连平县纯坑山塘整治工程设计研究.pdf

第9期2023年9 月文章编号：1 6 7 3-90 0 0（2 0 2 3)0 9-0 1 40-0 3陕西水利Shaanxi WaterResources连平县纯坑山塘整治工程设计研究No.9September,2023刘炜坚（河源市水利水电勘测设计院有限公司，广东河源51 7 0 0 0）摘要醒狮村纯坑山塘下游1 0 0 0 多亩农田有水陂引水灌溉，水陂上游地势较高，现状农田主要依靠天然来水灌溉，灌溉效率低，水源水量难以保障，故修建纯坑山塘保证枯水期下游6 0 亩的农田灌溉用水，同时可作为1000多亩农田的补充水源。因此，为切实提升山塘工程的防灾减灾作用，进行山塘整治方案设计，包括坝型、坝体、坝基、溢流坝设计等，并对大坝坝顶高程和稳定性复核计算，进一步证明该技术方案的可行性。【关键词山塘整治；灌溉；设计方案；复核计算中图分类号TV697文献标识码B本次计算忽略行近流速。经计算可知，纯坑山塘的1工程概况设计洪水位（P=5%）为30 3.6 2 m，校核洪水位（P=1%）为连平县纯坑山塘整治工程位于连平河支流纯坑水上，纯303.82 m。坑水是连平河上游左岸的一级支流，发源于连平县境内的金纯坑山塘灌溉范围为元善镇醒狮村纯坑山塘下游上背排，流经崩岗下、拱桥头、老虎头，于麻陂附近汇人连平河夫、下背夫、上新屋6 0 亩农田的灌溉问题。拟定山塘正常干流。本工程坝址以上集雨面积1.1 km，干流河长1.91 4km，水位为30 2.4m，库容为0.7 7 万m。经计算，山塘设计洪水位平均坡降为0.1 2 9,多年平均降水量为1 7 30 mm，多年平均径为30 3.6 2 m，相应库容为1.1 5万m。校核洪水位为30 3.8 2 m，流深为97 0 mm，多年平均径流总量为1 0 6.7 万m，多年平均相应库容为1.2 1 万。流量为0.0 4m/s。纯坑水属山区性河流，上游多为高山峻岭，2.2山塘整治工程构筑物设计河流急，两岸坡陡，山多地少，草木茂盛，植被良好，有一(1)设计依据定的水土流失现象。由于醒狮村上背夫、下背夫、上新屋片根据防洪标准（CB50201-2014）及水利水电工程农田灌溉水源没有保证，原纯坑山塘无法蓄水（坝址处现有等级划分及洪水标准（SL252-2017）规定，纯坑山塘总库很矮的堆石，无蓄水能力，左岸现有老旧渠道引水），现状农容为1.2 1 万m，纯坑山塘属于山塘，工程等别为V等，主要田主要依靠天然来水灌溉，灌溉效率低，水源水量难以保障，建筑物为5级，次要建筑物为5级，当山区、丘陵区水库工因此本工程拟重建纯坑山塘来缓解上背夫、下背夫、上新屋程永久性挡水建筑物的挡水高度低于1 5m，且上下游最大水60亩农田的灌溉用水问题。头差小于1 0 m时，其洪水标准宜按平原、滨海区标准确定。正常运用洪水标准采取2 0 年一遇（P=5%），非常运用洪水标2?山塘整治工程施工设计准采取1 0 0 年一遇（P=1%），溢流坝段消能防冲设计洪水标2.1纯坑山塘库区现状纯坑山塘溢流坝段高程为30 2.4m，溢流坝段净宽选用1 0 m。溢流坝段泄流按溢流坝段设计规范（SL253-2018）附录A.2规定公式及水力计算手册（第二版）计算。根据表1 纯坑山塘调特征水位流量。表1 纯坑山塘调特征水位流量综合单位线法推理公式法频率Q人/mQ准/mHma/m QQ人/mQ#/mHmax/mP=5%29.1929.19303.6228.0028.00303.59综合单位P=1%36.63 36.63303.8236.0036.00303.8线法成果准采取1 0 年一遇（P=10%）。(2)坝型选择选定坝址不存在重大工程地质缺陷。从地质资料看，两岸强风化变质砂岩出露，底部约3m，即为弱风化变质砂岩，适宜修建重力坝。一般坝体按照填筑材料可分为土坝、浆砌石坝以及混凝土坝，由于连平县石料厂仅有三家，分别位于上坪镇及陂头镇，运输距离达50 km，故本次仅对土坝以及混采用凝土坝进行比选，坝型及工程布置比较见表2。收稿日期2 0 2 3-0 4-1 4【作者简介刘炜坚（1 992-），女，广东梅州人，工程师，主要从事水利技术管理工作。140第9 期2023年9 月基本坝型要求地形、地质条件1.对地基的要求比土坝高，方案一：趾板基础应座落在基岩上。混凝土2.适用于任何地形。重力坝3.要求对基础透水率不大于5 Lu。方案二：1.对地基的要求低。均质土2.适用于任何地形。坝混凝土重力坝较均质土坝：坝址处基础好，且混凝土料方便购买，土料需在内莞镇寻找合适的土料场，混凝土重力坝虽然造价较高，但运行管理方便，因此，方案一混凝土重力坝为推荐坝型。