河道治理工程堤防设计大纲.doc

1 河道治理工程堤防设计大纲河道治理工程堤防设计大纲 河道治理工程堤防设计大纲 目目 录录 1 1概述概述 1 1 1 1 工程概况 1 1 2 任务来源 2 1 3 设计阶段 2 1 4 主要内容框架及深度要求 2 1 5 工程规模 4 2 2编制依据编制依据 5 5 2 1 主要采用的规程 规范 5 2 2 流域规划 设计成果 技术文件 5 3 3基本资料基本资料 5 5 3 1 气象资料 5 3 2 水文资料 6 3 3 工程地质 8 3 4 工程规模 等别和防洪标准 9 4 4各专业设计工作要求各专业设计工作要求 9 9 4 1 水文专业 13 4 2 工程地质专业 15 4 3 工程规划专业 15 4 4 水工专业 17 河道治理工程堤防设计大纲 4 5 工程管理专业 33 4 6 施工组织设计专业 34 4 7 环境影响评价专业 35 4 8 节能专业 36 4 9 工程投资概算专业 36 4 10经济评价专业 37 5 5结论及建议结论及建议 3737 河道治理工程堤防设计大纲 1 1 1概概述述 1 11 1 工程概况工程概况 地点位于我省甘南藏族自治州的东部 属陇南山地的北秦岭之西端 全县境内山大沟深 海拔多为 2500m 以上 是典型的高寒阴湿地区 县 内主要河流为洮河及其支流羊沙河 河道等 河道是洮河一级支流 发 源于太子山以南 源地海拔高程 3920m 河流自西向东流径夏河 临潭 临潭 康乐县等县并于康乐县连麓乡汇入洮河 治力关镇位于地点东北 端 约距县城 110km 东西两面与地点的新堡 康多两乡毗邻 东北与 渭源县的峡城 康乐县的连麓 景古等乡接壤 西南同本县冶力关和羊 沙两乡相连 治力关镇海家磨村 葸家庄及洪家社等村位于冶力关镇北 部的山谷地带 地形起伏较大 是黄土高原的过渡地带 地势由西北向 东南倾斜 海拔在 2109 2626m 米之间 工程所在地区是国扶贫困区 经济发展速度缓慢 基础设施薄弱 抵御自然灾害能力差 经济以农业为主 工程区内的葸家庄 海家磨村 洪家社等共计 5 个村民小组 446 户 2004 人 川台地及耕地共计 2537 亩 人均耕地占有面积少 2009 年人均收入仅为 1450 元 群众生活较为困 难 河道为洮河下游较大的支流 发源于太子山以南 源地海拔高程 3920m 流经省份的夏河 临潭 康乐等县 总河长约为 65 4km 干流 平均坡降约为 26 8 流域为椭圆形 地形起伏较大 山大沟深 属高 寒半湿润气候 山地阴坡森林茂密 植被良好 20 世纪 80 年代曾对河道治理做过初步规划 但由于种种原因 仅 在治力关大桥上游左 右两岸分别修建了零星干砌石护堤约 1300m 且 堤防互不衔接 工程标准低 质量差 整体防洪能力差 汛期洪水直接 河道治理工程堤防设计大纲 2 威胁着两岸居民的耕地 财产及生命安全 虽然 2003 年修建了河道葸 家庄 冶力桥大桥段堤防工程 但其它河段仍远远不能满足防洪要求 为提高该河段的防洪能力 地点水利局委托我院对河道海家桥 洪家庄 段治理工程进行勘察设计 经过我院对现场实地勘测 进行方案分析论 证 1 21 2 任务来源任务来源 项目建议书审查通过后 为尽快开展下阶段的工作 受地点水务局 的委托 2010 年 10 月开展河道初步设计阶段的野外勘测工作 2010 年 11 月将进行初步设计阶段的设计工作 1 31 3 设计阶段设计阶段 根据地点水务局的委托以及院项目管理处下达的生产任务 本次设 计工作的设计阶段为 初步设计阶段 1 41 4 主要内容框架及深度要求主要内容框架及深度要求 本阶段应在已审查和批复的项目建议书阶段报告为依据 根据审查 意见 遵循现行有关技术规程 规范及标准 主要依据 水利水电工程 可行性研究报告编制规程 报批稿初稿 对工程项目的建设条件进 行详查和分析论证 在可靠资料的基础上 进行方案比较论证 从技术 经济 社会 环境和节水节能等方面进行全面论证 评价项目建设的可 行性 重点论证工程规模 技术方案 环境 投资和经济评价 编制完成以下报告 1 编制完成 水文分析报告 负责人 2 编制完成 工程地质勘察报告 负责人 3 编制完成 工程经济评价报告 负责人 4 编制完成 工程环境评价报告 负责人 5 环境影响评价报告 需要由业主另行委托 河道治理工程堤防设计大纲 3 1 4 1 工作内容的深度用词掌握 工作深度都主要按照初步确定 初步选定 拟定 基本确定 基 本选定 和确定 选定 三个层次掌握 基本深度用词为 1 初步确定级包括拟定 初步选定 初步确定结论 本级确定的 结论在进一步比较论证后可调整 1 拟定 根据现行政策 规范及工程经验 经初步分析起草制 定 2 初步选定 根据已获得的资料及工程经验 对至少两个方案 进行综合比较后的起初选择 结论 3 初步确定 根据现行政策 规范 已获得的资料及工程经验 进行综合论证后的起初肯定结论 2 基本确定级包括基本确定 基本选定 本级要求论证充分 结 论可靠 做到主要影响因素无遗漏 依据的基础资料基本齐全可靠 参 与比较的方案具有足够的代表性 方案取舍时利弊权衡得当 1 基本选定 在初步选定和进一步获得资料的基础上 经多方 案 