万年桥河坝设计报告.docx
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万年桥河坝设计报告
1项目区基本资料
1.1地理概况
路口镇坐落于长湘古道交叉路口，位于湖南省长沙县北部偏东，北与青山铺、福临、高桥搭界，南与春华、果园为邻，西与安沙接壤，东接浏阳市，距省会长沙45公里，距县城星沙40公里，距黄花国际机场20公里，S207线穿镇而过，京珠高速、107国道从镇域外围通过。
路口镇辖：
路口、麻林2个社区；花桥湾、路口、长春、上杉市、荆华、明月、麻林、万年桥8个村委会。
面积：
89平方公里，截止到2007年人口约2.9万人。
镇政府驻路口畲。
项目区位于路口镇万年桥村。
万年桥村与麻林村、石潭村相邻，山清水秀，风景秀丽，人勤物丰。
村内主要盛产奇异果、李子、洋菇、山霉、山药、葱、黄豆等农副产品。
本项目为万年桥河道治理及河坝改造工程。
河道长约5公里，流域内主要为丘陵及石山，水土流失不严重。
1.2水文气象
项目区属亚热带润湿气候区，雨量充沛，日照充足，四季分明。
采用长沙市气象站气象统计资料，多年平均气温16.9℃，极端最高气温40.6℃（1953年8月13日），极端最低气温－12℃（1972年2月9日），多年平均风速2.6m/s，主导风为西北风，汛期最大风速多年平均值为14.0m/s，实测最大风速
20.7m/s（1980年4月13日，风向NNW），多年平均日照时数1636h，多年平均降雨量约1380mm，多年平均蒸发量为1315.6mm。
1.3工程地质工程区为典型丘陵地貌，区内大面积第四系覆盖，地表残坡积碎石土，下伏基岩为白垩系上统戴家坪组（K2d）紫红色砾岩、泥岩和泥质粉砂岩，岩层总厚度大于500m。
区域构造处于平江-衡阳新华夏系拗陷带、长沙-平江红层盆地的中段。
工程区未见区域性断层切割。
挽近期本区以缓慢地上升运动为主，据1/400万《中国地震动反应谱特征周期区划图》和《中国地震动峰值加速度区划图》，工程区反应谱特征周期和地震动峰值加速度分别为：
0.35s和＜0.05g，即区内地震基本烈度小于Ⅵ度，属于场地稳定地区。
项目区所处河道稳定，断面冲淤较小，河谷断面形状均为浅槽形或梯形，坝址区域左侧为花岗岩山体，完整性较好，覆盖层及风化层均较薄，右侧为灌溉水田。
1.4建筑材料坝址附近交通条件较好，砂石料及土料较为丰富且运输方便。
2工程综合说明
2.1工程分等与建筑物分级
本河道治理及河坝改造规划设计由上坝工程及下坝工程两部分组成。
根据工程的规模及用途，确定本项目上坝及下坝
属于V等工程，其主要建筑物为5级，次要建筑物为5级。
2.2河坝布置
上坝目前结构良好，但坝前库容不大，遇较大洪水来时蓄洪量有限，往往危及两侧农田生产。
本次规划拟在坝前水流方向的左侧新修分洪闸一处，底板长5.45m，宽1.5m，厚0.2m，底板顶高程为40.20m；闸边墙高1.55m，厚0.3m，在闸进水口处设置为八字翼墙，并与出水口沿河堤边坡坡比砌筑，坡比1：
1；闸顶板高程与河堤高程一致，尺寸为长×宽=2.1×
1.7m，厚0.15m；提升式木闸门尺寸为宽×高=1.70×1.30m。
新修溢洪道来缓解泄洪压力，溢洪道长26m，断面尺寸宽×高=1.5×1.0m，衬砌厚度0.15m，出口设置角度为20°的挑流鼻坎。
