山坪塘设计报告.docx

1、 YUKI was compiled on the morning of December 16, 2020山坪塘设计报告目 录1 工程概况- 1 -1.1工程基本情况- 1 -1.2*山坪塘工程主要特性表- 2 -2水文- 4 -2.1概述- 4 -2.2基本资料- 5 -2.3设计洪水计算- 5 -2.4坝顶高程计算- 9 -3工程地质- 14 -3.1 区域地质及地震- 14 -3.2 库区工程地质条件及评价- 14 -3.3 坝址工程地质条件及评价- 14 -3.4 天然建筑材料- 15 -4主要建筑物除险加固设计- 16 -4.1工程等级和洪水标准- 16 -4.2设计依据- 16

2、-4.3 枢纽工程设计- 17 -4.4 大坝的渗流及坝坡稳定计算- 20 -5工程投资概算- 24 -5.1 工程概算指标- 24 -附图：附图1 *山坪塘设计平面图（*-DJW-001）；附图2 大坝最大断面图（*-DJW-002）；附图3 溢洪道设计图（*- DJW -003）；附图4 放水卧管设计图（*- DJW -004）；1 工程概况1.1工程基本情况1.1.1 *山坪塘介绍*山坪塘位于*县*镇三磊子村3社，是一座以灌溉为主，兼有养殖、防洪综合利用效益的山坪塘水利工程。*山坪塘坝址处河床底部高程806.00m（高程系统为假设高程系统），坝址以上控制流域面积0.06km2，主河道长0

3、.50km，流域平均比降141.56。总库容0.87万m3，灌面110亩。*山坪塘工程由大坝、溢洪道、放水设施组成。最大坝高12.55m，按照总容积在2万立方米以上或坝高在6m以上的山平塘工程。该工程为等工程，工程主要建筑物为5级，次要建筑物为5级。主要建筑物设计洪水标准重现期为10年一遇，校核洪水标准重现期为50年一遇。坝型为均质土坝，最大坝高12.55m，坝顶宽3.50m，坝顶轴线长40.00m。坝顶高程813.00m，迎水面坡比为：1：2.0，背水面坡比依次为1：2.0。内外坡为C15混凝土六棱块护坡，六棱块边长为250mm，厚100mm。在外坡坝脚建贴坡排水，顶高程为805.60m，高

4、5.00m，内坡坡比为1：2.0，外坡坡比为1：2.5。贴坡排水和坝体接触处设15cm厚粗砂和15cm厚碎石的反滤层。溢洪道布置在左坝肩，控制段高程为812.00m，堰顶宽度为2m，堰高1.00m。堰底采用20cm厚的C20混凝土。边墙采用C20混凝土的重力式挡土墙，顶宽0.5m，内坡垂直，外坡坡比为1:0.4。边墙和底板下设10cm厚的C15混凝土垫层。*山坪塘放水设备位于大坝左坝上。放水设施布置在左侧坝体上，采用卧管和涵管的形式。卧管和涵管均采用C20钢筋混凝土结构。卧管进水口孔径为200mm，上面采用钢板拍门结构，详见设计图。涵管净空断面为300400mm，壁厚为150mm。1.1.2

5、设计标准*山坪塘最大坝高12.55m，按照总容积在2万立方米以上或坝高在6m以上的山坪塘工程整治，可参照小（二）型水库除险加固的有关技术规范。该工程为等工程，工程主要建筑物为5级，次要建筑物为5级。主要建筑物设计洪水标准重现期为10年一遇，校核洪水标准重现期为50年一遇。1.2*山坪塘工程主要特性表*山坪塘工程主要特性见表1-1：表1-1 *山坪塘工程特性表 序号项 目 名 称单位主要指标一流域特性1集雨面积Km20.062主河槽长度Km0.503主河槽比降141.564多年平均降水量mm1049.65设计洪峰流量m3/s1.056设计洪水总量万m30.587校核洪峰流量m3/s1.558校核