多方法对比论证形成的主要选择结论 2 基本确定 在初步确定和进一步获得资料的基础上 经多方 案 多方法对比论证后得主要肯定结论 3 确定级包括确定 选定 本级确定的结论无特殊情况不得变更 1 选定 在基本选定的基础上经进一步论证后的最终选择 2 确定 在基本确定的基础上经进一步论证后的最终肯定结论 1 4 2 主要内容和深度应符合下列要求 1 论证工程建设的必要性 确定工程的建设任务 河道治理工程堤防设计大纲 4 2 根据最新水文资料成果 2010 年河道水文站实测资料 确定主 要水文参数和成果 编制 水文分析报告 3 查明影响方案比选的主要地质条件 基本查明其他工程的工程 地质条件 评价存在的工程地质问题 对天然建筑材料进行详查 编制 工程地质勘察报告 4 确定工程等级及设计标准 基本选定工程总体布置及建筑物的 型式 5 选定对外交通运输方案 料场 施工导流方式及导流建筑物的 布置 基本选定主体工程主要施工方法和施工总布置 提出控制性工期 和分期实施意见 基本确定施工总工期 5 对主要环境要素进行环境影响预测评价 确定环境保护对策措 施 估算环境保护投资 6 初步确定劳动安全与工业卫生的设计方案 基本确定主要措施 7 明确工程的能源消耗种类和数量 能耗指标 设计原则 基本 确定节能措施 8 编制投资估算 进行投资对比分析 简述与上阶段 项目建议 书阶段 相比投资变化的情况和原因分析 从价格变动 项目及工程量 调整 国家政策性变化等方面进行原因分析 说明分析结论 9 分析工程效益 费用 分析主要经济评价指标 评价工程的经 济合理性和财务可行性 提出满足财务生存能力的建议 1 51 5 工程规模工程规模 本次新建堤防工程设计左岸起点为海家桥附近的老营苗圃靠河岸坎 边 终点为洪家园区下游约 200m 处 右岸从海家桥下游约 182m 处的 冶力关户外烧烤游乐园下游侧开始 至板家沟左岸结束 河道治理工程堤防设计大纲 5 2 2编编制制依依据据 2 12 1 主要采用的规程 规范主要采用的规程 规范 防洪标准 GB50201 94 堤防工程设计规范 GB50286 98 水工建筑物抗震设计规范 SL265 2001 水工混凝土结构设计规范 SL 191 2008 水工建筑物荷载设计规范 DL5077 1997 水工建筑物抗冰冻设计规范 SL211 2006 水利水电工程设计工程量计算规定 DL T5088 1999 工程建设标准强制性条文 水利工程部分 2010 年版 其他相关的国家法规 行业规范和规定 各专业按现行的相关国家法规和相关的规程规范执行 本设计大纲 不再列出 2 22 2 流域规划 设计成果 技术文件流域规划 设计成果 技术文件 2 2 1 规划阶段成果及专题 1 甘南水资源合理利用与生态保护综合规划 省份人民政府 省 份水利厅 2 2 2 项目初步设计阶段成果及审查意见 1 省份河道初步设计报告 及附图集 3 3基基本本资资料料 3 13 1 气象资料气象资料 洮河流域地处中纬度的内陆高原 属典型的大陆性气候 河长 河道治理工程堤防设计大纲 6 673 1km 流域内地形变化幅度较大 海拔高程由 4400m 的河源降至 1400m 的入黄河口 纬度由河源的北纬 34 增至入黄口的北纬 36 使 气候在上 中 下游有一定的差异 上游地区高寒阴湿 冬季漫长 基 本无夏天 中游地区高寒湿润 四季不分明 下游地区为温带半干旱地 区 工程区位于地点内 位于洮河中游 本次采用地点气象站的资料 工程区地处内陆 大陆性气候特点显著 夏季降水量较大 多雷雨冰雹 天气 冬季多风少雪 气候寒冷干燥 多年平均气温 3 2 最热为 7 月 月平均气温 13 4 最冷为 1 月 月平均气温 8 5 极端最高温 度 29 6 极端最低温度 27 1 多年平均降水量 520 0mm 多年平 均蒸发量 1484 6mm 全年降水集中在夏季 7 8 两个月 约占全年降 水量的 40 多年平均相对湿度为 64 多年最大风速 27m s 平均日照 时数 2313 6h 多年最大积雪深度 23cm 多年最大冻土深度 147cm 3 23 2 水文资料水文资料 3 2 1 流域概况 1 径流 河道冶力关镇下游设有冶力关水文站 本次工程的径流分析以冶力 关站作为参证站进行计算 河道上的冶力关水文站集水面积 1186km2 位于东经 103 40 北纬 34 58 距洮河河口约 14km 于 1959 年 6 月设站 1962 年 6 月撤销 然后 1981 年在原址恢复观测 观测至今有 1959 年 6 月 1962 年 5 月 1981 年 2009 年不连续的的较完整的实测系列资料 经统计冶力关站 1959 1961 年 1981 年 2004 年 27 年的实测径 流资料 通过频率分析计算并适线分别求得各统计参数 计算得冶力关 站多年平均流量 得出 Cv Cs Cv 河道治理工程堤防设计大纲 7 使用面积比求得得本次堤防工程末端断面处的多年平均流量 2 洪水 地点冶力关河道治理工程所在的河道的洪水主要由大暴雨产汇流形 成 多发生在 6 9 月份 河道上设有冶力关水文站 本次堤防工程的设计洪水计算以冶力关 站为参证站 根据已整编刊印的 省份洪水调查资料 以及以往工作中调查资料 