大榆树沟防洪治理工程初步设计报告.doc

1 1 工程概况 1.1 概述 1.1.1 基本情况 凉城县位于内蒙古自治区中南部，座落在内蒙古高原东南端， 属西北黄土高原的东北边缘，乌兰察布市南部，地处阴山南麓，长 城脚下，黄土高原东北边缘，总土地面积 3451 平方公里，东邻丰镇 市，南与山西省左云县、右玉县相邻，北与卓资县接壤，西与呼和 浩特市和林格尔县交界。地貌轮廓和结构主要受地质构造的影响， 大体上为四周环山，中间滩川，呈盆地地形，海拔高度在 1205 2305 之间。根据地貌形态、成因、地表组成等，全县可划分为中低 山地、丘陵、滩川地三种地貌类型。 总土地面积 3451km2。全县共辖 5 镇 2 乡， 140 个行政村，总 户数 90385 户，总人口 246038 人，其中城镇人口 35924 万人。 凉城县属中温带干旱大陆性季风气候，其气候特点为冬季漫长、 寒冷、多风、干燥；夏季短促，雨水集中、温热；春秋天气变化剧 烈。 凉城县流域面积在 200km2以上的河流有七条，即: 弓坝河、五 号河、天成河、步量河、永兴沟、大榆树沟沟和太平寨沟。七条河 （沟）道中现有的防洪工程是 50-80 年代修建的，防洪标准低，大 都是以干砌石堤防为主，总计长度 2.0 公里，平均高度不足 2.0 米。 由于河床淤积，现大部分埋于河床底下，在加上年久失修，以很难 发挥作用。 本次设计的大榆树沟位于凉城县西北部，属蛮汉镇管辖。源头 在卓资山县后房子乡厂不浪南山顶，向北倾，即东经 11227， 北纬 4040。向东北流至厂不浪转向西北至胡朗上村，又向西南 至太平寨沟汇入处（东盂县窑西） ，又转向东北至二十家子从左侧汇 2 入大黑河。全沟在红沙坝以上为干河，以下均有清水或间歇水。境 内集水面积 231.0km2，境内长度 30km，境外集水面积 247km2，海 拨在 1300-1900m 之间，河床均宽 100m，年径流深 40mm，沟道比 降 0.0087，年侵蚀模数为 10003000t/ km2。 1.1.2 前期工作情况及任务由来 根据全国重点地区中小河流近期治理建设规划工作大纲 （2008 年 7 月）文件精神，2008 年 11 月，凉城县水利局在对本地 区中小河流进行了调查摸底，全面分析论证各河流基本情况、洪涝 灾害发生特点、危害程度、对区域经济社会发展的影响及防洪工程 现状的基础上，编制完成了内蒙古凉城县重点中小河流近期治理 建设规划 （2008 年 11 月） ，并上报乌兰察布市水利局，确定凉城 县近期重点治理的河流区域为黄河流域内的大榆树沟，即：大榆树 沟中上游河段，治理工程措施主要为清淤疏浚和岸坡防护。 2011 年 2 月，受凉城县水务局委托，乌兰察布市欣源水业有限 责任公司编制完成了内蒙古凉城县大榆树沟防洪治理工程初步设 计报告（以下简称原大榆树沟初设报告 ）。 3 4 图 11 大榆树沟防洪治理河段设计变更位置图大榆树沟防洪治理河段设计变更位置图 1.2 设计变更发生的缘由 乌兰察布市凉城县大榆树沟防洪治理工程，经实地勘测与调查， 由于从呼市到集宁的运煤专线途经工程所在地河道，公路施工从河 道内取沙做路基，至使原本平整的河床形成很多深沟,部分河道被弃 渣堵塞，且公路设计有穿堤建筑物桥梁一座，现正在施工。防洪工 程设计重力墙的位置，经放线多数在深沟内，深沟与原设计河床高 差在 34 米之间。因此施工单位无法按照设计图纸施工，需对原设 计进行变更。 为解决河道被破坏，不能按原设计进行防洪治理的问题，凉城 县水利局经与乌兰察布市欣源水业勘测设计有限公司多次沟通，本 着不降低河道设计防洪标准、减少征地拆迁与尽量不改变原设计思 路的原则，结合大榆树沟的现状，由乌兰察布市欣源水业勘测设计 有限公司对原设计方案进行了设计变更。 本次设计变更根据大榆树沟的洪水特性，重新推算了设计洪水 流量，进而对工程规模、横断面型式、施工组织设计、概算、经济 评价等产生了一系列的影响和变化。 1.3 设计变更内容 1.3.1 水文变更内容 （1）治理河段设计洪水 因为防护工程向上游移动了 4.2km，避开了后干沟这个较大的 支流，10 年一遇设计洪峰流量由 347 m3/s 变为 307m3/s。 （2）泥沙分析成果变更 治理河段年输沙量由 62.14 万 t 变为49.71万 t。 5 1.3.2 工程地质变更内容 设计变更前后本工程地质情况未发生变化，现将地质情况简述 如下： 主要物理力学性质指标： 第四系全新统冲洪积（q4al+pl）低液限粉土：褐黄色，稍湿 湿，稍-中密状，可塑，含植物根系。基底高程在 1302.23m1358.70m，厚度 0.2m4.1m。天然容重：1.87g/cm3；干 容重：1.81 g/cm3；比重：2.91；内摩檫角：20；压缩系数： 0.75mpa-1；压缩摸量：2.67mpa；详见各土层物理力学性质参数 统计表 ，平均渗透系数 3.710-5。 第四系全新统冲洪积（q4al+pl）级配不良砾：灰白色，湿，密 实，次磨圆状，以长石、石英为主，夹有卵石及漂石。据室内渗透 性试验，渗透系数为 2.210-2cm/s。 