1、工已知基本資料1 .流域溝道壩址地形圖一張（1/1000 ）;2 .壩址以上集水面積5km2;3 .經(jīng)勘測(cè)計(jì)算，求得壩高H與庫(kù)容V、淤地面積A的關(guān)系見圖；4 .流域年侵蝕模數(shù)K=10000t/km 2,20年一遇設(shè)計(jì)洪水流量Q20 = 105m 3/s ,洪水總量 W洪=10萬(wàn)m3, 200年一遇設(shè)計(jì)洪水流量Q200=180m 3/s,洪水總量 W洪=17萬(wàn)m3;5 .溝道無(wú)常流水；6 .壩址附近有充足的筑壩土料，土壤內(nèi)摩擦角0 = 20° ,內(nèi)聚力c=0.8t/m 27 .放水洞設(shè)計(jì)流量Q=0.5m 3/s:、設(shè)計(jì)任務(wù)、要求1 .掌握中小型淤地壩設(shè)計(jì)方法、步驟；2 .在1/1000

2、地形圖上進(jìn)行樞紐布置；3 .擬定淤地壩斷面形狀及尺寸；4 .進(jìn)行壩坡穩(wěn)定分析計(jì)算（k=1.25）;5 .設(shè)計(jì)溢洪道及放水建筑物（臥管放水孔水深可取臺(tái)階高度）;6 .繪制設(shè)計(jì)圖；7 .編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。三、設(shè)計(jì)步驟1 .淤地壩壩型選擇因?yàn)閴沃犯浇谐渥愕闹瓮亮希?所以選擇土壩；淤地壩對(duì)防滲性的 要求小于水庫(kù)的要求，溝道無(wú)常流水，故可采用施工方便的均質(zhì)土壩。 壩址附近沒有充足的水資源，故選用碾壓壩。2 .壩址選擇在流域溝道壩址地形圖中有兩個(gè)軸線位置可以選擇，其中 軸線二處溝谷狹窄，上游地形開闊平坦，并處于口小肚大的葫蘆口地 形處，在軸線二處筑壩工程量小、庫(kù)容大、淤地面積大。因此，選中 在軸線二

3、處筑壩。3 .擬定淤地壩斷面形狀及尺寸(1)壩高H=H 攔+H 滯+/H攔泥庫(kù)容和攔泥壩高的確定KF(1-ns)TV攔 一根據(jù)公式一rs ,代入壩庫(kù)排沙比ns=0 ,淤積年限T=5, 2=1.3,流域年平均侵蝕模數(shù)K和流域面積F由 已知條件給出，計(jì)算得攔泥庫(kù)容 V攔=19.23*10 4m 3查H V關(guān)系曲線得，攔泥壩高H攔=810.5-797.9=12.6m滯洪庫(kù)容和滯洪壩高的確定采用試算法，擬定多個(gè)H滯，由計(jì)劃淹沒水深假設(shè)H滯，再由H-V曲線求得V滯，按公式Q泄=。洪（1 V滯/W洪）, 求出Q泄，按堰流公式Q /=MBH 3/2求溢洪道寬度B,得出多組數(shù) 據(jù)壩高計(jì)算H滯/mV 滯/m3Q

4、 泄/m 3/sB/m24900053.5511.831.54500057.7519.652.560000426.642.35500047.258.47經(jīng)過多次假設(shè)計(jì)算，對(duì)工程作經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比較，確定 h滯為2.3米時(shí) 合適，該h滯所對(duì)應(yīng)的B、Q泄，V滯即為調(diào)洪計(jì)算所求。安全超高土壩安全加高值表壩高H (m)v 1010-20>20安全加高/H（m）0.5-1.01.0-1.51.5-2.0根據(jù)土壩安全加高值表，確定設(shè)計(jì)安全加高/ H為1.5m壩高校核由W200=17萬(wàn)m3,算出Q校核二71.03m 3s,根據(jù)公式Q /=MBH 3/2 ,求出 H 校核=3.02m , H 滯 + ZH-

