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1、水土保持生态工程杨河小流域坝系工程工程设计方案1.1坝系工程设计1.L1设计标准按照水土保持治沟骨干工程技术规范(SL289-2003)和水土保持综合治理技术规范、沟壑治理技术(GB/T16453)等国家有关规范的要求，结合本流域沟道地形条件，确定骨干坝、中小型淤地坝的设计洪水标准及设计淤积年限见表6-1及表6-2o表6-1杨河流域淤地坝设计标准坝型骨干坝淤地坝总库容(104m3)50-100100-50020安全超高1.0-1.51.5-2.0根据以上方法计算得各坝坝高、拦泥坝高、滞洪坝高和安全序号编号坝名坝控面积(km2)淤积面高程(hm2)淤地面积(万m2)校核洪水位(m)安全超高(m)
2、坝高(m)1GGl财沟湾4.671721.501749.001757.401.6032.502GG2大坝沟3.411700.001711.901722.601.9024.53GG3方家沟8.161658.001679.251687.002.0031.004GG4碱滩沟7.421613.001631.301639.002.0028.005GG5卜李堡1.051703.001711.201728.061.1.9427.006GG6王套3.001707.601721.601734.101.5028.007GG7乔花台4.471702172317311.931.50超高见表6-4。表64土坝坝高计算表
3、单位:.6008GG8黑马圈沟7.091660.001687.151695.821.6837.509GG9杨河4.6616201687.151695.821.6837.5010GGl0王家沟4.981625.001651.901660.502.037.5011GGl1长儿湾5.301725.001745.001753.101.9030.0012GGl2南湾4.031725.001744.201752.101.9029.0013GGl3蒲家川8.601775.001799.631808.951.5535.5014GGl4党家沟3.001795.001811.721823.801.7030.515
4、GGl5大李湾5.301771.001797.201800.901.6031.50合计80.144、坝体(1)、坝顶宽根据水土保持治沟骨干工程技术规范(SL289-2003),碾压坝坝顶宽度按表33确定，坝顶有交通要求时，应按交通要求确定。表6-5碾压坝坝顶宽度单位：m坝高10-2020-3030-40坝顶宽度33445根樨以上要求，坝顶宽均取4.Omo(2)坝坡根据水土保持治沟骨干工程技术规范(SL289-2003),坝坡应根据坝型、坝高、坝基地质条件、筑坝土料性质、施工方法、运用条件等，并参考类似已建工程的经验数值初步确定，按表34选取。当坝高超过15m时，应设置L(TL5m宽马道一条。表
5、66土坝坝坡参数值表坝型土料或部位坝高(m)10-2020-3030-40碾压坝上游坝坡1.50-2.002.00-2.502.50-3.00下游坝坡1.25-1.501.50-2.002.00-2.50(3)最大铺底宽坝体沟床铺底宽可用下式计算：Bm=b+(mp+mf)h+nbz式中：Bm土坝最大铺底宽，m；b坝顶宽，m；mbIn下一上下游坝坡系数;h设计坝高，m；n一上下游马道总数;bl马道宽。根据以上要求,确定各坝前、后坡比及马道设置情况见表6-7O表6-7杨河小流域坝体参数表编号坝名坝高顶宽项长铺底宽上游坡比下游坡比第马道高第马道高马道宽GGl财沟湾32.54120151.132.5/
6、2.752.0/2.2517.51.5GG2大坝沟24.5494118.132.502.0/2.259.51.5GG3方家沟33485158.52.5/2.752.02.25181.5GG4碱滩沟304105144.252.5/2.752.0/2.25151.5GG5下李274811302.502.0/2.2121.堡55GG6王套28492134.752.502.02.25131.5GG7乔花台31.5496151.382.5/2.752.0/2.25IL51.5GG8黑马圈沟404114194.252.5/2.75/3.02.0/2.25/2.510251.5GG9杨河21.5497127