本区位置处于阴山东西复杂构造带的南缘，因受华夏系构造的 干扰，形成北东东向构造形迹。主要特点为太古代早期褶皱构造即 近东西向程家营-太平寨单斜构造，地层走向北东东，一般为 80 度，倾向北，倾角变化大，一般在 48-72 度左右。 依据地震烈度分区图和 gb18306-2001中国地震动参数区 划图 ；本区地震动峰值加速度为 0.15g，相当于地震基本烈度度。 料场变更情况： 原设计料场运距分别为：土料场 5km，石料场 5km，砂砾料场 沿河分布取用。 本次设计变更后，因为治理河段上移，所以料场运距发生了变 化：土料场运距仍为 5km；石料场运距变为 10km，增加了 5.0km； 砂砾料场仍然是沿河分布取用。 本次设计变更堤后防洪道路的填筑材料均采用本工程开挖弃料， 开挖弃料能够满足工程的需要，没有外运土方。 6 1.3.3 工程任务与规模变更内容 一工程规模 大榆树沟防洪治理工程原设计河道治理长度为 5.12km，河道左 侧堤防长度为：4.821km，右侧堤防长度为：5.227km，防洪堤单侧 总长为 10.048km。 本建设项目变更以后，河道治理长度变为 5.23km，河道左侧堤 防长度为：2.975km，右侧堤防长度为：5.410km，防洪堤单侧总长 为 8.385km。 左侧堤防因为不连续分三段，其桩号分别标注为：0+000 0+800，0+0001+922，0+0000+252.7；右侧堤防分二段，其桩号 分别标注为：0+0003+373.7，0+0002+035.5。 设计变更后堤防长度（单侧）虽然减少了 1.663km，但穿堤建 筑物比原设计增加了 2 个过水路面，4 个固定断面，1 个引洪口，使 得河道防洪治理设计更加合理。 二、工程任务 由于本工程治理范围与防护对象未发生变化，故工程任务与原 初设报告相同：保护农田 0.78 万亩，人口 1600 人，涉及 1 个 行政村 2 个自然村，即上九号村、哈朗村、水磨村；因设计洪峰流 量由 347m3/s 变为 307m3/s，故本次变更对河道水面线进行了重新推 算。 1.3.4 工程布置及主要建筑物变更内容 1.3.4.1 河堤堤距 0+0000+686、2+0824+035、4+2004+520 段为双侧护，堤距 控制范围由原来的 100m 变为 90m；0+6862+082、4+0354+200、4+5205+230 段为单侧护。 1.3.4.2 防洪堤断面 7 变更前防洪堤横断面型式采用梯形断面，浆砌石重力墙基础深 1 m。墙高 2.1m，底宽 2.1 m，重力墙迎水面为直立式，背坡 10.3； 变更后横断面型式亦采用梯形断面，浆砌石重力墙基础深 1 m。墙高 2.1m，底宽 2.34 m，重力墙迎水面为直立式，背坡 10.4。其余项目保持不变。 1.3.4.3 穿堤建筑物设计 原设计已考虑穿堤建筑物，本次变更后河道两侧共设过水路面 4 处，固定断面 6 处，护脚 3 处，引洪口 1 处。 1.3.5 设计概算变更内容 原概算审批投资 1094.42 万元。 本工程总投资为 1094.03 万元。其中建筑工程 860.80 万元，施 工临时工程 31.31 万元，独立费用 120.54 万元，基本预备费 51.38 万元；其中水土保持工程 10 万元，环境保护工程 5 万元。 1.3.6 经济评价变更内容 变更前本项目国民经济内部收益率为 10.2%，大于 8%，国民经 济净现值为 493.07 万元，大于 0，经济效益费用比为 1.28，大于 1。 变更后本项目国民经济内部收益率为 10.8%，大于 8%，国民经 济净现值为 415.15 万元，大于 0，经济效益费用比为 1.31，大于 1。说明该项目在经济上是合理的。 1.4 设计变更的依据 （1） 关于凉城县大榆树沟防洪治理工程设计变更的报告 （2012凉水字第 18 号） ； （2） 乌兰察布市水利局关于我市凉城县大榆树沟防洪治理工 程设计变更的请示 （乌水发201272 号） 。 8 1.5 设计变更总体影响分析 本工程设计变更前后治理长度与防洪标准保持不变，工程规模 与总投资未发生较大变化，设计变更造成的主要变化为：土方开挖 与弃方减少，铝锌合金网石笼护脚的防护长度增加，防洪堤堤距减 小，防洪堤背坡变缓，增设了 2 处过水路面及 4 处固定断面，从而 从整体提高了工程的经济性、安全性与可行性，基本达到了通过设 计变更解决治理河道被破坏、不能施工的目的，故本次变更对工程 总体影响是有利的。 1.6 设计变更方案的技术经济比较 通过本次设计方案变更，在保持大榆树沟河道防洪标准不变的 情况下，通过向上游移动 4.2km，避开了已经被破坏的河道，有利 于迅速开展工程施工。变更后方案增加了 4 个河道中的固定断面， 共计 6 个；增设了 2 个过水路面等穿堤建筑物，提高了工程的安全 性与防洪效益，优化缩短了工期，故本次变更技术经济上较为合理， 方案可行。设计变更前后技术经济比较见表 6-1。 