水利水电-罗家沟蓄水工程方案设计

水利水电-罗家沟蓄水工程方案设计

摘要罗家沟蓄水工程位于沈阳农业高新技术开发区中部罗家沟村北，蒲河的一条支流上，控制流域面积1.8平方公里。工程始建于20世纪70年代，由于蓄水工程兴建时标准偏低，加之多年运行，坝面剥蚀，断面缩窄、坝顶高降低，原蓄水工程已经不能正常发挥作用,为下游工矿企业及农田防洪带来沉重的负担。现在将原坝址向下游平移80米重新修建此工程,即节约工程量，又利于交通和开发区整体规划。罗家沟蓄水工程是一座以防洪为主的蓄水工程。罗家沟蓄水工程以防洪为主、兼顾蓄水，是开发区基础设施建设的重要组成部分，能够促进开发区经济发展，保护生态环境，缓解水资源短缺矛盾，为两侧的节水灌溉示范园提供充足的灌溉水源。水库总库容21.60万立方米，属于小型水库，按一百年一遇洪水设计，三百年一遇洪水校核。蓄水工程大坝的设计根据水文、地质、天然材料等相关资料综合考虑，选用均质土坝。本设计主要内容是水文计算和主要建筑物的设计。按照《辽宁省中小河流（无资料地区）设计暴雨洪水计算方法》一书中的计算方法进行计算,结果为死库容：3.40万立方米，死水位：83.00米，兴利库容：9.80万立方米，正常蓄水位：85.50米，溢洪道宽度：10.00米，设计洪峰：38.01立方米/秒，设计下泄流量：23.40立方米/秒，设计防洪库容：8.40万立方米，设计库容：21.60万立方米，设计洪水位：86.85米，校核洪峰：48.90立方米/秒，最大下泄流量：30.80立方米/秒，校核防洪库容：10.00万立方米，校核库容：23.20万立方米，校核洪水位：87.10米。罗家沟蓄水工程主要由土坝、溢洪道、输水洞等建筑物组成。确定坝顶总宽度4.5m，净宽4m。坝顶上游侧设高1.2m的不锈钢防护栏杆，下游设高20cm的路缘石，坝顶面铺彩砖。大坝上游边坡选为1：3，下游坝坡上建有9m宽公路，公路轴线距坝轴线16.75m。在坝体0+970断面处布置10m宽溢洪道，采用钢筋混凝土U形断面。在坝体0+930断面处布置1孔输水洞，采用内径为1m×1m的混凝土方涵。关键词：均质土坝溢洪道输水洞

目录TOC\o"1-2"\h\z\u前言 前言沈阳市“十五”规划纲要指出：“十五”期间，沈阳市要在城乡一体化发展和生态环境建设上取得新突破，形成以生产水平现代化、产业经营规模化、运行机制市场化、农业科技高新化、农村发展城镇化和农民队伍知识化为主要特征的发展新格局。为了实现沈阳市“十五”规划提出的宏伟目标，使沈阳农业在“十五”期间及未来的10年里，能够充分利用科技进步的成就，吸纳国际国内的有效资源和商业机会，从而跃上新的台阶，并在东北亚经济圈中有所作为，沈阳市委、市政府在新世纪初推出了成立沈阳农业高新技术开发区的重大举措。开发区本着高起点开局、高标准建设的要求，以区位和资源优势为基础，依托现代农业高新技术，探索全新发展理念，塑造都市农业典范，立志成为中国的“农业硅谷”。农业要发展，水利须先行。开发区水利基础设施的建设必将极大地促进项目区农业产业化进程、农业科技成果转化和开发区现代化绿色观光农业的建设和发展。沈阳农业高新开发区位于沈阳市的东北部，距市中心12Km。开发区地理位置东至棋盘山水库风景区，西跨沈铁公路，南含毛望公路，北抵蒲河镇，沈哈高速公路横贯其中，总面积41.2Km2，开发区的项目区均处交通发达地区，主要骨干交通网均已形成，公路四通八达，经过项目区的全国主要干线有沈哈、沈铁，可以说交通运输四通八达，十分方便。区内山清水秀，风景优美，生态环境较佳，是发展绿色农业的佳地。沈阳农业高新开发区成立于2002年1月28日，经过开发区全体职工这两年的共同努力，在市政府的正确领导下，经济得到了迅速发展，区内企事业单位林立，经济繁荣。因此，对开发区的基础设施标准的要求也越来越高，所以必须提高基础设施的标准，适应开发区的总体规划，以满足开发区的要求。罗家沟蓄水工程位于开发区的中部，开发区孵化器单位的东南部,蓄水工程下游500米处为开发区的经济、商业中心和人口密集居住区,坝西侧400米为沈哈高速公路。