7、.632.502.0/2.2511.51.5GGlO王家沟37.54128179.882.5/2.75/3.02.0/2.25/2.57.522.51.5GGl1长儿湾30496144.252.5/2.752.25151.5GGl2南湾29491139.52.5/2.752.25141.5GGl3蒲家川35.542.5/2.75/3.02.0/2.25/2.58.51.5GGl4党家沟30.54135141.632.5/2.752.0/2.2515.51.5GGl5大李湾31.54135151.382.5/2.752.0/2.25IL51.55、坝体排水根据宁夏回族自治区地方标准水土保持治沟骨
8、干骨干工程技术标准(DB/6400P6500100689),当坝基排水不良或沟道有常流水，均应设置坝址反滤排水体，排水采用贴坡式反滤体，反滤层由三层材料组成，最里层紧贴土质坝体，为粗砂，中间为砾石，最外层干砌块石。杨河小流域坝系工程骨干坝反滤体尺寸见表6-8o表68杨河小流域坝系工程骨干坝斜卧式反滤层尺寸表编号工程名称坝高(m)斜卧式反滤层每米用料反滤层高(m)砂层厚度(m)碎石层厚(m)块石层厚(m)顶宽(m)块石碎石粗砂GGl财沟湾32.540.30.30.42.253.93.03.0GG2大坝沟24.53.40.20.20.42.253.31.71.7GG3方家沟3140.30.30.4
9、2.253.93.03.0GG4碱滩2840.30.30.42.253.93.03.0沟GG5下李堡273.80.30.30.42.253.72.82.8GG6王套283.80.30.30.42.253.72.82.8GG7乔花Zx31.540.30.30.42.253.93.03.0GG8黑马圈沟37.540.30.30.42.54.33.23.2GG9杨河21.53.60.30.30.42.253.52.72.7GGlO王家沟37.540.30.30.42.54.33.23.2GGl1长儿湾3040.30.30.42.253.93.03.0GGl2南湾2940.30.30.42.253.9
10、3.03.0GGl3蒲家川35.540.30.30.42.54.33.23.2GGl4党家沟30.540.30.30.42.253.93.03.0GGl5大李湾31.530.30.30.42.253.02.22.26、结合槽设计为了增加坝体的稳定性，使坝体与沟底及沟岸结合良好，在坝轴处沟底及岸坡增设结合槽。为了便于机械施工，沟底结合槽采用底宽3m,深2m,边坡Ll的梯形断面。岸坡体结合槽为人工施工，采用底宽2m,深边坡1:1的梯形断面。7、坝面排水设计坝后设纵、横排水沟，排水沟采用C15碎梯形结构，横向排水沟底宽b=0.2m,顶宽B=0.4m,沟深H=0.2m,边坡m=L05纵向排水沟底宽b=
11、0.5m,顶宽B=L5m,沟深H二水5m,边坡m=Ll舲板厚5cm,排水沟沿马道内侧及坝体岸间布置。8、坝基和岸坡处理坝体施工前，坝基和岸坡的处理应一次性完成；坝体填筑前应拆除各种建筑物，清除草皮、树根、腐殖土等，清理并回填夯实水井、洞穴、坟墓等；采用截渗或排渗措施处理透水坝基，使之满足渗透稳定和允许渗流要求；碾压坝不应陡于1：1.5；坝基岸坡应开挖一道结合槽，底宽应不小于LOm,深度应不小于LOm,边坡可取1：L0；对湿陷性较强、厚度较大的黄土地基或台地，应采取预浸水法处理；对淤土地基应先截断上游上来水，使淤土自然固结，再开挖导渗沟，促使淤土排水固结，淤土强度较低时,可采用填干土（或抛石）挤
12、淤修筑防滑体或修筑人工铺盖；坝基泉眼和裂隙渗水，应采用堵塞法和水玻璃(硅酸纳)掺水泥等方法处理，当泉水和裂隙水较大时，应布设排水管，将水排出坝外。9、筑坝要求上坝土料含水量控制在15%左右，铺土厚度25Cnl左右，土坝碾压实度大于0.95以上。1.1.2.2放水建筑物设计骨干坝放水工程采用涵卧管形式，其由卧管、涵洞、消力井和明渠陡坡段组成。卧管下接消力井，卧管采用矩形、涵洞采用圆形混凝土预制管。1、卧管设计根据水土保持治沟骨干工程技术规范(SL289-2003),宁夏回族自治区地方标准水土保持治沟骨干骨干工程技术标准(DB6400P65OO100689),结合当地情况，在达到淤积年限后，为了保