9 2 设计变更发生的缘由 大榆树沟治理工程始终得到凉城县县委政府的高度重视，在工 程设计初期，专门召集发改、城建、土地等部门专题召开项目设计 会议，听取设计单位的设计理念汇报，并与设计单位负责人交换建 议和意见，集思广益，明确了大榆树沟治理工程设计的基本轮廓和 架构。 在工程初步设计批复后，为使大榆树沟治理工程按照计划能够 在今年开工，县政府多次召开由水利、土地、城建等部门参加的会 议，安排部署工程建设，协调各部门联动形成合力推进工作，明确 各部门的工作职责，听取各部门工作开展情况汇报并研究解决工程 建设涉及到的土地征用、城镇居民房屋拆迁等问题。 乌兰察布市凉城县大榆树沟防洪治理工程，经实地勘测与调查， 由于从呼市到集宁的运煤专线途经工程所在地河道，公路施工从河 道内取沙做路基，至使原本平整的河床形成很多深沟、弃渣，且公 路设计有穿堤建筑物桥梁一座，现正在施工。防洪工程设计重力墙 的位置，经放线多数在深沟内，深沟与原设计河床高差在 34 米之 间。因此施工单位无法按照设计图纸施工，需对原设计进行变更。 为解决工程施工难的问题，凉城县水利局经与乌兰察布市欣源 水业勘测设计有限公司多次沟通，本着不降低河道设计行洪标准、 减少征地与尽量不改变原设计思路的原则，结合大榆树沟的洪水特 性，由乌兰察布市欣源水业勘测设计有限公司对原设计方案进行了 设计变更。 设计变更后的断面既能保证防洪标准不降低，又能减少工程占 用耕地，为工程能够顺利开工建设创造了良好的条件，为此凉城县 水务局以关于凉城县大榆树沟防洪治理工程设计变更的报告 （2012凉水字第 18 号）向乌兰察布市水利局进行了请示，乌兰 察布市水利局也对此进行了批复，同意对本工程初步设计报告进行 10 变更。 11 3 设计变更内容 3.1 水文变更内容 3.1.1 治理河段设计洪水变更内容 （1）变更前设计洪水计算 在 2011 年 3 月由我公司完成的内蒙古凉城县大榆树沟防洪治 理工程初步设计报告中，治理河段设计洪水由渠首上游洪水及区 间支沟（后干沟）的洪水汇入叠加而成。集水面积为 290.0km2。 根据内蒙古自治区水文手册 （1977）中多年平均洪峰流量 地区经验公式：qm=6.14f0.55 100km2f2000km2 计算的大榆树沟治理河段 20 年、10 年和 5 年一遇设计洪峰流 量成果见表 3-1。 表 3-1 变更前治理河段设计洪峰流量成果表 p p50%20%10%5%2% k kp p0.451.462.53.685.34 q q支沟汇入前 支沟汇入前55.26179.3307.0451.9655.8 q q支沟汇入后 支沟汇入后62.46202.7347.0510.8741.2 （2）变更后设计洪水计算 由于变更后治理河段向上游移动了 4.2km，避开了大榆树沟的 一条支流“后干沟” ，治理河段的集水面积减少，为 232km2。 根据内蒙古自治区水文手册 （1977）中多年平均洪峰流量 地区经验公式：qm=6.14f0.55 100km2f2000km2 计算的大榆树沟治理河段 20 年、10 年和 5 年一遇设计洪峰流 12 量成果见表 3-2。 表 3-2 变更后设计洪峰流量成果表 p p50%20%10%5%2% k kp p0.451.462.53.685.34 q q支沟汇入前 支沟汇入前55.26179.3307.0451.9655.8 由表 3-1 和表 3-2 对比可知，变更后治理河段避开了后干沟，则 10 年一遇设计洪峰流量由 347 m3/s 减少至 307m3/s，减小了 11.5%。 （3）变更后设计洪水合理性印证 根据专家审查意见，本次设计变更仅是积水面积减小，其它自 然、水文等条件没有变化，基于上述原因，认定利用内蒙古自治 区水文手册 （1977）中多年平均洪峰流量地区经验公式： qm=6.14f0.55 100km2f2000km2，计算的设计洪水成果是较为合 理的。 3.2 工程地质变更内容 设计变更前后本工程地质情况未发生变化，现将地质情况简述 如下： 第四系全新统冲洪积（q4al+pl）低液限粉土：褐黄色，稍湿 湿，稍-中密状，可塑，含植物根系。基底高程在 1302.23m1358.70m，厚度 0.2m4.1m。天然容重：1.87g/cm3；干 容重：1.81 g/cm3；比重：2.91；内摩檫角：20；压缩系数： 0.75mpa-1；压缩摸量：2.67mpa；详见各土层物理力学性质参数 统计表 ，平均渗透系数 3.710-5。 第四系全新统冲洪积（q4al+pl）级配不良砾：灰白色，湿，密 实，次磨圆状，以长石、石英为主，夹有卵石及漂石。据室内渗透 13 性试验，渗透系数为 2.210-2cm/s。 本区位置处于阴山东西复杂构造带的南缘，因受华夏系构造的 干扰，形成北东东向构造形迹。主要特点为太古代早期褶皱构造即 近东西向程家营-太平寨单斜构造，地层走向北东东，一般为 80 度，倾向北，倾角变化大，一般在 48-72 度左右。 依据地震烈度分区图和 gb18306-2001中国地震动参数区 划图 ；本区地震动峰值加速度为 0.15g，相当于地震基本烈度度。 料场变更情况： 原设计料场运距分别为：土料场 5km，石料场 5km，砂砾料场 沿河分布取用。 