阳山庄中型淤地坝工程设计报告.doc
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1、1基本情况1.1自然状况阳山庄中型淤地坝位于好水川河中游,属于坝系规划中的11#中型淤地坝。阳山庄沟道地势西南高东北低,海拔高度约在2000-2200m之间,相对高差200m。流域面积2.1km,沟道比降40.37,沟道呈“U”型,左岸岸坡较陡,右岸岸坡较缓。多年平均侵蚀模数3000t/km,多年平均降雨量为553.4mm,且集中在7、8、9三个月,约占全年降水量的65%。植被较稀少,降雨量大,历时短,易引起崩塌、滑坡等重力侵蚀,水土流失严重。1.2社经状况阳山庄属杨河乡中岔村。涉及总户数66户,人口417人,劳力197人,大家畜220头,羊400只;总耕地面积1820亩,人均粮食290kg,
2、人均纯收入1030元。1 222.工程地质2.1区域地质概况2.1.1地形地貌阳山庄中型淤地坝位于好水川河中游,左岸支沟,地势东南高西北低,海拔在2000-2200m之间,相对高差200m。地貌由参差不齐的梁峁、沟坡、沟谷等微地貌单元组成,两岸地形对称,节理不甚发育。2.1.2地层岩性及地质构造左坝肩出露地层有两层,自下而上为第三红色泥岩,岩体产状水平,沟底裸露岩层厚度2-4.0m,据探井揭露,基岩面呈缓坡状,倾向沟内,其上覆第四系全新世Q4坡积冲积、冲积黄土粉土厚度0-2.59m;右岸出露地层亦为两层,下部第三红色泥岩产状水平,基岩面呈倾坡向沟内,其上覆全新世Q4第四系黄土状粉土黄土厚0-2
3、.5。整个沟谷岩性、层位稳定,未发现断裂构造。2.2坝址区工程地质条件2.2.1坝址区地貌及天然物理地质现象坝轴线处河谷呈“V”字形,左右岸发育不对称,两岸坡多为黄土质自然山坡,山坡坡度40-60之间,从沟底至左岸阶坎相对高差30m左右,尚未发现有新的构造现象,无不良地质作用。2.2.2坝址区工程地质评价据水利水电工程地质勘测规范GB50287-99水土保持治沟骨干工程技术规范89-2003中国地震动参数区划图GB18306-2001坝基岩体为第三系红色泥岩,岩体呈微风化,岩体质量基本等级为五级,属极软岩,饱和单轴抗压强度800KPa,地基承载力标准值500KPa,地质条件良好。可满足中型淤地
4、坝建设要求。根据中国地震动参数区划图GB18306-2001查得坝址范围内地震动峰加速度为0.20g,应地震烈度为。2.2.3水文地质条件左岸第三系基岩面裸露部位有地下水渗出,为第四系与第三系接触面下降泉,单泉流量为0.001l/s,右岸在第三系与第四系接触面有季节性下降泉分布。该泉水出露是由大气降水沿黄土入渗至第三系泥岩相对隔水层,再沿第三系泥岩面径流,在第四系深切割部位出露而成泉,泉水渗出量极小,对岸坡稳定无影响。2.3地基处理清基应彻底,左右岸坡第四系覆盖层应全部清除,结合槽应深入第三系泥岩0.5-1.0m。左岸坝坡相对较陡,清基时应处理,人工边坡比为1:1为宜。2.4天然建筑材料砼细骨
5、料位于沙塘镇十八里村,平均运距30km,砼粗骨料位于大庄乡前庄村,平均运距30km,土料场位于坝轴线左岸山坡, 3平均运距100m。土料充足,粘粒含量均在12.00%之间。塑性指数7.5,渗透系数为1.7310cm/s,塑限含水量21.0%,有机质含量0.7%,水溶盐含量小于3%,pH值7.9,但天然含水量16.6%接近最优,经加水预湿之后均可满足筑坝土料要求。4 -53.气象、水文、水资源3.1气象好水川河流域属黄土丘陵半干旱区.多年平均气温5.1,极端最高气温31.4;极端最低气温-25.7;年平均无霜期139天左右,平均风速为2.1m/s。3.2水文、水资源3.2.1降水根据宁夏回族自治
6、区水文局提供的好水川河流域的水文资料(详见附件), 该流域多年平均降雨量为553.4mm,降水量年内分布不均,主要集中在69月份,占全年总降水量的73%。3.2.2径流、泥沙根据宁夏回族自治区水文局提供的好水川河流域的水文资料(详见附件), 阳山庄沟道河流域降水比较集中,植被较稀少,流水侵蚀比较严重,多年平均侵蚀模数3000t/kma,输沙量主要集中在68月,占全年输沙总量的88.2%。阳山庄淤地坝控制流域面积2.1km ,多年平均径流深80mm,多年平均径流量16.8万m。3.2.3设计洪水计算用相似流域面积比法公式计算洪峰流量、洪水总量,公式如下:Q=(F/F参)Q参m322W=(F/F参
7、)W参5 n式中 Q、Q参为设计断面和参证断面洪峰流量W、W参为设计断面和参证断面洪峰总量F、F参为设计断面和参证断面流域面积m、n为指数,m取0.8,n取1。3.2.3.1参证断面好水河流域洪峰流量、洪水总量计算 参证断面好水川河杨河乡流域洪峰流量、洪水总量资料进行计算阳山庄沟道洪峰流量、洪水总量。好水河流域集水面积108.9km。p=5%时,洪峰流量为135m/s; p=2.0%时,洪峰流量为184m/s; p=5%时,洪水总量为476万m; p=2.0%时,洪水总量为610万m。用相似流域面积比法,计算阳山庄坝址处的洪峰流量和洪水总量:当p=5%时,Q=(2.1/108.9)135=5.
