中型壩初設(shè)報告

河南省登封市逛河小流域片壩系工程河南華北水利水電勘察設(shè)計(jì)有限公司二零一一年十一月

批準(zhǔn)：張新中審核：田林鋼校核：張獻(xiàn)才編寫：張獻(xiàn)才巴超參加人員：衡家然王廣杰巴超王潔PAGEPAGE2目錄TOC\o"1-2"\h\z\u前言 31綜合說明 52基本情況 82.1自然概況 82.2社經(jīng)情況 92.3壩址及其上下游溝道工程情況 102.4氣象水文泥沙 102.5建筑材料 113水文計(jì)算 133.1工程等別及建筑物級別 133.2水文計(jì)算 134工程設(shè)計(jì) 234.1設(shè)計(jì)依據(jù)及樞紐組成 234.2壩體設(shè)計(jì) 244.3放水建筑物設(shè)計(jì) 304.4溢洪道的設(shè)計(jì) 395施工組織設(shè)計(jì) 435.1施工條件 435.2施工進(jìn)度計(jì)劃 435.3施工方法與質(zhì)量 445.4施工導(dǎo)流 496工程量計(jì)算 506.1土壩工程量計(jì)算 506.2放水建筑物工程量計(jì)算 516.3溢洪道工程量計(jì)算 527工程概算 537.1編制依據(jù)和方法 537.2基礎(chǔ)單價 537.3建筑工程單價編制 547.4獨(dú)立費(fèi)用 557.5編制成果 558工程建設(shè)與運(yùn)行管理 888.1建設(shè)期管理 888.2運(yùn)行期管理 889效益分析 909.1基礎(chǔ)效益 909.2經(jīng)濟(jì)效益 919.3社會效益 929.4生態(tài)效益 939.5效益評價 93附件一：河南省登封市逛河小流域壩系工程可行性研究報告審查意見附件二：登封市逛河小流域壩系杜窯南中型壩初步設(shè)計(jì)審查意見附件三：杜窯南中型壩初步設(shè)計(jì)圖冊河南省登封市逛河小流域片壩系工程杜窯南中型壩初步設(shè)計(jì)報告PAGE56前言逛河小流域位于登封市西南部，距市區(qū)約45km，系黃河支流伊河的一級支溝，屬黃土丘陵溝壑區(qū)Ⅲ副區(qū)，流域內(nèi)總?cè)丝?.2萬人，山峁起伏，溝壑縱橫、坡陡溝深、支離破碎，溝壑密度1.76km/km2，流域內(nèi)地面組成物質(zhì)以褐土和棕壤土為主，植被覆蓋率較低，水土流失較為嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境脆弱，水資源緊缺。為治理水土流失，攔泥淤地，減少入黃泥沙，提高水資源利用率，改善當(dāng)?shù)厝罕娚a(chǎn)生活條件和區(qū)域生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和社會主義新農(nóng)村建設(shè)，建設(shè)逛河小流域壩系工程是必要的。受河南省登封市水務(wù)局委托，按照《黃河流域水土保持骨干壩擴(kuò)大初步設(shè)計(jì)編制大綱》和《水土保持治溝骨干工程技術(shù)規(guī)范》SL289-2003等有關(guān)規(guī)定，河南華北水利水電勘察設(shè)計(jì)有限公司于2009年2月組織技術(shù)人員深入實(shí)地，通過實(shí)地測量和勘察，參考《河南省登封市逛河小流域壩系工程可行性研究報告審查意見》和《杜窯南中型壩典型設(shè)計(jì)報告》，遂編制完成了《河南省登封市逛河小流域片壩系工程杜窯南中型壩新建工程初步設(shè)計(jì)報告》及附件。本次初步設(shè)計(jì)工作，得到了登封市水務(wù)局和地方各級政府的大力支持，在此表示衷心的感謝。主要成果：1主體報告《河南省登封市逛河小流域片壩系工程杜窯南中型壩新建工程初步設(shè)計(jì)報告》2附件：《河南省登封市逛河小流域壩系工程可行性研究報告審查意見》《登封市逛河小流域壩系杜窯南中型壩初步設(shè)計(jì)審查意見》3附圖逛河小流域片壩系工程布局圖（GHXLY-DYN-01）大壩總平面布置圖（GHXLY-DYN-DB-01）壩軸線剖面圖（GHXLY-DYN-DB-02）水位～庫容～面積曲線圖（GHXLY-DYN-DB-03）大壩標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖（GHXLY-DYN-DB-04）大壩細(xì)部構(gòu)造圖（GHXLY-DYN-DB-05）溢洪道平面布置圖（GHXLY-DYN-YHD-01）溢洪道剖面圖（GHXLY-DYN-YHD-02）溢洪道橫斷面圖（GHXLY-DYN-YHD-03）溢洪道細(xì)部圖（GHXLY-DYN-YHD-04）臥管平面、剖面圖（GHXLY-DYN-SSD-01）涵管設(shè)計(jì)圖（GHXLY-DYN-SSD-02）臥管、平管細(xì)部圖（GHXLY-DYN-SSD-03）蓋板配筋圖（GHXLY-DYN-SSD-04）1綜合說明根據(jù)《河南省登封市逛河小流域壩系工程可行性研究報告審查意見》（以下簡稱《審查意見》）的批復(fù)，小流域壩系建設(shè)范圍，即小流域總面積為65.35km2；侵蝕模數(shù)采用4750t/km2·a；壩系建設(shè)原則為以中型壩為主控制流域水沙，因地制宜布設(shè)中、小型淤地壩，攔截泥沙，合理利用水資源，最大限度地發(fā)揮壩系工程的綜合效益；壩系工程布局與建設(shè)規(guī)模為，該壩系總規(guī)模為18座，其中：新建中型壩3座，加固配套中型壩2座，新建中型壩10座，新建小型壩3座。杜窯南中型壩位于壩系西北部的潁陽鎮(zhèn)，壩址位置為東經(jīng)112°85′48″，北緯38°16′18″，地屬伊河支流——逛河小流域的潁陽溝Ⅱ9溝道上，該區(qū)屬黃土山麓丘陵溝壑區(qū)，境內(nèi)植被稀少，地形支離破碎，溝壑縱橫，水土流失較為嚴(yán)重。該壩建成后，將泥沙就地?cái)r蓄，使荒溝變良田，促使溝道實(shí)現(xiàn)川臺化，有利于實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化，進(jìn)而能夠促進(jìn)陡坡地退耕還林還草，增加林草覆蓋率，有利于保障區(qū)域糧食和生態(tài)安全。同時，將使流域區(qū)間范圍水沙資源得到充分合理利用，保障了該壩下游至流域出口段群眾生命財(cái)產(chǎn)和生產(chǎn)建設(shè)的安全，同時減輕了流域下游工程防洪壓力，為國家節(jié)省了防洪費(fèi)用。在庫區(qū)1/10000地形圖上量出匯水面積1.83km2，與《河南省登封市逛河小流域壩系工程可行性研究報告》（以下簡稱《可研報告》）一致；根據(jù)實(shí)測1/1000地形圖，采用等高線法量計(jì)不同高程的水位、面積成果，繪制出水位～面積～庫容關(guān)系曲線。經(jīng)計(jì)算，工程總庫容為11.09萬m3，最大壩高為17.3m，與批復(fù)《可研報告》總庫容為10.69萬m3，最大壩高為18.5m基本一致。流域內(nèi)及鄰近地區(qū)無實(shí)測水位、流量資料，也沒有雨量資料，利用河南省中小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水圖集，采用小流域推理公式法推求設(shè)計(jì)洪水。經(jīng)計(jì)算，20年設(shè)計(jì)洪峰流量為62.21m3/s，洪水總量為19.75萬m3；50年一遇校核洪峰流量為80.64m3/s，洪水總量為28.57萬m3。本工程為新建工程，采用由土壩、放水建筑物(臥管、涵管)和泄洪建筑物（溢洪道）“三大件”組成。設(shè)計(jì)最大壩高為17.3m，壩頂長121.5m，壩頂寬度3.0m，上游壩坡1∶2，下游壩坡1∶1.5。工程總庫容為11.09萬m3，其中，攔泥庫容為7.00萬m3，滯洪庫容為6.44萬m3；設(shè)計(jì)淤泥面高程為643.38m，校核洪水位為646.41m，壩頂高程為647.91m。放水工程由臥管和涵管兩部分組成。臥管最低放水孔高程640.00m，臥管最高放水孔高程646.81m，臥管長度21.67m，斷面尺寸為0.4m0.4m；放水孔孔型為倒圓臺型，上口直徑0.28m，下口直徑0.25m；涵管出口高程638.40，第一段比降1:100，長64.0m，內(nèi)徑0.8m，壁厚0.2m，第二段比降33.33%，長14.34m，內(nèi)徑0.8m，壁厚0.2m；消力池長度3.50m，斷面尺寸為3.50m溢洪道全長102.46m，20年一遇設(shè)計(jì)流量50.4m3/s，由進(jìn)口段、控制段、泄槽段、消力池段四部分組成，進(jìn)口底高程采用設(shè)計(jì)淤積面高程642.82m，長28.00m；控制段底高程643.38m，長30.00m；泄槽段長30.46m泄槽段起點(diǎn)底高程為643.38m，出口底高程為633.23m；消力池段底高程為633.23m，池深2.60m，長18.00m。