开发区由于气候特点，旱灾、涝灾频繁交替发生。罗家沟蓄水工程始建于20世纪70年代，蓄水工程设计标准偏低,经多年运行,坝面剥蚀，断面缩窄、坝顶高降低，现已不能发挥防洪作用，一旦发生洪灾直接威胁位于下游的工矿企事业单位及居民生命、财产安全，长期以来实为下游工矿企业、周边居民的防洪带来负担。因此对罗家沟蓄水工程进行改造、提高其标准已势在必行。罗家沟蓄水工程的任务是保护蓄水工程下游企事业单位、商业中心、人口密集居住区的安全；提高蓄水工程的蓄水量，缓解开发区境内水资源供需矛盾，满足蓄水工程附近的企事业单位、果树、农田的用水需求，适时适量灌溉改善农业生产环境；涵养水源，清洁环境，使有限的水土资源得到科学优化的合理利用。1.基本资料1．1蓄水工程概况罗家沟蓄水工程位于沈阳农业高新技术开发区中部罗家沟村北，蒲河的一条支流上，控制流域面积1.8平方公里。工程始建于20世纪70年代，由于蓄水工程兴建时标准偏低，加之多年运行，坝面剥蚀，断面缩窄、坝顶高降低，现已不能正常发挥作用，为下游工矿企业及农田防洪带来沉重的负担。结合沈阳农业高新技术开发区东西三号路规划，将原坝址向下平移80米，即节约工程量，又利于交通和开发区整体规划。1．2库区水文概况1．2．1流域概况罗家沟蓄水工程位于沈阳农业高新技术开发区中部罗家沟村北，蒲河的一条支流上，蒲河属浑河水系，是浑河右岸较大的一条支流，发源于铁岭县横道河子乡想儿山一带。部分支流发源于新城子区的望滨乡东部山谷和马刚乡的马泉沟一带，蒲河上游建有棋盘山水库。1．2．2气候特性开发区地处中纬度，位于欧亚大陆的东岸，属于温带大陆性季风气候。主要气候特点是冬季寒冷干燥，夏季温热多雨，雨热同季，一年四季分明。多年平均气温7.5℃,1月最低平均为-12.1℃，7月最高平均为24.1℃，年温差达36.2℃，极端最高气温36.5℃（出现在1979年5月28日），极端最低气温-31.5℃（出现在1969年1月24日）。年平均降水量为650mm，降水量由南向北递减，降水量的年际变化较大，丰枯水年降水量比值一般可达2-3倍以上。如：沈阳有记录以来，年最大降水量1064.5mm（1923年）为最小降水量341.1mm（1913年）的3.1倍，可见丰枯水年降水量相差较为悬殊。由于受季风影响，降水量的年内分配极不均，降雨量主要集中6-9月份，约占年降水量的70%以上，其中以7-8月份最大，约占年降水量的50%，特别是在这段时间内降雨量又多集中在几次暴雨。多年平均蒸发量为1700mm以上（20cm口径蒸发皿），蒸发量与降水量分布相反，是由南向北递增，其最大与最小蒸发量出现在每年的5月和1月。1．3库区地质概况及相关资料1．3．1工程地质地形：开发区城区地势平坦，平均海拔68米左右，郊区地势差异较大，东部、东北部、东南部有部分丘陵山地，中部西部大部均为蒲河冲积平原。罗家沟蓄水工程位于开发区的中部，地势南高北低，为山前平原地貌，平均海拔80米左右。地貌：罗家沟蓄水工程坝址处为山前平原地貌，东、南部为山区，西部丘陵地貌。土壤：罗家沟蓄水工程的土壤主要是棕壤土、草甸土、风砂土、沼泽土。工程地质条件：工程地质条件为：耕土层厚0.3—0.6m；粉质粘土1.3—8.7m；粗砂1.7m厚。1．3．2水文地质径流：根据水文站十一年观测资料，蒲河上游最大年径流量1.6亿立方米，发生于1974年，最小径流量0.74亿立方米。洪水：根据不完全统计，罗家沟蓄水工程曾经发生过多次洪水，分别发生于95、96、98、2003年。地下水：开发区水文地质条件良好，又处于蒲河水系的中下游，始终能够将地表水与地下水结合起来综合利用，开发区多年平均地下水1479.7万m3，可采量1226.4万m3。泥沙：罗家沟蓄水工程坝址地处狭窄低洼地段，地形、地势为两山夹一沟，上游两侧山体林立、沟谷宽阔，树木林立，植被丰富，汛期不能产生泥石流，因此，蓄水工程的死库容只考虑上游来水中的泥砂含量而确定。