溝道治理工程水土保持ppt課件

1、第二部分 山溝治理工程 山溝治理工程的作用在于防止溝頭前進、溝床下切、溝岸擴張，減緩溝床縱坡、調(diào)理山洪洪峰流量，減少山洪或泥石流的固體物質(zhì)含量，使山洪平安地排泄，對溝口沖積堆不呵斥災禍。 屬于山溝治理任務的措施有：溝頭防護工程、谷坊工程，以攔蓄調(diào)理泥沙為主要目的的各種攔沙壩，以攔泥淤地、建立根本農(nóng)田為目的淤地壩及溝道護岸工程等。一、谷坊、攔砂壩二、拱壩三、淤地壩山溝治理工程四、小型水庫1.1谷坊 谷坊又名防沖壩，沙土壩，閘山溝等，是水土流失地域溝道治理的一種主要工程措施，谷坊普通布置在小支溝，沖溝或切溝上，穩(wěn)定溝床，防止因溝床下切呵斥的岸坡崩塌和溯源侵蝕，壩高3-5m，攔沙量小于1000m3，

2、以節(jié)流固床護坡為主。1.1.1谷坊的作用1.固定與抬高侵蝕基準面，防止溝床下切；2.抬高溝床，穩(wěn)定山坡坡腳，防止溝岸擴張及滑坡；3.減緩溝道縱坡，減小山洪流速，減輕山洪或泥石流災禍；4.使溝道逐漸淤平，構(gòu)成壩階地，為開展農(nóng)林業(yè)消費發(fā)明條件。 1.1.2谷坊的種類1、根據(jù)谷坊所用的建筑資料的不同，大致可分為以下幾類：土谷坊；干砌石谷坊；枝梢梢柴谷坊；插柳谷坊柳樁編籬；漿砌石谷坊；竹籠裝石谷坊；木料谷坊；混凝土谷坊；鋼筋混凝土谷坊；鋼料谷坊；2、根據(jù)運用年限不同，可分為永久性谷坊和暫時性谷坊。3、按谷坊的逶水性質(zhì)，又可分為透水性谷坊與不透水性谷坊。 1.1.3谷坊位置的選擇谷坊建筑的主要目的是固定

3、溝床，防止下切沖刷。因此，在選擇谷坊壩時，應思索以下幾方面的條件。1谷口狹窄；2溝床基巖外露；3上游有寬闊平坦的貯砂地方；4在有支流集合的情形下，應在集合點的下游建筑谷坊；5谷坊不應設置在天然跌水附近的上下游，但可設在有崩塌危險的山腳下。1.1.4谷坊設計1.谷坊間距確實定 谷坊間距與谷坊高度及淤積泥沙外表的臨界不沖坡度有關(guān)。當延續(xù)建筑谷坊時，上一座谷坊腳與下一座谷坊頂大致程度，或略有坡度。2.谷坊的斷面規(guī)格谷坊的高度，應依建筑資料而定，普通情況下，土谷坊不超越5m，漿砌石谷坊不超越4m，干砌石谷坊不超越2m，柴草、柳梢谷坊不超越1m。3.溢流口設計為防止暴雨呵斥洪水漫頂沖毀谷坊，石谷坊可在谷

4、坊頂部中央留溢水口，土谷坊要在谷坊一端留溢水口。1.2 攔砂壩 攔砂壩是以攔蓄山洪泥石流溝道中固體物質(zhì)為主要目的的擋攔建筑物。攔沙壩多建在主溝或較大的支溝內(nèi)，通常壩高大于5m，攔沙量在1031003m3之間，甚至更大。1.2.1攔沙壩的作用1攔蓄泥沙包括塊石調(diào)理溝道內(nèi)水沙，以免除對下游的危害，便于下游河道整治。2提高壩址的侵蝕基準，減緩壩上游淤積段河床比降，加寬河床，減小流速，從而減小了水流侵蝕才干。3穩(wěn)定溝岸崩塌及滑坡，減小泥石流的沖刷及沖擊力，防止溯源侵蝕，抑制泥石流發(fā)育規(guī)模。1.2.2壩型選擇1.按構(gòu)造分： 重力壩：依自重在地基上產(chǎn)生的摩擦力來抵抗壩后泥石流產(chǎn)生的推力和沖擊力，其優(yōu)點是：

5、構(gòu)造簡單、施工方便，就地取材，耐久性強。 切口壩：又稱縫隙壩，是重力壩的變形。即在壩體上開一個或數(shù)個泄流缺口，主要用于稀性泥石流溝，有攔截大礫石，滯洪，調(diào)理水位關(guān)系等特點。錯體壩 拱壩鋼索壩格柵壩2.按建筑資料分：砌石壩、混合壩、鐵絲石籠壩混合壩鐵絲石籠壩1.2.3壩高與攔沙量確實定 一攔沙壩壩高確實定 攔沙壩的高度由以下條件決議： 1壩址處地基及岸坡的地質(zhì)條件 2壩址處地形條件 3攔沙壩的設計目的，實現(xiàn)最好的防護效益 4合理的經(jīng)濟技術(shù)目的，主要是壩高與攔淤庫容的關(guān)系。普通攔沙壩分為： 小型攔沙壩 壩高：5-10m 中型攔沙壩 壩高：10-15m 大型攔沙壩 壩高：15m二攔沙量計算 攔沙量的

