( 洋县水利技术服务中心 陕西洋县 723300)
摘要:本文根据洋县梨园景区的基本情况、以及地质水文情况,对梨园景区进行四塘五坝工程设计,思路及方法供同行参考。
关键词:梨园景区梨花沟 四塘五坝 工程设计
一、基本情况
洋县梨园景区梨花沟位于洋县城区的北郊,紧邻朱鹮生态园和牛头坡核心景区,形状为不规则柳叶形。梨花沟长约1.58公里,平均比降为2.8%。由于近年来牛头坡西侧景区已成为城郊休闲旅游的地方,在此基础上,可对牛头坡东侧梨园景区梨花沟进行开发利用,拟建四塘五坝工程,既满足居民的休闲活动,又改善了区域内的农业生产条件和生态环境,为促进洋县农村经济发展打好基础。
该区域地下为砂卵石层,渗漏严重。但该处已规划为梨园景区大塘位置,故本次设计对4个大塘的坝基及库底进行防渗处理,对1号、2号大塘的左右库岸也进行了防渗处理。
四塘五坝位置布置从沟口向上游编号为1号至5号。按洋县梨园景区二期实测1:500地形图计算1号大塘流域面积1.2km2,库容为1.8万m3;2号大塘流域面积1.0km2,库容为2.2万m3;3号大塘流域面积0.8km2,库容为2.5万m3;4号大塘流域面积0.6km2,库容为7万m3;5号坝为景区步行道道路路基。堤坝设计洪水标准10年一遇设计,20年一遇校核。
二、地质与水文
1、地质
项目区属南秦岭大型复背斜的一部分,主要地质为志留系、石岩系,表层为第四系粘土。主要岩性为绿泥石英岩及二云母石英片岩夹少量中厚层龙岩,主要岩石为云母、石英片岩和石灰岩。区内小褶皱发育,地质松散,地面表层以下为砂卵石层,易渗漏。
2、水文
项目区处于北亚热带向暖温带过渡地带,气候属亚热带北缘的暖温带湿润气候类型,其特点是雨热同季,温暖湿润,冬无严寒,夏无严寒。项目区沟道长约1.58公里,平均比降为2.8%。库区多年平均降雨量892.7mm,实测多年平均最大风速18m/s,多年平均气温14.6℃,历史最高气温38.7℃,最低气温-10.1℃。洪水均由暴雨形成,多出现在6—10月,特点是暴涨暴落,汇流较快,洪水历时短。
大塘设计标准按10年一遇洪水设计,20年一遇洪水校核。4个大塘都属特小流域,无实测水文和雨量资料。《汉中地区实用水文手册》中推荐的经验公式,只适用于流域面积大于7km2。汉中市水利水电建筑勘测设计院1992年在对本区内近百座小(二)型水库洪水调查成果分析研究的基础上,提出了流域面积小于7km2的特小流域设计洪水经验公式,经多年运用,成果较为合理。故本次洪水分析计算采用该方法对4个大塘进行推求:
Q=aF0.776H24p1.23
QP——设计频率的洪峰流量(m3/s);
F——坝址以上流域面积(km2)
a——系数,汉江以南为0.026,汉江以北为0.03
H24P——设计频率的最大24小时降雨量(mm);
查《水文手册》可得:
H24=75mm CV=0.5 CS=3.5CV
KP10=1.66 KP20=1.99
计算可得:
1号大塘(流域面积1.2km2)设计与校核洪峰流量分别为:
Q设10=13m3/s Q校20=16.3m3/s
2号大塘(流域面积1.0km2)设计与校核洪峰流量分别为:
Q设10=11.3m3/s Q校20=14.2m3/s
3号大塘(流域面积0.8km2)设计与校核洪峰流量分别为:
Q设10=9.53m3/s Q校20=11.9m3/s
4号大塘(流域面积0.6km2)设计与校核洪峰流量分别为:
Q设10=7.62m3/s Q校20=9.53m3/s
采用《汉中地区实用水文手册》中洪量计算公式:
WP=1.19F0.39Qm0.8
式中:WP—设计频率的洪水总量(万m3);
F—流域面积(Km2),适用范围0.5~7.0 Km2
Qm—设计频率的洪峰流量(m3/s)。
计算可得:
1号大塘设计与校核洪水总量分别为:
W设10=9.94万m3 W校20=11.92万m3。
2号大塘设计与校核洪水总量分别为:
W设10=8.28万m3 W校20=9.94万m3。
3号大塘设计与校核洪水总量分别为:
W设10=5.92万m3 W校20=7.91万m3。
4号大塘设计与校核洪水总量分别为:
W设10=4.95万m3 W校20=5.92万m3。
5号坝为路基,坝下设排水涵洞,可不进行洪水计算。
三、工程设计
(一)1号大塘设计
1、坝体设计
1号大塘距沟道口约110米,根据当地地质情况,坝体设计为均质土坝,坝高10m,坝顶高程419.00m,坝顶长度51m,坝顶宽度4m。迎水坡坡比为1:3.0,采用干砌石护坡,其下铺设反滤料,浆砌石肋带纵横向布置。背水坡坡比为1:2.5,背水坡坡脚处设排水棱体,顶宽1米,内坡1:1,外坡1:1.5。坝轴线位置设置截水槽,深3.0m。土坝填筑前需将杂草、树根、腐殖质等除去,回填土土壤含水率18%~22%,压实度96%。
2、库区及岸坡防渗工程设计
为防止1号大塘渗漏,对库区及岸坡进行了防渗处理,在库区坝上游作粘土铺盖与坝身相连。夯填土含水率18%~22%,压实度96%。右岸坡坡比1:3.0,采用厚度为1m的粘土铺盖防渗,左岸坡坡比1:1.5,采用砼现浇防渗。
3、溢洪道设计
溢洪道为开敞式宽顶堰,堰顶高程417.00m,进口设计宽度7m,按照实用堰流量计算公式 Q= mb(2g)1/2H3/2计算溢洪道泄流水深分别为h设=1.107m、h校=1.288m;相应水位为H设=418.107m、H校=418.288m。
溢洪道由进口的7m宽渐变至0+007m处3.0m宽。梯形断面,墙高从2m渐变至1.5m高。边墙边坡1:0.5,0+002~0+018段底坡1/20,0+018~0+045段底坡1/3,溢洪道堰顶、陡坡及消力池底板为C25钢筋砼现浇。
4、放水建筑物
大塘放水建筑物布置于大坝右岸,采用卧管和坝下涵洞型式。卧管为矩形断面0.6 m×0.8 m,每台高0.4米,坡比1:2.5,每台设放水孔一个,孔径0.3米。涵洞长50m,涵洞底板高程413.70m,底坡比降为1/200,断面为0.8m×1.0m的矩形断面,最大泄量0.12 m3/s。
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5、坝顶高程的确定
依据《小型农田水利手册》中的公式:
H坝顶高=H正常+h+A
式中:H坝顶高—坝顶高程(m);
H正常—大塘正常蓄水位(m);
h—溢洪水深(m);
A—安全加高,大塘按0.7米计算(m);
代入公式,计算得H坝顶高=417.00+1.288+0.7=418.988m,现状坝高确定为419.00m。
(二)2号大塘设计
1、坝体设计
2号大塘位于1号大塘上游320米处,距沟道出口约430米。根据当地地质情况,坝体设计为均质土坝,坝高9.1m,坝顶高程429.00m,坝顶长度49m,坝顶宽度3m。迎水坡坡比为1:3.0,采用干砌石护坡,其下铺设反滤料,浆砌石肋带纵横向布置。背水坡坡比为1:2.5,背水坡坡脚处设排水棱体,顶宽1米,内坡1:1,外坡1:1.5。坝轴线位置设置截水槽,深3.0m。土坝填筑前需将杂草、树根、腐殖质等除去,回填土土壤含水率18%~22%,压实度96%。