水质及水面蒸发：罗家沟蓄水工程的水质未受污染，满足灌溉用水以及企事业单位用水的需求，水面蒸发峰值为8.55毫米。1．3．3地震情况本地区地震烈度为7度。1．3．4建筑材料工程的主要材料：水泥采用本溪工源牌32.5级水泥，运到现场的实际价格为350元/吨，沙子采用浑河的净沙，运到现场的实际价格为55元/立方米，碎石采用当地石场的碎石，运到现场的实际价格为55元/立方米，钢筋采用国家标准的钢筋，运到现场的实际价格为3600元/吨。粘土取自坝址附近料场，运距在一公里以内，土料的最大干容重的rmax=1.56g/cm3，最优含水量ωop=24.7%。2.工程等级及建筑物级别根据SL252—2000《水利水电工程枢纽等级划分及洪水标准》，综合考虑水库的总库容、防洪效益、工程规模得：主要建筑物为5级、次要建筑物为5级、临时建筑物为5级。根据沈阳农业高新技术开发区总体规划方案和水利规划安排，参照国家防洪标准来确定罗家沟蓄水工程的标准。设计标准：100年一遇校核标准：300年一遇3.水文水利计算3．1设计洪水与校核洪水计算3．1．1概况此地区河流长度L=2.0km，河道平均比降J=4.0%，流域面积F=1.64km2设计标准为100年一遇，校核标准为300年一遇。本设计中由于没有详细的水文资料，所以计算参照《辽宁省中小河流（无资料地区）设计暴雨洪水计算方法》辽宁省水文水资源勘测局，一九九八年八月。以下简称《计算方法》。以及《辽宁省水文手册》，辽宁省水文总站，辽宁省水利勘测设计院1975年编。在《计算方法》中附图（1-1）辽宁省水文分区图中查得本地区水文分区为I1区。3．1．2设计洪水的计算`根据查《计算方法》中附表(3—1)各水文地区径流参数（x，y）表，查得x=1.2，y=0.8计算：汇流历时：=1.2（0.3162）0.8=0.478（h）计算10分钟、1、6、24小时和三日设计暴雨量P及暴雨衰减指数nop。在这里偏态系数Cs与变差系数Cv关系为Cs=3.5Cv,查《计算方法》中附图（1—3）、（1—4）、（1—5）、（1—6）、（1—7）、（1—8）、（1—9）及附表（1—1）得下表：表3-1点暴雨值计算表时间(暴雨均值)mm(变差系数)(模比系数)10分钟150.402.31一小时300.522.836小时650.552.9624小时900.552.96三日1070.552.96由《计算方法》中附图（1—12）辽宁省东部地区暴雨时～面～深关系曲线（Kf～F～t）查得，当F=1.64平方公里，t=24小时，点面折减系数Kf=1.0，计算设计暴雨量得：=15×2.31×1.0=34.7mm=30×2.83×1.0=84.9mm=65×2.96×1.0=192.4mm=90×2.96×1.0=266.4mm=107×2.96×1.0=316.7mm查附表（1—2）得nop=0.503．计算τ历时设计面雨量及面暴雨强度ip当τ=0.478小时<1小时，由《计算方法》中公式：4．查《计算方法》中附表（3—2）各种频率设计洪水径流系数表得：洪峰径流系数=0.68三日洪量径流系数=0.57前峰洪量径流系数=0.095．计算洪峰流量：（P=1%）=0.278×0.68×122.8×1.64=38.07m3/s6．计算洪量三日洪量=0.1×0.57×316.7×1.64=29.6万m3/s前峰洪量=0.1×0.09×（316.7-266.4）×1.64=0.7万m3主峰洪量=29.6-0.7=28.9万m37．洪水过程线（1）计算形状系数（东部地区）（2）、推求过程线由于=0.042<0.05故采用简化三角形法计算洪水过程线=0.67×28。9+0.12×38.07×0.478=21.547万m3其中：W调—调洪流量Qm=Qp=38.07m3/h洪水历时:由于〈0.05，小集水面积的洪水是由24小时内的短历时暴雨所形成的，考虑到小水库设计调洪的需要，小面积设计洪水过程线的洪量应为参与调洪的洪量W调，而参与调洪的洪量W调是24小时洪量主峰τ时段及其以前的那部分洪量。