黄土高原地区水土保持淤地坝建设扇背沟骨干工程扩大初步设计报告

'黄土高原地区水土保持淤地坝建设内蒙古清水河县沙沟子小流域坝系工程扇背沟骨干坝扩大初步设计报告·37· 目录1基本情况11.1概述11.2工程建设必要性11.3小流域社会经济情况11.4小流域治理现状11.5可研批复情况21.6工程所在小流域沟道及坝址地形、地质情况21.7坝址选择21.8库区淹没及施工占地31.9水文、气象31.10地震烈度32水文计算42.1设计洪水标准42.2设计洪水总量42.3输沙量计算53工程设计63.1工程等级设计标准63.2工程总体布设63.3坝体设计63.4土坝渗流计算93.5坝体稳定复核计算10·37· 3.6放水工程设计154工程施工244.1编制原则244.2施工进度计划244.3施工组织254.4施工方法265工程概算305.1编制说明305.2设计概算表及附件：（附后）336效益分析346.1效益计算347工程运用管理367.1工程检查观测367.2工程维修养护367.3控制运用37附图1.小流域坝系工程分布图2.坝址地形图3.工程平面布置图4.水位-库容、面积关系曲线图5.坝轴线横断面图6.坝体断面图7.放水放水建筑物结构图8.建筑物结构配筋图·37· ·37· 1基本情况1.1概述扇背沟治沟骨干工程，所属水系为黄河一级支流杨家川流域的沙沟子小流域。坝址位于内蒙古自治区呼和浩特市清水河县南部北堡乡小斗沟村西0.3公里处。地理坐标为东径111°46′51″，北纬39°43′38″。该小流域面积82.85km2，本项工程位于流域下游，坝控流域面积为3.9km2。1.2工程建设必要性通过本坝的建设，可调高该流域现有的防洪能力，减少下游沟道洪水流量，缓减下游骨干工程的防洪压力，实现水沙平衡，提高下游坝地的保收能力，减少沟壑侵蚀，同时可淤地造田、增产增收，促使当地生态环境向良性方向发展有着重要意义。因此该工程建设是十分必要的。1.3小流域社会经济情况沙沟子小流域涉及清水河县北堡乡的6个村民委员会23个自然村，总户数630户，总人口2490人，总劳力1300人，均系农业人口与农业劳力。人口密度为30.40人/km2。人均收入1850元。流域内农耕地比重较大，农业生产条件差，经济结构单一，以种植为主，生产水平比较低。1.4小流域治理现状沙沟小流域现有梯田346.7hm2，坝地23.3hm2，造林2582.5hm2，种草315.6hm2。措施面积3268hm2，占流域总面积的40.49%。该流域已建成治沟骨干工程1座，坝高32m，控制面积78.74Km2·37· ，总库容400万m3，已淤积370万m3，淤地面积达35.6hm2，目前可种植面积23.3hm2。1.5可研批复情况沙沟子小流域项目可行性研究报告经水利部黄河水利委员会审查，在2007年3月由内蒙古自治区发展与改革委员会以内发改农字[2007]325号文件对我县沙沟子小流域坝系工程可行性研究报告进行了批复。共新建淤地坝18座，加固配套骨干坝1座，其中新建骨干坝16座，骨干坝旧坝加固1座；新建小型坝2座。新增总库容1709.44万m3，其中滞洪库容818.05万m3，拦泥库容891.39万m3。新增淤地面积116.99hm2。共动用土方294.58万m3，石方8113.62万m3，混凝土85.51m3。1.6工程所在小流域沟道及坝址地形、地质情况该项工程坝址处沟道断面呈浅“V”，沟底宽约9m，左右两岸较陡，左岸坡度约40°，右岸坡度约45°两岸及沟底没有基岩裸露，均为黄土类黄土，湿陷性较小。运距在80m之内的储量约30万m3，土料技术指标参照杨家川正峁沟小流域土料试验资料，土料组成为砂粒12%、粉粒77%、粘粒11%、、液限27%、塑限16%、渗透系数1.89×10-5cm/s，最优含水量12%，有机质含量0.37%。1.7坝址选择坝址位置经可研阶段确定，位于东经111°46′51″，北纬39°43′38″,坝轴线处坝端地理坐标为左端4399597.45m；19566821.36m。右岸4399705.29m；19566801.74m。坝控流域面积3.9km2，坝址处地质条件较好，两岸岸坡比较稳定，没有可·37· 溶性石灰岩，大坝两岸土储量丰富且运距较近，工程量小交通比较方便。此处沟底宽31m，顶宽320m，沟深35m，沟底比降1/70，两岸为粉质壤土，可做筑坝材料。1.8库区淹没及施工占地由于坝址处不存在施工占用耕地，工程建成后也不存在淹没耕地，所以工程建设与当地农民不会发生土地矛盾问题。1.9水文、气象沙沟小流域属大陆性季风气候，降雨主要集中在6－9月份，占全年总降水量80%以上，多年平均降水量400mm，最枯年为184.2mm，最丰年为620.8mm，一日最大降水量151.6mm。多年平均24h最大暴雨62mm。流域内四季气候鲜明，最高气温37.5℃，最低气温-29℃，多年平均气温7.2℃。多年平均蒸发量2577.2mm，无霜期116-160天左右，结冰期90天左右，多年平均冻深1.5m，最大冻深可达1.7m。多年平均径流深40mm，沟内无常流水，多年平均侵蚀模数7500t/（km2·a）。1.10地震烈度根据《中国地震动参数区划图》（GB-18306-2001）该地区地震烈度7度，相应地震动峰值加速度0.1。