13、证坝地生产，设计流量按7日泄完设计频率次洪水总量设计。计算卧管、消力池流量时，应考虑由于水位变化而导致的放水孔调节，比正常运用时的流量加大20%。(1)放水设计流量确定放水流量按下式计算：q=7246060式中：q一放水流量，m3s;Q设一设计洪水总量，m3o（2）卧管水力计算卧管放水孔直径按孔口出流公式计算。开启一个台阶同时开启两个台阶式中：d放水孔直径，川；。一放水流量，吆；HpH1一孔上水深，mo（2）卧管断面尺寸卧管断面尺寸与通过的流量，应考虑水位变化而导致的放水孔调节，比正常运用时加大20%。卧管断面尺寸首先按检修要求拟定，然后用通过的流量和卧管的坡度进行计算，若计算尺寸小于拟定尺寸
14、，采用拟定尺寸；若计算尺寸大于拟定尺寸，采用计算尺寸，设计时一般以加大流量来计算。卧管的断面尺寸按明渠均匀流公式计算：Q=CR?式中：Q-卧管流量（采用加大流量）,m3s;一卧管断面过水面积，对于矩形=hXb,b为底宽,m2;C一谢才系数，nR一卧管横断面的水力半径，m,为卧管过水断面面积与湿周的比值，R=x;X一湿周，即过水断面内水流与卧管接触线的长度，对于矩形断面，X=b+2h,m；i一卧管比降，取1/3;n一糙率，取0.017。确定卧管高度时，应考虑放水孔水流跌落卧管时水柱跌起，为保持跌下的水柱高不致淹没进水孔底缘，使卧管内不形成压力流，其高度应取卧管水深的34倍。(4)卧管结构设计卧管
15、主要承受水压力和淤泥压力，其结构尺寸，主要取决于：在坝内的高程位置、跨度以及建筑材料等。卧管选用钢筋松现浇，顶部加盖钢筋舲盖板，侧墙基础各部分尺寸按照挡土墙进行强度、稳定性计算。经计算卧管侧墙宽20cm,基础厚40cm,其中杜基础厚20cm,钢筋校底板厚20cm,盖板厚20cm,搭接长IOCn1。根据以上计算，确定各坝卧管结构尺寸见表6-9。2、 卧管末端消力井设计卧管与涵管连接处设消力井，以便水流平顺的进入涵管，其结构为钢筋聆，采用等宽的矩形断面，顶部加钢筋松盖板。消力井尺寸参照宁夏技术标准DB/6400P65001-00689中有关规定确定。2）消力井结构设计消力井主要承受水压力和淤泥压力
16、，其结构尺寸，主要取决于：在坝内的高程位置、跨度以及建筑材料等。消力井选用钢筋於现浇，顶部加盖钢筋松盖板，侧墙基础各部分尺寸按照挡土墙进行强度、稳定性计算。经计算消力井顶板厚20CnI,侧墙、底板厚30cm。基础采用30cm浆砌石处理。根据以上计算，确定各坝消力井结构尺寸见表6-10。编号工程名称设计洪水总量(万m3)放水流量(m3/s)加大流量(m3/s)设置位置建筑类型类型卧管断面尺寸侧墙基础尺寸(Cm)坡度顶部高程(m)底部高程(m)长度(m)台高(Cm)放水孔数台阶数(台)孔径(Cm)宽X高(Cm)侧墙宽基础厚盖板厚搭接长GGl财沟湾20.640.340.41左钢筋1/31758.01
17、737.362.040三台单孔5235606020302010GG2大坝沟15.070.250.30右钢筋1/31723.21708.245.140三台单孔3835606020302010GG3方家沟43.410.720.86左钢筋1/21687.61668.338.540三台单孔4835808020302010GG4碱滩沟39.470.650.78左钢筋1/21639.61622.334.540三台单孔4335808020302010GG5下李堡32.190.530.64左钢筋1/31728.71712.050.040三台单孔4235606020302010GG6王套13.260.220.2
18、6右钢筋1/31734.71711.953.340三台单孔4435606020302010表69杨河小流域坝系工程骨干坝卧管结构尺寸表GG7乔花台19.760.33039右钢筋1/31732.21712.559.140三台单孔4935606020302010GG8黑马圈沟37.720.620.75右钢筋1/21691.41672.547.840三台单孔603580x8020302010GG9杨河20.600.340.41右钢筋1/21645.31628.832.940三台单孔4135606020302010GGlO王家沟22.010.360.44右钢筋1/21661.11637.547.240