5、H 校核=0.72<1 ,所以 2.3+1=3.3即為最終h滯，校核完成。壩高=H 防HH 滯 + ZH=12.6+3.3+1.5=17.4m（2）壩斷面結(jié)構(gòu)構(gòu)造及尺寸（含壩坡穩(wěn)定分析計(jì)算 （k=1.25）（一）壩頂寬度壩頂寬度根據(jù)壩高及交通要求確定， 結(jié)合壩高、頂寬與邊坡比表 格與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，確定頂寬為 4M ,上游坡壩坡比為1:2.0;下游坡壩 坡比為1:1.5（二）壩坡馬道對(duì)于壩高大于1075m 的土壩，考慮到施工行人、交通、堆放 材料、機(jī)件方便和壩坡排水，常在壩高中部設(shè)11.5m 寬的橫向水平通道，即馬道。本設(shè)計(jì)初設(shè)在壩高 8.7m ,即海拔806.6m處設(shè)一 寬為1.5m的馬道。

6、（三）壩邊坡設(shè)計(jì)馬道后下游坡壩比在馬道下部較緩，上部較陡，設(shè)計(jì)坡壩比馬道以下為1:1.7;馬道以上為1:1.3(四)壩坡保護(hù)(五)土坡穩(wěn)定性分析設(shè)計(jì)中有三個(gè)坡度，取最大坡度進(jìn)行土坡穩(wěn)定性分析，即下游馬 道上部土坡，使用泰勒穩(wěn)定數(shù)法計(jì)算。由土壤內(nèi)摩擦角。=20 ° ,坡腳為37.5 ° ,。二。/K=20/1.25=16 ° ,查泰勒穩(wěn)定數(shù)圖表得：Ns=0.063CNs所以安全系數(shù) Q訶=3.33>1.2 , 土坡穩(wěn)定4 .溢洪道設(shè)計(jì)(1)位置選擇河道右岸(上游向下游方向)邊坡坡度較陡，左岸邊坡坡度較緩；從 地形上看，在左岸建設(shè)溢洪道工程量較小，相比較右岸節(jié)約

7、資金，選 擇左岸設(shè)置溢洪道。(2)布置形式設(shè)計(jì)的淤地壩集水面積較大，泄洪量較大，按照工程安全的原則， 選擇堰流式溢洪道設(shè)計(jì)。(3)水力計(jì)算溢流堰尺寸計(jì)算設(shè)計(jì)堰頂寬度為8.5m ,因?yàn)檠呱纤顬镠滯=3.3m ,設(shè)計(jì)堰長(zhǎng)=5*H 滯=16.5m陡坡段尺寸計(jì)算計(jì)算臨界水深hk因?yàn)槎钙露螢橥粱栽O(shè)計(jì)斷面為梯形(V _ 婕根據(jù)公式Bk9 ,采用試算法求hk,臨界水深計(jì)算HKHk1.11.21.328.288132.8410537.6555742.727321.41.391.38求得 hk=1.39m計(jì)算臨界底坡ik48.05279647.50891646.967548Kk =計(jì)算得過水?dāng)嗝婷娣e 3

8、 k=13.75 m2 ,Xk=12.42 itf , RK=1.11m ,Ck=50.88 , Kk=737.07 m3/s,所以 ik=0.00411設(shè)計(jì)陡坡段底坡i=1:5>i k=0.00411，所以陡坡水流為急流，可按照陡坡計(jì)算計(jì)算陡坡長(zhǎng)度L0根據(jù)公式計(jì)算得L0=88.7m計(jì)算正常水深H0使用明渠均勻流公式:A為過水?dāng)嗝婷娣e，A= (B+H) H, B=8.5m ;C R；壯，n為粗糙系數(shù)，n=0.02 ; R為水力半徑,C為謝才系數(shù)，AX, Xk為濕周,;i為底坡坡度,i=0.2。代入數(shù)據(jù)使用試算法求H0正常水深計(jì)算H0QHOQ0.212.945620.4549.87210.