冶力关站河段调查到的历史洪水有 1914 年的 Q 833m3 s 1926 年的 Q 629m3 s 1964 年的 Q 439m3 s 共三次成果 均较可靠 省份洪水 调查资料 出版于 1983 年 经调查 冶力关站重设以来再没有象 1914 年的大洪水发生过 因此 以 1914 年的洪水为首项历史洪水 重现期 确定为 96 年 1926 年和 1964 年分别为第二和第三大洪水 本次收集到冶力关站 1959 1961 年 1981 年 2009 年共 32 年的 实测最大洪峰流量系列资料 实测系列虽较短 但因冶力关水文站控制 流域面积与上下游的洮河上的水文站岷县站 F 14912km2 李家村站 F 19693km2 流域面积相差太大 本次不再与岷县站或李家村站相关 并进行插补延长 直接采用冶力关站的现有资料进行分析计算 根据冶力关水文站 1959 1961 年 1981 年 2009 年 32 年的实测 最大洪峰流量系列加上历史洪水调查成果 组成不连续洪水系列进行频 率统计分析 采用矩法初估统计参数 用 P 型曲线适线 得冶力关 水文站洪峰流量均值 Q Cv Cs 再根据面积指数推算得到本次防洪工 程设计洪水 取 n 2 3 3 泥沙 本次河道泥沙成果采用侵蚀模数法推算 河道起源于太子山南侧 上游河段植被较好 查 省份地表水资源 河道治理工程堤防设计大纲 8 中的 悬移质多年平均侵蚀模数等值线图 得工程所在区域悬移质多 年平均侵蚀模数 则可计算得工程冶段多年平均悬移质输沙量 推移 质按比例法估算 推悬比根据实地勘察流域下垫面情况取 15 则得工 程段多年平均推移质输沙量 3 2 2 基本水文资料 洮河干流自上而下设有碌曲 下巴沟 岷县 李家村 红旗水文站 支流上设有博拉河下巴沟站 大峪沟多坝站 河道冶力关站 东峪沟临 洮站 广通河三甲集站等 3 33 3 工程地质工程地质 工程区地处北秦岭山脉西段 山区海拔高度多在 2700m 以上 主要 山峰海拔高度均在 3800m 以上 通常河谷两岸 5km 内高差达 800 1200m 沟谷纵横 地形复杂 属中高山 高山区 河道属洮河一 级支流 为常年性流水 流量受季节和雨量控制 在工程区基本为由西 向东流向 此段河道河曲较发育 受右岸板家沟顶冲 主河槽偏于左侧 河道河谷在本段呈宽阔的 U 型 宽度为 300 800m 由 级 阶地及河漫滩 河床等地貌单元构成 级阶地为堆积阶地 以 级阶地为主 右岸相对较宽 级阶地阶面较宽 平缓 为农田及村庄 所在地 常遭受洪水淹没或侧向侵蚀破坏 防洪工程的堤线沿河道两岸布置 沿岸的农田及村庄为本工程的主 要保护对象 工程区新构造运动以总趋上升条件下的不均衡升降运动为特征 从 区域构造和河谷地貌发育基本特征不难看出 近期工程区处于新构造运 动的相对稳定期 根据 中国地震动参数区划图 GB18306 2001 设防水准为 50 年超越概率 10 时 工程区地震动峰值加速度为 河道治理工程堤防设计大纲 9 0 15g 相应的地震基本烈度为 度 地震动反应谱特征周期为 0 40s 工程区内不良物理地质现象不发育 无较大滑坡 泥石流等地质灾 害 3 43 4 工程规模工程规模 等别和防洪标准等别和防洪标准 3 4 1 工程等别及设计标准 河道冶力关治理工程 起点位于海家桥附近的老营苗圃靠河岸坎边 终点位于洪家园区下游约 200m 处 保护对象主要为工程区内海家磨 葸家庄 洪家庄等 5 个村民小组 446 户 2004 人居民的生命财产安全及 现有 610 亩耕地免遭洪水侵袭 根据现行国家标准 防洪标准 SL252 2000 及 堤防工程设计规范 GB50286 98 之规定 该堤防工 程的级别为 5 级 本工程防洪标准为 10 年一遇 工程区地震动峰值加速度为 0 15g 相应的地震基本烈度为 度 地震动反应谱特征周期为 0 40s 故本工程抗震设计按 度设防 3 4 2 防洪标准 本工程防护范围为地点冶力关镇海家磨 葸家庄 洪家庄等 5 个村 及沿岸耕地 是以乡村为主的防护区 根据 防洪标准 GB50201 94 规定 防护区人口 20 万人 防护区耕面积 30 万亩 工程防护 等级为 等 洪水标准为 10 20 年 重现期 根据扩护区人口及耕地 数量 参照流域规划中对乡村为主防护区洪水标准的确定 选定该工程 防洪标准为 10 年一遇 按水文分析计算结果得出本工程 10 年一遇洪水 4 4各各专专业业设设计计工工作作要要求求 本工程初步设计工作涉及到的专业 章节报告有 水文 工程地质 河道治理工程堤防设计大纲 10 水工 施工 环境评价 工程管理 投资估算 经济评价等十二个章节 专业 各专业依据 水利水电工程可行性研究报告编制规程 报批稿 初稿 要求的章节顺序和精度进行勘测设计工作 章节顺序如下 4 14 1 水文专业水文专业 4 1 1 设计意图 主要要求及工作深度 对上阶段审查提出的意见和建议进行针对性的修改 在本阶段规程 规范深度要求及水文资料的基础上 重点对径流 洪水 泥沙成果进行 复核 确定主要水文参数 向水工 施工及相关专业提交提供论据充分 计算准确的水文计算成果 主要包括气象 径流 洪水 泥沙 各断面 H Q 关系等 并编制 