本次设计变更后，因为治理河段上移，所以料场运距发生了变 化：土料场运距仍为 5km；石料场运距变为 10km，增加了 5.0km； 砂砾料场仍然是沿河分布取用。 本次设计变更堤后防洪道路的填筑材料均采用本工程开挖弃料， 开挖弃料能够满足工程的需要，没有外运土方。 3.3 工程任务与规模变更内容 由于本工程治理范围与防护对象未发生变化，故工程任务与原 大榆树沟初设报告相同：即保障 1600 人，农田 0.78 万亩的防 洪安全；因设计洪峰流量由 347m3/s 变为 307m3/s，故河道水面线需 重新推算，重新推算后的成果如下： 3.3.1 水面线推算 3.3.1.1 糙率确定 本次变更糙率保持不变，即整治前采用 0.03，整治后仍采用 0.03。 3.3.1.2 计算方法 （1）计算方法与原大榆树沟初设报告相同，采用河道恒定 14 非均匀流计算公式的主要理论依据是伯努利能量守恒方程式，从下 游断面向上游推算水位，得到整个河段的不同流量对应的水位。 （2）河道洪水位计算的起推水位计算方法不变，采用均匀流法 计算。水面线推求控制下游末端水位为 1303.89m。 3.3.1.3 现状洪水位 由于设计洪峰流量发生变化，故本次变更对现状洪水位进行了 重新推算：在实地测量的断面数据的基础上结合 1 万地形图进行修 正，大榆树沟洪水计算标准为 10 年一遇，设计洪峰流量 307m3/s。 通过计算，现状河道发生 122 m3/s 的洪水即出槽漫溢，主槽断面流 速为： 3.01m/s。 3.3.1.4 设计洪水位 由于设计洪峰流量发生变化，故本变更对设计洪水位进行了重 新推算：设计洪水位按本次工程设计断面进行计算。10 年一遇的设 计洪水位（水面线推求）计算成果见表 3-3。 表 3-3 河道设计洪水位（水面线）成果表河道设计洪水位（水面线）成果表 序序 号号 桩号桩号 河底高河底高 程程(m) 水深水深 (m) 设计洪设计洪 水位水位(m) 流速流速 (m/s) 左岸地面左岸地面 高程高程(m) 右岸地面右岸地面 高程高程(m) 左岸堤顶左岸堤顶 高程高程(m) 右岸堤顶右岸堤顶 高程高程(m) 10+0001362.021.11363.123.411362.621362.371364.601364.60 20+2001359.361.21360.563.261360.391360.571362.351362.35 30+4001356.4811357.483.451356.661356.801358.611358.61 40+6001354.4211355.423.361354.841354.961356.781356.78 50+8001351.761.321353.084.131351.801354.07 61+0001349.661.321350.98 4.251350.931353.26 71+2001346.821.11347.923.701347.261349.17 81+4001345.561.41346.964.271345.671348.14 91+6001342.781.491344.274.431342.971345.53 101+8001340.681.581342.264.501340.831343.42 112+0001338.881.11339.983.671339.841341.94 122+2001336.7311337.733.411336.951336.841339.941339.94 132+4001333.9811334.983.401334.171334.211336.311336.31 142+6001331.8411332.843.401331.781331.851333.891333.89 15 序序 号号 桩号桩号 河底高河底高 程程(m) 水深水深 (m) 设计洪设计洪 水位水位(m) 流速流速 (m/s) 左岸地面左岸地面 高程高程(m) 右岸地面右岸地面 高程高程(m) 左岸堤顶左岸堤顶 高程高程(m) 右岸堤顶右岸堤顶 高程高程(m) 152+8001329.7711330.773.381330.221330.101332.201332.20 163+0001327.820.791328.612.991328.181328.141330.271330.27 173+2001325.480.591326.072.481325.921325.621327.701327.70 183+4001322.910.71323.612.741323.011323.171325.261325.26 193+6001320.551.061321.613.571321.461323.54 203+8001318.290.771319.062.271319.191321.24 214+0001316.240.851317.093.121317.101319.03 224+2001314.620.831315.452.791314.921317.01 