东窑沟骨干1坝初步设计

11概况1·1基本情况东窑沟1#骨干坝位于右玉县北部李达窑乡境内东窑沟的主沟内，大坝控制流域面积6.34km2,属黄土丘陵沟壑区中的土石山区，主要地貌类型为梁、坡、峁、沟，地形支离破碎、沟壑纵横，水土流失严重，年平均侵蚀模数为8000t/km2.a。坝址两岸坡土层较厚，为粉状壤土，含有少量砾石；沟底基岩裸露，多为玄武岩。取土场分布在大坝右岸，土壤相对湿度适中，颗粒级配均匀，符合筑坝土料标准。1·2区域社会经济情况东窑沟1#骨干坝坝控范围全部在东窑沟范围内，该区域内共有村庄6个，人口780人，耕地4858亩，人均耕地6.2亩，粮食产量388640kg，平均亩产80kg，人均粮食498kg，人均收入697元，经济相对落后。尤其是近几年连续遭灾，当地群众的生产、生活十分困难，广种薄收，靠天吃饭的局面一直没有大的改变。1·3区域综合治理现状及规划情况东窑沟是东窑沟小流域的一部分，流域面积11.21km2,其中耕地面积324hm2,占总面积的28.9%；林地面积272hm2,占总面积的24.3%；人工种草40hm2,占总面积的3.6%；非生产用地40hm2,占总面积的3.6%；荒地444hm2,占总面积的39.6%。小流域内耕地已全部承包到户，并发放土地承包使用证书。从流域的治理现状来看，农林牧各业用地比例极不协调，人均耕地达10亩左右，基本农田仅占1/10，农业生产仍是广种薄收、靠天吃饭。从人口密度看，地广人稀，人均土地达2.04hm2,土地利用率低下，荒地占到总面积的39.6%，2亟待开发利用。为改变目前状况，提高土地利用率，增产增收，拟在东窑沟片修建骨干坝2座，中型坝3座及一些小坝。工程建成后，可有效地遏制水土流失，改善基础的生存条件，达到保水保土，改变生态环境，提高人民生活质量的目的。1·4兴建该工程的目的和作用东窑沟1#骨干坝的兴建可有效拦截区域内的洪水泥沙、消减洪峰、稳定河床、防止沟壑侵蚀、抬高侵蚀基点，提高东窑沟小流域坝系的防洪能力，减少下游水毁灾害。淤成的坝地可促进坡耕地退耕还林还草，同时结合流域坡面治理工程，可有效改善区域生存环境。该坝的建成蓄水可解决人畜饮水困难，发展灌溉，对推动当地农业的发展具有重要作用。1·5地形资料及建筑材料本工程设计前对坝址地形进行了实测，从实测的1：500坝址地形图可以判知：右岸高差大，为26.84m，坡势较缓；左岸高差小，为19.22m，坡势较陡。取土场可设于坝址的右岸，最大运土距离为200m。东窑沟1#骨干坝的主要材料为：上坝土方、石料、沙子、水泥、钢材、木材。土料分布在坝址的右岸，岸坡土层厚，为壤土，储量充足，可以满足筑坝要求，平均运土距离为80m。块石在距坝35km的料场购买，料源充足，石质良好，用汽车运输，购买价60元/方。沙子可从距坝址35km的砂场购买，质量和料源均可满足工程所需，运输工具为汽车，购买价为35元/方。水泥选用32.5#普通硅酸盐水泥，钢筋选用Ⅰ级钢，木材选用松木板材，均可从距坝址约32km的县城购买，运输工具为汽车，购买价分别为水泥280元/吨，钢筋3600元/吨，木材1150元/方。31·6水文及气象资料该流域内没有水文、气象测报站，其水文气象资料来源于右玉县气象局提供的有关数据。多年平均气温3.6℃，年平均无霜期104天。沟道内无泉水出露，无径流形成。该流域属大陆性半干旱季风型气候，冬长夏短，其特点为干旱。据右玉县气象站观测记载，多年平均降水量414mm，最大年降水量662mm，最小年降水量115.5mm，降水在年内变化较大，汛期6—9月份降雨量占到年降雨量的77.2%，易形成短历时洪水，并含有大量泥砂。最大24小时暴雨值55mm，年平均侵蚀模数8000t/km2.a。42水文计算2·1设计依据及设计标准2.1.1设计依据:《水土保持综合治理技术规范沟壑治理技术》（GB/T16453.3—1996），（以下简称为《国标》）。《水土保持治沟骨干工程技术规范》（SL289—2003），（以下简称为《部颁规范》）。