文物保护防洪工程初步设计.docVIP

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1工程概况1.1地理位置xxxx市xxxx文物保护防洪工程位于xxxx市西7.5km处的xxxx（又称xxxx）北岸崖壁脚处。1.2工程建设任务工程建设的主要任务是在xxxx河道北岸新建205m的防洪堤，改建加固加高旧防洪堤220m，在防洪堤前面设5座防洪堤丁坝，疏导xxxx河水安全下泄，保护xxxx墩体基础，维护xxxx文物安全。1.3设计依据本项目设计依据的技术规范及文件：（1）中华人民共和国文物保护法（2002年10月28日第九届全国人民代表大会常务委员会第三十次会议通过）；（2）中华人民共和国防洪法（1997年8月9日主席令第88号）；（3）防洪标准（GB5020194）； （4）堤防工程设计规范（GB50286-98）；（5）水利水电工程地质勘察规范（GB50287-99）；（6）xx省文物保护条例（7）水工设计手册；（8）xxxx市xx文化旅游景区建设项目可行性研究报告（xx旅游学院）；（9）xxxx省xxxx市xxxx文物保护防洪工程初步设计报告（xxxx市水利水电勘测设计院）。1.4工程规模根据防洪标准（GB5020194），xxxx属于国家级文物，防洪标准按照100年一遇洪水设计，工程等级为等，主要建筑物防洪堤级别为1级。本工程属于xxxx市长城文化旅游景区建设项目的子项目，工程总投资290.64万元，按照资金投入划分为小型水利水电工程建设项目。1.5工程总体布置和建筑物的布置防洪堤的布置既要保护文物安全，起到防洪护岸作用的原则，又要保持文物景观的协调性、完整性，不破坏文物景观的特色，要尽量利用主河道两岸的有利地形，尽量少挤占河道，力求与河道流向相适应，保持河道水流顺畅。依据此原则防洪堤线路布置设计如下，桩号0+0000+220段为改建加固段，改建现状防洪堤，加高防洪堤体；桩号0+2200+425段为新建防洪堤段，该段堤尽量靠近崖脚布置，以少挤占用河道，防洪堤轴线在桩号0+2200+250处成125角，半径为94m的弧线连接，以保持水流顺畅。防洪丁坝按照等距原则布置在防洪堤前，与防洪堤呈直角相连接，丁坝呈半圆台形，基础埋深与防洪堤等深。1.6工程投资依据xxxx省水利厅xxxx水规发199215号文关于水利水电工程编制办法、水利水电工程设计预算费用构成及计算标准编制本工程投资预算，建筑工程采用xxxx水规字1990颁发xxxx省水利水电建筑预算定额， 根据以上编制原则，结合本工程的实际情况特点，经分析计算工程总投资290.64万元。其中建筑工程200.71万元，临时工程18.48万元，其它费用46.93万元，基本预备费15.73万元。2 水文 气象2.1气象xxxx上段海拔高程在3000m以上为高山环抱，属高寒半干旱气候区，出山口以下河流进入戈壁荒漠，气候属温带干旱气候，根据xxxx气象站资料统计，工程区多年平均气温7.3，极端最高气温38.4，极端最低气温-31.6，降水量85.3mm，主要集中在69月，占年降水量的69%，蒸发量2148.8mm，平均风速2.3m/s，最大风速26m/s，风向多西北，无霜期130d，最大冻土深1.32m。2.2洪水2.2.1防洪标准xxxx为国家级重点文物，根据防洪标准（GB5020194），确定本工程等级为级，防洪标准为100年一遇洪水设计。施工期河道临时施工导流围堰按照5年一遇洪水设防。2.2.2洪水系列频率计算结果用xxxx站19482002年共54年资料加上1年调查历史洪水资料组成不连续洪水系列进行频率分析计算。采用矩法初估统计参数，用PIII型曲线进行适线，求得xxxx站年最大洪峰流量设计参数：Q平均=201m3/s，Cv=1.25，Cs=4Cv，设计洪水成果见表21。