采用底寬8m，重力式擋墻矩形斷面。工程總投資為178.3萬元，其中建筑工程費(fèi)156.39萬元，獨(dú)立費(fèi)用16.72萬元，預(yù)備費(fèi)5.19萬元。杜窯南中型壩建成后，基礎(chǔ)效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會效益、生態(tài)效益明顯，建議盡早開工建設(shè)。2基本情況2.1自然概況2.1工程位于河南省登封市西北的潁陽鎮(zhèn)，距登封市約45km，地理坐標(biāo)為壩址位置為東經(jīng)112°85′48″，北緯38°16′18″，地屬伊河支流——逛河小流域的潁陽溝Ⅱ7溝道上，壩控面積1.83km2。2.1壩控流域區(qū)地處黃土丘陵溝壑區(qū)Ⅲ副區(qū)，流域以中高山區(qū)為主，溝壑密度大，山高坡陡。流域內(nèi)地表土層質(zhì)地疏松，抗蝕性差，易于沖刷侵蝕、沉陷，經(jīng)長期水力、重力侵蝕及其它外營力的剝蝕作用，在流域內(nèi)形成了以長梁為主、梁坡相間、地形破碎、溝壑縱橫的地貌特征。根據(jù)批復(fù)《審查意見》，侵蝕模數(shù)采用4750t/km2·a。工程所在溝道的主溝長2.09km，支毛溝11條，溝壑密度1.76km/km2，溝道比降為21.4%，左岸平均坡度約為1：2.1，右岸平均坡度約為1：1.2，溝深約17m，溝底寬度約45m，高程為633.61m。壩址處地質(zhì)條件良好，無構(gòu)造斷裂帶通過，地基穩(wěn)定。壩址處左岸有巖石出露,右岸為川臺地，分布有中粉質(zhì)壤土，且位于地下水以上，易開采，質(zhì)地良好，滿足筑壩要求。2.1.3地震情況根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2001）查得：工程區(qū)地震動峰加速度0.05g，地震動反應(yīng)普特征周期值為0.35s，地震基本烈度為Ⅵ度，不考慮抗震問題。2.2社經(jīng)情況2.2.1社經(jīng)狀況工程涉及潁陽鎮(zhèn)杜窯自然村。涉及47戶，總?cè)丝?00多口，勞動力89人；羊257只，大家畜32頭；總耕地面積9.7hm2，人均基本農(nóng)田0.097hm2，人均糧食300kg，人均純收入1080元/a。2.2.2受益和淹沒區(qū)的情況工程涉及潁陽鎮(zhèn)杜窯自然村。涉及47戶，總?cè)丝?00多口，勞動力89人；羊257只，大家畜32頭；總耕地面積9.7hm2，人均基本農(nóng)田0.097hm2，人均糧食300kg，人均純收入1080元/a。淹沒區(qū)無村鎮(zhèn)、學(xué)校，以坡耕地為主，由于干旱少雨且汛期受洪水影響較為嚴(yán)重，農(nóng)業(yè)保收率較低。工程下游為農(nóng)田及GZ-06楊溝南中型壩，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇。2.2.3截止2007年底，工程所在小流域內(nèi)共有各項(xiàng)坡面治理措施2192hm2，其中修建基本農(nóng)田879hm2，營造喬木林632hm2、灌木林447hm2，栽植經(jīng)濟(jì)林（果）126hm2，人工種草109hm2，水土流失治理程度為41.23%。已建成兩座中型壩，現(xiàn)狀工程控制面積7.63km2，尚未形成系統(tǒng)的溝道工程。2.3壩址及其上下游溝道工程情況2.3.1壩址上下游溝道工程情況本工程上游無壩系工程，下游游擬建有楊溝南中型壩，和杜窯南中型壩組成一個壩系單元。根據(jù)批復(fù)《審查意見》，楊溝南中型壩設(shè)計(jì)淤積年限均為10年，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)20年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)50年一遇，可淤地6.45hm2，擬2011年12月年開工建設(shè)，杜窯南中型壩設(shè)計(jì)淤積年限均為10年，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)20年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)50年一遇，可淤地1.25hm2，擬2011年開工建設(shè)。2.4氣象水文泥沙2.4.1項(xiàng)目區(qū)年平均氣溫14.2℃，年最高氣溫為40.5℃，年最低氣溫-15.1℃，年平均蒸發(fā)量1898.6mm，最大蒸發(fā)量2456.3mm（1971），最小蒸發(fā)量1474.7mm（1989）。冬季開始于11月12日至3月26日，歷時135天，為一年最長的季節(jié)，這時在蒙古高壓的控制下，天氣寒冷，冬季歷年平均氣溫1.5℃，凍土深為50cm，無霜期最長為266d。年平均日照時數(shù)2275h，平均日照率為25.97％。冬季多西北風(fēng)，夏季多偏東風(fēng)，大風(fēng)日數(shù)23天，全年平均風(fēng)速2.5m/s。2.4根據(jù)登封市氣象站觀測：項(xiàng)目區(qū)多年平均降水量599.8mm，最大降水量為909.2mm(1983年)，最小降水量428.1mm(1981年)，汛期多年平均（6～9月）降水量為401.9mm，占年降雨量的67%。其降水特點(diǎn)為年內(nèi)分布不均，6～9月份降水多以暴雨的形式出現(xiàn)，歷時短，強(qiáng)度大，災(zāi)害性強(qiáng)。根據(jù)《河南省地表水資附圖》和登封市水文站觀測資料分析，逛河小流域洪水具有歷時短、暴漲暴落、峰高量大、含沙量高的特點(diǎn)。據(jù)登封雨量站25年實(shí)測資料分析，小流域年平均徑流深147.5mm，年平均徑流量為1989.5萬m3。徑流主要來源于汛期6-9月暴雨產(chǎn)生的洪水，以7-8月份為最多，多年平均汛期徑流量為1498.1萬m3，多年平均汛期徑流量占年均徑流量的73.78%。水文氣象特征見表2-1。表2-1水文氣象特征表年降水量（mm）多年平均暴雨次數(shù)（次/年）多年平均徑流量（萬m3）氣溫（℃）無霜期(d)≥10℃積溫(℃)最大最小多年平均最高最低多年平均909.2428.1599.841989.540.5-15.114.226644232.4.3《可研報告》對流域土壤侵蝕模數(shù)的確定采用分析流域內(nèi)侵蝕強(qiáng)度分布、調(diào)查現(xiàn)狀水庫淤積狀況與查閱水文手冊相結(jié)合的方法進(jìn)行了論證，據(jù)批復(fù)《審查意見》，侵蝕模數(shù)為4750t/km2·a。項(xiàng)目區(qū)流域年輸沙量為8692.5t。2.5建筑材料工程所需土料可就地取材，壩址處左岸有巖石出露,右岸為川臺地，分布有中粉質(zhì)壤土，土料有機(jī)質(zhì)含量為1.8%，水溶鹽含量為4.6%，均滿足筑壩要求，但土層較薄，需從上、下游較遠(yuǎn)處取土，平均運(yùn)距2000m。工程所需材料均在本市境內(nèi)購買，平均運(yùn)距約45km。3水文計(jì)算3.1工程等別及建筑物級別依據(jù)《水土保持綜合治理技術(shù)規(guī)范》（GB/T16453.1～16453.6-1996）和《水土保持治溝骨干工程技術(shù)規(guī)范》（SL289-2003）之規(guī)定，該中型壩工程等別為五等，其主要建筑物大壩、溢洪道及放水設(shè)施均為5級建筑物。工程防洪標(biāo)準(zhǔn)：依據(jù)《水土保持綜合治理技術(shù)規(guī)范》（溝壑治理技術(shù)）GB/T16453.3-1996之規(guī)定，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)取20年一遇；校核洪水標(biāo)準(zhǔn)取50年一遇。設(shè)計(jì)淤積年限：依據(jù)《水土保持綜合治理技術(shù)規(guī)范》（溝壑治理技術(shù)）GB/T16453.3-1996之規(guī)定，設(shè)計(jì)淤積年限取10年。本設(shè)計(jì)與《可研報告》批復(fù)一致。3.2水文計(jì)算3.