(3)坝体设计坝体采用C20砼浇筑，坝顶高程为30 4.8 2 m，坝顶长度26.23m，宽2.5m，坝顶设置镀锌管栏杆，高度1.2 m；于左坝肩开辟进库公路，长1 0 0 m，采用4m宽1 0 0 mm厚泥结石路面，路面近山侧设排水沟。大坝坝前坡正常蓄水位至坝顶为竖直，正常蓄水位至坝底为1:0.1 斜坡，后坡采用1:0.6 斜坡；工程采用溢流坝段泄洪。根据河道地形，溢流坝段净宽为1 0 m，堰顶高程为30 2.4m，两侧设C25砼导流墙，采用1:0.6 斜坡，高1.2 m,厚0.8 m，平面图见图1。262307100100000t8 0ost o06t 0坝顶高程：30 4.8 21:0.6非溢流坝段1:0.6导流296.51K2880.800图1 纯坑山塘平面图(4)坝基设计根据地质勘察，大坝建基面为弱风化变质砂岩，河床段建基面高程标高取2 92.0 2 m,施工前将局部基础清除、开挖后，设置C25混凝土基础厚2 m，根据规范开挖成台阶式，斜向上游面呈钝角；基础于坝身两侧各伸出1 m,基础两侧浇筑坡比为1:0.5。山塘基础透水率为5Lu,为保证其防渗性能，本次设计做惟幕灌浆处理，单排布置，孔距1.5m，灌浆至弱风化岩面线以下5m。(5)溢流坝设计大坝溢流为无闸门控制的自由出流型式，顶部采用开式堰面，堰顶上游堰头三圆弧曲面、下游为幂曲线，下游泄槽段采用与坝坡平行的斜率1:0.6,底板厚度0.3m,采用C20钢筋砼浇筑。溢流坝段挑流段坝底高程为2 95.52 m，挑流段起弧高程为2 95.33m，溢洪坝段两侧设翼墙，根据掺气水深计算（计算结果见表3）及工程实际，确定翼墙在垂直溢流面的高度为1.2 m。（断面1 指堰顶处断面，断面2、3、4等分别陕西水利Shaanxi Water Resources表2 坝型及工程布置比较表建筑材料施工条件所需混凝土量较大，运输费用大，砼骨料浇筑大体积混凝土需控制发热量用量及浇筑时间，避免开裂，坝身可较大以溢流，有利于渡汛。土料工程量较大，适合大型机械化施用量工，汛期和雨季不利于施工，影较大响效率；施工导流需设置涵管。断面位/m处水位/mAh/m断面1303.82断面2303.82断面3303.82断面4303.82断面5303.82断面6303.822.3山塘整治工程构筑物设计计算(1)坝顶高程根据规范水工建筑物荷载设计规范（SL744-2016），防浪墙顶至正常蓄水位或校核洪水位的高差由下式确定：91403坝顶高程：30 4.8 2溢流坝段1:0.61:0.60.6296.52非鲨段挑流鼻坎20652210000No.9September,2023施工进度枢纽布置优缺点施工进度较1.具有足够的整体性和稳定性。慢，但施工受2.能够经过坝顶泄放较大的洪峰流量。取气候因素的影水管可直接埋于坝体内，不需另设取水塔。响较小。3.对基础要求较高，需建在基岩上。适合大型机1.对基础的要求不高，由于施工场面大，便械化施工，于机械化施工。进度较快。2.不能在坝上溢洪，溢洪道只能布置在岸边。代表每下降1 m处对应泄槽段过流断面。）表3掺气水深计算上游水对应断面相对高差文对应流速速不计波动和掺/(m/s)气的水深h/m302.41.42301.42.42300.43.42299.44.42298.45.42297.46.42h=hi%+h,+he式中：h为防浪墙顶至正常蓄水位或校核洪水位的高差；h1%为累计频率1%的波高，m；h，为波浪中心线至正常蓄水位或校核洪水位的高差，m；h。为安全加高。计算结果见表4。表4计算结果25钢筋砼消力池H接下游渠道轻挡墙5.3296.9578.2709.40210.41211.331工况频率h/mh/mhJ/m洪水位/m坝顶高程/m正常运用9.810.4030.102非常运用9.810.3010.072根据计算结果，坝顶高程不得低于30 4.49m，结合实际，本次采用30 4.8 2 m作为本次设计坝顶高程。(2)大坝稳定性稳定计算的工作条件按混凝土重力坝设计规范（SL319-2018）规定执行，采用大坝现状的实际环境条件和水位参数，纯坑山塘大坝稳定计算的主要工况有：正常运用条件：水库正常蓄水位30 2.40 m工况；水库设计洪水位30 3.6 2 m工况。非常运用条件：水库校核洪水位30 3.8 2 m工况。