淤地坝设计说明书

一、已知基本资料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与库容V、淤地面积A的关系见图；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m3，200年一遇设计洪水流量Q200=180m3/s，洪水总量W洪＝17万m3；5.沟道无常流水；6.坝址附近有充足的筑坝土料，土壤内摩擦角φ＝20°，内聚力c=m27.放水洞设计流量Q=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地形图上进行枢纽布置；3.拟定淤地坝断面形状及尺寸；4.进行坝坡稳定分析计算(k=；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附近有充足的筑坝土料，所以选择土坝；淤地坝对防渗性的要求小于水库的要求，沟道无常流水，故可采用施工方便的均质土坝。

坝址附近没有充足的水资源，故选用碾压坝。

2.坝址选择在流域沟道坝址地形图中有两个轴线位置可以选择，其中轴线二处沟谷狭窄，上游地形开阔平坦，并处于口小肚大的葫芦口地形处，在轴线二处筑坝工程量小、库容大、淤地面积大。

因此，选中在轴线二处筑坝。

3.拟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的确定根据公式s srT nKF V) 1(-=拦，代入坝库排沙比n s=0，淤积年限T=5，γs=，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=*104m³查H—V关系曲线得，拦泥坝高H拦=滞洪库容和滞洪坝高的确定采用试算法，拟定多个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（1－V滞/W洪），求出Q，按堰流公式Q泄=MBH3/2求溢洪道宽度B，得出多组数据泄经过多次假设计算，对工程作经济、技术比较，确定h滞为米时合适，该h滞所对应的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根据土坝安全加高值表，确定设计安全加高⊿H为坝高校核由W200=17万m³，算出Q校核=³/s，根据公式Q泄=MBH3/2，求出H校核=，H滞+⊿H-H校核=<1，所以+1=即为最终h滞，校核完成。

坝高=H淤+H滞+⊿H=++=（2）坝断面结构构造及尺寸（含坝坡稳定分析计算(k=)（一）坝顶宽度坝顶宽度根据坝高及交通要求确定，结合坝高、顶宽与边坡比表格与设计数据，确定顶宽为4M，上游坡坝坡比为1:；下游坡坝坡比为1:（二）坝坡马道对于坝高大于10~15m的土坝，考虑到施工行人、交通、堆放材料、机件方便和坝坡排水，常在坝高中部设1~宽的横向水平通道，即马道。

本设计初设在坝高，即海拔处设一宽为的马道。

（三）坝边坡设计马道后下游坡坝比在马道下部较缓，上部较陡，设计坡坝比马道以下为1:；马道以上为1:（四）坝坡保护（五）土坡稳定性分析设计中有三个坡度，取最大坡度进行土坡稳定性分析，即下游马道上部土坡，使用泰勒稳定数法计算。

由土壤内摩擦角φ＝20°，坡脚为°，φ′=φ/K=20/=16°，查泰勒稳定数图表得：Ns=所以安全系数K==>，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，相比较右岸节约资金，选择左岸设置溢洪道。

（2）布置形式设计的淤地坝集水面积较大，泄洪量较大，按照工程安全的原则，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，因为堰上水深为H滞=，设计堰长=5*H滞=陡坡段尺寸计算计算临界水深h k因为陡坡段为土基，所以设计断面为梯形根据公式，采用试算法求h k,临界水深计算HK Q Hk Q1求得h k=计算临界底坡i k计算得过水断面面积ωk=㎡,X K=㎡，R K=，C k=，K K=s，所以i k= 设计陡坡段底坡i=1:5>i k=，所以陡坡水流为急流，可按照陡坡计算。

计算陡坡长度L0根据公式计算得L0=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=；C为谢才系数，，n为粗糙系数，n=；R为水力半径，，Xk为湿周，；i为底坡坡度，i=。

代入数据使用试算法求H0正常水深计算H0Q HO Q所以当Q 泄=s 时，H 0=计算水面曲线 根据公式=Ji v h v -+-+).().(21112222h ααJ =21(RC vRC v2222212121..+)式中：L ∆为溢洪道陡坡段相邻两过水断面的水深，单位m ；i 为底坡比降，i=1:5；J 为溢洪道陡坡段相邻两过水断面水力坡度的平均值；h1,h2为溢洪道陡坡段相邻两过水断面的水深，单位m ；v 1,v 2为溢洪道陡坡段相邻两过水断面的平均流速，单位m/s ；a1、a2为相邻两过水断面动能修正系数，取。

计算数据如下表格水面曲线计算hAVXJ JΔLL0 0根据数据绘制水面曲线图如下从数据得时的L=<,由此可以说明陡坡段末端水深达到正常水深。

陡坡终点水深ha和末端流速Va计算因为求出的水面曲线的长度L=<溢洪道陡坡段长度，所以陡坡段末端水深h a=正常水深h0=，Q泄=s，过水断面面积A=（B+H）H=+×=，Va==s陡坡边墙高度H确定边墙高度H计算公式为为了计算和施工的方便，陡坡侧墙的高度由陡坡起始端侧墙高度H始与陡坡末端侧墙高度H末两点连线确定，因此，只需要计算出H始和H末两个数值即可。