6、設計可按下法推求：對壩高已定的攔沙壩庫容的計算可按以下步驟進展：1在方格紙上給出壩址以上溝道縱斷面圖，并按山洪或 泥石流固體物質(zhì)的回淤特點，畫出回淤線。2在庫區(qū)回淤范圍內(nèi)，每隔一定間距測繪橫斷面圖。3根據(jù)橫斷面圖的位置及回淤線，求算出每個橫斷面的淤積面積。4求出相鄰兩斷面之間的體積， 計算公式為：式中：V相鄰兩橫斷面之間的體積m3；W1，W2相鄰橫斷面面積m2；L相鄰橫斷面之間的程度間隔m5將各部分體積相加，即為攔沙壩的攔沙量。 推求攔沙量還可根據(jù)下式計算：式中： V攔沙量m3；b,h攔沙壩堆沙段平均寬度，高m；1/n 原溝床縱坡比降；1/m堆沙區(qū)外表比降。當堆沙外表比降采用原溝床比降1/2時

7、，m=2n，1.2.4攔沙壩的斷面設計 攔沙壩的斷面設計義務是，確定既符合經(jīng)濟要求又保證平安的斷面尺寸，其內(nèi)容包括：斷面輪廓的初步設計擬定，壩的穩(wěn)定設計和應力計算，溢流口計算，壩下沖涮深度估算，壩下消能，本節(jié)主要引見最常用的漿砌石重力壩的斷面設計。一斷面輪廓尺寸的初步擬定 壩的斷面輪廓尺寸是指壩高、壩頂寬度、壩底寬度以及上下游邊坡等。 日本防沙工程設計攔沙壩斷面時，根據(jù)壩頂溢流水深h1及上游壩坡系數(shù)m用閱歷公式推求壩頂寬度b： b(0.80.6m)h1 普通也可根據(jù)壩高h確定壩頂寬度b: h=3 5m時,b=1.5m， h=6 8m時,b=1.8m， h=9 15m時,b=2.0m攔沙壩下游壩

8、坡系數(shù)n可用以下公式估算： 式中：n下游壩坡系數(shù)； V下游最小石礫的始動流速(m/s)； h壩高(m)上游壩坡與壩體穩(wěn)定性關(guān)系親密，m值愈大，壩體抗滑穩(wěn)定平安系數(shù)愈大，但筑壩本錢愈高，因此，m值應根據(jù)穩(wěn)定計算結(jié)果確定。二壩的穩(wěn)定與應力計算 一座攔沙壩在外力作用下遭破壞，有以下幾種情況：1壩基摩擦力缺乏以抵抗程度推力，因此發(fā)生滑動破壞；2在程度推力和壩下浸透壓力的作用下，壩體繞下游壩址的傾覆破壞；3壩體強度缺乏以抵抗相應的應力，發(fā)生拉裂或壓碎。在設計時，由于不允許壩內(nèi)產(chǎn)生拉應力，或者只允許產(chǎn)生極小的拉應力，因此對于壩體的傾覆穩(wěn)定，通常不用進展核算，普通所謂的壩體穩(wěn)定計算，均指抗滑穩(wěn)定而言。 計算

9、時，首先根據(jù)初步擬定的斷面尺寸，進展作用力計算，然后進展穩(wěn)定計算和應力計算，以保證壩體在外力作用下不致于遭到破壞。1.作用力計算 作用在單位壩上的力，按其性質(zhì)不同可分為壩體自重、壩上下游面的淤積物重，壩前水沙壓力、泥石流沖擊力以及壩基揚壓力等。見右圖 壩體重力G： G=Vdb 式中：G壩體重力(t)； V壩體橫斷面積(m2); d壩體容重(t/m3)； b單寬(b=1m) 淤積物分量：作用在壩體上游面上的淤積物分量等于淤積體積乘以淤積物容重。 水壓力： 式中：P靜水壓力(t) 水的容重(t/m3)，取1； h壩前水深(m)；泥沙壓力： 式中： P泥壩前泥沙壓力(t); b單位寬度(b=1m)；

10、 c堆沙容重(t/m3); H壩前淤積物的高度(m)； 淤積物的內(nèi)摩擦角，用公式表示為： 作用在下游壩基上的泥沙壓力為被動土壓力： 式中：E被動土壓力(t)； H1壩根底深度(m)； c,同前式； b單位寬度(b=1m)。壩基揚壓力：主要為浸透壓力。當壩體是實體壩，而又無排水的條件下，下游邊緣的浸透壓力為零，上游邊緣的浸透壓力為： 式中：W浸透壓力(t)； B壩底寬度(m)； 水的容重(t/m3)； b單寬(b=1m)； H壩高(m)； a1根底接觸面積系數(shù)，取a1=1。泥石流沖擊力：即泥石流的動壓力，計算公式如下：式中：p沖泥石流沖擊力(t/m2)； K泥石流動壓力系數(shù)，決議于龍頭特性，普通

11、取1.3。根據(jù)云南省東川蔣家溝實測資料分析，K=2.54.0。 c泥石流容重(t/m3)；g重力加速度(為9.81m/s2)； Vc泥石流流速(m/s)； a泥石流流向與壩軸線的交角()地震力：在地震區(qū)大型攔沙壩的設計應思索地震力的作用。地震作用通常有兩種力,即地震慣性力及地震泥沙壓力。地震慣性力地震泥沙壓力式中：S程度地震慣性力(t)； Qc地震作用下的泥沙壓力(t)； 淤積物的內(nèi)摩擦角；Ke地震系數(shù)； a建筑物的慣性分布指數(shù)2.壩體抗滑穩(wěn)定計算 壩體能否滑動，主要取決于壩體本身分量壓在地面上所產(chǎn)生的摩擦力大小。當壩體屬平面滑動時(圖5-17，1)，壩的抗滑穩(wěn)定計算，公式如下：式中：Ks抗滑

