淤地坝工程设计.docx
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淤地坝工程设计
1基本情况
1.1坝址位置：
***淤地坝位于罕台川合同沟小流域，在已建老陈沟骨干坝上游沟道内，行政区划属***耳字壕镇万胜龙村，坝址以上流域面积1.5km2。
1.2建坝的目的、意义、作用，***淤地坝主要作用是：
拦蓄洪水、泥沙，保证下游老陈沟骨干坝坝地的生产，同时淤澄上游土地，抬高侵蚀基准面。
1.3坝址、地质、地形情况：
坝址处沟底宽66m，沟底比降3.0%，沟岸较陡，沟坡覆盖第四系风积黄土状砂壤土，厚度在0.1-1.0m。
沟底覆盖层为第四系风洪积沙壤土，厚度一般1.5～2.0m,其下大部分为白垩系、侏罗系黄绿或紫红泥质长石砂岩、砾岩，厚度较大，岩性结构松散。
上游支毛沟多呈“∨”形，处于发育阶段，沟头前进，沟岸扩张，其余沟坡为砂壤土，也有部分沙土。
1.4水文气象：
合同沟流域属大陆性气候，其特点是干旱少雨多风沙，蒸发量大，无霜期短，据树林召气象站资料显示，多年平均气温6.1℃，蒸发量2157mm，冬春多风沙，风沙期70天以上，一般为北风和西北风，风力多在5-8级，冻结期一般开始于11月上旬，解冻一般在3月下旬，冰冻期130天，冻结深度1.0-1.4m，多年平均降雨量310.3mm，枯水年141.9mm，丰水年486.1mm，降水时空分部极不均匀，大部分集中在七、八、九三个月，由于雨期短,多暴雨，致使洪峰流量大而历时短。
1.5工程规模及设计标准：
坝址以上流域面积1.5km2，根据GB/T16453.3-1996淤地坝设计洪水年限与淤积年限之规定，该工程属中型淤地坝。
防洪设计标准30年一遇设计，50年一遇校核。
设计淤积年限10年。
工程由拦河土坝与泄水洞二大件组成。
1.6工程主要技术经济指标
1.6.1集水面积1.5km2。
1.6.2土坝：
拦泥坝高5.74m,滞洪坝高2.8m,安全超高1.0m,坝顶宽3.0m，考虑推土机的爬坝能力，上下游坝坡均取为1:
3.0。
1.6.3库容:
总库容21.23万m3,防洪库容11.34万m3,淤积库容9.89万m3。
1.6.4放水建筑物：
设计流量0.32m3/s，加大流量0.4m3/s，卧管断面尺寸（圆型），内径0.5m，卧管消力池尺寸为：
池深1.0m，池宽1.0m、池长5.0m。
涵管断面尺寸（圆形）：
内径d＝60cm、外径D＝84cm、壁厚δ＝12cm、涵管比降1:
100，涵管长62m。
1.6.5工程效益：
淤地面积3.7hm2，拦泥9.89万m3。
1.6.6主要工程量及投资：
主要工程量：
坝体土方填筑22762m3，坝肩修坡1100m3，清基1900m3,涵卧管基础开挖750m3,人工开挖结合槽850m3,混凝土150.15m3。
工程造价：
总投资24.21万元。
2.水文水利计算
2.1洪水总量与洪峰流量计算
多年平均最大24小时暴雨Ｈ24及其变差系数Ｃv，偏差系数
Ｃs值，崐由《内蒙古水文手册》相应等值线图查得Ｈ24＝63mm,Ｃv＝0.78,Ｃs＝3.5Ｃv，由皮Ⅲ型曲线模比系数查得相应频率模比系数Ｋp值，用下式计算设计频率的年最大24小时暴雨量Ｈ24。
Ｈ24p＝ＫpＨ24
2.2设计频率的24小时洪水总量计算
设计频率24小时洪水总量按下式计算Ｗp＝0.1hpＦ,式中
Ｗp:
频率为p的设计洪水总量（万m3），hp：