根据设计雨型，小面积洪水的主峰基本发生在最大24小时暴雨产生的洪水过程的2/3处，则洪水总历时T:T=t1+t2且t1/t2=1/2则t1=1.049小时；t2=2.098小时由此可绘出设计洪水过程线如图3-1所示：图3-1设计洪水过程线3．1．3校核洪水的计算校核洪水的计算方法同设计洪水,采用300年一遇校核洪水的计算方法同设计洪水，其计算参数及结果如下：PτP面=100.8mmip=144.8mm/hQp=48.9m3/sW三p=38.0×104m3W(三-24)p=1.4×104m3W24p=36.6×104m3γp=0.041W调=27.3×104m3T=3.1h洪水过程总历时T=t1+t2取t2/t1=2，则：t1=1.03ht2=2.07h由此可绘出校核洪水过程线如图3-2所示通信图3-2校核洪水过程线3．2库容计算3．2．1水位库容曲线根据《辽宁省水文手册》，辽宁省水文总站；辽宁省水利勘测设计院1975年编；《水利计算》，袁作新编，武汉水利水电学院。根据坝址地形图用等高线计算法得出水位～库容曲线如下表所示：图3-3水位-库容特征曲线3．2．2垫底库容计算垫底库容应满足泥沙淤积的要求。G——悬移质多年平均输沙量,G=g×Fg——多年平均输沙模数，根据辽宁省水文手册查得g=200t/km2F——流域面积F=1.64km2T——设计淤积年限T=30年E——推移质占悬移质比重E=20%γ——泥沙容重γ=1.3t/m3万m3．根据库区地形特点，死水位应为：Z死=83.00m（低于该水位时，库区部分地面露出水面），查罗家沟水库的水位—库容特征曲线，相应的死库容为3.40万立方米。V死>V垫，满足泥沙淤积要求。3．2．3兴利库容和正常蓄水位的确定了满足给下游河道供水和景观需要，堰顶高程即正常蓄水位取为85.50米，查罗家沟水库的水位—库容特征曲线，得堰顶以下库容为13.20万立方米，则兴利库容为9.80万立方米。3．2．4防洪库容、设计水位和校核水位的确定防洪标准为100年设计300年校核，采用简化三角形法进行调洪演算。本设计采用开敞式宽顶堰溢洪道，不设闸门，溢洪道宽取10m，根据堰泄流公式：q—下泄流量，m3/sM—流量系数，取1.55（由《水文手册》）B—溢洪道宽，取10m由上式可得表3-2表3-2罗家沟水库q～V关系计算表hh1.5qv总v滞Z总水位注0.00013.20085.50M取1.550.20.0891.38014.601.4085.70B取10米0.40.2533.92116.002.8085.900.60.4657.20417.204.0086.100.80.71611.09118.405.2086.301.01.00015.50019.606.4086.501.21.31520.37520.707.5086.701.31.48222.97521.408.2086.801.41.65725.67621.908.7086.901.51.83728.47522.509.3087.001.62.02431.37023.4010.2087.101.72.21734.35624.4011.2087.201.82.41537.43225.3012.1087.301.92.61940.59426.2013.0087.402.02.82843.84127.2014.0087.50用表3-2数据点绘水库蓄泄曲线q~V防，本设计采用简化三角形法进行调洪计算。（一）设计情况下：图3-3简化三角形法图解示意由图3查得：q=23.40m3/s；V防=8.40×104m3设计库容V设=V正+V防设=13.20+8.40=21.60×104m3正常蓄水位下的库容，V正=13.20×104m3设计洪水位Z设=86.85m（二）校核情况下：图3-4简化三角形法图解示意由图3-4查得：q=30.80m3/s；V防=10.00×104m3由以上图3-3、图3-4查得的最大下泄流量qm=30.80m3/s，与其对应的最大防洪库容V防=10.00×104m3，则：V总＝V正＋V防＝13.20+10.00=23.20×104m3正常蓄水位下的库容，V正=13.20×104m3由V正=13.20×104m3；V总=23.20×104m3，查罗家沟水库的水位—库容特征曲线得：正常蓄水位Z正=85.50m；Z总=87.10m，即为校核洪水位。