地1.79hm²,淤成坝地后年价按1.6元/kg计算，20年累计效益25.92万元。4第二章基本情况2基本情况2.2.1社经状况业劳动力91人，人均产粮477kg,人均纯收入2230元。hm²,治理程度42%。5 3.1流域概况≥10℃积温2580℃;土壤结冻一般从11月19日开始，解冻到次年3月10日左左，冻土时间近4个多月，冻土深114cm;无霜期3.3水文要素6主要降水集中在主汛期6—9月份，占年水量的69%,最大年降水量718.7mm(发生在1964年),最小年降水月份1234567降水量分配比月份89降水量分配比3.3.2蒸发7表3-2单位：mm月份1234567比例月份89比例6.84万m³。年径流模数2.0×10⁴m³/km²,年径流系数仅4.6%,年月份23456789全年量000000比例000018径流量0.06万立方米，占年径流量的0.9%。说明地表径流的有效项目区植被较差，土壤侵蚀剧烈，多年平均输沙模数由XX省水文水资源勘测局提供的数据6650t/km²(未考虑流域治理),考虑流域经过多年的治理，治理程度已达到42%,根据《XX省地方悬移质输沙模数可折减20%。根据《水土保持治沟骨干工程技术规范》(SL289—2003)流B—推移质比例系数，取0.1,经计算年均输沙模数为5852t/km²。3.3.4.2流域年均输沙量计算M一年均输沙模数，t/km²,5852t/通过计算XX骨干坝坝控区间多年平均输沙量2.00万t,各月9表3-4单位：万t月份123456789全年000000各月占000000根据XX省水文水资源勘测局提供。根据《XX省暴雨洪水表3—5单位：mm125点雨量85.I面雨量3.3.6设计洪水3.3.6.1计算方法3.3.6.2产流计算配在XX省有同频内包、概化和典型三种雨型。该区选用同频内包雨型，然后由面雨量过程以扣损法计算产流过程。R,=H,-f;R,—为产流期XX时段净雨(mm);H,一为产流期XX时段面雨量(mm);f一为产流期XX时段损失水量(mm);根据《XX省暴雨洪水图集》产流分区，该流域为黄土丘陵Ⅱ区，平均损失率f公式如下：3.3.6.3汇流计算汇流计算是根据推求的设计净雨过程R推求流域出口断面的洪水流量过程，采用纳希瞬时单位线法推求。按瞬时单位线原理，就是净雨历时趋于零的极小时段内产生的一个单位净雨(1mm净雨深)在出口处所形成的流量过程线，其公式为：u(t)一为t时的瞬时单位线的纵坐标；「(n)—伽玛函数；根据上式可导出时段单位线方程式为：式中：q(△t·t)面积为F的流域上，t时段内净雨量为1mm的单位线在t时段的纵坐标，以m³/s计；△t—计算时段长(h);r—纳希瞬时单位的累积曲线，又称曲—形同S(t)曲线，唯在时间坐标上错后△t时，用S(t-△t)表示。[S(t)-S(t-△t)]简写为△S(t),称为△t小时无因次时段t时的纵高。一般以μ(△t·t)表示。在计算瞬时单位线，进行洪水演进时，须求得参数n,k,滞时M,计算公式如下：半干旱区：n=1.22L0.2,K=M/n,i—产流区平均净雨强度(mm/h);L—产流区概化长度(km);3.3.6.5计算成果XX骨干坝产流区概化长度为2.65km,该工程流域面积3.42km²,清浑比为0.8,计算得不同频率设计洪水总量模数见表表3—7洪水重现期(年)洪水总量模数由表3-7得知XX骨干坝20年一遇设计洪水标准洪水总量15.66万m³,200一遇校核洪水标准洪水总量28.90万m³。 4工程地质(03S),灰色，厚层状，致密，坚硬，露天开采，储量大于100表4-6序号实际数值1应按地域、设计要求与使用日的确定234根据《水利水电工程天然建筑材料勘察规范》(SL251-2000)4.2.2粗骨料(砾石料)砾石料场是XX县长庆料场。