12、穩(wěn)定平安系數(shù)，要求Ks=1.0-1.05;N壩體垂直力的總和，向下為正，向上為負；P壩體程度作用力的總和，向下游為正，向上游為負；f壩體與根底的摩擦系數(shù)； 假設壩的根底設有齒墻，且齒墻的深度一樣圖5-17，2，那么壩體抗滑穩(wěn)定計算公式為：式中：f0摩擦系數(shù)，當齒墻較薄，b較大時，f0=tg; b兩齒墻間間隔，m； Ks、N、P同上式； C壩基土的黏結(jié)力。3.壩基應力計算 漿砌石壩設計時，不允許使壩體上游面出現(xiàn)拉應力。假設壩腳上下游垂直應力不超越允許值就以為滿足強度要求。計算公式如下： 上游面應力 ： 下游面應力 ： 式中：上上游面壩基應力，當上0時，不產(chǎn)生拉應力(kg/cm2)； 下下游面的壩

13、基應力(kg/cm2); b壩底寬(m); e合力作用點至壩底中心點的間隔(m); M一切作用在壩上的各力對壩底中心點力矩的代數(shù)和(t-m)， 順時針為負，逆時針為正； N同上式。(三)溢流口設計1確定溢流口外形和兩側(cè)邊坡普通溢流口的外形為梯形，邊坡坡度為1：0.751：1。對于含固體物很多的泥石流溝道，可為弧形。2計算壩址處設計洪峰流量計算。山洪泥石流的設計洪峰流量可參考第三節(jié)進展計算，假設缺乏觀測資料，泥石流的洪峰流量，可用泥痕調(diào)查法進展計算。3選定單寬溢流流量qm3/s，估算溢流口寬度B4根據(jù)選擇的溢流口外形，流速及洪峰流量，用方案處法求出過壩溢流深度h0，高含沙山洪的流速vc可采用以下

14、公式計算： vc= R2/3I3/8 式中：R、I水力半徑及水面縱坡%；a阻力系數(shù)； a=/H+11/2 式中：矯正系數(shù)；H山洪中固體物質(zhì)比重，普通為2.4-2.7t/m3，c山洪容重。5計算溢流口高度h=h0+h，h為超高，普通采用0.5-1.0m。四壩下消能與沖刷深度計算 1壩下消能 攔沙壩壩下消能措施常見的有如下幾種： 1子壩副壩消能 它適用于大中型山洪或泥石流荒溪。這種消能設備的構(gòu)造是，在主壩的下游設置一座子壩，構(gòu)成消力池，以消煞過壩山洪或泥石流的能量見下頁圖5-20。子壩的壩頂應高出原溝床0.5-1.0m，以保證子壩回淤線高于主壩根底頂面。子壩與主壩間的間隔，可取2-3倍主壩壩高。在

15、溝內(nèi)修成壩系的情況下，只需保證下一座壩的回淤線高于上一座壩的根底頂面，便可到達防沖要求。 2護坦消能 這種消能措施僅適用于小型溝道。 護坦多用漿砌塊石砌筑，其長度為23倍主壩高。護坦厚度可用以下閱歷公式估算：式中：b護坦厚度(m)； q單寬流量(m3/s/m) z上下游水位差(m) 閱歷系數(shù)，在0.175-0.2之間。2壩下沖刷深度計算 壩下沖刷深度估算的目的在于合理確定壩基的埋設深度。 決議沖刷深度需求思索建筑物的方式、泄流形狀以及河床的地形、地質(zhì)等條件，是一個相當復雜的問題。通常只需采用模型實驗以及對比實踐工程資料，才干得到較為可靠的結(jié)果。除此之外，在初步設計時也可參照過壩水流的公式進展粗

16、略的估算：式中：T從壩下原溝床面起算的最大沖刷深度(m)； q單寬流量(m3/s/m)； ht壩下溝床水深m dm壩下溝床的規(guī)范粒徑mm，普通可用泥石流固體物質(zhì)的d90替代。以分量計，有90%的顆粒粒徑比d90?。?Schoklitsch閱歷公式： 式中符號同前式。3.1拱壩 拱壩在平面上成拱形，可由混凝土和漿砌石筑成，其荷載主要借助拱的作用轉(zhuǎn)給兩岸。具有工程量小，投資少、工期短，見效快等優(yōu)點。二灘水電站拱壩一拱壩對壩基及壩頭的要求 拱壩對根底的地質(zhì)條件的要求比重力壩嚴厲。 拱壩應建筑在巖石鞏固完整、均勻、變形小，耐風化、透水性弱，上下游岸坡穩(wěn)定，以及沒有較大斷層破碎帶的地域。壩的兩端潛入基巖

17、內(nèi)，因此對兩岸壩頭巖體的穩(wěn)定性要求較高。二拱壩對地形的要求拱壩受的荷載大部分靠拱的作用傳給兩岸，還有一部分由垂直方向的懸臂梁的作用傳給河底。通常用L/H來判別能否適宜建筑拱壩，L/H代表地形特點，L為壩頂高程處河谷寬度，H為最大壩高。 L/H 3.54.0時， 建筑拱壩不經(jīng)濟，但也不是絕對的。河谷外形不同，拱所發(fā)揚的作用也不同。三角形河谷最正確，梯形次之，矩形最差。3.1.1拱壩的建筑特點及建筑條件當天然地形不夠理想時，可進展人工處置：重力墩、墊座三拱壩的分類按拱和懸臂梁分攤的荷載的比例來分類可分為薄拱壩、拱壩、重力拱壩。T/H T壩底厚度；H最大壩高T/H 10%為薄拱壩，1040%為拱壩，

