王家坟沟大坝工程设计说明

1王家坟沟大坝工程设计说明一、基本情况吴忠市太阳山开发区位于东径106°00′—106°45′之间，北纬37°40′—37°40′之间，是一座以煤、电为中心和白云岩、石灰岩深加工为产业的新型工业基地，是推动我区经济社会实现跨越式发展的又一重要增长极。王家坟沟发源于太阳山镇西北丘陵山区，距镇区最大距离不足1公里，经太阳山镇西北流向东南入盐湖，属一年内陆河小流域，北向南高程在1360～1400之间，地面坡度在1/50—1/200之间，流域面积5.64平方公里，河床及河岸土质多为黄土，地貌类型属黄土丘陵沟壑区，该流域地势较为平缓，植被稀少，水土侵蚀严重。项目区属典型大陆性气候，为中温干旱半干旱地区。主要气候特点是冬季干冷，夏季酷热，降水稀少，风大沙多，多年平均气温为8℃，多年平均降雨量280mm，平均蒸发量2330mm，降雨量年内分布极均匀，年降雨量的70%集中在7—9月份。二、兴建该工程的目的和作用王家坟沟大坝的兴建可有效拦截区域内的地面径流，阻截洪峰对太阳山开发区镇区的冲击，同时涵养区域水源，稳定河床，防止沟壑侵蚀，抬高侵蚀基点，增加湿地面积，对流域综合治理有显著的促进作用。三、工程设计依据（一）、《中华人民共和国防洪法》（二）、《防洪标准》（GJJ50-92）（三）、《堤防工程设计规范》（GB50286-98）2（四）、《吴忠市太阳山移民开发及工业发展总体规划》四、工程设计标准（一）、工程等级和建筑物级别按照太阳山开发区发展总体规划，根据《防洪标准》《水利水电工程等级划分标准》确定：工程为Ⅴ等工程，相应防洪级别为级，建筑物级别为5级。（二）、地震烈度根据《中国地震参数区划图》，本区地震基本烈度为Ⅷ度，场地地震动峰值加速度值0.20g。五、筑坝材料的选择原则上，只要不含大量有机混合物和水溶性盐类的土、砂、石料均可筑坝。具体选用时应就地就近取材，开采运输方便，压实经济合理，总造价最低。该大坝选用均质土坝，填筑材料分布广泛，平均运距5公里，岩性以中粉质砂壤土为主，其有机质含量小于2%，水溶盐含量小于5%，满足碾压土坝对土质的要求。施工时土料的最优含水量可控制在12%-15%，坝体干容重不小于1.55t/m3。六、设计洪水位的确定王家坟沟流域形状呈扇形，面积5.64km2，概化长度2.7km。流域暴雨历时短，是产生洪水的主要原因。根据《宁夏暴雨洪水图集》和流域位置查得6h点雨量均值和各计算参数以及概化雨型进行设计洪水计算，推求不同频率最大点雨量及小泉水文站1997-2003年实测资料计算。3项目内容分类点雨量（mm）变差系数CvCs/Cv频率（%）0.501.02.0510最大降雨量300.743.5134.6116.498.774.757.3洪峰流量(m3/s)19.2816.7610.198.364.9洪水总量(万m3)38.6726.3518.299.456.33王家坟沟以20年一遇最大洪峰流量8.36m3/s控制设计，洪水总量9.45万m3，坝前设计水位3.5m。七、坝体断面尺寸确定（一）、坝坡考虑坝型、坝高、坝体及坝基土石的性质与其实心密度、坝体所承受的荷载以及坝的施工和运用条件等因素，上游坝坡应较下游坝坡为缓。常用的土坝坡一般变化在1:2—1:4之间。该土坝取：迎水坡坡度为1:3，背水坡坡度为1:2.5。（二）、坝顶宽度坝顶宽度主要根据交通、防汛抢险、坝高、施工等因素来确定。如无特殊要求，一般坝顶最小宽度不得小于5m。本工程坝顶宽度取：B=6m。（三）、坝高确定根据市库区湿地的现状及该大坝的实地效应，计算汛期拦洪坝高为汛期防洪库容（最低放水孔以上能拦蓄20年一遇洪水总量）对应的坝高与安全超高之和。、H=h+h........................①4式中：h—设计洪水位(m)h—超高度(m)h=R+e+A.......................