砾石直径2-5cm,呈亚棱角形，成份为灰岩、石英岩等。其储量大于100万立方米。该骨干坝距 序号实际数值1表观密度(g/cm)2堆积密度(g/cm)34吸水率5678含泥量(祜、粉粒)9硫酸盐及硫化物含量(S0)浅于标准色浅于标准色宜采用6.25-8.30根据《水利水电工程天然建筑材料勘察规范》(SL251-2000)4.2.3细骨料(砂料)于100万立方米。表4-8实际数值1表观密度(g/cm¹)2堆积密度(g/cn)34云母含量5含泥量(粘、粉粒)67浅于标准色浅于标准色89细度2.5-3.5为宜0.36-0.50am为宜 第五章工程设计解决36户185口人的生活用水，改善75头大家畜及185只羊的5.2.1.1工程等别、建筑物等级、洪水标准及抗震标准XX骨干坝总库容小于100万m³,工程等别为五等，建筑物为五等5级。设计洪水标准为20年，校核洪水标准为200年，设计淤积年限15年。据查《中国地震动参数区划图》(1:400万),该地区的地震5.2.1.2设计依据(3)《小流域水土流失综合防治工程技术标准》5.2.2坝型及筑坝材料选择5.2.3施工方法的选择5.2.4枢纽组成及布设 第五章工程设计第五章工程设计 5.3.2库容计算5.3.2.3总库容 表5-1累计库容(万m²)高程(m)库容(万m³)设计淤泥面淤积库容设计洪水位设计库容校核洪水位滞洪库容(1)拦泥坝高拦泥坝高H由拦泥库容22.24万m,查坝高～库容曲线得拦(2)滞洪坝高由滞洪库容28.90万m³,查坝高～库容曲线得滞洪坝高为(3)安全超高。表5-2单位：m安全超高根据规范规定，坝高大于20m时，△H取1.5～2.0m,XX骨干XX骨干坝的坝顶高程1437.50m,校核洪水位1435.洪水位1432.22m,淤泥面高程1427.37m,沟底高程1410.00m。5.3.4坝体断面尺寸确定(1)坝顶宽碾压坝坝顶宽度按表5—3确定，坝顶有交通要求时，应按交通要表5-3单位：m坝顶宽度3由于XX骨干坝建成后为当地的交通主干道，为方便大车通行 (2)马道(3)坝坡按表5—4选取。坝型部位碾压坝上游坝坡下游坝坡2.75,1:2.5,下游坡比为1:2.25,1:2.0,上下游变坡处的高(4)结合槽设计第六章施工组织设计筑物，消除杂草、树根、腐植土，清理并回填夯实水泉、洞穴等。(2)采用截渗或排渗措施处理透水坝基。(3)岸坡不应陡于1:1.5。(4)在坝轴线处设结合槽，型式均采用底宽为3m,深度2m,边坡1:1。(5)考虑到黄土陷湿性及两岸可能出现的洞穴及裂缝，沟两岸在施工时，放水浸泡或灌泥浆。5.3.6坝后排水为防止渗流出逸处产生渗透变形，保护坝坡上不产生冻胀破坏，坝体应设置排水体。根据《水土保持治沟骨干工程技术规范》(SL289—2003),当不进行浸润线计算时，反滤体高度可取坝高的1/6～1/5,本骨干工程坝体排水选用贴坡式排水体，排水体高度采用坝高的1/5,经计算为5.50m,取6.0m,由三层材料组成，最里层紧贴土质坝体为粗砂，中间层为砾石，最外层为干砌块石。具体尺寸详见结构图。坝后坡设排水渠，采用砼盖板衬砌的梯形断面，底宽0.3m,边墙斜长0.42m,砼板厚5cm,边坡1:0.5,共长245.0m,排水渠沿坝体两岸间布设两道，沿坝体中间设一道纵向排水渠。5.3.7筑坝要求上坝土料含水量控制在15%左左，铺土厚度25cm左左，压实度要求达到0.96。5.4放水建筑物设计明渠和陡坡段组成。卧管采用矩形断面，卧管下接消力井；涵洞第六章施工组织设计采用圆形混凝土预制管；明渠与陡坡采用矩形断面，陡坡后接消力池。