同时，为满足上游农田灌溉需水要求，拆除原有闸门底坎，更换原有已破损的木闸门，分别安装尺寸为宽×高=1.55×1.3m及宽×高=1.65×1.3m金属自动翻板闸门，并设置0.2m厚底板垫层及铰墩。
具体布置及尺寸见附图。
下坝由于坝址处原有挡水坝为建国后修建，由砼闸坝及土质副坝组成，运行至今已年久失修，渗漏严重，蓄水不足，给良田生产带来诸多影响。
本次规划设计拟拆除原有砼闸坝及土质副坝，在原址处新建河坝挡水。
该工程是以灌溉为主的河道利用工程，主体工程由非溢流坝段、溢流坝段及其他建筑物组成。
下坝非溢流坝段：
左岸长0.7m，坝顶宽1.0m；右岸长2.4m，为满足通行要求坝顶宽2m。
坝上游面为折线面，起坡点高程为88.65m，坡度为1：
0.1。
下坝溢流坝段：
该坝段全长21m，分2个坝段，其中无闸门自由溢流坝段长13m，堰顶高程为89.65m，堰面采用WES曲线；有闸门溢流坝段长8m，分3孔，每孔长2m，堰顶高程为88.15m，堰顶安装金属自动翻板闸门，闸门宽×高=2×1.5m。
坝底设置预制Φ300钢筋砼涵管冲砂孔。
人行桥面与右岸非溢流坝顶一致。
堰顶分别设有两处中墩及边墩，其厚度均为0.5m，缝设在闸墩中间，堰面采用宽顶曲线。
溢流坝段过堰水流均采用底流水跃消能，反弧半径为2.5m，边墩向下游延伸成导水墙，其顶宽为0.5m，底宽为1.15m，基础埋深0.5m，坡比1:
0.3，需分缝，缝距为5m。
下坝具体布置及尺寸见附图。
2.3下坝设计
2.3.1非溢流坝设计
2.3.1.1剖面尺寸拟定
⑴坝顶高程确定为了运行安全，非溢流重力坝的坝顶应高于校核洪水位，其高程按下式计算，并选用较大值作为选定高程。
设计情况：
坝顶高程=设计洪水位+△h设校核情况：
坝顶高程=校核洪水位+△h校
△h=hl+hc+hz
△h—坝顶高于静水位的超高值；
hl—波浪高度，m；
hc—坝顶安全超高（查非溢流坝坝顶安全超高表），m；
hz—波浪中心线高于静水面的高度，m；由于本项目规模较小，河道较窄，坝前蓄水面积不大，因
此hl及hz值均不考虑，
表2-1坝顶高程计算成果表
计算情况
计算水位
（m）
安全加高
（m）
坝顶高程
（m）
设计情况
89.90
0.4
90.30
校核情况
90.10
0.3
90.40
经过比较可以得出坝顶高程为90.40m。
⑵坝顶宽度
左侧坝顶不考虑交通要求，坝顶宽度取1.0m；右侧坝顶
考虑通行要求，坝顶宽度取2.0m；
⑶坝面坡度上游坝采用折线面，起坡点在（1/3～2/3）H处，其高程为88.65m，坡度为1：
0.1。
2.3.1.2荷载组合及其计算
⑴设计情况本次设计选取设计洪水情况及坝基面为例来进行荷载分
86.98m。
有关参数的选择：
砼的重度为24kN/m3，浆砌石的重度为22kN/m3，水的重度为9.81kN/m3，扬压力的折减系数为0.25，泥沙的浮重度为9.5kN/m3，内摩擦角为12°，荷载作用的分项系数查表。
选取计算成果见表2-2（附后）。
⑵抗滑稳定验算与强度验算
抗滑稳定系数按公式Ks=f∑W/∑P计算；上游边缘正应力按公式Gyu=（∑W/B）+（6∑M/B2）计算；下游边缘正应力按公式Gyd=（∑W/B）-（6∑M/B2）计算。
∑W—作用于计算截面上竖直方向的合力，kN；
∑P—作用于计算截面上水平方向的合力，kN；B—计算截面长度，m；
∑M—作用于计算截面上全部荷载对截面垂直水流流向形心轴的力矩总和，kN·m。