则堰上水头H=87.10-85.50=1.60m。验算溢洪道宽B误差=（10-9.82）/10=1.8%<5%所以溢洪道宽度可以取10m。表3-3罗家沟水库特征值特征值数据死库容3.40万立方米死水位83.00米兴利库容9.80万立方米正常蓄水位85.50米溢洪道宽度10.00米设计洪峰38.01立方米/秒设计下泄流量23.40立方米/秒设计防洪库容8.40万立方米设计库容21.60万立方米设计洪水位86.85米校核洪峰48.90立方米/秒最大下泄流量30.80立方米/秒校核防洪库容10.00万立方米校核库容23.20万立方米校核洪水位87.10米4.工程布置及建筑物4．1设计依据主要依据为《沈阳农业高新区的总体规划》与附近企事业单位、果园、农田的具体特点。参考《防洪标准》（GB50201—94）、《水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000）、《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44—93）等技术规范。4．2方案选择根据罗家沟蓄水工程现状及开发区的总体规划对蓄水工程的坝址选择初选了两个设计方案：一是在原坝址处修建，二是结合开发区总体规划中的东西三号道路规划，在原坝址向下平移80米位置处修建。1.在原坝址处修建方案此方案的特点是：蓄水工程原坝体不是均匀土质坝，修建新大坝时必须将原坝体拆除后才能修建新的坝体，开发区水资源短缺，蓄水工程中的水不能放空，给筑坝工程带来相当大的难度，从而提高了工程造价，因此，此方案工程造价相对高，施工难度大。2.在原坝址向下平移80米的位置处修建方案此方案的特点是：在原大坝的下游修建新的大坝，利用原大坝作为围堰，蓄水工程中的水不用放空，缓解了开发区水资源短缺的矛盾。从而降低了工程造价和工程施工难度，因此，此方案工程造价相对低，施工难度小。同时结合东西三号路，使开发区整体布置规整。经过方案比较后，选择第二方案作为本工程的设计方案。4．3工程设计4．3．1概况根据开发区总体规划中的东西三号道路规划，工程布置在原坝址向下平移80米的位置处修建。罗家沟蓄水工程大坝轴线平行于原大坝的轴线，大坝轴线选择在原大坝的轴线的下游80米处。罗家沟枢纽工程主要由土坝、输水洞、溢洪道等构成。水库下游为公路，大坝轴线与公路轴线相距16.75m。4．3．2土坝设计1、坝型选择：根据地质、水文、天然材料等相关资料及施工技术、施工工艺、材料用量、工程造价、经济费用等的对比分析选择合适的坝型。重力坝：工程造价高、投资大，施工机械不齐全，不经济，不适合于本工程。拱坝：要求两岸有坚硬的岩石基面，地质条件良好，适用于山区河谷修建大坝。不适合于本工程。土石坝：结构简单、施工工序少、施工技术容易掌握，土石坝对地形、地质条件的要求较低，该地区土质较好，主要为粉质粘土，适宜筑坝，材料充分，所以选用土石坝。2、土石坝坝型选择影响土石坝坝型选择的因素很多，本研究综合考量，最后选定技术上可靠、经济上合理的坝型。堆石坝:坝坡较陡，工程量减小。堆石坝施工干扰较小，对石量的要求量很大，需要坝址附近有丰富的石料资源，不适合于本工程。心墙坝:以砂砾料作为坝壳，防渗体设在坝体，坝壳与防渗体两者施工干扰相对较小，工期较短，但对坝体、坝基的沉降比较敏感，抗震性能较差，易产生裂缝。又由于本地区多为粘土，砂砾料储量较少，所以不适合本工程。均质坝:材料单一，施工简单。