水土保持工程措施

水土保持工程措施第1頁/共128頁第一節(jié)概述

水土保持工程是應(yīng)用工程的原理，主要是在山區(qū)、丘陵區(qū)、風(fēng)沙區(qū)等防治水土流失，目的是保護(hù)、改良與合理利用水土資源，并充分發(fā)揮水土資源的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，建立良好生態(tài)環(huán)境的一項重要措施。對水土流失地區(qū)的生產(chǎn)建設(shè)，整治國土、治理江河，維持生態(tài)系統(tǒng)平衡、具有重要意義。第2頁/共128頁

一、水土保持工程措施的主要內(nèi)容和

規(guī)劃布設(shè)原則

水土保持工程措施是小流域水土保持綜合治理措施體系的主要組成部分，它與水土保持生物措施及其他措施同等重要，不能互相代替。水土保持工程研究的對象是斜坡及溝道中的水土流失機(jī)理，即在水力、風(fēng)力、重力等外營力作用下，水土資源損失和破壞過程及工程防治措施。第3頁/共128頁

我國根據(jù)興修目的及其應(yīng)用條件，將水土保持工程可以分為以下五種類型：

①坡面治理工程； ②溝床固定工程； ③淤地壩工程； ④小型水庫工程；⑤護(hù)岸與治灘造田工程第4頁/共128頁規(guī)劃布設(shè)原則：

水土保持工程措施與生物措施、農(nóng)業(yè)耕作措施之間的合理配置原則；坡面工程、溝道治理工程及小型蓄水用水工程相結(jié)合的原則；溝坡兼治，上下游治理密切配合的原則。第5頁/共128頁二、水土保持工程與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系

水土保持工程與一些基礎(chǔ)性自然科學(xué)、應(yīng)用科學(xué)和環(huán)境科學(xué)均有緊密的聯(lián)系。1．水土保持工程與氣象學(xué)、水文學(xué)的關(guān)系一方面要根據(jù)氣象、氣候?qū)λ亮魇У挠绊懸约皬搅?、泥沙運行的規(guī)律采用相應(yīng)的措施，抗御暴雨、洪水、干旱、大風(fēng)的危害，并使其變害為利；另一方面通過綜合治理，改變大氣層下墊面性狀，對局部地區(qū)的小氣候及水文特征加以調(diào)節(jié)與改變。第6頁/共128頁2.水土保持工程與地貌學(xué)的關(guān)系地形條件是影響水土流失的重要因素之一，而水蝕及風(fēng)蝕等水土流失過程則對塑造地形起重要作用，地面上各種侵蝕地貌是影響水土流失的因素。3.水土保持工程與地質(zhì)學(xué)的關(guān)系水土流失與地質(zhì)構(gòu)造、巖石特性有很大關(guān)系。許多水土流失作用如滑坡、泥石流等均與地質(zhì)條件有關(guān)，水土保持工程的設(shè)計與施工涉及地基、地下水等方面的問題，需要運用第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)及工程地質(zhì)學(xué)的專業(yè)知識。第7頁/共128頁4.水土保持工程與土壤學(xué)的關(guān)系土壤是水蝕與風(fēng)蝕的主要對象，不同的土壤具有不同的滲水、蓄水和抗蝕能力，改良土壤性狀，保護(hù)與提高土壤肥力與防止水土流失有很大的關(guān)系。5.水土保持工程與應(yīng)用力學(xué)的關(guān)系為了查明水土流失原因，確定防治對策、除了水力學(xué)、泥沙水動力學(xué)、工程力學(xué)外，還需要土力學(xué)、巖石力學(xué)等方面的知識。在應(yīng)用科學(xué)方面，水土保持工程學(xué)與農(nóng)學(xué)、林學(xué)及農(nóng)田水利學(xué)、水利工程學(xué)等均有密切的關(guān)系。第8頁/共128頁第二節(jié)坡面治理工程

坡面治理工程：包括斜坡固定工程、山坡截流溝工程和溝頭防護(hù)工程等。一、斜坡穩(wěn)定性分析斜坡的穩(wěn)定性直接關(guān)系到斜坡上和斜坡附近的工礦、交通設(shè)施和房屋建筑等的安全。要保持斜坡處于穩(wěn)定狀態(tài)和治理不穩(wěn)定斜坡，首先要進(jìn)行斜坡穩(wěn)定性分析。第9頁/共128頁（一）影響斜坡穩(wěn)定性的因素1.地質(zhì)條件2．水文條件3．振動作用4.斜坡形態(tài)5．植物固定斜坡的作用第10頁/共128頁（二）斜坡穩(wěn)定性分析方法

斜坡穩(wěn)定性分析方法可分為自然歷史分析法、力學(xué)分析法和工程地質(zhì)比擬法。在實踐中，這三種方法應(yīng)相互驗證、彼此補充，綜合分析，才能得出準(zhǔn)確的結(jié)論。自然歷史分析法能得出定性結(jié)論，是其他方法的基礎(chǔ)。力學(xué)分析法和工程地質(zhì)比擬法，為定量和半定量的分析方法，是分析論證的發(fā)展方向，但要建立在正確的地質(zhì)分析基礎(chǔ)上。力學(xué)分析法是斜坡穩(wěn)定性分析的常用方法，可以得出穩(wěn)定性的定量概念。第11頁/共128頁二、斜坡固定工程