水文分析报告 4 1 2 设计工作的具体内容 1 分析研究相邻流域与河道之间的相关关系 进行河道设计年 径流分析 提出年径流计算成果 经合理性检查 确定河道的年径流成 果 提出天然年 月 日径流系列 确定径流统计特征值 提出 25 50 75 频率典型年年内逐日分配成果 2 概述工程区域暴雨和洪水的成因和特性以及对工程设计有影 响的历史特大暴雨和洪水范围 量级及重现期 说明采用的频率曲线线 型和经验频率计算公式 进行洪水频率计算 分析检查计算成果的合理 性 经统计分析计算 确定设计枢纽及输水线路沿线沟道洪水成果 3 根据施工设计要求 洪水分期时段 分期洪水计算方法 基 本确定分期设计洪水成果 4 分析河道的泥沙相关的特征值 确定多年平均悬移质 推移 质年输沙量 提出悬移质泥沙颗粒级配曲线 平均或中值粒径 5 工程设计各代表断面的水位流量关系 确定设计断面的水位 流量关系曲线 河道治理工程堤防设计大纲 11 6 提出河道流域的水温 冰清特征值内容 7 拟定水情预报方案 遥测站网范围 各类站点数量 通信方 式 组网方案 土建工程和设备配置 并估算投资 4 1 3 项目设计的关键技术难点和对策措施 由于河道实测水文资料较少 且资料不连续 无法进行长系列径流 分析计算 通过相邻流域找出其相关关系推求河道径流成果 并通过河 道实测资料和相邻流域资料分析计算 充分论证成果的合理性和准确性 4 1 4 主要设计原则 分析计算的主要方法 基本假定及计算精度 本专业主要设计原则是依据国家现行的规程规范 分析计算的主要 方法 有实测资料时主要以数理统计及水文比拟法为主 无实测资料以 地区综合经验公式进行分析计算 计算精度应满足技术规范及设计阶段 要求 设计依据及主要规程规范 1 水利水电工程水文计算规范 SL278 2002 2 水利水电工程设计洪水计算规范 SL 44 93 3 水利水电工程泥沙设计规范 DL T 5089 1999 4 1 5 要求的主要设计成果 1 河道年径流分析计算成果 2 河道丰 平 枯各典型 年内分配分析计算成果 3 河道设计洪水分析成果 4 河道施工分期设计洪水分析成果 5 河道泥沙 冰情分析 6 工程区各沟设计洪水分析计算成果 7 编制完成可研章节报告及摘录综合说明 河道治理工程堤防设计大纲 12 4 24 2 工程地质专业工程地质专业 1 工程区上段有包舌口 当江卡冲断层通过 河床部位为第四 系覆盖 后期活动不明显 对本工程基本无影响 在工程区内未发现其 他明显的断裂带 堤防工程处于相对稳定的地区 无较大滑坡 泥石流 等不良物理地质现象 不存在影响工程建设的地质问题 2 工程区地震动峰值加速度为 0 15g 相应的地震基本烈度为 度 地震动反应谱特征周期为 0 40s 3 工程区地下水类型以第四系孔隙潜水为主 主要受大气降水 地表水补给 地下水水质较好 对普通混凝土无腐蚀性 4 堤防工程地基岩性为砂砾卵石层 允许不冲流速为 1 18m s 平均值 原状土地基允许承载力为 0 3 0 4MPa 建议砂砾 卵石层开挖边坡系数水上 1 1 水下 1 1 25 1 1 5 5 天然建筑材料储量满足工程需求 开采较为便利 交通条件 较好 质量基本符合要求 4 34 3 工程规划专业工程规划专业 4 3 1 设计意图 主要要求及工作深度 根据 水利水电工程初步设计报告编制规程 的规定和要求及审查 意见 在初步设计阶段以生态环境保护为根本 合理配置河道水资源 从而确定河道建设的必要性和任务 确定工程建设规模 据 省洪水调查资料 记载 冶力关站历史上最大的三次洪水分别 为 1914 年的洪水流量 833m3 s 1926 年的洪水流量为 629m3 s 1964 年的洪水流量为 439m3 s 三次洪灾给当地村民造成了较为严重的损失 1 河道海家桥至洪家庄段 由于基本没有防洪设施 使泛洪区 内的海家磨 葸家庄 洪家庄等社村 446 户 2004 人 2537 亩川台地耕 河道治理工程堤防设计大纲 13 地及乡办企业等单位的生命财产安全得不到有效的保障 保护沿河两岸 人民的生命财产 耕地免遭洪水袭扰势在必行 2 工程区内的冶力关风景区旅游基础建设综合开发项目 洪家 园区和老营苗圃基地 直接受到洪水威胁 3 随着社会的发展和进步 两岸居住人口逐渐增加 人均占有 耕地越来越少 而现有土地极其有限 为了生存和发展 有些农民开垦 河滩 不仅影响行洪 而且收获没有保证 修建防洪堤既可以保护和恢 复耕地 又可保护两岸渠道 公路和村民居所 使国家和人民财产免受 损失 人民安居乐业 社会稳定 4 修建防洪堤 确保人民群众生命财产安全是社会发展的新要 求 符合党中央 国务院的指示精神 由此看来 河道治理工程的建设是非常必要的 4 3 2 设计工作的具体内容 方法 河道治理工程堤防设计大纲 14 本次新建堤防工程设计左岸起点为海家桥附近的老营苗圃靠河岸坎 边 终点为洪家园区下游约 200m 处 右岸从海家桥下游约 182m 处的冶 力关户外烧烤游乐园下游侧开始 至板家沟左岸结束 4 3 3 项目设计的关键技术难点和对策措施 本防洪流域内地表起伏大 主河槽纵坡较大 水流急 一旦发生暴 雨 洪水流速大 严重冲刷河道两岸岸边基础 致使河岸坍塌 冲毁道 