频率为p的24小时暴雨径流深（mm），Ｆ：
工程控制的集水面积（km2），0.1：
单位换算系数。
计算结果见水文计算成果表。
泙
水文计算成果表櫽
p（％）
2.0
3.3
10
Ｋp
3.338
2.89
1.95
Ｈp（mm）
210.3
182.1
122.85
hp（mm）
75.6
62.2
36.87
Ｗp（万m3）
11.34
9.33
5.53
2.3设计淤积年限内的泥沙总量计算
由《内蒙水文手册》查得多年平均侵蚀模数M0=8900t/km2·a,淤积年限确定为10年，泥沙容重r＝1.35t/m3。
查ＧB/T16453.3-1996
年均淤积量按下式计算：
Ｓ＝ＦMs
式中：
s──年均输沙量，t；
Ms──年均侵蚀模数，t/km2
Ｆ──坝库以上集水面积，km2
S＝8900×1.5＝13350T
设计淤积年限的总来沙量S总＝10·S＝13.35万t。
2.4拦泥库容ＶL，拦泥坝高ＨL，淤地面积S拦泥库容应能拦蓄设计淤积年限内的来沙总量。
即：
ＶL＝S总／r＝13.35/1.35＝9.89万m3。
查水位~库容、水位～面积曲线,拦泥坝高Ｈ1＝5.74m,相应淤地面积S＝3.7hm2，淤积高程为105.74m（采用以坝轴线为最低点为100.0m的假设高程系统）。
2.5防洪库容是工程在设计淤积高程以上的库容应能拦蓄一次校核洪水总量设计。
即：
ＶL2％＝11.34万m3
查水位～库容曲线得防洪坝高Ｈz＝2.8m，其相应的校核水位（最高洪水位）108.54m。
2.6总库容：
总库容由拦泥库容,防洪库容两部分组成。
即:
Ｖ＝ＶL＋Ｖz＝9.89＋11.34＝21.23万m3攪。
3工程设计
3.1土坝设计
3.1.1坝高：
总坝高由拦泥坝高ＨL，防洪坝高Ｈz和安全超高△Ｈ三部分组成，安全超高依据ＧB／T（6453.3-1996）查得△Ｈ＝1.0m,则设计坝高Ｈ＝Ｈl＋Ｈz＋△Ｈ＝9.6m。
设计坝顶高程为109.6m。
施工期间再加0.5m的沉陷量，则施工坝高为110.1m。
3.1.2坝顶宽B:
坝顶无交通要求,查ＧB/T16453.3-1996,坝顶宽B＝3.0m，坝顶用生物护面。
3.1.3坝坡：
由于淤地坝内蓄水时间较短，故不作坝体稳定分析,由施工方法为小型推土机碾压土坝，故上下游边坡取均1:
3.0。
坝坡采用生物防护，防护范围为上游淤积高程以上坝面和下游全面坝坡，采取密植沙柳网格沙障。
网格规格为1.5×1.5m，沙柳栽植深度为0.5m，露出地面高度0.2m。
3.1.4坝基与岸坡处理：
土坝填筑前要将坝基内的腐殖土杂草清除，坝肩的风化砒砂岩要清除至新鲜砒砂岩面，并将其修整为1:
1.5的坡比，同时开挖宽3.0m，深1.0m的结合槽。
3.1.5质量指标：
坝体填筑要根据土料的性质，按最佳含水量进行控制、碾压坝体干容重不小于1.55g/cm3。
3.2放水工程设计
3.2.1放水工程设计流量
工程运行要求,在短期内泄完清水,以蓄下次洪水和提高坝地保收率等，故斜卧管的放水流量按两日内泄完十年一遇一次洪水总量来确定，即：
Ｑ＝Ｗ／nT×3600＝5.53／2×24×3600＝0.32m3/s。
3.2.2放水孔径计算：
分级斜卧管采用平孔进入，每台设一孔，孔口为圆形，上下两台阶高差0.5m，按同时开启相邻两孔进行设计，孔径用下式计算。
Ｄ＝0.68〔Ｑ（Ｈ11/2＋Ｈ21/2）〕1/2＝0.29m
参照ＧＢ／T16453.3－1996规定，放水孔径取0.3m。
