河粗泥沙集中来源区拦沙工程一期建设项目可行性研究河上游右岸片拐沟中型拦沙坝典型工程设计说明报告.docx
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河粗泥沙集中来源区拦沙工程一期建设项目可行性研究河上游右岸片拐沟中型拦沙坝典型工程设计说明报告
XX粗泥沙集中来源区
拦沙工程一期项目可行性研究
XX河上游右岸片拐沟中型拦沙坝
典型工程设计报告
XX上中游管理局西安规划设计研究院
XX会XX水土保持科学试验站
拐沟中型拦沙坝工程特性表
水系
XX河
明渠段
型式
矩形
建设地点
XX县
总长度(m)
5.0
地理
坐标
X
37°20′6.87″
断面尺寸(m)
宽×高
0.8×0.8
Y
109°58′40.06″
溢洪道
型式
溢流堰
建设性质
新建
总长度(m)
132.62
工程
规模
控制面积(km2)
2.46
断面尺寸(m)
宽×高
4.1×2.8
总库容(万m3)
116.88
主要工程量
土方(万m3)
8.05
拦泥库容(万m3)
91.29
石方(m3)
2195.58
设计/校核洪水重现期
300
混凝土(m3)
10.5
淤积年限(年)
30
合计(万m3)
8.27
拦沙坝
型式
投工(万工时)
5.61
施工方式
碾压
投资
总投资(万元)
213.06
坝高(m)
25.0
中央投资(万元)
213.06
坝顶长(m)
99.2
地方匹配(万元)
坝顶宽(m)
4.0
效益
防洪保护(hm2)
坝坡比
上游
2.5
淤地面积(hm2)
10.53
下游
2.0~1.5
灌溉(hm2)
坝体方量(万m3)
8.05
养鱼(尾)
投资(万元)
213.06
单位库容投资(元/m3)
1.83
反滤体
型式
棱式
单位拦泥投资(元/m3)
2.33
尺寸(高)
5.0
单位工程量投资(元/m3)
25.75
放水设施
型式
卧管
单位淤地投资(元/hm2)
20.23
总高度(m)
17.2
单位工程量换库容(m3/m3)
14.06
每台高度(m)
0.4
单位淤地面积拦泥(m3/hm2)
8.67
断面尺寸(m)
宽×高
0.6×0.6
主要材料用量
水泥(t)
223.92
直径
钢材(t)
0.75
进水口尺寸(m)
宽×高
木材(m3)
2.81
直径
0.30
沙子(m3)
909.76
输水洞(管)
型式
窑洞型
柴油(t)
33.91
洞(管)身长度(m)
90
计划
施工
开工时间
2012.9
断面尺寸(m)
宽×高
0.8×1.2
竣工时间
2013.6
直径
总工期
9个月
附表1拐沟中型拦沙坝总概算表
附表2分部分项工程投资概算表
附表3拐沟中型拦沙坝独立费用概算表
附表4拐沟中型拦沙坝勘测设计费概算表
附表5拐沟中型拦沙坝监理费概算表
附表6拐沟中型拦沙坝工程单价汇总表
附表7主要材料预算价格汇总表
附表8施工机械台班费汇总表
附表9主要工程量投工主要材料用量汇总表
附表10工程单价分析表
附图1小流域坝系总体布局图(所在沟道的布局图)
附图2枢纽平面布置图
附图3坝高~库容、淤地面积曲线
附图4土坝设计图(包括坝体横断面图、坝轴线沟道横断面图以及反滤体、坝面及岸坡排水沟等细部构造详图)
附图5放水工程设计图(平面、纵横剖面图、配筋图及详图等)
附图6溢洪道设计图(平面、纵横剖面图、配筋图及详图等)
前言
2002年7月国务院正式批复了《XX近期重点治理开发规划》【国函(2002)61号】,该规划要求到2010年,多沙粗沙区建设中型拦沙坝1.35万座,同时指出应尽快开展重点支流等重点工程的项目建议书和可行性研究。
XX流域黄土高原地区水土流失面积45.4万km2,治理难度非常大,需要长期不懈的努力。
为了使有限投资尽最大可能发挥减淤作用,必须加强控制对XX下游淤积影响最大的粗泥沙。
经过长期的努力,在前人研究的基础上,XX会在20世纪90年代末提出了7.86万km2的多沙粗沙区,2005年又提出了其中1.88万km2的粗泥沙集中来源区,明确了控制粗泥沙的重点区域。
本次选择粗泥沙集中来源区作为XX拦沙工程建设项目区。
2007年4月、2007年10月和2008年2月,水利部水利水电规划设计总院对项目《建议书》进行了3次审查。
经审查,基本同意《建议书》,并上报水利部。
后于2008年6月通过部长办公会,并报国家发展改革委员会。
2009年3月,国家发改委委托中国国际工程咨询公司对《建议书》进行了评估,出具了评估意见。