234+4001312.5511313.553.361312.611312.641314.691314.69 244+6001310.500.831311.333.061310.391312.49 254+8001308.291.021309.313.501309.121311.00 265+0001305.361.601306.964.611306.761308.80 275+2301303.160.731303.892.791303.561305.55 16 3.4 工程布置及主要建筑物变更内容 由于设计洪水流量成果及工程规模的变化，本次变更对河堤堤 距、横断面型式、堤防稳定、河道冲刷深度、堤脚防护型式等重新 进行了设计与计算，并根据专家审查意见，对堤防填筑设计、穿堤 建筑物设计等内容进行了优化设计，现分述如下： 3.4.1 河堤堤距 大榆树沟属于蛮汗山区狭窄河床，两岸分布有带状农田，为了 减少占地，选择浆砌石重力式堤防为主较为合适。防洪工程过去修 了简陋单侧重力式浆砌石防洪堤约 200m，其余地段均为自然冲刷形 成的沟，沟宽 80-120m，平均沟深 0.8 m 左右。经计算过水能力为 184.0m3/s。 根据确定的防洪标准为十年一遇，洪峰流量为 307.0 m3/s。结合 河道实际情况，确定适当的堤距，该堤距为双侧护的堤距。 1.当堤距为 80.0m，水深 1.0m 时，最大过流能力为 278.0 m3/s。 这时许多河道将被缩窄，当遭遇十年一遇以上的洪水时，河流的行 洪能力不足，不能满足河道治理的要求。 2.当堤距为 100.0m，水深 1.0m 时，最大过流能力为 349.7 m3/s。这时部分河段将被拓宽，河道的行洪能力虽然大幅提升，但 河岸边的农田将被占用，也不能满足河道治理的要求。 3.当堤距为 90.0m，水深 1.1m 时，最大过流能力为 314.2 m3/s。 此时河道拓宽和缩窄的地段都很少，河道的行洪能力也能满足河道 治理的要求。 17 经分析确定大榆树沟河道治理段的双侧护河段的堤距为 90.0m。 由于变更后缩窄河道，双侧护段 0+0000+686、2+0824+035、4+2004+520 段堤距控制范围由 100.0m 变为 90.0m；单侧护段为 0+6862+082、4+0354+200、4+5205+230，堤距控制范围变为 45.0225.0m。 3.4.2 堤型选择 为了实现该河保护农田和村庄的目的，力求在设计洪水的情 况下既保护了农田、村庄，又经济适用，少占农田。大榆树沟的实 际情况是河道狭长，两岸就是宝贵的农田。 1.如果采用土质堤防，那么以堤顶宽 3.0m，迎、背水边坡均为 1:2.5，堤高为 2.0m 时，一侧堤防底宽就是 13.0m,在保证行洪要求的 同时，堤防将占用大量的农田土地，虽然经济上比较合理，但现实 中不可行，农民有限的宝贵土地不会允许被占用的。 2.如果采用浆砌石重力堤防，那么墙基础深 1.0m，墙高 2.1m， 底宽 2.1 m，重力墙迎水面为直立式，背坡 10.4 时，工程占地少， 而且在治理河段在山区，石料可就地取材，价格也低廉，而且浆砌 石堤防经久耐用，维护简单。 此次防洪治理河段堤防总长为 7.84km，以浆砌石堤防为标准， 土质堤防和浆砌石护坡式堤防比其分别多占地 314 亩。 因该河道两岸均为农田，特别是右侧大部分为水浇地，土地十 18 分珍贵。考虑到九号村到水磨村已形成窄深式的河道，河道比降较 陡，冲刷严重，同时为了减少占地，经方案比较按照技术可行，经 济合理的原则，在这里全部堤防将采取重力式浆砌石结构。 3.4.3 堤身设计 3.4.3.13.4.3.1 堤顶高程的确定堤顶高程的确定 1.设计洪水 根据洪水计算结果, 该河十年一遇洪峰流量为 307.0m3/s 。 2.堤顶高程计算公式： z=z0+r+e+a 式中：z堤顶高程(m)； z0设计水面高程(m)； r设计波浪爬高(m)； e设计风雍增高(m)； a安全超高 (m) 按堤防工程设计规范 gb50286-98，确定 5 级堤防的安全超高为 0.5m。 以上各项计算如下： 根据堤防工程设计规范gb5028698 附录 c 计算确定。 重力式浆砌石挡土墙：当m1.25 时按下式计算 hrkkkr pvp0 19 式中：rp 累积频率为 p 的波浪爬高(m)： 斜坡的糙率及渗透系数，砌石护面取 0.75； k kv 爬高累计频率换算系数，取 1.75； kp 经验系数，可根据风速v(ms)、堤前水深 d(m)、 重力加速度g(ms2)组成的无维量 ，查表得 l.26；gdv r0 无风情况下，光滑不透水护面()、1 k 时的爬高值(m)，按堤防工程设计mh1 规范表 c.3.14 确定。取 l.24； 堤前波浪的平均波高(m)，由波浪要素公式计h 算确定。 70 2 450 2 0.7 22 70130 00180 7 . 013. 0 . . v gd .th. v gf . th v gd th v hg 50 2 913 . v hg . v tg 式中： 平均波周期(s)：t v 计算风速(ms)；取凉城县汛期多年最大风 速平均值 9.3m/s 的 1.5 倍，14.0ms； f 风区长度(m)； g 重力加速度(ms2)。 