3.2.3卧管及消力池设计
根据实地勘测，放水斜卧管布置于沟道的右岸，输水涵洞轴线与坝轴线基本垂直。
3.2.3.1加大流量,由于水位变化,放水孔调节运用，卧管内流量会出现大于崐设计流量现象，所以在计算卧管和消力池时采用比设计流量加大20-30％崐的加大流量计算，本工程采用加大25％计算：
Ｑ加＝1.25×0.32＝0.40m3/s
3.2.3.2断面尺寸，斜管纵坡i＝1:
2，用混凝土砌筑，取混凝土管壁糙率n＝0.017，初步确定管径为0.5m的圆形断面，按明渠均匀流公式Ｑ＝WC（Ri）1/2进行计算，经计算，当正常水深h0＝0.15m时Q＝0.40m3/s
根据《规范》SL175-2002规定,圆形卧管其直径应为正常水深的2.5倍,经计算卧管直径取0.5m时能够满足水跌下跃高不淹没孔口的要求。
所以确定卧管内径为0.5m的圆形断面。
3.2.3.3消能计算：
卧管末端设消力池与输水涵管连接，消力池的水力计算用《规范》SL175-2002，4、2、4确定池深和池长：
池深d＝1.1×h2-h，为保证产生淹没水跃还应满足
〔（d0＋h）/h2〕〉1.05～1.1
h2＝h0/2〔（1＋δaq2／gh03）1/2攪－1〕计算得h2＝1.19m
式中:
h0攭──第一共轭水深,近似采用卧管正常水深h0＝0.15m
D──卧管直径D＝0.5m
h──放水涵管正常水深h＝0.43m
Q──加大流量Q加＝0.40m3/s
q──单宽流量（m3/s）1.03m3/s
δ──流速不均匀系数δ＝1.1
g──重力加速度g＝9.81m／s2攪
将以上各值代入各式,经计算：
消力池深d0＝0.89m，取为1.0m，根据《规范》SL175-2002消力池长4h2＝4.76m,取为5.0m，消力池宽度b0＝1.0m。
3.2.3.4结构设计：
卧管最低放水孔高程101.3m,卧管顶部高程为109.1m。
为防止放水时卧管发生真空卧管顶部设内径为25cm的通气孔,并高出最高洪水位0.5m，卧管及消力池主要承受水压力和淤泥土压力。
其结构尺寸决定它在水位及淤泥面以下的位置。
参照《内蒙古黄河流域治沟骨干工程细则》进行定型设计，卧管管壁厚0.05m，卧管与卧管基础及放水平台采用200#混凝土浇筑，位于砒砂岩基础之上，基础层厚15cm，为防止整体下滑，卧管基础每隔5米设一道齿墙，齿墙与卧管底板整体浇筑，齿墙宽、深均为0.3m，消力池用200#混凝土浇筑，结构尺寸见附图。
消力池盖板用200#钢筋混凝土预制安装，厚度20cm，消力池大尺寸如下：
消力池净高160cm,侧墙顶宽30cm,底宽50cm。
经结构计算,消力池盖板受力筋选配Φ12＠8.5分布筋Φ6＠25。
3.2.4涵管设计
3.2.4.1断面设计：
输水涵管采用200#钢筋混凝土予制无压涵管,涵管纵坡i＝1/100，取糙率n＝0.017，设计流量Q＝0.40m3/s初步确定涵管直径D＝0.6m，管内正常水深用明渠均匀流计算，当正常水深h＝0.43m时，Ｑ＝ＷC（Ｒi）1/2＝0.4m3/s
根据规范要求正常水深应小于等于涵管净高的75％。
经计算本工程h/D=0.43/0.6=0.72≤75％（D为涵管直径）涵管直径取0.6m,符合规范要求。
3.2.4.2结构设计：
涵管按坝下无压管设计，最大坝高10.1m，管内径D＝0.6m，结构尺寸由《小型水利手册》查得管壁厚10cm，为统一予制，取管壁厚12cm,受力筋直径10mm,间距13cm,保护层厚2.5cm,架立筋直径6mm，间距20cm，混凝土标号200#。