路 农田 村舍等 给本防洪内的人民群众带来巨大损失 洪水严重威 胁着当地人民群众的生命财产安全 该河段存在的主要问题为 1 工程区基本属无防护河段 不能满足发展当地旅游业 改善当 地经济发展环境的要求 2 现有零星堤防防洪标准偏低 堤身结构简陋 基础埋深浅 堤 脚裸露 4 3 4 主要设计成果 按照 水利水电工程初步设计报告编制规程 的要求编制 项目建设任务和必要性章节报告及综合说明 建设规模章节报告及综合说明 4 44 4 水工专业水工专业 4 4 1 设计意图 主要要求及工作深度 据 省份洪水调查资料 记载 冶力关站历史上最大的三次洪水分 别为 1914 年的洪水流量 833m3 s 1926 年的洪水流量为 629m3 s 1964 年的洪水流量为 439m3 s 三次洪灾给当地村民造成了较 为严重的损失 1 河道海家桥至洪家庄段 由于基本没有防洪设施 使泛洪区 内的海家磨 葸家庄 洪家庄等社村 446 户 2004 人 2537 亩川台地耕 地及乡办企业等单位的生命财产安全得不到有效的保障 保护沿河两岸 河道治理工程堤防设计大纲 15 人民的生命财产 耕地免遭洪水袭扰势在必行 2 工程区内的冶力关风景区旅游基础建设综合开发项目 洪家 园区和老营苗圃基地 直接受到洪水威胁 3 随着社会的发展和进步 两岸居住人口逐渐增加 人均占有 耕地越来越少 而现有土地极其有限 为了生存和发展 有些农民开垦 河滩 不仅影响行洪 而且收获没有保证 修建防洪堤既可以保护和恢 复耕地 又可保护两岸渠道 公路和村民居所 使国家和人民财产免受 损失 人民安居乐业 社会稳定 4 修建防洪堤 确保人民群众生命财产安全是社会发展的新要 求 符合党中央 国务院的指示精神 由此看来 河道治理工程的建设是非常必要的 4 4 2 设计工作的具体内容 方法 1 工程总体布置 1 河道横断面河相关系及稳定分析 在水流长期作用下形成的河床 其形态有一定的规律 大量资料表 明 表征河床形态的水深 河宽 比降等 与来水来沙条件及河床地质 条件之间 有一定函数关系 这种关系便称为河相关系 河相关系可采 用横断面 纵断面及平面 3 种形式表示 河道横断面河相关系式为 5 1 H B 式中 河相关系数 B 造床流量下的水面宽 m H 造床流量下的平均水深 m 河道横向稳定系数按下式计算 河道治理工程堤防设计大纲 16 5 2 BJ Q 0 2 0 5 b 式中 横向稳定系数 b Q 造床流量 Q 40 3m3 s J 纵比降 B 相当造床流量的平滩河宽 根据相关规定 愈大表示河岸稳定 愈小则表示河岸不稳定 与 b 河床演变与整治 一书中对黄河与长江不同河段及河型的横向稳定系 数 见下表 不同河型及值 进行类比分析 表明河道在本防护 b b 区内河段的横向稳定性不太好 不同河型及值 b b 河名河段及河型 b b 长江荆江 蜿蜒段0 87 1 560 67 0 77 黄河 高村以上 游荡段 高村至陶城埠 过渡段 0 18 0 45 0 48 0 75 0 09 0 17 0 17 0 20 2 河道纵断面稳定分析 工程区内河道较窄较深 主流摆动不定 河势变化较急 汛期洪水 对两岸的冲刷淘蚀较为严重 加之河道部分地段过水能力不足 河岸不 稳定 由此造成洪水漫滩现象 淹没沿岸村庄及公路等其他设施 严重 地威胁着两岸人民群众的生命财产安全 河道纵向稳定系数按下式计算 5 3 J d h 河道治理工程堤防设计大纲 17 式中 纵向稳定系数 h d 床沙平均粒径 J 纵比降 根据相关规定 愈大 泥沙运动强度愈弱 河床因沙波运动或因 h 流路变化产生的变形愈小 因而愈稳定 相反 愈小 则泥沙运动强度 愈强 河床因沙波运动或因流路变化产生的变形愈大 因而愈不稳定 与 河床演变与整治 一书中对黄河与长江不同河段及河型的纵向稳定 系数 见下表 不同河型及值 进行类比分析 表明河道在本防 h h 护区内河段的纵向稳定性是否良好 3 河道平面河相关系分析 河道平面河相关系也叫稳定河湾 主要反映河湾平面与河道特征之 间的关系 冶力河在本防护区内共有较大天然弯道 13 个 经过对 13 个 天然弯道的河湾形态特征值的系数计算 本防护区内的河湾形态特征值 系数基本在过渡型河道的规范区间内 表明项目区河道属于过渡型 4 河道冲淤分析 采用 河床演变与整治 一书中河道冲淤判别公式分析本河道的冲 淤情况 冲淤判别公式为 5 4 0 3 3 0 hv hv i i 式中 冲淤判别系数 当 1 时 河床将发生冲刷 当 1 时 河床将发生淤积 v 断面流速 h 断面水深 0 i 足标 0 表示进口断面 i 表示出口断面 5 工程布置 河道治理工程堤防设计大纲 18 本工程设计堤防依据护村 护田的要求 并根据当地的实际情况和 工程实施的轻重缓急 本次设计堤防起点为海家桥附近的老营苗圃靠河 岸坎边 至洪家园区下游约 200m 处结束 沟道山洪排水口出口处堤防横断面与主河道堤防横断面及堤顶高程 相同 顺沟道向沟内延伸横断面逐渐变小 并与原沟道两侧岸坡平顺连 接 2 堤防防洪标准 堤距选择及线路布置 1 防洪标准选择 本工程防护范围为地点冶力关镇海家磨 葸家庄 洪家庄等 5 个村 及沿岸耕地 是以乡村为主的防护区 根据 