2、库区及岸坡防渗工程设计
为防止2号大塘渗漏,对库区及岸坡进行了防渗处理,在库区坝上游作粘土铺盖与坝身相连。夯填土含水率18%~22%,压实度96%。右岸坡坡比1:3.0,采用厚度为1m的粘土铺盖防渗,左岸坡坡比1:1.5,采用砼现浇防渗。
3、溢洪道设计
溢洪道为开敞式宽顶堰,堰顶高程427.00m,进口设计宽度6m,按照实用堰流量计算公式 Q= mb(2g)1/2H3/2计算溢洪道泄流水深分别为h设=1.12m、h校=1.30m;相应水位为H设=428.12m、H校=428.30m。
溢洪道由进口的6m宽渐变至0+007m处3.0m宽。梯形断面,墙高从2m渐变至1.5m高。边墙边坡1:0.5,0+002~0+029段底坡1/20,0+029~0+047段底坡1/3,溢洪道堰顶、陡坡及消力池底板为C25钢筋砼现浇。
4、放水建筑物
大塘放水建筑物布置于大坝左岸,采用卧管和坝下涵洞型式。卧管为矩形断面0.6 m×0.8 m,每台高0.4米,坡比1:2.5,每台设放水孔一个,孔径0.3米。涵洞长43m,涵洞底板高程424.60m,底坡比降为1/200,断面为0.8m×1.0m的矩形断面,最大泄量0.12 m3/s。
5、坝顶高程的确定
依据《小型农田水利手册》中的公式:
H坝顶高=H正常+h+A
式中:H坝顶高—坝顶高程(m);
H正常—大塘正常蓄水位(m);
h—溢洪水深(m);
A—安全加高,大塘按0.7米计算(m);
代入公式,计算得H坝顶高=427.00+1.30+0.7=429.00m,满足设计规范要求。
(三)3号大塘设计
3号大塘位于2号大塘上游350米处,距沟道出口约780米。设计为浆砌石重力式坝,主要由溢流坝段、左右岸非溢流坝段、放空闸、交通桥等建筑物组成,坝顶总长度45m。
1、溢流坝段
溢流坝布置在沟道中心,采用M7.5浆砌石重力坝,堰顶高程433.6m。溢流坝分成2个坝段,总长度20m。坝顶设人行桥,钢筋砼梁式结构,采用C20砼现场浇筑,桥面宽1.5m,桥面高程434.5m。
溢流坝堰面剖面采用克—奥剖面,泄流能力按下式计算:
Qm=εmb(2g)0.5 (H0)3/2
式中Qm—下泄流量(m3/s)
m—流量系数
b—溢流宽度(m)
H0—堰前水头(m)
ε—侧收缩系数
经计算,设计洪水流量Q=9.53m3/s时,相应水位433.94m;校核洪水流量Q=11.9m3/s时,相应水位434.0m。
对库区沟底进行防渗处理,在坝上游作粘土铺盖与坝身相连,厚度为1m。夯填土含水率18%~22%,压实度96%。为了预防坝脚冲刷,在坝后设长15m,厚0.5m的护坦,以确保坝脚不受冲刷。
2、非溢流坝
非溢流坝段分为左、右两个坝段,采用M7.5浆砌石重力坝,右非溢流坝段长10m、左非溢流坝段长15m,非溢流坝顶高程434.5m,坝顶宽1.5m,上游坡1:0.5、下游坡1:1。
考虑汛期泄洪排沙,大坝右坝肩设置两孔闸门,孔口尺寸为0.8×0.6(宽×高)m,闸孔底高程为430.2m。闸门选用PZ型平面整体铸铁闸门,启闭机选用QLF型封闭系列平摇螺杆式启闭机。
3、交通桥
坝顶设置交通桥,桥顶高程434.5m,共设置8跨,跨度均为2.5m,总长20m,桥面宽1.5m,C20钢筋砼梁板式结构。