涵管基础为90°包角的200#混凝土基础，厚度20cm，座于新鲜砒砂岩面上。
管间接缝用200#防水砂浆抹带法连接，为防止沿管壁的集中渗流，管身每隔10m设一现浇混凝土截水墙，截水墙高出管身0.5m，厚度0.4m。
3.2.4.3涵洞进出口设计：
为了确保下游农田的灌溉，涵管进出口高程应崐高出相应点的河床高程1.5m左右，涵管进口高程为100.60m，出口高程为99.98m,涵管出口设一消力池,池深0.5m，池长5m，池宽1.5m，用200#混凝土浇筑。
4.效益分析
4.1增产增收效益
4.1.1淤地增产效益:
该工程可淤地3.7hm2，坝前没有土地淹没损失，所淤坝地均为新增，按90％的利用面积，亩产粮食按200kg计算，年可增产粮食9990kg，按1.2元/kg计算，年产值1.199万元。
4.1.2保护耕地效益：
工程建成后，可保护下游15hm2坝地的生产，按亩产200kg，每公斤粮食1.2元计算，年保护效益为5.4万元。
4.2拦泥蓄水效益
4.2.1拦泥效益：
该坝建成后，拦蓄泥沙9.89万m3且抬高侵蚀基准面，减轻沟道侵蚀量。
4.2.2防洪效益：
工程的滞蓄调节作用，减轻对下游15hm2坝地的侵害，同时增加地下水的径流量，为下游坝地利用潜流发展灌溉提供了条件。
5.施工组织设计
5.1施工组织：
合理安排工期，尽量避免临汛坝体开工和冬季施工，工程施工布局合理，减少对两岸原有植被的破坏，开挖面，堆弃物应相对集中，开挖面不要长时间裸露，弃土、弃渣必须运到专门的存放地堆放，并采取防护措施。
施工过程做好土、石料场和施工房屋的排水、导流，工程完工后，各类施工场地开挖面，弃土场必须人工种植沙棘，沙柳等恢复植被。
5.2工程导流和防洪渡过汛
在放水涵洞未建成前，从沟道一侧导流，为防止汛前中小洪水来临影响土料场和坝体填筑，在涵洞上游填筑导流围堰。
围堰按10年一遇洪水设计，经计算10年一遇洪水总量5.53万m3由库前水位及库容计算得，围堰高取5.0m，顶宽1.0m，边坡1:
1.5。
汛期前土坝填筑必须达到防洪渡汛高程，即高程为106.00m。
5.3施工放样及基础处理
土坝放样应根据设计，采用方向线测量法将坝轴线放样在地面上，在其两端用水准仪测定坝基及坝顶高程点,取以坝轴线为中心线定出上、下游坝脚线及坝顶线位置，放水工程采用交汇法在地面上测定开挖中心线。
基础处理：
首先对坝基清除草皮、树根、腐植土，清理并回填水井、洞穴等。
坝基开挖结合槽，底宽1.0m，深1.0m，边坡1:
1。
5.4碾压土坝:
采用推土机分层推土上坝并碾压。
每层填土厚度不超过30cm,碾压到21cm,碾压后坝体干容重不小于1.55g/cm3,坝体横向接缝不小于1:
30，高差应小于1.0m。
土坝与岸坡，土坝与涵洞结合崐机械碾压不到的部位，必须人工夯实，铺土厚度0.15m。
5.5涵管施工：
管座砌筑应根据预制涵管每节的长度，两管接头处应留接缝套管位置,预制涵管应由一端依次逐节向另一端套装,管壁附近填筑土体应采用小木夯分层夯实，当填土超过1m时，再采用机械压实。
6.工程管理运用
工程竣工验收后由工程所在地耳字壕镇政府组织受益群众管理运用，严格参照SL175-2002中骨干工程管护和利用的要求和工程设计的运用方式进行工程的管理，维护和使用，确保工程安全运用和长期发挥效益。
日常管理过程中注意以下几点：