⑶设计情况抗滑稳定验算：
Ks=f∑W/∑P=0.7×327.99/75.12=3.06>1.05，满足稳定要求。
边缘应力验算：
上游边缘正应力Gyu=（∑W/B）+（6∑M/B2）=327.99/4.73-6×15.97/4.732=49.09kpa>0，上游边缘不出现拉应力，满足要求。
下游边缘正应力Gyd=（∑W/B）-（6∑
ak）/rd=3000/1.3=2307.69kpa，下游边缘抗压强度满足要求。
2.3.2溢流坝设计
2.3.2.1孔口设计
⑴泄水方式的选择本项目河坝规模较小，堰顶高程较低，左侧溢流坝段采用无闸门自由泄流；右侧溢流坝段采用开敞式溢流和孔口式溢流结合的方式，利用水位的高低自动调节闸门的开启和下泄流量。
⑵洪水标准的确定
本次设计的重力坝是5级建筑物，根据《水利工程水工建筑物洪水标准》采用10年一遇的洪水标准设计，20年一遇的洪水标准校核。
⑶流量的确定经水文、水利调洪演算确定：
设计情况下，溢流坝的下泄流量为32.63m3/s；校核情况下，溢流坝的下泄流量为42.46m3/s。
⑷孔口净宽拟定
左侧无闸溢流坝孔口净宽取12.5m，右侧有闸溢流坝孔口净宽取6m，设每孔宽度为2m，则孔数n为3。
⑸溢流坝段总长度确定
左侧无闸溢流坝孔口净宽取b1=12.5m，右侧有闸溢流坝
每孔净宽取b2=2m，初步拟定闸墩厚度，中墩厚d=0.5m，
边墩厚t=0.5m，则溢流坝段的总长度B0为：
B0=b1+nb2+nd+2t=12.5+6+1.5+1=21m，其中左侧无闸溢流坝段长13m，右侧有闸溢流坝段长8m。
⑹堰顶高程的确定
初拟侧收缩系数ε=0.95，流量系数m=0.502。
因过堰水流为自由出流，故σs=1，由堰流公式Q=σsεmnb（2g）0.5H01.5计算堰上水头H0，计算水位分别减去相应的堰上水头即为堰顶高程。
计算成果见表2-4。
表2-4堰顶高程计算成果表
坝段名称
计算
情况
流量Q（m3/s
）
侧收
缩数
流量
系数
孔口
净宽
（m）
堰上
水头
（m）
堰顶
高程
（m）
左侧无闸
设计
情况
3.30
0.95
0.502
12.50
0.25
89.70
溢流坝段
校核
情况
7.97
0.95
0.502
12.50
0.45
89.65
右侧有闸
设计
情况
29.33
0.95
0.502
6.00
1.75
88.20
溢流坝段
校核
情况
34.50
0.95
0.502
6.00
1.95
88.15
根据以上计算，左侧无闸溢流坝堰顶高程取89.65m；右
侧有闸溢流坝堰顶高程取88.15m。
⑺闸门高度的确定门高=正常高水位-堰顶高程=89.65-88.15=1.5m，根据计算，闸门高度为1.5m。
2.3.2.2消能防冲设计由于底流消能多用于低水头泄水建筑物，具有流态稳定、
消能效果好，对地质条件和尾水变幅适应性强以及水流雾化很小等优点，所以本项目根据地形地质及其他条件选用底流消能，并进行相关计算及参考已建工程经验取反弧半径R=2.5m，消力池长度L=8m，消力坎顶宽0.5m，高1.2m。
2.3.2.3溢流坝剖面设计首先绘出坝顶部的曲线，取堰顶部最高点为坐标原点，堰
顶上游部分采用椭圆曲线，下游部分采用幂曲线。
绘出其基本剖面，求得基本剖面的下游面与幂曲线的切
点。
最后作出反弧段，反弧半径为20m。
溢流坝具体剖面及尺寸见附图。
2.4细部构造
