黄土高原地区水土保持淤地坝建设扇背沟骨干工程扩大初步设计报告(编辑修改稿)

黄土高原地区水土保持淤地坝建设扇背沟骨干工程扩大初步设计报告(编辑修改稿)内容摘要：

说明 :表中 γ 1— 土坝浸润线以上土料湿容重，γ 2— 土坝浸润线以下至下游水位以上土料饱和容重，γ 3— 土坝下游水位以下坝基以上土料浮容重，γ 4— 坝基土料浮容重。 h1— 土坝浸润线以上土条高度， h2— 土坝浸润线以下至下游水位以上土条高度， h3— 土坝下游水位以下坝基以上土条高度， h4— 坝基土条高度。 该工程下游无水，视下游水位于坝基线齐平，坝基划弧范围内土料土质与坝体相同进行计算。 14 最小安全系数的圆心及滑弧见稳定分析计算图，计算过程如⑤⑥⑦。 ⑤将滑动土体分成若干土条，使土条宽 b==，量出各土 条中心高度 h。 ⑥量出滑弧中心角θ =79176。 ⑦计算安全系数；根据《水土保持治沟骨干工程技术规范》公式 K＝       ]/s i n[ s e ct a n]s i ns e cc o s[ RaVW abcaQaubaVW c  式中： K— 抗滑安全系数； w— 土条重量 ， 湿容重 r=19kN/m3； Q、 V— 水平和垂直地震惯性力（向上为负，向下为正） ； u— 作用于土条底面的孔隙压力； a— 条块重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角； b— 土条宽度 ， b=； c′、ф′ — 土条底面的有效应力抗剪强度指标； c′ =14kpaф′ =29176。 ； Mc— 水平地震惯性力对圆心的力矩； R— 圆弧半径。 在不考虑地震惯性力的情况下公式可简化为 )s in( ]s e ct a n)s e cc o s[( aW abcaubaWk    将计算表数据代入公式得 K= ⑧在稳定计算图最危险滑弧圆心范围内分别取 Q1； Q2； Q3„„点为圆心，滑弧分别过 B1； B2； B3„„求得最小稳定按„„安全系数 15 Kmin=＞ [K]=，故坝体满足稳定要求。 具体计算见表 32。 放水工程设计 放水工程布设及结构型式 放水工程布置在坝体的 右 端。 采用斜卧管下接拱涵 输水洞 结构形式， 斜卧管为浆砌石主体砼盖板结构，根据当地材料供给情况和劳力技术水平，经经济技术比较，输水涵洞采用浆砌石拱涵结构，出口段为浆砌石明渠结构。 放水建筑物 基础 全部 座落在坚硬的基岩 或 原状土上。 放水孔为 圆 形，斜卧管平面上大体与坝轴线平行， 平面投影 长，坡率取 1:2，台阶高差 ，通气孔顶部高程 ，顶部进水口高程 ，底部进水口高程为 ，卧管后接密闭式消力池。 输水洞进口与卧管消力池相连，与坝轴线大体垂直，长 101m，坡度 1:100， 基础 布设高程为 ,距坝底高差 ，出水口与明渠相接。 明渠坡比 1:6，长 25m。 明渠后接开敞式消力池与下游沟底连接。 放 水流量计算 放水流量按 5 日排完 10 年一遇一次洪水总量计算。 Q=W10%/（ 5 86400） 式中： Q───放水流量 (m3/s) W10%── 10 年一遇一次洪水总量 (万 m3) 将有关数据代入得： Q= 放水孔尺寸确定 卧管放水孔采圆孔式放水设施，台阶高度 ，采用三级台阶三 16 孔放水。 321 HHH Qd  式中： d───放水 孔 直径 ， m Q───放水流量， m3/s H H H3───孔上水深， m 将有关数据代入得： d=。 卧管水力断面尺寸确定 计算卧管流量时，应考虑由于水位变化而导致的放水孔调节，比正常运用时的流量加大 20%。 卧管高度应考虑放水孔水流跌落卧管时的水柱跃起，本项工程卧管为方形，其高度应为卧管正常水深的 34倍。 放水加大流量 Q=卧管尺寸按明渠均匀流公式确定： RiCQ  式中： Q───加大放水流量 (m3/s) C───谢才系数 C=(1/n) R1/6 n───糙率 (水泥砂浆护面， n=) R───水力半径 (m)， R=ω /χ ω───过水断面面积 (m2) i───比降 χ───湿周 (m) 卧管断面尺寸初拟 ，经试算得卧管内水深 ，初拟断面尺寸符合水力要求。 封 闭式消力池断面尺寸确定 17 封 闭式消力 池紧接卧管后，由于卧管坡度较大，流速较高，水流属于急流，在水流进入坝底涵管前，用消力池进行消能，消力池采用浆砌石的拱形结构。 