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文檔簡介
1、 一、過壩洪水計算1、計算方法項目區(qū)及附近沒有水文測站,無法采用長系列實測洪水資料推求設(shè)計洪水,只能采用暴雨資料推求設(shè)計洪水。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,距今21年,資料系列滿足統(tǒng)計年限精度要求,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,作為洪水計算統(tǒng)計資料成果誤差大,不宜采用。因此,本次洪水計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值圖表計算洪水。攔河壩座落在干溝01下游,為簡化計算,對干溝01全長進(jìn)行洪水計算,然后按面積比計算壩上洪水量。2、設(shè)計洪水標(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。3、洪水計算(1)集雨面積將項目區(qū)及與之接壤,并正在安排土地整治項目建設(shè)的龍江村、文明村、白沙村實測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)河道底坡計算計算公式:J=J河道底坡;H0河道從下至上第一個斷面處的河底高程;H1、H2河道從下至上第二、第三個斷面處的河底高程;Hn-1、Hn河道從下至上最后兩個斷面處的河底高程;L河道總長,圖上量得3030.28m,3.03Km。計算得河道底坡:J=0.00184。(3)設(shè)計凈雨計算1)根據(jù)項目所在地點查廣西水文圖集,得多年平均最大1、6、24小時H值和CV值,然后查模比系
3、數(shù)Kp值,計算不同頻率年份設(shè)計雨量見表5-2。表5-2 各時段點暴雨量參數(shù)及頻率計算成果表計算方法時段資料系列均值(mm)CvCs/Cv頻率(%)50.5210廣西暴雨統(tǒng)計參數(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)取時段t為0.5小時,計算各時段設(shè)計暴雨根據(jù)暴雨徑流查算圖表,計算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、6小時、1小時、10分鐘設(shè)計暴雨(單位:mm)。各時點暴雨按下式計算:當(dāng)6t24小時:Htp=h24p()1-n3p當(dāng)1t6小時:Htp=h1pt1-n3p或Htp=h6p()1-n2p當(dāng)t1小時:Htp=h1pt1-n1p時段雨量為相鄰兩個時點之間的差值。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小時雨
5、型表進(jìn)行分配時段雨量。3)凈雨計算根據(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(瞬時單位線法)和=4mm(推理公式)。4)瞬時單位線法計算洪峰流量根據(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)計算的n、k值,查取S(t)曲線對應(yīng)值,并結(jié)合計算的c值,算出各時段洪水流量見表,計算洪峰流量為33.
6、36m3/s。5)推理公式法計算洪峰流量6)凈雨計算根據(jù)前述計算凈雨,將穩(wěn)定入滲率由f=8mm更換為=4mm。7)計算、m值=15.50本區(qū)屬丘陵區(qū),植被一般,則:m=0.1070.581=0.538)計算洪峰流量采用圖解法進(jìn)行計算,設(shè)5、6、7、8、9五個時段t,按公式Qm=0.278F及Qm=(0.278)4分別計算Qm值,計算結(jié)果:Qm=37.87m3/s。6、計算洪峰流量結(jié)果比較及確定瞬時單位線法和推理公式計算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)計從加強安全要求考慮,選擇推理公式計算結(jié)果。7、過壩洪峰流量計算采用面積比法推求過壩洪
7、峰流量,從1:1000實測地形圖上框量,壩上集雨面積2.629Km2,上述洪峰流量計算對應(yīng)集雨面積為6.462Km2,因此:Q壩=15.41 m3/s二、攔河壩設(shè)計1、壩址選擇項目區(qū)內(nèi)攔河壩只有一處,主要攔抬干溝01水量灌溉平鴨營屯南部農(nóng)田。從現(xiàn)場調(diào)查來看,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(1)壩身設(shè)計1)壩頂、壩基高程確定從現(xiàn)有壩肩引水渠來看,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)計劃設(shè)計壩頂高程14.3m,沿壩軸線設(shè)4個排水孔,孔深80cm,也即孔底高程13.5m,農(nóng)田灌溉取水時可通過增設(shè)平木板閘攔抬水位,不用水時采用通過排水孔排水,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)計本次設(shè)計壩身采用C20埋石砼澆筑,埋石量20%。設(shè)計壩頂高程14.30m,壩基高程10.82m;壩頂寬0.8m,以便人員自由通行;壩長8m,