利用《河南省中小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水圖集》（以下簡稱“84圖集”）和河南省水文水資源局2005年12月編制的《河南省暴雨參數(shù)圖集》（以下簡稱“05圖集”）計(jì)算方法和有關(guān)參數(shù)查算設(shè)計(jì)暴雨。1．設(shè)計(jì)暴雨根據(jù)“84圖集”附圖和“05圖集”附圖，在流域重心處讀得各時段點(diǎn)雨量均值和相應(yīng)的變差系數(shù)，以Cs=3.5Cv查PⅢ型曲線模比系數(shù)，采用下式計(jì)算設(shè)計(jì)頻率點(diǎn)暴雨量。（3-1）式中Htp——t時段設(shè)計(jì)頻率為P的點(diǎn)雨量，mm；Ht——t時段點(diǎn)雨量均值；Kp——頻率為P的模比系數(shù)。再根據(jù)流域面積查附圖求得點(diǎn)面折減系數(shù)，計(jì)算面暴雨量。由于該中型壩控制流域面積F=1.83km2<50km2，以點(diǎn)雨量作為面雨量，即點(diǎn)面折減系數(shù)α=1。設(shè)計(jì)暴雨量計(jì)算成果見表3-1、表3-2。表3-1設(shè)計(jì)暴雨量計(jì)算成果表（84圖集）時段點(diǎn)雨量均值Ht（㎜）變差系數(shù)CvCs=3.5Cv模比系數(shù)Kp設(shè)計(jì)頻率點(diǎn)雨量Ht(㎜)點(diǎn)面折減系數(shù)α設(shè)計(jì)頻率面雨量Hp（㎜）10min160.441.54K52.0733.12133.12K22.5540.840.81h370.541.89K52.177.7177.7K22.5895.4695.466h590.561.96K52.12125.081125.08K22.62154.58154.5824h800.551.93K52.07165.61165.6K22.55204204表3-2設(shè)計(jì)暴雨量計(jì)算成果表（05圖集）時段點(diǎn)雨量均值Ht（㎜）變差系數(shù)CvCs=3.5Cv模比系數(shù)Kp設(shè)計(jì)頻率點(diǎn)雨量Ht(㎜)點(diǎn)面折減系數(shù)α設(shè)計(jì)頻率面雨量Hp（㎜）10min160.501.75K51.9931.84131.84K22.4238.7238.721h350.521.82K52.0371.05171.05K22.4886.886.86h600.572.00K52.14128.41128.4K22.66159.6159.624h800.551.93K52.11681168K22.58206.4206.42．暴雨遞減指數(shù)暴雨遞減指數(shù)n1、n2、n3按下列各式計(jì)算：（3-2）（3-3）（3-4）式中：nlp、n2p、n3p為暴雨遞減指數(shù)；H10p，Hlp，H6p、H24p分別為同一設(shè)計(jì)頻率年最大10分鐘、1小時、6小時、24小時雨量，為暴雨點(diǎn)面折減系數(shù)。暴雨遞減指數(shù)計(jì)算結(jié)果見表3-3、表3-4。表3-3暴雨遞減指數(shù)成果表（84圖集）設(shè)計(jì)頻率（%）暴雨遞減指數(shù)n1pn2pn3p100.4920.7330.78550.4720.7260.78720.4520.7240.791表3-4暴雨遞減指數(shù)成果表（05圖集）暴雨遞減指數(shù)設(shè)計(jì)頻率（%）n1pn2pn3p100.5530.6830.80150.5520.6700.80620.5490.6610.8133.2.2設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算按圖集要求200km2以下采用推理公式為宜。基本公式為：（3-5）（3-6）（3-7）式中：——設(shè)計(jì)洪峰流量（m3/s）——洪峰徑流系數(shù)；——洪峰匯流歷時（h）；F——流域面積（km2），F(xiàn)＝1.83kmL——干流長度（km），L=3.13kmJ——干流平均坡降，J=0.214；S——設(shè)計(jì)最大1小時雨量平均強(qiáng)度，即設(shè)計(jì)頻率1h的面雨量（mm/h）；n—設(shè)計(jì)暴雨遞減指數(shù)，τ<1小時取n1；τ=1～6小時取n2；τ=6～24小時取n3；μ—平均入滲率，根據(jù)《河南省中小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水圖集》中查得該流域位于V水文分區(qū)，值取5~8，考慮到該流域土層為粘土，透水性差，μ值取5mm/h；m—匯流參數(shù)由θ~相關(guān)線查得，，θ的范圍為5～100，若θ小于5或大于100，可采用θ等于5或等于100；m=0.99。將各數(shù)值代入公式經(jīng)試算，得設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算成果，見表3-5、表3-6。表3-5不同頻率洪峰流量計(jì)算成果表（84圖集）頻率（年）10年一遇20年一遇50年一遇項(xiàng)目(P=10%)(P=5%)(P=2%)流域面積F（km2）1.831.831.83干流長度L（km）2.092.092.09平均坡度J0.2140.2140.214水文分區(qū)VVV平均入滲率μ5.005.005.00θ=L/(F1/4J1/3)333匯流參數(shù)m0.990.990.99設(shè)計(jì)雨強(qiáng)S（mm/h）63.2776.5994.35設(shè)計(jì)暴雨遞減指數(shù)nn1p0.4920.7330.785n2p0.4720.7260.787洪峰匯流時間τ(h)0.3670.3490.301洪峰徑流系數(shù)ψ0.9520.9600.969設(shè)計(jì)洪峰流量Qp（m3/s）50.1761.5780.08表3-6不同頻率洪峰流量計(jì)算成果表（05圖集）頻率（年）10年一遇20年一遇50年一遇項(xiàng)目(P=10%)(P=5%)(P=2%)流域面積F（km2）1.831.831.83干流長度L（km）2.092.092.09平均坡度J0.2140.2140.214水文分區(qū)VVV平均入滲率μ5.005.005.00θ=L/(F1/4J1/3)333匯流參數(shù)m0.990.990.99設(shè)計(jì)雨強(qiáng)S（mm/h）59.1571.0586.80設(shè)計(jì)暴雨遞減指數(shù)nn1p0.5530.5520.549n2p0.6830.6700.661洪峰匯流時間τ(h)0.3670.3480.316洪峰徑流系數(shù)ψ0.9510.9610.969設(shè)計(jì)洪峰流量Qp（m3/s）49.8162.2180.643.2.3設(shè)計(jì)洪水量計(jì)算設(shè)計(jì)洪量采用降雨徑流關(guān)系，按24小時設(shè)計(jì)凈雨量計(jì)算。24小時設(shè)計(jì)洪量用下式計(jì)算：W24=1000RF（m3）（3-8）式中：F——流域面積（km2）,本工程控制流域面積為1.83kmR——24小時凈雨深（mm），由《河南省中小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水圖集》降雨徑流關(guān)系P+Pa—R曲線中Ⅵ-1線求得。流域最大初損Imax=60mm。P為24小時設(shè)計(jì)雨量，Pa為設(shè)計(jì)前期影響雨量，50年一遇以上暴雨P(guān)a=Imax，10~20年一遇Pa=2/3Imax，30年一遇暴雨P(guān)a=0.8Imax=48mm。各設(shè)計(jì)頻率凈雨量及洪水總量計(jì)算成果見表3-7、表3-8。表3-7設(shè)計(jì)凈雨量及設(shè)計(jì)洪量計(jì)算成果表（84圖集）P(％)1052P（mm）137.6168206.4Pa（mm）36.736.755P+Pa（mm）174.3204.7261.4凈雨深（mm）84.3107.9156.1洪量模數(shù)（104m38.4310.7915.61洪量（10415.4319.7528.57表3-8設(shè)計(jì)凈雨量及設(shè)計(jì)洪量計(jì)算成果表（05圖集）P(％)1052P（mm）137.6168206.4Pa（mm）36.736.755P+Pa（mm）174.3204.7261.4凈雨深（mm）84.3107.9156.1洪量模數(shù)（104m38.4310.7915.61洪量（10415.4319.7528.57由表3-5～3-8中查得各頻率設(shè)計(jì)洪量與設(shè)計(jì)洪峰流量，經(jīng)比較，“84圖集”與“05圖集”的暴雨參數(shù)基本一致，各頻率設(shè)計(jì)洪量與設(shè)計(jì)洪峰流量差別均在15%以下。