堤防加固工程防洪评价计算

1、堤防加固工程防洪评价计算1.1 防洪标准洋湖垸保护面积12.52km2，保护人口约1.6万人，规划 前属长沙市城市防洪工程非主城区河西片区，原防洪标准为 30 年一遇。根据国务院已经审批的长沙市城市总体规划 (2001-2020)(国涵【 2003】117号， 2003 年十一月十日) 的内容，长沙市城市防洪工程设为一等，主城区、河西新城 防洪标准为 200 年一遇洪水；捞霞组团、捞湖垸、东岸垸、 朝正垸、团结垸、高沙垸、合丰垸、侯照垸、解放垸、南托 垸、洋湖垸、联合垸等为 100 年一遇洪水，其余为 50 年一 遇洪水。二 00 八年七月，洋湖垸划入长沙市先导区范围， 30 年一遇防洪标准已

2、远远不能满足区域发展要求， 因此根据 长沙市城市总体规划 ( 200 1 -2020)及其区域性质的改变， 设计防洪标准为100年一遇，其工程等级为I等，建筑物级别为I级。1.2 设计洪水分析计算1.2.1 设计洪峰流量计算长沙市城市防洪工程初步设计报告中提出了湘江长 沙站的设计洪水成果，设计洪水成果直接采用长沙站的设计 洪水成果，成果见表 1.2.1-1 。湘江干流设计洪水成果表表 单位：m3/s站名QCvCs/CvP%采用方案0.5123.335102620246022802150204018402.5采用加入历史13000.3000000长洪水0122570242022502130202

3、01830000000253023802210209019801790沙2.5不加入历12800.3000000史洪水002248023402190206019701790000000122工程断面设计洪水水面线计算潇湘大道景观道南延线堤防工程堤防设计洪水位是根据长沙市城市防洪工程初步设计报告成果确定的。故本次防洪评价阶段就直接采用长沙市城市防洪工程初步设计报告中湘江长沙段各种频率下设计洪水位的计算成果见表，潇湘大道景观道南延线堤防工程段的设计洪水水面线和防洪大堤设计堤顶高程成果见表。断面号地点间距（m）累距（km）水面咼程（m）0.50%1%2%3.33%5%10%38.37.37.36.3

4、6.36.28五一大桥026652391590738.37.37.36.36.36.296200.6234692795631338.37.37.36.36.30桃子湖9101.5336743237681738.37.37.37.36.36.31长沙（三）站6402.1739773503712138.37.37.37.36.36.32橘子洲头12303.44483408762538.37.37.37.36.36.33火车南站15701.975194715833238.37.37.37.36.36.34猴子石坝址17706.746995624913935电排站24709.2138.38.37.37

5、.37.36.716634014938.38.37.37.37.36.36原大托堤委会251011.72827644157莲坪大道（工程起38.38.37.37.37.36.37点）34012.0681237745115838.38.37.37.37.36.38中心电排站189013.95883784521865太平矿石粉厂（工38.38.37.37.37.36.39程终点）247016.4297469361277339.38.38.37.37.36.40水闸207018.490658027358139.38.38.37.37.36.41293021.4217714814692断面序断面编地点

6、累距设计水位设计堤T 丄 CCC /T 壬口no oqon no1CSU1PQnoI+UUU （丄程toionnonn38.2339.23on "2CSU2IU+2UU2UUA ha38.24oo or?39.24onACSU3IU+4UUTA+RAA4UURHA38.26QQ 9739.26QQ 974cCSU4IU+OUU1"C 丄 QCC6UU38.2 7OQ CC39.27on ccoCS05cucaIU+8UUTd a nnn8UU38.29aa ac39.29ac QH6-7CSU6C OC"7ll+UUU-r i onn1UUUa oha38.3Un

7、o on39.3Uon qo7OCSU7I1+2UU.12UULd-/i aa38.32QQ QQ39.32aCSU8C GCCI1+4UUTV 1 CCC14UU,A ccc38.33O O O f"39.33r c O C.9A fCSU9O 4 AT1+6UU-rx 丄acc16UU 14 Qca38.3539.35on aa10A ACS1UO 4 4I1+8UU"TC 丄 CCC18UUO AAA38.36OO O"739.36on o7114 OCS11I2+UUU，TO-tOAA2UUU3o.37QQ QQ39.37q c a Q12CS12I2+2

