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骨干坝工程设计

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1、基本情况

1.1 建坝意义

本工程的建设,将使岗沟流域的经济、社会、生态效益得到全面发展。通过拦泥淤地,可增加157亩耕地;有效减少水土流失;可为沟道两旁提供交通方便;对下游起到缓洪滞洪的作用,保护下游沟道两侧的沟台地,减少水毁灾害,加速当地群众脱贫致富奔小康的进程。 1.2 坝址位置

岗沟位于临夏县井沟乡,属于大夏河一级支沟。李家咀骨干坝位于临夏市以北10km处,岗沟流域面积46.52 km2,属黄土丘陵沟壑区第四副区,单坝控制面积7.87km2。 1.3 小流域社经情况及治理现状

流域内辖5个乡17个合作社,共3442户,18200人,其中劳动力9288人,人口密度391人/ km2,基本农田面积3267hm2,人均耕地2.69亩。流域治理现状:造林122.7hm2,种草20.81hm2,治理程度73.3 %,林草覆盖率17.4%。 1.4 工程地质条件

1、地貌地形:本坝区总的地形属低缓的丘陵黄土梁峁状沟谷地形,沟谷地貌呈“V”形,底部为第三系砂质泥岩及泥质砂岩。

2、地层岩性:本区主要出露岩性有:

(1)N2L第三系桔红色紫红色砂质泥岩及泥质砂岩,产

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状平缓,属一套干燥气候条件下形成的内陆湖泊沉积物。

(2)本区分布较广的eolQ23风成马兰黄土,组成物质以粉土为主,质地疏松,具有大孔隙及垂直节理。

3、水文地质情况

本区地下水类型只有一层第四系孔隙潜水,分布在谷底第三系与黄土接触面上,分布有几处泉水,但流量不大,坝址处无地下水,沟道内平时无水流,只有大雨时产生径流。

4、坝址处工程地质情况

该工程坝址工程地质条件简单,只有两层结构,上部为黄土,下部为第三系泥岩夹砂质泥岩,不存在构造断裂带,唯有覆盖厚度较大的黄土。 1.5 气象

该流域属临夏县北部地区,属温带半干旱气候。年平均降雨量为500m m,主要分布于七、八、九三个月,占全年降雨量的58%,且多以暴雨形式出现,年平均气温6.8℃,无霜期141天,历年最大冻土深度86cm。

2、水文

2.1 洪水计算

由于该流域治沟淤地坝控制流域面积甚小,不具备按设计暴雨进行产、汇流计算的条件。根据《水土保持综合治理技术规范》(GB/T153—1996)规范,洪量与洪峰的计算“应以设计频率的暴雨为基础,按流域面积大小,确定设计频率

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下不同的设计暴雨历时,以设计暴雨控制洪量,合理确定造峰历时控制洪峰”的原则进行计算。 2.1.1 设计暴雨

由于该骨干坝控制流域面积仅7.87km2,设计暴雨历时采用24h。根据《甘肃省暴雨洪水图集》(1988.11)中年最大24h点雨量均值等值线图及年最大24h点雨量变差系数等值线图可推得不同频率下的24h雨量,见表2-1。

不同频率设计暴雨成果表

表2-1 均 值 H24(mm) 53

不同频率下设计暴雨(mm) Cv Cs/Cv P=5% 0.53 3.5 110 P=0.5% 171

2.1.2、洪水总量

洪水总量按下式进行计算: W=1000αRF

式中α——径流系数;

R——暴雨量(mm),见表2-1; F——流域面积(km2)。

计算结果见表2-2,其中径流系数参照《甘肃省水土保持治沟骨干工程技术手册》取值。

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不同频率设计洪量计算表

表2-2 径流系数 流域面积 F(km2) 7.87 不同频率设计洪量(万m3) α 0.5 P=5% 43.2 P=0.5% 67 2.1.3、洪峰流量

小流域洪水过程采用概化三角形,洪水历时T近似按《甘肃省水文图集》(1978.3)提供的经验公式根据小流域适用范围按下式计算:

T=2.14F0.344

式中:F——流域面积(km2) 计算结果见表2-3。

设计洪水历时计算表

表2-3 流域面积 设计洪水历时 备注 F(km2) T(h) 7.87 4.4 根据推算的洪水总量和近似设计洪水历时,可推得洪峰

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流量,结果见表2-4。

不同频率设计洪峰计算表

表2-4 洪水历时 不同频率下的洪峰(m3/s) P=5% P=0.5% T(h) 4.4 54.5 84.9 2.2泥沙

本工程地处黄土梁峁沟壑区,斜坡处于较不稳定状态,暴雨易诱发崩塌、土流等现象,是水土流失比较严重的地区,根据水保部门多年统计资料,本地区侵蚀模数为3000T/k m2.年。

流域年均输沙量按下式计算:

S=F·Ms

式中:S——年均输沙量(t)

Ms——年均侵蚀模数,取3000t/ km

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F——坝库以上集水面积,取7.87km 计算得,年均输沙量为23610t。

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3、工程设计

3.1 工程规模

按《水土保持综合治理技术规范》(GB/T153—1996)之规定,库容在50-100万m3,设计洪水重现期30~50年,

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校核洪水重现期50~100年,淤积年限10~20年,并参照《水土保持治沟骨干工程暂行技术规范》(SD175—86)中总库容在50~100万m3时,工程等级属五等,设计和校核洪水重现期分别为20~30年、200~300年,设计淤积年限为10~20年,确定该坝设计洪水重现期20年,校核洪水重现期200年,设计淤积年限15年。 3.2 工程总体布设

根据坝址地形、地质条件,考虑到实际利用等情况,工程采用土坝和放水建筑物(涵卧管)两大件,根据土场土料为中粉质壤土,初步选定为黄土均质坝。

放水建筑物采用涵卧管形式,根据实际地形,卧管布设在坝体右岸,与岸坡斜交,比降为1:2,涵管采用直径100cm预制钢筋砼圆管,比降为1:100,出口设消力池。 3.3 库容、坝高及断面设计

3.3.1 库容确定:该坝只布设二大件,不设溢洪道,根据国标GB/T153《水土保持综合治理技术规范》,选一次性校核洪水总量为设计滞洪库容。该工程总库容由拦泥库容,滞洪库容两部分组成。

V滞=67.0万m3 V拦=26.23万m3 V总=V滞+V拦=93.23万m3 3.3.2 坝高的确定

根据国标GB/T153《水土保持综合治理技术规范》确

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定坝高。

H总=H拦+ H滞+ΔH H拦—拦泥坝高(m); H滞—滞洪坝高(m); ΔH—安全超高(m); 1、拦泥坝高:

取泥沙干容重γ=1.35T/m,计算得,拦泥库容(V

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3

为26.23万m,坝底高程2077.00 m,从坝高~库容曲线(图3-1)查得拦泥高程2095.00 m,则拦泥坝高(H拦)为18.0m。 2、滞洪坝高确定

根据水文计算成果,校核频率P=0.5%的洪水总量为 67.0万m3,该工程不设溢洪道,校核洪水总量即滞洪库容,故滞洪库容(V滞)为67.0万m3。从坝高~库容曲线(图3-1)上查得相应滞洪高程为2103.20 m,滞洪坝高8.2 m。 3、坝高:

H拦=18m 相应高程2095.00m H滞=8.2m 相应高程2103.20m ΔH=1.5m 相应高程2104.70m H总=27.7m 3.3.3 坝体断面设计

根据实地勘察,坝体左、右两岸黄土贮藏丰富,适宜兴建碾压式均质土坝。设计坝顶宽5.0m,坝体上、下游各设马

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道两处,马道宽均匀1.2m,马道处变更坡比,迎水面坡比从下至上依次为1:2.5、1:2、1:1.5,背水面坡比从下至上依次为1:2、1:1.5、1:1.5。坝体填筑前必须对坝基和岸坡进行处理,清基、清坡厚度均为1.5m。土坝填筑标准主要以压实干容重控制,其值不应小于1.55t/ m3。坝体碾压完成后,下游坡面种植适宜草木以保护坡面。