9、440.998520.4448.0420.325.408960.4346.23939所以當(dāng) Q 泄=47.25m 3/s 時(shí)，H0=0.44m計(jì)算水面曲線22根據(jù)公式 L =（h22.V2）（h11.Vl）i J 22J=1（" 士）2 Ci.Ri C2.R2式中：以為溢洪道陡坡段相鄰兩過水?dāng)嗝娴乃?，單?m；i為底坡 比降，i=1:5 ; J為溢洪道陡坡段相鄰兩過水?dāng)嗝嫠ζ露鹊钠?均值；h1,h2為溢洪道陡坡段相鄰兩過水?dāng)嗝娴乃?，單位m ;v1,v2為溢洪道陡坡段相鄰兩過水?dāng)嗝娴钠骄魉?，單位m/s ;al、a2為相鄰兩過水?dāng)嗝鎰?dòng)能修正系數(shù)，取 1.0。計(jì)算數(shù)據(jù)如下表格hAV

10、水面曲線計(jì)算L“LXJJ1.3924.172571.95469512.41980.003714001.2918.971852.49053212.13780.0045010.0041070.1092560.1092561.1914.91853.16720811.85580.0054510.0049760.4877860.5970431.0911.753914.0199411.57380.0065980.0060251.0948331.6918760.999.2788375.09223311.29180.0079830.0072912.0653323.7572080.897.33966.43768

11、111.00980.0096540.0088193.6126317.3698390.795.8174478.1221210.72780.0116690.0106616.07380313.443640.694.62048610.226210.44580.0140980.0128839.98146523.425110.593.677512.848410.16380.0170250.01556116.1783539.603450.492.93320416.108679.88180.0205520.01878826.001765.605160.452.68114517.623079.7690.0221

12、570.02135514.3504279.955570.442.62173318.022439.74080.0225780.0223674.02831883.983890.432.56369418.430449.71260.0230060.0227924.22137188.20526根據(jù)數(shù)據(jù)繪制水面曲線圖如下從數(shù)據(jù)得0.44m 時(shí)的£L=83.98<88.70,由此可以說明陡坡段末 端水深達(dá)到正常水深陡坡終點(diǎn)水深ha和末端流速Va計(jì)算因?yàn)榍蟪龅乃媲€的長(zhǎng)度 L=83.98m<溢洪道陡坡段長(zhǎng)度88.7m ,所以陡坡段末端水深ha=正常水深h0= 0.44m , Q泄=47

13、.25m 3/s ,過水?dāng)?面面積 A= ( B+H ) H=(8.5+0.44) 乂0.44=3.93m 2, Va=47.25/3.93=11.75m/s陡坡邊墻高度H確定邊墻高度h計(jì)算公式為H - h+h+AhWord資料為了計(jì)算和施工的方便，陡坡側(cè)墻的高度由陡坡起始端側(cè)墻高度H始與陡坡末端側(cè)墻高度 H末兩點(diǎn)連線確定，因此，只需要計(jì)算出H始和H末兩個(gè)數(shù)值即可。H 始計(jì)算：h k=1.39mh=1.39+1.39*3.44/100+1=2.44mH 末計(jì)算：A=(Va=12.02m 3/s,ha=0.44m =0.44+12.02*0.44/100+1 = 1.49m3/s ,所以H始小+

14、h b+ A,設(shè)計(jì)為2.5m8.5+0.44 )*0.44=3.93 m2 , 所 以 H 末,設(shè)計(jì)為1.5mVk=3.44m出口段尺寸計(jì)算確定是否使用消力池設(shè)計(jì)尾水渠為寬度為8.5m,邊坡比為1:1的明渠應(yīng)用謝才公式的變形形式Q = L?里必n(2V2h + B)3使用試算法得出尾水渠的流量與水深表格數(shù)據(jù)尾水渠Q8.03525312.9652518.7934325.45832由表格數(shù)據(jù)得Ht=0.87mHQH0.332.91530.70.441.130750.80.550.078660.90.647.318690.87根據(jù)公式 h= (h' 2) * (1+8q 2/g*h 3) 1

