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黄河水土保持生态工程陕西省铜川市耀州区开封骨干坝典型工程设计报告

《黄河水土保持生态工程陕西省铜川市耀州区开封骨干坝典型工程设计报告》是针对黄河流域水土流失治理重点区域——陕西省铜川市耀州区开封沟流域所编制的一项骨干坝工程建设设计方案。该报告旨在通过建设高标准淤地坝，有效控制流域内水土流失，改善区域生态环境，提升土地利用效率，促进当地经济社会可持续发展。

工程设计以国家水土保持政策为指导，结合区域地形、地质、降雨及水文条件，科学选定坝址，并对坝体结构、泄洪设施、排洪系统等关键部分进行了详细设计。工程采用均质土坝结构，配备溢洪道和放水建筑物，确保汛期安全运行。同时，设计充分考虑了下游农田灌溉用水需求，实现了防洪、拦沙、蓄水、灌溉等多重功能的有机结合。

F－坝控流域面积，km2。

经计算gtcc-133-2021 机车车辆高压电磁式电压互感器，坝控面积范围多年平均输沙量为2.79万t。

3.1 工程总体布设

该工程布设型式采用挡水建筑物和放水建筑物“两大件”，即均质土坝和放水涵卧管工程，根据两岸地形、地质情况，放水涵卧管工程布设在沟道右岸坚实的基础上，具体布设详见“工程平面布置图”。

根据该流域坝址附近实际情况及筑坝土料来源，坝型选择为机推碾压法施工的均质土坝。

根据流域来水、来沙情况以及淤地坝利用方向，坝系建设中骨干坝由坝体、涵卧管放水建筑物“两大件”组成，滞洪库容只计算工程上游集水面积范围内的一次校核洪水总量，按下式确定。

式中：WZ—工程滞洪库容，万m3；

WP—洪量模数，万m3/km2•a；

F—工程控制面积，km2。

经计算开封骨干坝滞洪库容50.81万m3。

按照选定的设计淤积年限和流域输沙模数计算骨干坝拦泥库容：

式中：WL—拦泥库容，万m3；

F—工程控制面积，km2；

MS—年均输沙模数，t/km2·a；

ns—工程排沙比，工程排水只设输水洞时，取ns=0；

N—设计淤积年限，a；

γ—泥沙干容重，t/m3。

经计算拦泥库容30.97万m3。

式中：W—总库容，万m3；

W=30.97+50.81=81.78(万m3)

3.2.3 坝高面积曲线、坝高库容曲线

采用现场实测坝址及库区地形图，量算不同高程等高线与坝轴线闭合曲线水平投影面面积，绘制坝高H~面积S曲线；据此采用台体体积累计法计算并绘制坝高H~库容W曲线。

根据坝址库区地形图，点绘水位~库容、面积关系曲线的计算、结果见表3—1

表3—1 水位－库容、面积计算表

由上表计算结果绘制出工程的水位~库容、面积曲线的关系曲线图(详见附图)。

坝高由拦泥坝高、滞洪坝高和安全超高三部分组成，采用下式计算：

HL—拦泥坝高，m；

HZ—滞洪坝高，m；

ΔH—安全超高，m。

拦泥坝高HL由拦泥库容30.97万m3查坝高～库容曲线得拦泥坝高18.08m。

对于设坝体和涵卧管放水建筑物组成的“二大件”工程，滞洪坝高是工程设计淤泥面上一次校核洪水深度，由洪量模数乘以相应的坝控面积可得校核洪水总量，在拦泥库容的基础上由校核洪水总量50.81万m 3查坝高库容曲线得滞洪坝高8.66m。

根据《水土保持治沟骨干工程技术规范》（SL289—2003），安全超高按下表确定。

表3—2 土坝安全超高 单位：m

取安全超高1.76m。

H=HL+HZ+ΔH=18.08+8.66+1.76=28.5(m)

根据拦泥库容30.97万m3查坝高H~库容W曲线和坝高H~面积S曲线，得淤地面积3.79hm2。

根据《水土保持治沟骨干工程技术规范》（SL289—2003），碾压坝坝顶宽度按表4—3确定，坝顶有交通要求时，应按交通要求确定。

表3—3 碾压坝坝顶宽度 单位：m

由于该坝为机推碾压法施工的均质土坝，且坝高为28.50m，因此坝顶宽取为4.0m。

根据《水土保持治沟骨干工程技术规范》（SL289—2003），坝坡应根据坝型、坝高、坝基地质条件、筑坝土料性质、施工方法、运用方式等，并参考类似已建工程的经验数值初步确定，按表3—4选取。当坝高超过15m时，应设置1.0~1.5m宽马道一条。