受XX县水务局的委托,XX水土保持XX规划设计研究院在地方有关单位的大力配合下,依据《水土保持治沟骨干工程技术规范》(SL289-2003)和《水土保持综合治理技术规范沟壑治理技术》/GB16453.3-2008规范,(以下简称技术规范)、《榆林地区治沟骨干工程及淤地坝扩大初步设计编制依据》等有关技术规范、规定;利用《XX粗泥沙集中来源区拦沙工程一期项目可行性研究水文成果报告》中的计算成果,利用了XX勘测规划设计有限公司提供的《XX粗泥沙集中来源区拦沙工程一期项目可行性研究拐沟中型拦沙坝工程地质勘察报告》(以下简称地勘报告)成果,采纳了地勘报告对工程设计提出的建议,通过设计人员实地踏勘和测量,针对地勘报告中坝址区主要工程地质问题,提出了工程设计对策,完成了拐沟中型拦沙坝的初步设计工作。
拐沟中型拦沙坝地处经纬度109°58′40″,37°20′07″,行政隶属XX县XX乡,位于XX一级支流XX河一级支流XX河流域上游右岸内的二级支沟中。
设计工程枢纽由坝体、放水工程和溢洪道“三大件”组成,坝高25.00m,控制流域面积2.46km2,总库容116.88万m3,拦泥库容91.29万m3,淤积年限30年。
工程概算总投资330.45万元,工程建成后可淤地10.53hm2。
1综合说明
1.1工程概况
拐沟中型拦沙坝位于XX河一级支流XX河流域上游右岸内的二级支沟中,工程区地处陕西XX县境内的XX镇,距XX县城约55km,坝址区距210国道29km,307国道46km,简易土路3km,交通条件相对较好。
坝址区土地大部分为梁峁坡地,水土流失极为严重,种植效益较低。
建设该拦沙坝的主要作用是全拦全蓄拐沟的洪水和泥沙。
拐沟中型拦沙坝拟定坝高25.0m,建筑物由坝体、溢洪道和放水工程三大件组成,控制流域面积2.46km2,总库容116.88万m3,拦泥库容91.29万m3,淤积年限30年。
1.2水文计算方法
拐沟拦沙坝工程设计中的水文泥沙资料,是直接利用《XX河粗泥沙集中来源区拦沙工程一期项目可行性研究水文成果报告》中的计算成果值。
根据现场勘查确定的坝址位置和工程建设规模,该工程等级为四级建筑物,设计洪水标准为30年一遇,校核洪水标准为300年一遇,设计淤积年限取30年。
1.3工程主要参数
通过在万分之一地形图上量算坝控面积、沟道长度和比降,分析计算设计洪水总量、洪峰流量和淤积库容,经调洪演算之后确定总库容。
拐沟中型拦沙坝控制面积2.46km2,总库容116.88万m3,淤积库容91.29万m3,滞洪库容25.0万m3,坝高25.0m,坝顶长99.2m,坝顶宽4.0m,上游坝坡坡比为1:
2.5,下游坝坡坡比为1:
2.0;马道以上下游坝坡坡比为1:
1.5。
在距沟底15m处设一马道,马道宽1.5m。
铺底宽108.0m。
设计淤泥面高程▽1023.52m,校核洪水位▽1026.52m,坝顶高程▽1027.50m。
拐沟中型拦沙坝放水建筑物由卧管、消力池、涵洞、明渠及明渠陡坡段组成。
卧管工程采用分级涵卧管,卧管断面为0.6m×0.6m,纵坡为1/2,台阶高为0.4m,最低放水孔高程▽1009.8m,最高放水孔高程为▽1027.00m,卧管垂直高度为17.2m,断面尺寸为0.60×0.60m。
每台阶设一孔,放水孔孔径为0.30m,设计同时开启三孔。
消力池底部高程为▽1007.5m,消力池深0.5m,宽1.0m,长4m;
涵洞进水口高程▽1008.0m,出水口高程▽1007.1m,涵洞断面尺寸为0.8m×1.2m(矢高0.4m),长度90.0m,比降i=1/100;明渠断面0.8m×0.8m,长度5.0m,比降1/100,明渠陡坡段断面0.8m×0.8m,长18.2m,比降1/4。
溢洪道由引水渠、溢流堰、陡坡段及出口消能段组成,全长132.62m。
渠道纵坡比为1:
100,陡坡段坡比为1:
4,引水渠渠底进口高程为▽1023.52m,引水渠断面形式采用矩形,为浆砌石护砌,溢流堰、陡坡段、消力池断面形式采用矩形,底板为现浇钢筋砼,侧墙为浆砌石护砌。
1.4主要工程量
总工程量:
用土方8.05万m3;石方2195.58m3;钢筋混凝土(混凝土)10.05m3。
材料用量为:
水泥223.92t;钢筋0.75t;木材2.81m3;柴油33.91t;草籽56.7kg。
2基本情况
2.1工程地质勘察
2.1.1地形地貌
拐沟库区位于陕西省XX县XX支流XX河一级支流XX河流域上游右岸内的二级支沟上,经纬度109°58′40″,37°20′07″,。
