水土保持工程学课设

淤地坝工程设计

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课程：水土保持工程学

任课教师:

2022年06月22日

淤地坝工程设计

I项目概况

某骨干淤地坝工程位于渭南市XX县XX流域中游的XX沟沟口以上0.9km处，坝址

坐标为东经XXOXXXX",北纬XXOXX'XX"。骨干坝控制流域面积5.5"2,主沟道长3.00

公里，沟道比降4.39%。工程主要由土坝和放水工程组成。工程建成后，前期可拦蓄洪水径

流，起到拦泥缓洪作用；后期可拦泥增地。同时，工程可抬高沟道侵蚀基准点，防止沟头下

切，促进流域内坡耕地退耕还林还草，带动本地经济的发展。

2项目区概况

X流域位于黄土高原沟壑区，属暖温带干旱半干旱大陆季风气候，光热资源丰富，四季

冷暖分明，雨偏小，气候多变，冬季雨雪稀少，夏季降水较多，易发生春旱秋涝。多年平均

气温13.4℃,绝对最高气温40.01C,最低气温-20.1C,年均无霜期208天。多年平均降水

量664.5mm(,多年平均汛期降雨量323.6mm,汛期7〜9月份降雨量占全年降雨量的6()%以

上，汛期地表径流占全年的70%以上。多年平均最大24h降雨量60mm,多年平均最大1h

降雨量28.8mmo沟道属季节性流水，多年平均侵蚀模数为3650t/knr-a,流量系数M=1.6o

流域内地表支离破碎，沟壑纵横，植被稀少，水土流失十分严重。流域内土壤以黄土性

土、塘土及褐土为主，林草覆盖度15%左右。

工程所在流域，地势大致由北向南倾斜，地质构造属汾渭断陷盆地与鄂尔多斯台地交汇

地带。受祁吕贺山字型构造体系的影响，发育了一系列东北向和近西向的断裂带，对工程区

域稳定有一定影响。坝址处左右岸均为土质，未见基岩裸露，沟道无长流水，无泉眼，左岸

缓，右岸陡，筑坝土料可于左岸取土，石料来源于当地石场，距坝址15km,施工用水可取

自附近村庄，距离1.0km,沟道内无电力设施，现有道路不能够满足施工要求，需修建施工

便道。

3设计原则

1、本着因地制宜、就地取材的原则进行设计。

2、结合当地的自然经济条件、地形地质条件，从安全、合理的角度进行设计。

3、按照规范查取上下游坝坡，避免安全隐患和投资浪费。

4、多次严格试算，确保过程不疏漏，结果不错误。

5、根据淤地坝建设后所带来的的经济效益、社会效益来统筹规划设计。

4设计依据

1、《水土保持工程设计规范》(GB51018-2014)

2、《水土保持治沟骨干工程技术规范》(SL289-2003)

3、《水土保持工程建设管理办法》(办水保［20031168号)

4、《陕西省水文手册》

5、《渭南暨铜川地区实用水文手册》

5工程作用

1、拦洪蓄水，合理利用当地水资源

2、抬高侵蚀基点，稳定沟坡，减少水土流失

3、促进当地退耕还林还草进度，促进农村产业结构调整

4、以坝代路，改善交通条件

5、为当地提供劳动力市场，促进脱贫攻坚和乡村振兴

6、拦泥淤地，为当地提供发展生产的好机会

7、保障人民的生活安全与经济利益不受影响

6水文计算

6.1坝高~库容、坝高〜面积曲线

根据库区1:1()00()地形图，精确量算各级坝高下的淤地面积S,坝高分级为5m。根据

等高线法计算坝高-库容关系：

v―_+■+1〃

-717-M

式中：匕一相邻两等高线之间的体积，n?：

634.6000.000

635.6010.040.02

640.6060.762.02

645.60111.216.945

650.60165.6824.17

655.60219.2261.42

660.602614.87121.645

665.603119.71208.095

6.2洪峰流量

根据《水土保持治沟骨干工程技术规范》(SL289-2003),《水上保持工程设计规范》

(GB51018-2014)和《渭南暨铜川地区实用水文手册》中推荐的公式，结合流域的实际情

况，洪水计算采用地区经验公式法。

设计洪峰流量计算

n

QP=KpxF(3-1)

式中：QL重现期为P的洪峰流量(n?/s)；

心一重现期为夕的地理参数；

〃一经验指数；

2

F—流域面积(km)o

设计洪水总量计算

%=0.85Q蜉(3_2)

