淤地坝设计说明书春.docx
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淤地坝设计说明书春
淤地坝设计说明书2013年春
淤地坝设计说明书2013年春淤地坝设计淤地坝工程设计学院:
资源环境学院班级:
水保101姓名:
陈洪敏学号:
2010011498前言水土流失是我国最严重的生态环境问题之一,近年来,随着经济发展,工程建设导致的水土流失无疑使得这一问题更加严峻。
为应对这一变化,我们采取了更完善的水土保持治理方案。
淤地坝工程是沟道治理工程的一种,是我国黄河中游水土保持地区沟道治理的一项行之有效的水土保持工程措施。
本次淤地坝设计,由于知识水平和实践经验的限制,加之时间有限,疏漏之处在所难免,希望读者批评指正,以便今后进一步修改,完善,本人不胜感激。
在设计过程中,参考了有关书籍,并得到张胜利老师的指导与各位同学的帮助,在此表示衷心的感谢!
编者2013年5月目录前言第一章淤地坝设计基本资料5第二章淤地坝总体概况5第一节淤地坝的概念5第二节枢纽工程的组成5第三节淤地坝分级及设计洪水标准6第四节淤地坝类型选择6第五节坝址选择6第三章土坝坝体设计6第一节坝高及库容确定6
(一)、拦泥库容及拦泥坝高的确定7
(二)、滞洪库容及滞洪坝高的确定7(三)、安全加高△h确定9第二节土坝断面结构构造及尺寸10
(一)、坝顶宽度10
(二)、坝坡马道10(三)、坝边坡10(四)、坝坡保护10(五)、坝体排水11(六)、坝基和岸坡处理11第三节土坝稳定分析计算12第四章土坝溢洪道设计13第一节位置选择13第二节布置形式13第三节水力计算14
(一)、溢流堰尺寸计算14
(二)、陡坡段尺寸计算14(三)、出口段尺寸计算19第四节溢洪道结构设计21
(一)、进口段设计21二、陡坡段设计22三、出口段设计22第五章土坝放水建筑物设计23第一节放水工程组成及作用23
(一)、放水工程组成23
(二)、放水工程作用24第二节工程布设24第三节水力计算24
(一)、卧管水力计算241、进水孔尺寸计算262、卧管涵洞断面尺寸计算263、卧管台阶尺寸计算264、卧管消力池水力计算26
(二)、输水涵洞水力计算28(三)涵洞出口消能段水力计算28第四节工程结构设计29
(一)、卧管结构设计29
(二)、输水涵洞结构设计30(三)、输水涵洞出口设计30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=10000t/km2,20年一遇设计洪水流量Q20=105m3/s,洪水总量W洪=10万m3,200年一遇设计洪水流量Q200=180m3/s,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φ=20°,内聚力c=0.8t/m2;7.放水洞设计流量Q=0.5m3/s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。
第二节枢纽工程的组成
(一)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,淤地坝主要用于拦泥淤地,一般不长期蓄水,其下游也无灌溉要求。
(二)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。
第三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200年。
淤积年限为设计为10年。
注:
①依据《水土保持综合治理技术规范—沟壑治理技术》(GB/T16453.3—1996)②可根据实际情况,适当提高设计洪水标准。
第四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。
第五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滞和安全超高Δh三部分组成,即坝高:
H=h拦+h滞+Δh土坝断面结构构造图
(一)、拦泥库容及拦泥坝高的确定式中:
F—淤地坝控制的流域面积,单位km2,取F=5km2K—年平均侵蚀模数,K=10000t/(km2•年)ns—坝库排沙比,从安全角度考虑,认为土坝不排沙,即ns=0T—设计淤积年限,N=10年rS—淤积泥沙的干容重,rS=1.35t/m3将数据代入得:
==37万m3根据H-V曲线,查出相应的拦泥坝高h拦=22.5m,高程为820.5m。
(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。
调洪计算方法采用简化三角形法:
溢洪道最大泄流量Q泄为:
溢流堰堰流公式为:
两公示联立得:
其中,M—流量系数,取值为M=1.6;H—溢洪道堰上水头;B—溢洪道堰顶净宽;W洪—溢洪道最大泄洪量;V滞—滞洪容积;Q洪—来水洪峰流量1、用20年一遇洪水进行设计已知20年一遇设计洪水流量Q20=105m3/s,洪水总量W洪=10万m3。