8、UU22UU,o A CC38.3839.38c c c cCS13T2+4UU24UU 1cccc38.39o O 4 A39.39CC A A14CS14C O A厂T2+6UU26UUC C CC38.4UC C A C39.4UC C A Cd CCS15T2+8UU.-10 i A A A28UUo A AA38.40O OA A39.4UCS163+uuu-3UUU小亠亠38.4139.4117A OCS17O 4 OI3+2UUTO 1 /CC32UU 1O A CC38.42O O A O39.4218CS18I3+4UU34UUc a c c38.42C C A C39.42

9、c c a rCS19I3+6UU36UUUoocc38.43O Q39.4320CS2UI3+8UU38UU38.4439.4421CS21I4+UUU4UUU '38.44C C A L39.4422CS22I4+2UU42UU38.4539.4520CS23I4+38U （丄程 438U38.4639.461.3壅水分析计算过水断面面积变化情况根据潇湘大道景观道南延线堤防工程可行性研究报告以及该工程河段实测大断面资料进行计算，计算得出本堤岸工程实施前后河段内在设计防洪标准频率（100年一遇）下河道行洪断面面积变化情况见表 ，工程位置设计典型断面图见典型断面设计图。从表 1.3.1

10、-1 的面积变化情况计算表可以看出， 潇湘大道 景观道南延线堤防工程实施后，部分地段增大了河道行洪面 积，部分地段缩小了河道行洪面积。工程增加河道最大面积 为 1.88m2（ CS05 的 T0+800 断面），占河道面积的 0.012， 占用河道行洪的最大面积为33.08m2（CS22的T4+200断面），占河道面积的 0.21。断面地点累设计水工程建设工程建设过水面百分编号距位前面积后面积积变化比（ %CS0T+000 （工038.2315295.5015295.500.000.000CS0T0+200200,38.2415405.8815401.331.550.010CS0T0+4004

11、0038.2615516.2615511.551.710.011CS0T0+600600 ,38.2715626.6315623.033.600.023CS0T0+80080038.2915737.0115738.89-1.88-0.012CS0T1+00010038.3015847.3915823.7923.600.149CS0T1+20012038.3215957.7715957.770.000.000CS0T1+40014038.3316068.1416052.2915.850.099CS0T1+60016038.3516178.5216170.148.380.052CS1T1+8001

12、8038.3616288.9216283 265.660.035CS1T2+00020038.3716245.9516225.6420.310.125CS1T2+20022038.3816202.9816180.5122.470.139CS1T2+40024038.3916160.0116128.5331.480.195CS1T2+60026038.4016117.0416108.328.720.054CS1T2+80028038.4016071.0816065.768.320.052CS1T3+00030038.4116031.1116016.9711.140.088CS1T3+200320

13、38 4215988 1415988 140 000 000CS1T3+40034038 4215945 1715932 6912 480 078CS1T3+60036038.4315902 2015888 0111.190 089CS2T3+80038038 4415859 2315859 230 000 000CS2T4+00040038.4415816.2615790.8225.440.161CS2T4+20042038 4515773 2915740 2133 080 210CS2T4+380（工43838.46r w f f O. w15731.601 U r 耳U.Z 115712

14、.9621.64U 厶 1 U0.1383 程终点）0备注：过水面积变化值为负值表示增大河道行洪面积。1.3.2 水位壅高计算潇湘大道景观道南延线堤防工程水位壅高计算采用水 面曲线法 (HEC-RAS) 。根据水面曲线法计算方法和原理，在堤岸工程河段共选 择了 23 个水文分析和防洪评价分析计算断面。采用水面线计算方法及程序进行 100 年一遇设计频率洪 水下潇湘大道景观道南延线堤防工程前后的水面线计算，从 而求得堤岸工程实施后在设计频率的综合水面线及壅高值， 计算成果见表 。从工程前后设计水面线及壅高值计算成果表可以看出： 在 1% 设计频率洪水下，潇湘大道景观道南延线堤防工程实 施后最大壅

15、高值为 0.0086，壅高最大值在 CS22 断面处。工 程的建设，对上游河段水位有不同程度的壅高。利用水面曲 线法计算阻水壅水高时，以 0.001 作为“尖灭”条件求得壅 水长度，壅高影响位置在工程终点断面上游约 500m 处。断面编号地点累距工程前设计水位（P=1.0%）工程后设计水位（P=1.0%）壅咼值CS01T+000 （工程38.2338.23000.0000CS02T0+20020038.2438.24130.0013CS03T0+40040038.2638.26140.0014CS04T0+60060038.2738.27180.0018CS05T0+80080038.2938