式中：WL重现期为P的洪水总量，万］靖；

Q,”/一重现期为尸的洪峰流量(nP/s)。

由地区经验公式确定的设计洪峰流量和洪水总量计算结果见表3-3。

表6-2不同重限期洪峰流置计算结果

不同重现期(不同频率先)

采用方法102030300

10%5%3.33%0.33%

n0.680.680.680.68

地区经验公

地理参数K7.51213.423.6

式法P

重现期为P的设计洪峰流量23.9138.2542.7175.22

洪水总量23.8239.0143.8079.36

6.3来沙量计算

通过项目区概况已知，多年平均侵蚀模数(为3650t/km2.&,骨干坝控制流域面积"为

5.5km2,设计淤积年限确定为20年，泥沙容重产1.2t/m3,坝库排砂比%=

根据《水土保持工程设计规范》(GB51018-2014)中推荐的公式年均淤积量按下式计算：

式中：F——骨干坝控制流域面积km?

K---流域年平均侵蚀模数t/km2•a

ns——坝库排砂比

T——设计淤积年限a

3

YS一一淤积泥沙的干容重t/m

经计算,拦泥库容V栏=5.5*3650*(1-0.1)*20/1.2=30.1125万n?。

7工程设计

7.1土坝设计

7.1.1坝型选择

筑坝土料可就地取材，于左岸取土，有充足的筑坝二料，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驻坝。

由于沟道无常流水，施工用水须取自附近1.0km外的村庄，为了减少工程用水量，因此十.坝

设计为碾压坝。

综上，淤地坝设计为眼压式均质土坝。

7.1.2土料选择

根据当地土料进行选择，可选择与渭河筑堤土料相同的土料，此土属于细粒土、低液限

黏土。

7.1.3设计标准

考虑到设计淤积年限确定为20年，故用20年一遇洪水设计标准。

7.1.4坝高确定

（1）拦泥坝高：由拦泥库容V栏=30.1125万m3,根据H-V曲线，得出相应的拦泥坝高

H拦=17m,高程651.6m。

（2）滞洪现高与安全超高：由于此次淤地现工程采用三大件，即由现体、溢洪道、放

水建筑物组成的枢纽工程，故滞洪坝高须进行调洪计算，溢洪道设计泄流量Q瓶，可按下式

计算：

式中，Q洪——20年一遇的洪峰流量，38.25m3/s

“游一设计滞洪库容

W洪——20年一遇的洪水总量，39.01万ri?