xxxx站设计洪水成果表表21方法均值（m3/s）CvCs/Cv频率0.5%1%2%3.33%5%10%频率分析（设计采用）2011.2541690135010208166454022.2.3分期设计洪水xxxx流域34月由于气温升高，冰雪融化而水量增多，偶有春汛发生；5月份为过渡期，69月份降雨集中，多发生洪水，为汛期，10月份为过渡期，11月份至次年2月份降雨稀少，基本为地下潜流，为枯水期。基于xxxx来水特性，划分为春汛期（34月）、春汛期至汛期过渡期（5月）、汛期（69月）、汛期至枯水期过渡期（10月）、及枯水期（11月至次年2月）五期。采用不跨期独立选样方法，选取相应时段内最大流量，进行频率分析计算。用矩法估算参数，PIII型曲线适线，得到分期设计洪水成果，详见表22。xxxx站分期设计洪水成果表单位：m3/s 表22时段各种频率设计值5%10%20%33.3%34月24.121.318.717.15月6548.332.223.169月64540221520110月28.525.923.121.111次年2月66.521.11817.03 工程地质条件3.1区域地质概况工程区位于阴山-天山构造体系祁连山构造带与河西走廊分界线西部的冲洪积倾斜平原上，即属于xxxx盆地（xxxx-xxxx坳陷）南缘中部，属山前冲洪积扇倾斜平原区。河西走廊区是祁连山和走廊北山之间的狭长地带，由于文殊山、榆木山、大黄山横向隆起的叠加而分割为xxxx盆地（x西盆地、x东盆地）、张掖盆地及武威盆地。工程区处在xxxx西盆地东缘，本区域自下第三纪渐新世以来，受喜马拉雅运动及祁连山北麓大断裂复合构造运动的影响，造成南北山区剧烈上升，盆地区相对沉降。至中更新世末期，区内新构造运动的表现逐渐减弱。依据前人资料，区内的上更新统（Q3）及全新统（Q4）地层未发现断裂迹象，其差异性的升降运动，仍是本工程所在区域的新构造运动的主要表现。根据中国地震动参数区划图（GB183062001），项目区地震反映谱特征周期为0.4s,地震动峰值加速度0.15g,基本烈度为度,所有建筑物均按度设防。3.1.1地貌项目建设区位于xxxx市西xxxx出山口形成的冲洪沟河床上，该断河流由西向东流折向东南，现河床狭窄，宽50115m，两岸为高耸崖壁，地形险峻，河岸高出河床5255m，本工程位于深切河谷的左岸。3.1.2地层岩性按照中小型水利水电工程地质勘察规范（SL55-2005）要求，其工程地质勘察工作可将可研与初设合并进行，一次做到初步设计阶段，成果精度应达到初涉要求。开展工程地质工作。本工程区主要为河床第四系全新统砂卵砾石层，砂砾卵石层（Q4pl_al）为洪冲积，颗粒组成以卵砾石为主，经实地挖3个探坑（每个3.5米深）编录和采样经xxxx省地矿局xxxx市地质矿产第四勘察院实验室土工分析结果：漂石约占6.8 ，卵石占14-15% ，砾石约占3739 ，粗砂约占23-24，中砂约占9-13，细沙约占8-10%，粉砂以下的土颗粒小于5%，卵砾石的岩石组成主要为花岗岩、灰岩及深色变质岩石、砂岩等，磨圆度较好，多呈椭圆及扁平状，该层结构松散，无胶结。略有分选，在砂砾石层中局部含有厚1025cm的中细砂透镜体。河岸主要地层岩性为Q3plalxxxx砾石层的泥质砾岩，不是本工程工作范围。xxxx文物坐落在第四系上更新统Q3PLAL的xxxx砾石层上，基础基本稳定，主要的工程地质问题是尽量防止和减少河水对堤岸的冲刷、冲蚀、侵蚀。以降低河岸xxxx砾石层的风化和卸荷裂隙的产生，增加墩体基础的稳定性。因此尽快实施该项保护工程是十分必要的。3.1.3水文地质条件工程沿线均为砂卵石层，属河床及滩地。