5.4.1卧管设计根据《水土保持治沟骨干工程技术规范》(SL289—2003)、XX省地方标准《水土保持治沟骨干骨干工程技术标准》(DB/6400P65-001—006—89),结合当地情况，在达到淤积年限后，为了保证坝地生产，设计流量按5日泄完20年一遇次洪水总量设计。计算卧管、消力井流量时，应考虑由于水位变化而导致的放水孔调节，比正常运用时的流量加大20%。卧管布置在坝体上游右岸坡上，矩形结构，坡度为1:3.0,卧管进水孔采用正面进水，每台设一个放水孔，按同时开启3台3孔设计，台阶高差0.4m,放水孔径为0.30m,卧管最低放水孔高程为1426.10m,卧管顶高程1435.70m,共24级，水平长30.00m,高差9.60m。5.4.1.1放水设计流量确定XX骨干坝是以淤地、拦泥与灌溉为主，根据《XX省水土保持治沟骨干工程技术标准》(DB/6400P65-001—006—89),筑物流量按5日内泄完20年一遇设计洪水总量标准设计。放水流量按下式计算：T—天数经计算XX骨干坝的放水流量为0.36m³/s,加大后的流量为第六章施工组织设计(1)放水孔径卧管级差0.40m。放水孔直径按孔口出流公式计算。同时开启三个台阶：经计算同时开启3台3孔时孔径为0.26m,取0.30m,经复核最大可放水0.51m³/s,满足放水要求。(2)卧管断面尺寸卧管断面尺寸与通过的流量，应考虑水位变化而导致的放水孔调节，比正常运用时加大20%,加大后的流量为0.61m³/s。卧管断面尺寸首先按检修要求拟定，然后用通过的流量和卧管的坡度进行计算，若计算尺寸小于拟定尺寸，采用拟定尺寸；若计算尺寸大于拟定尺寸，采用计算尺寸；设计时一般以加大流量来计卧管的断面尺寸按明渠均匀流公式计算：式中：Q—卧管流量(采用加大流量),m³/s;w—卧管断面过水面积，对于矩形w=h×b,b为底宽， i—卧管比降，取1/3.0;n—糙率，取0.017。假定卧管宽取0.60m,经试算卧管的正常水深14.3cm。流，其高度应取卧管水深的3～4倍，因此卧管高为57.2cm管高0.60m。最低放水孔高程1426(3)卧管结构设计20cm,基础厚30cm,底板厚20cm,盖板厚20cm。5.4.1.2卧管末端消力井设计第六章施工组织设计结构为钢筋砼，采用矩形断面，顶部加钢筋砼盖板。(1)卧管末端消力井水力计算方形卧管消力池，其水力计算主要确定池深和池长，按下式α—流速不均匀系数，取1.1;g—重力加速度，可取9.81m/s²。经计算d=0.87m,取1.00m。L=(3～5)h”L₂取4.50m其它符号意义同前。则消力井长4.5m,井宽1.0m,井深1.0m。(2)卧管末端消力井结构设计消力井主要承受水压力和淤泥压力，其结构尺寸，主要取决于：在坝内的高程位置、深度以及建筑材料等。消力井采用C20钢筋砼现浇，底板下砌筑M7.5Mu40的浆砌石基础，顶部加盖钢筋砼盖板，根据《XX省水土保持治沟骨干工程技术标准》(DB/6400P65—001—006—89),取消力井侧墙宽30cm,基础厚30cm,底板厚25cm,盖板厚20cm。5.4.2涵管设计(1)涵管水力计算卧管末端用消力井与坝下涵洞连接，涵管选钢筋砼管，底坡1:100,坝下涵管为无压流，涵管的流量按明渠均匀流公式计算：θ—水面线与圆心的夹角(当水面线大于半径时大于180°,水面线小于半径时小于180°),θ以弧度计；第六章施工组织设计i—涵管比降，取1/100;n—糙率，取0.017。采用涵管内径0.8m,由上式经试算涵管正常水深45cm,小于涵管总高度的75%。涵管长63.0m,底坡1:100,其进口高程1424.68m,出口高程1424.05m。