拦河坝设计说明.docx
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拦河坝设计说明
山东省某拦水坝
1、基本情况
山东省某拦水坝位于山东省某村西南400米,按《防洪规范》GB50201-94,河道设计洪水标准10年一遇。
拦河坝上游流域面积0.122km2,汛期来水量大,非汛期水量缺乏。
为解决沿河两岸果树灌溉需要,兴利除害,文登市水利局拟定在山东省某村东修建拦水坝1座。
2、洪水计算
2.1设计洪水复核
洪水设计标准参照SL-252-2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》,大坝设计洪水重现期为20年1遇,校核洪水重现期为100年1遇。
洪水计算采用由暴雨资料推求设计洪水流量,计算办法采用2008年1月11日山东省水利厅颁发的《山东省小型水库洪水核算办法》(试行)鲁水管[2008]2号文。
应用地区万分之一地形图,量得干沟小流域的流域面积为15.73km2,自工程地点沿主河道量至分水岭最大流程为7.637km。
流域的干流坡降按下式计算,见表2-1。
J={Z1L1+(Z1+Z2)L2+……(Zn-1+Zn)Ln}/L2/1000
式中:
Z1……Zn—自出口断面起沿流程各特征地面点与工程地点河底高程差(m)。
L1、L2……Ln—各特征点间的距离(km)。
根据文登市万分之一地形图量算出葛家镇区拦河坝的流域面积、地面高程、相邻点距离,计算流域的干流平均坡降和流域综合特征参数。
流域的流域综合特征参数根据下述公式计算。
经计算,相应于该流域的干流坡降J=0.13014m/m。
流域综合特征参数为1.63。
表2-1流域干流坡降计算表
编号
Z高程
Z高差
(Zn-1+Zn)
L
L*(Zn-1+Zn)
1
102.5
2
115
12.5
12.5
0.100
1.25
3
125
22.5
35
0.114
3.99
4
150
47.5
70
0.106
7.42
5
161.1
58.6
106.1
0.037
3.93
0.36
16.59
J
0.13014
2.2设计暴雨量的计算
葛家镇区拦河坝暴雨采用10年一遇设计洪水,根据“山东省部分县(市、区)暴雨分析成果表”,文登市多年平均最大24小时降雨量为118mm,多年平均最大24小时降雨量变差系数Cv值为0.59,取Cs=3.5Cv,根据皮尔逊Ⅲ型曲线的模比系数Kp值表查得Kp值,进而可计算10年一遇设计洪水标准的24小时暴雨量。
葛家镇区拦河坝10年一遇设计洪水的Kp值为1.76,24小时暴雨量为207.7mm
2.3单位面积最大洪峰流量的计算
根据小流域综合特征参数K和葛家镇区拦河坝10年一遇设计洪水24小时暴雨量,查胶东山区(比降大于10‰,岩石较多,土层较薄,植被一般)qm~H24~K关系曲线得单位面积最大洪峰流量。
10年一遇设计洪水每平方公里面积最大洪峰流量10.2m3/s。
2.4最大洪峰流量的计算
Qm=qm×FQ10%=3.97m3/s
2)洪水调节计算
因拦河坝拦蓄水量比洪水总量小太多,对洪水的调节作用甚微,固只按折线堰计算洪水能否安全通过。
3、工程设计
拦河坝址参数,设计铺盖高程42.00m,坝顶高程43.5米,坝顶宽度0.8米。
采用折线堰形式。
堰流过流能力
采用折线堰流公式:
Q=ε×σs×m×B×(2×g)0.5×H01.5
式中:
Q—洪水流量(m3/s);ε—堰的侧收缩系数,取1.0;σs—堰的淹没系数,根据下游水位超出堰顶高度与堰顶水头的比值查表8.2确定σs=0.96;m—堰的流量系数根据表8.1查得m=0.38,B—过流宽度(m),设计10m;H0—包括行近流速水头在内的总水头(m),H0=H+v2/(2g)(m);H—堰上水头(m);v—行近流速(m/s),v=Q/[B×(P+H)];P—坝高,1.0m。