山西省企业标准《淤地坝工程技术规范》（晋Q834—85），（以下简称为省规范））。《水工混凝土结构设计规范》（SL/T191-96）。《黄土高原地区水土保持淤地坝工程初步设计要求》《水利水电工程制图标准水土保持图》（SL73.6-2001）。实测1：500坝址地形图和1：10000地形图及流域现状调查资料。2.1.2设计标准：该坝库容大约在100万方以上，洪水设计标准选用30年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核，淤积年限20年。2·2水文计算2·2·1设计暴雨量计算采用《省规范》公式H24·p=Kp·H24式中：H24·p——频率为p的24小时暴雨量（mm）；Kp——频率为P的皮Ⅲ型曲线模比系数；5H24——最大24小时暴雨均值（mm）。查《省规范》表D-4得：H24=55mmCV=0.55CS=3.5CV根据以上数据查《省规范》表D—3得K3%=2.43K0.33%=3.55将数据代入公式计算得：H24·3%=2.43×55mm=133.65mmH24·0.33%=3.55×55mm=195.25mm2·2·2设计洪峰流量计算采用《省规范》公式：Qp=C1·H24·p·F2/3式中：Qp——频率为P的洪峰流量（m3/s）；C1——洪峰地理参数，查《省规范》表3-1取C1=0.18；F——骨干坝控制流域面积，F=6.34km2其它符号同前。将数据代入公式计算得：Q3%=0.18×133.65×6.342/3=82.41m3/sQ0.33%=0.18×195.25×6.342/3=120.39m3/s2·2·3设计洪水总量计算采用《省规范》公式：Wp=K·Rp·F式中：Wp——频率为P的设计洪水总量（万m3）；K——小面积洪水折减系数，查《省规范》表3-2取K=0.8；Rp——设计暴雨的一次洪水模数（万m3/km2）；由设计暴雨查《省6规范》表D-5得：R3%=4.36万m3/km2R0.33%=9.37万m3/km2其它符号意义同前。将数据代入公式计算得：W3%=22.11万m3W0.33%=47.52万m32·2·4年来沙量计算采用《省规范》公式：VS=（1-KS）·S·F式中：VS——年来沙量（万m3）；S——年均侵蚀模数S=8000t/km2.aKS——坡面措施年均拦沙率，根据上游治理情况取KS=0；VS=1.0×8000/1.35×6.34=3.76万m3V拦=3.76×20=75.20万m3水文计算成果汇总如下表：控制面积暴雨mm洪峰(m3/s)洪量(万m3)淤积量(万m3)Km2H3%H0.33%Q3%Q0.33%W3%W0.33%年限总量6.34133.65195.2582.41120.3922.1147.522075.2073工程设计3·1枢纽组成通过实地勘测、调查坝址处地形、地质情况，经多方案比较，确定东窑沟1#骨干坝的枢纽组成为：大坝和放水建筑物（卧管、涵洞）两大件，不设溢洪道，放水建筑物布设在大坝右岸。坝址附近有适宜的壤土，其储量足以满足填筑坝体的需要，沟内无常流水，坝型选择均质碾压土坝。3·2土坝设计3.2.1筑坝土料设计筑坝土料的平均运距为80m，土质为壤土，其有机质含量小于2%，水溶盐含量小于5%，理化性质均能满足碾压土坝对土质的要求。施工时土料的最优含水量应控制在12～20%之间，坝体干容重达到1.55t/m3。3.2.2坝高—库容—面积曲线绘制根据1：10000库区地形图，首先量出各层等高线包围面积，然后计算各层间库容及累计库容，得到下表数据，最后绘出坝高—库容—面积曲线。曲线的绘制要结合实测坝址地形图确定，沟底相对高程为991m，详见附图。