经计算：m1.25 时，计算波浪爬高为 0.38。 (2)风雍增水高度 20 根据堤防工程设计规范gb5028698 附录 c 公式 21 计算确定。 gd fkv ecos 2 2 式中：e设计点的风雍水面高度(m)； k综合摩阻系数，可取k=3.6106： v设计风 速，按 计算波浪的 风速确定，v=14.0ms； f由计算点逆向量到对岸的距离(m)：100m； d水域的平均水深(m)1.1m； 风向与垂直于堤轴线的法线的夹角(度)。 计算得风雍增水高度为 0.o08m，均小于 0.olm，可忽略不 计。 经计算大榆树沟堤防安全超高为 0.5m，考虑波浪爬高作 用，加高 0.38m,确定总加高 1.0m,设计水深 1.1m。堤高确定为 2.1m。 3.4.3.23.4.3.2 堤防断面设计堤防断面设计 1、堤顶宽度 根据堤防工程设计规范gb50286-98 中的规定，并考 虑汛期防洪交通要求，5 级堤防堤顶宽度为 3.0m。 2、堤坡 按照堤防工程设计规范gb5028698 中的规定，浆砌 石重力式挡土墙堤防迎水坡采用 0，背水坡采用 10.4。 3、防洪堤断面尺寸 21 按确定的防洪标准，结合考虑现河道断面确定堤宽b=90m ，平均i=1/88，n=0.03，h=1.1m，计算得最大行洪能力为 314.2m3/s，大于十年一遇洪水 307.0 m3/s，满足行洪设计标准。 本次河道治理河段在土石山区，综合考虑占地、拆迁、投 资及挖填方的要求，排除了使用土堤的可能性，而治理河段周 边有许多采石场，块石价格低廉，储藏量能够满足施工需求， 所以在这里选择堤型为浆砌石重力式堤防，其占地少，坚固耐 用，符合设计的要求。 堤型为浆砌石重力式护岸。重力式浆砌石超高取 1.0m，则 断面尺寸为堤距 90m，设计水深 1.1m，堤高 2.1 m，堤顶宽 0.5m。堤防背侧采用河道挖方弃土填筑宽 3.0m，距堤顶 1.0m 高的防洪应急通道,为砂砾石路面。防洪堤结构见图。 3.4.3.33.4.3.3 堤身结构设计堤身结构设计 稳定计算 （1）抗滑稳定计算 大榆树沟防洪堤所处的河道属于季节性河流，只在汛期有 几次洪水下泄，平时为河干。防洪堤的抗滑稳定最不利时是在 堤前无水的情况下，因此抗滑稳定计算按河道无水与河道洪水 位为设计水位 1.1m 时的 2 种工况时考虑。 p wf ki 式中：ki抗滑稳定安全系数（规范要求 5 级提防为 22 1.15） w作用于墙体上的全部垂直力的总和 p作用于墙体上全部水平力的总和 f底板于堤基础之间的摩擦系数(本区基础为 沙壤土，0.4) 工 况 堤前堤背 w （kn） p （kn） f ki 标准备注 1 无水填土 131.1217.540.42.841.15 满足要 求 2 设计水位 1.1m 填土 131.1212.150.44.321.15 满足要 求 两种工况分别计算得ki为 2.99 和 4.32，均大于 1.15，均 满足要求。 （2）抗倾稳定计算 h v m m k0 式中：k0抗倾稳定安全系数（规范要求 5 级提防为 1.40） mv抗倾覆力矩（计算得 69.79knm） mh倾覆力矩（计算得 10.99knm） 工 况 堤前堤 mv （knm） mh （knm） k0 标准备注 23 背 1 无水 填 土 69.7910.996.351.40 满足要 求 2 设计水 位 1.1m 填 土 78.1410.997.111.40 满足要 求 两种工况分别计算得k0为 6.35 和 7.11，均大于 1.40，均 满足要求。 （3）重力墙基地应力计算 w m a g minmax、 式中：基础的最大和最小压应力 minmax、 g垂直荷载 a底板面积 m荷载对底板形心轴的力矩 w底板的截面系数 经计算得最大 66.27ka,最小 40.65 k，远小于地基 砂砾石的允许承载能力 120k。同时也充分考虑了防洪堤沿 线地基不均匀性的安全储备（=max/min=1.632.0） 。 3.4.3.43.4.3.4 防洪堤防护设计防洪堤防护设计 1、冲刷计算 24 （1）堤岸冲刷深度计算 不冲流速校核： 根据河床土质及河道行洪断面，其允许不冲流速为 1.1m/s，而河道设计流速为 1.73.12m/s，大于允许不冲流速， 故需要计算水流对河槽造成的冲刷深度。 冲刷深度计算 根据堤防工程设计规范gb5028698 并结合本河道的 堤线布置情况，堤防直线段采用平顺护岸冲刷深度公式计算冲 深，在弯道处采用斜冲护岸公式计算冲刷深度。 a、水流平行于岸坡产生的冲刷按下式计算： = b h p h 1)( n cp v v 允 式中:hb 局部冲刷深度(m)，从河底算起； hp 冲刷处的水深(m)；1.2 m vcp平均流速(m/s)；3.00m/s v允河床面上允许不冲流速，取 1.1(m/s)； n与防护岸坡在平面上的形状有关，取n=1/4； 经计算，平行水流的冲刷深度为 0.342m。 