15、/2 -1取 h'為正常水深H0=0.44m ,計(jì)算得 h=3.57m>Ht=0.87m,所以必須修建消力池消力池深度計(jì)算使用經(jīng)驗(yàn)公式：S=1.25 (h-Ht)其中：h 一以陡坡段末端水深ha為躍前水深計(jì)算出的躍后水深,單位m ;Ht 一尾水渠正常水深，單位 m代入數(shù)據(jù)得S=3.38m所以消力池深度設(shè)計(jì)為3.38m 。消力池長(zhǎng)度計(jì)算消力池長(zhǎng)度由以下公式計(jì)算L=(pLj尸69(叫式中：9為折減系數(shù)，取值0.8; h”為躍后水深，h” =3.57m ; h'為躍前水深，h' =0.44m計(jì)算得 L=0.8*6.9* (3.57-0.44 ) =17.28m所以消力池

16、長(zhǎng)度為17.28m(4)溢洪道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)口段設(shè)計(jì)引水渠因?yàn)樾藿ǖ攸c(diǎn)為土基，選擇梯形明渠并用混凝土襯砌，邊坡采 用1:2漸變段使用扭曲面作為導(dǎo)流墻，用厚度為 0.3m的漿砌石襯砌，墻頂 超高1m ,底板上游端做防滲齒墻，齒墻深入地基約 1m ,厚0.5m, 底板砌厚0.5m溢流堰設(shè)計(jì)的淤地壩地基為土基，所以設(shè)計(jì)為寬頂堰，底板厚0.4m,橫截面為梯形，。堰體底板與漸變段底板相連，連接處做一深1m,厚0.5m的防滲抗滑齒墻。堰邊墻用漿砌石建造，為擋土墻形式，墻高2m ,頂寬0.5m,基礎(chǔ)厚0.4m 。陡坡段設(shè)計(jì)陡坡段比降i設(shè)計(jì)為1:5,陡梢斷面為梯形斷面，邊坡為1:1, 陡梢側(cè)墻和底板用漿砌石建造，

17、厚0.4m。為了防止不均勻沉降，陡 梢沿著縱坡每隔10m留一沉陷縫。每段陡梢的起始端都設(shè)置深1m, 厚0.5m的防滲抗滑齒墻。對(duì)底板使用厚度為0.5m的塊石進(jìn)行襯砌， 為了防止陡梢底板冰凍發(fā)生裂縫，還需在底板下鋪設(shè)0.2m的砂卵石墊層反濾排水及縱向排水溝。由于陡梢中水的流速較大，動(dòng)水壓力可能使底板產(chǎn)生振動(dòng)，為了 穩(wěn)定起見，需按下述公式校核底板厚度 d是否滿足要求。0.03a-vrt式中：d為底板厚度（m）; a為地基條件系數(shù)，密實(shí)黏土 a=0.8 ; v 為梢中流速；h為梢中水深d 始=0.03*0.8*3.44* V1-39 D_Ddd 末=0.03*0.8*12.02*所以d=0.4符合要

18、求出口段設(shè)計(jì)出口段包括消力池、漸變段和尾水渠三部分。漸變段和尾水渠 與進(jìn)口段結(jié)構(gòu)相同，尾水渠即是一般明渠。尾水渠寬度8.5m ,邊坡1:1。消力池用漿砌塊石修筑，池底厚1m,池前端設(shè)置齒墻，深0.7m , 厚0.3m,底板下設(shè)反濾排水孔和反濾層，側(cè)墻構(gòu)造同于陡梢。底板池底厚度d使用如下公式校核：IMI-Vj式中：d為底板厚度；hc為收縮斷面處水深，可取躍前水深；Vc為收縮斷面處流速；K為系數(shù)，K=0.03+0.175sina , a為陡梢 末端射流與水平面夾角。tana=0.2 , Vc=Va=11.75m/s , hc=0.44m/s ,K=0.03+0.175sina=0.03+0.175