（1）放水工程必须按照设计的运用方式进行，为保证坝下涵管放水为均匀流，平时放水孔口要封闭，放水时从水面开始依次开启两孔，不得随意多开。
（2）工程要经常检查有无异常现象，土坝经常维修雨水冲沟和风蚀造成的破坏。
（3）汛期要建立防汛值班制度，值班人员应在现场观察建筑物有无异常现象，一经发现要及时处理并申报主管部门。
7.工程概算
7.1编制依据
（1）黄河水利出版社《黄河水保持生态工程概算定额》（2001）
（2）黄河水利委员会（2001）《黄河水土保持生态工程设计概（估）算编制办法及费用标准》（试行）。
7.2编制方法
7.2.1人工工资：
***属于七类地区，按黄河水利委员会（2001）取人工工资为13.28元／日。
7.2.2材料预算价格
包括定额工作内容规定应计入的未计价材料和计价材料。
材料预算价格包括市场原价，运杂费，采购及保管费等。
工程建设主要材料预算价格表见表7泙櫬櫭单位：
元
编号
材料
型号
单位
市场
原价
运杂费
采购及保管费
预算价格
1
水泥
525#
t
375.4
60
17.4
452.8
2
水泥
425#
t
337.7
60
15.9
413.6
3
钢材
线材
t
2547.7
60
104.3
2712
4
钢模
t
4497.7
60
182.3
4740
5
木材
原木
m3
857.7
60
36.7
954.4
6
木材
板材
m3
1277.7
60
52.5
1391.2
7
柴油
0#
t
2847.2
72
116.8
3036
8
汽油
90#
t
2697.2
72
110.8
2880
9
砂子
m3
20
15
35
10
碎石
m3
30
20
50
11
块石
m3
45
25
70
12
铁钉铅丝
Kg
4
0.03
0.16
4.19
13
电焊条
kg
10
0.03
0.4
10.43
櫫洔7.2.3施工机械台班费
根据《黄河水土保持生态工程概算定额》中施工机械台班定额及有关规定计算。
对缺项的施工机械定额,可参照1991年由水利部,能源部颁发的《水利水电工程机械台班费定额》计算，计算见附表
7.2.4建筑工程单价编制
建筑工程单价由直接费、间接费、计划利润和税金四部分构成。
7.2.4.1直接费：
包括基本直接费和其他直接费两部分。
①基本直接费包括人工费、材料费和机械使用费。
②其他直接费包括冬季雨季施工增加费、夜班施工增加费，小型临时设施摊销费及其他，费率统一取2％。
7.2.4.2间接费：
按直接费的比率计取，具体费率见表7-3
间接费费率表表7-3櫷泙
工程类别
计算基础
间接费率（％）
土石方工程
直接费
3
混凝土工程
直接费
3.5
植物工程
直接费
4
7.2.4.3计划利润：
按（直接费＋间接费）×3％计算。
7.2.4.4税金：
按（直接费＋间接费＋计划利润）×3.22％计算。
7.2.4.5单价合计：
直接费＋间接费＋计划利润＋税金。
7.2.4.6土方定额
经实地勘测，筑坝土料场选定在坝轴线上下游沟底和两岸岸坡，沟底取土深度约为1m左右，其余土料应从岸坡取运。
初步估算坝体填筑的平均运距为50m左右。
按《黄河水土保持生态工程概算定额》中4075定额计算执行，计算中将自然方定额换算为压实方定额。
加入碾压定额得出综合单位定额。
各项建筑工程单价见单价汇总。
7.3总概算：
工程总概算投资24.21万元。
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