由于“05圖集”系列更長，資料更為全面，本次洪水復(fù)核設(shè)計(jì)暴雨采用“05圖集”的暴雨參數(shù)，沿用“05圖集”的洪水查算圖表推求設(shè)計(jì)洪水。3.2.4設(shè)計(jì)洪水過程線計(jì)算采用概化三角形過程線法推求設(shè)計(jì)洪水過程線，見圖3-1。WWpQpTt1Q圖3-1概化三角形洪水過程線根據(jù)《水土保持治溝骨干工程技術(shù)規(guī)范》SL289—2003，洪水歷時計(jì)算公式為：＝5.56×（）（3-9）式中：——洪水總歷時，h；——頻率為P的設(shè)計(jì)洪水總量（104m——頻率為P的設(shè)計(jì)洪峰流量(m3/s)。漲水歷時一般取洪水匯流歷時，退水歷時=。計(jì)算結(jié)果見表3-9。表3-9中型壩壩校核年洪水過程計(jì)算表編號壩名控制面積（km2）洪峰流量(m3/s)洪水總量(104m3)洪水總歷(h)漲水歷時(h)GZ-03杜窯南1.8380.6428.571.970.3163.2.5調(diào)洪演算由于該流域匯流歷時短，洪峰流量大，所以該工程采用“三大件”設(shè)計(jì)，需進(jìn)行調(diào)洪演算，計(jì)算滯洪庫容和溢洪道最大下泄流量。由于該壩上游無標(biāo)準(zhǔn)較高或等標(biāo)準(zhǔn)工程，按照水利部《水土保持治溝骨干工程技術(shù)規(guī)范》SL289—2003要求，按單壩調(diào)洪演算。溢洪道泄流曲線采用寬頂堰流量公式計(jì)算，調(diào)洪演算計(jì)算公式為：（3-10）qp＝MB(2g)^0.5*h^1.5（3-11）式中：—頻率為P的洪水時溢洪道最大泄量，m3/s；—頻率為P的洪峰流量，m3/s；—滯洪庫容，萬m3；—頻率為P的洪水總量，萬m3；M——流量系數(shù)，取0.36;B——溢洪道底寬，m；h——溢洪水深，m；計(jì)算步驟：1、假定溢洪道底寬B，再假定溢洪水深h，由水位~庫容關(guān)系曲線查得Vz；2、把查得的Vz代入式（3-10）中計(jì)算qp；3、由寬頂堰流量公式式（3-11）計(jì)算下泄流量qp；使公式（3-10）和（3-11）中的qp值相等時，假定溢洪水深即為相應(yīng)頻率下的堰上水深，此時qp為相應(yīng)頻率下的溢洪道最大泄量，Vz為滯洪庫容。20年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量Q設(shè)=62.21m3/s，相應(yīng)洪水總量W設(shè)=19.75萬m3，50年一遇校核洪峰流量Q校=80.64m3/s，相應(yīng)的洪水總量W校=28.57萬m3。經(jīng)試算，溢洪道底寬B取8m，20年一遇qp=50.4m3/s，Vz=3.72萬m3，溢洪水深h=2.50m；50年一遇qp=67.5m3/s，Vz=4.65萬m3，溢洪水深h=3.04m。3.2.6輸沙量計(jì)算年平均輸沙量按公式計(jì)算：（3-12）式中：—年輸沙量，t；—年均侵蝕模數(shù)，本流域取4750t/km2·a；—壩控面積，本工程為1.83km2。經(jīng)計(jì)算，本工程壩址以上年均輸沙量為8692.5t。4工程設(shè)計(jì)4.1設(shè)計(jì)依據(jù)及樞紐組成4.1《黃河流域水土保持骨干壩擴(kuò)大初步設(shè)計(jì)編制大綱》；本院編制《河南省登封市逛河小流域片壩系建設(shè)杜窯南中型壩典型設(shè)計(jì)報告》；《登封市逛河小流域壩系杜窯南中型壩初步設(shè)計(jì)審查意見》《水土保持治溝骨干工程技術(shù)規(guī)范》SL289-2003；《水土保持綜合治理效益計(jì)算方法》GB/T15774-1995;4.1.2壩型及筑壩材料選擇壩型選擇主要是根據(jù)壩址處地形、地質(zhì)條件、筑壩材料情況及交通運(yùn)輸情況等綜合分析確定。常用的壩型有土壩、堆砌石壩等。杜窯南中型壩壩址處溝道較窄，庫容量大；土料豐富、易開采；水、電、路可滿足施工需要，選用碾壓土壩。工程所需土料可就地取材，壩址處左岸有巖石出露,右岸為川臺地，分布有中粉質(zhì)壤土，土料有機(jī)質(zhì)含量為1.8%，水溶鹽含量為4.6%，均滿足筑壩要求。4.1.3施工方式的選擇本工程主要施工內(nèi)容：壩體填筑、溢洪道砌筑、放水工程砌筑、基礎(chǔ)開挖，工地對外交通便利，壩體采用機(jī)械碾壓；漿砌石和干砌石工程采用人工砌筑。4.1.4樞紐組成及布設(shè)根據(jù)當(dāng)?shù)氐匦螚l件及考慮到該流域降雨形成的徑流峰高量大，易形成洪水的實(shí)際情況，該壩以選用“三大件”為宜，即工程由土壩、放水建筑物(臥管、涵管)和泄洪建筑物（溢洪道）組成。壩址右岸距馮堂自然村100m，并分布有耕地，左岸有有利地形分布，故溢洪道布設(shè)于壩體左岸，采用正槽開敞式。放水工程位于壩體右岸，進(jìn)水形式為分級臥管，采用漿砌石砌筑，臥管下接消力池，后接涵洞，水流經(jīng)消能后泄入下游河道。臥管采用方形，涵洞采用預(yù)制混凝土圓涵。4.2壩體設(shè)計(jì)4.2.1壩高～庫容根據(jù)壩址壩軸線位置，在庫區(qū)1/10000地形圖上量出匯水面積1.83km2。采用等高線法在實(shí)測1/1000地形圖上量計(jì)不同高程的水位、面積成果，由公式4-1推求不同高程對應(yīng)的庫容成果。ΔVi=(A1++A2)×（4-1）式中：A1、A2—相鄰兩等高線各自包圍的面積，m2;ΔZ—兩條相鄰等高線的高差，m。由計(jì)算成果，繪制出壩高～庫容～淤地面積關(guān)系曲線。見圖（GHXLY-DYN-DB-03）。4.2.2庫容計(jì)算（1）攔泥庫容攔泥庫容按下式計(jì)算：（4-2）式中：—設(shè)計(jì)攔泥庫容，萬m3；—年均輸沙量，本工程壩址以上年均輸沙量為8692.5t；—設(shè)計(jì)淤積年限，取10年。—泥沙容重，取1.35t/m3。經(jīng)計(jì)算壩攔泥庫容為6.44萬m3。（2）滯洪庫容該壩采用溢洪道泄水，根據(jù)調(diào)洪演算成果，滯洪庫容采用50年一遇校核洪水下滯洪庫容為4.65萬m3。（3）總庫容總庫容為攔泥庫容和滯洪庫容之和，為11.09萬m3。4.2.3壩高確定采用公式：(4-3)式中：H——總壩高(m)H攔——攔泥壩高(m)H滯——滯洪壩高(m)H安——安全超高(m)由攔泥庫容6.44萬m3查壩高～庫容曲線，查得淤積高程為643.38m，由此確定攔泥壩高H攔=643.38-633.61=9.77m。滯洪壩高H滯為校核洪水位與設(shè)計(jì)淤泥面高程之差，即溢洪道最大溢洪水深，根據(jù)調(diào)洪演算成果，H滯=3.04m。安全超高H安，按規(guī)范選用，采用1.5m安全超高。經(jīng)計(jì)算確定最大壩高為14.31m，壩頂高程為647.91m，壩頂長109.84m。4.24.2.4.1壩頂寬度的確定根據(jù)《水土保持治溝骨干工程技術(shù)規(guī)范》(SL289－2003)，本工程有交通要求，確定壩頂寬度為4m。4.2.4.2壩坡的確定根據(jù)《水土保持治溝骨干工程技術(shù)規(guī)范》(SL289－2003)，并通過穩(wěn)定計(jì)算，上游壩坡選定1∶2，下游壩坡1：1.5，由此可計(jì)算得土壩最大鋪底寬度為58.00m。為防止壩坡受洪水沖刷，上游坡及下游壩坡上種植草皮進(jìn)行生物防護(hù)。4.2.4.3結(jié)合槽為了增加壩體的穩(wěn)定性，使壩體與溝底及溝岸結(jié)合良好，在壩軸線處設(shè)結(jié)合槽1道，壩基結(jié)合槽尺寸根據(jù)表4-1中計(jì)算的上下游水位差及允許滲透系數(shù)選取，擬定結(jié)合槽的尺寸為邊坡1:1的梯形斷面，底寬3m，深2m。4.2.4.4排水設(shè)施大壩下游采用貼坡排水，根據(jù)計(jì)算，壩體浸潤線出逸點(diǎn)高程為635.11m，凍土深度選0.5m，確定排水體高度3.68m，高程范圍由636.61m至壩腳632.9m，反濾層采用三層，第一層為粒徑0.25～2mm的粗砂，厚150mm，第二層為粒徑5～20mm的碎石，厚150mm，第三層為粒徑250為保證工程安全運(yùn)行，防止暴雨沖刷壩體和壩肩，在下游坡設(shè)一道橫向排水溝，在壩體與岸坡結(jié)合處設(shè)計(jì)岸坡排水溝，將水流送出壩腳以外。