淤地坝工程设计班级：水保092姓名：王雪松学号：2009011515目录第一章概况第一节基本情况第二节兴建该工程的目的和作用第二章水文计算第三章工程设计第一节枢纽组成第二节土坝设计一.坝高计算二.大坝设计1.坝型选择2.坝顶宽度3.坝坡4.排水沟5.结合槽6.坝基和岸坡处理7.护坡8.坝体排水9.大坝稳定性分析第三节淤地坝溢洪道设计一.位置选择二.布置形式三.水利计算1.溢流堰尺寸计算2.陡坡段尺寸计算2.1计算临界水深2.2计算临界底坡2.3按陡坡计算用试算法计算正常水深2.4计算陡坡长度2.5计算水面曲线2.6确定陡坡侧墙高度3.出口段尺寸计算4.陡坡段和出口段的厚度计算第四节放水建筑物设计一.卧管设计1.放水孔孔径的计算2.卧管结构尺寸的确定3.卧管末端消力池断面尺寸确定3.1判断是否需要设消力池3.2消力池断面尺寸确定4.消力池结构尺寸确定二.盖板厚度计算三.涵洞设计1.涵洞内水深计算2.涵洞断面尺寸确定3.涵洞结构尺寸确定四.涵洞出口消能段设计1.明渠段水力计算2.涵洞出口明渠段结构尺寸确定3.明渠末端消力池设计3.1判断是否需要设消力池3.2消力池断面尺寸计算3.3消力池结构尺寸确定第一概况第一节基本情况1.坝址以上集水面积5km2;2.经勘测计算，求得坝高H与库容V、淤地面积A的关系见图；3.流域年侵蚀模数K=10000t/km2,20年一遇设计洪水流量Q20=105 m3/s，洪水总量W洪＝10万m3,200年一遇设计洪水流量Q200=180 m3 /s，洪水总量W洪＝17万m3；4.沟道无常流水；5.坝址附近有充足的筑坝土料，土壤内摩擦角φ＝20°，内聚力c=0.8t/ m2 ;6.放水洞设计流量Q=0.5 m3 /s 。
第二节兴建该工程的目的和作用兴建该坝的主要目的是拦蓄泥沙，防止水土流失，抬高侵蚀基准点，提高坝系整体的防洪能力，改善当地生态环境，拦泥淤地。
该坝建成10年后，拦蓄泥沙约39万m3，可新增坝地104亩，治理有显著的促进作用。
第二章水文计算拦泥库容计算：V栏= F·K·(1- N S)·T/r S式中：F——淤地坝控制的流域面积，km2，取5km2.K——年平均侵蚀模数K=10000t/ km2.N S——坝库排沙比，此处取为0.r S——淤积泥沙的干容重，t/m3,淤积泥取1.3t/m3.T——m3设计淤积年限，N=10年.得出V栏=38.46万m3由H-V曲线查得相应的h拦=20.5m 工程设计第一节枢纽组成通过调查坝址处地形、经多方案比较,确定中型淤地坝的枢纽组成为大坝，溢洪道和放水建筑物(卧管、涵洞、明渠及消力池)三大件。
放水建筑物布置在大坝右岸。
坝址附近有足够的土料，其储量足以满足填筑坝体的需要,故坝型选择为均质碾压土坝。
第二节土坝设计一.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.由坝高——库容曲线逐一进行试算后，确定拦泥坝高：h拦＝20.5m，相应拦泥高程为820.5m，淤地面积约为96亩，淤地年限约为10年。
滞洪坝高确定：查规范知，设计洪水重现期为20年，校核为200年，库容38.46 m3处于中性淤地坝。
据此20年一遇设计洪水流量Q20=105 m3 /s，洪水总量W洪＝10万m3，确定溢洪道顶坎高程，由于沟道无常流水，故采用顶坎与淤地面同高，即顶坎高程为820.5m。
（1）按生产防洪标准确定溢洪道尺寸，采用生产防洪设计洪水标准为20年一遇，相应的库容为40万m3，滞洪库容为7.5万m3，溢洪道泄流量Q泄为：Q泄=Q洪（1-V滞/W洪）Q泄＝MBh滞3/2其实由第一步推算省略的步骤如下：先假设一个h滞，查坝高－－库容关系曲线，得一V滞,再由MBh滞3/2＝Q洪（1-V滞/W洪），得到一个B，多次假设，得合理B。