H始计算：h k=，V k=s，所以H始=h+h B+△h=+*100+1=，设计为H末计算：A=（+）*=㎡，V a=s,h a=，所以H末=+*100+1=，设计为出口段尺寸计算确定是否使用消力池设计尾水渠为宽度为，边坡比为1:1的明渠应用谢才公式的变形形式使用试算法得出尾水渠的流量与水深表格数据尾水渠Q H Q H由表格数据得Ht=2／g*h′3）1/2-1]根据公式h″=（h′／2）*[（1+8q取h′为正常水深H0=，计算得h″=>Ht=,所以必须修建消力池消力池深度计算使用经验公式：S=（h″-Ht）其中：h〞—以陡坡段末端水深h a为跃前水深计算出的跃后水深，单位m；Ht—尾水渠正常水深，单位m代入数据得S=所以消力池深度设计为。

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；h”为跃后水深，h”=；h’为跃前水深，h’=计算得L=**（）=所以消力池长度为（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，边坡采用1:2渐变段使用扭曲面作为导流墙，用厚度为的浆砌石衬砌，墙顶超高1m，底板上游端做防渗齿墙，齿墙深入地基约1m，厚,底板砌厚溢流堰设计的淤地坝地基为土基，所以设计为宽顶堰，底板厚,横截面为梯形，。

堰体底板与渐变段底板相连，连接处做一深1m，厚的防渗抗滑齿墙。

堰边墙用浆砌石建造，为挡土墙形式，墙高2m，顶宽,基础厚。

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。

为了防止不均匀沉降，陡槽沿着纵坡每隔10m留一沉陷缝。

每段陡槽的起始端都设置深1m，厚的防渗抗滑齿墙。

对底板使用厚度为的块石进行衬砌，为了防止陡槽底板冰冻发生裂缝，还需在底板下铺设的砂卵石垫层反滤排水及纵向排水沟。

由于陡槽中水的流速较大，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=；v为槽中流速；h为槽中水深d始=***=<d末=***=<所以d=符合要求出口段设计出口段包括消力池、渐变段和尾水渠三部分。

渐变段和尾水渠与进口段结构相同，尾水渠即是一般明渠。

尾水渠宽度，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，厚，底板下设反滤排水孔和反滤层，侧墙构造同于陡槽。

底板池底厚度d使用如下公式校核：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=+，a为陡槽末端射流与水平面夹角。

tana=，Vc=Va=s，hc=s，K=+=+*=则=××^=因为d=<1，所以消力池底板厚度设计为1m满足要求。

5.放水建筑物（1）组成形式放水工程由进口取水工程、输水工程和出口消能工程组成。

取水工程常见者为卧管、竖井和放水塔；输水工程常见者为坝下涵洞、管道和隧洞；出口消能工程常见者为底流消能，有时也为挑流消能。

（2）放水工程的作用对已经淤成的坝库，防水工程的作用主要是排除坝内积水，保证坝地生产安全，降低盐碱化；对未淤成的坝库，主要是排水腾空库容，拦蓄径流泥沙，调节洪水径流。

（3）工程布设左岸已经有溢洪道工程，在河道右岸设计放水建筑物；考虑到需要分期加高淤地坝，进口位于最终加高坝的上游坝坡处；涵洞出口消能工程布设在土坝下游坝坡坡脚以外，卧管纵向坡度设置为1:，输水涵洞埋于坝基，设置纵向坡度为1:100。

（4）水力计算卧管水力计算卧管上端高出坝库最高水位2m。

为防卧管放水时发生真空，卧管上端顶部设置通气孔。

卧管涵洞水流应保持无压自由留，为此，卧管涵洞高度应比正常水深大3~4倍。

进水孔尺寸计算卧管进水孔设计为单孔，则其直径可按下式计算Q=μ*ω*式中：μ——流量系数，与进口形状有关，对于圆孔一般取2ω——进水孔断面面积，对圆形孔=πdQ——放水洞设计流量，由条件知=s；H——单孔中心距水面高，一般为一级台阶高，设计为。

代入数据算出d=>，不符合要求，所以同一台阶设两个孔代入数据算出d=<，符合要求卧管涵洞断面尺寸计算卧管涵洞断面尺寸按照加大流量计算，Q加=设=×=s，设计断面为矩形，设计断面宽度B=1m应用谢才公式的变形形式求断面高度，使用试算法得出数据断面高度计算Q H Q H1所以H=，卧管涵洞高度是正常水深的3倍，则H卧=*4=>；宽度B=1m>，都符合要求消力池水力计算应用Q设=s，根据公式求出b0=1+=，根据谢才公式的变形形式使用试算法得出Q和水深的关系数据消力池正常水深计算Q H Q H1由数据得正常水深h0=应用公式，计算跃后水深，h1=h0=，q为单宽流量，计算得h2=所以池长：L=3h2=3×=，设计为；池深：d=（h2-h1）=×，设计为为了保证池内产生淹没水跃，需要满足以下要求：(d+h1)/h2=+/=>,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，根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=*20***1=mQ大=*20***1=m根据下述公式式中：h为板厚；b为盖板单宽，取；δ为条石允许拉应力，δ=；δT 为条石允许剪应力，δT =。