(2)涵管结构设计涵管为承插式钢筋混凝土预制圆管，浆砌石管座，管接头处采用橡胶止水带止水。涵管基础每隔10m设伸缩缝，预留2cm宽伸出管壁外0.5m。每节涵管接头都布设包带，包带厚0.3m,伸出管壁外0.2m。涵管内径0.8m,管壁厚12cm,管垫厚45cm,管垫5.4.3管末陡坡设计较平稳。涵管出口接长8.0m的矩形明渠，底坡1:100,断面尺寸寸为深80cm,宽80cm,设计坡比为1:3.0;陡坡进口高程1423.97m,出口高程为1408.50m,水平长46.10m,高差15.47m。第六章施工组织设计断面布设伸缩缝，缝宽2cm,缝内填沥青油麻并设止水带。明渠与陡坡每隔5.0m设一道拉杆，断面尺寸为0.15×0.15m。明渠与陡坡采用C20钢筋砼现浇，根据《XX省水土保持治沟骨干工程技术标准》(DB/6400P65—001—006—89),取侧墙宽20cm,基础厚20cm。5.4.4陡坡末端消力池设计(1)陡坡末端消力池水力计算g—重力加速度，可取9.81m/s²;φ—流速系数，取1.1;Q—陡坡段设计流量，m³/s;b—陡坡段底宽，m。经计算第二共轭水深1.02m。消力池深取1.40m。消力池长度按下式计算：L₂=(3～5)h” 消力池深1.40m,长4.50m,底宽0.80m,池底高程1408.50m。宽20cm,底板厚20cm。 6.1.2工程区现状6.1.3对外交通6.1.4供水、供电6.1.4.1供水6.1.4.2供电6.1.5建筑材料6.1.5.1天然建筑材料于100万m³,运距50km左左。6.1.7施工方案(1)施工场地布置(2)施工工序(3)导流及施工度汛方案采用的设计标准为20年一遇洪水总量为15.66万m³,对应高程为1424.80m,取1.20m超高，则主汛期坝体高程必须达到工程设计工期为6个月，即从9月初开工到次年6月底完工。放水涵洞必须在2008年11月底完工，土坝必须在2008年11月围比坝的坡脚线加宽0.5m,清基平均深度为0.5m,凡在清基范围不陡于1:1.5,坝顶以上坡度土质岸坡不陡于1:1.0,不能削成6.1.9坝体填筑重量40～50kg,采用梅花套打法，夯变重叠1/3,压实度要求不6.1.10土料压实的质量检查含水量为15%～16%,允许误差为2%左左。 不得大于0.05t/m³。砼采用C15,钢筋砼采用C20,浆砌石为M7.5Mu40,R42.5的6.1.13编制原则 (1)收集资料(3)草拟各项工程进度。工程计划从2008年9月初开工进入施工阶段，2009年6月表6—1进度计划施工进度计划(月)项目名称9456清基削坡上坝道路开挖结合槽土场整修放水工程输水建筑物基础开挖预制涵洞安装输水建筑物钢筋砼现浇消力池现浇及盖板预制第七章工程量计算7工程量计算图7—1坝轴线纵断面图2)绘制最大坝体标准断面图(图7—2),根据纵断面图计算出各分段处坝体铺地宽。bBb2图7—2土坝标准断面图3)根据图7—1、7—2,各层高h、h₂、……h。处的相应长度值l、l₂、……I,应用公式：体积(V)=平均面积(S)×层厚(h)求得各段坝体体积，累加就得总坝体土方量第七章工程量计算表7-1XX骨干坝坝体土方计算过程表高程平均面积层厚坝体土方累计土方0结果如表7—2。第七章工程量计算名称建筑材料断面尺寸(m)长度工程量(m³)备注土方石方砼卧管C20砼、M7.5Mu50浆砌石水平长消力井C20砼、M7.5Mu50浆砌石长×宽×深涵管C20砼、M7.5Mu50浆砌石直径0.8明渠、陡坡C20砼水平长消力池、海漫C20砼坝后排水渠C15砼梯形断面第十章水土保持8投资估算及资金筹措依据水利部水总【2003】67号文《水土保持生态建设工程概按照水利部水总【2003】67号文《水土保持8.1.2基础单价部水总【2003】67号文《水土保持生态建设工程概(估)算编制规定》的规定，工程措施的人工工资确定为1.90元/工时，林草措施的人工工资确定为1.50元/工时。