淤地坝设计.docx

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1、目录第一章淤地坝设计基本资料-3-第二章淤地坝总体概况-3-第一节淤地坝的概念-3-第二节淤地坝的组成及作用-3-第三节淤地坝组成方案选择-3-第四节淤地坝分级及设计洪水标准-3-第五节淤地坝类型选择-3-第六节坝址选择-4-第三章土坝坝体设计-4-第一节坝高及库容确定-4-一、拦泥库容及拦泥坝高的确定-4-二、滞洪库容及滞洪坝高的确定-4-三、安全加高确定-6-第二节土坝断面结构构造及尺寸-6-一、坝顶宽度-6-二、坝坡马道-6-三、坝边坡-7-四、坝坡保护-7-1、植物措施-7-2、排水沟-7-3、结合槽-7-五、坝体排水-7-六、坝基和岸坡处理-7-第三节土坝稳定分析计算-8-第四章土坝

2、溢洪道设计-9-第一节位置选择-9-第二节布置形式-9-第三节水力计算-10-一、溢流堰尺寸计算-10-二、陡坡段尺寸计算-10-1、计算临界水深hk-10-2、计算临界底坡ik-10-3、计算陡坡长度1O-11-4、计算正常水深ho-11-5、计算水面曲线-12-6、陡坡终点水深ha和末端流速Va-13-7、陡坡边墙高度H确定-13-三、出口段尺寸计算-13-1、消力池深度S计算-14-2、消力池长度计算-15-第四节溢洪道结构设计-15-一、进口段设计-15-1、引水渠设计-15-2、渐变段设计-16-3、溢流堰设计-16-二、陡坡段设计-16-三、出口段设计-16-第五章土坝放水建筑物设

3、计-17-第一节放水工程组成及作用-17-一、放水工程组成-17-二、放水工程作用-17-第二节工程布设-18-第三节水力计算-18-一、卧管水力计算-18-1、进水孔尺寸计算-18-2、卧管涵洞断面尺寸计算-19-二、消力池水力计算-19-第四节工程结构设计-21-一、卧管结构设计-21-二、输水涵洞结构设计-21-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=10000tkm2z20年一遇设计洪水流量Q2o=1O5m3s,洪水总量W洪=10万m3,20

4、0年一遇设计洪水流量Q2oo=18Om3s,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，土壤内摩擦角小=20,内聚力c=0.8tn;7 .放水洞设计流量Q=05r3s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。第二节淤地坝的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

5、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。第三节淤地坝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。第四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

6、200年。淤积年限为设计为10年。第五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。第六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

7、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而和安全超高h三部分组成,vKF（1-ns）T式中：F淤地坝控制的流域面积，单位k,F=5km2K一年平均侵蚀模数，K=IOoOOt/（km2年）代一坝库排沙比，从安全角度考虑，认为土坝不排沙，即飞=0T设计淤积年限，N=Io年rs一淤积泥沙的干容重，rs=135tm3将数据代入得：V拦=（）=37万r3J135根据H-V曲线，查出相应的拦泥坝高h23m,高程为821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。溢流堰堰流公式为：QT=MB昂两公示联立得：MBH：=Q*（1-拉）其中，M流量系数，取值为M=1.6

8、;H一溢洪道堰上水头；B一溢洪道堰顶净宽；W滋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Cbo=1O5m3s,洪水总量W汉=IO万m3o求解采用试算法，步骤为：1）由计划淹深假设h滞，再由HV曲线求得V滞；2）按公式Qa=Q=（I-B）求Q出；3）按堰流公式Qr=MB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沛即为调洪计算所求。表一：试算法计算表格h滞(In)高程（In）V库(万m3)V滞二V库-V拦（万m3）B(m)1.0822.040.03.045.91.5

9、822.541.34.320.42.0823.042.55.510.42.5823.543.86.85.33.0824.045.08.02.5从试算表格中可以看出，h标2m时，V滞=5.5万m3,B=10.4m符合土坝设计要求,因此，B设计为10.5m,此时QM=QX一抄05X(1-=47.25m3s2、再用200年一遇洪水进行校核已知200年-遇设计洪水流量CboO=I80m3s,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栉；3）按堰流公式Q,=MBH：,其中M=16,B=Io.5m,可求得h海；4）将假设的h沛的值与求得的h滞的值对比，如果两个数值接近或相等，

