阳山庄中型淤地坝工程设计报告

'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.lkm2,沟道比降40.37%,沟道呈“U”型，左岸岸坡较陡，右岸岸坡较缓。多年平上匀侵蚀模数3000t/km2，多年平构降雨量为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,人均纯收入1030元。 2.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Q,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Q,第四系黄土状粉土黄土厚0-2.5。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VDI。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0.0011/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①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。②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，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1.73X105cm/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。 2.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°C，极端最高气温31.4°C；极端最低气温-25.7°C;年平均无霜期139天左右，平均风速为2.lm/so3.2水文、水资源3.2.1降水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），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6〜9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3⑻Ot/km2•a，输沙量主要集中在6〜8月，占全年输沙总量的88.2%。阳山庄淤地坝控制流域面积2.lkm2，多年平均径流深80mm,多年平均径流量16.83.2.3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）mQ参W=（F/F参）nW参 式巾Q、Q#—为设计断面和参证断面洪峰流量w、w#—为设计断面和参证断面洪峰总量F、—为设计断面和参证断面流域面积、n—力指数，m取0.8，n取1。2.2.3.1参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108.9km2op=5%时，洪峰流量为135m7s;p=2.0%时，洪峰流量为184m7s;p=5%时，洪水总量为476万m3;p=2.0%时,洪水总量为610万m3。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)°-8X135=5.73m3/sW:(2.1/108.9)476=9.18万m3当p=2.0%时，Q=(2.1/108.9)°-8X184=7.82m3/sW=(2.1/108.9rX610=ll.76万m3经计算得，P=5%时，洪峰流量为5.73m7s，洪水总量为9.18万m3;p=2.0%时,洪峰流量为7.82m7s,洪水总量为11.76万m3。3.2.3.2参证断面范湾洪峰流量、洪水总量计 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3.41km2。p=5%时,洪峰流量为5.6m7s;p=2.0%时，洪峰流量为7.2m:7s;p=5%时，洪水总量为17.2万m3;p=2.0%时，洪水总量为22.3万m3。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二5%时，Q=(2.1/3.41)°-8X5.6=3.8m3/sW=(2.1/3.41)in.2=10.6万m3当p=2.0%时，Q=(2.1/3.41)08X7.2=4.9m7sW=(2.1/3.41)1X22.3=13.7万m3经计算得，p=5%时，洪峰流量为3.8m3/s，洪水总量为10.6万nAp=2.0%时，洪峰流量为4.9m3/s，洪水总量为13.7万3.2.3.3参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沟道洪峰流量、洪水总量。裴家沟流域集水面积3.8km2。p=5%时，洪峰流量为9.3m3/s；p=2.0%时，洪峰流量为11.7m7s；p二5%时，洪水总量为15.9万m3;p=2.0%时，洪水总量力20.5万m3。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)°"8X9.3=5.79m7sW:(2.1/3.8)115.9=8.79万m3当p=2.0%时，Q=(2.1/3.8)08XI1.7=7.2m7sW=(2.1/3.8)^20.5=11.3万m3经计算得，p=5°/。时，洪峰流量为5.79m7s,洪水总量为8.79 万m3;p=2.0%时，洪峰流量为7.2m3/s，洪水总量为11.3万3.2.3.4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，仅作力参考值；而以范湾流域作力参证站，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3-1参证流域名洪峰流量（m3/s）洪峰总量（万m3）P=5%P二2%P二5%P=2%范湾3.84.910.613.7 2.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，绘出高程一库容一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。2.2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V,=WN式中V,.—拦泥库容(万m3)W—年输沙量(万m3)，W=FX(l+3)WsX104/r其中F—流域面税，2.lkm2；推移值占悬移值的百分率，20%; Ws—年输沙量，32.67万T;r—沙的密度，1.3吨/万1113;N_淤积年限，N=10年W=0.582万m3则VL:0.582X10=5.82万m34.2.2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.o%=13.7万m)4.2.3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m34.3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，确定土圳为黄土均质碾压圳，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最大埂高及特征水位确定最大坝高计算公式为H=H,+HZ+AH式中：H-最大坝高，m;Hi.-拦泥坝高，m; Hz-滞洪坝高，m;△H-安全超高，m。 坝址沟底高程为1964.928m。