施工用电电价：施工用电按电网供电电价0.6元/kw.h计算。第十章水土保持8.1.2.3材料预算价格水利部水总【2003】67号文规定的70元/m³部分计取税金后作为8.1.2.4运杂费依据XX省交通厅、物价局(1993)XX交发字第113号文《关【XX价(经)发(1997)】字第42号文《关于调整我区公路货物8.1.2.5机械台时费中的金额计算；二类费用分为人工、动力燃料或消耗材料、工时8.1.3工程单价8.1.3.1直接费第十章水土保持总【2003】67号文《水土保持生态建设工程概(估)算编制规定》进行计算。其他直接费包括冬水季施工增加费，仓库、简易路、涵洞、工其他直接费费率表工程类别计算基础费率(%)备注工程措施占基本直接费其中：梯田工程占基本直接费林草措施占基本直接费间接费按费率进行计算，详见下表。间接费费率表工程类别计算基础费率(%)备注工程措施占直接费其中：梯田工程占直接费林草措施占直接费企业利润按费率进行计算，详见下表。企业利润费率表工程类别计算基础费率(%)工程措施直接费与间接费之和林草措施直接费与间接费之和工程措施、林草措施：税金按直接费、间接费、企业利润之和的3.22%计取。8.1.4独立费用8.1.5建设管理费项目经常费：按第一部分至第三部分之和的1.6%计算。第十章水土保持工程建设监理费，按照发改价格[2007]670号文“国家发展8.1.5.2科研勘测设计费科学研究试验费：按第一部分至第三部分之和的0.2%～0.4%按工程建设及施工占地和地面附着物等的实物量乘以相应的8.1.5.5工程质量监督费预备费8.1.7编制成果第十章水土保持本工程共需土方12.29万m³,其中：土方开挖3.96万m³,土方回填8.33万m³;浆砌石51.00m³;混凝土及钢筋混凝土132.0m³。本工程共需劳力7.47万工时。8.1.7.2主要材料用量本工程共需水泥35.91t,钢材3.80t,木材1.06m³,块石(包8.1.7.3投资概算工程概算总投资179.53万元，其中：建安工程费154.26万第十章水土保持9工程建设与运行管理9.1建设管理9.1.1组织形式和机构设置目行使行业主管职能。XX县水利局(以下简称水利局)作为项目的建设单位，根据XX省水利厅水土保持局的授权，履行项目建设法人职责。水利局作为项目的建设单位，对项目的工程质量、工程进度和资金管理负总责，并对项目主管单位负责。在项目建设过程中，水利局将派技术人员常驻项目建设现场，对项目建设进县水保站及工程所在乡(镇)政府给予全面配合与协助，并与水利局签定《工程建设与建后运行管理协议》,明确各方在建设过程中及建后运行管理的责任，确9.1.2明确项目法人，实行“三制”管理干坝建设项目法人为XX县水利水保局，工程建设实行项目法人责任制、招投标制和建设监理制的建设管理模式。9.1.3加强监理制对XX骨干坝的设计、施工阶段进行全面监理，监理内容归纳为“三控制，两管理，一协调”,即：投资控制、质量控制、进度控制，合同管理、信息管理和组织协调，实行旁站监理和巡回9.1.4加大财务管理力度第十章水土保持9.2运行管理9.2.1运行期管理管理主体。坚持以“谁破坏，谁治理”的原则，制定村规民约，9.2.2落实管护责任9.2.3运行监督管理第十章水土保持10水土保持第十章水土保持10.2水土流失防治责任范围土坝、建筑物工程区占地0.3hm²、施工区及材料(包括土料)施工区及材料(包括土料)场区影响区占地0.8hm²,合计1.5hm²。第十章水土保持