18、4060%為重力拱壩，6080%為重力壩。3.1.2拱壩的平面布置1、確定壩頂拱圈的位置和壩頂高程 在地形圖上確定壩頂兩端的位置，選取適當中心角，定出圓心，得外半徑，畫出外圓??；選取壩頂厚度，求出內(nèi)半徑，畫出內(nèi)圓弧。2、剖面的擬定 拱壩的根本剖面采用上游垂直，下游有一定坡度的方式。壩基處最大斷面拱圈厚度可按圓筒公式計算。3、其他拱圈的布置將壩沿高度n等分得n+1個拱圈，對每個拱圈除壩頂，用同一圓心和外半徑繪制上游圓弧，據(jù)相應位置的壩厚度確定內(nèi)半徑，繪下游面圓弧。中心角由圖上量出。4、繪制拱壩的平面圖 將各高程拱圈的下游端點銜接起來，就得到拱圈平面圖。 注：上述步驟僅僅是初步結(jié)果，需再進展應力分

19、析。假設不適宜，還需求修正剖面和平面布置3.1.3 壩身構(gòu)造和壩基處置一壩頂與壩面壩頂構(gòu)造與其用途有關(guān)，沒有交通要求的非溢流拱壩，頂寬普通采用2.04.0m，有交通要求時，可用懸臂加寬壩頂，并按公路級別確定寬度。溢流拱壩的頭部應按水流作成流線型，見右圖。砌石拱壩應留意上游面的防滲問題，可用水泥砂漿勾縫防滲。二排水設備由于浸透壓力對拱壩的穩(wěn)定影響很小，普通可不思索排水設備，但重力拱壩那么需設置排水設備。三壩與地基及兩岸的銜接在地基及與兩岸相接的地方，應將一切破碎的巖石挖除，對鞏固巖石中的裂隙應加以灌漿。為了防止根底滲漏在上游面應設置截水齒墻，井在其下作帷幕灌漿。拱端支撐處的河岸巖石要很益處置，為

20、滿足壩頭穩(wěn)定的要求，圈拱軸線與地形等高線的夾角普通不小于30，拱端與巖石接觸面應作成半徑方向一致，使拱能支撐在垂直的徑向平面上圖(a)。同時，為減少巖石的開挖量，宜將拱端支撐處的巖石作成階梯形圖(b)。拱壩與兩岸銜接拱壩壩址河谷狹窄。不宜開挖溢洪道，多采用壩頂濫洪。壩為避免下泄水流沖刷壩基，應對壩基附近巖石進展維護。4.1淤地壩淤地壩指在溝道里為了攔泥、淤地所建的壩，壩內(nèi)所淤成的土地稱為壩地。4.1.1 淤地壩的組成、分類與作用一淤地壩的組成淤地壩主要目的在于攔泥淤地，一般不長期蓄水，其下游也無灌溉要求，實踐上壩體可以看作是一個重力式擋泥(土)墻。普通淤地壩由壩體、溢洪道、放水建筑物三個部分組

21、成。二淤地壩的分類和分級規(guī)范1.淤地壩的分類淤地壩按筑壩資料可分為土壩、石壩、土石混合壩等；按壩的用途可分為緩洪骨干壩、攔泥消費壩等；按建筑資料和施工方法可分為夯碾壩、水力沖填壩、定向爆破壩、堆石壩、干砌石壩、漿砌石壩等。2.淤地壩分級規(guī)范淤地壩普通根據(jù)庫容、壩高、淤地面積、控制流域面積等因素分級。參考水庫分級規(guī)范并思索群眾習慣叫法，可分為大、中、小三級。 表71為黃河中游水土堅持治溝骨干工程技術(shù)規(guī)范所列分級規(guī)范，供參考。表71淤地壩分級規(guī)范分級標準庫容(萬m3)壩 高(m)單壩淤地面積(畝)控制流域面積(km2)大 型5001003015015中 型10010301515030151小 型1

22、015301普通采用10年一遇或20年一遇。目前我國還沒有一致標準，表72和表73為黃河中游水土堅持治溝骨干工程技術(shù)規(guī)范提出的淤地壩設計洪水規(guī)范，供參考。三 淤地壩設計洪水規(guī)范四淤地壩的作用 淤地壩是小流域綜合治理中一項重要的工程措施，也是最后一道防線，它在控制水土流失，開展農(nóng)業(yè)消費等方面具有極大的優(yōu)越性。淤地壩的詳細作用歸納如下： 1.穩(wěn)定和抬高侵蝕基點，防止溝底下切和溝岸坍塌，控制溝頭前進和溝壁擴張。 2.蓄洪、攔泥、削峰，減少入河、入庫泥沙，減輕下游洪沙災禍。 3.攔泥、落淤、造地，變荒溝為良田，可為山區(qū)農(nóng)林牧業(yè)開展發(fā)明有利條件。4.1.2 淤地壩工程規(guī)劃1.壩系布設1上淤下種，淤種結(jié)合

23、2上壩消費，下壩攔淤3輪蓄輪種，蓄種結(jié)合4支溝滯洪、干溝消費5多漫少排，漫排兼顧6以排為主，漫淤灘地7高線排洪、保庫灌田8隔山鑿洞，鄰溝分洪9壩庫相間，清洪分治 “攔洪蓄清方式； “導洪蓄清方式； “排洪蓄清方式；一壩系規(guī)劃和規(guī)劃2.壩系構(gòu)成和建壩順序1壩系構(gòu)成的順序 流域壩系構(gòu)成的順序根據(jù)其控制流域面積的大小和人力、財力等條件合理安排，普通有三種：先支后干；符合先易后難、工程平安和見效快的原那么。先干后支；干溝寬闊成地多，群支匯干淤地快，但工程設計規(guī)范高，需投入較多的財力和人力。以干分段；按支分片，段片分治；當流域面積較大鄉(xiāng)村多時，可以按壩系的整體規(guī)劃，分段劃片實行包干治理。2 壩系中建壩的