·37· 2水文计算2.1设计洪水标准根据《水土保持治沟骨干工程技术规范》（SL289-2003）和《内蒙古自治区呼和浩特市清水河县沙沟子小流域坝系工程可行性研究报告》的审批文件确定设计洪水标准。按相应24小时设计暴雨推求设计洪水标准为P=3.3%校核洪水标准为P=0.33%2.2设计洪水总量依据可研沙沟子小流域多年平均24小时最大暴雨不同频率洪量模数，见表2—1。表2—124小时最大暴雨不同频率的洪量模数频率10%5%3.3%0.5%0.33%洪量模数（104m3/km2）2.543.935.059.3110.32洪水总量由公式：Ｗ24·p=M24·pF式中：Ｗ24。p—频率为Ｐ设计洪水总量（104m3）　　　Ｆ—坝控面积（km2），Ｆ=3.9km2M24。p—频率为Ｐ的24小时洪量模数（104m3/km2）计算得：W24.3.3%=19.70（104m3）W24.0.33%=40.25（104m3）W24.10%=9.91（104m3）·37· W24.5%＝15.33（104m3）W24.0.5%=36.31（104m3）2.3输沙量计算侵蚀模数采用《内蒙古黄河流域淤地坝建设区土壤侵蚀模数和洪量模数的分析论证》所确定的值，沙沟子小流域侵蚀模数为7500t/(km2·a)采用《内蒙古自治区水文手册》中公式WSb=MoF/r式中：Wsb——多年平均总输沙量，104m3/a；Mo——多年平均侵蚀模数，t/(km2·a)；F——坝控面积，km2；r——淤积泥沙容重，取1.33t/m3。经计算：Wsb=7500×3.9/1.33=2.20（104m3）·37· 3工程设计3.1工程等级设计标准工程设计标准按照《水土保持治沟骨干工程技术规范》（SL289-2003）确定。扇背沟治沟骨干工程坝控流域面积3.9m2，按30年一遇洪水标准设计，300年一遇洪水校核设计，淤积年限为20年，确定工程等别为五等，主要建筑物级别为5级。3.2工程总体布设为了降低工程造价，工程枢纽组成采用土坝和放水建筑物两大件，不设溢洪道。大坝为均质土坝，放水建筑物为斜卧管、浆砌石涵洞结构。放水建筑物位于大坝的右岸。3.3坝体设计由于坝址两岸不同高程上分布着储量相当丰富的轻粉质壤土，地质透水性较小，渗透系数1.89×10-5cm/s是筑坝的好材料，所以工程选择构造简单，施工方便的碾压均质土坝。3.3.1坝体断面设计坝体断面尺寸除计算确定外，其他按照《水土保持治沟骨干工程技术规范》（SL289—2003）选取。3.3.2坝高确定3.3.2.1库容确定滞洪库容V滞取一次校核洪水V滞=40.25（104m3）设计淤积年限为n=20年·37· 拦泥库容V淤=nWsb=43.98（104m3）V总=V滞+V淤=84.23（104m3）3.3.2.2坝高确定坝高H应由拦泥坝高HL、滞洪坝高Hz和安全超高ΔH三部分组成，按下式计算：H=HL+Hz+ΔH坝轴线处沟底高程1350.0m，淤积库容43.98万m3，根据由断面法测算的《水位—库容、面积关系曲线》查得：淤积高程1366.38m，拦泥坝高HL=16.38m。淤地面积4.62hm2。校核洪水位为1372.9m，滞洪坝高Hz=6.52m。安全超高取：ΔH=2.0m。计算得：H=24.9m，设计坝顶高程1374.9m。考虑土坝竣工后存在沉陷量，沉陷量取设计坝高的1.5%，计算沉陷值0.37m，则施工坝高为25.27m，施工坝顶高程1375.27m。3.3.3坝顶宽坝顶宽按照《水土保持治沟骨干工程技术规范》（SL289-2003）进行选取，根据设计坝高，在不考虑交通要求的情况下，取坝顶宽为4m。3.3.4坝坡本工程的大坝为碾压均质土坝，设计坝高24.9m，坝坡的选取时，依照《水土保持治沟骨干工程技术规范》SL289-2003拟定，初选迎水坡1：2.5，背水坡1:2.0，在坝下游布设马道2条，布设高程分别为1359.0m、1367.0m，宽度为1.5m。根据清水河县多年来治沟骨干工程的经验，结合坝坡稳定计算复核(具体计算附后)，坝体抗滑稳定安全系数k=1.28≥[k]=1.25，确定坝坡选取适当。·37· 3.3.5坝体排水因该工程为流域一级支沟的骨干坝，汛期蓄水时间可能较长，为了防止渗透水流对坝体产生破坏，故设贴坡式反滤体。根据渗流计算，渗出点高度1.25m，反滤体高度高出浸润线出逸点1.5m，故反滤体高为2.75m。3.3.6护坡为了保护坝坡不受雨水径流的破坏，上、下游坝坡必须设置护坡，由于本项工程大坝为碾压均质土坝，采用生物措施护坡，上游从坝顶开始护至淤积高程以下2.0m，下游从坝顶一直护到坝底，相邻的山坡处也采取水保措施，直接种植易生根，能蔓延，耐旱的沙棘、柠条等，护坡生物设计株行距2.0×2.0m。同时下游坡上还需设置纵横连通的排水沟，并与坝脚线相连，以防止暴雨对坝体的冲刷，沿土坝与岸坡结合处设岸坡排水沟，以排泄山坡雨水，马道同时是下游的纵向排水。3.3.7坝基和岸坡处理施工前先清理坝基、坝肩岸坡，清理厚度0.5m，两岸山坡应挖成斜面，其坡度不陡于1:1.5。在坝基和岸坡挖一道齿槽作为结合槽，底宽1.5m，深1m，边坡1:1。3.3.8土料选择及填筑标准1、筑坝土料性质筑坝土料为砂壤土和轻粉质壤土。土料为黄土类黄土，没有湿陷性。施工时必须具有适当的含水量和压实密度。