②cosg22HDKVe(m)...........③式中：R—波浪在坝坡上的爬高(m)e—风雍水面高度(m)A—安全加高，按坝的等级和运用条件从查表采用，本工程按5级工程取A=0.5m；K—综合摩阻系数，其值变化在（1.5-5.0）×10-6之间，计算时取K=3.6×10-6；V—水面上10m处的风速，m/s，Ⅳ、Ⅴ级土石坝采用1.5倍多年平均最大风速，非常情况均为1倍多年平均最大风速；经查：太阳山地区风速为16m/s；D—吹程(m)，根据气象资料取值为500m；H—水库的平均水深(m)β—风向与坝轴线的夹角（度），查气象资料取值为55.45°。1、计算波浪的平均爬高RLLLhmKKKR221245.022)(0018.02VgDgVhLLLhL22525式中：K—与坝坡糙率有关的系数，根据护坡类型查表为：草皮护坡取值为0.85-0.9；K—经验系数，由风速、坝前水深、重力加速度所组成的无维量gHV查表确定K—风向与坝轴垂线成一夹角时的折减系数，查表确定，经查表取值为0.79；LLL、h22—分别为平均波高与平均波长（m）；g—重力加速度(m/s2)；D—吹程（m)；gHV=5.38.916=2.73gHV≤1.01.52.02.53.03.54.0≥5.0K1.01.021.081.061.221.251.281.30查表得：K=1.14Lh2=45.022)165008.9(8.9160018.0=0.177Lh2=25×0.177=4.437LLLhmKKKR2212=437.4177.03179.014.185.02R=0.227(m)2、计算设计爬高值不同累计概率的爬高PR与R的比，可根据爬高统计分布表确定，设计爬高值的累积概率P按工程等级确定，对于5级土石坝取5%的爬高值6%5RPR=1.86R=0.422(m)在正常运用情况下，坝顶应高出设计水位至少0.5m，故取PR=0.5(m)所以：坝高为：H=h+h=3.5+0.5=4.0（m）八、坝基和岸坡处理土坝的各种结合面教师防渗的薄弱部位。如处理不当，极易产生集中渗流、造成接触冲刷，引起坝体不均匀沉陷、裂缝，影响坝体稳定，因此，必须妥善处理坝体与坝基、岸坡及其他建筑物的连接。（一）、截水墙土坝的主要优点之一，就是对地基要求最低，几乎是各种地基上都可以建造。但地基的性质对土坝的影响很大，在相当大的程度上决定着土坝的构造、尺寸。截水墙是一种结构简单，工作可靠而防渗效果好的坝基防渗措施。截水墙的位置可设于距上游坝脚21~31坝底宽度处。截水墙的底宽，除应满足施工要求外，还应保证回填土料与不透水层的接触面有足够于H)51~31(开挖边坡一般根据坝基砂砾层的稳定度来决定，并应考虑有利于回填粘土与坝基土料的结合，多采用1:1.5—1:2.0。本工程截水墙取底宽3.0m，平均深度2.5m，坡度1:1.5。（二）、清基不论是土基或岩基，在筑坝之前，都必须进行清基。清基范围超出坝的坡脚线0.6m，清基平均深度为30cm，清除坝基范围内的地面表土、乱石、草皮、树木、腐殖质等。与坝体连接的岸坡应开挖成平顺的正坡，7岸坡不陡于1：1.5，防止与坝体连接的岸坡成阶梯状或反坡、凸起.岸坡上缓下陡时,变坡角小于20°，当岸坡有倒坡时，而开挖成要求的坡度工程量太大或有困难时，可用砼或浆砌石补成正坡。九、土坝的渗流及抗滑稳定计算（一）、土坝的渗流计算土坝的渗流计算是为选定经济可靠的坝体横断面提供依据。其主要计算任务是：计算渗流量，给出浸润线，核算填料是否发生渗透变形。