24、順序壩系中建壩的順序有兩種； 自下而上：從下游向上游逐座興建，構(gòu)成壩系。這種順序可集中全部泥沙于一壩，淤地快，收益早；淤成一壩，上游一直有一個一定庫容的攔洪壩，確保下游壩地平安消費，并能供水灌溉；同時上壩可修在下壩末端的淤積面上，有利減少壩高和節(jié)省工程量，但采用這種順序打壩，初期工程量較大，需求的投工，投資也多。 自上而下：從上游向下游逐座建筑，上壩修成時，再修下壩，依次構(gòu)成壩系。這種順序，單壩控制流域面積小，來洪少，可節(jié)節(jié)攔蓄，工程平安可靠，且規(guī)模不大，易于實施。但壩系成地較慢，上游無壩攔蓄洪水，壩地防洪保收不可靠，初期防洪才干較差。3.流域建壩密度 流域建壩密度應根據(jù)降雨情況，溝道比降，溝

25、壑密度，建壩淤地條件，按梯級開發(fā)利用原那么，因地制宜的規(guī)劃確定。據(jù)各地閱歷，在溝壑密度57/km2，溝道比降23%，適宜建壩的黃土丘陵溝壑區(qū)，每平方公里可建壩35座；在溝壑密度35km/km2，適宜建壩的殘垣溝壑區(qū)，每平方公里建壩24座；溝道比較大的土石山區(qū)，每平方公里建壩58座比較適宜。二壩址選擇 壩址選擇普通應思索以下幾點：1.壩址在地形上要求河谷狹窄、壩軸線短，庫區(qū)寬闊容量大，溝底比較平緩。2.壩址附近應有宜于開挖溢洪道的地形和地質(zhì)條件。最好有鞍形巖石山凹或紅粘土山坡。還應留意到大壩分期加高時，放、泄水建筑物的布設位置。3.壩址附近應有良好的筑壩資料(土、砂、石料)，取用容易，施工方便，

26、由于建筑資料的種類、儲量、質(zhì)量和分布情況，影響到壩的類型和造價。4.壩址地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定，兩岸無疏松的坍土、滑坡體，斷面完好，岸坡不大于60。壩基應有較好的均勻性，其緊縮性不宜過大。巖層要防止活斷層和較大裂隙，尤其要防止有能夠呵斥壩基滑動的脆弱層。5.壩址應避開溝岔、彎道、泉眼，遇有跌水應選在跌水上方。壩扇不能有沖溝，以免洪水沖刷壩身。6.庫區(qū)淹沒損失要小，應盡量防止村莊、大片耕地、交通要道和礦井等被淹沒。有些地形和地質(zhì)條件都很好的壩址，就是由于淹沒損失過大而被放棄，或者降低壩高，改動資源利用方式，這樣的先例并不少見。7.壩址還必需結(jié)合壩系規(guī)劃一致思索。有時單從壩址本身思索比較優(yōu)越，但從整體銜接、

27、梯級開發(fā)上看不一定有利，這種情況需求留意。4.1.3土壩設計一土壩樞紐布置與壩型選擇1.土壩樞紐布置 土壩樞紐布置是根據(jù)綜合利用的要求，把各項建筑物有機地、相互關(guān)聯(lián)地妥當安排，各得其所。既要平安可靠，又要經(jīng)濟合理，要盡能夠防止施工干擾，還要思索運轉(zhuǎn)管理方便。在高山深谷地帶，河谷窄山坡陡，建筑物不易分散布置，只能緊湊一同，如岸坡溢洪道常與土壩銜接，見下頁圖7-9。丘陵地帶河谷寬山坡平緩，而且常有埡口可布置溢洪道，建筑物可分分布置，施工方便，見下頁圖7-10?？傊?，應根據(jù)地形地質(zhì)條件合理安排。 2.土壩壩型選擇土壩是由土料填筑而成的擋水建筑物，它是淤地壩和小型水庫采用最多的一種壩型。1均質(zhì)土壩：用

28、一種土料筑成的壩稱為均質(zhì)土壩。這種壩型的優(yōu)點是就地取材，施工簡單，投資也少，對壩基地條件要求較低。缺陷是由于透水性大，抗浸透破壞的才干弱。需求平緩壩坡，因此工程量較大。2心墻土壩：在壩體中用透水性小的粘性土作防滲心墻，置于壩體中部，構(gòu)成不透水心墻 ，而心墻兩側(cè)的壩體那么用透水性較強的土料(礫石或風化土料等)填筑而成，這種壩體稱為心墻土壩。3斜心墻土壩 對于土石壩，用斜心墻較好；4多種土質(zhì)壩 有的壩址，貯藏著多種土質(zhì)，例如粘土、輕沙壤土、風化巖等，本著就地取材、因材設計的精神，把各種土料合理地配置在適當部位，就構(gòu)成了多種土質(zhì)壩。5土石壩 土石組合壩簡稱土石壩，采用土石壩可以充分利用壩址附近的土石

