小型攔河壩設(shè)計(jì)計(jì)算書

1、 一、過(guò)壩洪水計(jì)算1、計(jì)算方法項(xiàng)目區(qū)及附近沒(méi)有水文測(cè)站，無(wú)法采用長(zhǎng)系列實(shí)測(cè)洪水資料推求設(shè)計(jì)洪水，只能采用暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水。白沙鎮(zhèn)水管所自1994年安裝有人工記錄雨量站，主要用于暴雨觀測(cè)，距今21年，資料系列滿足統(tǒng)計(jì)年限精度要求，但由于記錄人員不穩(wěn)定，操作欠規(guī)范，雨量資料準(zhǔn)確性差，作為洪水計(jì)算統(tǒng)計(jì)資料成果誤差大，不宜采用。因此，本次洪水計(jì)算采用廣西水文圖集及暴雨徑流查算圖表中的雨量等值線及CV值圖表計(jì)算洪水。攔河壩座落在干溝01下游，為簡(jiǎn)化計(jì)算，對(duì)干溝01全長(zhǎng)進(jìn)行洪水計(jì)算，然后按面積比計(jì)算壩上洪水量。2、設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)選擇根據(jù)廣西壯族自治區(qū)土地整治工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，本次攔河壩引水樞紐引水流量小于2

2、.0m3/s，按10年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。3、洪水計(jì)算（1）集雨面積將項(xiàng)目區(qū)及與之接壤，并正在安排土地整治項(xiàng)目建設(shè)的龍江村、文明村、白沙村實(shí)測(cè)1：1000地形圖進(jìn)行拼接，在圖上框出干溝01集雨面積為6.462Km2。（2）河道底坡計(jì)算計(jì)算公式：J=J河道底坡；H0河道從下至上第一個(gè)斷面處的河底高程；H1、H2河道從下至上第二、第三個(gè)斷面處的河底高程；Hn-1、Hn河道從下至上最后兩個(gè)斷面處的河底高程；L河道總長(zhǎng)，圖上量得3030.28m，3.03Km。計(jì)算得河道底坡：J=0.00184。（3）設(shè)計(jì)凈雨計(jì)算1）根據(jù)項(xiàng)目所在地點(diǎn)查廣西水文圖集，得多年平均最大1、6、24小時(shí)H值和CV值，然后查模比系

3、數(shù)Kp值，計(jì)算不同頻率年份設(shè)計(jì)雨量見(jiàn)表5-2。表5-2 各時(shí)段點(diǎn)暴雨量參數(shù)及頻率計(jì)算成果表計(jì)算方法時(shí)段資料系列均值（mm）CvCs/Cv頻率（%）50.5210廣西暴雨統(tǒng)計(jì)參數(shù)等值線圖集（2001）10min截止2000年240.33.537.749.442.533.61h截止2000年650.3102.1133.9115.1916h截止2000年1150.45216.2320.9258.918424h截止2000年1600.5318.4489.6387.2265.62）取時(shí)段t為0.5小時(shí)，計(jì)算各時(shí)段設(shè)計(jì)暴雨根據(jù)暴雨徑流查算圖表，計(jì)算P=10%暴雨遞減指數(shù)np如下：n1p=1+1.285lg

4、=1+1.285×（-0.433）=0.444n2p=1+1.285lg=1+1.285×（-0.306）=0.607n2p=1+1.661lg=1+1.661×（-0.159）=0.736式中H24p、H6p、H1p（H60p）、H10p分別為24小時(shí)、6小時(shí)、1小時(shí)、10分鐘設(shè)計(jì)暴雨（單位：mm）。各時(shí)點(diǎn)暴雨按下式計(jì)算：當(dāng)6t24小時(shí)：Htp=h24p()1-n3p當(dāng)1t6小時(shí)：Htp=h1pt1-n3p或Htp=h6p()1-n2p當(dāng)t1小時(shí)：Htp=h1pt1-n1p時(shí)段雨量為相鄰兩個(gè)時(shí)點(diǎn)之間的差值。查雨型分區(qū)圖，合浦縣屬第8區(qū)，根據(jù)廣西分區(qū)綜合24小時(shí)雨