防洪标准 GB50201 94 规定 防护区人口 20 万人 防护区耕面积 30 万亩 工程防护 等级为 等 洪水标准为 10 20 年 重现期 根据扩护区人口及耕地 数量 参照流域规划中对乡村为主防护区洪水标准的确定该工程防洪标 准 2 堤防线路布置原则 堤线布置与地点城乡近远期发展规划相结合 相互协调一致 避 免工程重复建设与改造 堤线与河势流向相适应 直线河段堤线尽量与洪水的主流线相平 行 弯曲河段采取大弯就势 小弯取直的原则 保证河段两岸堤防间距 大致相等 堤距应满足稳定河宽的要求 防治结合 堤线力求平顺 各堤段平缓连接 稳定河势 确保能 顺利的通过设计洪水 妥善处理好左右岸 上下游的关系 统一治理 因地制宜 就地取材 节省投资 防洪治理规划要与恢复和改善生态环境相结合 河道治理工程堤防设计大纲 19 根据以上堤线布置原则 结合具体地理位置 地形条件及防洪区内 的各种建筑物位置等综合因素 在保证河道满足行洪能力的前提下 根 据治导线布置原则和河相关系分析 进行考虑防洪堤基线的布局 堤线平面布置宜顺直 转折处应用平缓曲线相连接 弯道最小容许 半径要满足 5 5 min 35 RB 式中 Rmin 堤线容许最小弯道半径 m B 河道水面宽度 m 3 造床流量的选定 根据有关资料 造床流量为一个并非最大的流量 它对河床形态的 塑造作用最大 目前对造床流量的确定并无十分可靠的方法 对造床流 量的确定有平摊水位法 多年平均洪峰流量法等 多采用经验方法计算 国内一般都采用 2 5 年一遇的洪峰流量作为造床流量 4 稳定河宽的确定 本设计中堤距指两岸堤线中心距亦即洪水治导线宽度 该指标直接 关系到工程造价和防护效益 堤距确定主要考虑以下因素 满足安全 通畅泄洪的要求 适当考虑河相关系 尽可能不改变河型 少占耕 地或不占耕地 权衡工程量与防护效益 达到经济上的合理性 统筹考 虑各河段及其上 下游的行洪要求 防洪段治导线之间宽度 下限应不 小于造床流量下的稳定河宽 上限一般以河曲外包线或自然岸宽确定 冲积河流在水流与河床的长期相互作用下 能得以自由发展 经过水流 与河床的自动调整 河床形态将与流域来水 来沙及河床边界条件相适 应 河道形态与水力泥沙因素及河床地质条件之间也存在着某种物理量 关系 稳定河宽确定采用 2 年一遇的洪峰流量作为造床流量 根据水利 电力出版社出版的 治河与防洪 一书 整治河宽是由水流阻力公式 河道治理工程堤防设计大纲 20 连续方程及河相关系式联解求得河宽 关系式为 5 6 6 11 1 2 5 3 n J Q B 式中 B 河道宽度 m Q 造床流量 断面河相系数 本区为过渡性河流 J 水面平均坡降 n 河床糙率 为了安全稳妥 另按阿尔图宁公式对稳定河宽进行计算 阿尔图宁 公式为 5 7 0 2 0 5 J Q AB 式中 B 河段治理宽度 m Q 造床流量 A 阿尔图宁系数 本工程流域河段内的变化系数在 1 0 1 1 之间 J 河床比降 n 河床糙率 根据现场踏勘与测量 河道在本防洪区段内的现状河床宽度大部分 在 30 45m 之间 两岸民居相对密集 但耕较多 堤防治导线的布置主 要受两岸建筑物及耕的限制 所以本次设计治理河宽取值按以上两种公 式计算结果并结合相有河道的宽度 设计治理河宽最终确定为 35m 3 防洪堤工程设计 1 设计洪水位确定 河道治理工程堤防设计大纲 21 根据治理河段的地貌和河道特性 在治理河道内共设 19 个河道横 断面 以最下游一断面为基准断面 采用能量方程 推求防洪河段 10 洪水流量 十年一遇相应设计洪峰流量为 190m3 s 时各断面的水位高 程 本工程水面线计算 按下列公式 5 8 f h g V Z g V Z 22 2 22 2 2 11 1 式中 Z1 Z2 上 下游断面水位高程 m 1 2 上 下游断面的动能修正系数 V1 V2 上 下游断面平均流速 m s 局部损失系数 扩散段取 0 33 不变段和收缩段 0 hf 两断面之间的沿程损失 hf Q2 K2P L 5 9 1 K2P 1 z 1 k21 1 k22 5 10 k1 A1 C1 R1 1 2 5 11 K2 A2 C2 R2 1 2 5 12 C1 R11 6 n 5 13 C2 R21 6 n 5 14 式中 A1 A2 上 下游过水面积 m2 R1 R2 上 下游断面水力半径 m C1 C2 上 下游断面谢才系数 n 河段平均糙率 控制水深采用末端下游较为平顺的河道断面计算所得 因本防洪段 下游处河道断面较为规则 可近似认为洪水在此段河道中形成了明渠均 匀流 根据明渠均匀流公式计算并绘制出此断面的水位 流量关系曲线 再根据已绘制出的水位 流量关系曲线查出十年一遇流量下相应的水位 河道治理工程堤防设计大纲 22 高程 以此作为公式 5 8 中的 Z2 由下游向上游逐段试算出其他各 断面中心点的水位 明渠均匀流公式为 5 15 iRACQ 式中 Q 流量 m3 s C 谢才系数 常用 C R1 6 n A 过水断面面积 m2 R 水力半径 m i 河道纵坡 n 糙率 2 冲刷深度计算 按堤防工程设计规范平顺护岸冲刷深度计算公式 D 2 2 1 计算 hB hP hP VCP V允 n 1 5 