坝高--库容--面积库容曲线计算表高程（m）高差面积（万m2）平均面积(万m2)体积（万m2）累积体积（万m2）991041.25559952.54416219995.546.7527481003828.617.265.210059.229.619.284.4100710210.420.8105.2100910.8211.222.4127.6101111.6211.9523.9151.5101312.383.2.3坝高计算采用公式H=h拦+h滞+h安式中：H——总坝高（m）；h拦——拦泥坝高（m）；h滞——滞洪坝高（m）；h安——安全超高（m）。由V拦=75.20万m3,查曲线图得h拦=15.06m，相应拦泥高程为1006.06m，淤地面积7.52hm2。设计情况下：V滞3%=22.11万m3，V拦+V滞=75.2+22.11=97.31万m3，查曲线得h拦+h滞=17.24m，相应设计洪水位高程为1008.24m，h滞3%=2.18m。校核情况下：V滞0.33%=47.52万m3，V拦+V滞=75.2+47.52=122.72万m3，查曲线h拦+h滞=19.58m，相应校核洪水位高程为1010.58m,h滞0.33%=4.52m。查《水土保持治沟骨干工程技术规范》（SL289—2003）表4.1.4-1,取安全超高h=1.5m，则：H设=17.24+1.5=18.74mH校=19.58+1.5=21.08m取坝高为21.1m，相应坝顶高程1012.1m。3.2.4施工渡汛期拦洪坝高计算为保证大坝施工期安全渡汛，需计算汛期拦洪坝高。坝体在汛期前必须达到二十年一遇洪水重现期防洪渡汛高程。经计算，该骨干坝二十年一遇设计标准下洪水总量为W5%=0.8×6.34×3.13=15.88万m3，卧管第一台阶放水孔高程以下死库容为1.30万m3，则总库容17.18万m3，查H-V-F曲线知，相应9坝顶高程为998.30m，取安全超高1.5m，则相应坝顶高程为999.8m。3.2.5坝体断面尺寸确定⑴坝顶宽度坝顶有交通要求,坝高在10m以上，考虑交通要求，取坝顶宽B=4m。⑵坝坡根据坝高、筑坝土料土质，并参考已成工程经验数据确定：上游坝坡1：2.5、1：2.0；下游坝坡1:2、1：1.5，并在上、下游坝坡设置马道,马道宽2.0m。⑶坝坡排水为防止暴雨冲刷坝面，在下游马道内侧设横向排水沟，在坝体与岸坡结合处设纵向排水沟，纵横排水沟相互连通，将水流送出坝脚以外。为防止坝肩两岸排水汇流坝顶形成洞穴，虑及坝体安全，必须设置坝肩排水沟，与纵问排水沟相连。排水沟为矩形断面，马道排水沟断面20cm×20cm（宽×深），坝肩及岸坡排水沟尺寸为20cm×20cm（宽×深），边墙、底板厚均为20cm，用M7.5水泥砂浆浆砌块石砌筑，M10水泥砂浆勾缝。⑷坝基、岸坡、结合槽处理坝体填筑前，必须对坝基和岸坡进行处理，清基范围应超出坝的坡脚线0.5m，清基平均深度20cm。凡在清基范围内的地面表土、乱石、草皮、树木、腐殖质等均要清除干净，不得留在坝内做回填土用。与坝体相连的岸坡应开挖成平顺的正坡，土质岸坡不陡于1:1.5，岩石岸坡不陡于1:0.75。为增加坝体稳定性，防止土坝与沟底结合面上透水，沿坝轴线方向从沟底到岸坡开挖一道梯形断面结合槽。结合槽底宽1m，深1m，边坡比1：1。10⑸坝体防渗稳定处理为有效排出渗流，降低坝体浸润线，防止下游坝脚遭受尾水淘刷，增加下游坝坡稳定性，在下游坝脚设棱体式反滤排水，查《省规范》表D—6，结合下游坝设计情况，取反滤体高2.8m，顶宽1.5m，底宽9.2m，外坡1:1.5，内坡1:1.25，粗砂层厚0.2m，碎石层厚0.2m，反滤体每米用料，块石13.5m3，碎石2.6m3,砂子2.7m3。⑹坝体施工要求沿坝轴线方向分层均匀铺土，用履带拖拉机碾压，压迹重叠10～20cm，每层铺土厚度不超30cm，压实后测25cm，坝肩人工夯实。大坝回填整体土干容重平均达到1.55t/m3，每层铺土前应对碾压表面刨毛、洒水。3·3放水建筑物设计放水建设物的组成：大坝放水建筑物由放水卧管、输水涵洞及出口三部分组成，放水卧管布设在大坝上游右岸原坡开挖基础上，涵洞及出口段布设在大坝右岸坚实地基上。3.3.1卧管设计卧管采用箱式方型结构，底坡1：2，用M7.5浆砌块石砌成台阶状，用M10水泥砂浆抹面