本地区有丰富的土料储量，并且根据对当地的土料的实验室实验分析，本地区的土料的渗透系数很小，粘性很大，适宜筑坝，综合考虑地质，气候、施工、投资等条件，比较各种类型土石坝的优缺点选定本工程大坝定为均质土坝。3、大坝轮廓尺寸的拟定a.坝顶宽度参照各种已建成的土坝,根据《中小型水库设计参考资料》，辽宁省水利勘测设计院编，结合本蓄水工程实际情况，根据我省的工程经验，本工程初步采用总宽度4.5m，净宽4m。b.坝坡选定及护坡设计根据《水工建筑物》第四版，天津大学林继镛主编，中低高度坡率约为1:3,大坝上游坡采用干砌石护坡，其结构型式为：干砌石50cm，TW0806特种堤坝护坡网，250g/m2长丝针刺土工布。土工布从防冲槽一直铺到设计水位，从设计水位至坡顶设绿化带。从防冲槽向下垂直铺设土工膜LDPE(厚度0.5mm,渗透系数为10-11~10-12cm/s)，穿过粗砂层和角砾层，直至强风化岩层。背水坡及路基坡设菱形绿化排水带。c.坝顶高程坝顶高程按下式计算：d=hB+e+a式中：d——坝顶高程（米）,波浪爬高hB=AV5/4D1/3hB——波浪在坝坡上的爬高（米）e——坝前壅水高度（该值很小，一般可略去不记）（米）a——安全加高V——风速（查《辽宁省水文手册》本地区多年平均最大风速为15m/s）A=0.0666KtgαK——系数块石护坡K=0.77tgα——上游坝坡角的正切（我省坝高小于15米的水库可以根据表查得）D——吹程（米）(1)正常运行条件下坝顶高程.因设计洪水位高于正常蓄水位,故正常运用条件按设计洪水位考虑.计算风速采用多年平均最大风速的1.5倍,V=1.5×15=22.5m/s.在1:100地形图上量得吹程D=0.43km、K=0.77、tgα=1/3。查得A=0.0171hB=AV5/4D1/3=0.0171×49×0.75=0.63m根据表中查得安全超高a=0.4m将hB、a代入得：d=hB+e+a=0.63+0.4=1.03>0.7m，则选用d=1.03m则正常运行条件下坝顶高程=86.63+1.03=87.66m(2)非常运用条件下坝顶高程：计算风速采用多年平均最大风速，V=15m/s,A=0.0171,则波浪爬高hB=AV5/4D1/3=0.0171×0.75×29.52=0.38m查表得安全超高a=0.3md=hB+e+a=0.38+0.3=0.68>0.5m查表则选用d=0.68m则非常运用条件下坝顶高程=86.85+0.68=87.53m本设计选定坝顶高程为88.00m。(3)坝顶高程及防浪墙的确定:由以上计算得知,坝顶高程为正常运用条件控制,计算的坝顶高程为87.53m,考虑旅游观光美观的需要,坝顶不设置防浪墙,布置不锈钢栏杆,栏杆高度1.2m。长度均为380m。适当增加坝顶高程.根据需要坝顶高程选为88.0m.d．下游坝脚贴坡排水体排水体的结构：干砌石贴坡厚40cm，TW0806特种堤坝护坡网，250g/m2长丝针刺土工布，砂砾料70cm。e．土料设计筑坝粘性土的设计目的是确定粘性土的填筑干容重、含水量。根据试验指标和地堪资料，粘土的最大干容重的平均值即：rmax=1.56g/cm3最优含水量ωop=24.7%.根据《碾压式土石坝设计规范SL274-2001》节4.2.3条规定，取压实度P=0.96。通过上述试验数据计算的结果，确定粘土的填筑标准为：设计干容重rd=1.497g/cm3最优含水量 ωop=24.7%施工控制含水量为19.4～27.4%。根据变形计算，大坝填筑时预留沉降10cm。坝体土壤物理力学性质结合地质资料经分析确定：C=11KPa，φ=150f．坝顶路面及道路设计大坝坝顶宽度根据要求及实际情况，采用4.5m，彩砖铺路，下铺10cm三合土。根据总体规划，下游接公路，坝顶路面轴线与公路轴线平行，且相距16.75m，即坝顶路面边线和公路边线相距10m。公路宽9m，路基坡为1：3。两路之间设菱形绿化排水带，安设路灯。4、渗流计算本设计采用均质土坝，下游设贴坡排水，下游无水。根据设计坝体如图，下游坝坡采用平均坝坡，如图所示。平均坝坡为1:4.