拦河坝设计

拦河坝设计坝型为自由溢流重力坝，采用M7.5浆砌块石，迎水面设0.2mC15砼结构。设计坝高为1.5m，溢流堰长度分别为4m、3.5m、4.5m、5m和4.5m，坝顶宽度为1.00m，坝基础底宽为3m，高0.50m，坝身上游面为垂直，下游面坡比为1:1。护岸采用M7.5浆砌块石，墙高高出坝顶1m，基础为扩大基础，顶宽0.5m，内侧坡比为1:0.30，外侧为1:0.15。1水文水利计算拦河坝控制流域面积经从1：1万地形图量算。洪峰流量采用地区经验公式计算设计洪峰流量，小流域汇流计算采用经验公式，其解释表达式：Q=C.FnCv=1.17/F0.11Cs=3.5CvQp.=(Φp.Cv+1）Q式中：Q――年最大洪峰流量的多年平均值（m3/s）Qp―――设计洪峰流量（m3/s）C---综合系数取值4.2n――指数取值0.75则：Q=4.2F0.75F----流域面积（km2）Cv――变差系数Cs――偏态系数Φp――皮尔逊Ш型曲线的离均系数拦河坝10年一遇洪水设计流量计算见表5-1表5-1拦河坝10年一遇洪水设计流量计算项目名称FQCvCv/CsQp备注单位km2（m3/s）（m3/s）小岭11.77.140.853.515.3小岭20.62.520.883.55.4小岭30.41.680.823.53.6坑柄2.912.180.783.526.1赤岩坑0.41.680.793.53.6东岩山头0.72.940.773.56.3大际坑0.83.360.783.57.2黄隔1.14.620.973.59.9岭头水库312.600.923.527黑垄坑0.62.520.973.55.4拱桥坑头0.421.760.953.53.78过岭坑1.25.040.933.510.8本基湾0.41.680.853.53.6祖龙坑0.41.680.843.53.62坝基工程地质条件Ⅰ、基本地质条件坝址地形较陡，两岸山坡坡度约30-40о，出露岩性为朱罗系(J3C)地层，岩性以砂岩、凝灰岩为主；岩浆岩（γ52（3）C），岩性以花岗岩、黑云母花岗岩为主，岩体呈弱风化状，强度较高。河床为冲洪积砂砾卵石、漂石覆盖。地质构造较简单，仅发育几组节理裂隙，未发现不利于岩体稳定的结构面或结构体。据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）及福建省建设厅文件《闽建设（2003）10号》，清流县地震设防烈度为6度。Ⅱ、坝基开挖原则1、河床部位，冲洪积不宜作为坝基，应予以清除。开挖深度0.5-1.0m。2、岸坡坝基应清除表部松动岩体、崩积物及残坡积土，开挖深度1.0-2.5m。3、建议边坡开挖坡度：坡残积土厚度小，易清除，强风化带岩体1：0.75，弱风化带岩体1：0.3～0.5。Ⅲ、坝基稳定分析由于弱风化基岩埋深较深，坝基可座落于强－弱风化基岩上，岩体内无不良构造线穿过，不存在坝基深层滑动的边界条件，坝基稳定性好。据工程类比，该弱风化岩体天然容重为27.0KN/m3，抗剪断强度中，内摩擦角为24.5o，粘聚力为6.5Mpa，岩石饱和极限抗压强度为50.0Mpa，完全满足拦河坝对地基承载力的要求。Ⅳ、坝基渗漏根据坝基岩体节理裂隙发育程度及结构类型，坝基及坝肩岩体强－弱风化岩层，以弱透水～微透水或微～极微透水为主，透水率为q＝5～0.5（Lu）或q＝0.5～0.05（Lu）；在坝肩为强－弱风化的局部地段存在渗漏及渗透问题，应予以处理。Ⅴ、边坡稳定问题边坡以强－弱风化岩质边坡为主，且开挖高度有限，边坡稳定。3大坝设计计算(1)坝型选择引水坝是在冲毁坝址上重建，结合实地察看和地形地质情况，拦河坝采用溢流重力坝。(2)洪水成因及特性：本流域洪水由暴雨形成，形成本流域暴雨的主要大气系统是切变、涡切变，低槽和低涡等。三、四月由于小槽涡频频活动于西风带而出现小暴雨，五、六月间受地面低压锋系和盛行的西南气流影响，冷暖气团在本流域上空交绥对峙，极锋在北地带活动频繁，常产生大范围、持续性的暴雨天气。历年最大洪水及历史特大洪水多系锋面所致，台风对本流域影响不显著。（3）设计基本资料①设计依据:本设计依据的法律法规、规范标准和参照的有关资料如下：《浆砌石坝设计规范》（SL25-91）、《水利水电工程等级划分及设计标准》（SL252-2000）、《水工混凝土结构设计规划》（SL/T191-96）②水文气象：多年平均气温18.2℃，日最高温度38.8°C，最低温度-8.9°C，常年平均降雨量1801.3mm，多年平均径流深959mm，年平均风速1.5m/s，瞬时最大风速20m/s。③防洪标准：10%，相应洪峰流量：见拦河坝10年一遇洪水设计流量计算见表5-1。④材料容重：混凝土24KN/m3、浆砌块石21KN/m3、回填砂石19KN/m3、回填土16KN/m3、天然砂砾石覆盖层19KN/m3。⑤地震烈度：地震设防烈度为6度。⑥地基特性及设计参数：工程所处位置地层相对较厚，约1.5-2.5米。力学参数取值如下：堆积层允许承截力fk=20～25kg/cm2，基础抗剪摩擦系数f=0.45。（4）坝断面设计本工程坝型均为溢流重力坝，采用M7.5浆砌块石。设计坝顶宽度为1.0米，上游面垂直，下游面坡比为1:1.00。