斜坡固定工程是指為防止斜坡巖上體的運動，保證斜坡穩(wěn)定而布設(shè)的工程措施。

包括擋墻、抗滑樁、削坡、反壓填土、排導(dǎo)工程、護(hù)坡工程、滑動帶加固工程和植物固坡措施。第12頁/共128頁（一）擋墻

擋墻又稱擋土墻：可防止崩塌、小規(guī)?；录按笠?guī)?；虑熬壍脑俅位瑒印Ｓ糜诜乐够碌挠址Q抗滑擋墻。

擋墻的構(gòu)造：重力式、半重力式、倒T型或L型、扶壁式、支垛式、棚架扶壁式和框架式等。第13頁/共128頁擋土墻示意圖第14頁/共128頁（二）抗滑樁

抗滑樁是穿過滑坡體將其固定在滑床的樁往往使用抗滑樁，土方量小，省工省料，施工方便，工期短，是廣泛采用的一種抗滑措施。根據(jù)滑坡體厚度、推力大小、防水要求和施工條件等，選用木樁、鋼樁、混凝土樁或鋼筋（鋼軌）混凝土樁等。

第15頁/共128頁抗滑樁施工現(xiàn)場第16頁/共128頁抗滑樁第17頁/共128頁（三）削坡和反壓填土削坡：主要用于防止中小規(guī)模的土質(zhì)滑坡和巖質(zhì)斜坡崩塌，削坡可減緩坡度，減小滑坡體體積，從而減少下滑力。反壓填土:在滑坡體前面的阻滑部分堆土加載，以增加抗滑力。填土可筑成抗滑土堤，土要分層夯實，外露坡面應(yīng)放砌片石或種植草皮，堤內(nèi)側(cè)要修防滲溝，土堤和老土間修隔滲層，填土?xí)r不能堵住原來的地下水出口，要先做好地下水引排工程。第18頁/共128頁（四）排水工程排水工程：可減免地表水和地下水對坡體穩(wěn)定性的不利影響，一方面能提高現(xiàn)有條件下坡體的穩(wěn)定性，另一方面允許坡度增加而不降低坡體穩(wěn)定性。排水工程：排除地表水工程和排除地下水工程。第19頁/共128頁

排出地表水工程的作用：一是攔截斜坡以外的地表水；二是防止斜坡內(nèi)的地表水大量滲入，并盡快匯集排走。包括防滲工程和水溝工程。水溝工程包括截水溝和排水溝。

排除地下水工程的作用：排除和截斷滲透水。它包括滲溝、明溝、暗溝、排水孔、排水洞和截水墻等。

第20頁/共128頁貴陽高雁垃圾填埋場截水溝第21頁/共128頁花溪至青巖公路排水溝第22頁/共128頁（五）護(hù)坡工程

為防止崩塌，可在坡面修筑護(hù)坡工程進(jìn)行加固，這比削坡節(jié)省投工，速度快。常見的護(hù)坡工程：干砌片石和混凝土砌塊護(hù)坡。漿砌片石和混凝上護(hù)坡、格狀框條護(hù)坡、噴漿和混凝土護(hù)坡、錨固法護(hù)坡等。第23頁/共128頁某運動場護(hù)坡工程第24頁/共128頁某高速公路護(hù)坡工程第25頁/共128頁（六）滑動帶加固措施

防治沿軟弱夾層的滑坡，加固滑動帶是一項有效措施。即采用機(jī)械的或物理化學(xué)的方法，提高滑動帶強(qiáng)度，防止軟弱夾層進(jìn)一步惡化。

加固方法：普通灌漿法、化學(xué)灌漿法和石灰加固法等。第26頁/共128頁某公路滑動帶加固措施第27頁/共128頁（七）植物固坡措施

植物能防止徑流對坡面的沖刷，在坡度不很大（＜50°）的坡上，能在一定程度上防止崩塌和小規(guī)?；?。植樹造林種草可以減綴地表徑流，從而減輕地表侵蝕，保護(hù)坡腳。植物蒸騰和降雨截持作用能調(diào)節(jié)土壤水分，控制土壤水壓力。植物根系可增加巖土體抗剪強(qiáng)度；增加斜坡穩(wěn)定性。

植物固坡措施：坡面防護(hù)林、坡面種草和坡面生物一工程綜合措施。第28頁/共128頁（八）落石防護(hù)工程

懸崖和陡坡上的危石對坡下的交通設(shè)施、房屋建筑及人身安全生產(chǎn)會有很大威脅，而落石預(yù)測很困難、所以要及早進(jìn)行防護(hù)。常用的落石防治工程：防落石棚、擋槽加攔石柵、囊式柵欄、利用樹木的落石網(wǎng)和金屬網(wǎng)覆蓋等。第29頁/共128頁落石防護(hù)工程第30頁/共128頁公路邊坡落石防護(hù)工程第31頁/共128頁三、山坡截留溝