坝体主要特性值见表3—1。

坝体特性表

表3-1 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 项目 坝底高程 坝顶高程 拦泥库容 拦泥高程 拦泥坝高 滞洪库容 滞洪高程 滞洪坝高 滞洪+拦泥库容 防汛库容 防汛+拦泥库容 防汛高程 防汛坝高 滞洪+拦泥坝高 超高 设计坝高 坝顶长度 单位 M M 万M3 M M 万M3 M M 万M3 万M3 万M3 M M M M M M 特性值 2077.00 2104.7 26.23 2095.00 18.00 67.00 2103.20 8.20 93.23 43.20 69.43 2102.00 7.00 26.20 1.50 27.70 129 备注

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3.4 放水建筑物设计

根据实地勘察,左岸为硬质黄土,地质统一,地基完整,无裂缝现象,故放水卧管布置在坝体左岸。 3.4.1 放水孔设计

放水孔根据GB/T153《水土保持综合治理技术规范》规定设计,孔径按三孔同时开启放水,三天排完二十年一遇的洪水计算,放水孔每台高差0.5m。

放水孔径:d=0.68

二十年一遇的洪水总量为43.2万m3,经计算取d= 0.5m。 3.4.2 卧管设计

根据实际地形,取卧管纵坡1:2,断面为矩形,底宽1.2m, Q加=1.2Q设,考虑到便于施工和检修,取卧管净高为0.5 m。设计卧管47阶,阶高均为0.5m,总长53.4m,顶部设通气孔,卧管顶部高程2103.7m,。

卧管底板用C19钢筋砼现浇,厚0.3m,底部设4处齿墙。侧墙用C19砼现浇厚0.2m,盖板用C19钢筋砼预制,厚0.3m。 3.4.3 消力箱设计

设计消力箱长8m,宽1.2m,深3m,底部高程2077.0m,消力箱采用C19钢筋砼现浇。 3.4.4 涵管设计

涵管轴线与坝轴线垂直,比降i=0.01,内径1.0m,壁厚0.23m,设计涵管47节,每节长2.0m,总长94.44m,进水

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口涵管高程2079.18m,出水口高程2078.24m。接头处采用沥青油麻处理,然后用3:7的石棉水泥填缝,再用1:2水泥砂浆勾缝。涵管设截水环7处,涵管末段设消力池及尾水明渠。

放水建筑物特性值见表3—2。

放水建筑物特性表

表3-2 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 项目名称 卧管顶部高程 台阶高度 放水孔数 坝底高程 坝高 坝底宽 消力箱底部高程 涵管进口高程 涵管纵坡 涵管长度 涵管出口高程 齿墙个数 节水环个数 涵管节数 卧管总长 单位 M M 孔 M M M M M M M 个 个 节 M 特性值 2103.7 0.5 46 2077 27.7 74.44 2077 2079.18 1/100 94.44 2078.24 4 7 47 53.4 备注

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4、效益分析

该工程开发后,新增可利用土地面积157亩;保护现有沟道两旁耕地。工程效益包括达到淤积年限后,新增耕地产生的农业效益、蓄水期间养殖业效益及林业效益。建成第6年开始计算蓄水养殖业效益及沟道两旁林业效益;工程建成第16年开始计算农业效益,新增耕地用以种植农业经济作物。经计算,建成第6至16年工程产生年净效益为9.5万元,第16年后工程产生年净效益为13.43万元,工程运行期40年内总净效益为430.75万元。

工程实施后,每年可减少一定的水毁损失;促进地方工农业的发展;增加商业利润和税收。对当地的文化教育、卫生保健、交通等生活服务设施,对社会稳定等都会带来深远影响。

综上所述,本工程的实施不仅有一定的经济效益,而且有明显的社会效益。建议该工程早日立项建设。

5、工程量计算

该工程主要工程量:土方61150m3,石方73m3,砼275m3。主要材料:水泥49T,钢筋6.18T,砂子121m3,石子186m3,柴油50T,种子37kg。

详见工程量及主要材料汇总表。

6、施工组织设计

6.1 工程进度安排

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工程审批后,计划2003年10月开工,封冻前完成清基、削坡、结合槽、管道安装及部分坝体填方。2004年3月继续坝体填筑及卧管部分施工,2004年5月底完工。 6.2 施工组织

主体工程施工采用机械为主、人工为辅的施工方法。本工程施工采用招投标和建设监理制,应选择技术力量强、机械化程度高、信誉好的施工队伍。为了保质保量按期完成工程建设,开工前县、乡成立施工领导小组,负责土场占地等问题。县水保站委派技术人员进行质量监督。 6.3 施工要求