地下水为孔隙潜水，储存和运移在砂卵砾石层中，受河水补给影响，河道内地下水埋深0.52m。地下水类型与河水相同，为HCO3-、SO42-、Ca22-、K+、Na+、Mg2+型， PH值78，属淡水。3.2防洪堤线路工程地质条件该工程基础座落在第四系全新统（Q4pl_al）洪冲积砂卵石层上，该层主要由卵砾石和砂组成，xxxx省地矿局xxxx市地质矿产第四勘察院实验室土工分析结果。漂石约占6.8 ，卵石占14-15% ，砾石约占3739 ，粗砂约占23-24，中砂约占9-13，细沙约占8-10%，粉砂以下的土颗粒小于5%，卵砾石的岩石组成主要为花岗岩、灰岩及深色变质岩石、砂岩等，磨圆度较好，多呈椭圆及扁平状，该层结构松散，无胶结，层理性较差。略有分选，在砂砾石层中局部含有厚1025cm的中细砂透镜体。其主要物理力学性质参数；天然密度25.1725.32（KN/m3）, 干密度19.6019.80（KN/m3）,孔隙率3041%，孔隙比0.44-0.70，渗透系数5103cm/s，内磨擦角3035，允许承载力0.30.4Mpa。中细砂透镜体充填于卵砾石空隙中间，因范围和厚度小和卵砾石的骨架支撑作用，在外力和地震作用下不会产生液化作用，可不考虑产生液化。3.3天然建筑材料堤防工程沿线河床漫滩上的砂卵砾石层，均可作为该工程的填筑料，其主要技术指标由xxxx省地矿局xxxx市地质矿产第四勘察院实验室土工分析结果参数如下；漂石粒径大于200mm的约占6.8 ，卵石粒径20200mm级的占14-15% ，砾石粒径2-20mm的约占3739 ，粗砂粒径0.5-2mm的约占23-24，中砂粒径0.50.25mm的约占9-13，细砂粒径0.250.075mm的约占810%，粉砂以下的土颗粒小于3%，砾石料：比重2.79-2.82 g/cm3，孔隙率35，天然密度25.1725.32g/cm3, 干密度19.6019.80（KN/m3），含泥量小于0.25，针片状颗粒小于2.5。砂料：粒经0.250.5mm，细度模数2.5 ，比重是26.95（KN/m3），天然容重2425（KN/m3），干容重19.619.7（KN/m3），孔隙率为40，含泥量小于5，水冲洗后即可用于工程。天然砂石料松散系数6。大卵石：xxxx河床在项目区段大卵石量较少，故卵石需在洪水河床采集，平均运距2km.防洪堤工程沿线的砂砾石料，储量丰富，质量好。除粗骨料中的粒度模数偏低。砂料中的含泥量略有偏高外，其余指标均符合技术要求。在开采砂砾石料的施工中，一定要在距防洪堤工程1km以外的下游开采。对堤体的填筑质量控制标准建议按相对密度D=0.66控制。4 工程任务4.1防洪堤线路的总体布置4.1.1防洪堤线路总体布置 防洪堤线路布置设计如下，桩号0+0000+220段为改建段，改建现状防洪堤，堤线路不变；桩号0+2200+425段为新建防洪堤段，该段堤尽量靠近崖脚布置，少占用河道，防洪堤轴线在桩号0+2200+280段处成125角，半径为94m的弧线连接，以保持水流顺畅，总体布置详见防洪堤工程总平面布置图。4.1.2导流丁坝布置防洪丁坝布置设计如下，桩号0+0000+220段3座防洪丁坝布置在前堤坡，与原防洪堤和新建堤连接，在施工前将原堤体表面凿毛并清理干净，使新旧浆砌石密切连接；桩号0+2200+425段为新建防洪堤段，该段2座丁坝与防洪堤建设成为整体结构，总体布置详见防洪堤工程总平面布置图。4.2建筑材料4.2.1卵石从河道内外捡集的大块石、卵石须是未风化，强度严格要求达到MU100，并要求块石、卵石边长比小于4 且粒径（最小侧）不小于30cm，施工前对砌石石料表面清洗，去除锈蚀水垢、污物，对有裂缝的块石须沿裂缝敲开后使用，抛石粒径须大于50cm， 4.2.2砂砾石河道内采挖的砂砾石须耐风化、水稳性好，级配均匀，无草根、垃圾、腐殖质、污染物等，并对含泥量控制，含泥量小于5%。