图4-1渗流计算图根据经验ε取0.3求纵坐标轴oy的位置.则=0.3×3×7.5=4.05m下游坡脚到纵坐标轴的距离是:=4.05+7.5+4+28=43.55m纵坐标轴oy到坝顶上游边线的距离:=11.55m在下游坡逸出点浸润线的纵坐标:坐标原点到浸润线在下游坡的逸出点距离:=43.55-4×0.97=39.67m坝顶上游边线浸润线高度:单宽渗流量:下游坝坡逸出短渗流最大坡降为：J出逸=1/m=0.25结论分析为防止发生渗透破坏，必须使坝下游出逸段在没有保护层的情况下，渗流的出逸坡降小于破坏的允许坡降，即：J出逸＜J允许对于渗透破坏的允许坡降，参考以下原则：（参考中小型水库设计）对于粘性土和不均匀系数＜10的无粘性土,主要破坏形式是流土,其破坏坡降可近似地用下式计算:相应的允许坡降J允许可以按下式计算:式中:Δ——土粒比重,由实验室的实验数据：Δ=2.93KN/m3n——土的孔隙率,KB——流土安全系数，对于粘性土采用1.5。对于非粘性土，一般中小型水库可以采用2.0。=0.9843=0.9843/1.5=0.6562则J出逸＜J允许满足要求。5、稳定分析计算:坝坡稳定分析主要考虑如下三种情况1.水库为校核洪水位时，且浸润线已形成，此时渗透水压力指向下游。此时是影响下游坝坡稳定的最不利水位。故下游坝坡稳定计算，只考虑校核坝坡稳定即可。2.当上游水位处于1/3坝高时，是对上游坝坡稳定最不利的水位，所以在计算上游坝坡稳定时应按1/3坝高水位时计算。3.库水骤落及地震时土坝的稳定计算。对于小型水库不必考虑。坝坡的安全系数此工程为Ⅴ级建筑物，参照《中小型水库设计》如下表：表4-2土坝的稳定安全系数表运用条件坝的级别ⅡⅢⅣⅤ正常（设计）1.301.251.201.15非常（校核）1.151.101.051.05得：[Kc]=1.15土坝稳定的计算土坝稳定的计算采用条分法，因计算量大，本设计只以下游坝坡稳定计算为例。具体步骤图4-3滑弧稳定计算图1.根据具体条件确定最危险裂面圆心的大概位置M2M直线上,M2M直线按如下方法计算：首先定出M1点,M1位于坝顶高程以下2H(H系坝高).距坝脚4.5H处,然后作Aa和B1b两直线交于M2点:A点是坝肩,Aa与坝顶成β1角,B点是坝脚,B1b与坝坡成β2角,β1和β2与坝坡有关,可由表查得,连接M1M2并延长之,即为M2M线.表4-3稳定倾角数据表坝坡坡度坝坡坡角β2β11:11:1.51:21:31:41:545°33°40′26°34′18°26′14°03′11°19′28°26°25°25°25°25°37°35°35°35°36°37°2.最危险滑裂面圆心还可能在内外半径R1及R2所夹的扇形面积内,该扇形按下面计算方法确定:在坝坡中点G作一铅垂线,并在该点作另一直线与坡面成85°角,以坝坡中点为圆心,分别用R1和R2为半径作弧,与上述两直线相交即得所求扇形.R1和R2的大小随坝坡坡度而变:表4-4半径数据表坝坡坡度1:11:21:31:41:51:6内半径外半径0.75H1.H0.75H1.75H1.0H2.3H1.5H3.75H2.2H4.8H3.0H5.5H3.最危险圆弧的试算.在M2M线上取点OO1O2O3……为圆心作弧,使其均通过坝脚,求出各圆弧的稳定系数,标于OO1O2O3之位置上,连成变化曲线,通过变化曲线中最小的一点,作直线垂直于M2M,再在此线上定几点作为圆心重复以上的步骤,找出最小的稳定系数点,在大多数情况下此点的稳定系数值即代表通过坝脚的圆弧的最小稳定系数,具体计算过程如下以O点为例计算稳定系数.数据:H=7β2=25°β1=36°R1=1.5H=10.5R2=3.75H=26.25R=28γ湿=1.76t/m3γ浮=0.98γ饱=1.98取采用的土条宽度b=0.1R=2.8m按考虑渗透水压力时作用时的坝坡稳定分析方法进行计算.见表4～5：将有关数据代入公式中,求地坝坡的稳定安全系数:式中:tgφ=tg15°=0.268再选取其他点做圆弧重新进行上述的滑弧计算,从而得到最小的稳定安全系数.