5、型表進(jìn)行分配時(shí)段雨量。3）凈雨計(jì)算根據(jù)產(chǎn)流分區(qū)圖，本區(qū)屬7區(qū)，查降雨徑流相關(guān)特征參數(shù)綜合表得Wm=100mm，則初始蓄水量W0=0.7 Wm=70mm，I0= Wm- W0=30mm。根據(jù)暴雨徑流查詢圖表，取平均穩(wěn)定入滲率f=8mm（瞬時(shí)單位線法）和=4mm（推理公式）。4）瞬時(shí)單位線法計(jì)算洪峰流量根據(jù)匯流分區(qū)圖，本區(qū)屬二（1）區(qū)，屬非巖溶地區(qū)，則：m1穩(wěn)=3.50F0.150J-0.440=3.54n=1.797F0.082J0.028=2.10K=3.54/2.1=1.66c=3.59根據(jù)計(jì)算的n、k值，查取S（t）曲線對(duì)應(yīng)值，并結(jié)合計(jì)算的c值，算出各時(shí)段洪水流量見(jiàn)表，計(jì)算洪峰流量為33.

6、36m3/s。5）推理公式法計(jì)算洪峰流量6）凈雨計(jì)算根據(jù)前述計(jì)算凈雨，將穩(wěn)定入滲率由f=8mm更換為=4mm。7）計(jì)算、m值=15.50本區(qū)屬丘陵區(qū)，植被一般，則：m=0.1070.581=0.538）計(jì)算洪峰流量采用圖解法進(jìn)行計(jì)算，設(shè)5、6、7、8、9五個(gè)時(shí)段t，按公式Qm=0.278F及Qm=(0.278)4分別計(jì)算Qm值，計(jì)算結(jié)果：Qm=37.87m3/s。6、計(jì)算洪峰流量結(jié)果比較及確定瞬時(shí)單位線法和推理公式計(jì)算Qm值分別為33.36m3/s、37.87m3/s，兩者相差13.5%，結(jié)果比較合理，本次設(shè)計(jì)從加強(qiáng)安全要求考慮，選擇推理公式計(jì)算結(jié)果。7、過(guò)壩洪峰流量計(jì)算采用面積比法推求過(guò)壩洪

7、峰流量，從1：1000實(shí)測(cè)地形圖上框量，壩上集雨面積2.629Km2,上述洪峰流量計(jì)算對(duì)應(yīng)集雨面積為6.462Km2，因此：Q壩=15.41 m3/s二、攔河壩設(shè)計(jì)1、壩址選擇項(xiàng)目區(qū)內(nèi)攔河壩只有一處，主要攔抬干溝01水量灌溉平鴨營(yíng)屯南部農(nóng)田。從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查來(lái)看，原有壩體已全部破壞，破壞原因主要有：一是原有壩身單薄，壩基及壩肩滲徑不夠，壩基淘空后，壩身在自身重力作用下，沿壩軸線近似法線方向產(chǎn)生壓扭性斷裂；二是原壩身為砌石體，經(jīng)多年水流淘涮，容易造成漿、石分離，被水流帶走，加速破壞；三是壩下游缺乏消力池等消能工，容易造成壩后沖刷，危及壩身安全。從舊壩址來(lái)看，壩基主要土層分布為：上層約3050cm的污泥