4.2.3水泥砂浆砂浆强度达到M10，拌合均匀，并且使砂料含泥量符合规范要求；4.3 防洪堤填筑4.3.1砂砾石填筑砂砾石坝体填筑相对密度大于0.65，干密度大于等于2.1T/m3，填筑工艺应严格执行土石坝施工规范，并预留沉降量。桩号0+0000+220段防洪堤背水坡坡比为1:1.5，砂砾石堤体需要加高加厚，施工时须将原堤顶、背水坡表面风化层、杂草层清除，清除厚度为30cm50cm,并对虫穴、鼠洞、软砂夹层等清理并回填碾压密实，再进行新堤体碾压施工，施工过程中铺砂厚度严格按照规范要求铺填，碾压密实度严格要求达到设计标准。桩号0+2200+425段防洪堤砂砾石堤体填筑碾压须考虑崖壁加固施工与堤体浆砌石施工相协调，铺填砂石料前清除表面风化层，清除厚度30cm50cm，施工过程中铺砂厚度严格按照规范要求铺填，碾压密实度严格要求达到设计标准。桩号0+2200+425段防洪堤基础、丁坝基础等开挖开后，如果发现墓穴、窑洞、井窑、杂填土等不利基础时，应及时清理并填筑密实，范围较大（超过2m2）则及时向业主方提出,由设计单位会同业主提出具体处理措施。如遇地基基础渗流流量较大，需采取排水措施，彻底排干基坑渗水，再进行施工。防洪堤后砂砾石堤体压实采用推土机平整，震动碾碾压夯实，压实干容重达到设计容重2.1t/m3。遇到文物等应及时和业主单位联系。4.3.2浆砌石浆砌石堤坡迎水坡比为1:0.45，迎水坡面砌石稳定、平整，砂浆振捣密实，新旧浆砌石粘贴面须将旧浆砌石表面凿毛，并清理干净，使新旧浆砌石粘结良好；浆砌砂浆勾缝须捣实，表面平整。4.3.3抛石抛石宜采用大块石或大卵石，块石或卵石粒径不得小于50cm。4.3.4排水孔设置新建防洪堤段距离地面0.5m处和1.5m高度设排水孔，排水孔呈梅花状布置，孔距（水平距）3m，孔径10cm10cm，孔呈15倾斜布置，靠砂砾石堤体处设排水反滤层，详见设计图。4.3.5防洪堤伸缩缝设计防洪堤堤体及齿墙每10m设横向伸缩缝一道，缝宽2.5cm，伸缩缝为沥青砂板填充。4.4防洪堤高度防洪堤高度分三段，第一段桩号0+0000+150段河床地面以上堤高5.5m；第二段桩号0+1500+220段河床地面以上堤高由5.5m过渡到5.0m，堤顶以斜坡过渡；第三段桩号0+2200+425段河床地面以上堤高5.0m。4.5堤顶结构本工程堤体顶宽设计为8m，鉴于迎水面为重力是挡土墙，墙顶宽0.7m，故不再设路缘石，要求填筑砂砾石堤体与挡土墙顶相平，表面碾压密实。4.6设计洪水条件下水深和流速依据设计洪峰流量、自然河道宽度和纵坡，计算河流水深和流速，计算公式如下： Q式中：Q设计流量，100年一遇洪水标准下洪峰流量为Q1%=1350m3/s； n河床糙率，按照河床表面状况，取值0.035； B河道有效宽度； h水深,m； j河道纵坡，河道平均坡降为1/158。代入相关参数计算得最大水深为4.41m，最大流速6.12m/s，最大过水断面面积220.75m2。计算结果详见表41。100年一遇设计洪水条件下河道水深及流速计算成果表表41水文断面河道有效宽度B水深m纵坡i流速v过水面积A糙率流量Qmmm/sm2m3/s71.63.561/1585.30254.90.035135050.24.411/1586.11221.10.0351350853.211/1584.95272.90.0351350106.72.801/1584.522990.0351350112.32.721/1584.43305.10.03513504.7砌护基础冲刷深度计算4.7.1平行水流的冲刷防洪堤桩号0+0000+200段，桩号0+3000+425段河道属于顺流河段，河水与堤岸平行，根据下列公式计算平行水流方向的洪水冲坑深度，计算公式如下： Hbhp（）式中：Hb冲刷深度，(m)； hp冲刷处的水深（m）;Vm平均流速；Vb允许流速，中砂砾石(粒径510mm)河道水深大于等于3m时允许不冲流速Vb=0.95m/s；2m时0.9m/s。