6、洪水总量万m30.80二山坪塘特性1死水位m809.002正常蓄水位m812.003设计洪水位m812.464校核洪水位m812.595死库容万m30.226正常库容万m30.727总库容万m30.87续表1-1 *山坪塘工程特性表序号项 目 名 称单位主要指标三枢纽特性（一）大坝1坝型均质土坝2坝顶高程m813.003最大坝高m12.554坝顶长度m40.005坝顶宽度m3.50（二）泄洪建筑物1溢洪道型式正槽开敞式2堰顶宽度m2.003最大下泄流量m3/s1.284堰顶高程m812.00（三）放水设施1放水建筑物型式卧管卧管涵管2长度m3断面尺寸（宽高）m直径20cm0.3*0.4m4最低

7、取水高程m809.005最大放水流量m3/s0.1四工程效益1设计灌溉面积亩1102山坪塘对下游影响110亩田地和下游村庄注:本次复核工作中利用1：500实测地形图，高程系统采用假定高程系统，坐标系采用独立坐标系。2水文2.1概述2.1.1 基本资料的收集、整理与复核 流域洪水复核资料 本项目流域内无水文站和雨量站，属无实测资料地区。因此采用暴雨途径计算设计流量。按照小流域推理公式法方法计算，并进行成果合理性分析取值。本次根据流域1/10000地形图，经现场踏勘，核实流域分水岭，量算流域面积、河长及河道平均比降，为：F=0.06km2，L=0.50km，J=141.56。 山坪塘工程资料1）山

8、坪塘库容曲线水位库容曲线根据库区万分之一地形图进行计算成果，见表2-1。2）山坪塘面积曲线水位面积曲线根据库区万分之一地形图进行计算成果，见表2-1。表2-1 *山坪塘库容曲线和面积曲线表水位面积（亩）库容（万m3）18060.93028071.040.0738081.140.1448091.260.2258101.940.3368113.070.4978123.680.7288134.310.98图2-1 *山坪塘水位库容、面积关系曲线2.2基本资料本项目流域内无水文站和雨量站，属无实测资料地区。因此采用暴雨途径计算设计流量。按照小流域推理公式法计算。本次根据流域1/10000地形图，经现场

9、踏勘，核实流域分水岭，量算流域面积、河长及河道平均比降，为：F=0.06km2，L=0.50km，J=141.56。2.3设计洪水计算2.3.1暴雨特征流域处在亚热带季风气候区，气候湿润多雨，常出现大雨或暴雨，暴雨出现时间为410月，其中以6月和7月出现频率最高，强度最大。与之相对应，年最大洪峰流量发生在49月，多发生在67月。2.3.2洪水特征工程区地形属于深丘区，河谷狭窄，汇流较快，河槽调蓄能力小，因此，洪水具有陡涨陡落的特点，洪水多为单峰型，一次洪水过程约持续七个小时左右。通过该河流域洪水过程线分析，P=10%洪水涨退全过程为6.93h，形成洪峰时间为0.45h，峰型多为单峰。2.3.3

10、设计暴雨采用四川省中小流域暴雨洪水计算手册中最大1/6h、1h、6h、24h暴雨均值及变差系数等值线图的查值成果。暴雨资料统计参数见表2-2表2-2 *山坪塘区域暴雨参数表利用资料时段（h）均值（mm）CvCs查手册1/6 150.353.5Cv1400.453.5Cv6700.43.5Cv24820.453.5Cv2.3.4设计洪水2.3.4.1 洪水计算方法及标准（1）计算方案*山坪塘河道流域范围内无实测洪水资料,按照暴雨途径计算设计流量。本次根据SL44-2006水利水电工程设计洪水计算规范，查四川省中小流域暴雨洪水计算手册（以下简称手册）中的暴雨资料，采用推理公式法计算坝址设计洪水，并

11、进行成果合理性分析。推理公式的基本关系式为式中：Q最大流量，（m3/s）；洪峰径流系数；i最大平均暴雨强度（毫米/小时）；s暴雨雨力，即最大1小时暴雨量（毫米/小时）；n暴雨公式指数；F集雨面积（平方公里）；L自出口断面沿主河道至分水岭的河道长度（公里）；J沿L的河道平均坡度；流域汇流时间（小时）；当的流域汇流时间（小时）；产流历时（小时）；u产流参数，即产流历时内流域平均入渗强度（毫米/小时）；m汇流参数。（2）洪水计算标准根据水利部颁发的水利水电工程等级划分及设计标准（SL252-2000）的有关规定，*山坪塘工程等别为等，永久性主要水工建筑物级别为5级，本次采用设计洪水标准P10%，校核