8、質(zhì)土，土質(zhì)軟弱，壓縮性大，不能作為建筑地基使用；下層為第四系粉質(zhì)粘土，屬濱海沉積的第四系紅土，厚57m，沉積年代較遠(yuǎn)，地基持力好，穩(wěn)定性好；其下為粉砂質(zhì)泥巖，厚達(dá)50m以上（參考合浦水利局2004至2005年打井資料）。壩基所在地不存在不穩(wěn)定活動(dòng)層，粉質(zhì)粘土層及粉砂質(zhì)泥巖層地基承載力好，屬弱透水層，可作為壩基。項(xiàng)目區(qū)內(nèi)原有壩體設(shè)置是滿足下游農(nóng)田引用水水位要求的，壩址地質(zhì)條件較好，因此，本次仍選用原有壩址。2、壩身設(shè)計(jì)（1）壩身設(shè)計(jì)1）壩頂、壩基高程確定從現(xiàn)有壩肩引水渠來(lái)看，要滿足引水渠引水灌溉要求，壩頂高程應(yīng)到14.30m，但壩址所在地右岸農(nóng)田田面基本在14.30m高程左右，因此既要滿足引水要

9、求，也要滿足排水、排漬要求。本次設(shè)計(jì)劃設(shè)計(jì)壩頂高程14.3m，沿壩軸線設(shè)4個(gè)排水孔，孔深80cm，也即孔底高程13.5m,農(nóng)田灌溉取水時(shí)可通過(guò)增設(shè)平木板閘攔抬水位，不用水時(shí)采用通過(guò)排水孔排水，避免農(nóng)田漬害。壩址處表層淤泥質(zhì)土厚3050cm，地基承載力小，壓縮性大，需要清除，底層粉質(zhì)粘土沉積年低久遠(yuǎn)，壓縮性小，透水性小，可作壩體持力層，為保證建基面土層持力效果較好，結(jié)合壩身斷面要求，本次計(jì)劃壩基面選擇在河道地面以下1.6m，也即10.82m高程。2）壩身設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)壩身采用C20埋石砼澆筑，埋石量20%。設(shè)計(jì)壩頂高程14.30m，壩基高程10.82m；壩頂寬0.8m，以便人員自由通行；壩長(zhǎng)8m，

10、壩體中部設(shè)置4個(gè)b×h=100cm×80cm的排水（砂）孔，孔頂設(shè)設(shè)置6cm厚鋼筋砼人行蓋板，孔口上部（迎水面）設(shè)置5cm厚平木板閘槽。為加強(qiáng)壩肩穩(wěn)定，壩身與兩岸接觸設(shè)置C20埋石砼刺墻伸入兩岸，每側(cè)伸入長(zhǎng)度為1.5m，頂部高程為13.5m,底部高程與壩基相同，均為10.82m。刺墻厚80cm。（2）壩身過(guò)流能力復(fù)核1）下游水位計(jì)算下游水位采用比降法計(jì)算，河道兩岸砌石硬化，底寬6.0m，糙率取0.022，底坡0.0036，計(jì)算下游水位1.55m。2）閘孔過(guò)流能力計(jì)算公式：Q閘=mBQ閘閘孔過(guò)流，m3/s。H0堰頂水頭（含流速水頭），經(jīng)試算得H0=1.56m，其中堰頂實(shí)際水深

11、1.44m，流速水頭0.12m。淹沒(méi)系數(shù)。下游水位為13.97m，閘孔堰頂高程為13.50m，則下游水位與堰頂高差hs=13.97-13.5=0.47，從hs/ H0=0.47/1.56=0.300.80，判斷閘孔出流為自由出流，取=1.0。B閘孔寬度，本次設(shè)置閘孔4孔，每孔凈寬100cm，故B=4.0m。m流量系數(shù)，下游溝寬B0=8.0m，閘孔寬B=4.0m，B/ B0=0.50，查流量系數(shù)表，得m=0.34。g重力加速度，g =9.81m/s2。計(jì)算得: Q閘= 11.73m3/s。3）堰頂過(guò)流能力計(jì)算公式：Q堰=smBQ堰堰頂過(guò)流能力，m3/s。H0堰頂水頭（含流速水頭），H0=壩上游水

12、位+流速水頭-堰頂高程=14.94（=13.5+1.44）+0.12-14.30= 0.76m。其中堰頂實(shí)際水深0.64m，流速水頭0.12m。s淹沒(méi)系數(shù)。下游水位為13.97m，閘孔堰頂高程為14.30m，則下游水位與堰頂高差hs=13.97-14.30=0.-0.33，從hs/ H0=-0.33/0.76=-0.430.80，判斷閘孔出流為自由出流，取=1.0。B堰頂計(jì)算寬度， B=4.0m。側(cè)收縮系數(shù)，=1-0.2kH0/B=1-0.2×0.8×0.76/4=0.97。k邊墩形狀系數(shù)，按折線型邊墩選取，k =0.8。m流量系數(shù)，根據(jù)H0/Hd=0.78，P/Hd=1.