这样就得到了合理的（h滞，B),h滞=2.5m , B=5.84h滞=2.6m, B=6.14h滞=2.7m, B=6.44根据经济分析技术比较最终h滞=2.6m，B=6.14（2）按工程安全防洪标准确定溢洪道尺寸进行校核200年一遇设计洪水流量Q200=180 m3/s，洪水总量W洪＝17万m3，设滞洪坝高h滞=2.6m,则由H-V曲线查得相应的V滞=6.15万m3洪道尺寸，此时溢洪道设计洪水标准为200年一遇时：溢洪道泄流量：Q泄=Q洪（1-V滞/W洪）Q泄＝MBh滞3/2由上面两个式子得到: MBh滞3/2＝Q洪（1-V滞/W洪）其中: M ——流量系数，取1.6h滞=2.6m，B=6.14得出V滞=13.17m3，则坝体体积V=V滞+V拦=13.17+38.46=51.63 m3则由H-V曲线查得相应的H绝=823.5m。
所以坝体高度H=h拦+h滞+h安=23.5+1.5=25m由于200年一遇洪水需要的坝体高度25.0m大于20年一遇洪水的坝体高度24.6，故坝体高度H=25 m取最大坝高为25m,相应坝顶高程为825m,沟底高程为800m。
二.大坝设计1.筑坝土料丰富，故选用均质土坝筑坝土料设计，用碾压法筑坝，筑坝土其有机质含量小于2%，水溶盐含量小于5%，需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%-15%。
坝体干容重不应小于1.55t/m3，取1.6 t/m32.坝顶宽度设坝顶有交通要求，查《规范》,坝顶宽度B=5m。
3.坝坡因坝高25m，查《规范》,取在下游12m处设马道,上游马道以上坡比1:1.75,马道以下坡比1:2.2；下游马道以上坡比为1:2.25,马道以下坡比为1:1.75。
马道宽1.25m。
4.排水沟为防止暴雨冲刷坝面，在坝体与岸坡结合处设纵向排水沟，将坝面流水送出坝脚以外。
排水沟为矩形断面，尺寸为30 ×30cm（深×宽），边墙、底板厚均为20cm，用M5.0水泥砂浆浆砌块石砌筑,M10水泥砂浆勾缝。
5.结合槽为增加坝体稳定性，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1.0m，深1m，边坡比1：1，结合槽用黄土人工回填夯实。
6.坝基和岸坡处理坝体填筑前，必须对坝基和岸坡进行处理，清基范围应超出坝的坡脚线0.6m，清基平均深度为30cm，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。
与坝体连接的岸坡应开挖成平顺的正坡，土质岸坡不陡于1：1.5。
7.护坡:在土坝上游淤面以上及下游坝坡设置草皮护坡,种植柠条,防止雨水冲刷。
8.坝体排水：选用棱式反滤体排水，反滤体高度为坝高的1/5,即高度为5.6m。
第三节淤地坝溢洪道设计一.位置选择溢洪道是淤地坝中最主要的建筑物之一，根据对地形图的分析，沟道的右岸坡度较陡，左岸坡度较缓，地形较平缓故选择在沟道的左岸，同时溢洪道的进口布设在距坝端10m以外处，出口布设坝坡坡脚线20-50m以外处。
二.布置形式根据此流域的集水面积，及泄流量情况，采用堰流式溢洪道，用浆砌石建造。
根据地形及工程量大小选用陡坡正堰式溢洪道，由进口段，陡坡段，出口段三部分组成。