工程施工要严格执行有关《规范》及《规程》,采取切实有效措施,确保工程的质量和安全。结构尺寸、强度等级、填土干容重等均须符合设计要求。

7、投资估算

7.1 编制说明 7.1.1 项目划分

本工程属水土保持生态工程,其费用由基本费和预

备费两部分组成。其中基本费包括建筑工程费、临时工程费和费用三部分;预备费包括基本预备费和价差预备费。

7.1.2 编制原则和依据

投资估算编制以《黄河水土保持生态工程设计概(估)

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算编制办法及费用标准》为依据,按《黄河水土保持生态工程概算定额》进行编制。本工程为可行性研究阶段,工程单价扩大10%。

1.基础单价 (1)人工工资

本工程所在区属十一类地区,根据水利部水建[1998]15号文件,并结合黄河流域实际情况,人工预算单价按14.07元/工日计算。 (2)主要材料预算价格

外购材料价格均按2003年2月份市场价为原价,加运杂费及采购保管费组成。本地材料价格均为运到工地市场价。详见主要材料价格汇总表六。 (3)施工用电

根据《国家计委关于甘肃省疏导电价矛盾和实现城乡用电同价问题的通知》计价格[2002]2611号文规定,工程所在区非工业用电基础电价为0.494元/kw·h,外加高压输电线路损耗率、变配电设备及配电线路损耗率、供电设备维修摊销费组成,经计算施工电价为为0.585元/kw·h,详见附件表一。

(4)机械使用费

根据《黄河水土保持生态工程概算定额》中施工机械台班费定额及有关规定计算。对缺项的施工机械定额,均按

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1991年由水利部、能源部颁发的《水利水电工程机械台班费定额》计算。 (5)砼材料单价

根据设计确定的砼强度等级,按《黄河水土保持生态工程概算定额》中的砼配合比表分别计算出水泥、掺合料、砂石料及水的每立方米砼材料单价,经计算C9砼 109.26元/ m3 ;C14砼 118.47 元/ m3 ; C19砼147.18 元/ m3 ;M10 砂浆190.60元/ m3。

2.费用标准

(1)直接费:由基本直接费和其他直接费两部分组 成。基本直接费包括人工费、材料费、机械使用费及零星材料费,其他直接费按基本直接费的2%计列。

(2)间接费:土方工程按直接费的3%计列;砼工程按直

接费的3.5%计列;石方工程按直接费的4%计列。

(3)计划利润:按直接费与间接费之和的3%计列。 (4)税金:按直接费、间接费与计划利润之和的3.22%

计列。

3.临时工程

按设计提供的工程量逐项计算费用。 4.费用

(1)建设管理费:本工程包括建设单位经常费、工程

建设监理费和项目建设管理费三部分。其中建设单位经常费

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取建安工作量的1%;因本工程建安工作量在500万元以下,工程建设监理费为建安工作量的2.8%;项目建设管理费按建设单位经常费和工程建设监理费之和的15%计取。

(2)科研勘测设计费:包括规划统筹费、勘测设计费,本工程无科学研究试验项目,不计科学研究实验费;规划统筹费按勘测设计费的10%计算;勘测设计费按一~三部分之和的3%计取。

(3)施工期水土保持监测费:按建安工作量的0.2%计取。

(4)工程质量监督费:按建安工作量的0.15%计取。 (5)植物措施管护费:按第一部分中种草工程费的1%计取 。

5.预备费:本工程按一~三部分之和的5%计取基本预备费,(本工程不计价差预备费)。 7.2 工程总投资

本工程估算总投资万元,其中国家投资 63万元,

地方匹配26万元。总投资中建筑工程71.51万元;临时工程6.45万元;费用6.30万元;基本预备费4.74万元。 7.3 投资估算表

表一、 总估算表; 表二、 建筑工程估算表; 表三、 临时工程估算表;

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表四、 费用估算表; 表五 、 工程单价汇总表;

表六 、 主要材料预算价格汇总表; 表七 、 主要工程量、工日数量汇总表; 附件表一、施工用水、电、风价格计算表; 附件表二、施工机械台班费计算表; 附件表三、 工程单价计算表。

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