13、94，查圖得m=0.41。P堰高，P=堰頂高程-壩址處河道底部高程=14.3-12.42=1.88m。Hd設(shè)計(jì)水頭，Hd =上游水位-下游水位=14.94-13.97=0.97m。計(jì)算得: Q堰= 3.73m3/s。4）壩身過(guò)流能力復(fù)核Q壩核= Q閘+ Q堰=11.73+3.73=15.46 m3/s，稍大于過(guò)壩設(shè)計(jì)洪峰流量Q壩=15.41 m3/s，故壩身過(guò)流滿足泄洪要求。（3）壩基滲透穩(wěn)定計(jì)算根據(jù)水閘設(shè)計(jì)規(guī)范（SL265-2001）的規(guī)定，考慮到本次工程屬等5級(jí)小型水壩，為便于計(jì)算，采用滲徑系數(shù)法分正常運(yùn)行和設(shè)計(jì)洪水2種工況計(jì)算，具體如下：計(jì)算簡(jiǎn)圖：見(jiàn)圖5-5、5-6。計(jì)算公式：C=L/H

14、C滲徑系數(shù)；L閘基防滲長(zhǎng)度，為防滲部分水平段和垂直段的長(zhǎng)度總和，按圖5-1和5-2計(jì)算，L為18的邊界條件總長(zhǎng)：L=2.1+0.5+3.35+0.5+1.5=9.37；H上、下游水頭。正常運(yùn)行狀況下，上游水位與壩頂高程一致，下游無(wú)水，則H =14.3-12.42=1.88m；設(shè)計(jì)洪水狀況下，上、下游水頭Hd =上游水位-下游水位=14.94-13.97=0.97m。計(jì)算得：正常水位狀況：C=L/H=9.37/1.88=4.98C=32；設(shè)計(jì)水位狀況：C=L/H=9.37/0.97=9.66C=32；結(jié)論：從計(jì)算結(jié)果來(lái)看，正常水位及設(shè)計(jì)水位運(yùn)行狀況下，壩基均滿足抗?jié)B破壞要求。（4）壩身穩(wěn)定計(jì)算1

15、）抗滑穩(wěn)定計(jì)算簡(jiǎn)圖，見(jiàn)圖5-7、5-8：計(jì)算公式：根據(jù)砼重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范（SL319-2005）的規(guī)定，選擇抗剪強(qiáng)度公式計(jì)算抗滑穩(wěn)定：K=K抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f壩體砼與壩基接觸面的抗滑摩擦系數(shù)，本次壩基為粘土，參考水閘設(shè)計(jì)規(guī)范，瓦窯嶺水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程的地勘成果，取=0.35；W壩基上全部向下鉛直荷載，KN；U揚(yáng)壓力，KN；P作用在壩體上的水平荷載。工況1：正常運(yùn)行水位時(shí)（假設(shè)壩下游無(wú)水）W=G1+G2+¨¨¨+G11=0.5×（2.1+1.88）×25+0.2×0.3×25+0.2×0.2×0.5×

16、;25+（0.2+0.3）×（1.0+1.46+0.82）×25+0.5×0.5×0.5×25+0.5×0.82×0.82×25+0.82×（1.0+1.46）×25+0.5×（0.5+0.5+2.54）×1.46×25+（0.5+0.5+2.54）×1.0×25+0.5×0.5×0.5×25+0.5×0.5×25=49.75+1.5+0.5+41+3.125+8.405+50.43+64.605