三.水力计算1.溢流堰尺寸计算此处采用宽顶堰，采用Q=MBH 03/2计算由于溢洪道堰顶与淤地面齐平，故Q=Q 滞=40.529，H 0=2.6m,B=6.14m,M=1.6 2. 陡坡段尺寸计算 （1）计算临界水深我们采用的溢洪道断面为矩形，则临界水深h k 为：h k=32q g）（α其中，h k ——临界水深，m.α——流速分布不均匀系数，取1.0.q ——单宽流量，m 3/(s ·m),q= Q 泄/B. Q 泄——溢洪道设计流量，m 3/s. B ——溢洪道宽，m.g ——重力加速度，m/s 2，取9.81.单宽流量q= Q 泄/B=40.529/6.14≈6.599 m 3/(s ·m). 临界水深h k =32q g）（α=1.599≈1.644m.(2) 计算临界底坡RC W iKKKkQ222=其中，W k ——临界水深时的面积.C K——临界水深时的水力半径.R K——临界水深时的水力半径.C K =R K 6/1n 1=50.57mW k=BH k =10.095m 2R K=kkH 2B BH+=1.071m 代入RC W i KKKk Q222=计算的i k=0.005921X P L 22⨯+=）（=0.5其中， P ——总落差，m. L ——陡坡长度，m.i ——底坡比降.i >i k,则坡度水流为急流，按陡坡计算。
（3）按陡坡计算用试算法计算正常水深 由 Q 加=ωCiR经试算得正常水深为h 0=0.47m. （4）计算陡坡长度L 2=2+)/(2i P （m ）其中，P ——总落差，m.L——陡坡长度，m.i ——底坡比降. i =1:3时 L ≈34.3m.根据断面的能量方程计算得正常水深h 0=0.47m 对应的流速为22.14m/s 。
（5）计算水面曲线L∆=Ji v h v -+-+).().(21112222h ααJ=21(R C v R C v 2222212121..+) L∆——溢洪道陡坡段相邻两过水断面的水深，m.i ——底坡比降.J——溢洪道陡坡段相邻两过水断面水力坡度的平均值h 1,h 2——溢洪道陡坡段相邻两过水断面的水深，mv 1,v 2——溢洪道陡坡段相邻两过水断面的平均流速，m/sα1,α2——相邻两过水断面动能修正系数，取1.0经计算得：C 1=52.43 R 1=1.33C 2=42.74 R 2=0.39J=0.17L∆=62.13m由于距离较近,为了计算简便期间 ,我们只选择两个断面,求出的水面曲线长度L ∆=62.13m,h "=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-+18123'2'h q h g以溢洪道陡坡段末端水深h 0为跃前水深试算出的跃后水深h "=4.12m ，以均匀流算出的尾渠水深0.98m 。
h ">h 尾，发生远趋式水跃故需要修建消力池。
（6）确定陡坡侧墙高度考虑到陡坡流速较大，参气会使水深增加，故边墙高度H: H=h+h B +△hh ——未掺气时陡坡中的水深h B ——掺气时的水深增加值，可按下式计算： 流速V=22.14，大于20m/s故得h B =0.25m Δh ——安全加高，可取0.5－1.0mH=h+h B +△h ≈1.22m 3.出口段尺寸计算根据地形图，土质及水流特点选择底流式消能对于此淤地坝我们选用经验公式计算消力池的深度和长度 S=1.25(h "-h t )其中，h "——以溢洪道陡坡段末端水深h a 为跃前水深计算出的跃后水深，m.h t——尾渠水深，为假定值2m.h "=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-+18123'2'h q h gg Vh B 2002=BQ q 滞=代入数字得h "=4.12mS=1.25(h "-h t )=1.25×（4.12-2）=2.65m ，消力池长度计算：9.6h -h L s ⨯'''⨯=）（ϕ 代入数据得L=17.53m 4.陡坡段和出口段的厚度计算• 对于土基上的陡槽底板，在底板下铺设一层厚约0.1~0.2 m 的碎石、砂卵石垫层，防冻• 底板下还应设置纵横向排水沟 ，防扬压力• 陡槽中流速较大，高速水流易使底板产生震动 ，对底板的厚度进行较核： δ=0.03aV (m) 要求底板的厚度≥δ计算得底板厚度δ=0.6m 。