坝后设防冲消能设施。（详见拦河坝工程特性表、设计断面图）表5-2拦河坝工程特性表项目名称属性集雨面积总库容高度顶宽底宽迎水坡比背水坡比堰顶长度单位(km2)(万m3)(m)(m)(m)(m)小岭11.71.502.06.01.01:0.11:15.00小岭20.61.201.04.00.51:0.11:15.00小岭30.41.8501.03.00.51:0.11:110.00坑柄2.99.201.55.01.01:0.11:116.00赤岩坑0.46.7101.54.01.01:0.11:16.00东岩山头0.710.201.53.01.01:0.11:125.00大际坑0.88.301.03.00.51:0.11:118.00黄隔1.10.4801.54.01.01:0.11:14.00岭头水库31.0501.56.01.01:0.11:110.00黑垄坑0.60.7501.05.00.51:0.11:14.00拱桥坑头0.420.4501.04.00.51:0.11:13.50过岭坑1.20.601.55.01.01:0.11:14.50本基湾0.40.701.03.00.51:0.11:15.00祖龙坑0.41.502.06.01.01:0.11:14.00(5)坝抗滑稳定及应力计算A.荷载组合本工程为小型引水工程。在抗滑稳定及应力计算中，溢流坝抗滑稳定及基础应力的计算长度取单位坝段。作用在溢流坝的荷载有：坝自重、水压力、扬压力、泥沙压力、动力压力及浪压力，根据规范要求荷载组合分基本组合和特殊组合分别进行计算，组合如下：①基本组合：设计洪水位水压力+下游水压力+扬压力+自重+泥沙压力+浪压力②特殊荷载组合：校核洪水位水压力+下游水压力+扬压力+自重+泥沙压力+动水压力+浪压力B.坝体抗滑稳定及应力分析坝体的抗滑稳定按抗剪断公式进行计算，计算公式如下：f′∑W+c′AKs=--------------≥[K]∑P式中：Ks---抗滑稳定安全系数；f′---砌体与地基抗剪断摩擦系数，取0.90;c′---抗剪断凝聚力，取0.70Mpa。∑W---作用在计算截面以上坝体的全部竖向荷载；t∑P---作用在计算截面以上坝体的全部水平向荷载；t[K]---抗滑稳定允许安全系数，基本组合3，特殊组合2.5。坝基面的坝体应力应满足①小于坝基础的容许压应力；②一般不出现拉应力。经计算，溢流坝的抗滑稳定安全系数及应力成果详见下表5-3：5-3溢流坝稳定安全系数及应力计算成果表拦河坝荷载组合稳定安全系数坝址处抗压强度不计扬压力（kg/cm2）坝址处抗压强度计入扬压力（kg/cm2）小岭1基本组合2.780.0860.073特殊组合3.10.0430.038小岭2基本组合2.610.0540.044特殊组合3.880.0470.036小岭3基本组合2.770.0540.044特殊组合3.330.0470.036坑柄基本组合2.550.0540.044特殊组合3.730.0470.036赤岩坑基本组合2.590.0290.024特殊组合3.830.0250.018东岩山头基本组合2.540.0540.044特殊组合3.130.0470.036大际坑基本组合2.660.0540.044特殊组合3.750.0470.036黄隔基本组合2.990.0290.024特殊组合3.980.0250.018岭头水库基本组合2.770.0290.024特殊组合3.890.0250.018黑垄坑基本组合2.650.0540.044特殊组合3.390.0470.036拱桥坑头基本组合2.480.0540.044特殊组合3.410.0470.036过岭坑基本组合2.610.0290.024特殊组合3.190.0250.018本基湾基本组合2.500.0290.024特殊组合3.420.0250.018祖龙坑基本组合2.500.0290.024特殊组合3.420.0250.018(6)拦河坝翼墙、下游护岸设计①翼墙高程确定本工程拦河坝洪水标准采用十年一遇设计，二十年一遇校核。根据实测河道断面,经计算堰上过为1.00m时，泄流量小于设计洪峰流量。具体如下表5-4。泄流量计算采用下式：Q=m×ε×σmBHg232式中：Q—泄流量，m3/s；m—流量系数；σm—淹没系数；ε—侧收缩系数；B—溢流前缘净宽，m；H—堰上水头。表5-4堰顶过水深计算成果表项目名称设计洪峰流量堰顶宽堰顶过水深备注单位(m3/S)mm小岭113.551.32满足要求小岭211.6451.2满足要求小岭315.6100.92满足要求坑柄45.3160.99满足要求赤岩坑36.761.19满足要求东岩山头48.52201.23满足要求大际坑42.29161.31满足要求黄隔6.3240.93满足要求岭头水库10.65100.712满足要求黑垄坑8.5241.13满足要求拱桥坑头6.0640.9满足要求过岭坑7.3441.02满足要求本基湾8.1350.94满足要求祖龙坑13.5241.54满足要求②护岸断面尺寸护岸采用M7.5浆砌块石，墙高等于坝高，基础为扩大基础，清基0.80米，顶宽0.60米，内侧破比为1:0.30，外侧为1:0.00。高度满足要求。