2.4.1坝顶构造右侧非溢流坝坝顶路面向两侧倾斜，坡度为2%，汇集路面的雨水，并排入河坝两侧。
右侧有闸溢流坝顶设有长8m、宽1.5m、厚0.15m工作桥，高程与右侧坝顶齐平，细部构造见附图。
2.4.2溢流坝溢流坝的上部设有闸门、闸墩、铰墩及人行桥等机构和设
备。
2.4.3闸门的布置本项目河坝规模较小，堰顶高程较低，左侧溢流坝段采用无闸门自由泄流；右侧溢流坝段采用3扇金属平面自动翻板闸门，闸门尺寸为宽×高=2×1.5m。
每扇闸门后面设置2处铰墩，铰墩安装门铰及其他闸门设备预埋件。
闸门安装需由闸门提供厂商技术人员指导配合安装。
2.4.4铰墩铰墩需预埋钢筋、门铰及其他设备预埋件。
在浇筑前需联
系闸门提供厂商，由厂商技术人员配合指导铰墩浇筑及预埋设备安装。
2.4.5闸墩闸墩的墩头形状为上游采用半圆形，下游与导水墙连接。
其上游布置工作桥，顶部高程为90.25m；桥面高程为右侧非溢流坝顶高程90.40m。
中墩的厚度0.5m，边墩厚度0.5m，溢流坝的分缝设在闸墩中间，详细尺寸及构造见附图。
2.4.6导水墙闸墩及边墩向下游延伸成导水墙。
其中边墩长度延伸到消
力池的末端。
导水墙高度末端高程为87.25m，并且需分缝，间距为5m，顶宽取0.5m，详细尺寸及构造见附图。
2.4.7冲砂孔
在有闸溢流堰底河床处设置预制Φ300钢筋砼涵管冲砂孔一处，管口设置松木加工木塞，管外用0.1m厚C20砼衬砌防渗。
2.4.8渐变段在溢流堰顶闸墩上游面、铰墩下游面及导水墙下游面设置渐变段，渐变段采用圆角过渡，其半径取0.25m。
2.4.9分缝及止水坝体分缝垂直于坝轴线布置，缝宽2cm，内设橡胶止水。
2.5坝体防渗
2.5.1坝体防渗在坝的上游面、溢流面及下游面的最高水位以下部分，采用一层厚0.4m具有防渗性能的混凝土作为坝体的防渗设施。
坝内采用M10浆砌填腹石。
2.5.2坝体混凝土的强度等级坝体混凝土应满足强度、抗渗、抗冻、抗侵蚀、抗冲刷、低热、抗裂、硬化时体积变小等性能的要求。
不同强度等级混凝土之间要有良好的接触带。
2.6地基处理坝基开挖时应该把严重的风化层挖掉。
坝基可利用基岩高程顺水流方向开挖成锯齿状，并在上下游坝基面开挖一个浅齿墙。
沿坝轴线方向的两岸岸坡坝段基础开挖成分级平台。
3施工组织设计
3.1交通条件
万年桥河坝位于长沙县路口镇万年桥村，需要合理安排好交通道路，合理布置好施工场地。
施工用水可以在河道中抽取，施工用电可架设临时线路。
3.2施工布置
本工程根据施工布置原则和工程特点，拟定租用附近房屋作为临时仓库，主要存放砂石、水泥、钢筋等材料和施工器具，钢筋加工均可在管理所空地上进行。
3.3施工导流
3.3.1导流方法
施工导流的基本方法主要有两类，即分段围堰法导流及全段围堰法导流。
本项目施工期为冬季枯水季节，来水量较小，且河道较窄，施工工期短，故上坝采用分段围堰法导流，先进行分洪闸施工，然后利用已建好分洪闸导流再进行上坝闸门改造；下坝采用全围堰法导流，围堰上游来水可通过架设管道使用水泵进行抽排。
3.3.2导流布置
围堰的平面布置主要包括围堰轮廓布置和确定基坑范围两个方面。
分段围堰法导流时，为使水流平顺，围堰轴线的平面布置常呈梯形。
全段围堰法导流时，为减少工程量，上、下游围堰多与主河道垂直。
基坑坡址距离主体工程应尽量保持一
定距离，以便布置排水设施、基坑内施工机械、交通道路、堆放材料及模板。
围堰形式均采用土石围堰。