19、三台单孔5935606020302010GGl1长儿湾23.430.390.46右钢筋1/31753.71735.051.140三台单孔4735606020302010GGl2南湾17.810.290.35左钢筋1/31752.71734.754.140三台单孔4535606020302010GGl3蒲家川45.750.760.91左钢筋1/21809.61781.845.440三台单孔5735808020302010GGl4党家沟13.260.220.26左钢筋1/31824.41805.257.740三台单孔4835606020302010GGl5大李湾23.430.390.46右钢筋1/
20、31801.51781.560.040三台单孔5035606020302010编号工程名称放水流量(mVs)加大流量(m3s)设置位置建筑消力井侧墙基础尺寸(Cm)类型高程(m)长度(cm)宽度(Cm)井深(Cln)侧墙宽基础厚盖板厚搭接长GGl财沟湾0.340.41左钢筋球1737.32.51.02.830302030GG2大坝沟0.250.30右钢筋球1708.22.51.02.830302030GG3方家沟0.720.86左钢筋建1668.32.51.02.830302030GG4碱滩沟0.650.78左钢筋柱1622.32.51.02.830302030GG5下李堡0.530.64左钢
21、筋柱1712.02.51.02.830302030GG6王套0.220.26右钢筋球1711.92.51.02.830302030GG7乔花台0.330.39右钢筋睑1712.52.51.02.830302030GG8黑马圈沟0.620.75右钢筋杜1672.52.51.02.830302030GG9杨河0.340.41右钢筋於1628.82.51.02.830302030GGlO王家沟0.360.44右钢筋硅1637.52.51.02.830302030GGll长儿湾0.390.46右钢筋球1735.02.51.02.830302030GG12南湾0.290.35左钢筋球1734.72.51
22、.02.830302030表610杨河小流域坝系工程骨干坝消力井结构尺寸表GG13蒲家川0.760.91左钢筋球1781.82.51.02.830302030GG14党家沟0.220.26左钢筋建1805.22.51.02.830302030GG15大李湾0.390.46右钢筋於1781.52.51.02.8303020303、 涵洞设计1）涵洞水力计算涵洞选取用钢筋硅管，底坡1:100,坝下涵洞为无压流，涵洞的流量按明渠均匀流公式计算：Q=CR式中：Q一涵管流量，m7s；3一涵洞横断面过水面积，m2,对于圆形/二4（夕sin。）；8d一管径，m；0水面线与圆心的夹角（当水面线大于半径时大于1
23、80。，水面线小于半径时小于180。）,。以弧度计；C谢才系数，C=LR%；nR一涵洞横断面的水力半径，m,圆管R=（l-%电），。以弧度计；i一涵管比降，4取1/100；n一糙率，取0.017。为检修方便，涵管管径应不小于0.80m,为了保证洞内水流呈明流状态，涵洞内水深应不大于涵洞总高度的75%。2）涵洞结构设计涵管为钢筋混凝土圆形结构，碎管座，为预制安装构件，管接头处采用钢筋混凝土套管连接。涵管与套管间预留1cm宽缝隙，用沥青油麻填塞。为防止涵管壁集中渗流情况，设计延涵洞长每IOm设一道节水环，节水环厚60cm,伸出洞壁50cm,涵管基用柱浇筑。涵管管壁厚12cm,管垫厚30cm,管垫肩
24、宽20cm,。根据以上计算，确定各坝涵管结构尺寸见表6-11。编号工程名称放水流量(m3s)加大流量(m3s)设置位置建筑类型涵洞断面尺寸涵管管垫基础尺寸(Cm)坡度高程(m)长度(m)直径(Cm)管壁(Cm)管垫厚座垫肩宽GGl财沟湾0.340.41左钢筋硅管1/1001731.1Ill80123030GG2大坝沟0.250.30右钢筋於管1/1001707.08480123030GG3方家沟0.720.86左钢筋舲管1/1001667.1106100123030GG4碱滩沟0.650.78左钢筋舲管1/1001621.196100123030GG5下李堡0.530.64左钢筋硅管1/100
25、1710.89380123030GG6王套0.220.26右钢筋舲管1/1001715.79680123030GG7乔花台0.330.39右钢筋硅管1/1001711.310880123030GG8黑马圈沟0.620.75右钢筋硅管1/1001671.312880123030GG9杨河0.340.41右钢筋舲管1/1001627.69180123030GGlO王家沟0.360.44右钢筋硅管1/1001631.312880123030GGll长儿湾0.390.46右钢筋硅管1/1001733.810380123030GG12南湾0.290.35左钢筋硅管1/1001733.5998012303