经计算得最小安全系数K=1.89>1.15则此坝坡满足稳定要求.同理：计算上游坝坡的稳定系数为为K=1.62>[Kc]=1.15,满足稳定要求。由于本工程处于地震区，地震烈度为7°，坝坡稳定分析中考虑地震惯性力的影响，其简化算法，可以不在滑动土体上加地震作用力，而是减少土的内摩擦角值，当地震烈度为7°～8°时，可将内摩擦角减少3°，当为9°时，应进行专门的研究，所以本工程中采用将内摩擦角减少3°的计算方法，取φ=12°进行稳定计算：tgφ=tg12°=0.213下游坝坡K=1.73>[Kc]=1.15满足土坝的稳定要求。上游坝坡K=1.38>[Kc]=1.15满足土坝的稳定要求。土条编号h1h2h3(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)=(5)+(6)+(8)(10)=(5)+(7)+(8)(11)(12)76543210-1-2-3合计0.70.60.50.40.30.20.10-0.1-0.20.710.831.49101.4911.4911.0431.05830.83.065.49605.4965.4963.2974.39640.872.254.0411.543.1115.5817.1523.5764.85530.921.342.4072.745.5365.1477.9423.1774.73480.950.450.8082.865.7780.74.3687.2872.1864.14980.980.390.72.615.2731.424.737.3941.4794.63580.990.661.1852.344.7281.855.3757.7630.7765.321610.971.7422.034.1011.995.7627.83305.7620.990.891.5981.643.3131.855.0886.762-0.685.03750.980.450.8081.142.3031.423.3684.531-0.913.30080.9500.661.3330.71.362.033-0.611.29213.3444.544表4-5坝坡稳定计算表4．3．3溢洪道设计溢洪道结构由进口段、堰面、消力池、尾水渠组成，按水利计算泄水宽为10m。进口段总长30m，前7.5m为水平，高程为78.30m，后22.5m为斜坡段，坡比为1：3。堰顶长为23.50m，高程为85.50m～84.80m。再后15.90m为陡坡段，最后进入消力池。消力池底高程为79.50m，宽为10m，池内设一道消力坎，然后送入尾水渠，尾水渠以1/400坡比将水引入老河道。图4-4溢洪道平面图溢洪道为开敞式宽顶堰溢洪道，采用U形断面，均为钢筋混凝土结构，两侧墙厚为0.3m，底板厚为0.5m，平均6m设一道横缝，缝内用橡胶止水。混凝土标号为C25。为防止上游坡面受泄水水流影响，在溢洪道左侧5.0m范围内采用浆砌石护坡，右侧与右岸连接处向上游50m长内采用浆砌石护坡。溢流堰顶设人行桥一座，跨度为10.24m，宽为4.5m。采用钢筋混凝土拱形断面，混凝土标号为C25。4．3．4输水洞设计为向下游供水，设计一条输水洞。洞径为1×1m现浇混凝土箱涵，引入下游溢洪道尾水渠。根据方案比较结果，选定方案为进水底板高程82.0m，进水口前14.4m为引水渠，然后依次为进水塔、输水洞洞身，直接引入溢洪道尾水渠。引水渠底宽3.9m，矩形断面，长度为14.4m，采用混凝土U形槽。充分考虑景观及罗家沟蓄水工程来水实情，进水塔闸室顶面高程底于正常蓄水位500mm，使其能隐藏于水下，且计算溢洪道泄水能力时不考虑输水洞泄水，因此设计洪水时可以不开启输水洞闸门。闸门采用平板铸铁闸门，闸门孔口尺寸（宽×高）1.0m×1.0m，共1扇。图4-5输水洞进口平面图4．3．5消力池设计图4-6消力池剖面图1、判别下游衔接形式单宽流量流速总水头根据公式求