浆砌石拦河坝堰上水头计算成果表
B
m
下游堰高P1
σs
hs/H
hs
Q
堰上水深H
v
10
0.38
0.5
0.96
1.445
0.74
62.85
0.51
6.202
河道行洪水深,按明渠均匀流计算,采用公式Q=A×C×(R×i)0.5
A—河床过流面积,A=(B+m×ht)×ht;B—河床底宽,根据河道现状取定,米;m—河堤边坡,取0;C—谢才系数,C=R1/6/n;R—断面水力半径,R=A/X;X—过水断面湿周,X=B+2×(1+m2)0.5×ht;n—河床糙率系数,取0.03;i—河床纵向比降,取0.0034。
根据上述公式以及给定的流量、比降计算河道底宽、水深见下表:
河道水深计算成果表
Q
I
ht
b
M
A
X
R
C
防洪标准
62.85
0.0160
1.24
10
1.5
14.73
14.48
1.02
33.43
10
2、溢流坝溢洪时下游收缩断面水深hc及其共轭水深hc〃的计算,该计算过程仅当溢流坝为自由出流时才计算。
折线堰淹没条件hs>0;z/P1<(z/P1)k
hs—下游水位超出堰顶高度;ht-P1=1.24-0.5=0.74>0
溢流坝为自由出流,需设置消能设施。
(1)计算坝址收缩断面的断面比能E0=P1+H0
式中:
E0—为以收缩断面底部为基准面的坝前水流总比能(m);P1—为以收缩断面底部为基准面的坝高(m);H0—包括行近流速水头在内的总水头(m)。
经计算收缩断面底部为基准面的坝前水流总比能为6.43m。
(2)试算收缩断面水深hc
对于矩形断面E0=hc+q2/(2×g×φ2×hc2)
式中:
q—单宽流量(m3/s·m)。
hc—收缩断面水深(m)。
φ—流速系数;按经验公式φ=(q2/3/s)0.2计取。
s—坝上游水位到坝址收缩断面的高度;经计算为5.44m。
经试算收缩断面水深hc为5.44m。
(3)计算共轭水深hc〃
根据水跃公式hc〃=hc/2((1+8×α×q2/(g×hc3)0.5)-1)
式中:
α—动量改正系数,取1.1。
经计算共轭水深hc〃为0m。
(4)判断坝下水跃形式
共轭水深hc〃与河道正常水深ht比较,此处的ht为10年一遇设计洪水对应的河道正常水深ht。
由于上面hc〃=2.31〉ht=1.77,水跃发生在收缩断面的下端,发生了远驱式水跃,必须采取工程措施,使水跃发生在紧靠建筑物之处,形成淹没式水跃。
3、消力池计算
(1)消力池深度d的计算
下游河道流速大于3m/s,池深d=hc〃-ht=0.54(m),设计池深取0.6m,设计池底高程为18.70m。
(2)消力池长度Lk的计算
消力池长度的设计流量应取为溢流坝自由出流的最大流量。
Lk=L1+Lj〃
式中:
L1—从堰坎到收缩断面的距离;
折线型实用堰L1=0.3H0+1.65×(H0(P1+0.32H0))0.5
经计算L1=3.46(m)
Lj〃—消力池中的壅高水跃的长度,Lj〃=(0.7~0.8)×Lj
式中:
Lj—水跃的长度,按下式计算:
Lj=6.9×(hc〃-hc)
经计算水跃的长度为10.94m。
消力池长度Lk为11.66m,取12m。
(3)消力池底板厚度t1的计算
采用浆砌乱石底板,按下述公式计算:
t1=K×(q×ΔH0.5)0.5
式中:
K—经验系数,取0.2;ΔH—上下游水位差(m)。
经计算消力池厚度为0.43m,一般要求底板厚度不小于0.5m,取0.5m。
消力池应在顺水流方向分缝,缝距8~15米,垂直水流方向不分缝,本次规划消力池宽度36m,消力池纵向设置2条伸缩缝,横向不分缝,保持消力池地板的整体稳定性,坝前铺盖间距9米分缝,设止水带。
消力池底部间距3m设置φ50PE梅花形排水孔。