库尾回水长度约1.2km,该支沟水在坝址下游汇入关王岔沟。
整个库区属侵蚀剥蚀型低中山区,区内地势总体呈北高南低。
该支沟为季节性流水沟,库区内流向近由西向东,河床纵比降约为20‰。
坝址区为“V”形河谷,河床底宽40m左右,较平缓。
库区左岸边坡下缓上陡,坡度为20°~50°,右岸边坡较陡,坡度30°~50°,坝址区高程1000~1210m。
2.1.2坝址区工程地质条件
1)地层岩性
库区出露的地层为侏罗系中统直罗组及第四系上更新统和全新统。
(1)第四系全新统(Q4):
残坡积碎石及壤土(Q4dl+el),分布于两岸山顶及山坡,厚度不一;冲洪积砂及砾石(Q4al+pl),分布于谷底,厚度一般小于5~7m。
(2)第四系上更新统黄土状土(Q3eol):
灰白色、灰黄色砂壤土、壤土,质地疏松,具有大孔隙,柱状节理发育,含少量钙质结核,覆盖于第三系上新统(N2)之上,厚100~150m不等。
(3)第三系上新统(N2):
棕红色泥岩夹钙质结核层。
2)地质构造
库区为单斜岩层,倾向北西,倾角小于3˚,整个库区未发现断层。
泥岩中节理不甚发育。
工程区50年超越概率10%一般场地条件下地震动峰值加速度为0.05g,相应的地震基本烈度为VI度,地震动反应谱特征周期为0.35s。
历史上亦无重大破坏性地震发生。
3)水文地质条件
坝址区未见泉水出露,地下水主要为松散岩类孔隙水,赋存于洪积沙及砂砾石中。
主要接收大气降水补给的补给,直接排泄于沟谷。
4)覆盖层与风化带厚度
据竖井、坑槽及物探资料,坝址河床覆盖层厚度为6.0~8.0m,岩性为沙和砂砾石;右岸坡积物厚度2~5m,主要为棕黄色碎石土或黄土。
在山顶和局部坡面有少量残坡积土,厚度一般小于1.0m。
5)岩土体物理力学性质
坝址区岩土体物理力学性质见表2-1、2-2。
黄土的湿陷特征在200kPa压力下湿陷系数δs为0.021~0.046,平均为0.035,属中等湿陷性,湿陷起始压力为48~120kPa,见表2-3。
坝址区岩土体物理力学指标建议值见表2-4、2-5。
表2-1坝址区黄土颗分试验成果表
编号
岩性
颗粒组成(粒径mm)
砂粒
粉粒
粘粒
2~0.5
0.5~0.25
0.25~0.075
0.075~0.005
<0.005
%
GG-TKB1
重粉质砂壤土
93
7
GG-TKB2
轻粉质壤土
89
11
GG-TKB3
轻粉质壤土
88
12
表2-2坝址区黄土物理试验成果统计表
编号
天然状态基本物理指标
土粒比重Gs
液限
Wl
塑限
Wp
塑性指数
Ip
含水率ω
湿密度ρ
干密度ρd
孔隙比e
饱和度
Sr
液性指数IL
%
g/cm3
g/cm3
%
%
%
GG-TKB1
5.4
1.40
1.33
1.033
14.1
-1.62
2.70
18.5
13.5
5.0
GG-TKB2
4.0
1.54
1.48
0.823
13.1
-0.92
2.70
25.9
14.5
11.4
GG-TKB3
8.5
1.49
1.37
0.966
23.8
-0.51
2.70
27.5
14.9
12.6
最大值
8.5
1.54
1.48
1.033
23.8
-0.51
2.70
27.5
14.9
12.6
最小值
4
1.40
1.33
0.823
13.1
-1.62
2.70
18.5
13.5
5.0
平均值
6.0
1.48
1.39
0.941
17.0
-1.02
2.70
24.0
14.3
9.7
表2-3坝址区黄土力学试验成果统计表
编号
压缩试验
湿陷试验
渗透试验
直剪试验
压缩系数
Av1-2
压缩模量
Es1-2
湿陷
变形
系数
200
δs
湿陷
起始
压力
Psh
自重
湿陷
系数
δzs
垂直渗透
系数
k20
自然快剪
凝聚力Cq
摩擦角φq
MPa-1
MPa
kPa
cm/s
kPa
°
BLC-TKB1
0.108
18.764
0.037
60
0.004
4.5E-4
11
23.5
BLC-TKB3
0.103
17.705
0.046
48
0.009
13
25.0
BLC-TKB4
0.466
4.219
0.021
120
0.003
3.7E-4
最大值
0.466
18.764
0.046
120
0.009
4.50E-04
13
25.0
最小值
0.103
4.219
0.021
48
0.003
3.70E-04
11
23.5
平均值
0.226
13.563
0.035
76
0.005
4.10E-04
12.