山坡截流溝是在斜坡上每隔一定距離橫坡修筑的具有一定坡度的溝道。（一）截留溝的作用

截短坡長，阻截徑流，減免沖刷。將分散的坡面徑流集中起來，輸送到蓄水工程里或直接輸送到農(nóng)田、草地或林地。對保護(hù)其下部的農(nóng)田，防止溝頭前進(jìn)、防治滑坡，維護(hù)村莊和公路、鐵路的安全有重要作用。第32頁/共128頁（二）截留溝的布置

坡度在40％以下的坡地均可修截流溝。截流溝與縱向布置的排水溝相連，把徑流排走。截流溝在坡面上均勻布置，間距隨坡度增大而減小。為防止滑坡，在可能發(fā)生滑坡的邊界以外5m處可設(shè)置一條截流溝，若坡面面積大，徑流流速也大；則設(shè)置多條；如果有公路或多級削坡平臺，則應(yīng)充分利用其內(nèi)側(cè)設(shè)置截流溝。第33頁/共128頁（三）截流溝斷面設(shè)計

1．溝道縱坡 當(dāng)設(shè)計流量為0.03～0.10m3/s，可取1/300～1/1000； 當(dāng)設(shè)計流量為0.1～0.3m3/s，可取1/800～1/1500。2．設(shè)計洪峰流量Q＝C·i·A

Q－過水流量，m3/s；

C－流量系數(shù)；

i－最大暴雨強(qiáng)度，m/s；

A－集水面積，m2。第34頁/共128頁3．溝道橫斷面V－流速，m/s；C－謝才系數(shù)，m1/2/s；R－水力半徑，m；i－溝道比降；N－溝道糙率。先假設(shè)一橫斷面，按謝才公式計算流速：

第35頁/共128頁四、梯田工程

1、梯田的作用

梯田能夠很好地攔截天然降水，是基本的水土保持工程措施，對于改變地形，減沙、改良土壤，增加產(chǎn)量，改善生產(chǎn)條件和生態(tài)環(huán)境等都有很大作用。第36頁/共128頁梯田工程第37頁/共128頁梯田工程第38頁/共128頁

（二）梯田的規(guī)劃

1、耕作區(qū)的規(guī)劃 耕作區(qū)的規(guī)劃，必須以一個經(jīng)濟(jì)單位（一個鎮(zhèn)或一個鄉(xiāng)）農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和水土保持全面規(guī)劃為基礎(chǔ)。研究確定農(nóng)林牧業(yè)生產(chǎn)的，用地比例和具體位置，選出其中坡度較緩、土質(zhì)較好、距村較近，水源及交通條件較好、有利于實現(xiàn)機(jī)械化和水利化的地方，建設(shè)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)基本農(nóng)田，然后劃分耕作區(qū)。第39頁/共128頁2地塊規(guī)劃

（1）地塊的平面形狀，應(yīng)基本上順等高線呈長條形； （2）當(dāng)坡面有淺溝等復(fù)雜地形時，地塊布設(shè)必須注意“大彎隨勢、小彎取直”； （3）如果梯田有自流灌溉條件，則應(yīng)使田面縱向保留1／300～1／500的比降，以利行水； （4）地塊長度規(guī)劃，有條件的地方可采用300－400m，一般是15O－200m； （5）在耕作區(qū)和地塊規(guī)劃中，如有不同鎮(zhèn)鄉(xiāng)的插花地，必須根據(jù)“自愿互利”和“等價交換”的原則進(jìn)行協(xié)商和調(diào)整。3梯田附屬建筑物規(guī)劃

（1）坡面蓄水?dāng)r沙設(shè)施的規(guī)劃 （2）梯田區(qū)的道路規(guī)劃 （3）灌溉排水設(shè)施的規(guī)劃第40頁/共128頁（三）梯田的斷面設(shè)計

梯田斷面設(shè)計的基本任務(wù)，是確定在不同條件下梯田的最優(yōu)斷面。所謂“最優(yōu)”斷面就是同時達(dá)到下述三點要求：

一、適應(yīng)機(jī)耕和灌溉要求； 二、保證安全與穩(wěn)定； 三、最大限度地省工。 最優(yōu)斷面的關(guān)鍵是確定適當(dāng)?shù)奶锩鎸挾群凸】财露龋捎诟鞯氐木唧w條件不同，最優(yōu)的田面寬度和埂坎坡度也不同，但是考慮“最優(yōu)”的原則和原理，是相同的。第41頁/共128頁1梯田的斷面要素