12、洪水标准P2%。2.3.4.2设计洪峰流量成果复核及合理性分析（1）推理公式计算洪水1）暴雨参数：设计雨力Sp及暴雨公式指数n，参数n在不同暴雨历时范围内,其取值不同。*山坪塘暴雨历时t在16h范围内，故按暴雨历时t=16h范围内的相应公式计算设计雨力Sp及暴雨公式指数n。2）产流参数：根据*山坪塘所在的地理位置、地质概况、植被较差；垦植度大、水土保持能力较弱，采用手册中表3-1盆地丘陵区的值统计系数公式：=4.8F-0.19、CV=0.18、Cs=3.5CV计算各设计值。3）汇流参数m：根据手册中表3-2的m值综合成果表，盆地丘陵区的m值计算公式：当=130时，m=0.400.204。成果见

13、表2-3。表2-3 洪峰流量计算成果表方法P=10%洪峰流量（m3/s）P=2%洪峰流量（m3/s）手册推理公式1.051.55表2-4 *山坪塘设计洪水成果表频率P（）102洪峰流量Q（m3/s)1.051.55洪水总量W（万m3）0.580.802.3.4.3设计洪水过程线该河流为山溪性河流，洪水过程具有陡涨陡落的特点，峰型为单峰尖瘦型，校核、设计洪水过程线见表2-5。表2-5 *山坪塘校核、设计洪水过程线序 号P10P=2%时 程 (h)流 量(m3)时 程 (h)流 量(m3)1000020.030.05230.0280.077730.060.1050.0560.15540.090.2

14、090.0840.31150.1360.4190.1260.62260.1960.6280.1820.93370.2710.8370.2521.2480.3620.9940.3361.4890.4521.050.4211.55100.6330.9940.5891.48110.8140.8370.7571.24121.10.6281.0230.933131.5520.4191.4440.622142.2450.2092.0890.311153.1640.1052.9440.155164.1890.05233.8980.0777176.93106.4490图2-2 *山坪塘校核、设计洪水过程线图2

15、.4坝顶高程计算2.4.1调洪演算山坪塘工程资料1）山坪塘库容曲线和面积曲线水位库容曲线和水位面积曲线，见表2-1。2）山坪塘泄流能力曲线*山坪塘正常蓄水位为812.00m，相应正常库容0.72万m3。山坪塘调洪设计、校核洪水采用坝址设计洪水过程线，设计洪水标准为P=10%，校核洪水标准为P=2%，山坪塘无防洪限制水位，调洪按静库容水量平衡法从山坪塘正常水位812.00起调。溢流进口宽度2.00米，溢洪道按自由下泄进行计算，其泄流能力曲线成果见表2-6。溢流堰泄流流量采用宽顶堰堰流公式：公式中：b每孔净宽，b=2.0米；n孔数，n=1；H0包括行近流速水头的堰前水头，即；v0行近流速；m自由堰

16、流的流量系数，它与堰型、堰高等边界条件有有关；收缩系数，它反映由闸墩（包括翼墙、边墩和中墩）对堰流的横向收缩，减小有效的过流宽度和加大局部能量损失对泄流能力的影响；淹没系数；当下游水位影响堰的泄流能力时，堰流为淹没出流，其影响用淹没系数来表达；当下游水位不影响堰的泄流能力时，为自由堰流，此时，=1；表2-6 *山坪塘水位泄流曲线高程（m）流量（m3/s）高程（m）流量（m3/s）812.10 0.051812.60 1.317812.20 0.153812.70 1.659812.30 0.286812.80 2.027812.40 0.717812.90 2.419812.50 1.0028

17、13.00 2.833图2-3 *山坪塘水位泄流曲线图调洪成果*山坪塘正常蓄水位为812.00m。山坪塘调洪设计、校核洪水采用坝址设计洪水过程线，设计洪水标准为P=10%，校核洪水标准为P=2%，山坪塘无防洪限制水位，下游无限制泄量要求，调洪按静库容水量平衡法，溢洪道自由下泄进行计算，其调洪成果见表2-7。表2-7 *山坪塘调洪演算结果洪水频率（%）2%10%起调水位（m）812.00812.00洪峰流量（m3/s）1.280.89最高洪水位（m）812.59812.46最大库容（万m3）0.870.84最大泄流量（m3/s）1.280.87由表2-17可知：调算结果山坪塘校核、设计洪水位分别

