某矿山地表径流治理中溢流坝设计

■张永胜

（广东明源勘测设计有限公司广东河源517000）

某矿山地表径流治理中溢流坝设计

■张永胜

（广东明源勘测设计有限公司广东河源517000）

某矿山上游集水面积约1.08km2，在堆土区东边汇集成溪流，经堆土区东南角道路涵管流到下游采空区水渠，道路宽约15m，东侧为悬崖，高差约100m。由于现有涵管过流能力差，每逢暴雨，雨水汇集成洪流，从涵管附近溢流并冲刷道路，使现有道路冲蚀严重，并有整体崩塌趋势，急需实施工程措施进行治理。

溢流坝地表径流稳定性

1 设计参数

（1）地表径流计算。地表径流流量计算采用《开发建设项目水土保持技术规范》中设计流量计算公式：

式中：Q为设计流量，单位m3/s；为径流系数，场地地貌为丘陵，径流系数取0.6；I为10a一遇1h最大降雨强度，单位mm/h；F为汇水面积，单位km2。

根据《广东省暴雨洪水计算实用手册》查得：10a一遇最大1h暴雨强度为106mm。计算可得地表径流量为19.08m3/s。

（2）溢流坝力学参数计算。溢流坝力学参数中坝体自重、水平静水压力、扬压力、水流对溢流坝的冲击力按《水工建筑物荷载设计规范》（DL5077-1997）中公式计算；钢筋锚杆锚固力计算参考《混凝土结构后锚固技术规程》（JGJ145-2013）。

式中：Wb单宽坝体自重，单位kN；Vb为单宽坝体体积，单位m3；rb为筑坝材料重度，单位kN/m3，C20混凝土取25kN/m3。

式中：Fwl为水平静水压力，单位kN；Hw为水的深度，单位m；γw为水体容度，取值10kN/m3。

式中：Fy为扬压力，单位kN；H1为坝上游水深，单位m；H2为坝下游水深，单位m；B为坝底宽度，单位m；K为渗透压强系数，取值0.25。

式中：P为作用在溢流坝的冲击力，单位kN；Kd为阻力系数，水直接冲击的情况可取值0.6；A0为垂直于水流方向上的投影面积，单位m2；ρw为水的密度，单位水流速度，单位m/s。

式中：v为水流流速，n单位m/s；为天然河道糙率系数，取值0.05；R为水力半径，单位m，一般可用平均水深代替；I为水力坡度一般可用沟床纵坡代替。

⑤钢筋锚杆锚固力F。在基础与地基之间使用锚杆连接加固，锚杆杆体采用直径28mm的HRB400钢筋，要求事先进行除锈处理。锚杆1m×1m方格网布置，锚杆施工时深入基岩3m，深入坝体1m。设计锚杆拉力按10kN/m考虑。

2 设计实例

（1）工程布置。在堆土区南边，溪流汇集位置设置溢流坝。溢流坝总长14m；坝高4m；梯形断面，其中坝顶宽1.5m，坝底宽4.9m，迎水面坡度1:0.2，背水面坡度1:0.7；坝顶标高149.7m，坝底标高145.7m；坝体采用C20混凝土修筑，坝基使用钢筋锚杆锚固到基岩中，钢筋锚杆施工时深入基岩3m，深入坝体1m；坝基持力层为中风化基岩，基础埋深为0.5m。

（2）溢流坝过流设计。溢流坝设置有溢水口和过流涵管。坝顶设置1个梯形溢水口，顶宽5.2m，底宽3.2m，高1m；过流涵管采用成品水泥涵管埋入安装，直径1m，共有3个。

式中：为抗滑稳定安全系数，根据《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005），3级坝基本组合设计条件下取1.05；ΣN为垂直方向作用力的总和，单位为kN，按前述荷载计算内容得出，然后分别累加；ΣP为水平方向作用力的总和，单位kN，按前述荷载计算内容得出，然后分别累加；f为坝体混凝土与坝基接触面的抗剪摩擦系数，根据《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005）取值0.6。

式中：k0为抗倾覆安全系数，一般取值1.30；ΣMN为抗倾力矩的总和，单位KN．m，将上述计算荷载有利的荷载的各力分别对坝趾取矩，然后累加；ΣMP为倾覆力矩的总和，单位KN．m，将上述计算荷载不利的荷载的各力分别对坝趾取矩，然后累加。

（5）地基承载力。

其中：

式中：σmax为最大地基应力，单位kN/m2；σmin为最小地基应力，单位kN/m2；B为坝底宽度，单位m。ΣN－垂直力的总和，单位kN，按上述计算垂直力累加而得；e0为偏心矩，为坝体重心与底面形心的偏离距离，单位m，各坝体截面分别按照相关求重心、形心公式求解；[σ]为地基容许承载力，单位kPa，以中风化基岩为持力层，取值1200kPa。

（6）计算结构。经计算坝体中心截面抗滑稳定性系数kc=2.75，抗倾覆稳定性系数k0=4.17，最大地基承载力64.05kN/m2，最小地基承载力40.75 kN/m2。溢流坝稳定性满足要求。经计算溢流坝过流流量为20.72m3/s，满足过流能力满足要求。

P641.73[文献码]B

1000-405X（2016）-6-427-1