(四)4号大塘设计
1、坝体设计
4号大塘位于3号大塘上游360米处,距沟道出口约1140米。根据当地地质情况,坝体设计为均质土坝,坝高9.4m,坝顶高程445.00m,坝顶长度104m,坝顶宽度3m。迎水坡坡比为1:3.0,采用干砌石护坡,其下铺设反滤料,浆砌石肋带纵横向布置。背水坡坡比为1:2.5,背水坡坡脚处设排水棱体,顶宽1米,内坡1:1,外坡1:1.5。坝轴线位置设置截水槽,深3.0m。土坝填筑前需将杂草、树根、腐殖质等除去,回填土土壤含水率18%~22%,压实度96%。
在坝上游作粘土铺盖与坝身相连,厚度为1m,对库区沟底进行防渗处理。
2、溢洪道设计
溢洪道为开敞式宽顶堰,堰顶高程443.00m,进口设计宽度4m,按照实用堰流量计算公式 Q= mb(2g)1/2H3/2计算溢洪道泄流水深分别为h设=1.126m、h校=1.30m;相应水位为H设=444.126m、H校=444.30m。
溢洪道由进口的4m宽渐变至0+007m处2m宽。梯形断面,墙高从2m渐变至1.5m高。边墙边坡1:0.5,0+002~0+060段底坡1/20,0+060~0+075段底坡1/3,溢洪道堰顶、陡坡及消力池底板为C25钢筋砼现浇。
3、放水建筑物
大塘放水建筑物布置于大坝左岸,采用卧管和坝下涵洞型式。卧管为矩形断面0.6 m×0.8 m,每台高0.4米,坡比1:2.5,每台设放水孔一个,孔径0.3米。涵洞长31m,涵洞底板高程438.20m。底坡比降为1/200,断面为0.8m×1.0m的矩形断面,最大泄量0.12 m3/s。
4、坝顶高程的确定
依据《小型农田水利手册》中的公式:
H坝顶高=H正常+h+A
式中:H坝顶高—坝顶高程(m);
H正常—大塘正常蓄水位(m);
h—溢洪水深(m);
A—安全加高,大塘按0.7米计算(m);
代入公式,计算得H坝顶高=443.00+1.30+0.7=445.00m,满足设计规范要求。
(五)5号坝设计
5号坝位于4号大塘上游340米处,距沟道出口约1480米,5号坝主要作用为景区步行道交通路基,坝体设计为均质土坝,坝高5m,坝顶高程454.20m,坝顶长度76m,坝顶宽度3m。迎水坡坡比为1:2.0。背水坡坡比为1:2.0,坝轴线位置设置截水槽,深2.0m。土坝中心部分填土需将杂草、树根、腐殖质等除去,回填土土壤含水率18%~22%,压实度96%。
坝下排水涵洞为钢筋砼涵管,管径¢600mm,管长23m。
四、工程概算
洋县梨园景区梨花沟四塘五坝工程概算主要内容包括五座大坝,每座大坝工程内容主要是:坝体工程、库区及岸坡工程、溢洪道工程、卧管涵洞工程。该工程主要工程量为:土方开挖3.10万m3,回填土方12.47万m3,浆砌石3625m3,混凝土1112m3,干砌石3239 m3,钢筋制安24.38T。
工程概算总投资986.35万元。其中:建筑工程费766.64万元、临时工程32.11万元、费用140.63万元,预备费46.97万元。主要材料量:钢筋25T,水泥974T、碎石1833m3、块石8066m3、砂子3177m3、柴油246T,劳力3.1万工日,项目施工工期一年。
论文作者:朱晓红
论文发表刊物:《城镇建设》2019年12期
论文发表时间:2019/8/26
标签:高程论文; 溢洪道论文; 溢流坝论文; 洪水论文; 涵洞论文; 断面论文; 景区论文; 《城镇建设》2019年12期论文;