各要素之間具體計算方法（單位均為m）：

田面毛寬：

埂坎占地：田面凈寬：埂坎高度：田面斜寬：在挖、填方相等時，梯田挖（填）方的斷面面積可由下式計算：第42頁/共128頁2、梯田田面寬度的設(shè)計

梯田最優(yōu)斷面的關(guān)健是最優(yōu)的田面寬度，所謂最優(yōu)田面寬度，就必須是保證適應(yīng)機(jī)耕和灌溉的條件下，田面寬度為最?。?/p>

（1）殘垣、緩坡地區(qū)農(nóng)耕地一般坡度在5°以下，在實現(xiàn)梯田化以后，可以采用較大型拖拉機(jī)及其配套農(nóng)具耕作。

（2）丘陵陡坡地區(qū)在陡坡地（25°）修梯田時，其田面寬度不應(yīng)小于8m。 總之，田面寬度設(shè)計，既要有原則性，又要有靈活性。原則性就是要必須在適應(yīng)機(jī)耕和灌溉的同時，最大限度的省工。靈活性就是在保證這一原則的前提下，根據(jù)具體條件，確定適當(dāng)?shù)膶挾龋荒芨鶕?jù)某一具體寬度，一成不變。第43頁/共128頁3埂坎外坡的設(shè)計

梯田埂坎外坡的基本要求是，在一定的土質(zhì)和坎高條件下，要保證埂坎的安全穩(wěn)定，并盡可能地少占農(nóng)地，少用工。 根據(jù)土力學(xué)原理，梯田埂坎能否穩(wěn)定，主要受五個方面因素的影響：

①梯田埂坎坡度（a）； ②埂坎高度（H）； ③土壤的內(nèi)聚力（C）； ④土壤的內(nèi)摩擦角和土壤的濕容重（y）； ⑤田面的外部荷載。第44頁/共128頁2、梯田的分類 （1）按修筑的斷面形式分：水平梯田、坡式梯田、反坡梯田、隔坡梯田和波浪式梯田等。 （2）按田坎建筑材料分：土坎梯田、石坎梯田、植物田坎梯田。 （3）按利用方向分：農(nóng)用梯田、果園梯田和林木梯田等。 （4）按施工方法分：人工梯田和機(jī)修梯田等。第45頁/共128頁五、溝頭防護(hù)工程（1）溝頭侵蝕對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)危害

1、造成大量土壤流失；

2、毀壞農(nóng)田；

3、切斷交通。

（2）溝頭防護(hù)工程分類根據(jù)溝頭防護(hù)工程的作用、可將其分為蓄水式溝頭防護(hù)工程和排水式溝頭防護(hù)工程兩類。第46頁/共128頁溝頭防護(hù)工程第47頁/共128頁（一）蓄水式溝頭防護(hù)工程

當(dāng)溝上部來水較少時，可采用蓄水式溝頭防護(hù)工程，即沿溝邊修筑一道或數(shù)道水平半圓環(huán)形溝埂，攔蓄上游坡面徑流，防止徑流排入溝道。溝埂的長度、高度和蓄水容量按設(shè)計來水量而定。

蓄水式溝頭防護(hù)工程又分為溝埂式與埂墻澇池式兩種類型。第48頁/共128頁（二）泄水式溝頭防護(hù)工程

溝頭防護(hù)以蓄為主，作好坡面與溝頭的蓄水工程，變害為利。但在下列情況下可考慮修建泄水式溝頭防護(hù)工程： （1）當(dāng)溝頭來水面積大且來水量多時，溝埂已不能有效地攔蓄徑流 （2）受侵蝕的溝頭臨近村鎮(zhèn)，威脅交通、而又無條件或不允許采取蓄水式溝頭防護(hù)時，必須把徑流導(dǎo)至集中地點通過泄水建筑物排泄入溝，構(gòu)底還要有消倦沒施以免沖刷溝底。泄水式溝頭防護(hù)工程有支撐式懸臂跌水、徒槽式挑流跌水和多級臺階式跌水三種類型。第49頁/共128頁1、支撐式懸臂跌水溝頭防護(hù)懸臂式跌水溝斷面示意圖第50頁/共128頁

陡坡是用石料、混凝土或鋼材等制成的急流槽，因槽的底坡大于水流臨界坡度，所以易發(fā)生急流。陡坡式溝頭防護(hù)一般用于落差較小，地形降落線較長的地點，為了減少急流沖刷作用，有時采用人工方法來增加急流槽的粗糙程度。2．陡坡式溝頭防護(hù)工程第51頁/共128頁陡槽式挑流跌水溝頭防護(hù)工程第52頁/共128頁

臺階式溝頭防護(hù)，按其形式不同可分為兩種：單級式和多級式。

單級臺階式跌水多用于跌差不大（＜1.5～2.5m）：而地形降落比較集中的地方。多級臺階式跌水多用于跌差較大而地形降落距離較長的地方。在這種情況下如采用單級臺階式跌水，因落差過大，下游流速大，必須做很堅固的消力池，建筑物的造價高。3．臺階式跌水溝頭防護(hù)第53頁/共128頁多級臺階式跌水溝頭防護(hù)第54頁/共128頁