查高程一库容曲线由拦泥库容V,=5.82万m3,查高程一库容曲线图，可知淤泥面对应高程为1974.878m,则拦泥坝高为Hh=9.5m。由滞洪库容V^13.7万m3，查高程一库容曲线图，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m3,查高程一库容曲线图，可知对应高程1979.861m，则设计坝高Hz=14.933m。由校核库容V=VL+VZ=19.52万m3，查高程一库容曲线图，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m3，20年一遇设计洪水总量10.6万则:防汛库容V防=1.64+10.60=12.24（万m3），查高程一库容曲线图，可知对应高程1978.169，防洪坝高Hf13.241m。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1〜1.5m），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表4-1 项目高程（m）坝高（m）相应库容（万m3 设计淤泥而1974.8789.55.82设计洪水位1979.86114.93316.42校核洪水位1980.99616.06819.524.3.3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V1D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的砂破垫层，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 设计淤泥而1974.8789.55.82设计洪水位1979.86114.93316.42校核洪水位1980.99616.06819.524.3.3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V1D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的砂破垫层，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=Kh0ho=(H,2+L2)°-5-Ly=(2hox+ho2)5式巾：q-渗流量，m3/sHr水深，16.068mL-38.3mK-渗透系数，1.73X10"5cm/s经计算h。=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.lm,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.lm。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。该土坝为黄土均质碾压坝型，坝址范围按设计坡脚扩大1〜1.5m,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Qitt=W5%/(7X24X3600)=0.175m:i/sQ加大=Q»X1.2=1.2X0.175=0.21m7s根据《水土保持治沟骨干工程技术规范》(SL289-2003)规定，放水孔径按计算，涵卧管等防水建筑物结构尺1*按0«确定。 1/21/2试算得4.4.3放水建筑物结构形式及尺寸①卧管放水孔由d=0.68[Q加大/(H//2+H21/2+H3d=0.18/m，考虑到施工方便，选用每台单孔进水，同时开启3台3孔放水，孔径取0.20m，台阶高差0.4m，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工程名放水方台阶4殆脉流量放水孔径实取孔径剪示艟放水天数称式(m)(nf/s)(ID)W(m7s)(天)阳山庄沟三台三孔0.40.1750.180.200.2275.4②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=0.21m3/so按公式Q=«C(Ri)1/2o=bh=0.6hX=b+2h=0.6+2hR=o/X=0.6h/0.6+2h查粗糙系数表得n=0.017试算得ho=O.0.09m，则卧管高为hX(3〜4)，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0.15m,均用C2o钢筋砼现浇。卧管盖板设计尺寸为：长X宽X厚=1.2X0.85X0.15(m)，基础每8m设齿墙一道，共2道，齿墙尺寸:深X宽X长=0.4X0.6X1.3(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。③卧管消力池设计己知Q加=0.21m3/s,卧管末端水深h]=0.09m,下游水深h=0.3m,流速不均匀系数a=l.0,卧管底宽b=0.6m，则第二共轭水深ht2:h2=W2[(l+8a(Q加/b)Vgh!3)1/2-l=0.09/2[(1+8X1X(0.21/0.6)7(9.8X0.093))v-l]=0.6m消力池长L=5Xh2=5X0.6=3.0(m)消力池深d=l.lh2-h下=1.1X0.6-0.3=0.36(m)消力池宽B=b+O.3=0.6+0.3=0.9(m)根据实际施工需要取长3.0m，宽0.9m，深0.5m。结构尺寸：底板厚0.2m，侧墙厚0.2m,盖板厚0.2m，均用C2Q钢筋砼现浇。④涵管设计涵管采用承插式钢筋砼预制管，设计涵管纵坡为1/200,基础为第三系红色泥岩，管床用钢筋砼浇筑，在管道接头处，预留出接头安装的工作空间，预制管由下游一端开始逐节向上游进行 安装，接头处用沥青油麻和3:7石棉水泥填塞，。水泥沙浆勾缝止水，外部嵌入3层沥青油麻，再用Mw水泥沙浆勾缝。涵管进水口高程1969.496m,出水口高程1969.236m,下铺0.3厚3:7灰土垫层。涵管直径由公式Q=«C(Ri)1/2计算取d=0.5按充水度d=h/d=0.75计算，查充水度与水力要素表有0=0.673d=0.673X0.36=0.242m2R=0.304d=0.304X0.6=0.182mN=0.017C=R1/Vni=l/200时Q=0.242X44.28X(0.182X0.01)1/2=0.46m7s>0.21(m7s)根据《水土保持治沟骨干工程技术规范》(SL289-2003),采取下列经验公式进行管壁厚度计算：t=(0.O6pdo/ob)05式中：t_混凝土管壁厚度(cm);dQ-涵管平均直径，d()=d+t,d为管内径(cm);[Ob]-管壁弯曲允许应力，(kg/cm2)，选C2(，钢筋混凝土，其值取9.1kg/cm2；p-单位管长(cm)管上垂直土压力，(kg/cm2)，p=yhD,丫取饱和土容重0.0018kg/cm3),H为管上坝高，1166cm,D为管外 径(cm),D=d+2to经试算，涵管管壁为0.12m，取0.12m。考虑到实际施工，故C2。钢筋砼涵管选用直径0.8m，涵管管壁厚度为0.12m，每节4m，共13节，钢筋砼荷载计算按管顶填土厚度不小于11.66m控制，总长度52m,坝轴线以上每10m设置截水环一道，共设4道，截水环尺寸为高X宽X长为1.84X1.78xo.5m，用C2Q砼现浇。管床基础用C15砼现浇，宽1.24m，厚0.2m，长52m,下铺0.3m厚3:7灰土垫层。③陡坡设计断面矩形Q触=0.21m3/s槽底坡1:5,n=0.017,槽底宽b=0.824m下游水深h下=0.5m，跌差P=3.6m根据公式hk=(aQ2/gb2)1/3Wk=bhkXk=b+2hkRk=Wk/XKCk=R1/6/nKk=Wk-Ck(Rk)1/2ik=Q7V求得hk=0.33m,ik=0.0077因ik=0.0077