2、填筑标准根据实际情况，选择土质较好的筑坝土料，填土设计干容重不小于1.55t/m3。·37· 3.4土坝渗流计算土坝渗流计算的目的是确定坝体浸润线的位置,据此作为坝坡稳定计算的依据，该坝为均质土坝,下游设贴坡排水，坝基按不透水地基考虑。本设计参考武汉水利电力学院《水力学计算手册》进行计算。根据分段法及其修正，单宽渗流量q和渗出高度a0可由下式计算式中k—–渗流系数；s—–浸润线的水平投影长度；—–系数，由下式确定：·37· H1—–坝前设计水深，查水位、库容关系曲线得H1=10.3m；H2—下游正常水深，下游无水H2=0；β、a0、m1和m2——均见图。m1=2.5m2=2.0通过试算得q=1.04×10-7m3/(s·m)a0=1.25m（2）坝体浸润线的计算计算公式：各点计算结果见表3-1。表3-1坝体浸润线计算表X5102030405060708090Y10.039.759.178.557.887.156.335.404.262.673.5坝体稳定复核计算（1）土坝滑裂面形成的确定该土坝为碾压均质坝，筑坝材料为砂壤土，滑裂面近似圆弧滑动面，因此选择圆弧法分析坝坡稳定。（2）稳定计算的设计情况及安全系数①设计情况根据《水土保持治沟骨干工程技术规范》(SL289--2003)，碾压式土坝应进行运用期下游坝坡稳定性复核计算。由于本地区的地震烈度为7度，工程等别为五等，因此不进行抗震稳定性验算。②抗滑稳定安全系数·37· 根据《水土保持治沟骨干工程技术规范》(SL289—2003)，坝体允许抗滑稳定安全系数[K]=1.25。（3）稳定计算计算方法①按比例绘制出坝体横断面图，将计算出的浸润线绘于图上。②根据B、B方捷耶夫法，找下游坝坡的中点a，作a点的铅垂线与另一条过a点与坝坡成85°角的线，以a为圆心，作两条圆弧，根据《水工建筑物》确定内外圆弧的半径。内圆弧半径r内=0.75H=18.68m外圆弧半径r外=1.75H=43.58m则最小安全系数的滑弧圆心在扇形内。③根据费兰纽斯法查《水工建筑物》得β1=25°，β1=35°可绘出直线M1M，则最小安全系数的滑弧圆心位于M1M的延长线上。④综合考虑以上两种方法，即认为最危险的滑弧圆心在扇形面积中eg线附近，按以下步骤计算最小的安全系数。首先在eg线上选取O1、O2、O3¨¨¨为圆心，分别作通过B1点的滑弧并计算各自的安全系数K，按比例将K值标在相应的圆心上，连成曲线找出相应最小K的圆心，例如O1点。再通过eg线上最小的点O1作eg的垂线N-N，在N-N线上选O5、O6¨¨¨等为圆心，例如B1点对应K1即是一般认为K1值即为通过B1点的最小安全系数，按比例将K1标在B1点的上方。然后根据坝基土质情况，在坝坡或坝址外再选B2、B3¨¨¨同上述方法求出最小安全系数K2、K3¨¨¨等，分别按比例标在B2、B3点的上方。连接标注K1、K2、K3诸短线的端点，即可找出相应于计算情况的坝坡稳定安全系数kmin。·37· ·37· 坝坡稳定安全系数计算表表3-2　γ1=19，γ2=20.3，γ3=10.5，γ4=10.5(KN/m3)土条编号h1h2h3h4γ1h1γ2h2γ3h2γ3h3γ4h4buωiωi′sinαicosαiωicosαiωi′sinαisecaubsecabsecaN0⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂⒃⒄⒅⒆⒇84.8191.390.000.0000.005.540.00506.30506.300.800.60304.89404.211.660.009.20712.56238.640.000.0000.005.540.001322.071322.070.690.72951.37918.011.390.007.70614.72.07279.3042.0221.7400.005.5413.951667.731780.120.600.801332.241070.841.2596.746.94512.564.68238.6495.0049.1400.005.5430.491594.301848.390.500.871380.92923.771.15195.016.40410.366.66196.84135.2069.9300.005.5442.141477.911839.490.410.911350.26747.831.09255.556.0638.277.290.67157.13147.9976.5500.005.5449.741294.561690.350.310.951231.26522.091.05289.715.8227.476.581.98141.93133.5769.09020.795.5453.391284.231641.470.210.981256.19341.111.02302.365.6615.856.022.74111.15122.2163.21028.775.5453.331125.341452.180.100.991119.18151.721.01297.065.5702.985.482.8156.62111.2457.54029.515.5449.80795.901093.420.001.00795.900.001.00275.875