為防止壩肩兩岸排水匯流壩頂形成洞穴，危及壩體安全，在壩頂順縱向排水溝設(shè)DN100mm排水孔。排水溝為矩形斷面，排水溝尺寸為300×300mm(寬×深)，邊墻底板厚均為30根據(jù)《黃河流域水土保持骨干壩擴(kuò)大初步設(shè)計(jì)編制大綱》，本工程為蓄水運(yùn)用工程，應(yīng)進(jìn)行滲流和穩(wěn)定計(jì)算。1滲流計(jì)算工程設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇。根據(jù)調(diào)洪演算成果，設(shè)計(jì)洪水位為645.88m，校核洪水位為646.41m。（1）計(jì)算斷面本次滲流計(jì)算分析，典型斷面選取主河槽處最大壩高斷面，上游壩坡為1：2.0，下游壩坡為1：1.5，在壩基壩軸線處設(shè)置結(jié)合槽。（2）計(jì)算方法及成果滲流計(jì)算采用有限元二維滲流方法，土層滲透系數(shù)按各向同性考慮。壩體采用最大斷面進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算內(nèi)容包括滲透坡降、浸潤線出逸點(diǎn)高程、下游排水起點(diǎn)處滲流水深。滲透坡降計(jì)算按達(dá)西定律基本公式：J=△H/L（4-4）式中：J——滲透坡降；△H——庫水位與排水點(diǎn)處滲流水位差；L——滲徑長度。壩體上游水面以下1：m1的斜坡部分，用具有相同滲流阻力的虛擬矩形體代替，虛擬矩形的寬度△L按下式確定：（4-5）式中：H1——壩體上游水深；m1——大壩上游平均坡比。壩下游無水，貼坡排水起點(diǎn)的滲流水深he按下式確定：（4-6）壩體浸潤線方程為：（4-7）由以上各式計(jì)算可得壩體滲透坡降計(jì)算參數(shù)，見表4-1。表4-1壩體滲透坡降計(jì)算參數(shù)表計(jì)算工況滲流水深he水位差△H(m)滲徑長度L(m)設(shè)計(jì)洪水位1.3210.3127.67校核洪水位1.7812.3426.61（3）允許滲透坡降計(jì)算根據(jù)《水利水電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)匯編—水利水電卷普通建筑物設(shè)計(jì)》，對一般性粘土，滲透變形形式只有流土，不會發(fā)生管涌。壩體為低液限粘土，滲透破壞形式為流土。粘性土允許滲透坡降計(jì)算公式采用《標(biāo)準(zhǔn)匯編》中公式：（4-8）（4-9）式中：——土粒密度，=2.65g/cm3；——水密度，=1.0g/cm3；n——土的空隙率，n=0.35；J——滲透坡降；KB——流土安全系數(shù)，取2.0。經(jīng)計(jì)算得J破壞=1.07，J允許=0.54。壩基結(jié)合槽為低液限粘土，根據(jù)《水工設(shè)計(jì)手冊》，其允許滲透坡降為5。滲透坡降計(jì)算成果見表4－2。表4-2大壩滲透坡降計(jì)算成果表計(jì)算工況壩體滲透坡降J1壩基滲透坡降J2計(jì)算值允許值計(jì)算值允許值設(shè)計(jì)洪水位0.350.540.245校核洪水位0.430.540.275由上表可以看出大壩在各種工況下的滲透坡降均小于允許滲透坡降，大壩滲透變形滿足規(guī)范要求。2壩坡穩(wěn)定計(jì)算（1）計(jì)算條件計(jì)算條件為正常運(yùn)用和非常運(yùn)用條件下，下游壩坡形成穩(wěn)定滲流情況。（2）計(jì)算公式根據(jù)《水土保持治溝骨干工程技術(shù)規(guī)范》SL289－2003，壩坡穩(wěn)定計(jì)算采用瑞典圓弧法進(jìn)行計(jì)算。公式如下：（4-10）式中:k——抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；W——土條重量，t；Q、V——分別為水平和垂直地震慣性力（向上為負(fù)，向下為正）；u——作用于土條底面的孔隙壓力；α——條塊重力線與通過此條塊底面中點(diǎn)的半徑之間的夾角；b——土條寬度；c’、ψ’——土條底面的有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)；Mc——水平地震慣性力對圓心的力矩；R——圓弧半徑。（3）計(jì)算參數(shù)設(shè)計(jì)壩體土料的強(qiáng)度指標(biāo)為：ψ’=24.2°，c’=30.4kPa/m3，γ飽=20KN/m3，γ濕=18KN/m3，γ浮=10KN/m3。（4）壩坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果及安全分析經(jīng)計(jì)算，正常運(yùn)用條件和非常運(yùn)用條件下安全系數(shù)k分別為1.32和1.29，根據(jù)《水土保持治溝骨干工程技術(shù)規(guī)范》SL289－2003，壩體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)正常運(yùn)用條件和非常運(yùn)用條件分別采用1.25和1.15，故壩體抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。4.3放水建筑物設(shè)計(jì)4.3放水工程進(jìn)水形式為分級臥管，采用漿砌石砌筑，臥管下接消力池，后接涵洞，水流經(jīng)消能后泄入下游河道。臥管采用方形，涵洞采用預(yù)制混凝土圓涵。4.參照《水土保持治溝骨干工程技術(shù)規(guī)范》（SL289-2003），臥管縱坡取大壩上游坡坡度1∶3，每級孔徑高差為0.4m。1放水流量確定由于杜窯南中型壩設(shè)有溢洪道，平時庫內(nèi)水位在溢洪道以下，在水庫尚未淤滿之前，考慮壩體安全及前期養(yǎng)魚，后期邊淤邊種的原則，采用3天泄完滯洪洪水總量（50年一遇）來計(jì)算下泄流量：（4-11）計(jì)算得2放水孔徑計(jì)算根據(jù)《水土保持治溝骨干工程技術(shù)規(guī)范》（SL289-2003）計(jì)算要求，每個臺階設(shè)單孔，按同時開啟2個臺階的放水孔計(jì)算，設(shè)計(jì)水位以下2個臺階的水頭依次為H1＝0.4m、H2＝0.8m。則放水孔徑為：d＝0.68×（4-12）=0.68×＝0.233(m)為施工方便，取d＝0.25(m)3臥管斷面尺寸與結(jié)構(gòu)尺寸的確定根據(jù)《水土保持治溝骨干工程技術(shù)規(guī)范》（SL289-2003）計(jì)算要求，臥管、消力池輸水流量由于水位變化而導(dǎo)致的放水孔調(diào)節(jié)比正常運(yùn)用時應(yīng)加大20%~30%，取30%，即臥管設(shè)計(jì)流量為：＝1.3×＝0.233(m3/s)臥管斷面采用方形，縱坡比降1:3，用漿砌石砌筑，取糙率系數(shù)0.025，基礎(chǔ)每隔10m設(shè)一齒墻，深1m，厚0.5m。初步確定臥管為0.40m×0.40m的方形斷面，根據(jù)加大流量采用下式進(jìn)行試算：=c或=R2/3×i1/2（4-13）（4-14）（4-15）（4-16）（4-17）式中：——臥管斷面面積；——臥管斷面底寬；——臥管內(nèi)正常水深（第一共軛水深）；——濕周；——水力半徑；——謝才系數(shù)；——糙率（取0.025）；——臥管比降（1:3）。經(jīng)試算，臥管的正常水深為0.10m，取臥管尺寸為正常水深的4倍，計(jì)算臥管高為0.10m，符合水躍下跌高不淹沒空口的要求，所以取臥管斷面尺寸為0.40m×0.40m。根據(jù)設(shè)計(jì)水深和臥管斷面尺寸，并對相關(guān)設(shè)計(jì)進(jìn)行參考，臥管結(jié)構(gòu)尺寸如下：側(cè)墻厚30cm，基礎(chǔ)寬150cm，基礎(chǔ)厚30m4消力池?cái)嗝娉叽绲拇_定臥管末端消力池采用漿砌石砌筑，其尺寸由以下計(jì)算確定：（1）消力池深度的確定（4-18）（4-19）式中：——涵管水深，m；——臥管末端水深，m；——第二共軛水深，m；——流速不均勻系數(shù)，取1.1；——臥管單寬流量，；——重力加速度，可取9.81m/s2。臥管末端水深為0.1m，由上式經(jīng)試算第二共軛水深1.08m。消力池深度d=σh2-h1-△Z=0.47m，設(shè)計(jì)取0.50m。