淤地坝设计(1).doc

淤地坝设计一、 已知基本资料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的关系总图；4. 流域年侵蚀模数K=10000t/km2，20年一遇设计洪水量Q20=105m3/s，洪水总量 W洪=10万m3,200年一遇洪水量Q200=180m3/s，洪水总量W洪=17万m35. 沟道无常流水6. 坝址附近有充足的筑坝土料，土料内摩擦角ø=20º，内聚力c=0.8t/m27. 放水洞设计流量Q=0.5m³/s二、 设计内容（一） 坝址选择坝址选择在很大程度上取决于地形和地质条件，主要考虑以下四个方面的内容：1、 地形：坝址要选择在沟谷狭窄、地形上游开阔平坦、口小肚大的葫芦状地形处，这样筑坝工程量小、库容大、淤地面积大此外，还要有宜于开挖溢洪道的地形和地质条件，例如有马鞍形岩石山坳或有红粘土山坡2、 地质：应选择土质坚实、地质结构均一、两岸无滑坡和崩塌的地段筑坝，且地基无淤泥、泥沙和地下水出没3、 筑坝材料：坝址附近有足够且良好的筑坝土料、砂石料，开采和运输方便水坠法筑坝须有足够水源和一定高度的土料场。

4、 其他：用碾压法施工的大型淤地坝，要考虑土料运输机械的操作之便，要求坝址处地形较为开阔平坦综合上述，再结合坝址地形图看，本设计将坝址选择在坝址地图上标注的“坝轴线2”处二） 淤地坝水文计算1、 拦泥库容V拦和拦泥坝高H拦的计算：V拦=F·K·(1-ns) ·T/ｒS式中： V拦——拦泥库容，万立方米； F——流域面积，5平方公里； K——流域年平均侵蚀模数，1万t/(km2.a)； ns——坝库排沙比，无溢洪道时取为0，有溢洪道时可稍大，但由安全性方面考虑，本设计取为0；T——设计淤积年限，初设T=5a；ｒS——淤积泥沙的干容重，取1.30t/m3则V拦=5×10000×5÷1.3=19.23万m3根据H-V关系曲线，查得相应坝高海拔为811m，则可计算出H拦=13.1m；再由H-A关系曲线查得拦泥淤地面积为45亩2、 滞洪库容V滞和滞洪坝高H滞：由于本设计为三大件，即由坝体、溢洪道、放水建筑物组成的枢纽工程，所以滞洪库容要经过调洪演算后方可确定调洪演算（试算法）：（1）、初设取H滞为2.0m，由H-V关系曲线查得相应的V滞=6.77万m3，则溢洪道设计泄流量Q泄可按下式计算：Q泄=Q洪（1-V滞/W洪）式中： Q泄——20年一遇的洪峰流量，105m3/s； V滞——设计滞洪库容，5万m3； W洪——20年一遇的洪水总量，10万m3。

则 Q泄=105×（1-6.77/10）=33.915 m3/s根据下式可求出溢洪道的堰顶净宽B，即Q泄=MBH3/2式中： Q泄——溢洪道设计流量，33.915 m3/s M——流量模数，取1.6 H——滞洪坝高，H滞=2.0m则B= Q泄/(MH3/2)= 33.915/(1.6×2.03/2)=7.49m基于安全考虑，取B=10m确定安全加高⊿H：在设计滞洪坝高时，安全加高取上限值，由表（1）可知，本设计取⊿H=1.5m表（1） 土坝安全加高值表坝高H（m）＜1010-20＞20安全加高⊿H（m）0.5-1.01.0-1.51.5-2.0校核滞洪坝高：根据公式：Q泄=MBH3/2 可计算溢洪道最大泄流量,上式中：Q泄——溢洪道最大泄流量，m3/s； M——流量模数，取1.6； B——溢洪道堰顶净宽，10m； H——滞洪坝高与安全加高之和，3.5m则 Q泄=1.6×10×3.53/2=104.9 m3/s；200年一遇洪水的校核泄流量：Q泄 ′=Q200(1-V滞/W200) =180×(1-6.77/17) =108.3 m3/s＞Q泄=104.9 m3/s由上述可知，当H滞=2.0m时，溢洪道最大泄流量小于200年一遇洪水的校核泄流量，故初设H滞=2.0m不符合设计要求。