臺階式跌水溝頭防護(hù)工程的斷面可按下列公式計算，以保證工程的安全性與經(jīng)濟(jì)性。H－泄水槽水深，m，B－泄水槽底寬，m；Q－設(shè)計洪水流量，m3／s。第55頁/共128頁第三節(jié)溝床固定工程

溝床固定工程：為了固定溝床，攔蓄泥沙，防止或減輕山洪及泥石流災(zāi)害而在山丘區(qū)溝谷中修筑的各種工程措施。如谷坊、攔沙壩、淤地壩、小型水庫、護(hù)岸工程等。

主要作用

防治溝道底部下切，固定并抬高侵蝕基準(zhǔn)面，減緩溝道縱坡，減小山洪流速。第56頁/共128頁一、谷坊谷坊：山區(qū)溝道內(nèi)為防止溝床沖刷及泥沙災(zāi)害而修筑的橫向擋攔建筑物，又名防沖壩、沙土壩、閘山溝等。谷坊高度一般小于3m，是水土流失地區(qū)溝道治理的一種主要工程措施。第57頁/共128頁（一）谷坊的作用

（1）固定與抬高侵蝕基準(zhǔn)面，防止溝床下切； （2）抬高溝床，穩(wěn)定山坡坡腳，防止溝岸擴(kuò)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(zāi)害； （4）使溝道逐漸淤平，形成壩階地，為發(fā)展農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)創(chuàng)造條件。 谷坊的主要作用是防止溝床下切沖刷。

第58頁/共128頁

（1）根據(jù)使用年限不同：永久性谷坊和臨時性谷坊。永久性谷坊：漿砌石谷坊、混凝土谷坊和鋼筋混凝土谷坊，其余基本上屬于臨時性谷坊。 （2）按谷坊的透水性質(zhì)：透水性谷坊與不透水性谷坊。不透水性谷坊：土谷坊、漿砌石谷坊、混凝土谷坊、鋼筋混凝土谷坊等。透水性谷坊：只起攔沙掛淤作用的插柳谷坊、干砌石谷坊等。（二）谷坊的分類第59頁/共128頁漿砌石谷坊示意圖第60頁/共128頁砼樁夾碎石谷坊示意圖第61頁/共128頁溝壑梁峁與梯田谷坊示意圖第62頁/共128頁（三）谷坊高度與坡度

谷坊高度的確定，一般應(yīng)依據(jù)所采用的建筑材料來確定谷坊的高度，但主要以能承受水壓力和土壓力而不被破壞為原則。 根據(jù)壩后淤積土的土質(zhì)來決定淤積物表面的穩(wěn)定坡度：砂土為0.005，粘壤土0.008，粘土力0.01，粗砂兼有卵石子者為0.02。 根據(jù)谷坊高度H、溝底天然坡度（I）以及谷坊壩后淤土表面穩(wěn)定坡度（I0），可按下式計算谷坊水平間距(L)：

L＝H/（I－I0）第63頁/共128頁（四）谷坊位置的選擇

選擇谷坊壩址時，應(yīng)考慮以下幾方面的條件： （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）在有支流匯合的情形下、應(yīng)在匯合點的下游修建谷坊； （5）谷坊不應(yīng)設(shè)置在天然跌水附近的上下游，但可設(shè)在有崩塌危險的山腳下。第64頁/共128頁（五）谷坊的施工1、土谷坊 土谷坊就用土料作成的小土壩，壩體結(jié)構(gòu)與淤地壩、小水庫的土壩相似，主要區(qū)別在于山洪挾帶泥石多，谷坊容易淤滿，壩體內(nèi)一般不設(shè)置泄水管。（1）斷面呈矩形：第65頁/共128頁（2）斷面呈“V”字形：（3）斷面呈梯形：

（4）斷面呈拋物線形（弧形）第66頁/共128頁2、石谷紡

石谷坊就是用石料筑成的小石壩，在石料來源充足的地方，以及水流沖刷力大的地方，宜修筑石谷坊。石谷坊分類：階梯式石谷坊、拱壩式石谷坊及梯形式石谷坊。3、柳樁編籬谷坊；4、枝梢谷坊；5、柳樁塊石谷坊； 6、鐵絲石籠谷坊；7、木料谷坊； 8、混凝土谷坊；9、鋼筋混凝土谷坊；10、鋼料谷坊。第67頁/共128頁階梯式石谷坊示意圖第68頁/共128頁二、攔沙壩

攔沙壩（sedimentstoragedam）是以攔蓄山洪及泥石流溝道（荒溪）中固體物質(zhì)為主要目的，防治泥沙災(zāi)害的擋攔建筑物，壩高一般為3－15m。

（一）攔沙壩的主要功能：

（1）攔蓄泥沙，包括塊石； （2）高壩址處的侵蝕基準(zhǔn)，減緩了壩上游淤積段河床比降，加寬了河床：并使流速和徑流深減??； （3）對滑坡運動產(chǎn)生阻力，促使滑坡穩(wěn)定； （4）攔沙壩在減少泥沙來源和攔蓄泥沙方面能起重大作用。