溢洪道堰顶净宽B根据堰流公式计算：

Q澈=MBM/2

式中，式中：Q”一一溢洪道的泄流量，m7s：

H一一溢洪道填上水头，m；

M------流量系数，取1.6

①假设H标2m,根据H-V曲线找到对应V而12万m3。按20年一遇洪水标准，计算Q

«=26.48m3/s,并利用堰流公式计算B=5.9m,为安全起见，取B=7m。

②在设计滞洪坝高时，安全加高取上限值,如下表所示，此次设计安全超高4H取l.Smo

淤地坝安全超高表

坝高（m）<101O~2O>20

安全超高（m）0.5〜LO1.0〜1.51.5〜2.0

③根据。第=M8H3/2计算溢流道最大泄洪量,H=H沛+△H=3.5m,计算得Q.=83.81m3/s。

根据300年•遇洪水进行校核，由公式Q掰=（?洪（1一看）计算CU2=63.85m3/s。

Q彼2<QHl，符合要求。

综上所述，坝高H=Hr.+Hffi+AH=17+2+1.5=20.5mo

7.1.5横断面尺寸

碾压坝坝高、顶宽与边坡比

坝高6-1011-1516-2021-3031-40备注

上游坡坝坡比1:1.51:1.751:2.01:2.251:2.0

下游坡坝坡比1:1.01:1.251:1.51:1.751:2.0

顶宽/m3.03-44.04-55.0不考虑交通

（1）坝顶宽度：由上表，此次设计坝顶宽度取5m。

（2）坝边坡：选取上游坡坝坡比为1：2.0：下游马道坝坡比为1：1.5。

（3）坝坡马道：考虑到施工行人、交通、堆放材料、机件方便和坝坡排水，在坝的中

部设置1.5m宽的横向马道。马道上部坝坡陡，下部坝坡缓。

7.1.6坝体稳定性分析基底处理

土坝由散粒状土料堆筑而成，体积较大，一经压实，通常不会沿坝基发生整体滑动。而

从坝体稳定来看，各部分之间的稳定主要靠土粒间的摩擦力和粘结力来维持，但因渗透水流

的作用，会大大降低摩擦力和粘结力，当坝坡大于某一数值时会失去平衡发生滑坡失事，故

须对坝坡进行稳定分析计算，以求在稳定状态下最优断面形状尺寸，这就是计算的目的。

造成滑坡的因素，除与土的物理力学性质有关外，坝高、坡比、坝体渗透、地基土壤、

施工方法、压实密度有其重要影响。土石坝稳定计算必须考虑的荷载有自重、渗透动水压力

和地震惯性力等。

目前最广泛应用的圆版滑动静力计算方法有瑞典圆弧法和简化的毕肖普法。也可以使用

泰勒图解法进行分析。

7.1.7护坡排水

为防雨水等冲刷，淤积面以上的上游坝面和下游坝面，须设置保护措施。保护措旅可为

种植牧草、栽植濯木、也可以砌石。

为增加坝体稳定性，防止土坝与沟底结合面上透水，沿坝轴线方向从沟底到岸坡开挖一

道梯形断面结合槽。结合槽可设计为边坡比1：1,结合槽用黄土人工回填夯实。

下游坝面特别是坝端与沟坡相接处，必须做好排水措施，以防暴雨径流冲刷。因此，在

坝体与岸坡结合处设纵向排水沟，将坝面流水送出坝脚以外。排水沟可设计为矩形断面，尺

寸为30X30cm（深X宽），边墙、底板厚均为20cm.

坝库蓄水之后，由于上游水压力的作用，水流会通过坝体渗透到下游坝面坡脚处，对于

下游坝坡产生冲刷，出现管涌和流土现象。为了保证坝体安全，需要在坝的下游坡脚处设置

排水体。排水体的作用是一是降低浸润线的位置，防止渗透破坏（流土，管涌）；二是增加

坝坡稳定，减小坝的断面尺寸。棱式反滤排水体适用于中大型土坝，因此该土坝排水体可以

设计为棱式反滤排水体。排水体尺寸可以设计为顶端长度为2.5m,高度为5m,粗砂厚度为

0.3m,小砾石厚度为0.4m,内部坡比为1：1,外部坡比为1:1.5。

7.2溢洪道设计

此次设计，溢流堰采用矩形宽顶堰形式，根据堰流公式Q-MBH：/2设计vB取7m,堰

上水头Ho取2m,与调洪演算的堰顶净宽一致。本设计取堰长为堰上水头Ho的5倍，即

10m。

侧墙采用重力式挡土墙的形式，其墙高为2.5m,顶宽0.4m,墙高与底宽之比为2:1,基

础厚0.4m,溢流底板与渐变段底板相连，连接处设-深为Im、厚0.5m的防渗抗滑齿墙。

陡坡式溢洪道通常由进I」段、陡坡段和出I」段三部分组成。其中，进口段由引水渠、进

口渐变段和溢流坝组成；出口段一般由消能段、出口渐变段和下游尾渠组成。溢洪道还要修

建导流墙、底板、防渗抗滑齿墙、堰边墙、工作交通桥、沉陷缝等。

7.3放水工程设计

放水工程由取水工程、输水工程和出口消能工程组戌。取水工程常见为卧管、竖井和放

水塔：输水工程常见为坝下涵洞、管道和隧洞；出口消能工程常见为底流消能和挑流消能。

在地质上，应最好修筑:在基岩或坚实的土基上，以免发生不均匀沉陷，造成涵管断裂漏

水，影响坝体安全。在平面布置上，涵洞出口消能工应布设在土坝下游坝坡坡脚外，不能设

在坝体内。尽可能放在沟道•侧，使水流沿坡脚流动，防止切割坝地，同时对坝体安全生产

也是有利的。

卧管应布置在坝上游岸坡，宜与溢洪道同侧。卧管底坡宜取1：2.0-1：3.(),卧管底板

每隔5m〜8m应设置齿墙，并应根据地基变化情况适地设置沉陷缝，采用浆砌石或混凝土砌

筑成台阶，台阶高差应为0.3m〜0.5m,每台设一个或两个放水孔，卧管与涵洞连接处应设

置消力池。~卧管放水流量可按4d〜7d泄完设计频率一次洪水总量