26、0611杨河小流域坝系工程骨干坝涵管结构尺寸表GG13蒲家川0.760.91左钢筋舲管1/1001785.6121100123030GG14党家沟0.220.26左钢筋硅管1/1001804.010480123030GG15大李湾0.390.46右钢筋舲管1/10017803108801230304、明渠、陡坡、消力池及尾水水渠设计(1)、明渠设计涵洞出水口采用明渠连接，使水流比较平顺的进手陡坡。明渠水力计算采用明渠均匀流公式，根据地形地质情况，明渠坡比为1/100,明渠宽采用明渠均匀流公式计算，明渠长根据实际地形确定。(2)陡坡设计明渠出口一般都高于河床，采用陡坡衔接消能，以保证槽内的水流比
27、较平稳。陡坡拟采用明渠式陡坡，陡坡在平面布置上宜采用直线、对称布置，采用矩形断面，用混凝土衬砌，坡度根据地形采用1：3.0-1：1.5o陡坡水力计算，主要是计算水面曲线,以便确定边墙或衬砌厚度。1)陡坡水力计算a、临界水深矩形断面临界水深按下式计算：式中：hk临界水深，m；0一流速分布不均匀系数，可取Ll;q一陡坡单宽流量,m3/(s.m)；g重力加速度，可取9.81s20b、正常水深正常水深按明渠均匀流公式计算:Q=CRf式中：Q陡坡最大泄洪流量，m3s;一断面过水面积，m2,对于矩形形3=bh0;b一陡坡底宽，m；ho正常水深，m；C一谢才系数，O；nR一断面的水力半径，m,为过水断面面积
28、与湿周的比值，R=/X；x一湿周，即过水断面内水流与卧管接触线的长度，m,矩形断面=b+2h;i一比降，比降视其地形地质条件，一般为1/31/5；n一糙率，0.017oc、水面曲线计算陡坡降水曲线随它本身长度和陡坡长度的不同，产生两种情况：一种是降水曲线长度小于陡坡长度，即降水曲线在陡坡中途结束，水深在此以下逐渐接近等速流，陡坡末端水等于正常水深;另一种是降水曲线大于陡坡长度，陡坡末端水深按明渠惭变流公式计算。陡坡水面曲线采用逐段累计法计算，这种方法首先假定第一断面（即陡坡起始断面）水深为临界水深，然后向下按递减假定第二、第三直至末端段面水深，用下式求出相邻两段面间的斜距，最后把计算的斜距累加
29、，与陡坡长比较。V2V2(h2+)(%+4-)=L(i-J)2g2g式中：h一断面1的水深，m；V1一断面1的平均流速，m/s；Q1一断面1流速不均匀系数；g一重力加速度,可取981ms2;h2断面2的水深，m；V2断面2的平均流速，m/s；Q2断面2流速不均匀系数；L1、2两断面间距离，m；i陡坡坡度；J一平均水面比降J=LJl+J,),任意断面的水面坡降按下2式计算：n2Q2J-埼2)、陡坡砌护侧墙高度确定应按计算的水深加一定的超高，於护面超高采用0.305如陡坡流速超过10ms时，应考虑掺气后增加的水深，按下式计算：AhYh总式中：h不掺气时的水深，m；V断面平均流速，m/s；h掺气一掺
30、气后增加的水深，mo陡坡上的流速由上而下逐渐加大，掺气高度应分段计算。3)、陡坡结构设计a、陡坡底板衬砌士基上的衬砌，当流速大于58ms时，应用松衬砌，聆厚度0.3O.5cm,并要求硅具有较高的抗磨蚀能力。顺水流方向每隔5-8m应做一沉陷缝，遇地基变化时，应增设沉陷缝。泄槽基础每隔1015m应做一道齿墙，可取深0.8叭宽04b、陡坡底板的稳定性陡坡中的水流速度较高，衬砌底板可能产生震动，故底板应有足够的厚度，可按下式校核：t=0.03Vh式中：t底板厚度，m；h一陡槽末端水深，m；V一陡坡末端流速，m/s；a地基条件系数，粘土为0.81.0；砂土为L5一2.Oo(3)消力池设计1)消力池水力计算陡坡中的急流过渡到尾水渠的缓流，水流状态急剧变化，将使下游河床遭受冲刷破坏，可设消力池，以促使在陡坡末端产生水跃，集中消能，达到保护河床的目的。消力池的水力计算，主要确定池深和池长，可按下式计算：d=l.lh2h式中：d消力池深，m；h2一第二共轲水深，m；h一下游水深，m；h2陡坡末端水深，m；a流速不均匀系数，可取，1.01.1；其它符号意义同前。消力池长度按下式计算：L2=(35)h2式中：L2消力池长，叫其它符号意义同前。2)消力池结构设计a、消力池侧墙