第69頁/共128頁漿砌石攔沙壩示意圖第70頁/共128頁原木攔沙壩示意圖第71頁/共128頁（三）重力壩的斷面設(shè)計（1）斷面輪廓尺寸的初步確定

斷面輪廓尺寸可查考P167表5－3擬定。 日本防沙工程設(shè)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用經(jīng)驗公式推求壩頂寬度b：b≥（0.8－0.6m）×h1

一般也可根據(jù)壩高h(yuǎn)確定壩頂寬度b： ①h＝3～5m，b＝1.5m ②h＝6～8m，b＝1.8m ③h＝9～15m，b＝2.0m第72頁/共128頁攔沙壩下游壩坡系數(shù)n可用下列公式估算：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。第73頁/共128頁（2）壩的穩(wěn)定與應(yīng)力計算①作用力的計算G1第74頁/共128頁A、壩體重力GG＝V·γd·bG－壩體重力，t；γd－壩體密度，t/m3；b－單寬，b＝1m。B、淤積物重力C、水壓力P－靜水壓力，t；γ－水的密度，t/m3；h－壩前水深，m；第75頁/共128頁D、泥沙壓力P泥－壩前泥沙壓力，t；γc－堆沙密度，t/m3；b－單寬，b＝1m。H－壩前淤積物的高度，m；φ－淤積物的內(nèi)摩擦角，用公式表示為Φ＝7.24（γc－1）5.82第76頁/共128頁E、壩基揚壓力Wφ

－滲透壓力，t；γ－水密度，t/m3；B－壩底寬度，m；b－單寬，b＝1m；H－壩高，m；a1－基礎(chǔ)接觸面積系數(shù)，取1。第77頁/共128頁F、地震力S－水平地震慣性力，t；Ke－地震系數(shù)；α－建筑物的慣性力分布指數(shù)；β－地基與慣性力的影響系數(shù)；G＝單位長度壩體質(zhì)量。第78頁/共128頁F、泥石流沖擊力P沖－泥石流的沖擊力，t/m2；K－泥石流動壓力系數(shù)，K＝2.5～4.0；ρ－泥石流的密度，p＝γc/g；Vc－泥石流的流速，m/s；α－泥石流注射與壩軸線的交角，°；第79頁/共128頁（3）壩基應(yīng)力計算上游面應(yīng)力下游面應(yīng)力σ上－上游面壩基應(yīng)力，kg/cm2；σ下－下游面壩基應(yīng)力，kg/cm2；b－壩底寬度，m；e－合力作用點至壩底中心點的距離，m；M－所有作用在壩上的各力對壩底中心點力矩的代數(shù)和；N－壩體垂直力的總和。第80頁/共128頁（四）溢流口設(shè)計溢流口形狀示意圖第81頁/共128頁設(shè)計步驟（1）確定溢流口形狀和邊坡

一般形狀為梯形，邊坡坡度為1：0.75～1：1。（2）計算壩址處設(shè)計洪峰流量

Qc－泥石流流量，m3/s；wc－過流斷面面積，m2；vc－泥石流流速，m/s。第82頁/共128頁△h－超高，一般取0.5～1m（3）選定單寬溢洪流量，估算溢流口寬度（4）計算溢流深度（5）計算溢流口高度h＝h＋△h第83頁/共128頁（五）壩下消能與沖刷深度計算（1）副壩消能（2）護(hù)垣消能b－護(hù)垣厚度，m；q－單寬流量，m3/(s·m)；z－上下游水位差，m；σ－經(jīng)驗系數(shù)，0.175～0.2之間。第84頁/共128頁（3）壩下游沖刷深度計算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；dm－壩下溝床的標(biāo)準(zhǔn)粒徑，mm；ht－壩下溝床水深，m；z－上下游水位差，m。第85頁/共128頁第四節(jié)淤地壩工程淤地壩概念：以攔洪淤地，發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為目的而橫筑于溝道橫斷面上的壩工建筑。淤地壩分類： 按建壩材料分：土壩、石壩和土石混合壩； 按施工方法分：碾壓壩、水力沖填壩、堆石壩、干砌石壩和漿砌石壩。淤地壩的組成：淤地壩一般由壩體、溢洪道和泄水洞3部分組成。小型淤地壩由主壩體和溢洪道或泄水洞兩部分組成。第86頁/共128頁淤地壩示意圖第87頁/共128頁淤地壩示意圖第88頁/共128頁二、壩系規(guī)劃壩系：

在一個小流域內(nèi)修有各種壩，淤地種植的生產(chǎn)壩，有攔蓄洪水，攔泥、生產(chǎn)、防洪、灌溉相結(jié)合的壩蓄工程體系，稱為壩系。 壩系可分為干系、支系、系組。 合理壩系布設(shè)方案，應(yīng)滿足投資少，多攔泥，淤好地，使攔泥、生產(chǎn)、防洪、灌溉四者緊密結(jié)合為完整的體系，達(dá)到綜合利用水沙資源的目的，盡快實現(xiàn)溝壑川臺化。第89頁/共128頁三、淤地壩工程規(guī)劃