.54-11.434.261.1227.1786.4844.73011.765.5442.79463.48694.76-0.100.99460.94-72.591.01238.375.57-23.221.471.9161.1829.8415.44020.065.5429.61535.55615.36-0.210.98523.86-127.881.02167.685.66-300.680.56013.807.1405.885.548.0672.13109.05-0.310.9568.60-33.681.0546.975.82000005.540.000.000.000.00000.00合计10775.634845.432165.3175.95说明:表中γ1—土坝浸润线以上土料湿容重，γ2—土坝浸润线以下至下游水位以上土料饱和容重，γ3—土坝下游水位以下坝基以上土料浮容重，γ4—坝基土料浮容重。h1—土坝浸润线以上土条高度，h2—土坝浸润线以下至下游水位以上土条高度，h3—土坝下游水位以下坝基以上土条高度，h4—坝基土条高度。该工程下游无水，视下游水位于坝基线齐平，坝基划弧范围内土料土质与坝体相同进行计算。·37· 最小安全系数的圆心及滑弧见稳定分析计算图，计算过程如⑤⑥⑦。⑤将滑动土体分成若干土条，使土条宽b=0.1R=5.54m，量出各土条中心高度h。⑥量出滑弧中心角θ=79°。⑦计算安全系数；根据《水土保持治沟骨干工程技术规范》公式K＝式中：K—抗滑安全系数；w—土条重量，湿容重r=19kN/m3；Q、V—水平和垂直地震惯性力（向上为负，向下为正）；u—作用于土条底面的孔隙压力；a—条块重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角；b—土条宽度，b=5.54m；c′、ф′—土条底面的有效应力抗剪强度指标；c′=14kpaф′=29°；Mc—水平地震惯性力对圆心的力矩；R—圆弧半径。在不考虑地震惯性力的情况下公式可简化为将计算表数据代入公式得K=1.28⑧在稳定计算图最危险滑弧圆心范围内分别取Q1；Q2；Q3……点为圆心，滑弧分别过B1；B2；B3……求得最小稳定按……·37· 安全系数Kmin=1.28＞[K]=1.25，故坝体满足稳定要求。具体计算见表3-2。3.6放水工程设计3.6.1放水工程布设及结构型式放水工程布置在坝体的右端。采用斜卧管下接拱涵输水洞结构形式，斜卧管为浆砌石主体砼盖板结构，根据当地材料供给情况和劳力技术水平，经经济技术比较，输水涵洞采用浆砌石拱涵结构，出口段为浆砌石明渠结构。放水建筑物基础全部座落在坚硬的基岩或原状土上。放水孔为圆形，斜卧管平面上大体与坝轴线平行，平面投影长32.8m，坡率取1:2，台阶高差0.4m，通气孔顶部高程1373.6m，顶部进水口高程1372.5m，底部进水口高程为1356.1m，卧管后接密闭式消力池。输水洞进口与卧管消力池相连，与坝轴线大体垂直，长101m，坡度1:100，基础布设高程为1353.8m,距坝底高差3.8m，出水口与明渠相接。明渠坡比1:6，长25m。明渠后接开敞式消力池与下游沟底连接。3.6.2放水流量计算放水流量按5日排完10年一遇一次洪水总量计算。Q=W10%/（5×86400）式中：Q───放水流量(m3/s)W10%──10年一遇一次洪水总量(万m3)将有关数据代入得：Q=0.23m3/s3.6.3放水孔尺寸确定卧管放水孔采圆孔式放水设施，台阶高度0.4m·37· ，采用三级台阶三孔放水。式中：d───放水孔直径，mQ───放水流量，m3/sH1、H2、H3───孔上水深，m将有关数据代入得：d=0.20m。3.6.4卧管水力断面尺寸确定计算卧管流量时，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%。卧管高度应考虑放水孔水流跌落卧管时的水柱跃起，本项工程卧管为方形，其高度应为卧管正常水深的3-4倍。放水加大流量Q=0.28m3/s卧管尺寸按明渠均匀流公式确定：式中：Q───加大放水流量(m3/s)C───谢才系数C=(1/n)·R1/6n───糙率(水泥砂浆护面，n=0.017)R───水力半径(m)，R=ω/χω───过水断面面积(m2)i───比降χ───湿周(m)卧管断面尺寸初拟0.4m×0.4m，经试算得卧管内水深0.106m，初拟断面尺寸符合水力要求。3.6.5封闭式消力池断面尺寸确定·37· 封闭式消力池紧接卧管后，由于卧管坡度较大，流速较高，水流属于急流，在水流进入坝底涵管前，用消力池进行消能，消力池采用浆砌石的拱形结构。消力池深度d按下列公式计算：d=1.1h2-h式中：h2──第二共轭水深，mh──下游水深，即涵洞正常水深，mh0──卧管正常水深，mq──卧管单宽流量，m3/s/mg──重力加速度，9.81m/s2a──流速不均匀系数，取1.1将有关数字代入公式得：第二共轭水深：h2=0.97m，消力池深度：d=0.85m，消力池长L2按下式计算：L2=（3～5）h2消力池长取：L2=3.5m消力池宽b取：b=0.8m消力池尺寸：长×宽×深=3.5m×0.8m×0.85m3.6.6卧管及消力池结构设计3.6.6.1卧管盖板配筋计算：按《水工混凝土结构设计规范》（SL/T191-96）执行。