8、73m/sW=(2.1/108.9)476=9.18万m当p=2.0%时,Q=(2.1/108.9)184=7.82m/sW=(2.1/108.9)610=11.76万m经计算得,p=5%时,洪峰流量为5.73 m/s,洪水总量为9.18万m;p=2.0%时,洪峰流量为7.82 m/s,洪水总量为11.76万m。3.2.3.2参证断面范湾洪峰流量、洪水总量计算参证断面范湾流域洪峰流量、洪水总量资料进行计算阳山庄沟道洪峰流量、洪水总量。范湾流域集水面积3.41km。p=5%时,洪峰流量为5.6m/s;p=2.0%时,洪峰流量为7.2m/s;p=5%时, 6 3323333130.83130.83
9、33323洪水总量为17.2万m; p=2.0%时,洪水总量为22.3万m。用相似流域面积比法,计算阳山庄坝址处的洪峰流量和洪水总量:当p=5%时,Q=(2.1/3.41)5.6=3.8m/sW=(2.1/3.41)17.2=10.6万m当 p=2.0%时,Q=(2.1/3.41)7.2=4.9m/sW=(2.1/3.41)22.3=13.7万m经计算得,p=5%时,洪峰流量为3.8 m/s,洪水总量为10.6万m;p=2.0%时,洪峰流量为4.9 m/s,洪水总量为13.7万m。3.2.3.3参证断面裴家沟水保骨干坝洪峰流量、洪水总量计算参证断面裴家沟流域洪峰流量、洪水总量资料进行计算阳山庄
10、沟道洪峰流量、洪水总量。裴家沟流域集水面积3.8km。p=5%时,洪峰流量为9.3m/s; p=2.0%时,洪峰流量为11.7m/s; p=5%时,洪水总量为15.9万m;p=2.0%时,洪水总量为20.5万m。用相似流域面积比法,计算阳山庄坝址处的洪峰流量和洪水总量:当p=5%时,Q=(2.1/3.8)9.3=5.79m/sW=(2.1/3.8)15.9=8.79万m当 p=2.0%时,Q=(2.1/3.8)11.7=7.2m/sW=(2.1/3.8)20.5=11.3万m经计算得,p=5%时,洪峰流量为5.79 m/s,洪水总量为8.79万m;p=2.0%时,洪峰流量为7.2 m/s,洪水
11、总量为11.3万m。 7 3333130.83130.83333323333130.83130.83333.2.3.4洪峰流量、洪水总量分析以好水川河流域和裴家沟流域为参证站,计算阳山庄沟道流域洪峰流量、洪水总量,由于参证站距阳山庄沟道流域较远,仅作为参考值;而以范湾流域作为参证站,计算阳山庄沟道流域洪峰流量、洪水总量,由于参证站距阳山庄沟道流域较近,所计算的洪峰流量、洪水总量作为采用值。洪峰流量、洪水总量成果详见表3-1。阳山庄中型淤地坝洪峰流量、洪水总量计算成果表 表3-14.工程设计4.1工程等级及标准根据现场实测的库区横断面图,并结合1/10000地形图,计算出不同水位时的库容和水面面
12、积。以累计库容和水面面积为横坐标,高程为纵坐标,绘出高程库容水面面积关系曲线图YSZ-2。根据水土保持治沟骨干工程技术规范(SL289-2003),确定阳山庄淤地坝为中型淤地坝。工程设计标准按20年一遇洪水设计,按50年一遇洪水校核,设计淤积年限为10年。4.2拦泥、滞洪库容的确定根据水土保持治沟骨干工程技术规范(SL289-2003),工程采用土坝、放水建筑物两大件形式时,滞洪库容不得低于一次校核标准的洪水总量,设计总库容由拦泥库容和滞洪库容组成。4.2.1拦泥库容VL=WN式中VL拦泥库容(万m)W年输沙量(万m),W=F(1+)Ws10/r其中F-流域面积,2.1km;-推移值占悬移值的