10、则为所求的h沛。代入数据得，h沛=3.7m时、所求的两个数值比较的接近，因此校核h沛等于3.7三、安全加高Zkh确定20年一遇洪水计算为：H2o=h拦+h滞+h=23+2.0+2.0=27m200年-一遇洪水校核为：H2oo=h拦+h滞+h=23+3.7+1.5=28.2m因为H20H200,所以坝高应该按照H200设置，即H=28.2m,设计为28.5m第二节土坝断面结构构造及尺寸表3-8坝高、顶宽与边坡比K6-1011-15162021-30317”备注上游坡坝坡比H1.5H1.7512.0】：2.2512.5压境下游坡坝坡比1*1.011.2511.51：1.7512.0顶宽/m3.03

11、44.0455.0一琴虑交通上游坡坝坡比11.512.012.2512.513.0水3K下游坡坝坡比11.2511.511.751：2.0I：2.25顶宽/m3.04.55.06.07.04号重交通一、坝顶宽度坝顶设置单行道车道，由表3-8中可以看出，对于高度在21m-30m的土坝坝顶宽度B=5mo二、坝坡马道因坝高于15m,考虑到施工行人、交通、堆放材料、机件方便和坝坡排水,在坝的中部即14.5m的高度（高程812.5m）设置15m宽的横向马道。马道上部坝坡陡，下部坝坡缓。马道与坝坡相连处设排水沟。排水沟为矩形断面，尺寸为3030cm（深X宽），边墙、底板厚均为0.2n三、坝边坡上游马道以上

12、坡比为1:1.75,马道以下坡比为1:2.0；下游马道以上坡比为1:1.25,马道以下坡比为1:1.5o四、坝坡保护为防雨水等冲刷，淤积面以上的上游坝面和下游坝面，须设置保护措施。1、植物措施保护措施可为种植牧草、栽植灌木、也可以砌石。2、排水沟下游坝面还需要设置纵向排水沟，特别是坝端与沟坡相接处，必须做好排水措施，以防暴雨径流冲刷。因此，在坝体与岸坡结合处设纵向排水沟，将坝面流水送出坝脚以外。排水沟为矩形断面，尺寸为30X30Cm（深X宽），边墙、底板厚均为20cm.3、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到岸坡开挖一道梯形断面结合槽。结合槽底宽1Om,深1

13、m,边坡比11,结合槽用黄土人工回填夯实。五、坝体排水坝库蓄水之后，由于上游水压力的作用，水流会通过坝体渗透到下游坝面坡脚处，对于下游坝坡产生冲刷，出现管涌和流土现象。为了保证坝体安全，需要在坝的下游坡脚处设置排水体。排水体的作用是一是降低浸润线的位置，防止渗透破坏（流土，管涌）；二是增加坝坡稳定，减小坝的断面尺寸。棱式反滤排水体适用于中大型土坝，因此该土坝排水体设计为棱式反滤排水体。排水体顶端长度为2.5m,高度为5m,粗砂厚度为0.3m,小砾石厚度为0.4m,内部坡比为1：1,外部坡比为1:1.5。棱式反滤排水体断面结构示意图见附图。图4-27楂式反滤排水体示意图六、坝基和岸坡处理坝体填筑

14、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0.6m,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11.5o第三节土坝稳定分析计算土坝稳定分析计算方法：泰勒分析法泰勒提出在土坡稳定分析中共有5个计算参数,即土的重度、土坡高度H、坡角B以及土的抗剪强度指标c、,若知道其中4个参数时就可以求出第五个参数Ns,称为稳定因数，即：NS=空C泰勒通过大量计算得到NS与及B间的关系曲线。如图所示:图2：泰勒的稳定因数N与坡角a的关系液甑(M)土坝设计中总共涉及到4个大的坡度，进行边坡稳定分析时只需要对坡度最大的边坡进行分析即可。所分析的边坡高度为H=14m,坡比m=120,即坡角a=26.60,已知土壤内摩擦角=20,内聚力C=OCt/m）的重度丫=1.8tm3（一般坝体压实后的干容重大于1.5tm3,设计为1.8tm3）o从图2中可以看出当=20o,a=26.