由于消力池采用浆砌石拱涵结构，故配筋计算只考虑卧管盖板。卧管盖板分为平面盖板和立面挡板，平面盖板上设放水孔。·37· 卧管盖板内力按简支梁计算，计算宽度0.90m，盖板上的填土压力，水压力和自重作为匀布荷载。1）：荷载计算q=（rch1+r水h2+r钢筋砼h3）×1.0式中：rc──填土的容重，淤泥一般取2.0t/m3r水──水的比重,取1.0t/m3r钢筋砼──钢筋砼的容重,取2.5t/m3h1── 盖板以上填土高,米h2──最大水深,米h3──盖板厚度,米（初拟0.10m）将有关数据代入得：q=26.93t/m平面盖板最大弯距按简支板计算式中q──平面盖板的匀布荷载；──卧管计算跨度，；──卧管净跨度0.4m；经计算最大弯矩为：Mmax=0.53（t·m）=0.52×107()1）：相对界限受压区计算高度受拉钢筋和受压区混凝土同时其强度设计值时的相对界限受压区计算高度ξb按下列公式计算：式中：ξb──相对界限受压区计算高度；·37· ──受拉钢筋的强度设计值，Ⅰ级(Q235)210（N/mm2）；──钢筋弹性模量，Ⅰ级(Q235)2.1×105（N/mm2）；──截面的有效高度，净保护层为25mm时，=75mm;──界限受压区计算高度。经计算，相对界限受压区计算高度ξb=0.614。2）：平面盖板配筋计算截面抵抗矩系数按下列公式计算：式中：——截面抵抗矩系数；——钢筋混凝土结构的结构系数，确定为1.20；——弯矩设计值，2.13×107()；—混凝土轴心抗压强度设计值，C20混凝土11()；──矩形截面的宽度，650mm；──截面的有效高度，75mm;经计算：=0.156ξ==0.171含筋率式中：ξ──受压区相对高度系数（ξ≤ξb=0.614）=0.9%,在经济配筋率0.6%-1.5%之间。钢筋混凝土矩形截面受弯构件，纵向受拉钢筋截面按下列公式计算：式中：──纵向受拉钢筋的截面面积，；·37· 其余符号同前。经计算：As=436。选9φ8作为受力主筋。实际As=453。按构造要求，除受力主筋外，在垂直受力主筋方向布置4φ8的分布钢筋。3）：立面挡板配筋设计挡板配筋采用的公式及承受荷载与盖板大体类似，配筋计算结果如下：受力主筋3φ8，除受力主筋外，在垂直受力主筋方向布置4φ8的分布钢筋。3.6.6.2卧管结构尺寸确定卧管侧墙，基础尺寸的选择参照《内蒙古自治区水土保持治沟骨干工程技术手册》，按实际承受的泥水压力选取，卧管侧墙顶宽0.4m，底宽0.7m，基础外伸0.15m，基础厚0.4m，盖板搭接长度0.15m。卧管底板每隔8m做防滑齿墙一道，宽0.5m，伸入地基1m。沿卧管轴线方向每隔15m设置温度沉陷缝一道，缝中设止水。3.6.6.3消力池结构尺寸的确定：消力池采用拱涵结构，根据《水土保持治沟骨干工程技术规范》SL289-2003，对于等截面的半圆拱，其拱圈、拱台尺寸按下列公式计算：t1=0.8×(0.45+0.03R)t2=0.3+0.4R+0.17ht3=t2+0.1h式中：t1——拱圈厚度，mt2——拱台顶宽，m·37· t3——拱台底宽，mR——拱圈内半径，0.4mh——拱台高度，1.65m经计算得：t1=0.37mt2=0.74mt3=0.91m根据《内蒙古自治区水土保持治沟骨干工程技术手册》，消力池基础外伸0.25m，基础厚0.55m。3.6.7涵洞、明渠及其消力池设计3.6.7.1涵洞设计：初拟涵洞断面：宽0.8m，高1.2m。按明渠均匀流公式：经试算得洞内水深为0.22m(计算过程及基本参数同前)，满足水深不大于洞高75%的放水要求，采用初拟尺寸。涵洞结构尺寸确定参照消力池的计算方法：R——拱圈内半径，0.4mh——拱台高度，0.8m经计算得：拱圈厚度：t1=0.37m拱台顶宽：t2=0.60m拱台底宽：t3=0.68m根据《内蒙古自治区水土保持治沟骨干工程技术手册》，基础厚度0.5m，基础外伸0.2m。沿涵洞长度每15m砌筑一道截水环，截水环厚0.6m，伸出管壁外层0.5m，温度沉陷缝设置同卧管。3.6.7.2明渠及消力池设计：陡坡段采用浆砌石矩形断面，比降1:6，初拟明渠宽度为1.0m。·37· 矩形断面的临界水深按下式计算：式中：hk——临界水深，ma——系数，取1.1q——陡坡单宽流量，m3/s/mg——重力加速度，取9.81m/s2计算得hk=0.21m陡坡段正常水深h0按明渠均匀流公式：(计算基本参数同前)经计算得h0=0.08mh0＜hk，水流为急流。经计算，陡坡末端水深已是正常水深。明渠底宽1.0m，陡坡段侧墙高度根据陡坡降水面曲线确定，明渠超高取0.5m，陡坡起始处侧墙高为0.71m，末端侧墙高为0.58m，侧墙外坡1:0.3，底板厚度0.5m，其它尺寸见附图。温度沉陷缝设置同卧管。明渠后消力池计算同卧管后的消力池。为了简化计算，下游河床近似按矩形断面处理，底宽5m，沟底比降1:70，糙率n=0.048，经计算得河床正常水深h=0.11m。将有关数字代入公式：消力池池深：d=1.1h2-h计算得：第二共轭水深：h2=0.43m·37· 消力池深度：d=0.36m，消力池长L2按下式计算：L2=3～5h2消力池长取：L2=1.5m消力池宽b取与明渠等宽：b=1.0m消力池尺寸：长×宽×深=1.5m×1.0m×0.36m其余结构尺寸见附图。