24.3
表2-4坝址区黄土物理指标建议值表
岩性
天然状态基本物理指标
土粒比重Gs
液限
Wl
塑限
Wp
塑性
指数
Ip
含水率ω
湿密度ρ
干密度
ρd
孔隙比e
饱和度
Sr
液性指数IL
%
g/cm3
g/cm3
%
%
%
轻粉质壤土~重粉质砂壤土
8.0
1.50
1.40
0.80
0.941
17.0
-1.02
2.70
24.0
14.3
表2-5坝址区岩土力学指标建议值表
岩性
压缩
系数
Av1-2
压缩
模量
Es1-2
抗剪强度
渗透系数
Kv
承载力
凝聚力
Cu
摩擦角
φu
MPa-1
MPa
kPa
°
E-03cm/s
kPa
轻粉质壤土~
重粉质砂壤土
0.226
13.563
12.5
21.0
6~12
100~300
沙及砂砾石
0
33
30~50
200~300
泥岩
200~400
6)坝基承载力
根据试验资料及工程经验类比,黄土承载力为100~300,泥岩承载力取200~400kPa。
坝基覆盖层较厚,主要岩性为沙及砂砾石,凝聚力c值取0,内摩擦角φ值取33˚,承载力取200~300kPa。
2.1.3天然建筑材料
拐沟拦沙坝采用均质土坝方案,工程需用大量筑坝土料,初估土料需求量约为8.05万m3,溢洪道衬砌需用少量块石,需用少量块石、反滤料和混凝土骨料。
1)土料
初选土料场位于坝轴线上游约500m两岔沟之间的山坡上,高程为1050~1150m,经计算,可开采方量60×104m3,能满足筑坝需求;经试验,粘粒含量和含水量偏低,使用时需洒水,使其含水量接近最优含水量。
料场土料颗分、物理性质试验成果统计见表2-6、2-7,土料击实与击实后物理力学试验成果统计见表2-8,土料击实与击实后物理力学指标建议值表2-9,土料质量评价见表2-10。
表2-6土料颗分试验成果表
编号
岩性
颗粒组成(粒径mm)
砂粒
粉粒
粘粒
2~0.5
0.5~0.25
0.25~0.075
0.075~0.005
<0.005
%
GGB-LYC1
重粉质砂壤土
93
7
GGB-LYC2
重粉质砂壤土
93
7
GGB-LYC3
轻粉质砂壤土
94
6
GGB-LYC4
轻粉质壤土
89
11
GGB-LYC5
重粉质砂壤土
90
10
GGB-LYC6
重粉质砂壤土
92
8
GGB-TKL1
轻粉质壤土
87
13
GGB-TKL2
轻粉质壤土
86
14
最大值
94
14
最小值
86
6
平均值
90.5
9.5
表2-7土料物理性质试验成果统计表
编号
天然含水率w
天然密度ρ
天然干密度ρd
土粒比重Gs
液限WL
塑限WP
塑性指数IP
%
g/cm3
g/cm3
%
%
GGB-LYC1
8.9
1.44
1.31
19.5
13.4
6.1
GGB-LYC2
9.3
1.50
1.36
21.8
13.7
8.1
GGB-LYC3
18.3
13.4
4.9
GGB-LYC4
25.8
14.8
11.0
GGB-LYC5
24.1
14.5
9.6
GGB-LYC6
22.3
14.4
7.9
GGB-TKL1
8.3
1.46
1.34
2.70
28.2
16.3
11.9
GGB-TKL2
7.2
1.52
1.41
2.70
29.5
16.7
12.8
最大值
9.30
1.52
1.41
2.70
29.5
16.7
12.8
最小值
7.20
1.44
1.31
2.70
18.3
13.4
4.9
平均值
8.43
1.48
1.36
2.70
23.7
14.7
9.0
表2-8土料击实与击实后物理力学试验成果统计表
