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1、【案例】某排矸场拦矸坝设计（一）基本情况某排矸场流域面积0.44km2，海拔9851144.5m,黄土覆盖较厚，经土工试验，库区内 土质能够满足筑坝要求。该小流域主要由南、北两条毛沟组成，南沟较小。流域总体上属黄 土丘陵地貌,最大相对高差244.5m，年侵蚀模数4000t/（km2a）,多年平均24h降雨量88mm， 现状坡面治理措施的年平均拦沙率0.8，现拟在选定坝址（见案例图 1）位置设计一拦矸坝。（二）设计标准 综合考虑主体工程与水土保持的要求，确定采用洪水标准如下：设计洪水频率， P 设=5%；设校核洪水频率，P 校=2%；主要建筑物级别为5级；设计淤积年限10年。校（三）水文计算 该
2、坝控制流域范围内无实测水文资料，故根据设计暴雨推求设计洪水，根据当地经验公式计算的洪水结果为：20年一遇洪峰流量10.40m3/s，相应洪水总量1.65万m3； 50年一遇 洪峰流量18.38m3/s,相应洪水总量2.55万m3。注：本例仅给出水文计算结果，具体工作中可根据当地常用方法进行水文计算。（四）排矸场工程设计1 枢纽布置 根据坝址地形情况，经方案比较后确定该坝按两大件设计，即拦矸坝和放水建筑物。库 区内有丰富的土料，适宜筑坝且取土方便、经济，故大坝坝型选定为均质碾压土坝；放水建 筑物选用竖井，竖井布设在坝上游，井身设放水孔，底部设消力井，洪水经消力井消力后接 横穿坝体的排洪涵洞将洪水
3、排入下游主沟道。枢纽地形图及拦矸坝布置具体见案例图1、案例图 2。案例图2拦矸坝布置案例图 1 枢纽地形图2坝体设计1) 坝高设计 综合考虑主体工程拦矸、防洪及水土保持等要求，采用下式确定拦矸坝高。H= h + h+h+h拦矸 拦泥 滞洪 安全 式中 h拦矸拦矸坝高，m；拦矸h 拦泥拦泥坝高， m；拦泥h 滞洪滞洪坝高， m；滞洪h 安全超高， m。安全拦矸坝高(h拦矸)。施工期弃矸(非汛期)20万m3,查库容曲线，相应坝高为10m。拦矸(2) 拦泥坝高(h )。拦泥库容采用下式计算：拦泥V = KSFNss式中 V拦泥库容，m3；S年平均侵蚀模数，m3/km2,取4000 m3/km2；Ks
4、 坡面治理措施年平均拦沙率，取0.8；F拦渣坝控制流域面积，km2,取0.44 km2；N淤积年限，取10年。则=0.8x4000x0.44x10=1.4(万m3),即卩10年共来沙量1.4万m3。查库容曲线并计算, 对应的拦泥坝高为 5.20m。(3) 滞洪坝高(h滞洪)。根据拟定的竖井结构，经水力学计算、调洪计算，知滞洪库容 =2.55 万 m3,相应 h、*、=1.85m。2%滞洪(4) 安全超高(h安全)。坝高为1020m,查规范取1.5m作为安全超高，即h安全=1.5m。(5) 总坝高(H)。总坝高 H=10.00+5.20+1.85+1.50=18.55(m)，总库容为 23.95
5、 万 m3。2) 坝体断面体形设计(1) 坝顶宽度。坝顶无交通要求，为便于机械施工及安全要求，选定坝顶宽为3.5m。(2) 坝坡。根据规范的要求，坝坡应依坝型、坝高、坝基地质条件等选取。上游坝坡取1： 2.25；下游坝坡取1:2.0(见图3)。(3) 坝体排水。在坝体下游坡脚设置贴坡式排水，排水体高3.0m,排水按反滤结构设计， 砂层厚度0.25m，碎石层厚0.25m,坡石层厚0.6m。3) 坝坡稳定计算(具体计算略) 根据计算结果知，正常荷载组合情况下，下游坝坡稳定安全系数为 1.35，大于规范规定的安全系数1.15；非常荷载组合情况下，下游坝坡稳定安全系数为1.10，大于规范规定的 安全系