b 水流斜冲防护岸坡产生的冲刷按下式计算： d gm v a tg h i p 30 1 2 23 2 2 式中：hp从河底算起的局部冲深(m)； 25 水流流向与岸坡交角 15； m迎水面边坡系数 0； d坡角处土壤粒径 0.0025(m)； vi水流局部 冲刷流速(m/s)，vi的计算按无滩地 河床考虑。 p i w q v 式中：q设计流量(m3/s)； wp设计河道过水断面积； 斜冲冲刷深度计算表斜冲冲刷深度计算表 位置位置流量流量 q(mq(m3 3/s)/s)(度度) ) m m 均均 d(m)d(m) v vi i(m/s)(m/s)h hp p(m)(m) 2+0243071500.00253.674.10 4+3913071500.00253.363.42 4+4623071500.00253.363.42 计算结果显示，河道局部冲刷深度在 4.10m。防洪堤基础 深 1.0m，故在弯道处需进一步防护。 本设计变更在弯道转折处墙脚采用铅丝石笼防护，其护宽 按 23 倍最大冲深值计算，设计防护尺寸为：宽 8.0m，长 60.0m，厚 50cm的铅丝网石，网石下面为 15.0cm 厚的砂砾垫层 和一层土工布。 3.4.4 堤防横断面设计 变更前防洪堤横断面型式采用梯形断面，浆砌石重力墙基础深 26 1 m。墙高 2.1m，底宽 2.1 m，重力墙迎水面为直立式，背坡 10.3；根据专家审查意见，考虑到防洪堤背面不全部填土，为了 增加防洪堤的安全稳定性，将浆砌石重力墙的背坡改为 1:0.4，相应 地重力墙基础底宽变为 2.34m，其余项目保持不变。 则原设计抗滑稳定系数 ki为 2.44，抗倾稳定系数 k0为 3.78， 变更后抗滑稳定系数 ki为 2.84，抗倾稳定系数 k0为 6.35。 3.4.5 穿堤建筑物设计 为了为了保持河道较陡地段的河床不被严重冲刷下切，也为了 在河道上淤积被采砂后遗留下的大坑，增设浆砌石固定断面 4 处， 共计 6 处。固定断面的技术参数与变更前的一致，为：宽 8 米，深 0.5 米，迎水面设 1.2 米深的齿墙，墙厚 0.8 米，下游面设 1.5 米深 的齿墙，墙厚 1 米，固定断面为铅丝笼网石结构，轴线桩号分别为： 0+434、0+889、1+254、2+228、3+600、4+520。 为了方便村民出行及田间耕作的需要，在村庄附近的过河道路 上增设置交叉工程浆砌石过水路面 2 处,共计 4 处。因治理河段两侧 重载运煤专线公路仍在修建中，每天均有大量重载车辆通过河道上 的过水路面，所以为了防止刚修好的过水路面被破坏掉，向将过水 路面的浆砌石路面厚度由原设计的 30cm，变为 60cm，其余的技术 参数与变更前一致：其长度为分别为：90.0m, 125.0m, 125.0m, 100.0m，宽度均为 5.0m，路面为 60cm 厚的浆砌石结构，其路面在 岸边的坡度为 1:10。其轴线桩号分别为： 0+468、1+080、4+709、5+230。 在河道的转弯处设置护脚，以防止洪水流速太大冲刷堤防，防 洪护脚的具体尺寸原来为：宽 8m，长 10m，厚 50cm 的铅丝网石。 为了更加合理地防止洪水冲刷堤防，现变更为宽 5m，长 60m，厚 50cm 的铅丝网石。桩号分别为：2+024, 4+391, 4+462。 27 在防洪堤两侧同样布置上堤坡道 5 处，坡道的设计参数不变， 仍然是：坡度为 1:10,边坡坡度为 1:2.5，宽度为 4m。桩号分别为： 1+000, 2+600（双侧）, 4+000, 5+000。 在桩号为 0+368 处的左岸，有一条小的洪水沟汇入，在沟口布 置一处喇叭形的引洪口，使沟里的洪水能够顺利汇入大榆树沟中。 引洪口的重力式浆砌石挡墙的设计尺寸为：堤高 1.5m，顶宽 0.5m, 底宽 2.0m，基础深 1.0m。堤防迎水面边坡直立，背水面为 10.3。 引洪口： 在桩号为 0+368 处的左岸，有一条小的洪水沟汇入，在沟口布 置一处喇叭形的引洪口，使沟里的洪水能够顺利汇入大榆树沟中， 该沟集水面积为 2.2km2。引洪口依山势，其宽度为 18.0m，其十年 一遇洪峰流量为 20.35m3/s。 引洪口的重力式浆砌石挡墙的设计尺寸为：堤高 1.5m，顶宽 0.5m,底宽 2.0m，基础深 1.0m。堤防迎水面边坡直立，背水面为 10.3。 3.5 施工组织设计变更内容 3.5.1 弃方 为节省工程投资，将挖方土就近回填到堤防的背面，作为防洪 道路的部分材料。运距很短。不需要专门将挖方土运至弃渣场。 3.5.2 土方平衡 本工程设计变更前土方开挖 4.0109 万 m3（自然方） ，土方回填 3.9936 万 m3（实方） ，经土方平衡后需要取土 0.0173 万 m3（实方） ， 从土料场运至施工河段进行填垫，运距 5.0km。 变更后土方开挖 4.1036 万 m3（自然方） ，土方回填 4.0983 万 28 m3（实方） ，经土方平衡后需要弃土 0.0053 万 m3（实方） ，从施工 现场运至附近河段的采砂大坑中进行填垫。变更后土方平衡表见表 3-10。 