n系数，取1/4100年一遇设计洪水条件下河道水深及流速计算成果表表42水文断面冲刷处水深hp平均流速Vm允许流速Vb系数n冲刷深度Hbmm/sm/sm3.565.300.951/41.914.416.110.951/42.613.214.950.951/41.642.724.520.901/41.50计算代入数据计算，计算结果见表42，由此计算得防洪堤齿墙最大深度为2.61m，设计防洪堤齿墙深度取整为3m。4.7.2斜交水流的冲刷防洪堤桩号0+2000+300段河道水流属于弯道水流，水流与堤岸轴线夹角为80,根据下列公式计算斜交水流方向的洪水冲坑深度，计算公式如下： Hb30d式中：水流与岸堤夹角，为40； m岸堤边坡系数，为0.45m；d坡脚计算土壤粒径,( m)，按照邻近工程筛分试验，约为5.05cm；Vb-按照公式Vb=计算；A0过水断面面积，（221m2）；A压缩部分的沟道过水断面面积；计算结果Vb=4.52m/s；计算代入数据计算，由此计算得防洪堤齿墙深度为1.85m。经计算的河道冲刷深度分别为1.85m和2.61m，按照河道洪水冲刷安全考虑，取大值安全，同时齿墙基础深度预留一定余度，故齿墙深度设计取整数为3.0m。4.7.3堤体筑堤材料要求选用xxxx河床内丰富的砂砾料为筑堤材料，其储量满足工程要求，但应清除河床表面堆积的风积砂和风化砂砾等杂物后，取无风化、无杂物的砂砾石料。砂砾料填筑干容重应达到2.1T/m3。4.8防洪堤抗滑稳定计算防洪堤桩号0+0000+220段属于改建段，桩号0+2200+425段属于新建段，其断面尺寸见表53图所示，根据下列公式计算防洪堤抗滑稳定，计算公式如下： KC式中:KC抗滑稳定安全系数； f底板与堤基之间的摩擦系数，为0.45；W作用于墙体上的全部垂直力总和（KN）；P-作用于墙体上的全部水平力总和(KN)； 计算代入数据计算，参数和计算结果见表43。防洪堤抗滑稳定计算成果表表43桩 号W1(t/m)W2(t/m)W3(t/m)W4(t/m)W5(t/m)fP(t/m)KC0+0000+2206.2813.0914.343.526.120.4522.871.400+2200+42553.9012.328.360.4520.273.06经计算防洪堤抗滑稳定安全系数分别为1.40m和1.66m，均大于规范要求安全系数1.35，堤体抗滑稳定安全。4.9防洪堤抗倾稳定计算防洪堤抗倾稳定根据下列公式计算，其断面尺寸见表53图所示，计算公式如下： Ko式中:Ko抗倾稳定安全系数；WH作用于墙体上的全部垂直力总和（KN）；WV-作用于墙体上的全部水平力总和(KN)； 计算代入数据计算，参数和计算结果见表44。防洪堤抗倾稳定计算成果表表44桩 号W1(t/m)W2(t/m)W3(t/m)W4(t/m)W5(t/m)P(t/m)Ko0+0000+2206.2813.0914.343.526.1222.871.780+2200+42553.9012.328.3620.272.55经计算防洪堤抗倾稳定安全系数分别为1.78m和2.55m，均大于规范要求安全系数1.60，堤体抗倾稳定安全。5 工程施工设计5.1工程条件5.1.1交道运输条件项目区位于xxxx市西7.5km处，新312国道、xx高速距项目区直线距离1km，xxxx市至xxxx的旅游交通道路直通，对外交通十分方便。