6、数1.05；故坝体满足安全稳定要求，设计的断面尺寸合理。4) 坝体细部结构设计(1)结合槽。为了增强坝体稳定性，在坝基设结合槽，结合槽断面为梯形，底宽5m,深案例图3坝体断面体形设计(单位： cm)（2）岸坡排水沟。为了防止下游坝冲刷，在下游坝坡与岸坡结合处，修筑排水沟将径流 导出。排水沟建于岸坡上。排水沟用浆砌石砌筑，过水断面为矩形，断面尺寸为30cmx30cm, 全长 200m。3放水建筑物设计 本坝不设溢洪道，所有上游来水将通过竖井排放至下游，所以竖井的设计是工程设计 的又一主要部分。其遵循的原则是：技术合理、经济实用、施工方便。1）竖井断面尺寸竖井采用浆砌石材料，断面形式为圆环形，内圆
7、直径1.01.5m（为提高竖井的稳定性， 将其设计成下粗上细形，内圆直径由底部的1.5m过渡到顶部的1.0m）。井壁厚0.6m，井壁 自上而下设置放水孔口，每层对开，层间互成90交错排列。层间孔口相距50cm，为单层 放水（见图 4）。竖井高度应取15.2m,本例取15.5m即可满足要求。消力井的直径和深度目前尚无科学的计算方法，一般按经验确定,本例取井深为2.0m。2）涵洞断面尺寸根据地形条件，采用 M7.5 水泥砂浆砌筑的浆砌石拱涵，涵洞底坡设计为1:100。涵洞 净尺寸为BxH=0.8mx1.2m,基础及侧墙厚均为0.8m,拱厚0.8m,洞长85m。洞身每隔10m修一截水环，内设2cm宽
8、的沉降缝，用沥青油毛毡填缝。3）放水流量的确定 一般竖井放水流量的确定原则为：以放空滞洪库容为基本要求。本工程要求按 24h 放完校核洪水的限定条件确定竖井结构尺寸。其放水流量为：86400T式中 V校核洪水总量，2.55万m3；T放水时间，按Id计算。由上可知，0=10000x2.55/86400x1=0.295（m?/s）。案例图4竖井和涵洞断面尺寸（单位：cm）4）水力计算（1）竖井放水孔数量及断面尺寸计算。竖井自上而下分层设置放水孔口，孔口为矩形。放水孔断面尺寸的计算按下式进行：血=0.174Q/H1/2式中 3设计放水孔面积，ITI。：Q 设计放水流量；H放水孔口中心以上水深，m,取
9、H=0.5m。经计算得3=0.073m2。孔口尺寸取20cmx20cm,则每层设两个放水孔。（2）输水涵洞水力计算。按设计要求，为保证涵洞内为无压流，涵洞充水深度应小于其净高的 75%，本例涵洞 纵坡为 1/100。其断面尺寸按明渠均匀流公式计算。明渠均匀流公式：Q = AC ( Ri )1/2式中Q涵洞过水流量；A明渠断面面积，m2；C流量系数，按c =1 ri/6十算；nR水力半径，m；i涵洞的比降。为满足涵洞检修的需要，确定涵洞的断面尺寸为0xH=O.8mxl.2m。令 B=0.8m， H=0.025， i=1/100；设 h=0.39，则 Q=Hh=0.8x0.39=0.312(m2)
10、；X=2h+E=2x0.39+0.8 = 1.58(m)；R=eX=0.312/1.58 = 0.197(m)；11C 二一 Ri/6 =X 0.1971/6 = 30.51n 0.025Q = AC(RZ)1/2=0.312x30.51x(0.197x1/100)1/2=0.41(m3/s)0.295,所以假设成立，即正常 水位为 h=0.39m0.40mo故拟定尺寸BxH=0.8mx1.2m既满足过水要求，又满足检修要求。(五) 工程量 根据给出的坝体断面尺寸，结合1:2000地形图，计算工程量，筑坝所需土方可在库区 内就近挖取，既可免于取土完成后的治理，又可增加部分库容。工程量：土方填筑4.25万m3； 土方开挖4.39万m3；坝体排水反滤体中132 m3,其中 砂子30 m3、碎石30 m3、块石72 m3,浆砌石方578 m3。