17、+88.50+3.125+6.25=350.79KNU= U1+U2+¨¨¨+U10=×H1×5.35+×H2×0.5×0.5+×H2×（5.35-0.5）+×H3×0.5×0.5+×H3×（5.35-0.5-0.5）+×H4×（2.54+0.82）×0.5+×H4×（0.5+0.5）+×H5×0.5×0.5+×H5×0.5+×H6

18、15;0.5×0.5=16.05+0.25+4.85+0.25+4.35+11.155+6.72+0.25+0.5+0.25=49.975式中：水的容重，=10KN/m3；H1、210揚(yáng)壓力增量值，根據(jù)上下游水頭差H=（上游水位）-下游水位=14.30-12.42（取下游無(wú)水）=1.88m，取H=H/L=1.88/9.37=0.20，從下往上按滲徑長(zhǎng)度推算各拐點(diǎn)揚(yáng)壓力增量值見(jiàn)表5-3：表5-3 扣拐點(diǎn)揚(yáng)壓力增量值H1H2H3H4H5H60.30.10.10.6720.10.1P=P土+P水=18.05+79.20=97.25KNP土上游土壓力；P土=0.5土h土2tg2(45-/2)

19、=0.5×18×2.12×tg2(45-22/2)=18.05KN；P水上游靜水壓力，P水=0.5水h水2=0.5×10×（2.1+1.88）2=79.20KN。計(jì)算得：K=1.08K=1.05，滿足穩(wěn)定要求。工況2：設(shè)計(jì)洪水時(shí)，上游水位14.94m，下游水位13.97m。W=350.79KN（同正常工況）U= U1+U2+¨¨¨+U10=×H1×5.35+×H2×0.5×0.5+×H2×（5.35-0.5）+×H3×0.5&

20、#215;0.5+×H3×（5.35-0.5-0.5）+×H4×（2.54+0.82）×0.5+×H4×（0.5+0.5）+×H5×0.5×0.5+×H5×0.5+×H6×0.5×0.5=73.30+0.125+2.425+0.125+2.175+5.58+3.36+0.125+0.25+0.125=87.59KN式中：水的容重，=10KN/m3；H1、210揚(yáng)壓力增量值，根據(jù)上下游水頭差H=（上游水位）-下游水位=14.94-13.97（取下游

21、無(wú)水）=1.88m，取H=H/L=1.88/9.37=0.20，從下往上按滲徑長(zhǎng)度推算各拐點(diǎn)揚(yáng)壓力增量值見(jiàn)表5-4：表5-4 扣拐點(diǎn)揚(yáng)壓力增量值H1H2H3H4H5H61.370.050.050.3460.050.7P=P土+P水=20.95+79.20=97.25KNP土，上游土壓力；P土=0.5土h土2tg2(45-/2)=0.5×18×2.12×tg2(45-22/2)=18.05KN；P水上游靜水壓力，P水上=0.5水h水2=0.5×10×（2.1+1.88+0.97）2=122.51KN； P水下=0.5水h水2=0.5×1

22、0×（13.97-12.42+1.5）2=46.51KN；P水= P水上- P水下=122.51-46.51=76.00計(jì)算得：K=1.21K=1.05，滿足穩(wěn)定要求。2）壩基應(yīng)力計(jì)算計(jì)算公式：y=工況1：施工期（上、下游均無(wú)水，壩基面不存在揚(yáng)壓力）W=350.79（按前述計(jì)算）U=0B壩基寬度，B=5.35。M計(jì)算見(jiàn)表5-5：表5-5 M計(jì)算成果表序號(hào)荷載名稱荷載值（KN）力臂（m）彎矩（KN·m）備注一壩體自重W1G149.752.6755133.112G21.52.02553.043G30.51.80850.904G4411.925578.95序號(hào)荷載名稱荷載值（KN