16 式中 hB 平顺护岸冲刷深度 m 从水面算起 h 冲刷处的水深 m 以近似设计水位最大深度代替 平均流速 允 河床面上允许不冲流速 n 与防护岸坡在平面上的形状有关 水流斜冲防护岸坡产生冲刷深度 hP 按照 堤防工程设计规范 D 2 2 2 计算 hP 5 17 d gm V a tg h j p 30 1 2 23 2 2 式中 d 坡脚处土壤计算粒径 取大于 15 按重量计 的筛孔直 河道治理工程堤防设计大纲 23 径 hP 从河底算起的局部冲深 m 水流流向与岸坡交角 度 m 护堤迎水面边坡系数 Vj 水流的局部冲刷流速 m s 城区及其上游段按无滩地 河床 Vj计算公式计算 城区下游段按滩地河床 Vj计算公式计算 无滩地河床 Vj计算公式为 5 18 P j WW Q V 式中 Q 设计流量 m3 s W 原河道过水断面面积 m2 WP 河道缩窄部分的断面面积 m2 滩地河床 Vj计算公式为 5 19 1 2 11 1 HB Q Vj 式中 B1 河滩宽度 从河槽边缘至坡脚距离 m Q1 通过河滩部分的设计流量 m3 s H1 河滩水深 m 水流流速分配不均匀系数 3 基底高程的确定 根据上述计算成果 为了安全起见 结合已建工程实际经验 堤防 基础埋深确定 由于河道流速很大 弯道处凹岸取值相应也很大 根据 计算斜冲段基础埋深最终确定 平顺段基础埋深按净冲刷深度计算结果 平均值 安全埋深 斜冲段与平顺段之间设有 10m 的过渡连接段 实现 斜冲段与平顺段的基础平顺合理衔接 河道治理工程堤防设计大纲 24 基底高程按下式确定 Z基底 Z深泓线高程 设计埋深 4 堤顶高程的确定 堤顶高程应为设计洪水位加堤顶超高确定 根据 堤防工程设 计规范 GB50286 98 堤顶超高按下式确定 Y R e A 5 20 式中 Y 堤顶超高 m R 设计波浪爬高 m e 设计风壅增水高度 m A 安全加高 m 波浪爬高 Rp 当 m 1 5 5 0 时 Rp按下式计算 5 24 LH m KKK R pv p 2 1 式中 RP 累积频率为 P 的波浪爬高 m 斜坡的糙率及渗透性系数 K 经验系数 可根据风速 V m s 堤前水深 d m 重 v K 力加速度 g m s2 组成的无维量按下表确定 1 gdV v K gdV 11 522 533 54 5 v K 11 021 081 161 221 251 281 30 爬高累积频率换算系数 p K m 爬坡坡率 m ctga a 为斜坡坡角 度 堤前波浪的平均波高 m H 河道治理工程堤防设计大纲 25 L 堤前波浪的波长 m 设计风壅增水高度可按下式计算 5 25 cos 2 2 gd FKV e 式中 e 设计风壅增水高度 m K 综合摩阻系数 V 计算风速 F 从计算点逆风向量到对岸的距离 取值同前 d 水域的平均水深 风向与垂直于堤轴线的法线的夹角 堤顶高程 按规范规定 Z 顶 Z 水面 Y 5 26 根据河堤堤顶高程计算得该治理段堤身高度 包括基础埋深 5 防洪堤型的选择 根据 堤防工程设计规范 GB50286 98 对堤身及护坡断面设计的 有关要求 在堤身及护坡的设计中主要遵循了以下原则 就地取材 经 济合理 结构稳定 因地制宜 适应当地的施工条件和施工方法 满足 规定的交通运输和排水要求 符合高水位下非稳定渗流特性 根据上述原则 对堤防主体结构进行了重力式挡土墙护岸 夯填砂 砾石梯形断面土堤护岸两种方案的比较 方案一 直墙式护岸 重力式挡土墙断面 堤身采用浆砌块石 堤后填筑砂砾石 此方案抗冲性能好 适用于河道狭窄 防洪堤后建筑 物密集 涉及占地及拆迁量较大的地段 对地基承载力要求相对较高 在同一堤身高度下 浆砌石工程量较大 单位 km 工程造价较高 方案二 夯填砂砾石梯形断面土堤 按设计要求利用河道开挖出的 河道治理工程堤防设计大纲 26 砂砾石填筑堤身 表面砌筑浆砌石护面 这种河道断面有利于整治河道 增大泄洪能力 而堤身适应地基变形能力强 施工简单 进度快 在同 一堤身高度下 单位 km 造价较低 本着因地制宜 经济合理的原则 结合堤段所处地理位置 工程现 状 堤基地层岩性 筑堤建筑材料 施工条件 工程造价等因素综合比 较 认为堤防断面选择夯填砂砾石土堤为主较为经济合理 另外 在防 洪区内地形比较狭窄 建筑物或耕地相对较多 拆迁量或征地量较大的 少部分河段 选用合理的防护堤型 6 夯填砂砾石土堤防护面材料选择 根据防护材料的不同 进行 M10 浆砌块石护面和现浇 C15 砼护面两 种方案的比较选择 方案一 M10 浆砌块石护面 当采用人工块体或经过分选的块石为 斜坡堤的护面层时 护面厚度按以下公式计算 1 3 1 0 b r Q nct 5 27 5 28 mrrK Hr Q bd b 3 3 1 1 0 式中 Q 主要护面层的护面块体 块石个体质量 t rb 人工块体或块石的重量 KN m3 r 水的容重 KN m3 H 设计波高 Kd 稳定系数 t 块石或块石护面层厚度 m n 护面块体或块石面数 c 系数 c 1 4 方案二 现浇 C15 砼护面 满足砼板整体稳定所需的护面厚度按以 河道治理工程堤防设计大纲 27 下公式计算 5 29 Bm L rr r