消力池深度 d 按下列公式计算： d=   1812 30202 ghaqhh 式中： h2── 第二共轭水深， m h ── 下游水深，即涵洞正常水深， m h0── 卧管正常水深 ， m q── 卧管 单宽流量， m3/s/m g── 重力加速度， a── 流速不均匀系数，取 将有关数字代入公式得： 第二共轭水深： h2=， 消力池深度： d=， 消力池长 L2按下式计算： L2=（ 3～ 5） h2 消力池长取： L2= 消力池宽 b 取： b= 消力池尺寸：长宽深 = 卧管及消力池结构设计 卧管盖板 配筋 计算： 按《水工混凝土结构设计规范》（ SL/T 19196）执行。 由于消力池采用浆砌石拱涵结构，故配筋计算只考虑卧管盖板。 卧 管盖板分为平面盖板和立面挡板，平面盖板上设放水孔。 卧管盖板 18 内力按简支梁计算， 计算宽度 ，盖板上的 填土压力，水压力和自重作为匀布荷载。 1）：荷载计算 q=（ rch1+r 水 h2+r 钢筋砼 h3） 式中： rc ── 填土的容重，淤泥一般取 r 水 ── 水的比重 ,取 t/m3 r 钢筋砼 ── 钢筋砼的容重 ,取 t/m3 h1── 盖板以上填土高 ,米 h2── 最大水深 , 米 h3── 盖板厚度 , 米（初拟 m） 将有关数据代入得： q=平面盖板最大弯距按简支板计算 2m ax 81 lqM  式中 q──平面盖板的匀布荷载； l ──卧管计算跨度， all  0 ； 0l ── 卧管净跨度 ； 经计算最大弯矩为： Mmax=（ t m） = 107( mmN ) 1） ： 相对界限受压区计算高度 受拉钢筋和受压区混凝土同时其强度设计值时的相对界限受压区计算高度ξ b按下列公式计算： sybbEfhx0  式中：ξ b── 相对界限受压区计算高度； 19 yf ── 受拉钢筋的强度设计值，Ⅰ级 (Q235)210（ N/mm2）； sE ── 钢筋弹性模量，Ⅰ级 (Q235) 105（ N/mm2）； 0h ── 截面的有效高度，净保护层为 25mm 时， 0h =75mm。 bx ── 界限受压区计算高度。 经计算，相对界限受压区计算高度ξ b=。 2）： 平面盖板配 筋计算 截面抵抗矩系数按下列公式计算： 20bhfMcm asds   式中： s —— 截面抵抗矩系数； d —— 钢筋混凝土结构的结构系数，确定为 ； maxM —— 弯矩设计值， 107( mmN )； cf — 混凝土轴心抗压强度设计值， C20 混凝土 11( 2/mmN )； b ── 矩形截面的宽度， 650mm； 0h ── 截面的有效高度， 75mm。 经计算： s = ξ = sa211  = 含筋率ycff 式中： ξ ── 受压区相对高度系数（ξ≤ξ b=）  =%,在经济配筋率 %%之间。 钢筋混凝土矩形截面受弯构件，纵向受拉钢筋截面按下列公式计算： 0bhAs  式中： sA ── 纵向受拉钢筋的截面面积， 2mm ； 20 其余符号同前。 经计算： As=436 2mm。 选 9φ 8 作为受力主筋。 实际As=453 2mm。 按构造要求，除受力主筋外，在垂直受力主筋方向布置 4φ 8的分布钢筋。 3）： 立面挡板配筋设计 挡板配筋采用的公式及承受荷载与盖板大体类似，配筋计算结果如下： 受力主筋 3φ 8，除受力主筋外，在垂直受力主筋方向布置 4φ 8的分布钢筋。 卧管结构尺寸确定 卧管侧墙，基础尺寸的选择参照《内蒙古自治区水土保持治沟骨干工程技术手册》，按实际承受的泥水压力选取， 卧管侧墙顶宽 ，底宽 ， 基础外伸 ，基础厚 ，盖板搭接长度。 卧管底板每隔 8m 做防滑齿墙一道，宽 ，伸入地基 1m。 沿卧管轴线方向每隔 15m 设置温度沉陷缝一道，缝中设止水。 消力池结构尺寸的确定： 消力池采用拱涵结构，根据《水土保持治沟骨干工程技术规范》SL2892020，对于等截面的半圆拱，其拱圈、拱台尺寸按下列公式计算： t1= (+) t2=++ t3=t2+ 式中： t1—— 拱圈厚度， m t2—— 拱台顶宽， m 21 t3—— 拱台底宽， m R—— 拱圈内半径， h—— 拱台高度， 经计算得： t1= t2= t3= 根据《内蒙古自治区水土保持治沟骨干工程技术手册 》，消力池基础外伸 ，基础厚。 涵洞、明渠及其消力池设计。