29、料，可以充分利用基坑開挖、溢道開挖的棄渣筑壩，這對于山谷地址尤其重要。根據(jù)石料配置的部位不同，土石壩可有幾種壩型，如圖711所示。 6水力沖填壩水力沖填壩是利用丘陵溝壑區(qū)的天然地形，用水將溝壑兩岸高處的沖成泥漿，經(jīng)過較陡的輸泥溝送到兩邊筑有圍埂的壩面沉淀池中，泥漿經(jīng)脫水固結(jié)，構(gòu)成均勻密實的壩體。不均勻系數(shù)小的砂、粉制壤土、砂壤土等構(gòu)成均質(zhì)壩。不均勻系數(shù)大的礫砂、風化碎屑土、含礫土形故意墻壩。沉淀池寬那么構(gòu)成的心墻較寬，沉淀池窄構(gòu)成的心墻較窄，但心墻與邊棱沒有明確的分界限。如以下圖。二 土壩斷面尺寸的擬定 1.壩頂寬度 壩頂?shù)膶挾扰c壩高有關(guān)，壩體愈高那么壩頂也應愈高，可參考表79選定。當壩頂有交

30、通要求時，應根據(jù)交通部門有關(guān)公路等級規(guī)定來確定其寬度，普通單車道為5m，雙車道為7m。表79 壩頂寬度參考表壩高（m）1010-2020-3030壩頂寬（m）22-33-44-62.土壩壩坡 土壩壩坡的陡緩是決議壩體穩(wěn)定的主要條件之一，可根據(jù)壩高、土料、施工方法和壩前能否經(jīng)常蓄水等條件，參考已建成的同類土壩等擬定。水墜壩的壩坡還應思索沖填泥漿濃度、沖填速度和圍埂寬度等施工條件確定。水墜壩的壩坡應滿足在施工期間的壩體穩(wěn)定，不發(fā)生滑坡事故，其壩坡應比夯碾壩要緩些。對壩高超越15m的土壩，背水坡應加設馬道，以添加壩身穩(wěn)定和減少暴雨對壩坡的沖刷,馬道寬為1.52.0m。普通在馬道處變坡，上陡下緩，表7

31、10所列山西省的土壩坡的閱歷數(shù)據(jù)，可供選用壩坡時參考。3.最大鋪底寬度的計算壩體溝床的最大鋪底寬度見圖713，可按下式計算： 式中：Bm 土壩最大鋪底寬m; b壩頂寬； n上下游壩坡馬道總數(shù)；m1上游坡比； m2下游坡比；H最大壩高，m；b1馬道高。4.1.4 放水建筑物設計一放水建筑物放水建筑物主要由取水和輸水兩部分組成。取水建筑物的方式有臥管和豎井；對水頭較高，流量較大或兼有排沙要求的水庫可采用放水塔。輸水建筑物有輸水涵洞，它與臥管或豎井銜接，埋在壩下，與壩軸線根本垂直。 放水建筑物是淤地壩工程不可少的組成部分。它的主要作用是：1對于未淤滿的淤地壩，能排泄小型洪水，放空庫容，蓄洪落淤，攔蓄

32、延續(xù)洪水，保證壩體平安。2對于淤滿或方案淤種的淤地壩，能及時排泄溝道常流水和壩內(nèi)積水，及早利用壩地，開展消費。3對于暫作蓄水防洪壩運用時，可對下游土地放水灌溉。放水建筑物的位置選擇，應思索以下幾方面：1在地質(zhì)上，應最好修筑在巖石或鞏固的地基上，以免發(fā)生不均勻沉陷，引起漏水，影響壩體平安。2涵洞的放水高程應按淤地面積大小決議，哪個高程能較快地淤出一定面積可供利用的耕地，就可放在哪個高程，而不同于小型水庫按“壽命決議。假設下游有援用壩內(nèi)排水灌溉時，還應滿足下游自流灌溉的要求。3在平面布置上，盡能夠放在溝道一側(cè)，使水流沿坡腳流動，防止切割壩地，同時對壩地平安消費也是有利的。二豎井設計 豎井是淤地壩放

33、水建筑物經(jīng)常采用的一種方式。其構(gòu)造簡單，易掌握。 豎井普通采用漿砌石修筑，布置在壩體上游坡腳，如圖。其斷面外形多采用圓環(huán)形，也有方形的。其內(nèi)圓直徑d為0.52.0m。壁厚隨豎井的高度而異，普通為0.30.6m。三分級臥管設計臥管是修筑在壩體上游山坡上的漿砌石或混凝土放水管，如右圖。臥管的構(gòu)造簡單，管理運用方便，不易漏水，而且臥管可運用磚、石等資料建筑，不需金屬閘門和啟閉設備等，因此在淤地壩和小型水庫中運用比較廣泛。臥管適用于525cm水頭，放水流量在0.14.0m3/s。四輸水涵洞設計 水流經(jīng)臥管或豎井消能后，即經(jīng)過埋設在壩下的涵洞輸入壩體下游，輸水涵洞常用的斷面方式有圓形、矩形和拱頂矩形3種

34、。根據(jù)其水流形狀的不同，又可分為有壓和無壓輸水涵洞兩種。在淤地壩和小型水庫中多采用無壓輸水涵洞，其中方形涵洞是采用較多的一種，構(gòu)造簡單，用塊石砌筑洞底和兩邊側(cè)墻，用條石蓋板或混凝土蓋板，它適用于流量較小、洞身填土較低的中小型淤地壩。拱形涵洞，多適用于流量較大，洞身填土較高的大型淤地壩，普通多采用等截面半圓型砌拱涵。1.涵洞斷面尺寸確實定 水流在涵洞內(nèi)同樣要求堅持無壓形狀，洞內(nèi)水深不應超過涵洞凈高的75%。涵洞斷面開頭確定后，其尺寸的大小，普通按明渠均勻流公式試算確定。 對方形涵洞，其水力要素可按以下簡化方法確定：當充水度即水深與涵洞高的比值為3/4即75%時，方涵過水斷面，水力半徑R=0.3B