19、*0.196=0.0643d»K'VJE則 叫 C=0.0643 X11.75 X0.44八0.5=0.5m因?yàn)閐=0.5<1 ,所以消力池底板厚度設(shè)計(jì)為1m滿足要求。5.放水建筑物(1)組成形式放水工程由進(jìn)口取水工程、輸水工程和出口消能工程組成. 取水工程常見者為臥管、豎井和放水塔；輸水工程常見者為壩下 涵洞、管道和隧洞；出口消能工程常見者為底流消能，有時(shí)也為挑流消能(2)放水工程的作用對(duì)已經(jīng)淤成的壩庫(kù)，防水工程的作用主要是排除壩內(nèi)積水， 保證壩地生產(chǎn)安全，降低鹽堿化；對(duì)未淤成的壩庫(kù)，主要是排水騰 空庫(kù)容，攔蓄徑流泥沙，調(diào)節(jié)洪水徑流。(3)工程布設(shè)左岸已經(jīng)有溢洪道工程

20、，在河道右岸設(shè)計(jì)放水建筑物；考慮 到需要分期加高淤地壩，進(jìn)口位于最終加高壩的上游壩坡處； 涵洞出 口消能工程布設(shè)在土壩下游壩坡坡腳以外，臥管縱向坡度設(shè)置為 1:2.5,輸水涵洞埋于壩基，設(shè)置縱向坡度為 1:100。(4)水力計(jì)算臥管水力計(jì)算臥管上端高出壩庫(kù)最高水位2m。為防臥管放水時(shí)發(fā)生真空， 臥管上端頂部設(shè)置通氣孔。臥管涵洞水流應(yīng)保持無(wú)壓自由留，為 止匕，臥管涵洞高度應(yīng)比正常水深大 34倍。進(jìn)水孔尺寸計(jì)算臥管進(jìn)水孔設(shè)計(jì)為單孔，則其直徑可按下式計(jì)算Q=仁3*式中:w流量系數(shù)，與進(jìn)口形狀有關(guān)，對(duì)于圓孔一般取0.62一一進(jìn)水孔斷面面積，對(duì)圓形孔=0.25兀d2Q放水洞設(shè)計(jì)流量，由條件知=0.5m

21、3/s ;H一一單孔中心距水面高，一般為一級(jí)臺(tái)階高，設(shè)計(jì)為 0.6m。代入數(shù)據(jù)算出d=0.54m>0.4m ,不符合要求，所以同一臺(tái)階設(shè)兩 個(gè)孔代入數(shù)據(jù)算出d=0.27m<0.4m ,符合要求臥管涵洞斷面尺寸計(jì)算臥管涵洞斷面尺寸按照加大流量計(jì)算，Q加= 1.25Q設(shè)=1.25 X0.5=0.625m 3/s ,設(shè)計(jì)斷面為矩形，設(shè)計(jì)斷面寬度 B=1m應(yīng)用謝才公式Q二心曲的變形形式M2 h 求斷面高度，使用試算法得出數(shù)據(jù)斷面高度計(jì)算QH QH2.40374910.610170.350.9921260.50.6345340.360.7337620.40.6590830.370.4913890.3所以H=0.36m ,臥管涵洞高度是正常水深的3倍，則H臥=0.36*4=1.44m>1.2m;寬度 B=1m>0.6m,都符合要求消力池水力計(jì)算應(yīng)用Q設(shè)=0.5m 31s ,根據(jù)公式求出b0=1+0.4=1.4m ,根據(jù)謝才公式的變形形式九（2h+B* 使用試算法得