18、为812.59m和812.46m，最大下泄流量分别为1.28m3/s和0.89m3/s，相应库容分别为0.87万m3和0.84万m3。2.4.2坝顶高程计算按小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范（SL189-2013）要求，坝顶超高（指坝顶高于正常运用或非常运用情况时静水位的高度）按公式计算确定为：设计洪水位（P=10%）812.46m，校核洪水位(P=2%)812.59m。*山坪塘大坝为均质土坝。溢流道为无闸开敞式溢流。超高按下式确定：yRA式中：y坝顶超高，m；R最大波浪在坝坡上的爬高，m；A安全加高，m。波浪的波高和平均波长采用官厅山坪塘公式：；式中：h当gD/W2=20-250时，为累

19、积频率为5%的波高h5%（m）；当gD/W2=250-1000时，为累积频率为10%的波高h10%（m）；W计算风速（m/s）。正常运用情况下取W=1.5V；非常运用情况下取W=V。V为多年平均最大风速，V=17m/s。D风作用于水域的长度（km），在此取D0.36km；Lm平均波长（m）。由该公式求得hw。风雍水面高度计算公式如下：式中：e计算点处的风雍水面高度（m）；D风作用于水域的长度（km），在此取D0.36km；K综合摩阻系数，取3.610-6；计算风向与坝轴线法线的夹角（）；Hm水域平均水深（m）；平均波浪爬高计算公式如下：式中：Rm平均波浪爬高（m）；m单坡的坡度系数；斜坡的糙率

20、渗透性系数，根据坡面类型确定，本工程为砼护坡，取=0.9；经验系数；hm平均波高（m）；经计算，坝高复核成果见表2-8：表2-8 *山坪塘坝高复核成果表项 目山坪塘水位(m)R(m)A(m)坝顶高程设计情况812.460.470.5813.43校核情况812.590.420.3813.31从表中可以看出坝顶高程小于计算坝顶高程，故山坪塘现状的泄洪和大坝的防洪能力不满足相关规范要求。设计洪水位+0.50m和校核洪水位均低于坝顶高程，所以可以采用增设防浪墙高1.2米，兼作防护栏杆使用，以保证大坝安全运行，既可以满足设计要求。3工程地质3.1 区域地质及地震*山坪塘位于*县三磊子村3社，所属的大地构

21、造单元为重庆陷褶束（1级）万州凹褶束（1级），为一系列北东南西背、向斜构造，晚近期以来未见活动断裂发育，工程区位于石柱向斜的南东翼。据1400万中国地震动参数区划图（GB183062015），工程区地震动峰值加速度为0.05g，反应谱特征周期为0.35s，相应地震基本烈度为度，地震设计分组为第一组，属构造相对稳定弱震环境，无影响工程建设的区域构造存在。3.2 库区工程地质条件及评价库区属构造剥蚀低山地貌，山体呈北西向展布，地表覆盖层为第四系残坡积粘土、粉质粘土，多为硬塑，部分可塑，厚度变化不一，两岸山坡可见零星的裸露基岩，覆盖层厚度一般小于1.5m，坡脚及山谷处4.06.0m。下伏地层为侏罗系

22、中统沙溪庙组（J2s），岩性为紫红、棕红、灰紫色泥岩、粉砂质泥岩及泥钙质胶结的粉砂岩与浅灰绿色泥质胶结的长石石英砂岩互层，岩层倾向NW，倾角59，砂岩裂隙较发育，推测强风化厚度13m。库区无断层及构造破碎带发育，两岸山体雄厚，下伏地层为相对隔水的粘土岩组成，库周近距离无低矮垭口、单薄分水岭及低邻谷存在，蓄水条件较好；库岸植被发育，树木茂密，无滑坡、崩塌等不良工程地质现象，水库蓄水后对库岸整体稳定无影响，水库浸没及淤积问题不严重。总体而言，*山坪塘库盆封闭条件较好，具备成库条件。3.3 坝址工程地质条件及评价坝址发育构造剥蚀低中山地貌，两岸基本对称，地形坡度3545，局部砂岩裸露地段坡度陡立。两