·37· 4工程施工4.1编制原则根据水利部《水土保持治沟骨干工程技术规范》SL289-2003、国家《水土保持综合治理技术规范沟壑治理技术》CB/T16453.1～16453.6-1996进行编制。4.2施工进度计划整个工程计划用二年时间完成，第一年七月开始备料，修路等工作，九月中旬开始清基、清肩；九月下旬开始大坝填土，同时开始修建放水建筑物工程，第二年十一月底工程全部竣工。总工期390天。具体工作项目进度见表4-1：表4-1工程进度计划表工程项目施工进度计划（月）第一年第二年78910114567891011土坝（1）清基（2）开挖结合槽（3）填土碾压（4）铺反滤料涵卧管（1）备料（2）挖管基（3）砌涵卧管（4）砼预制安装·37· 4.3施工组织4.3.1施工组织形式坝系可研批复后，由清水河县水务局组建项目法人单位，严格执行“项目法人制，施工招投标制，工程监理制和质量监督制”。工程所在县、乡负责土地调整和协调解决与施工有关的问题。施工单位认真组织施工，严禁工程转包、分包。不得擅自变更设计，确需变更，按照淤地坝建设管理有关程序进行。在施工过程中必须接受建设单位、质监部门、监理部门的监督检查。应设立专门安全员，负责土坝、爆破、防汛、高空等施工安全问题。4.3.2施工质量控制质量检查中所取试样平面位置、高程及测试结果，均应按技术要求填表记载。施工中为保证质量所采取的措施、试验和观测资料，施工单位均应在施工记录簿上详细记载，经检查人员签字后作为原始记录存档备查。对隐蔽工程、关键工程、工程关键部位和其他方面需要质量控制时，施工单位必须主动报请行政主管部门、建设单位、监理单位、质量监督部门进行检查或中间验收。4.3.3主要材料来源4.3.3.1树种、草种树种、草种从清水河县水务局下设的档阳桥种苗基地拉运，档阳桥种苗基地面积7hm2，现有松树、杏树、杨树、沙棘等多种种苗。还有柠条籽、沙打旺籽、紫穗槐籽等多种草种，灌木籽种，品种良好，储备量大。可以满足本项工程及坡面治理所需的树种、草种。4.3.3.2建筑材料·37· 土料：土料可就地取材，坝址两岸的土均可上坝、储量丰富。石料：在坝址附近有大量的块石，石质坚硬，表面清洁，易于开采，质量及储量均可满足工程要求。砂子、石子及卵石：可从档阳桥拉运、此处砂子质地坚硬，级配较好，储量丰富。水泥、木材、钢材、柴油：清水河县目前有2家水泥生产企业,生产的32.5KPa水泥均可满足工程所需水泥的质量和用量，水泥从县水泥厂拉运；木材、钢材、柴油从县物资部门购买。4.3.4交通状况在坝址西8km处的阳湾子村旁有209国道通过，为工程的材料运输提供了方便的交通条件，从公路到坝址处有土路可通过一般运输车辆，另外在施工场内还需修长200m的场内运输路。4.3.5水电供应施工用水从当地集雨水源工程就近拉运，坝址施工场地附近没有输电线路，由于投资问题，此处不考虑电力设备。4.4施工方法4.4.1土坝4.4.1.1坝基和岸坡处理在土坝坝基范围以内及两岸山坡、应将所有的草皮、树根、腐殖土、乱石等清除干净，对洞穴等进行充填夯实。两岸山坡不得清理成台阶式，更不允许有反坡，如有凸出部分也应加以修整，以保证坝肩结合良好。·37· 在坝体填筑之前，应开挖截水槽，削缓两岸山坡。清基、削坡及挖截水槽完毕即应回填坝身，不宜将清好的坝基和挖好的截水槽长期暴露在外，以免影响坝体与坝基的结合或增加再次清理的工作。4.4.1.2土坝填筑根据筑坝的要求，应先选择土料场。开挖土料之前，还应对料场作一个大致的规划，做到土料供应与需要合理协调，规划料场时应根据土料分布情况，土料数量及种类，土料场高程及位置等，考虑各个时期坝体各填筑部位的需要，尽可能做到高料高用，低料低用，合理使用上下游料场，尽量避免土料爬坡、过坝和交叉运输等、以减少干扰、提高工效。坝体填筑前，坝基表面应洒水压实，填筑时沿坝轴方向铺土，厚度应均匀，每层铺土厚度不得超过0.25m，采用“进退错距法”压迹重迭0.1-0.15m，铺土前应对夯实表面刨毛，洒水，干容重不得低于1.55t/m3。土坝与岸坡、土坝与涵洞等结合部必须采用人工夯实，铺土厚度0.1-0.15m，夯迹重合1/3。坝体分段施工时，应清除接头表土切成台阶，形成梳状齿槽，坝体横向接缝结合坡度不应陡于1:3，高差应小于5.0m，施工坝高25.27m。在土坝填筑施工过程中应注意土料含水量最大限度接近最优含水率，以保证工程质量。4.4.1.3排水设施排水设施需考虑下游坝脚贴坡排水及暴雨对坝坡的冲刷，在下游坡上设置纵横交错的排水沟，沿土坝与岸坡接合处设岸坡排水沟以排泄山坡雨水。纵向排水沟沿马道内侧铺设，由于马道平缓，在马道外侧设置高0.3m，顶宽0.4m的挡水墙，以防暴雨径流对马道的破坏。4.4.1.4反滤体施工反滤体在坝坡平整后铺筑，每层用料颗粒粒径不超过邻层较小颗粒的4-5倍，最小的一层粒径不小于0.1mm，铺筑时，细粒料应浇水略加夯打，并预留相当层厚5%的沉陷量，反滤体外坡块石·37· 采用平砌法砌筑。4.4.1.5护坡施工坝坡整理时，只允许挖土，穴坑应回填处理。上游从坝顶到淤积高程以下2m直接栽植易生根能蔓延，耐旱的沙棘护坡，栽植株行距2.0×2.0m，并适当混交柠条。下游从坝顶一直到坝底全部采用柠条护坡，种植密度0.3×0.3m，为了便于成活采用挖坑坐水点种法种植。