淤地坝设计说明书

一 已知基本资料一 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 20 内 聚力 c 0 8t m2 7 放水洞设计流量 Q 0 5m3 s 二 设计任务 要求二 设计任务 要求 1 掌握中小型淤地坝设计方法 步骤 2 在 1 1000 地形图上进行枢纽布置 3 拟定淤地坝断面形状及尺寸 4 进行坝坡稳定分析计算 k 1 25 5 设计溢洪道及放水建筑物 卧管放水孔水深可取台阶高度 6 绘制设计图 7 编写设计计算说明书 三 设计步骤三 设计步骤 1 淤地坝坝型选择 因为坝址附近有充足的筑坝土料 所以选择土坝 淤地坝对防渗性 的要求小于水库的要求 沟道无常流水 故可采用施工方便的均质 土坝 坝址附近没有充足的水资源 故选用碾压坝 2 坝址选择 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 3 拟定淤地坝断面形状及尺寸 1 坝高 H H拦 H滞 H 拦泥库容和拦泥坝高的确定 根据公式 s s r TnKF V 1 拦 代入坝库排沙比 ns 0 淤积年 限 T 5 s 1 3 流域年平均侵蚀模数 K 和流域面积 F 由 已知条件给出 计算得拦泥库容 V拦 19 23 104m 查 H V 关系曲线得 拦泥坝高 H拦 810 5 797 9 12 6m 滞洪库容和滞洪坝高的确定 采用试算法 拟定多个 H滞 由计划淹没水深假设 H滞 再由 H V 曲线求得V 滞 按公式Q泄 Q洪 1 V滞 W洪 求 出 Q泄 按堰流公式 Q泄 MBH3 2求溢洪道宽度 B 得出多组数据 坝高计算 H 滞 mV 滞 m Q泄 m s B m 24900053 5511 83 1 54500057 7519 65 2 560000426 64 2 35500047 258 47 经过多次假设计算 对工程作经济 技术比较 确定 h滞为 2 3 米 时合适 该 h滞所对应的 B Q泄 V滞即为调洪计算所求 安全超高 土坝安全加高值表 坝高 H m 10 10 20 20 安全加高 H m 0 5 1 01 0 1 51 5 2 0 根据土坝安全加高值表 确定设计安全加高 H 为 1 5m 坝高校核 由 W200 17 万 m 算出 Q校核 71 03m s 根据公式 Q泄 MBH3 2 求出 H 校核 3 02m H滞 H H校核 0 721 2 土坡稳定 4 溢洪道设计 1 位置选择 河道右岸 上游向下游方向 边坡坡度较陡 左岸边坡坡度较缓 从地形上看 在左岸建设溢洪道工程量较小 相比较右岸节约资金 选择左岸设置溢洪道 2 布置形式 设计的淤地坝集水面积较大 泄洪量较大 按照工程安全的原 则 选择堰流式溢洪道设计 3 水力计算 溢流堰尺寸计算 设计堰顶宽度为 8 5m 因为堰上水深为 H滞 3 3m 设计堰长 5 H滞 16 5m 陡坡段尺寸计算 计算临界水深hk 因为陡坡段为土基 所以设计断面为梯形 根据公式 采用试算法求hk 临界水深计算 HKQHkQ 128 28811 448 052796 1 132 841051 3947 508916 1 237 655571 3846 967548 1 342 72732 求得hk 1 39m 计算临界底坡 ik 计算得过水断面面积 k 13 75 XK 12 42 RK 1 11m Ck 50 88 KK 737 07m3 s 所以 ik 0 00411 设计陡坡段底坡 i 1 5 ik 0 00411 所以陡坡水流为急流 可按 照陡坡计算 计算陡坡长度 L0 根据公式计算得 L0 88 7m 计算正常水深 H0 使用明渠均匀流公式 A 为过水断面面积 A B H H B 8 5m 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 为底坡坡度 i 0 2 代入数据使用试算法求 H0 正常水深计算 H0QHOQ 0 212 945620 4549 8721 0 440 998520 4448 042 0 325 408960 4346 23939 所以当 Q泄 47 25m3 s 时 H0 0 44m 计算水面曲线 根据公式L Ji vhv 2 111 2 222h J 2 1 RC v RC v 2 2 2 2 2 1 2 1 2 1 式中 为溢洪道陡坡段相邻两过水断面的水深 单位 m i 为底 L 坡比降 i 1 5 为溢洪道陡坡段相邻两过水断面水力坡度 J 的平均值 h1 h2 为溢洪道陡坡段相邻两过水断面的水深 单 位 m 为溢洪道陡坡段相邻两过水断面的平均流速 单 v1v2 位 m s a1 a2 为相邻两过水断面动能修正系数 取 1 0 计算数据如下表格 水面曲线计算 hAVXJ J L L 1 3924 172571 95469512 41980 00371400 1 2918 971852 49053212 13780 0045010 0041070 1092560 109256 1 1914 91853 16720811 85580 0054510 0049760 4877860 597043 1 0911 753914 0199411 57380 0065980 0060251 0948331 691876 0 999 2788375 09223311 29180 0079830 0072912 0653323 757208 0 897 33966 43768111 00980 0096540 0088193 6126317 369839 