（2）消力池長度L的確定（4-20）式中：——消力池長度，m；其他符號含義同前。設(shè)計(jì)取＝5×1.084＝5.42（m）取L=5.42m(3)消力池寬度B的確定（4-21）式中：——消力池寬度，m；——臥管寬度，m。B＝0.40+0.40＝0.80（m）根據(jù)設(shè)計(jì)水深和消力池?cái)嗝娉叽?，并參考相關(guān)設(shè)計(jì)資料，消力池?cái)嗝娉叽绱_定為：池長×池寬×池深＝5.42×0.50×0.80m。（4）臥管結(jié)構(gòu)消力池尺寸的確定根據(jù)設(shè)計(jì)水深和消力池凈寬，參考相關(guān)設(shè)計(jì)資料，消力池結(jié)構(gòu)尺寸確定如下：側(cè)墻頂寬50cm，側(cè)墻底寬110cm，基礎(chǔ)厚54.3.3涵管設(shè)計(jì)1型式及布置方案臥管與下游河道之間采用涵洞進(jìn)行連接，涵洞采用鋼筋混凝土預(yù)制無壓涵管，進(jìn)口高程涵底高程638.40m，涵管縱坡分為=1%與=1/3兩段，管長分別為64.0m與13.39m。2涵管斷面與結(jié)構(gòu)尺寸確定根據(jù)《水土保持治溝骨干工程技術(shù)規(guī)范》（SL289-2003），混凝土涵管管徑不小于0.80m，經(jīng)試算涵管內(nèi)水深0.2/0.8=25%小于涵管凈高的75%，符合要求。第二段管內(nèi)（=33.33%）管內(nèi)水深用明渠均勻流計(jì)算，經(jīng)試算,當(dāng)正常水深為=0.20m時，h/D=0.20/0.8=25%<75%，涵管直徑取0.8m，符合要求。管壁厚按下式計(jì)算：（4-22）式中：——混凝土管壁厚，cm；d0——混凝土管內(nèi)徑，cm；——管上垂直土壓力，kg/cm；——混凝土彎曲時允許拉應(yīng)力，6.71kg/cm2。根據(jù)計(jì)算并參考相關(guān)設(shè)計(jì)資料，管壁厚取20cm。本工程涵管取內(nèi)徑70cm的鋼筋混凝土預(yù)制管，每節(jié)管長600cm，安裝時以混凝土包砌基座，每600cm設(shè)一道截水環(huán)。3出口消能設(shè)施水力計(jì)算及結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算為使水流與下游溝道平順連接，陡坡出口設(shè)消力池消能，以達(dá)到保護(hù)河床的目的，消力池采用矩形斷面。（1）消力池水力計(jì)算消力池的水力計(jì)算，主要確定池深和池長，可按下式計(jì)算：（4-23）（4-24）式中：——消力池深，m；——第二共軛水深，m；——下游水深，m；——陡坡末端水深，m；——流速不均勻系數(shù)，取1.1；其它符號意義同前。消力池的池深d=1.1h2=1.1*0.584-0=0.642m，設(shè)計(jì)取0.70（2）消力池長度L的確定（4-25）式中：——消力池長度，m；其他符號含義同前。設(shè)計(jì)?。?*0.695=3.48(m)，取3.50m。（3）消力池寬度B的確定（4-26）式中：——消力池寬度，m；——臥管寬度，m。＝0.80+0.40＝1.2(m)消力池?cái)嗝娉叽鐬椋撼亻L×池寬×池深＝3.50m×1.20m×0.70m根據(jù)水深和消力池凈寬，參考相關(guān)設(shè)計(jì)資料，消力池結(jié)構(gòu)尺寸確定如下：側(cè)墻頂寬50cm，底寬340cm，底板厚度50cm。4蓋板配筋計(jì)算（一）臥管蓋板配筋計(jì)算設(shè)計(jì)公式采用《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》公式，混凝土采用C20，混凝土抗壓強(qiáng)度為fc＝10N/mm2，鋼筋抗拉強(qiáng)度fy＝210N/mm2。假設(shè)蓋板厚度為20cm，據(jù)前計(jì)算所知，蓋板上的淤泥厚度為：643.38－640.00＝3.38(m)，水深為堰上水深：H＝3.04(m)。（1）荷載計(jì)算①荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算自重荷載gk1＝γ砼·b·h（4-27）淤泥壓力荷載gk2＝γ淤·b·h淤（4-28）水壓力荷載qk＝γ水·b·h水（4-29）式中：γ砼——砼容重，取25KN/m3；γ淤——淤泥容重，取20KN/m3；γ水——水容重，取10KN/m3；h——板高(即厚度)，h＝0.2m；b——板寬，沿臥管長度方向板寬為1.8m。②荷載設(shè)計(jì)值計(jì)算g＝γG1·gk1＋γG2·gk2（4-30）q＝γθ·qk（4-31）式中：γG1——自重荷載分項(xiàng)系數(shù)，取1.05；γG2——淤泥壓力分項(xiàng)系數(shù)，取1.2；γθ——水壓力荷載分項(xiàng)系數(shù)，取1.0。（2）內(nèi)力計(jì)算該工程為五級建筑物，結(jié)構(gòu)安全級別為Ⅲ級，《水工統(tǒng)標(biāo)》規(guī)定結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為：γ0＝0.9，設(shè)計(jì)狀況系數(shù)ψ＝1.0(即正常運(yùn)用期為持久設(shè)計(jì)狀況)。板的計(jì)算跨度按下式取最小值：L＝L0＋a（4-32）L＝1.1L0（4-33）式中：L0——板的凈跨，為0.50m；a——搭接長度，為0.15跨中彎矩設(shè)計(jì)值：M＝γ0·ψ·(g＋q)L2（4-34）支座截面剪力設(shè)計(jì)值：V＝γ0·ψ·(g＋q)L0（4-35）（3）配筋計(jì)算①求asas＝（4-36）式中：h0——蓋板有效厚度，h0＝h－a，a為縱向受拉鋼筋合力點(diǎn)至截面受拉邊緣的距離，取3cm，h0＝20－3cm＝17cm。γd——結(jié)構(gòu)系數(shù)，γd＝1.2②根據(jù)as計(jì)算受壓區(qū)相對高度ξξ＝1－（4-37）ξ＜ξb＝0.614(ξb：因工程采用熱軋Ⅰ級鋼，為0.614)則斷面滿足設(shè)計(jì)要求。③計(jì)算鋼筋截面面積As＝ξ·b·h0·fc/fy（4-38）④檢驗(yàn)是否滿足ρ≥ρmin條件ρmin＝0.15%＝0.0015則ρ＞ρmin，配筋滿足要求。⑤查表選擇鋼筋選用4Ф10主筋，同時選配4Ф10的付筋，可滿足設(shè)計(jì)要求。另外，在放水孔處配Ф10的鋼箍。（二）消力池蓋板配筋計(jì)算設(shè)計(jì)公式采用《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》公式，混凝土采用C20，混凝土抗壓強(qiáng)度為fc＝10N/mm2，鋼筋抗拉強(qiáng)度fy＝210N/mm2。蓋板厚度為20cm，據(jù)前計(jì)算所知，蓋板上的淤泥厚度為：643.38－640.00＝3.38(m)，水深為堰上水深：H＝3.04(m)經(jīng)計(jì)算，選用Ф12主筋，可滿足設(shè)計(jì)要求。4.4溢洪道的設(shè)計(jì)4.4.1溢洪道布設(shè)及結(jié)構(gòu)形式根據(jù)現(xiàn)場勘查，杜窯南中型壩壩址右岸，并分布有耕地及房屋，左岸有有利地形分布，故溢洪道布設(shè)于壩體左岸。溢洪道采用明槽開敞式，全長102.46m，由進(jìn)口段、溢流堰段、泄槽段、消力池段四部分組成。為滿足下泄校核流量的要求，溢洪道堰上水深取50年一遇校核頻率下溢洪水深h=3.04m，其它段按50年一遇設(shè)計(jì)頻率下溢洪道最大下泄流量分別計(jì)算其水深，50年一遇設(shè)計(jì)頻率下溢洪道最大下泄流量q=67.5m3/s，溢洪水深h=3.04m。消力池段根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000），洪水標(biāo)準(zhǔn)取10年一遇。4.4.2溢洪道布設(shè)及結(jié)構(gòu)形式1進(jìn)口段水力計(jì)算進(jìn)口段設(shè)計(jì)為平坡，結(jié)合地形條件，斷面設(shè)計(jì)采用梯形斷面，M7.5漿砌石砌筑，邊坡1：1.5，水深取50年一遇設(shè)計(jì)流量下溢洪水深3.04m，邊墻護(hù)砌加0.5m的安全超高，為3.54m。