4.4.1.6施工场地整理工程完工后，各类施工场地、开挖面、弃土场等必须进行整理，采用人工种植或自然封育措施，恢复植被。4.4.2放水工程：要做好卧管、消力池、涵洞、明渠等之间的接口处理。4.4.2.1卧管卧管基础应选在土坝两岸老土上，要尽量避免一部分放在土基上，另一部分放在岩基上，若不可避免时，卧管上沉陷缝内用油毡沥青填塞，在缝的四周铺设石子、中砂、细砂组成的反滤层。卧管砌筑时应注意石料的质量。风化石、表层石严禁使用，砌前应把岩石表面刷洗干净、用水洒湿，石与石之间应灌满灰浆，不得留有空隙、坐浆要均匀，以石料搁下能压出浆为宜，然后灌浆。灌浆时要用瓦刀插捣，使孔隙填满灰浆，砌筑时上下两层竖缝必须错开。浆砌石的外露灰缝未凝固前，应预留2cm的勾缝槽，再用水泥砂浆抹面，抹面前还需用水洒湿。卧管内壁用水泥砂浆抹面。4.4.2.2输水洞涵洞侧墙与底板应分开施工，先施工侧墙，后施工底板。(但是地基软弱时，可将侧墙和底板做成一体)。·37· 注意在侧墙未砌到起拱线之前，就应将石块逐渐砌成倾斜形状，以便使起拱线的斜度满足要求，砌筑拱圈时，应以拱的全长和全厚同时由两端起拱线处对称向拱顶砌筑。相邻两行拱石的砌缝应错开，其相邻错缝距离不得小于0.1m。必须保持拱圈的平顺曲线形状。砂浆强度能承受静荷载的应力时，才能折除支承架。输水洞内壁80%高度以下部分必须抹面。输水洞外填土时，夯打不要振动灰浆，在其两侧和洞顶1m以内，可用单人或双人夯夯实，禁用重夯。4.4.2.3明渠和消力池消力池承受很大的水流冲击力，基础要特别坚固，砌筑完毕后内壁用水泥砂浆抹面。明渠内壁和暴露处也要进行抹面。4.5度汛设计根据《水土保持治沟骨干工程技术规范》SL289-2003坝体在汛前必须达到20年一遇洪水重现期防洪度汛高程,防洪库容V=W5%+V死式中：W5%──二十年一遇一次洪水总量，万m3V死──最低进水口以下死库容，万m3查水位--面积、库容关系曲线得V死=7.64万m3得出：V=22.97万m3由水位─面积、库容关系曲线得，防汛水位为1361.3m，防汛坝体超高取1.2m，防汛坝顶高程1362.5m，即坝高在汛前达到12.5m以上。如采取小断面度汛，顶宽不得小于5m，并满足抢险车辆通行和物料堆放的要求,防汛断面内外坡比均取1:1.0，施工质量必须达到设计要求。6月15日汛期到来前，放水建筑物在防汛坝高以下必须完工。·37· 5工程概算5.1编制说明5.1.1工程概况水土保持扇背沟治沟骨干工程地处内蒙古呼和浩特市清水河县北堡乡境内，所属水系为杨家川的沙沟小流域。沙沟小流域面积82.85km2，本项工程位于流域下游，坝控面积为3.9km2。枢纽建筑物由二大件组成－拦河坝和斜卧管。坝体为均质土坝，总库容84.23万m3，淤地面积4.62hm2；放水建筑物采用浆砌石斜卧管，输水洞采用浆砌石拱涵结构，设计流量0.28m3/s。主要工程量见表5-1。主要材料用量见表5-2。工程项目工程名称大坝填土清基清肩人工挖沟槽浆砌石砼干砌石反滤体拦河坝116180525041849110167放水建筑物8254963.6合计116180525012435453.6110167表5-1主要工程量表表5-2主要材料量汇总表序号工程项目水泥(t)钢筋(t)木材(m3)柴油(t)林草(hm2)树苗(株)种子(kg)拦河坝　　80.382.871220183.22放水建筑59.960.360.1　　　　3临时工程　　　　　　合计59.960.360.180.382.871220183.2·37· 工程计划第一年七月开工，第二年十一月竣工，总工期390天。工程总投资150.74万元。其中国家补助97.98万元，占总投资65%，地方投资52.76万元，占总投资35%。5.1.2设计概算编制原则和依据5.1.2.1编制依据设计概算编制本着就地取材，在保证工程质量的情况下，尽量降低工程造价的原则。根据设计有关资料和图纸，依据中华人民共和国水利部水总[2003]67号文件《关于颁发〈水土保持概(估)算编制规定和定额〉的通知》。民工工资按六类工资区考虑，工程措施人工单价取1.70元/工时，林草措施人工单价取1.3元/工时。水泥、钢材、木材、炸药、油料、种子等原价以编制时当地市场价格为基准；砂石料价格及装卸费结合当地实际情况分析计算得出。运费按内蒙古交通厅与物价局内交财发(1992)第336号文件《关于发布＜内蒙古交通厅自治区汽车运价管理实施细则＞的通知》和内蒙古交通厅与物价局内交财发(1993)第49号文件《关于随燃料价格上涨确定汽车运价上浮的通知》计算，装卸里程按50%考虑，运输工具除砂石料外，其余运输工具按4t以上载重汽车计算，装卸费除砂石料外，其余材料按5元/t计算。5.1.2.2基础单价（1）人工工资清水河县为六类地区，人工工资根据《水土保持工程概（估）算编制规定》中的要求选取,具体取值如下:工程措施人工单价:1.7元/工时林草措施人工单价:1.3元/工时（2）主要材料预算价格·37· 工程所需主要材料预算价格根据清水河县2007年第1季度市场调查价，计入货源地至工地的运杂费（汽车运输）、包装费、采购及保管费后计算得出。主要材料预算价格见表5-3。