3.4主体工程施工
3.4.1施工放样在完成施工准备后，就可以进行土方工程施工放样。
3.4.2土方开挖在围堰合龙闭气之后，为使主体工程能在干地施工，需要排除基坑积水、堰体和堰基的渗水、降雨汇水等，然后再进行边坡及基坑开挖。
土方开挖采用机械为主，人工辅助修底、修边及夯实。
开挖时应及时清除余土，抽干排除积水。
对于地质情况较差的区域，采用适当的挡土板支护加固，防止坍塌。
夯实工作应杜绝漏夯、虚土层、橡皮土等不符合质量要求的现象。
3.4.3砼浇筑
⑴砼在现场拌制，人工运输、浇筑。
采用0.4m3砼搅拌机拌制，现场浇筑砼时，设备生产率要满足本工程高峰浇筑强度的要求。
⑵砼配合比必须通过试验选定，在砼施工前28天要做砼配合比试验，其试验方法按有关规定执行；在砼浇筑过程中，应按规定在出机口和浇筑现场进行砼取样试验；浇筑砼时，严禁在仓内加水，如发现砼和易性较差，应采取加强振捣等措施，以保证其质量，不合格的砼严禁入仓，已入仓的不合格砼必须予以清除，并按有关规定弃置在指定地点。
⑶砼材料中水泥品种应符合有关技术条款指定的国家和行业的现行标准，本工程采用Ｐ.Ｏ32.5号水泥；拌和用水所含物质不应影响砼和易性和砼强度的增长，以及引起钢筋和砼的腐蚀；砼骨料须符合水利工程规定要求，不同粒径的骨料要分别堆存，严禁相互混杂混入泥土；细骨料的砂料要质地坚硬、清洁、级配良好；粗骨料的最大料粒径，素砼板厚的1/2，对少筋或无筋结构，应选用较大的粗骨料粒径。
⑷本项目大部分采用木模板，个别特殊施工部分采用钢模板。
模板的设计、制作、安装和拆除应根据水利工程相关施工标准操作，保证模板结构有足够的强度和刚度，能承受砼浇筑和振捣的侧向压力和振动力，防止产生移位，确保砼结构外形尺寸准确，并应有足够的密封性，以避免漏浆。
⑸伸缩缝及施工将严格按设计要求有关规范的规定进行，坝体工程缝内采用橡胶止水，附属建筑物采用青麻沥青止水。
⑹砼养护应针对本工程建筑物的不同情况以及气候等因素进行，在砼浇筑完毕后12～18h内开始进行洒水养护，其养护时间21天，在干燥、炎热气候条件下，将延长养护时间，至少28天以上。
3.4.4浆砌石施工
⑴坝内主体工程采用M10浆砌石砌筑砂浆，边坡导水墙采用M7.5浆砌石砌筑砂浆。
水泥砂浆采用人工现场拌制，人工抬运块石进行砌筑。
⑵块石料要求岩石新鲜、坚硬、表面清洁、平整度好，无风化剥落层或裂纹，石料表面无污垢、水锈等杂物，厚度20～30cm；利用老浆砌石的拆除料时，必须将表面的风化层清理干净，采用人工砌筑，石料物理力学指标应符合设计图纸的要求。
⑶砂浆和小骨料砼采用的砂料，要求粒径为0.15～5mm，细度模数为2.5～3.0，砌筑毛石砂浆的砂，其最大粒径不大于5mm，砌筑料石砂浆的砂最大粒径不大于2.5mm。
采用Ｐ.Ｏ32.5号水泥，到货的水泥将按品种、标号、出厂日期分别堆存，受潮湿结块的水泥，禁止使用。
⑷浆砌石砌筑必须在清基完成并经过有关部门验收后才能进行，砌石体将采用坐浆法砌筑，砂浆稠度为30～50mm；
浆砌法砌筑的砌石体转角处和交接处应同时砌筑，对不能同时砌筑的面，必须留置临时间断处，并将砌成斜槎；选用具有一个平整面可以作为砌表面的石料用于表层砌体的砌筑；在铺砌前，石料先洒水湿润使其表面充分吸水，但不得留残余积水。
⑸浆砌石采用人工挑运块石、砂浆入仓、人工砌筑，砌筑时灰缝宽度控制在20～35mm，较大空隙应用碎石充填。