消力池底部设置两层150mm厚的5~20mm小石子和粗砂反滤层。
4、拦水坝渗径核算
L=c×△H
L—防渗长度,建筑物底部不透水轮廓总长。
(m)
c—渗径系数,砂壤土取6。
经计算最小渗径=6*6=36m,铺盖长度取36m。
4、坝体抗滑稳定核算
K=f×∑W/∑P
∑W—计算截面以上坝体全部荷载对滑裂面的法向分值。
(kN)
∑P—计算截面以上坝体全部荷载对滑裂面的切向分值。
(kN)。
f—滑裂面上的摩擦系数。
砌体间潮湿的摩擦系数取0.6。
以消力池底以上坝体为计算截面,经计算消力池底面抗滑稳定系数为2.04,拦水坝基础底面抗滑稳定系数为1.63,满足规范要求。
4、除险加固工程主要内容:
根据现场踏勘和洪水复核结果,葛家镇区拦河坝主要工程内容为:
拦水坝基础深入不透水层,拦河坝坝身采用M10浆砌块石,为保证坝体防渗质量,修0.2m宽C20砼心墙;根据防渗要求,对拦河坝坝身前部进行C20砼铺底;坝后设置消力池,消力池后设干抛乱石防冲槽;拦河坝两岸修建挡土墙护岸。
5.设计概算
5.1编制依据
一、文件依据
1.山东省水利厅鲁水定字[2000]1号文“关于颁发《山东省水利水电工程设计概(估)算费用构成及计算标准》(试行)《山东省水利水电工程设计概(估)算编制办法》(试行)的通知”。
2.国家计委、建设部计价格[2002]10号文“关于发布《工程勘察设计收费管理规定》的通知”。
二、工程量计算依据
1.《<水电水利工程设计工程量计算规定>的通知》(SL328-2005)。
2.文登市水利勘测设计院2013年08月编制的《文登市葛家拦河坝工程初步设计》。
三、定额依据
1.建筑工程:
采用山东省水利厅鲁水定字[2001]1号文颁发的2000年《山东省水利水电建筑工程预算定额(上册、下册)》。
2.电气安装工程:
采用山东省水利厅鲁水定字[2001]2号文颁发的2000年《山东省水利水电安装工程预算定额(电气安装工程)》。
3.水利机械、金属结构安装工程:
采用山东省水利厅鲁水定字[1998]3号文颁发的一九九八年《山东省水利水电安装工程预算定额(水利机械、金属结构安装工程)》。
4.机械台班费:
采用山东省水利厅鲁水定字[2001]3号文颁发的2000年《山东省水利水电工程施工机械台班费定额》。
5.2基础单价及费率标准
施工企业一律按三级考虑。
5.2.1直接工程费
一、直接费
1.人工预算单价:
根据鲁水定字[2008]1号文规定,人工预算单价采用44.1元/工日。
2.材料预算价格:
主要材料以当地供货部门的供货价作为原价,并计以相应的运杂费作为预算价格。
主要材料钢筋、油料等应当限价进入工程单价;次要材料按供货部门的供货价加运杂费作为预算价格;当地材料(砂石料等)以工地收购价作为预算价格。
根据鲁水定字[2000]1号文规定:
外购砂、碎石、块石等价格,超过40元/m3;料石(含条石、方块石)预算价,超过60元/m3;钢筋超过3000元/t;汽油、柴油超过3600元/t的部分计取税金后列入相应部分之后。
详见表6-1。
主要材料预算价格表
序号
名称及规格
单位
概算价格
限价
1
水泥32.5
t
370
300
2
钢筋
t
4200
3000
3
锯材
m3
2300
4
汽油
t
10500
3600
5
柴油
t
8960
3500
6
砂
m3
78
40
7
碎石
m3
80.0
40.0
8
块石
m3
70.0
40.0
9
方块石
m3
592
60.0
3.设备预算价格
以近期生产厂家报价或市场调查价为原价,并计以相应的运杂费和采购保管费作为设备预算价格。
4.施工用风、水、电预算价格
施工用风
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