表5-3主要材料预算价格表序号材料名称单位预算价格（元）规格1水泥t295.0532.5＃2钢筋t3446.85Ⅰ级A34板枋材m31244.895块石m359.026碎石m374.007砂m360.268柴油t5750.7635＃9水t24.18（３）主要施工机械台时费见表5-4表5-4施工机械台时费序号名称及规格台时费其中折旧费修理及替换设备费安拆费人工费动力燃料费1胶轮车0.90.260.642推土机74kw108.1919.0022.810.864.5660.963拖拉机74kw83.069.6511.380.544.5656.934刨毛机66.748.3610.870.394.5642.565蛙式打夯机2.8kw6.480.171.013.801.506混凝土搅拌机0.4m317.333.295.341.072.475.167振捣器1.1kw2.020.321.220.488风砂枪29.060.240.4228.49载重汽车5t59.577.7710.862.4738.4710电焊机25kVA9.420.330.300.098.711钢筋弯曲机φ6-408.290.531.450.242.473.612钢筋切断机20kw15.961.181.710.282.4710.3213钢筋调直机11.521.602.690.442.474.32·37· 5.1.2.3工程单价工程措施单价由直接费、间接费、企业利润、税金组成。直接费由基本直接费、其他直接费组成。其他直接费按基本直接费的百分率计算，间接费按直接费的百分率计算，企业利润按直接费和间接费之和的百分率计算，税金按直接费、间接费和企业利润之和的百分率计算。植物护坡等林草措施单价单价组成、编制方法同工程措施单价编制。5.2设计概算表及附件：（附后）·37· 6效益分析6.1效益计算治沟骨干工程效益计算遵循《水利经济计算规范》SD139-85及《水土保持治沟骨干工程技术规范》SL289-2003有关规定计算。主要包括经济效益，蓄水保土效益。6.1.1经济效益根据治沟骨干工程利用方式计算其经济效益。6.1.1.1淤地增产效益当骨干工程淤满后,可淤成4.62hm2坝地,按利用率80%，保收率90%计算，每年增加粮食2.99万kg,直接经济效益3.89万元，增加了当地农民的收入。6.1.2拦泥蓄水效益6.1.2.1拦泥效益新增治沟骨干工程,在设计淤积年限20年内累计拦泥总量达40.25万m3，平均每年拦泥量2.01万m3，粗沙量占90%。累计拦蓄泥沙量36.23万m3，平均年拦蓄粗沙量1.81万m3，按拦蓄粗沙效益1元/m3计，年平均经济效益1.81万元。6.1.2.2蓄水效益水土保持蓄水效益，主要表现在改善土壤理化性，增加入渗量，以达到固持土壤，削减洪峰的目的。当工程建成后，每年可拦蓄径流15.6万m3·37· ，同时由于大坝对洪水的滞蓄作用，使下泄洪峰流量比入库洪峰流量有所削减。这样，一方面降低了河道下游的洪峰流量；另一方面，也推迟了洪峰出现的时间，使洪水过程线变缓，将有利于下游工程防洪工作。·37· 7工程运用管理工程竣工验收后，在建、管并重的原则下，移交由北堡乡双窑子村管理。落实工程管护和防汛责任，责成专人负责，签订管护合同，划定工程管护范围，明确管护权限，设立标志，明确责权利。建立相应的管理制度，确保安全运行，充分发挥效益。7.1工程检查观测检查坝身有无裂缝、塌坑、滑坡及隆起现象；迎水坡有无风浪冲刷；背水坡有无散浸和集中渗漏，坝肩有无绕坝渗漏；坝趾有无流土管涌迹象；排水导渗设施有无破坏失灵。检查放水工程有无沉陷、断裂、堵塞；检查交通是否畅通。每年汛前、汛后、蓄泄水前后，应对建筑物和设备进行定期检查。汛期发生暴雨洪水时，应及时组织专人上坝检查，发现险情及时组织抢险。当发生特大洪水、强烈地震，工程非常运行时，应对工程的薄弱部位、重要部位、容易发生问题的部位进行特别检查。对重点工程应根据工程规模和需要，观测土坝的沉陷、位移、裂缝和渗流情况，观测雨量、库水位、库内淤积、泄水流量、含沙量和库区塌岸等。所有检查和观测资料，均应作好原始记录，及时整理分析，定期整编存档。7.2工程维修养护·37· 应加强日常维护和局部修补；对工程汛期发生的较大损坏部位应进行年度岁修；当工程不能满足防洪要求或发生重大损坏时必须及时进行维修加固；当建筑物遭受突然性破坏或出现险情时必须及时采取紧急措施，制止险情扩大。应及时处理坝体滑坡、裂缝及动物洞穴，填补坝顶过量沉陷，保持坝顶、坝坡的完整；清除排水沟内的淤泥和杂物。严禁在工程管理范围内挖坑、打井、耕作、爆破和进行其它对工程有害的活动。泄水涵洞内的石块、杂土等阻水物应随时清除，出现的渗漏、断裂等问题应及时处理。在库区两岸和卧管两侧、泄水涵洞进出口附近有松动土石体坍塌滑动危险时，应根据情况采取清理、削坡或锚固等处理措施。7.3控制运用在设计水位情况下，必须确保安全运用，不得发生任何问题。对超标准洪水应制定安全运用对策，保护工程安全，将损失降低到最低程度。当建筑物出现严重险情或设备发生故障时，必须尽快泄空库内蓄水，进行检查抢修。对病险坝库，必须空库运用。骨干工程未淤满前，采用缓洪、拦泥、淤地运用方式，平时不蓄水，汛期洪水按设计要求应随来随放，保持足够的滞洪库容。库内淤积面达到设计高程后，应空库运行，并及时修建防洪排水设施，采取防治盐碱和改良土壤等措施，充分利用坝地发展生产。·37·'