浆砌块石表面接缝将保持块石的自然接缝，勾缝处与外露面找平，力求美观、匀称，块石形态突出、表面平整，砌体表面溅染的砂浆抹清干净。
⑹浆砌石施工按砌体厚度制作标尺，标尺杆立于砌体的转角处和交接处，并在标尺杆之间拉一准线；砌体外露面在砌筑
12～18h之内时应及时养护，养护14天，在养护期间经常保持外露面湿润。
3.4.5土方回填回填夯实采用分层开蹬夯实的方法，每层铺土厚度≤
30cm，铺土要均匀平整，应严格控制土壤含水量在适宜范围内。
若土壤比较干燥应采用洒水的方法调节土壤含水量，若土壤含水量较大应采用排水、晾晒、换土等方法以使含水量控制在适宜范围之内。
4工程投资预算
4.1文件依据
执行湖南省水利厅颁发的湘水建管〔2008〕第16号文件〖关于颁发《湖南省水利水电工程设计概（估）算编制规定》的
通知。
4.2定额采用
建筑工程执行2002年水利部颁发的《水利建筑工程预算定额》、《水利工程施工机械台时费定额》、《水利工程概预算补充定额》、《1992年湖南省水利水电建筑工程预算定额》
4.3基础价格
（1）人工预算单价采用9.87元/工长、9.32元/高级工、
7.22元/中级工、5.6元/初级工。
2）主要材料预算价格：
主要建筑用材钢材、木材、油
料、水泥从长沙市物资市场采购，砂砾石从长沙市东屯渡料场购买，运杂费的计算根据湖南省现行运输费用标准进行计算。
主要材料预算单价见下表：
主要材料预算价格表单位（元）
序号
材料名称
单位
材料基价
预算价格
价差
1
钢筋
t
3200
4500
1300
2
水泥325#
t
280
400
120
4
汽油90#
t
3800
8500
4700
5
柴油0#
t
3600
8700
5100
6
原木
m3
1200
7
砂
m3
50
85
35
8
碎石
m3
50
60
10
9
块石
m3
60
60
风、水、电单价按施工组织设计提供的资料进行计算，其
中电价0.79元/kw.h，水价0.62元/m3，风价0.15元/m3。
4.4建筑工程单价
建筑工程单价=直接工程费+间接费+利润+主要材料价
差+税金
直接工程费=直接费+其他直接费+现场经费直接费=人工费+材料费+机械使用费其他直接费=直接费×其他直接费费率之和现场经费=直接费×现场经费费率间接费=直接工程费×间接费率利润=（直接工程费+间接费）×利润率主要材料价差=∑［定额主要材料用量×（材料预算价格-材料基价）］
税金=（直接工程费+间接费+税金+主要材料价差）×税率
建筑工程其他直接费费率按直接费的3%;土方工程现场经费费率按直接费的8%石方工程现场经费费率按直接费的8%混凝土浇筑工程现场经费费率按直接费的7%土石方工程间接费费率按直接费的8%计；砌石工程间接费费率按直接费的7%计；混凝土浇筑工程间接费费率按直接费的5%计；施工利润，按直接费与间接费之和的7.0%计；税金，按直接费、间接费、施工利润之和的3.22%计；其他临时工程,按建安费的2.0%计；建设管理费，按建筑工程费用的5.0%计；科研勘设费，按建筑工程费用的5.0%计；
4.5工程投资
本工程总投资42.68万元，其中建筑工程费27.89万元，金属结构设备及安装工程费11.00万元，临时费用1.00万元，独立费用2.79万元，具体详见工程总预算表。
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