2）设H滞=2.5m，由H-V关系曲线查得相应的V滞=7.77万m3此时溢洪道设计泄流量Q泄=105×（1-7.77÷10）=23.415 m3/s；溢洪道堰顶净宽B=3.7m,基于安全考虑，取B=8.0m；安全加高如（1）中所述，取⊿H=1.5m校核滞洪坝高：溢洪道最大可泄流量Q泄=102.4 m3/s200年一遇洪水的校核泄流量Q泄′=97.7 m3/s＜Q泄=102.4 m3/s综合上述可知，当H滞=2.5m时，溢洪道最大泄流量大于200年一遇洪水校核泄流量，故取H滞=2.5m符合设计要求此时，溢洪道堰顶净宽B=8.0m，滞洪库容V滞=7.77万m3，安全加高⊿H=1.5m3、 最大坝高H的确定：H=H拦+H滞+⊿H=13.1+2.5+1.5=17.1 m由坝高H=17.1m，结合坝址地形图知，坝顶海拔高度为815m三） 土坝设计根据已知条件可知，沟道无常流水，且附近没有丰富的可利用水源，但有充足的筑坝土料，所以本设计选择用碾压方式筑坝，即坝型为均质碾压土坝1、 坝顶宽度坝顶宽度根据坝高及交通要求确定，一般可按筑坝土料控制性指标经验值取值而对于坝高大于15m的土坝，坝顶最小宽度为4m。

本设计取坝顶宽度最小值，即初设坝顶宽度为4m2、 坝边坡及坝坡马道（1）、对于坝高大于10~15m的土坝，考虑到施工行人、交通、堆放材料、机件方便和坝坡排水，常在坝高中部设1~1.5m宽的横向水平通道，即马道本设计初设在坝高9.1m，即海拔804m处设一宽为1.5m的马道2）坝边坡陡缓对其稳定性影响极大，根据各方因素考虑，并参考经验值，初设上游坡比为1:2.0，下游坡比马道以下为1:1.5、以上为1:1.2表（2）坝坡坡比与坡角值表坝坡坡比1:11:1.21:1.51:2坝坡坡角45°39.8º33°40′26°34′（3）根据所选择的破率进行坝坡稳定性分析，校核下游边坡：由安全因素考虑，假设马道上部的土体存在，取安全系数K为1.1则 Ck=C／K=0.8／1.1=0.72 Øk= ø／K=20°／1.1=18.18° Nk=Ck／γh=0.72／(1.3×17.1)=0.034式中： Ck——安全系数K为1.1时的土壤内聚力 C——土壤内聚力，0.8t/m3 Øk——安全系数K=1.1时的土壤内摩擦角 ø——土壤内摩擦角，20° Nk——安全系数K=1.1时的土坡稳定因素根据øk、øk，可由《水土保持工程学》中相关图表查得ø=34°，大于本设计中下游边坡坡角33°40′，所以取下游边坡坡比为1:1.5符合稳定性要求。