表3—4 土坝坝坡参数值表

根据坝高参照上表确定：上游坝坡坡比为1:2.5，下游坝坡坡比为1:1.5和1:2.0，下游坝坡在距离沟底15m处设1个马道，马道宽度均取1.5m。

坝体沟床铺底宽可用下式计算：

式中：Bm－土坝最大铺底宽，m；

mi－第i个坝坡坡率（取值可以相同）；

hi－坝坡坡率为mi所对应该段坝体的高度，m；

经计算最大铺底宽127.0m。

根据《水土保持治沟骨干工程技术规范》、《陕西省水土保持治沟骨干工程技术手册》的规定，当坝基排水不良或沟道有常流水沟，均应设置坝址反滤排水体，其形式为贴坡式，设置高度为4.1m。

3.2.8 坝体结合槽的设计

坝基、岸坡开挖三道结合槽，以利回填土料与坝基和岸坡的结合。主结合槽位于坝轴线处，底宽取2.0m，深度2.0m，边坡为1:1，副结合槽底宽取1.5m，深度1.5m，边坡为1:1，位于坝体上下游距坝轴线30m处。

3.2.9 护坡及坝体排水沟

土坝上游坡淤积面以上及下游坡均设置护坡，本工程采用植物护坡。下游坝体上设置纵横向排水沟，坝顶两端与岸坡结合处设置排水沟以防止雨水直接冲刷坝顶及坝坡。排水沟设计断面为梯形，底宽为0.3 m,顶宽为0.9m，采用预制混凝土板衬砌，预制混凝土板设计为矩形，长×宽×厚＝0.5×0.3×0.08m。

3.2.10 土料选择

3.3.1 放水工程的布设及结构型式

根据工程地质、地形条件，放水工程布设在坝体右岸，涵洞轴线与坝轴线基本垂直。型式上采用涵卧管式建筑，此种型式设计与施工较为方便。其结构布置详见工程平面布置图。

放水工程采取涵卧管形式，由卧管、卧管消力池、涵洞和明渠组成。设计流量按4~7日泄完20年一遇次洪水总量计算。计算卧管消力池断面时，应考虑由于水位变化而导致的放水孔调节，比正常运用时的流量加大20~30%。进水斜卧管采用方形断面分级卧管，涵洞采用浆砌石无压输水拱涵。

根据坝址地形、地质条件，卧管布置在坝体上游右岸岸坡，坡度为1:2，卧管进水孔采用正面进水，每台设一个放水孔，按同时开启1台设计，台阶高差0.7m。

根据《技术规范》要求，卧管的设计流量以4－7日（假定为5日）内排完库内20年一遇洪水总量计算。

q假定=W5%/(5×24×60×60)=46900*5.36/(5×24×60×60) =0.58m3/s。

卧管放水孔直径按孔口出流公式计算。

同时开启上、下两孔放水流量

式中：—第一孔进水流量，；

ω—孔口进流面积，m2；

μ—流量系数（μ与孔口的形状有关，小孔出流μ=0.60~0.62，大孔出流μ=0.65~0.70）；

g—重力加速度，9.81m/s2；

H1—开启第一孔时库水位至孔口水深，m；

—第二孔进水流量，；

H2—开启第二孔时库水位至孔口水深，m；

q—放水流量，。

在假定卧管台阶差为70cm、卧管拱径为80cm的情况下经计算，开启1台卧管实际放水流量为0.56m3/s，略小于假定的5天卧管的放水流量0.58m3/s。根据卧管的实际放水流量反算卧管的放水天数为5.2天，在规范要求的4～7日之内且适中，因此，卧管设计放水流量为0.56 m3/s，加大流量为0.67m3/s，放水天数为5.2天。

卧管断面尺寸与通过的流量，应考虑水位变化而导致的放水孔调节，比正常运用时加大20%~30%。卧管断面尺寸首先按检修要求拟定，然后用通过的流量和卧管的坡度进行计算，若计算尺寸小于拟定尺寸，采用拟定尺寸；若计算尺寸大于拟定尺寸，采用计算尺寸，设计时一般以加大流量来计算。

卧管的断面尺寸按明渠均匀流公式计算：

式中：－放水流量（采用加大流量），m3/s；

ω－过水断面面积，m2；

n－糙率，取0.025。

确定卧管高度时，应考虑放水孔水流跌落卧管时水柱跌起，为保持跌下的水柱高不致淹没进水孔底缘，使卧管内不形成压力流，其高度应取卧管水深的3~4倍。

卧管主要承受水压力和淤泥压力，其结构尺寸，主要取决于：在坝内的高程位置、跨度以及建筑材料等。

卧管采用浆砌石砌筑，为增加卧管的稳定性，底板每隔6m设一道齿墙，齿墙上部深0.75m，齿墙下部深0.5m，宽0.5m。参照《陕西省治沟骨干工程技术手册》选取侧墙顶宽40cm，侧墙底宽85cm，基础伸长15cm，拱径80cm，拱圈厚30cm，基础厚度40cm。详见放水工程结构设计图。

2016年二级建造师《建筑工程管理与实务》考前强化资料3.3.3 卧管末端消力池设计

卧管与涵洞连接处设消力池，以便水流平顺的进入涵洞，其结构为钢筋砼，顶部加钢筋砼盖板。

1 消力池深度d的确定

式中：d－消力池池深zjm-009-3161-2021标准下载，m；

－流速不均匀系数，取1.1；