35、。2.涵洞的構(gòu)造設計 壩下涵洞主要接受填土壓力，在外力作用下，洞身將產(chǎn)生彎矩及軸向力，假設涵洞的資料強度不夠，那么會引起涵洞的破壞。因此構(gòu)造計算的目的，就是根據(jù)外力的大小和組合，確定涵洞各部分的尺寸及配筋等，使涵洞的設計符合經(jīng)濟、平安的原那么。4.1小型水庫4.1.1 概述 水庫由擋水壩、溢洪道、放水建筑物三部分組成，通常稱為 水庫的“三大件。如下圖。在我國干旱、半干旱的水土流失地域，以灌溉為主，同時思索綜合利用、壩高在30m以下的小型水庫是我們研討的主要對象。 按國家規(guī)定規(guī)范，庫容100萬-1000萬m3的叫“小型水庫，庫容10萬-100萬m3的叫“小型水庫。一庫 址 選 擇 庫址選擇是水庫

36、工程中有關(guān)全局的問題，應從經(jīng)濟、平安、合理幾方面思索。根據(jù)閱歷應留意以下幾個問題：1、地形要肚大口小。2、有適宜的集水面積。集水面積必需和蓄水庫容相順應。3、壩址和庫址地質(zhì)良好，根底穩(wěn)定，無下陷情況。4、庫址接近灌區(qū)且比灌區(qū)高。5、壩址附近要有足夠和適用的建筑資料。6、壩址附近要有適宜開挖溢洪道的山埡。7、水庫上游宜草木豐茂，因光禿的山嶺易受雨沖刷，水庫容易淤積，影響水庫壽命，另外，淹沒損失要小。 除以上各點外，選擇庫址還要思索施工、交通運輸?shù)葪l件。二地 質(zhì) 調(diào) 查 水庫地質(zhì)是決議性要素，主要調(diào)查庫底能否漏水，壩基能否鞏固。根據(jù)閱歷，主要調(diào)查以下幾個問題：1、調(diào)查庫區(qū)、壩址區(qū)的巖石種類、性質(zhì)、

37、分布規(guī)律及巖石的透水條件。2、調(diào)查庫區(qū)、壩址區(qū)范圍內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造(斷層、巖層產(chǎn)狀、節(jié)理裂隙發(fā)育程度及規(guī)律、溶洞的分布范圍及規(guī)律)。3、調(diào)查庫區(qū)、壩址區(qū)的水文地質(zhì)特征(含水層巖性、水位深度、水的化學性質(zhì)、地下水的成因類型)，在壩基最好沒有承壓水或高承壓水。 三地 形 測 量 1、壩址地形丈量：丈量范圍包括壩身、溢洪道及放水洞等。比例尺用1/1000-1/2000。2、集水面積丈量；3、庫容丈量與計算：庫容丈量在于繪出水庫的水位庫容關(guān)系曲線。 4、建筑資料調(diào)查；5、水文資料的搜集與調(diào)查：徑流資料、泥沙資料、洪水資料；6、流域覆被、淹沒遷移及社會經(jīng)濟調(diào)查： 1調(diào)查庫區(qū)林木生長、山坡陡緩等情況；2調(diào)查水

38、庫庫區(qū)內(nèi)的田地、成材林木及其它建筑物；3調(diào)查灌區(qū)面積；4了解灌區(qū)主要農(nóng)作物種類、面積、生長期、耕作制度等。4.1.2 水庫的特征曲線和特征水位一水庫的特征曲線水庫的特征曲線用以描畫水庫庫區(qū)地形特征，普通包括水庫面積曲線和水庫容積曲線，它是水庫規(guī)劃的根本資料之一。 1.水庫面積曲線水庫建成后，隨著水庫水位(高程)不同，水庫的水面面積也不同，這個水位與面積的關(guān)系曲線簡稱為水庫面積曲線。2.水庫容積曲線水庫容積曲線是表示水庫各種水位與庫容之間關(guān)系的。二水庫的特征水位普通表示水庫任務情況的水位有四個(如圖8-7)。1、設計低水位(死水位)(H低) 保證放水建筑物泄放渠道設計流量的最低水位；同時應滿足水

39、庫泥沙淤積、發(fā)電、養(yǎng)魚等多方面的要求。設計低水位以下的庫容稱為死庫容。2、設計蓄水位(H設) 蓄水至滿庫時的水位稱為設計蓄水位。設計低水位以上，設計蓄水位以下所包圍的庫容叫興利庫容(V興)。3、設計洪水位(H洪) 當水庫遭遇到設計洪水溢洪時所到達的最高水位。它是設計壩高的根據(jù)。設計蓄水位到設計洪水位之間的庫容稱為防洪庫容(V防)。4、校核洪水位(H校)當水庫遭遇到比設計洪水更大的校洪水溢洪時所到達的最高水位稱為校核洪水位，設計洪水位到校核洪水位之間的庫容稱為超高庫容(V超)。 水庫的總庫容為: V總V死V興V防V超 。4.1.3 死庫容和死水位確實定以灌溉為主的小型水庫，死庫容主要滿足兩個要求