（一）土坝渗流计算土坝渗流计算采用水力学公式法计算2002202121222)21hxhmLhHyLHmLKHq式中:q为单宽渗流量；y为浸润线)5.0(20mKqh求得逸出高度0h式中主要参数根据同类工程经验选取:K—渗透系数，取值：scmK/105.452m—下游边坡系数，为5.22mXAOCY1:2.58故由上式求得：)/(1069.15.17)5.35.25.175.3105.43522225mdmqmh12.1)5.05.2(105.41068.155021222)254.1748.0(12.112.15.25.1712.15.3xxy（二）土坝稳定计算Y1:2.5MMO4.5H=15.75R=10浸润线1:30-1-2-3123456789iiiiiiiclcbtgKsin1cos''式中'i—浸润线与坝外水位之间的土条饱和容重;i—浸润线与坝外水位之间的土条浮容重；''iic—与有效应力方法相应的土的抗剪强度指标。内摩擦角020,凝聚力akpC15湿容重3/7.1mtw饱和容重3/90.1mts44332'11'2hhhhi9式中:1、3、4—分别为坝体土的湿容重、浮容重和坝基土的浮容重；1—土条单宽重量；41hh—土条各分段的中线高度；'2—为坝体土料的饱和容重，即32364.020tgtg弧长mRL13.14811801014.3180000应：Rb1.0，故：i1.0sin，2)1.0(1cosii；70.19.072.21713.14151364.0995.04.336cK查表：Ⅴ级土坝最小安全系数为15.1cKccKK该土坝是稳定的，满足设计要求。十、排洪道设计根据水库的作用及库区的地形、地质条件及水利要求，选用适用于小型水库、对地基要求低、常不设闸门，正常排泄洪水，将大坝排洪沟设置在右岸的挖方上，利用山水沟进行改造。采用梯形断面，底宽4米，深3米，内边坡1：1.5，长度3.5公里。十一、工程效益分析（一）、工程量计算土坝工程量按等高线分层法计算,建筑物工程量按建筑物几何轮廓尺寸计算，具体见大坝工程量预算表。10王家坟沟拦洪坝工程总预算表序号工程或费用名称预算价值(元)建安工程费设备购`置费其它费用合计第一部分建筑工程3447510.003447510.00土坝工程2662110.002662110.00排洪沟785400.00785400.00第二部分机电设备及安装工程第三部分金属结构设备及安装工程第四部分临时工程45600.0045600.00小计3493110.003493110.00第五部分其它费用447654.21447654.211建设单位管理费5.00%174655.50174655.502勘测设计费3.50%122258.85122258.853监理费2.00%69862.2069862.204工程质量监督费0.30%10479.3310479.335工程审查验收费0.75%26198.3326198.336工程地质费27800.0027800.007水文调查费16400.0016400.00一至五部分合计3493110.000.00447654.213940764.21总投资3940764.2111王家坟沟拦洪坝工程预算表序号工程项目或名称单位单价（元）工程量金额（元）备注一土坝2365110.00清基m38.007177.557420.00土方回填m312.00192307.52307690.00二截水墙297000.00土方开挖m38.0014850118800.00土方回填m312.0014850178200.00三排洪沟785400.00土方开挖m38.0098175785400.0012（二）、效益分析利用动态分析法进行工程效益分析。十二、综合评价项目实施后，使得太阳山开发区防汛现状进一步得到改善，经过科学规划，湖区周围可以成为生态林草区，项目区林网覆盖率的提高，将有效地防止风沙对项目区的危害和水土的流失，使生态环境向良性循环发展，同时，可促进湖区周边地产和商贸发展，为当地居民提供休闲娱乐场，吸引更多的投资者来此安家转业，对加快建设全国一流的水保生态工业城具有很大的推动意义。十三、设计参考资料（一）、《吴忠市太阳山移民开发及工业