表 3-10 土方平衡表 单位：m3 序号工程项目 土方开挖 （自然方） 土方回填 （实方） 弃土 （实方） 1主体工程410364098353 3.6 设计概算变更内容 3.6.1 投资指标 原概算审批投资 1094.42 万元，变更后总投资 1094.03 万元。各 部分投资变化见表 3-12： 表表 3-12 大榆树沟初步设计概算变更投资表大榆树沟初步设计概算变更投资表 单位：元单位：元 序号序号工程或费用名称工程或费用名称审批投资审批投资 变更投资变更投资增（减）增（减）变更备注变更备注 第一部分 建筑工程 8646263 8607976-38287 一主体建筑工程 8646263 8607976-38287 （一）疏浚工程8559 148146255 1 挖方8559 148146255 （二）堤防工程 8081668 7678018-403650 1 土方开挖90244 73966-16278 2 土方填筑214084 2193875303 3 土方填筑 4 浆砌石6633154 6388419-244735 5 沥青杉板427841 400137-27704 6 砂垫层263276 244751-18525 7 顶层 c20 砼196870 164232-32638 8 砂砾石路面256201 187125-69076 （三）固定断面165175 446393281218 1 土方开挖1901 52443343 2 土方回填344 1240896 3 铅丝石笼162929 439909276980 （四）护脚 5820629 序号序号工程或费用名称工程或费用名称审批投资审批投资 变更投资变更投资增（减）增（减）变更备注变更备注 1 土方开挖 777 1707930 2 土方回填 413 96-317 3 铅丝石笼 46163 12446078297 4 砂砾垫层 4740 134738733 5 土工布(400g/m2) 6113 146708557 （五）过水路面工程 141841 312948171099 1 土方开挖1978 37151737 2 土方回填661 459-202 3 砂垫层19336 3293313597 4 浆砌石护底118137 268927150790 5 干砌石1729 69145185 （六）上堤交通坡道 609 1398789 1 土方填筑 609 1398789 第二部分 机电 设备及安装工程 150000 1500000 一管理设备 150000 1500000 1 防汛用车 150000 1500000 第四部分 临时工程 267126 31307645950 一 临时道路工程45000 75000 30000 二 施工围堰26711 4251015799 1 围堰土方填筑20505 3263512130 2 围堰土方拆除6205 98763671 三施工房屋建筑工程 151070 151182112 1 施工仓库 20000 200000 2 办公生活福利建筑 131070 131182112 四其他临时工程 44345 4438338 第五部分 独立费 用 一 建设管理费31.73 31.730 万元 二 科研勘测设计费45.32 44.360.04 万元 三 材料价差44.63 43.46-1.17 万元 一至五部分合计1028.02 1027.65-0.37 万元 30 序号序号工程或费用名称工程或费用名称审批投资审批投资 变更投资变更投资增（减）增（减）变更备注变更备注 基本预备费51.40 51.38-0.02 万元 i 静态总投资1079.42 1079.03 -0.39 万元 ii 水土保持费 10 100 万元 iii 环境保护费 5 50 万元 投资总计1094.42 1094.03 -0.39 万元 3.6.2 概算编制变化说明 （1）主要材料价格：原概算采用 2011 年第二季度凉城县市场 价格，变更概算仍采用 2011 年第二季度凉城县市场价格。如表 3- 13。 表 3-13 主要材料价格变化表 材料名称单位原概算价格变更概算价格 块石m35454 汽油t80008000 水泥t365365 碎石m36060 柴油t86008600 砂m33838 （2）税金：仍然采用原概算税金 3.35%。 （3）建设单位人员经常费：原概算根据建设单位定员、费用指 标和经常费用计算期进行计算，变更概算根据 116 号文并结合工程 实际情况进行计算。 3.7 经济评价变更内容 由于投资的变化，经济评价需要变更的内容如下： 3.7.1 固定资产投资 固定资产投资为由 1094.42 变为 1094.03 万元。 3.7.2 年运行费 年运行费由 56.974 万元变为 54.702 万元。 31 3.7.3 经济盈利能力指标计算 变更前本项目国民经济内部收益率为 11%，大于 8%，国民经 济净现值为 493.07 万元，大于 0，经济效益费用比为 1.28，大于 1。 变更后本项目国民经济内部收益率为 11%，大于 8%，国民经 济净现值为 415.15 万元，大于 0，经济效益费用比为 1.