0 795 8174478 1221210 72780 0116690 0106616 07380313 44364 0 694 62048610 226210 44580 0140980 0128839 98146523 42511 0 593 677512 848410 16380 0170250 01556116 1783539 60345 0 492 93320416 108679 88180 0205520 01878826 001765 60516 0 452 68114517 623079 7690 0221570 02135514 3504279 95557 0 442 62173318 022439 74080 0225780 0223674 02831883 98389 0 432 56369418 430449 71260 0230060 0227924 22137188 20526 根据数据绘制水面曲线图如下 0102030405060708090100 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 1 2 1 4 1 6 从数据得 0 44m 时的 L 83 98 88 70 由此可以说明陡坡段末端 水深达到正常水深 陡坡终点水深 ha 和末端流速 Va 计算 因为求出的水面曲线的长度 L 83 98mHt 0 87m 所 以必须修建消力池 消力池深度计算 使用经验公式 S 1 25 h Ht 其中 h 以陡坡段末端水深 ha为跃前水深计算出的跃后水深 单位 m Ht 尾水渠正常水深 单位 m 代入数据得 S 3 38m 所以消力池深度设计为 3 38m 消力池长度计算 消力池长度由以下公式计算 式中 为折减系数 取值 0 8 h 为跃后水深 h 3 57m h 为跃前水深 h 0 44m 计算得 L 0 8 6 9 3 57 0 44 17 28m 所以消力池长度为 17 28m 4 溢洪道结构设计 进口段设计 引水渠 因为修建地点为土基 选择梯形明渠并用混凝土衬砌 边坡采 用 1 2 渐变段 使用扭曲面作为导流墙 用厚度为 0 3m 的浆砌石衬砌 墙顶 超高 1m 底板上游端做防渗齿墙 齿墙深入地基约 1m 厚 0 5m 底 板砌厚 0 5m 溢流堰 设计的淤地坝地基为土基 所以设计为宽顶堰 底板厚 0 4m 横截面为梯形 堰体底板与渐变段底板相连 连接处做一深 1m 厚 0 5m 的防渗抗滑齿墙 堰边墙用浆砌石建造 为挡土墙形式 墙高 2m 顶宽 0 5m 基础厚 0 4m 陡坡段设计 陡坡段比降 i 设计为 1 5 陡槽断面为梯形断面 边坡为 1 1 陡槽侧墙和底板用浆砌石建造 厚 0 4m 为了防止不均匀沉 降 陡槽沿着纵坡每隔 10m 留一沉陷缝 每段陡槽的起始端都设置 深 1m 厚 0 5m 的防渗抗滑齿墙 对底板使用厚度为 0 5m 的块石 进行衬砌 为了防止陡槽底板冰冻发生裂缝 还需在底板下铺设 0 2m 的砂卵石垫层反滤排水及纵向排水沟 由于陡槽中水的流速较大 动水压力可能使底板产生振动 为 了稳定起见 需按下述公式校核底板厚度 d 是否满足要求 式中 d 为底板厚度 m a 为地基条件系数 密实黏土 a 0 8 v 为槽中流速 h 为槽中水深 d始 0 03 0 8 3 44 0 097 0 4 1 39 d末 0 03 0 8 12 02 0 191 0 4 0 44 所以 d 0 4 符合要求 出口段设计 出口段包括消力池 渐变段和尾水渠三部分 渐变段和尾水渠 与进口段结构相同 尾水渠即是一般明渠 尾水渠宽度 8 5m 边坡 1 1 消力池用浆砌块石修筑 池底厚 1m 池前端设置齿墙 深 0 7m 厚 0 3m 底板下设反滤排水孔和反滤层 侧墙构造同于陡槽 底板池底厚度 d 使用如下公式校核 式中 d 为底板厚度 hc 为收缩断面处水深 可取跃前水深 Vc 为 收缩断面处流速 K 为系数 K 0 03 0 175sina a 为陡槽末 端射流与水平面夹角 tana 0 2 Vc Va 11 75m s hc 0 44m s K 0 03 0 175sina 0 03 0 175 0 196 0 0643 则 0 0643 11 75 0 44 0 5 0 5m 因为 d 0 50 4m 不符合要求 所以同一台阶设两 个孔 代入数据算出 d 0 27m1 2m 宽度 B 1m 0 6m 都符合要求 消力池水力计算 应用 Q设 0 5m3 s 根据公式求出 b0 1 0 4 1 4m 根据谢 才公式的变形形式使用试算法得出 Q 和水深的关系 数据 消力池正常水深计算 QHQH 3 87433810 4049350 2 1 5393090 50 5665620 25 1 1246090 40 5000970 23 0 7419340 3 由数据得正常水深 h0 0 23m 应用公式 计算跃后水深 h1 h0 0 23m q 为单宽流量 计算得 h2 0 37m 所以池长 L 3h2 3 0 37 1 11m 设计为 1 2m 池深 d 1 25 h2 h1 1 25 0 37 0 23 0 175m 设计为 0 2m 为了保证池内产生淹没水跃 需要满足以下要求 d h1 h2 0 2 0 23 0 37 1 16 1 1 满足要求 5 工程结构设计 卧管结构设计 设计使用条石做盖板 根据以下公式求出盖板厚度 盖板跨中最大弯矩为 盖板跨中最大剪力 M大 0 125 20 12 6 1 05 1 33 07kN m Q大 0 5 20 12 6 1 05 1 132