13、百分率,20%;Ws-年输沙量,32.67万T;r-沙的密度,1.3吨/万m;9 32-433N淤积年限,N=10年W=0.582万m则VL=0.58210=5.82万m4.2.2滞洪库容滞洪库容是指50年一遇洪水总量,则滞洪库容Vz=V2.0%=13.7万m4.2.3总库容总库容是指拦泥库容和滞洪库容之和,则总库容 V=VL +Vz=19.52万m4.3坝体设计4.3.1坝型工程枢纽为土坝和放水建筑物两大件组成。根据坝址处地形、地质条件,确定土坝为黄土均质碾压坝,放水建筑物采用卧管式,布设在在坝址沟道左岸。放水建筑物由卧管、消力池、涵管、陡坡、尾水消力池和干抛堆石几部分组成。4.3.2最大坝
14、高及特征水位确定最大坝高计算公式为H=HL+Hz+H式中:H-最大坝高,m;HL 拦泥坝高,m;Hz滞洪坝高,m;H-安全超高,m。10 3333坝址沟底高程为1964.928m。查高程库容曲线由拦泥库容VL=5.82万m ,查高程库容曲线图,可知淤泥面对应高程为1974.878m,则拦泥坝高为HL=9.5m。由滞洪库容V滞=13.7万m ,查高程库容曲线图,可知对应高程为1978.791m,则滞洪坝高Hz=13.863m。由设计库容V5%=5.82+10.6=16.42万m,查高程库容曲线图, 可知对应高程1979.861m,则设计坝高Hz=14.933m。由校核库容V=VL +Vz=19.
15、52万m,查高程库容曲线图,可知对应高程为1980.996m,则校核坝高H=16.068m。根据施工需要和安全,卧管第一台放水孔高程为1971.492m,对应库容为1.57万m,20年一遇设计洪水总量10.6万m。则:防汛库容V防=1.64+10.60=12.24(万m),查高程库容曲线图,可知对应高程1978.169,防洪坝高H防=13.241m。由上可知,总库容对应的高程为1980.996,安全超高取1.2m(一般为11.5m),则坝顶高程为1982.196,坝轴线沟道最低处高程为1964.928m,则最大坝高为17.3m。阳山庄中型淤地坝各特征参数见表4-1。阳山庄中型淤地坝特征参数表
16、表4-13333333114.3.3坝坡及马道该工程设计坝高为17.3m,按中国地震动参数区划图(GB18306-2001),又考虑坝址区为度地震区,为了提高抗震能力,设计坝坡放缓一级。迎水坡为一级坡,坡比1:2.25。背水坡为二级坡,在距坝顶以下8.0m处设一台马道,相应高程为1974.196m,宽1.5m,在马道以上坡比为1:2,马道以下为1:2.25。最大坝底宽为77.32m,坝顶长为76m。4.3.4坝顶根据水土保持治沟骨干工程技术规范(SL289-2003)标准和实际情况交通要求,故坝顶宽取4m。在坝顶铺垫0.1m的砂砾垫层,作为人行道路。4.3.5坝体排水设施为使坝体内的渗水能及时
17、排出,又考虑在下游坝脚附近有泉水出渗、为增大坝脚稳定,设计采用贴坡排水,以满足渗透稳定和允许渗流量要求。根据渗透原理,计算下游水位高度(从坝基至下游坝坡浸润线出口的高度)进行计算,则q=Kh0h0=(H1+L)-Ly=(2h0x+h0)20.5220.5式中:q-渗流量,m/sH1-水深,16.068mL-38.3mK-渗透系数,1.7310 cm/s经计算h0 =3.02m。故坝体排水设施结构尺寸:反滤体顶宽1.5m,内坡1:2,外坡1:2,高度3.5m,具体尺寸详见YSZ-3图。4.3.6坝顶及坝坡排水坝顶:一律向上游倾斜,保证降水均匀排入坝内。坝坡:土坝上游淤积面以上及下游坝坡全部种植沙
