某礦山地表徑流治理中溢流壩設計

■張永勝

（廣東明源勘測設計有限公司廣東河源517000）

某礦山地表徑流治理中溢流壩設計

■張永勝

（廣東明源勘測設計有限公司廣東河源517000）

某礦山上游集水面積約1.08km2，在堆土區東邊匯集成溪流，經堆土區東南角道路涵管流到下游采空區水渠，道路寬約15m，東側為懸崖，高差約100m。由于現有涵管過流能力差，每逢暴雨，雨水匯集成洪流，從涵管附近溢流并沖刷道路，使現有道路沖蝕嚴重，并有整體崩塌趨勢，急需實施工程措施進行治理。

溢流壩地表徑流穩定性

1 設計參數

（1）地表徑流計算。地表徑流流量計算采用《開發建設項目水土保持技術規范》中設計流量計算公式：

式中：Q為設計流量，單位m3/s；為徑流系數，場地地貌為丘陵，徑流系數取0.6；I為10a一遇1h最大降雨強度，單位mm/h；F為匯水面積，單位km2。

根據《廣東省暴雨洪水計算實用手冊》查得：10a一遇最大1h暴雨強度為106mm。計算可得地表徑流量為19.08m3/s。

（2）溢流壩力學參數計算。溢流壩力學參數中壩體自重、水平靜水壓力、揚壓力、水流對溢流壩的沖擊力按《水工建筑物荷載設計規范》（DL5077-1997）中公式計算；鋼筋錨桿錨固力計算參考《混凝土結構后錨固技術規程》（JGJ145-2013）。

式中：Wb單寬壩體自重，單位kN；Vb為單寬壩體體積，單位m3；rb為筑壩材料重度，單位kN/m3，C20混凝土取25kN/m3。

式中：Fwl為水平靜水壓力，單位kN；Hw為水的深度，單位m；γw為水體容度，取值10kN/m3。

式中：Fy為揚壓力，單位kN；H1為壩上游水深，單位m；H2為壩下游水深，單位m；B為壩底寬度，單位m；K為滲透壓強系數，取值0.25。

式中：P為作用在溢流壩的沖擊力，單位kN；Kd為阻力系數，水直接沖擊的情況可取值0.6；A0為垂直于水流方向上的投影面積，單位m2；ρw為水的密度，單位水流速度，單位m/s。

式中：v為水流流速，n單位m/s；為天然河道糙率系數，取值0.05；R為水力半徑，單位m，一般可用平均水深代替；I為水力坡度一般可用溝床縱坡代替。

⑤鋼筋錨桿錨固力F。在基礎與地基之間使用錨桿連接加固，錨桿桿體采用直徑28mm的HRB400鋼筋，要求事先進行除銹處理。錨桿1m×1m方格網布置，錨桿施工時深入基巖3m，深入壩體1m。設計錨桿拉力按10kN/m考慮。

2 設計實例

（1）工程布置。在堆土區南邊，溪流匯集位置設置溢流壩。溢流壩總長14m；壩高4m；梯形斷面，其中壩頂寬1.5m，壩底寬4.9m，迎水面坡度1:0.2，背水面坡度1:0.7；壩頂標高149.7m，壩底標高145.7m；壩體采用C20混凝土修筑，壩基使用鋼筋錨桿錨固到基巖中，鋼筋錨桿施工時深入基巖3m，深入壩體1m；壩基持力層為中風化基巖，基礎埋深為0.5m。

（2）溢流壩過流設計。溢流壩設置有溢水口和過流涵管。壩頂設置1個梯形溢水口，頂寬5.2m，底寬3.2m，高1m；過流涵管采用成品水泥涵管埋入安裝，直徑1m，共有3個。

式中：為抗滑穩定安全系數，根據《混凝土重力壩設計規范》（SL319-2005），3級壩基本組合設計條件下取1.05；ΣN為垂直方向作用力的總和，單位為kN，按前述荷載計算內容得出，然后分別累加；ΣP為水平方向作用力的總和，單位kN，按前述荷載計算內容得出，然后分別累加；f為壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪摩擦系數，根據《混凝土重力壩設計規范》（SL319-2005）取值0.6。

式中：k0為抗傾覆安全系數，一般取值1.30；ΣMN為抗傾力矩的總和，單位KN．m，將上述計算荷載有利的荷載的各力分別對壩趾取矩，然后累加；ΣMP為傾覆力矩的總和，單位KN．m，將上述計算荷載不利的荷載的各力分別對壩趾取矩，然后累加。

（5）地基承載力。

其中：

式中：σmax為最大地基應力，單位kN/m2；σmin為最小地基應力，單位kN/m2；B為壩底寬度，單位m。ΣN－垂直力的總和，單位kN，按上述計算垂直力累加而得；e0為偏心矩，為壩體重心與底面形心的偏離距離，單位m，各壩體截面分別按照相關求重心、形心公式求解；[σ]為地基容許承載力，單位kPa，以中風化基巖為持力層，取值1200kPa。

（6）計算結構。經計算壩體中心截面抗滑穩定性系數kc=2.75，抗傾覆穩定性系數k0=4.17，最大地基承載力64.05kN/m2，最小地基承載力40.75 kN/m2。溢流壩穩定性滿足要求。經計算溢流壩過流流量為20.72m3/s，滿足過流能力滿足要求。

P641.73[文獻碼]B

1000-405X（2016）-6-427-1