2溢流堰段溢流堰底寬按下式計(jì)算：（4-39）（4-40）式中——溢流堰寬；——溢洪道設(shè)計(jì)流量，；——流量系數(shù)，取0.36；——流速水頭，m；——溢洪水深，m——堰前流速，——重力加速度，9.81m/s2根據(jù)調(diào)洪演算成果，溢流堰底寬B取8m，堰上水深取50年一遇校核頻率下溢洪水深3.04m，該段護(hù)砌高度為3.54m。3泄槽段水力計(jì)算陡坡段斷面為底寬8m，邊坡1：1.5的梯形斷面，縱坡為1:3，后接消力池段。陡坡段順?biāo)鞣较蛎扛?.5m應(yīng)做一沉陷縫，基礎(chǔ)每隔7.5m做一道深0.60m，寬0.30m齒墻。泄槽邊墻護(hù)砌高度為50年一遇設(shè)計(jì)流量水面線加0.5m超高，并滿足下泄校核流量的要求。（1）陡坡臨界坡度（4-41）式中：——臨界水深對應(yīng)的水力半徑；——臨界水深對應(yīng)的謝才系數(shù)；——臨界水深對應(yīng)的水面寬度；——重力加速度，可取9.81m/s2。經(jīng)計(jì)算臨界坡度=0.0071<0.333,為陡坡。（2）陡坡臨界水深（4-42）式中：——流速不均勻系數(shù)，取1.05；——單寬流量，67.5/8=8.44m2/s；——重力加速度，可取9.81m/s2。則（3）正常水深陡坡段正常水深由公式=c試算求得，經(jīng)試算：=0.71m由于<，故水面呈降水曲線。4消力池段水力計(jì)算底流消能是通過水躍，將泄出的急流轉(zhuǎn)變?yōu)榫徚鳎韵嘤鄤幽艿南芊绞?，具有流態(tài)穩(wěn)定、消能效果好，對地質(zhì)條件和尾水變幅適應(yīng)強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，故消力池設(shè)計(jì)采用底流消能方式。經(jīng)調(diào)洪演算，10年一遇溢洪道最大泄量為39.71m3/s。消力池池深和池長計(jì)算公式見式4-18、19、20。下游水深采用10年一遇溢洪道最大泄量39.71m3/s，按照明渠均勻流公式計(jì)算。糙率取0.045，河道比降取平均坡降0.214，河道寬度為15m，矩形斷面，經(jīng)計(jì)算，下游水深為1.5m。消力池計(jì)算成果表見表4-3。表4-3溢洪道消力池計(jì)算成果表部位泄流量共軛水深下游水深消力池深消力池長消力池39.71m3/s2.761.52.60m18.00m4.4.3溢洪道各部位結(jié)構(gòu)尺寸確定根據(jù)《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范SL253-2000》及相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)口段采用漿砌石結(jié)構(gòu)護(hù)砌，梯形斷面，邊坡1:1.5，底板厚度0.50m，側(cè)墻襯砌厚度0.50m，護(hù)砌高度0.43m～3.54m?？刂贫蔚讓?.0m，長30m，采用M7.5漿砌石護(hù)坡，采用1:5的邊坡，該段護(hù)砌高度為3.54m。泄槽段采用邊坡1:,1.5的梯形斷面，縱坡1:3，起始端護(hù)砌高度為3.54m，最低護(hù)砌高度1.48m，末端護(hù)砌高度為2.90m，底板護(hù)砌厚度0.50m，側(cè)墻襯砌厚度0.50m。消力池段采用矩形斷面，底板厚度0.50m，側(cè)墻襯砌厚度0.50m，護(hù)砌高度2.90m。5施工組織設(shè)計(jì)5.1施工條件5.1.1交通水電條件通條件：施工機(jī)械可由鄉(xiāng)道進(jìn)入，鄉(xiāng)村道路進(jìn)入施工現(xiàn)場需修設(shè)施工道路500m，工程竣工后作為永久道路。水電條件：鄉(xiāng)道架設(shè)有低壓線路，施工照明及生活用電可根據(jù)實(shí)際距離架設(shè)臨時線路送電，施工動力用電由施工單位自備發(fā)電機(jī)解決。施工用水可就近于居民點(diǎn)解決。5.1.2建筑材料工程所需土料可就地取材，壩址處左岸有巖石出露,右岸為川臺地，分布有中粉質(zhì)壤土，土料有機(jī)質(zhì)含量為1.8%，水溶鹽含量為4.6%，均滿足筑壩要求，但土層較薄，需從上、下游較遠(yuǎn)處取土，平均運(yùn)距2000m。工程所需材料均在本市境內(nèi)購買，平均運(yùn)距約45km。5.2施工進(jìn)度計(jì)劃該壩初步設(shè)計(jì)文件批復(fù)后，遂進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)。按照該流域壩系建壩時序安排，該壩將于2011年12月開工建設(shè)，2012年3月下旬完成工程建設(shè)任務(wù)（施工進(jìn)度詳見下表5-1）。工程建設(shè)必須嚴(yán)格按照工程進(jìn)度要求，按時按量完成工作任務(wù)，保證工程按計(jì)劃全面竣工。表5-1杜窯南中型壩施工進(jìn)度安排表項(xiàng)目名稱單位進(jìn)度計(jì)劃12123土壩清基m3削坡m3上壩道路km開挖結(jié)合槽m3壩體填方m3土場整修m2放水工程涵洞基礎(chǔ)開挖m3預(yù)制涵洞安裝m3漿砌石臥管砌筑m3m3溢洪道m(xù)3m3m35.3施工方法與質(zhì)量5.3.1施工準(zhǔn)備工程定線清基削坡基礎(chǔ)開挖臥管現(xiàn)澆陡坡現(xiàn)澆施工準(zhǔn)備工程定線清基削坡基礎(chǔ)開挖臥管現(xiàn)澆陡坡現(xiàn)澆管床現(xiàn)澆涵管安裝圖5-1工程施工流程框圖不合格不合格合格格開工審批施工準(zhǔn)備處理檢查基底清理砌筑質(zhì)量、尺寸抽檢結(jié)合槽開挖安全措施檢查松鋪厚度檢查推土機(jī)填壓推平含水量檢測翻松晾曬或?yàn)⑺仆翙C(jī)或壓路機(jī)碾壓施工單位壓實(shí)度自檢填報《質(zhì)量驗(yàn)收通知單》壓實(shí)度、幾何尺寸、抽檢、填寫《質(zhì)量驗(yàn)收單》壩體削坡，外觀整理取土場整理施工驗(yàn)收初步驗(yàn)收取土物爆破松動土措施檢查圖5-2碾壓壩體施工流程圖施工準(zhǔn)備施工準(zhǔn)備地基土石方開挖基底壩高、承載力檢驗(yàn)第一層砌體的處理與排放砌體的分層砌筑砌體養(yǎng)護(hù)砌體表面勾縫品質(zhì)自檢填報《質(zhì)量檢查報告單》竣工驗(yàn)收堆棄方檢查檢查并審查變更設(shè)計(jì)砌塊形狀、砂漿配合比檢查石方定模支撐檢查涵洞隱蔽驗(yàn)收檢查簽證、填寫《質(zhì)量驗(yàn)收認(rèn)可書》特殊情況處理或申請變更設(shè)計(jì)不合格圖5-3放水工程施工流程圖5.3.2主體工程的施工質(zhì)量要求1土壩施工質(zhì)量要求開挖時嚴(yán)格執(zhí)行施工技術(shù)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定，嚴(yán)禁出現(xiàn)返工，防止出現(xiàn)大量的超欠挖。建筑物基坑開挖必須位置正確，尺寸準(zhǔn)確。對料場雜草、樹木、純沙、樹根要清理干凈，土壩壩基首先要進(jìn)行平整壓實(shí)，雜物運(yùn)走，若有洞穴或裂縫，應(yīng)用土回填夯實(shí)或用水泥砂漿灌縫。修整壩坡要在兩岸山坡開挖成平順的正坡，不允許反坡，也不允許開挖成臺階式，否則壩體將因沉陷不均而產(chǎn)生裂縫，土坡一般不陡于1：1.5。壩體填筑前，必須對壩基和岸坡進(jìn)行處理。清基范圍比壩的坡腳線加寬1m，清基平均深度為1.0m，凡在清基范圍內(nèi)的地面表土、亂石、草皮、樹木、腐殖質(zhì)等均要清除干凈，不得留在壩內(nèi)做回填土用；壩體必須與岸坡斜面連接，其削坡要求為：土體岸坡不陡于1∶1.5，不能削成臺階形。上壩土料應(yīng)分層填筑，每層20～25cm，土料含水量應(yīng)控制在18～20%，嚴(yán)禁沙類土料上壩，壓實(shí)后干容重應(yīng)不小于1.55t/m3，使填土具有足夠的抗剪強(qiáng)度和較小的壓縮性，不均勻變形小，滿足強(qiáng)度和滲流控制要求。對于不合格的上壩土料及壓實(shí)指標(biāo)未達(dá)到設(shè)計(jì)要求的，質(zhì)檢部門應(yīng)發(fā)布停工令，進(jìn)行整改，待合格后方可重新鋪土，鋪土前將前層的表土刨毛，接頭處不留直茬，應(yīng)分層銜接，碾壓工作按照進(jìn)退錯距法進(jìn)行振動碾壓，在局部地區(qū)，用打夯機(jī)夯實(shí)。雨雪天施工時，保證雨后及時處理作業(yè)面，防止積水和沖刷。2放水建筑物施工質(zhì)量要求開挖處理要將不合要求的覆蓋層、風(fēng)化破碎有缺陷的巖層挖掉。正確選擇開挖方法，保證基礎(chǔ)開挖的質(zhì)量。