求解采用试算法,步骤为:
1)由计划淹深假设h滞,由H~V曲线求得V滞;2)按公式求Q泄;3)按堰流公式求溢洪道宽度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滞即为调洪计算所求。
调洪计算表1h滞(m)高程(m)v拦(万m3)v库(万m3)v滞(万m3)B(m)1821.53741439.381.58223741.84.818.582822.53742.55.510.442.58233743.26.26.313823.5374473.793.58243744.97.92.10从试算表格中可以看出,h滞=2m时,v滞=5.5万m3,B=10.44m符合土坝设计要求,因此,B设计为10.5m,此时==47.25m3/s2、用200年一遇洪水进行校核已知200年一遇设计洪水流量Q200=180m3/s,洪水总量W洪=17万m3校核步骤:
1)首先假设一个h滞,由H~V曲线求得V滞;2)按公式求Q泄;3)按堰流公式,其中M=1.6,B=10.5m,可求得h’滞;4)将假设的h滞的值与求得的h’滞的值对比,如果两个数值接近或相等,则为所求的h滞。
调洪计算表2h滞(m)高程(m)v拦(万m3)v库(万m3)v滞(万m3)B(m)MB*Mh滞1821.53741410.51.616.84.061.58223741.84.810.51.616.83.902822.53742.55.510.51.616.83.752.58233743.26.210.51.616.83.593823.53744710.51.616.83.413.58243744.97.910.51.616.83.204824.53745.88.810.51.616.82.99由表2可知,h滞=3.5m时两值相近,故h滞=3.5m。
(三)、安全加高△h确定安全加高是考虑坝库蓄水后,水面风浪冲击,蓄水意外增大使库水位升高和坝体沉陷等附加的一部分坝高,按有关规定,坝高H>20米,Δh取1.5~2米。
(四).坝高的确定20年一遇洪水计算为:
H20=h拦+h滞+Δh=22.5+2.0+2.0=26.5m200年一遇洪水校核为:
H200=h拦+h滞+Δh=22.5+3.5+1.5=27.5m因为H201.1,满足要求。
(2)、输水涵洞水力计算本次设计输水涵洞采用无压砌石拱涵,应用明渠均匀流公式:
式中:
A为过水断面面积,A=Bh,B=1m;C为谢才系数,,n为粗糙系数,n=0.02;R为水力半径,,Xk为湿周,,i=0.01.代入数值,求得h=0.29m.洞内水深不得大于洞高的3/4,以保证不因水流波动而破坏明流状态,涵洞洞高H=h/0.75=0.39m,考虑到施工检修,此处取H=0.4m(3)涵洞出口消能段水力计算输水涵洞出口段设计为陡坡段消力池形式,结构同溢洪道出口道消力池。
采用公式:
式中:
q—单宽流量,h2—第二共轭水深,m.h0—明渠段正常水深,h0=0.29m.a—流速不均匀系数,取a=1.0.g—重力加速度,g=9.8m/s2.将以上有关数值代入公式计算得:
h2=1.3m,接消力池出口的下游沟道无长流水,水深hs=0m,h2>hs,故发生远离式水跃,需设消力池。
消力池断面尺寸计算如下:
池深计算d=1.25(h2-hs)池长计算Lk=(3~9)h2将有关数值代入公式计算得:
d=1.25(1.3-0)=1.625(m),取d=1.65Lk=(3~9)×1.3=3.9~11.7m,取L=5m第四节工程结构设计
(一)、卧管结构设计设计卧管侧墙顶厚0.2m,底板厚0.2m,盖板设计为条石。
条石盖板厚度计算:
盖板跨中最大弯矩为:
盖板跨中最大剪力:
式中:
q为均布荷载,,γ土为土壤饱和容重(kN/m3),γ土=20kN/m3,H为盖板上泥沙淤积高度,计算采用淤地坝泥沙淤积高度计算,即H=22.5m,为便于计算取23m,L0为计算跨度,L0=1.05L,L为净跨,L=1m。
板厚可根据最大弯矩和最大剪力分别按下式计算并取其中的较大值:
式中:
h为板厚;b为盖板单宽,取1.0m;δ为条石允许拉应力(kpa),δ=7.7Mpa;δT为条石允许剪应力(kpa),δT=7.8Mpa。
代入数据得:
==22.82kN/m=91.29kN/m则==0.133m;==0.018m综上,条石盖板的厚度应该为0.133m,设计为0.14m。
卧管消力池尺寸如下:
池长:
L=1.5m;池深:
d=0.4m;池厚度同卧管。
(二)、输水涵洞结构设计坝下输水涵洞设计为砌石拱涵,拱厚度为0.2m,拱圈半径为0.5m,侧墙边坡为3:
1,侧墙顶宽0.45m,底宽1.0m,输水涵洞底板厚为0.2m。
砌石拱涵断面结构图见附图。
(3)、输水涵洞出口设计输水涵洞出口段设计为消力池形式,池深d=1.65m;池长L=5m;底板厚为0.2m.30
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