编号
击实
击实后
最大
干密
度ρd
最优
含水
率wop
制样
干密
度
制样
含水
率
制样
压实
度
压缩
系数
av1-2
压缩
模量
Es1-2
凝聚
力
Cu
内摩
擦角
Фu
渗透
系数
k
g/cm3
%
g/cm3
%
%
MPa-1
MPa
kPa
°
E-4cm/s
GGB-TKL1
1.68
14.1
0.190
8.511
18
19.5
1.2
GGB-TKL2
1.71
13.2
0.162
9.809
21
18.5
2.3
最大值
1.71
14.1
0.19
9.809
21
19.5
2.3
最小值
1.68
13.2
0.162
8.511
18
18.5
1.2
平均值
1.70
13.7
0.176
9.160
16
22
1.75
表2-9土料击实与击实后物理力学指标建议值表
编号
击实
击实后
最大
干密
度ρd
最优
含水
率wop
制样
干密
度
制样
含水
率
制样
压实
度
压缩
系数
av1-2
压缩
模量
Es1-2
凝聚
力
Cu
内摩
擦角
Фu
渗透
系数
k
g/cm3
%
g/cm3
%
%
MPa-1
MPa
kPa
°
E-4cm/s
建议值
1.70
13.7
/
/
/
0.176
9.160
20
19.0
1.75
表2-10土料质量评价表
项目
土料试验结果
均质坝
土料指标
SL289-2003
质量评价
最小值
最大值
平均值
粘粒含量(%)
6.0
14.0
9.5
10~30
偏低
塑性指数
4.9
12.8
9.0
7~17
合格
渗透系数(10-4cm/s)
1.2
2.3
1.75
<1
偏大
有机质含量(%)
<5
<2
合格
水溶盐含量(%)
<3
<5
合格
天然含水率(%)
7.2
8.9
8.43
与最优含水率接近
偏低
PH值
>7
合格
SiO2/R2O3
>2
合格
坝体干容重
1.68
1.71
1.70
>1.55
合格
2)块石料
坝址区附近地层岩性为第三系上新统棕红色泥岩和第四系上更新统黄土,缺乏块石料,建议施工时根据需求外购。
3)反滤料
经调查,河床砂砾石含砾量低,附近没有用于制造人工骨料的石料,由于用量少,建议施工时根据需求外购。
4)混凝土骨料
经调查,河床砂砾石含砾量低,附近没有用于制造人工骨料的石料,由于用量少,建议施工时根据需求外购。
2.1.4坝址区主要工程地质问题
1)库区
库区物理地质现象不发育,两岸自然边坡稳定,库首段黄土岸坡,当高水位运行时,有可能发生崩塌,但不会对拦沙坝的正常运行造成影响。
库区两岸山体较薄,两侧相邻支沟规模与该支沟相当,谷底高程相当,蓄水以后,库水可能沿着砂岩中的节理裂隙向下游和邻谷发生暂时性渗漏。
库区内没有大的构造,最高水位以下无明显的集中渗漏通道,不会产生严重的渗漏问题。
2)坝址区
坝基和坝肩基岩为泥岩和黄土,地层水平,岩体较完整,泥岩为相对隔水层,黄土为相对透水层。
蓄水后,有产生绕坝渗漏的可能。
河床表层的砂砾石和两坝肩表层坡积碎石土为中等透水~强透水,建议采取相应工程处理措施。
3)溢洪道及放水建筑物
左岸岸坡坡度为30°~70°。
溢洪道布置在左岸,所在处上部为第四系上更新统黄土(Q3eol)黄土,厚20~30m,下部为第三系上新统(N2)棕红色泥岩,地层近水平。
进口段上部Q3eol黄土厚23m左右,下部为三系上新统N2棕红色泥岩。
出口段上部为坡积物,厚约1m,下部地层为三系上新统
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