23、坝肩为薄层的第四系残坡积层覆盖，成分以粘土、粉质粘土夹碎石为主，多为硬塑状，厚度小于1.5m；河谷地形平坦，为阶梯式农田平台组成，覆盖层为残坡积粘土、粉质粘土，多为硬塑，部分可塑，厚度5.06.0m。坝址大地构造位于石柱向斜的南东翼，单斜岩层，产状30131559，发育地层为侏罗系中统沙溪庙组（J2s），岩性为紫红、棕红、灰紫色泥岩、粉砂质泥岩及泥钙质胶结的粉砂岩与浅灰绿色泥质胶结的长石石英砂岩互层，推测强风化厚度13m。地下水类型为基岩裂隙水、第四系松散岩类孔隙水，主要受大气降水补给，水量贫乏，对枢纽建筑物无影响。坝址区无区域性活动断裂及构造破碎带通过，地质构造稳定；也无滑坡、崩塌、危岩等不

24、良工程地质现象发育，建议坝基置于下部经碾压密实的粘土、粉质粘土层或强、弱风化基岩之上；为减少坝基、坝肩渗漏问题的处理难度，建议坝线应尽量避开砂岩区，坝肩应尽量开挖至弱风化岩体。坝基岩（土）物理力学参数主要根据工程经验并类比周边同类工程提出，见表3.3-1及3.3-2。表3.3-1 坝基土物理力学指标建议值名称密度（g/cm3）天然固结抗剪强度饱和固结抗剪强度渗透系数（10-5cm/s）物理力学指标天然密度饱和密度c（kPa）（）c（kPa）（）坝体粉质粘土1.901.9518.4318.0013.416.00120表3.3-2 坝基岩体物理力学指标建议值岩性天然密度（g/cm3）饱和密度（g/

25、cm3）抗剪强度(MPa)变形模量（Mpa）弹性模量（Mpa）地基承载力（Mpa)fCf强风化泥岩2.352.40/0.30/300弱风化泥岩2.512.530.500.180.40850950800强风化砂岩2.252.30/0.35/350弱风化砂岩2.372.430.600.300.457000750012003.4 天然建筑材料（1）土料本工程拟修建均质土坝，所用土料建议就近在库区开采，土料由残坡积粘土、粉质粘土构成，夹有少量的碎石，呈硬塑状，局部可塑，渗透系数一般小于10-4cm/s，储量大于15000m3，质量、储量基本能满足山坪塘填筑要求，平均运距500m，局部表层1.0m含有植

26、物根系及腐殖质层，土质均一性差，施工遇该层时建议清除作弃土处理。（2）混凝土骨料本工程混凝土骨料用量不大，山坪塘附近无可供开采的砂料、碎石料，建议在离工程区最近的*镇购买，运距约15km。4主要建筑物除险加固设计4.1工程等级和洪水标准4.1.1 工程等别及建筑物级别*山坪塘是一个以灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合利用的山坪塘。山坪塘枢纽由大坝、放水设备、溢洪道组成。正常蓄水位812.00m，相应库容0.72万m3，设计洪水位812.46m，相应库容0.84万m3，校核洪水位812.59 m，相应库容0.87万m3，有效灌溉面积110亩。根据水电部颁发水利水电工程等级划分及洪水标准(SL 252

27、2000)规定，参照V等工程，主要建筑物为5级，次要建筑物为5级。4.1.2 设计洪水标准及相应特征水位按防洪标准（GB50201-2014）水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）标准执行。（1）洪水标准山坪塘挡水坝坝型为均质土坝，枢纽工程永久建筑物设计洪水标准为10年一遇，校核洪水标准为50年一遇。（2）特征水位校核洪水（P=2%）时，最大下泄流量1.28m3/s，校核洪水位812.59m；设计洪水（P=10%）时，最大下泄流量0.87m3/s，设计洪水位812.46m；正常蓄水位为812.00m。4.2设计依据（1）重庆市水利局、重庆市发改委等部门对工程的各项要求；（2）重庆市*县*山坪塘枢纽地质勘察。（1）工程建设标准强制性条文(水利工程部分)；（2）水利水电工程初步设计报告编制规程（SL619-2013）；（3）防洪标准（GB50201-2014）；（4）水利水电工程等级划分及洪水标准（SL2522000）；（5）小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则（SL189-2013）；（6）碾压式土石坝设计规范（SL2