拟建的防洪堤位于xxxx河河道内，从xxxx文物景区到河谷中有一条临时施工道路，可满足工程施工材料的运输和施工设施的进出场，施工场内河道上无交通道路，须建临时道路解决砂石料及石料的运输，根据河道及岸边的地形条件，临时道路应尽量布设在河床滩地上。5.1.2施工用水条件施工用水以河道水为主，水源水质符合施工水质标准，利用小型水泵从河道中抽取河水可满足施工用水的要求。5.1.3施工用电建设区北岸观景台内有380v的电源，接200m临时电线路可满足施工临时用电需要，不需设变压设施。5.1.4材料供应条件5.1.4.1外购材料施工所需的水泥可由xxxx水泥厂采购，运距7.5km。木材及零星建材由xxxx市采购，运距7.5km。5.1.4.2当地建材河道治理工程所需的砂、石材料较多，为建筑的主体材料。粗细骨料经现场勘察，xxxx河床的砂石经分筛水洗，为优质的砂石料，其质量可满足设计标准，且储量非常丰富，施工需所需细骨料可在河床中开采。筑堤材料选择在河床中的漫滩地，一方面对河道治理有利，另一方面可就近上堤，减少运距，在无河漫地段的筑堤，砂石沿主河道中心挖运至筑堤工地，除满足筑堤材料并运出主河槽，对行洪有利。5.2自然条件本工程建设处在海拔高程1730m-17400m之间，多年平均气温7.3，极端最高气温38.4，极端最低气温-31.6，最大冻土深132cm，多年平均降水量85.3mm，降雨主要集中在6-9月，多年平速2.3m/s，最大风速26m/s。 浆砌石施工期适宜在4月至6月10号前完工，施工期70d，土方开挖期适宜在34月，施工期约30d，土方填筑施工期适宜在36月，备料工程适宜在12-2月，约60d。5.3施工导流5.3.1施工导流标准本工程施工时间短，施工时段为3月到6月10日前，故直接采用该时段内导流设计洪水最大值确定导流建筑物尺寸，按照堤防工程导流标准，结合防护建筑物重要性等，确定本工程的导流洪水设计标准为5年一遇洪水，由时段洪水分析成果可知，5年一遇洪水34月份最大洪峰流量为18.70m3/s，5月份最大洪峰流量为32.20m3/s，6月份最大洪峰流量为215m3/s。5.3.2导流方式该防洪堤工程线路短，分单侧一次性建设，故事施工导流可以采用明渠导流，导流仅在单侧设土石渠堤，迎水面设草袋防冲刷。即在防洪堤建设段河道上沿河道水流方向开挖明渠，将开挖土石方堆积在北岸一侧，形成防洪导流堤，堤线须沿河道弯曲，在靠下游侧设排水沟排水。5.3.3导流建筑物设计导流土石渠堤设计断面为梯形，堰顶宽2m，前后边坡均为1：1.5，经计算在35月份32.20m3/s洪峰流量下，导流河段最大水深0.65m,超高按照五级建筑物设计为0.5m，导流堤高度为设计为1.20m； 在69月份215m3/s洪峰流量下，导流河段最大水深2.0m,堤防级别依据规范和导流堤的重要性划分为5级建筑物，故超高按照五级建筑物设计为0.5m，导流堤高度为设计为2.5m。5.3.4施工导流工程施工导流先开挖导流明渠，建设纵向导流堤，形成顺畅导流渠道后再建设横向渠堤，同时封堵上下游侧，形成封闭施工区，导流渠堤迎水面设草袋预防洪水冲刷堤体。5.4主体工程施工技术质量要求5.4.1备料工程工程备料主要为卵石、堤体填筑混合砂的备料，用量较大的为防洪堤浆砌卵石用料和抛石用料，料运距平均为2km。5.4.2基础开挖工程防洪堤基础开挖，挖深3m，土质为砂砾土，属类土，开挖边坡确定为1:0.5，工程水文地质分析，开挖基槽存在地下水位高，需进行排水，水下开挖边坡确定为1:1.25。根据防洪段河床地形的不同，地下水埋深亦不同，排水工程主要在北岸设置，需自上游至下游设置排水沟排水。在水量较大时辅助排水泵，排水采用4台2.2kw泵抽水为宜，总计排水时间40d。河道基槽开挖和筑堤长度，根据现场勘测，总长度205m，开挖总量5067m3，土堤坝