40、：死水位應保證水庫自流灌溉；死庫容應滿足泥沙淤積要求.一死水位應保證水庫自流灌溉死水位即設計低水位,主要是由灌區(qū)高程控制條件所決議。由灌溉區(qū)規(guī)劃可推算出渠首設計引水高程，也就是放水建筑物的下游水位。如圖8-8上的B點高程。 然后加上泄放渠道設計流量時放水建筑物所必需的最小水頭Hmin，即可得到設計低水位。在規(guī)劃階段，Hmin可依經(jīng)濟目的估計，在技術(shù)設計階段，那么應根據(jù)渠道設計流量及放水建筑物的方式、尺寸進展詳細的水力學計算推出。在特枯年份的抗旱季節(jié)，往往不能按正常流量放水，只需水庫有水就應盡量泄放，故設計低水位以下到放水建筑物進口底檻A點高程之間的水庫庫容也是可以利用的。真正的死庫容是放水建筑

41、物進口底檻高程以下的那部分無法自流的庫容。二死庫容應滿足泥沙淤積的要求 以灌溉為主的水庫，主要要求滿足上述的條件。但對于多沙性河流，必需校核死庫容能否滿足泥沙淤積的要求。普通小型水庫按有泥沙觀測資料、無泥沙觀測資料、用壩前淤高估算水庫運用年限3種方法計算年淤積量及水庫運用年限。4.1.4 水庫興利調(diào)理計算及設計蓄水位確實定 設計低水位選定以后，就可根據(jù)水庫來水及用水資料進展興利調(diào)理計算，求出興利庫容，根據(jù)水庫容積曲線，就可換算成設計蓄水位。假設灌溉面積大，天然徑流量小，那么還有一個經(jīng)濟比較的問題，即先擬定幾個方案進展調(diào)理計算，選擇出經(jīng)濟合理的灌溉面積，從而定出設計蓄水位。一水庫的調(diào)理性能 由對

42、水庫的來水和用水的特性分析可知，來水和用水之間，往往不相順應，這種不順應性，有的反映在1年內(nèi)，如有的月份來水遠遠大于用水，有的月份來水小于用水，但整個年的來水量還是能滿足年用水量要求；有的那么不僅在年內(nèi)，同時還存在于年與年之間。為了滿足用水部門一定設計保證率下的用水要求，對于前一種情況，只需對徑流的年內(nèi)變化按用水要求作重新分配便可處理，這種調(diào)理周期不超越一年的調(diào)理稱為年調(diào)理；對后一種情況，不但要對徑流的年內(nèi)變化，而且要對年與年之間的徑流變化按用水量要求進展重新分配才干處理，此時徑流調(diào)理周期超越一年，這種稱為多年調(diào)理。 調(diào)理計算所需求處理的問題是：在來水、用水及灌溉設計保證率已定的情況下，計算所

43、需的興利庫容。有時也可以在興利庫容知時，求水庫在灌溉設計保證率下的供水才干(灌溉面積)或在供水才干(灌溉面積)一定的情況下，所能達的設計保證率。右圖表示某水庫來水W和用水M的頻率曲線，二線在S點交，其交點所對應的頻率為Ps。假設來水與用水呈函數(shù)關(guān)系，當水庫的設計保證率P設1Ps，那么年來水量小于年用水量，要滿足枯水年份的用水，僅對該枯水年的徑流年調(diào)理已不符合要求，必需對徑流進展多年調(diào)理。S點稱為完全調(diào)理點。二年調(diào)理水庫1、調(diào)理計算原理調(diào)理計算的原理是把調(diào)理周期分為苦干計算時段,并按時序進展逐時段的水庫水量平衡計算,那么可求得水庫的蓄泄過程及所需的興利庫容式中:V計算時段內(nèi)水庫蓄水量的增減值,蓄

44、水添加時為正,蓄水量減少時為負; Q入計算時段內(nèi)流入水庫的流量(即來水量); q出計算時段內(nèi)從水庫流出的流量(包括各用水部門的用水量和各種水量損失,如蒸發(fā)滲漏等,有時還有棄水或冰凍)在詳細計算時,普通是從蓄水期(來水大于用水,有余水蓄在水庫里)開場作為調(diào)理計算的起點,也就是說,調(diào)理計算是按調(diào)理年度進展的,所謂調(diào)理年度,就是水庫從蓄水期開場作為調(diào)理年度的起點,水庫蓄滿后又經(jīng)供水期將水庫放空為調(diào)理年度的終結(jié)(也就是下一調(diào)理年度的開場)年調(diào)理水庫來水和用水的配合有兩種情況圖8-11為水庫運用一次地情況,圖中代表來水過程,q-t代表用水過程,也就是說,水庫在一個調(diào)理年度內(nèi),充溢一次,瀉空一次 在這種情

45、況下,V2(圖中陰影部分面積)是獨一的來水缺乏量,就能保證這一年用水需求,故水庫興利庫容為V=V2對于圖8-12中的第a種情況,V1 V2,V3V4,即每次的余水都超越了每次的缺乏水量,水庫的兩次運用是獨立的,不相互影響,因此,水庫的興利庫容應取兩個缺乏水量中的較大者,即V=V4只需興建興利庫容等于V4的水庫,就能保證水庫在兩次運用中都能滿足用水要求而對于圖8-12中的第b種情況,V1 V2,V3V4，要滿足V4時期的用水要求,必需事先存蓄一部分水量,也就是要存蓄V3所不能滿足的那一部分水量(V4- V3)這時候,水庫的興利庫容應為2、長系列法1 不計入損失的年調(diào)理計算列表法列表法就是根據(jù)來水過程線和用水過程線,運用水量平衡原理,逐時段進展列表計算,計算出來水和用水的差值,即余水量和缺水量,最后根據(jù)不同的運用情況,分析出這一調(diào)理年度所需的興利庫容 式中:W來計算時段內(nèi)的來水量; W用計算時段內(nèi)的用水量; W