工程規(guī)劃在小流域壩系規(guī)劃的基礎(chǔ)上，按照工程類型（攔洪壩、小水庫等）分別進(jìn)行工程規(guī)劃。 （1）壩址選擇 （2）資料收集和地形測量 （3）集水面積測算及庫容曲線繪制 （4）淤地壩水文計算第90頁/共128頁四、淤地壩壩高的確定及其調(diào)洪演算壩高的確定

淤地壩的庫容由兩部分組成，一部分為攔泥庫容，另一部分滯洪庫容。 相應(yīng)于兩部分庫容的壩高即為攔泥壩高和滯洪壩高。 另外，為了保證淤地壩工程和壩地生產(chǎn)的安全，還需增加一部分壩高，為安全壩高。淤地壩高＝攔泥壩高＋滯洪壩高＋安全壩高第91頁/共128頁攔泥壩高確定：

（1）首先分析該壩的壩高－淤地壩面積－庫容關(guān)系曲線，初步選定經(jīng)濟(jì)合理的攔泥壩高； （2）再由其關(guān)系曲線中查得相應(yīng)壩高的攔泥庫容； （3）其次由初擬壩高加上滯洪壩高和安全超高的初估值，一般為3.0～4.0m。作為全壩高來估算其壩體的工程量； （4）根據(jù)施工方法、工期和村鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)情況，判斷實現(xiàn)初選攔泥壩高的可能性； （5）最后由該壩所控制流域內(nèi)年平均輸沙量求得淤平年限。第92頁/共128頁攔泥壩高確定：安全超高的確定：

安全超高主要取決于壩高，根據(jù)各地經(jīng)驗可采用下表的數(shù)據(jù)：壩高＜10m10～20m＞20m安全超高0.5～1.0m1.0～1.5m1.5～2.0m第93頁/共128頁五、土壩設(shè)計土壩樞紐的布置

土壩樞紐的布置是根據(jù)綜合利用的要求，把各項建筑物有機(jī)地、相互關(guān)聯(lián)地妥當(dāng)安排，各得其所。 布置原則：根據(jù)地形地質(zhì)條件合理安排壩型的選擇

（1）均質(zhì)土壩；（2）心墻土壩 （3）斜心墻土壩；（4）多種土質(zhì)壩 （5）土石壩；（6）水力充填壩第94頁/共128頁土壩的排水

淤地壩的排水分兩種類型：壩趾排水和壩地排水。 均質(zhì)土壩的壩體滲透可分為穩(wěn)定滲透和不穩(wěn)定滲透。汛期滲透屬于不穩(wěn)定滲透，壩內(nèi)地下水滲透屬于穩(wěn)定滲透。 壩趾排水設(shè)施式樣可分為：堆石排水體和表面排水體。第95頁/共128頁堆石排水體示意圖第96頁/共128頁表面排水體示意圖第97頁/共128頁壩體土石方量計算V－壩體總土石方量，m3；H－設(shè)計總壩高，m；b－壩頂寬，m；L－壩頂長，m；L′－壩底長，m；m1－上游坡比；m2－下游坡比；C－溝谷斷面類型系數(shù)。第98頁/共128頁六、溢洪道設(shè)計溢洪道的形式 主要有兩種：明渠式溢洪道和溢流堰式溢洪道。 （1）明渠式溢洪道 在紅膠土或巖石上開挖明渠排洪，一般不做砌護(hù)工程，適用于小型淤地壩和臨時性溢洪道。 （2）堰流式溢洪道 可分為臺階式、跌水式和陡坡式等，最常用的是陡坡式溢洪道。 陡坡式溢洪道由進(jìn)口段、陡坡段和出口段三部分構(gòu)成。第99頁/共128頁七、放水建筑物設(shè)計放水建筑物的構(gòu)成

放水建筑物主要由取水和輸水兩部分組成。 取水建筑物的形式有臥管和豎井。對水頭較高，流量較大或有排沙要求的水庫可采用放水塔 輸水建筑物有輸水涵洞。與臥管和豎井連接，埋在地下，與壩軸線基本垂直。第100頁/共128頁第五節(jié)小型水庫工程小型水庫由擋水壩、溢洪道、放水建筑物三部分組成。第101頁/共128頁一、庫址選擇（1）地形要肚大口?。?）有適宜的集水面積。（3）壩址和庫址地質(zhì)良好。（4）庫址靠近灌區(qū)且比灌區(qū)高。（5）壩址附近要有足夠和適宜的建筑材料。（6）壩址附近要有適宜開挖溢洪道的山啞。（7）水庫上游宜草木豐茂

第102頁/共128頁二、地質(zhì)調(diào)查

水庫地質(zhì)是決定性因素，主要調(diào)查庫底是否漏水，壩基是否堅固。根據(jù)經(jīng)驗，主要調(diào)查下列幾個問題： （1）調(diào)查庫區(qū)、壩址區(qū)的巖石種類、性質(zhì)、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； （3）調(diào)查庫區(qū)、壩址區(qū)的水文地質(zhì)特征。

