淤地坝设计项目说明指导书.docx

一、已知基础资料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和库容V、淤地面积A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m3，2一遇设计洪水流量Q200=180m3/s，洪水总量W洪17万m3；5.沟道无常流水；6.坝址周围有充足筑坝土料，土壤内摩擦角20，内聚力c=0.8t/m27.放水洞设计流量Q=0.5m3/s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地形图上进行枢纽部署；3.确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1.淤地坝坝型选择因为坝址周围有充足筑坝土料，所以选择土坝；淤地坝对防渗性要求小于水库要求，沟道无常流水，故可采取施工方便均质土坝。坝址周围没有充足水资源，故选择碾压坝。2.坝址选择在流域沟道坝址地形图中有两个轴线位置能够选择，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。所以，选中在轴线二处筑坝。3.确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确实定依据公式，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HV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确实定采取试算法，确定多个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（1V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/mQ泄/m/sB/m24900053.5511.831.54500057.7519.652.560000426.642.35500047.258.47经过数次假设计算，对工程作经济、技术比较，确定h滞为2.3米时适宜，该h滞所对应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）1010-2020安全加高H（m）0.5-1.01.0-1.51.5-2.0依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，依据公式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，相比较右岸节省资金，选择左岸设置溢洪道。（2）部署形式设计淤地坝集水面积较大，泄洪量较大，根据工程安全标准，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依据公式，采取试算法求hk,临界水深计算HKQHkQ128.28811.448.0527961.132.841051.3947.5089161.237.655571.3846.9675481.342.72732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=1:5ik=0.00411，所以陡坡水流为急流，可根据陡坡计算。计算陡坡长度L0依据公式计算得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H0QHOQ0.212.945620.4549.87210.440.998520.4448.0420.325.408960.4346.23939所以当Q泄=47.25m3/s时，H0=0.44m计算水面曲线依据公式=()式中：为溢洪道陡坡段相邻两过水断面水深，单位m；i为底坡比降，i=1:5；为溢洪道陡坡段相邻两过水断面水力坡度平均值；h1,h2为溢洪道陡坡段相邻两过水断面水深，单位m；,为溢洪道陡坡段相邻两过水断面平均流速，单位m/s；a1、a2为相邻两过水断面动能修正系数，取1.0。计算数据以下表格水面曲线计算hAVXJJLL1.3924.172571.95469512.41980.003714001.2918.971852.49053212.13780.0045010.0041070.1092560.1092561.1914.91853.16720811.85580.0054510.0049760.4877860.5970431.0911.753914.0199411.57380.0065980.0060251.0948331.6918760.999.2788375.09223311.29180.0079830.0072912.0653323.7572080.897.33966.43768111.00980.0096540.0088193.6126317.3698390.795.8174478.1221210.72780.0116690.0106616.07380313.443640.694.62048610.226210.44580.0140980.0128839.98146523.425110.593.677512.848410.16380.0170250.01556116.1783539.603450.492.93320416.108679.88180.0205520.01878826.001765.605160.452.68114517.623079.7690.0221570.02135514.3504279.955570.442.62173318.022439.74080.0225780.0223674.02831883.983890.432.56369418.430449.71260.0230060.0227924.22137188.20526依据数据绘制水面曲线图以下从数据得0.44m时L=83.9888.70,由此能够说明陡坡段末端水深达成正常水深。陡坡终点水深ha和末端流速Va计算因为求出水面曲线长度L=83.98mHt=0.87m,所以必需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，边坡采取1:2渐变段使用扭曲面作为导流墙，用厚度为0.3m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，。堰体底板和渐变段底板相连，连接处做一深1m，厚0.5m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。为了预防不均匀沉降，陡槽沿着纵坡每隔10m留一沉陷缝。每段陡槽起始端全部设置深1m，厚0.5m防渗抗滑齿墙。对底板使用厚度为0.5m块石进行衬砌，为了预防陡槽底板冰冻发生裂缝，还需在底板下铺设0.2m砂卵石垫层反滤排水及纵向排水沟。因为陡槽中水流速较大，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*1.39=0.0970.4d末=0.03*0.8*12.02*0.44=0.1910.4所以d=0.4符合要求出口段设计出口段包含消力池、渐变段和尾水渠三部分。渐变段和尾水渠和进口段结构相同，尾水渠即是通常明渠。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，侧墙结构同于陡槽。底板池底厚度d使用以下公式校核：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为陡槽末端射流和水平面夹角。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=0.064311.750.440.5=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=1m0.6m，全部符合要求消力池水力计算 应用Q设=0.5m3/s，依据公式求出b0=1+0.4=1.4m，依据谢才公式变形形式使用试算法得出Q和水深关系数据消力池正常水深计算QHQH3.87433810.4049350.21.5393090.50.5665620.251.1246090.40.5000970.230.7419340.3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=30.37=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为了确保池内产生淹没水跃，需要满足以下要求：(d+h1)/h2=(0.2+0.23)/0.37=1.161.1,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，依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/mQ大=0.5*20*12.6*1.05*1=132.28kN/m依据下述公式式中：h为板厚；b为盖板单宽，取1.0m；为条石许可拉应力，=7.7Mpa；T 为条石许可剪应力，T =7.8Mpa。分别求出M大和Q大对应h，取其中较大值即为所求盖板厚度。HM=（6*33.07/7700/1）0.5=0.160mHQ=1.5*132.28/7800/1=0.025m所以盖板厚度为0.16m输水涵洞结构设计坝下输水涵洞设计为砌石方涵，底板厚d为0.5m，侧墙顶厚a为0.5m，侧墙基础厚c为0.8m，输水涵洞高h为1.8m。