23、）力臂（m）彎矩（KN·m）備注5G53.1252.00856.286G68.4051.402511.797G750.431.267863.948G864.605-0.32-20.679G988.50-0.9078-80.3410G103.125-2.0085-6.2811G116.25-2.4255-15.16M175.56=65.57±36.80計(jì)算得：max=102.37KPa150 KPa，滿足地基承載力要求；min=28.77KPa0，滿足地基承載力要求。正常運(yùn)行期：W=350.79KNU=49.975KNB壩基寬度，B=5.35。M計(jì)算見(jiàn)表5-6：表5-6 M計(jì)

24、算成果表序號(hào)荷載名稱荷載值（KN）力臂（m）彎矩（KN·m）備注一壩體自重W175.561G149.752.6755133.112G21.52.02553.043G30.51.80850.904G4411.925578.955G53.1252.00856.286G68.4051.402511.797G750.431.267863.948G864.605-0.32-20.679G988.50-0.9078-80.3410G103.125-2.0085-6.28序號(hào)荷載名稱荷載值（KN）力臂（m）彎矩（KN·m）備注11G116.25-2.4255-15.16二揚(yáng)壓力U-25.

25、371U116.05002U20.252.34250.593U34.85-0.25-1.214U40.251.84250.465U54.35-0.5-2.186U611.155-0.5555-6.20 7U76.72-2.1755-14.62 8U80.25-2.0085-0.50 9U90.5-2.4255-1.21 10U100.25-2.5085-0.50三上游水、土壓力-117.951P水79.20-1.33-105.342P土18.05-0.6985-12.6132.34=56.23±6.78計(jì)算得：max=63.01KPa0，滿足地基承載力要求；min=49.45KPa0

26、，滿足地基承載力要求。設(shè)計(jì)洪水期：上游水位14.94m，下游水位13.97m。W=350.79KNU=87.595KNB壩基寬度，B=5.35。M計(jì)算見(jiàn)表5-7：表5-7 M計(jì)算成果表序號(hào)荷載名稱荷載值（KN）力臂（m）彎矩（KN·m）備注一壩體自重W175.561G149.752.6755133.11序號(hào)荷載名稱荷載值（KN）力臂（m）彎矩（KN·m）備注2G21.52.02553.043G30.51.80850.904G4411.925578.955G53.1252.00856.286G68.4051.402511.797G750.431.267863.948G864.

27、605-0.32-20.679G988.50-0.9078-80.34一壩體自重W175.5610G103.125-2.0085-6.2811G116.25-2.4255-15.16二揚(yáng)壓力U-12.761U173.30002U20.1252.34250.293U32.425-0.25-0.614U40.1251.84250.235U52.175-0.5-1.096U65.58-0.5555-3.10 7U73.36-2.1755-7.31 8U80.125-2.0085-0.25 9U90.25-2.4255-0.61 10U100.125-2.5085-0.31三上游水、土壓力-144.7

28、71P水上122.51-1.54-188.672P水下46.511.21556.513P土18.05-0.6985-12.6118.03=49.20±3.78計(jì)算得：max=52.98KPa=180KPa，滿足地基承載力要求；min=45.42KPa0 KPa，滿足地基承載力要求，也滿足壩址處不出現(xiàn)拉應(yīng)力要求。3、消力池及海漫設(shè)計(jì)（1）消力池設(shè)計(jì)1）水力計(jì)算下游水流銜接形式判別：T0=hc+= hc+T0消力池底板頂面算起總勢(shì)能,m；hc收縮水深，m；q過(guò)壩單寬量，q=15.41/8=2.20m3/s；流速系數(shù)，取=0.95。經(jīng)試算，hc =0.23m，T0=5.409m。hc ”=2.08m下游水深ht=1.55m，判斷發(fā)生遠(yuǎn)離式水躍起，需建消力池。hc ”水流躍后水深，m；消力池深計(jì)算：d=0 hc ”- ht-z0水躍淹沒(méi)系數(shù)，經(jīng)校正，0=1.05；hc ”水流躍后水深，2.08m；ht出池河床水深，ht =1.55