第103頁/共128頁三、水庫的特征曲線和特征水位

水庫的特征曲線用以描述水庫區(qū)地形特征，一般包括水庫面積曲線和水庫容積曲線，它是水庫規(guī)劃的基本資料之一。一般表示水庫工作狀況的水位有4個

設(shè)計死水位（死庫容）,

設(shè)計蓄水位（興利庫容）,

設(shè)計洪水位（防洪庫容）,

校核洪水位（超高庫容）。第104頁/共128頁水庫的總庫容為：V總＝V死＋V興＋V防＋V超

設(shè)計低水位設(shè)計蓄水位設(shè)計洪水位HminV墊V興V超V防校核蓄水位第105頁/共128頁

四、死庫容和死水位的確定

以灌溉為主的小型水庫，死庫容主要滿足兩個要求：（一）死水位應(yīng)保證水庫自流灌溉 死水位即設(shè)計低水位，主要是由灌區(qū)高程控制條件所決定。真正的死庫容是放水建筑物進(jìn)口底檻高程以下的那部分無法自流的庫容。

（二）死庫容應(yīng)滿足泥沙淤積的要求 對于多沙性河流，必須校核死庫容能否滿足泥沙淤積的要求。

第106頁/共128頁五、水庫興利調(diào)節(jié)計算及設(shè)計蓄水位的確定

設(shè)計低水位選定以后，就可以依據(jù)水庫及用水資料進(jìn)行興利調(diào)節(jié)計算，求出興利庫容，根據(jù)水庫容積曲線，就可換算成設(shè)計蓄水位。 根據(jù)對水庫的來水和用水的特性分析可知，來水和用水之間，往往不適應(yīng)，這種不適應(yīng)性，有的反映在一年之內(nèi)，調(diào)節(jié)周期不超過一年的調(diào)節(jié)稱為年調(diào)節(jié)；有的則不僅在年內(nèi)，同時還存在于年與年之間，徑流調(diào)節(jié)周期超過一年，這種調(diào)節(jié)稱為多年調(diào)節(jié)。

第107頁/共128頁（二）年調(diào)節(jié)水庫1．調(diào)節(jié)計算原理把調(diào)節(jié)周期分為若干計算時段，并按時序進(jìn)行逐時段的水庫水量平衡計算，則可求得水庫的蓄泄過程及所需的興利庫容。對于某一時段△t的水庫水量平衡方程式可表示為：△V＝（Q入—q出）△t

△V－計算時段△t內(nèi)水庫水量的增減值，蓄水增加時為正，蓄水量減少時為負(fù)；

Q入－計算時段△t內(nèi)流入水庫的流量（即來水量）；

q出－計算時段△t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）。第108頁/共128頁2調(diào)節(jié)計算列表

列表法就是根據(jù)來水過程線和用水過程線，應(yīng)用水量平衡原理，逐時段進(jìn)行列表計算，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)節(jié)年度所需的興利庫容。 ①首先不考慮損失進(jìn)行近似計算，并推求各時段的蓄水及棄水情況。 ②運用考慮水庫損失的水庫調(diào)節(jié)方程進(jìn)行列表計算。 ③求水庫年調(diào)節(jié)庫容。 ④推求各時段水庫蓄水及棄水情況。推求方法與前述不計損失的方法相同。 ⑤校核。第109頁/共128頁

3興利庫容和設(shè)計蓄水位的確定

按上述方法進(jìn)行每年的調(diào)節(jié)計算，可得到每年所需的年調(diào)節(jié)庫容，則有多少年資料就可求得多少年調(diào)節(jié)庫容。然后按由小到大的次序排列，按經(jīng)驗頻率公式：

P＝m/(n+1)×100%

求出相應(yīng)于每一庫容的頻率，點繪庫容與頻率的關(guān)系曲線即頻率曲線。 采用以上方法確定了水庫興利庫容后，就可以在水庫水位容積曲線上找出相應(yīng)的設(shè)計蓄水位。

第110頁/共128頁六、防洪庫容的確定確定方法：

設(shè)計水庫的防洪庫容，首先應(yīng)該選定洪水的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)；其次通過對洪水規(guī)律的分析和研究，計算出符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的洪水，即設(shè)計洪水；然后通過水庫的調(diào)洪計算和方案論證，選定防洪庫容和泄洪建筑物的尺寸。最后定出水庫大壩的壩高頂程。第111頁/共128頁第六節(jié)護(hù)岸與治灘工程一、河道橫向侵蝕的機(jī)理 橫向侵蝕是指河（溝）道與流向垂直的兩側(cè)方向的侵蝕，如河（溝）道的崩塌，溝道被沖刷變寬等現(xiàn)象。二、河道演變的機(jī)理

河道演變的形式，可分為兩種：一是河道沿流程縱深方向上發(fā)