Ht b 式中 t 砼护面板厚度 m 系数 对上部开缝板可取 0 075 对下部闭缝板可取 0 10 rb 砼板的重量 KN m3 r 水的容重 KN m3 H 设计波高 L 波长 B 沿斜坡方向的护面板长度 m m 斜坡坡率 两种方案除护坡材料 砌筑厚度不同外 其它设计均相同 以贴坡 式护岸平均堤身高度 5 15m 为准 计算得两种方案每 km 堤防工程量及 经济投资 7 防洪堤堤身设计 4 稳定计算 1 渗流计算 河道洪水均由暴雨形成 据气象资料统计 一场洪水过程以单峰为 主 中小洪水历时一般较短 峰型尖瘦 洪水回落时间很短 一场洪水 持续时间 t 一般为 1 2h 难以形成稳定渗流 因堤防均以砼护面防渗 故按不稳定渗流计算 堤防最大断面浸润线的方程为 xy18 0 02 2 2 堤防背水坡面渗流出口比降 河道治理工程堤防设计大纲 28 25 0 0 2 2 1 1 y h m J 其中 背水坡坡比 2 m 背水坡面浸润线溢出点的高度 0 h y 堤防临水坡面的水位 由于不形成稳定渗流 则堤防背水坡面不发生渗透破坏 渗流在背水坡坡脚出现所需时间 T 按照 堤防工程设计规范 GB50286 98 中 E 4 1 1 E 4 1 2 计算 E 4 1 1 2 21 0 4 H b mm k Hn T E 4 1 2 1 0W Snn 其中 H 平均水深 K 堤身渗透系数 n0 土的有效孔隙率 n 孔隙率 SW 饱和度 2 抗滑稳定计算 计算工况 正常情况 设计洪水位不稳定渗流期背水侧堤坡 设计洪水位骤降期迎水侧堤坡 非常情况 多年平均水位时遭遇地震的临水 背水侧堤坡 河道治理工程堤防设计大纲 29 防洪堤堤身主体为夯填砂砾石 堤坡稳定计算采用瑞典圆弧滑动计 算法中的总应力法 施工期和水位降落期的抗滑稳定安全系数 按照 堤防工程设计规范 GB50286 98 中 F 0 1 1 F 0 1 2 F 0 1 3 进行计算 F 0 1 1 sin cossec W thWbC K uu sin seccossec W tgbuSbC K cuiCU F 0 1 2 ZbWWW w 21 F 0 1 3 其中 b 条块宽度 m W 条块重力 KN W W1 W2 wZb W1 在堤坡外水位以上的条块重力 KN W2 在堤坡外水位以下的条块重力 KN Z 在堤坡外水位高出条块底面中点的距离 m u 稳定渗流期堤身或堤基中的孔隙压力 kPa ui 水位降落前堤身的孔隙压力 kPa 条块的重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角 度 w 水的重度 KN m3 Cu u Ccu Cu 土的抗剪强度指标 KN m3 度 4 4 3 提交的设计成果 1 堤防设计报告 河道治理工程堤防设计大纲 30 2 堤防总平面布置图 3 横断面及大样图 4 纵断面图 4 54 5 工程管理专业工程管理专业 4 5 1 建设管理 由地点水务水电局组建的项目建设单位 项目部 是本项目的建设 管理单位 建设单位应按照工程建设规模组建与之相适应管理机构 下 设项目管理办公室 工程管理部 财务部等相应机构 全面负责和组织 工程建设 机构人员为县水务水电局现有人员兼职 建设单位依照 中华人民共和国招投标法 省份招投标实施细则 以及甘南州水利水电招投标的有关规定 依照法定程序进行监理和施工 单位招投标工作 监理单位对实施工程建设全过程进行监督管理 实施 质量 进度和投资 三控制 管理 施工单位实施工程建设 4 5 2 运行管理 本工程为社会公益性项目 管理机构应以精简高效为原则 合理设 置职能机构或管理岗位 尽量减少非生产人员 工程建成后 成立河道 冶堤防治理工程管理所 隶属于地点水务局 4 5 3 交通 通讯及其他管护设施 本工程对外交通方便 左 右两岸均有道路通过 考虑工程实际情 况 并满足防汛指挥需要 通讯以个人手机为主 加强超标准洪水或突 发性洪水的提前预报 充分利用现代科技 安排好防御工作 同时需对 近岸河床冲淤变化进行观测 做好档案记录工作 为工程管理 防洪抢 险决策等提供科学依据 工程管理中应重视水土保持 水土保护对防治 洪水具有很大的作用 可结合防洪工程进行沿岸绿化 增加植被 加强 生态建设 河道治理工程堤防设计大纲 31 4 5 4 运行管理费用测算 由于防洪工程为社会公益性事业 不能产生直接经济效益 经费来 源可由地方财政征收防洪工程维护管理费 地方水利建设基金中开支 4 64 6 施工组织设计专业施工组织设计专业 4 6 1 施工条件 本工程施工条件应考虑自然条件和工程条件 工程条件中应考虑 地理位置及对外交通 场内交通运输 主要施工任务及工程量 材料供 应 施工用水 施工用电 施工工期等条件 自然条件应综合水文及气 象资料 地形及地质条件 4 6 2 施工导流 根据 水利水电工程施工组织设计规范 SDJ338 89 规定 确定 本工程导流建筑物级别 结合工程区段河道来水的实际情况 尽量选择汛前 汛后枯水季节 施工 以减少围堰的工程量 降低工程投资 4 6 3 天然建筑条件 天然建筑材料包括混凝土 块石骨料 堤身填筑材料 施工用水等 应结合当地的实际 选择合理的材料 4 6 4