砌石材質(zhì)應(yīng)堅(jiān)實(shí)新鮮，無風(fēng)化剝落層或裂紋，石材表面無污垢、水銹等雜質(zhì)，用于表面的石材，應(yīng)色澤均勻。石料的物理力學(xué)指標(biāo)應(yīng)符合要求。砌筑時石塊宜分層臥砌要求平整、穩(wěn)定、密實(shí)、錯縫。同一層塊石要大致砌平，相鄰石塊高差不宜過大；單塊石料砌筑要求自身穩(wěn)定，大面朝下放置，不得倒置或依賴支撐維持穩(wěn)定；砌石體上下左右砌縫中的膠結(jié)材料必須飽滿密實(shí)；同一砌層內(nèi)石塊相互錯縫砌筑，不允許出現(xiàn)順流向的通縫。臥管底部每隔7.5m設(shè)1.0m0.5m齒墻，齒墻要與底板砌筑為一整體，不得滑動錯位。涵管安裝好后，進(jìn)行灌水或放煙檢查，如發(fā)現(xiàn)有漏水、漏煙處，應(yīng)用水泥砂漿或?yàn)r青麻刀認(rèn)真封堵；每段涵管相接處應(yīng)設(shè)截水環(huán)，檢查截水環(huán)尺寸是否符合設(shè)計(jì)要求，不得偷工減料，以保證工程質(zhì)量。3溢洪道施工質(zhì)量要求溢洪道開挖的土方量應(yīng)盡量上壩，在施工順序安排上，要和土壩施工相應(yīng)進(jìn)行。開挖過程中對出現(xiàn)的洞穴、軟弱夾層、斷層等隱患進(jìn)行開挖、清理、夯實(shí)回填。溢洪道過水?dāng)嗝姹仨毎丛O(shè)計(jì)的寬度、深度、邊坡施工，同時要嚴(yán)格控制溢洪道底高程，不能夠超高或降低。用漿砌石襯砌溢洪道時要嚴(yán)格按照漿砌石的施工規(guī)范執(zhí)行。a、材料砌體的石料必須質(zhì)地堅(jiān)硬、新鮮，不得有剝落層或裂紋塊石要求上下兩面平行且大致平整，無尖角、薄邊，塊厚宜大于20cm。水泥采用符合標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)號不低于設(shè)計(jì)標(biāo)號的普通硅酸鹽水泥。拌合用水及砂均應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定要求。b、施工技術(shù)要求砌筑前，應(yīng)將石料逐個檢查，沖刷清洗其表面的泥、油質(zhì)，并敲除軟弱邊角。砌體砌筑時應(yīng)先鋪砂漿后砌筑。砌筑應(yīng)平整、穩(wěn)定、密實(shí)、錯縫，不允許有通縫。砌體與基礎(chǔ)的連接，砌石前應(yīng)先清基并鋪設(shè)一層厚3～5cm的水泥砂漿，然后安放石體。砌體外露面宜在砌筑厚12～18h之內(nèi)及時養(yǎng)護(hù)，經(jīng)常保護(hù)外露面的濕潤，養(yǎng)護(hù)時間一般為14天。5.4施工導(dǎo)流5.本工程所處溝道為干溝，且工程安排在非汛期施工，溝內(nèi)無水，故不需進(jìn)行施工導(dǎo)流。5.4.2施工度汛方案1、汛期施工壩高一定要達(dá)到防汛壩高。2、備有防汛物資和搶險人員。3、材料、施工機(jī)具等物品要避免放在易沖走的地方，更不能放在壩頂和溝道內(nèi)。4、晝夜值班，發(fā)現(xiàn)險情能及時報警，及時搶險。6工程量計(jì)算6.1土壩工程量計(jì)算根據(jù)《水土保持綜合治理技術(shù)規(guī)范溝壑治理技術(shù)》（GB/T16453.3－1996），壩體土方量采用“簡易長寬相乘法”。計(jì)算步驟如下：通過測量和設(shè)計(jì)，繪出大壩縱斷面圖和大壩橫斷面圖。從壩底到壩頂，每隔1米，在大壩橫斷面圖上量得其寬度分別為、、…….，相應(yīng)地在大壩縱斷面圖上量得其長度分別為、、……。以每層的長寬相乘，得出每層的面積分別為：；；……求得個計(jì)算層的面積平均值：；；各層面積均值乘以各層厚度（2米）即得各層土方量累加各層土方量，即得整個壩體土方量。結(jié)果見表6-1。表6-1杜窯南中型壩壩體土方計(jì)算過程表壩高(m)面積(m2)平均面積(m2)層厚(m)壩體土方(m3)累計(jì)土方(m3)634.41860.601157.640.59683.010635.001454.682178.382.004356.76683.01637.002902.082793.852.005587.705039.77639.002685.622607.632.005215.2610627.47641.002529.642213.672.004427.3415842.73643.001897.701608.392.003216.7820270.08645.001319.081011.242.002022.4723486.86647.00703.40558.250.91508.0125509.33647.91413.10206.55413.1026017.3426430.44貼坡排水高3.68m，長度63.45m，分別計(jì)算每層反濾的面積，再乘以長度即為每層反濾的工程量，從工程樞紐平面布置圖上量出排水溝的長度，乘以排水溝的斷面面積，即為排水溝的工程量。計(jì)算結(jié)果見表6-2。表6-2排水設(shè)施工程量表排水設(shè)施建筑材料斷面面積長度（m）工程量（m3）備注土方開挖土方回填砌體貼坡排水干砌石4.2463.45269.03碎石1.3663.4586.29粗砂1.4563.4592.00橫向排水溝M7.5漿砌石0.45810.6*0.9*8136.456.2放水建筑物工程量計(jì)算1放水工程土方開挖回填放水工程土、石方開挖回填土方量根據(jù)地形、地質(zhì)情況進(jìn)行計(jì)算，使建筑物各部分典型斷面的開挖線、回填線和地面線交匯，構(gòu)成的幾何輪廓尺寸。工程量即用建筑物開挖、回填標(biāo)準(zhǔn)斷面乘以長度進(jìn)行計(jì)算。杜窯南中型壩放水工程所處地段為壩坡，則開挖、回填方量均為土方。2放水工程漿砌石用量杜窯南中型壩放水工程砌石方量主要是臥管、臥管消力池、明渠消力池砌筑的漿砌石所構(gòu)成，砼方量主要是臥管蓋板、臥管消力池蓋板及涵管。根據(jù)放水工程設(shè)計(jì)尺寸，經(jīng)臥管、臥管消力池、涵管、出口消力池各部分幾何輪廓尺寸詳細(xì)計(jì)算確定放水工程漿砌石與砼用量，即建筑物標(biāo)準(zhǔn)斷面乘以長度進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果見表6-3。表6-3杜窯南中型壩放水建筑物工程量計(jì)算表放水建筑物建筑材料斷面尺寸長度工程量（m3）備注mm土方開挖石方砌體臥管漿砌石0.4×0.422.8385.8437.21臥管上覆蓋C20混凝土蓋板臥管消力池漿砌石0.8*2.325.42210.6931.46臥管上覆蓋C20混凝土蓋板涵管混凝土0.849.65538.53100.3砌體為M7.5漿砌石涵管消力池漿砌石1.2×0.73.5022.757.166.3溢洪道工程量計(jì)算溢洪道工程土、石方開挖、回填土方量根據(jù)地形、地質(zhì)情況進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)建筑物各部分典型斷面的開挖線、回填線和地面線交匯情況構(gòu)成的幾何輪廓尺寸進(jìn)行計(jì)算，工程量即建筑物開挖、回填標(biāo)準(zhǔn)斷面乘以長度。杜窯南中型壩溢洪道工程砌石方量主要是底板和兩岸護(hù)砌的漿砌石所構(gòu)成。根據(jù)溢洪道設(shè)計(jì)幾何輪廓尺寸詳細(xì)計(jì)算，確定漿砌石用量，即建筑物標(biāo)準(zhǔn)斷面乘以長度。計(jì)算結(jié)果見表6-4。表6-4杜窯南中型壩溢洪道工程量計(jì)算表溢洪道建筑材料工程量（m3）備注土方開挖石方開挖土方回填砌體進(jìn)口段漿砌石298.09119.2428.8183.63邊坡1：1.5梯形斷面控制段漿砌石3525.32115.18334.5邊坡1：1.5梯形斷面泄槽段漿砌石1878.681073.53339.63邊坡1：1.5梯形斷面消力池漿砌石505.61252.8175.15153.01矩形斷面7工程概算7.1編制依據(jù)和方法7.1.11《工程勘察設(shè)計(jì)收費(fèi)管理規(guī)定》（國家計(jì)委、建設(shè)部計(jì)價格[2002]10號）；2《建設(shè)工程監(jiān)理與相關(guān)服務(wù)收費(fèi)管理規(guī)定》（發(fā)改委[2007]670號文件）；3《關(guān)于水利建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督