10、壩體中部設(shè)置4個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)壩身過流能力復(fù)核1)下游水位計算下游水位采用比降法計算,河道兩岸砌石硬化,底寬6.0m,糙率取0.022,底坡0.0036,計算下游水位1.55m。2)閘孔過流能力計算公式:Q閘=mBQ閘閘孔過流,m3/s。H0堰頂水頭(含流速水頭),經(jīng)試算得H0=1.56m,其中堰頂實際水深
11、1.44m,流速水頭0.12m。淹沒系數(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。計算得: Q閘= 11.73m3/s。3)堰頂過流能力計算公式:Q堰=smBQ堰堰頂過流能力,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。其中堰頂實際水深0.64m,流速水頭0.12m。s淹沒系數(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)計水頭,Hd =上游水位-下游水位=14.94-13.97=0.97m。計算得: Q堰= 3.73m3/s。4)壩身過流能力復(fù)核Q壩核= Q閘+ Q堰=11.73+3.73=15.46 m3/s,稍大于過壩設(shè)計洪峰流量Q壩=15.41 m3/s,故壩身過流滿足泄洪要求。(3)壩基滲透穩(wěn)定計算根據(jù)水閘設(shè)計規(guī)范(SL265-2001)的規(guī)定,考慮到本次工程屬等5級小型水壩,為便于計算,采用滲徑系數(shù)法分正常運行和設(shè)計洪水2種工況計算,具體如下:計算簡圖:見圖5-5、5-6。計算公式:C=L/H
14、C滲徑系數(shù);L閘基防滲長度,為防滲部分水平段和垂直段的長度總和,按圖5-1和5-2計算,L為18的邊界條件總長:L=2.1+0.5+3.35+0.5+1.5=9.37;H上、下游水頭。正常運行狀況下,上游水位與壩頂高程一致,下游無水,則H =14.3-12.42=1.88m;設(shè)計洪水狀況下,上、下游水頭Hd =上游水位-下游水位=14.94-13.97=0.97m。計算得:正常水位狀況:C=L/H=9.37/1.88=4.98C=32;設(shè)計水位狀況:C=L/H=9.37/0.97=9.66C=32;結(jié)論:從計算結(jié)果來看,正常水位及設(shè)計水位運行狀況下,壩基均滿足抗?jié)B破壞要求。(4)壩身穩(wěn)定計算1
15、)抗滑穩(wěn)定計算簡圖,見圖5-7、5-8:計算公式:根據(jù)砼重力壩設(shè)計規(guī)范(SL319-2005)的規(guī)定,選擇抗剪強度公式計算抗滑穩(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)計規(guī)范,瓦窯嶺水庫除險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揚壓力,KN;P作用在壩體上的水平荷載。工況1:正常運行水位時(假設(shè)壩下游無水)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(取下游無水)=1.88m,取H=H/L=1.88/9.37=0.20,從下往上按滲徑長度推算各拐點揚壓力增量值見表5-3:表5-3 扣拐點揚壓力增量值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。計算得:K=1.08K=1.05,滿足穩(wěn)定要求。工況2:設(shè)計洪水時,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、無水)=1.88m,取H=H/L=1.88/9.37=0.20,從下往上按滲徑長度推算各拐點揚壓力增量值見表5-4:表5-4 扣拐點揚壓力增量值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計算得:K=1.21K=1.05,滿足穩(wěn)定要求。2)壩基應(yīng)力計算計算公式:y=工況1:施工期(上、下游均無水,壩基面不存在揚壓力)W=350.79(按前述計算)U=0B壩基寬度,B=5.35。M計算見表5-5:表5-5 M計算成果表序號荷載名稱荷載值(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。正常運行期:W=350.79KNU=49.975KNB壩基寬度,B=5.35。M計算見表5-6:表5-6 M計
24、算成果表序號荷載名稱荷載值(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計算見表5-7:表5-7 M計算成果表序號荷載名稱荷載值(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(1)消力池設(shè)計1)水力計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能,m;hc收縮水深,m;q過壩單寬量,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;消力池深計算:d=0 hc ”- ht-z0水躍淹沒系數(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
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