坝坡的稳定分析采用圆弧滑动条分法计算，主要采用简化毕肖普法，其稳定安全系数按下列公式计算：tanatanpE(W V)seca-ubsecaltanp+cbseca/1+K=M(WV)sin+R式中：K为安全系数；W为土条重量；V为垂直地震惯性力:1410.550.420.350.310.280.260.4302.40.3303.821K303.30304.49第9期2023年9 月（向上为负，向下为正）；u为作用于土条底面的孔隙压力；为条块重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角；6为土条宽度；c、为土条底面的有效应力抗剪强度指标；Mc为水平地震惯性力对圆心的力矩；R为圆弧半径。根据地质钻探资料显示，大坝选址位置建基面为弱风化变质砂岩，承载力特征值为2 0 0 0 kPa。坝址基底摩擦系数为0.6,即本次本工程的计算滑裂面是大坝基底混凝土与弱风化变质砂岩接触面。计算成果见表5。表5大坝抗滑稳定计算成果表计算断抗滑稳定安全允许抗滑稳定安荷载组合计算工况面系数计算值全系数最小值正常蓄水位1.90非溢流基本组合设计洪水位坝段特殊组合校核洪水位正常蓄水位溢流坝基本组合设计洪水位段特殊组合校核洪水位陕西水利Shaanxi WaterResources3结语本文在对目前纯坑山塘库区调洪计算、特征水位及工程规模分析的基础上，详细分析了山塘整治过程中的设计要点，纯坑山塘溢流坝段高程为30 2.4m，溢流坝段净宽选用1 0 m，经高程核算后并结合实际，本次采用30 4.8 2 m作为本次设计坝顶高程，且大坝抗滑稳定安全系数在1.43以上，符合工程实际要求。本工程对提高人民的生活水平起了重要的作用，并且社会效益显著，对连平县醒狮村农业的发展，充分利用水资源具有深远的战略意义。1.051.431.001.411.001.841.051.631.051.53No.9September,2023参考文献1王许.非开挖钻孔技术在龙潭山塘新建输水涵洞中的应用 J.水利科技,2 0 2 2（0 4）:56-58.1.00（上接第1 39 页）土、平整堆体等。弃土高度严格按照规划高度3m内堆放，禁止超区域、超高度堆填。(2）淤泥处理清淤疏浚的淤泥可以用来制作有机肥料、改良土壤和填土造田。(3）可利用料处理剩余部分可用作陈仓区基础设施建设，作为土方回填利用，实现淤积泥沙的资源化再利用，实现“变废为宝”降低了清淤疏浚成本。(4)运输渣土运输将严格按照有关渣土运输的有关规定，选用性能良好、车厢封闭较好、证件齐全的车辆，严格按照指定的线路行驶。做到运输车辆不超载，车厢上部全部用篷布覆盖，避免运输过程中渣土散落污染市区道路及周边环境。为防止渣土在运输过程中的乱倒、乱弃问题，在施工过程中该标段将采用开挖现场与弃土场双向签票的办法，坚决杜绝渣土乱倒、乱弃。为保证车辆运输不对市区环境造成污染，在渣土运输的出入口安排清洁人员，随时对车辆散落下来的土块、泥块进行清扫，并安排专人进行巡视。7清淤对河势稳定分析充分考虑了清淤对河势稳定的影响，是疏浚清淤的基本要求，实施方案拟定的年度控制实施范围、清淤控制高程、控制清淤量、清淤作业方式等都是基于河势总体稳定、利于河势顺直、平面稳定、泄洪通畅的要求实施的，在管理方面也提出了较高的要求。本次清淤在无堤防段的疏浚均按照规范要求设置保护范围，在疏浚范围内，保持现状河道宽度不变，疏浚过程中不会142扩展或者束窄河道，不改变现状河道水流方向，在疏浚完成后对疏浚段加以恢复治理，河段疏浚对河势稳定影响分析如下：颜家河水电站库区两岸无标准化堤防，本次清淤主要以现状砂石淤积为准，不降低、抬升深泓点，不加宽、束窄河道，疏浚按照相关规范合理进行，对河势稳定的影响较小。颜家河水电站库区疏浚区两岸多为砂质或基岩岸坡，但由于两岸河床物质较厚，其疏浚区位于河中洲，距离两岸达10m以上，整个河势基本稳定。由于该河段河势基本稳定，疏浚区抗冲性较好，岸线多年保持相对稳定状态，且疏浚区距两岸岸坡的距离均在5m10m左右，疏浚对岸坡与河势影响较小。8清淤对防洪影响分析本次河道疏浚既增大了河道过流面积，又疏通了河道，扩大了河道输水输沙的能力，不仅不会形成对洪水的阻碍，而且解决了由于河道长期泥砂堆积行洪不畅的问题，同时，方案还为险段堤防、常出事的无堤段设置为保护区，为防汛抢险留足砂源，确保抢险之需。因此，针对河道防洪安全角度分析，河道规范性疏浚百利而无一害，而且迫在眉睫。9结语本次清淤疏浚作业实施完成后基本可以实现库清、岸绿的效果。通过本次疏浚可以理顺河道，上下游常流河宽平顺衔接，改善河槽堵塞，预防了内涝及洪水对当地村民生命财产的危害，同时通过疏浚改善了河道水质，提升了库区及周边的水生态环境，生态效益显著。