18、打旺草或紫花苜蓿,为了避免雨水径流冲刷坝坡,下游坡设置排水沟,纵向排水沟置于马道内侧,断面为梯形,上口宽0.4m,深0.2m,底宽0.2m,壁厚及底厚均为0.1m,采用C15砼浇筑。横向排水沟每隔30m左右设置一条。并在坝体与岸坡连接处设置排水沟采用C15砼浇筑,断面为梯形,上口宽0.4m,深0.2m,底宽0.2m,壁厚及底厚均为0.1m。4.3.7土坝与坝基、岸坡的连接为使坝肩与岸坡更好结合,加强坝体稳定和防止土坝渗漏,根据坝址处地形地质条件,在坝轴线处设主结合槽一道,底宽3m,口宽9m,深3m,边坡1:1,上游坝脚距坝轴线17m处设副结合槽一道,口宽9m,底宽3m,深3m,边坡比1:1。该
19、土坝为黄土均质碾压坝型,坝址范围按设计坡脚扩大11.5m,全部清基,平均深度0.5m,清除表层泻溜虚土与软弱夹层、鼠洞、腐 13 -53殖质土层,清除树根、杂草。根据坝址处实际情况,坝体与岸坡结合处不能削成台阶式或倒坡。通过清基削坡和挖结合槽,清除虚土,挖到原土层再夯填。4.4放水建筑物设计4.4.1结构布置放水建筑物布设了卧管、消力池、涵管、陡坡、尾水消力池和干抛堆石几部分。将其布设在均匀坚实的原状土处,根据实际地形和地质情况,该工程卧管顺左岸岸坡布设,比降1:2.5,与坝址横断面平行,与涵管垂直;涵管布设在沟底坚实地基上,与坝轴线垂直,比降1:200,涵卧管之间采用箱形消力池连接。涵管出口
20、接陡坡。为消除陡坡尾水能量,在陡坡末端设尾水消力池和干抛堆石。4.4.2放水流量的确定放水流量按7天排完20年一遇设计洪水总量计算,则 Q泄=W5%/(7243600)=0.175m/sQ加大=Q泄1.2=1.20.175=0.21m/s根据水土保持治沟骨干工程技术规范(SL289-2003) 规定,放水孔径按Q泄 计算,涵卧管等防水建筑物结构尺寸按Q加大 确定。4.4.3放水建筑物结构形式及尺寸卧管放水孔由d=0.68Q加大33/(H1+H2+H3)1/21/21/21/2试算得d=0.18/m,考虑到施工方便,选用每台单孔进水,同时开启3台 143孔放水,孔径取0.20m,台阶高差0.4m
21、,共24台。计算结果详见下表4-2。阳山庄中型淤地坝卧管水力计算结果表 表4-2卧管断面尺寸设计根据实际地形和规范要求,卧管纵坡取1:2.5,断面为矩形,底宽取0.6米,卧管设计流量为Q加大=0.21m/s。按公式Q=C(Ri) =bh=0.6h X=b+2h=0.6+2h R=/X=0.6h/0.6+2h 查粗糙系数表得n=0.017试算得h0=0.0.09m,则卧管高为h(34),即0.36(m),取0.4(m)考虑到检修及施工方便,卧管断面取深0.6m,宽0.6m。总高度10.8m,水平距25m,底板厚0.2m,侧墙厚0.15m,盖板厚1/230.15m,均用C20钢筋砼现浇。卧管盖板设
22、计尺寸为:长宽厚=1.20.850.15(m),基础每8m设齿墙一道,共2道,齿墙尺寸:深宽长=0.40.61.3(m),并在齿墙中心部位设伸缩缝一道,缝内铺设653型橡胶止水带,然后用沥青油麻填塞。卧管第一台放水孔高程1971.396m,通气孔高1.2m,高程为1982.196m,卧管下接消力池。卧管消力池设计已知Q加=0.21m/s,卧管末端水深h1=0.09m,下游水深h下3=0.3m,流速不均匀系数a=1.0,卧管底宽b=0.6m,则第二共轭水深h2:h2=h1/2(1+8a(Q加/b)/gh1)-1=0.09/2(1+81(0.21/0.6)/(9.80.09)-1=0.6m消力池长
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