3、 大坝最大铺底宽度计算坝底沟床的最大铺底宽度可按下式计算：Bm=b+m1H+m2H1+m3H3+ b′式中：Bm——土坝最大铺底宽度，m；b——坝顶宽，4m；m1——上游坡比；m2——下游马道以下坡比；m3——下游马道以上坡比；H——最大坝高，17.1m；H1——马道以下坝高，9.1m；H2——马道以上坝高，8m；b′——马道宽度，1.5m则Bm=4+2×17.1+1.5×9.1+1.2×8+1.5=62.95m4、 排水体的设计为了在排水的同时降低浸润线，本设计采用棱式反滤体其梯形断面尺寸如下：上底宽为2m，边坡为1:1，外层粗砂厚0.3m，内层小砾石厚0.3m，高为4m采用卵石填充，用干砌块石砌护暴露于空气中的坡面5、 土坝的渗透计算土坝渗透计算的目的是为了确定土坝中浸润线的位置均质土坝由于上下游水位差的作用，上游的水就会通过坝体和坝基土粒的孔隙向下游渗透在渗透过程中受阻力作用，渗透水流不断损失能量，使水头不断降低，形成一条逐渐下降的曲线，直至下游排水体渗流在坝身中形成的自由水面，叫做浸润面；它在坝横断面上形成的一条抛物线叫做浸润线为简化计算，假设本设计坝址处地基为不透水地基，又加之已知坝下游无水且设有排水体，故土坝的渗透计算可按以下步骤进行：图（1）有堆石排水体、下游无水情况渗流计算图本设计堆石排水体上游边坡为1，则单位坝长的渗流量可近似地按下式计算：q／k=（L2+H2）1/2 －L浸润线在排水体上游坝址上的出逸高度a1 按下式计算：a1 =q／[2k(1+m2)]浸润线在排水体上游坝脚处的高度a0查《水土保持学》相关图表得a0=3.9m，然后可按下式计算q：q／k=﹙H2 －a02 ﹚／2L=0.19坝体浸润线的位置按下式确定：hx =﹙a02 +2qx／k﹚1/26、 坝坡保护措施设计在上游淤积面以上和下游坝面上设置砌石，在下游坝面上布置三条宽50cm的纵向排水沟，以防止暴雨径流冲刷。

7、 结合槽设计在坝底部为防渗截水，增加坝体稳定性设置底宽为1m、高为1m、边坡为1:1的梯形结合槽四） 溢洪道设计1、 溢洪道的布设溢洪道布设原则及其基本要求是：⑴工程量小 要尽量利用天然的有利地形，将溢洪道建在坝端附近“马鞍形”地形的凹地处，或地形较平缓的山坡处，这样可减少开挖土石方量，降低工程投资，缩短工期⑵地质良好 溢洪道应选在土质坚硬、无滑坡塌方或非破碎岩基上⑶泄洪安全 溢洪道进口应布设在距坝端至少10m以外，出口布设在距坝坡坡脚20-30m以外溢洪道尽可能不与放水建筑物放在同一侧，以免水流相互干扰，影响放水建筑物的安全⑷水力条件良好 溢洪道轴线应布设为直线，若因地形、地质条件不允许而布置成曲线，转弯半径应不小于渠道水面宽度的5倍，并应在凹岸做好砌护工作由以上原则结合地形图，本设计将溢洪道设置在坝体左端距坝端10m以外的缓坡上且，本设计所设置的溢洪道形式为溢流堰式溢洪道2、水力计算土基上的明渠溢洪道多为梯形断面，边坡视土质不同常采用1:1~1:1.5，纵坡可用1/50~1/100由前面调洪演算确定溢洪道堰顶净宽B为8m1） 进口段进口段由引水渠、进口渐变段和溢流坝组成⑴引水渠引水渠的作用是将坝和库内的洪水平顺地引送到溢洪道。

它一般与坝地内的排洪渠相连，其断面为梯形，断面尺寸用试算法确定其长度不超过20~30m 因为本设计坝址处全为土质坡地，故引水渠采用梯形明渠，用混凝土衬砌其梯形渠道断面边坡根据经验取2 将引水渠水流按明渠均匀流处理，则根据梯形最佳宽深比公式可计算得到宽深比：β=b/h=2 [1+（1+m2）1/2-m ]式中：β——最佳宽深比；b——梯形断面底宽，m；h——水流深度，m；m——梯形渠道边坡，为2则由计算可得β=b/h≈3 拟取 b=3h=6m，h=2m根据下式校核梯形引水渠：Q=AC（Ri）1/2式中：Q——渠道可过流量，m3/s；A——渠道断面面积，可用式A=b(b+mh)h计算得A=120m2；C——流速系数，（C=1／n·R1/6=1／n·（A／χ）1/6，式中n——粗糙度，当表面为水泥抹面、砌石时查相关水力书籍得n=0.02；χ——湿周，mR——水力半径i——水力坡度，本设计取0.01则Q=AC（Ri）1/2=A×1/n×R1/6（Ri）1/2=31.3 m3/s由于梯。