16、.2884-0.001CS06T1+00010038.3038.30670.0067CS07T1+20012038.3238.32000.0000CS08T1+40014038 3338 33530 0053CS09T1+60016038 3538 35400 0040CS10T1+80018038 3638 36350 0035CS11T2+00020038.3738.37630.0063CS12T2+20022038383838680.0068CS13T2+40024038 3938 39850 0085CS14T2+60026038.4038.40400.0040CS15T2+80028

17、038 4038 40370 0037CS16T3+00030038 4138 41540 0054CS17T3+20032038 4238 42000 0000CS18T3+40034038 4238 42500 0050CS19T3+60036038 4338 43540 0054CS20T3+80038038 4438 44000 0000CS21T4+00040038 4438 44820 0082CS22T4+20042038 4538 45860 0086CS23T4+380 （工43838.4638.46640.0064CS2445838.4738.47360.0036CS254

18、7838.4838.48120.0012CS26498038.4938.49080.0008133工程河段冲刷分析计算本次评价主要进行边坡冲刷计算，边坡冲刷计算采用堤 防工程设计规范（GB50286 98）中堤岸冲刷深度计算公式 进行冲刷深度计算。nhB hp1（ 1.3-1）V允式中：hB局部冲刷深度（m），从水面起算；hp冲刷处的水深（m），以近似设计水位最大深度代替；Vcp 平均流速（m/s）;V允一一河床面上允许不冲流速（m/s）；n与防护岸坡在平面上的形状有关，一般取n=0.25。根据潇湘大道景观道南延线堤防工程设计洪水下的有 关水文特征值和湘江河道资料，考虑在湘江出现中等洪水水 位

19、而洞庭湖水位较低的情况下（按10年一遇洪水计算，Q=18400m3/S ）出现造床流量时冲刷比较急剧，根据湘江长 沙段水位流量关系，用上述计算公式求得工程段最大边坡冲刷深度为 0.42m。1.3.4 堤身渗流及堤坡稳定计算长沙市水利水电勘测设计院在设计阶段对潇湘大道景观道南延线堤防工程河段堤防进行了渗流及堤坡稳定计算。1）计算断面选取根据地质勘探和现场调查情况，按堤身与堤基条件，结 合地形差异，出险情况等因素，选取桩号T0+440 、T2+200 、T4+200 共三个断面进行渗流和堤坡稳定计算。2）浸润线计算根据 GB50286-98 规范要求，结合潇湘大道景观道南延 线堤防工程实际情况，选

20、取下列水位组合：临水侧为设计洪 水位，背水侧为垸内地面高程。洪水降落对临水侧堤坡稳定最不利的情况。 因堤身与堤基上的渗透系数不超过 100 倍，故按透水地 基进行计算。透水地基土堤渗流量计算，须先计算相同条件 下的不透水地基土堤渗流量。计算公式如下：不透水地基均质土堤渗流计算公式ho H 2m 20.52( L i m 2 h o )m 2 H 2 2( m 20.5)式中：qo 单位宽度渗流量（m3/sm）;K堤身渗透系数（m/s）;H1上游水位（m）;H2下游水位（m）;ho 下游出逸点高度（m）；m1上游坡坡率；m2下游坡坡率；堤身浸润线计算成果见表。背水坡渗流出口比降计算，因堤基表层土

21、均匀渗透系数 较小的粘土，粉质粘土或粉土，故米用不透水地基公式进行 计算，具体公式如下：渗出点公式采用：J 1堤内坡与地面交点公式采用：m2沿地基段公式采用:jHrz? _L m2H10.88T?x式中：X 计算点距下游坡脚的距离(m)堤身渗流计算成果表表 地点断面桩号渗透系数(cm/s)堤 基 厚 度(m)堤坡比水位(m)坡脚处承 压水 头(m)出逸高度(m)堤身堤内外上游下游断面12T2+2007.7 X0-67.3 10-65.01:3.01:3.038.3830.823.280.417断面22T4+2007.7 X0-67.3 10-69.31:3.01:3.038.4531.722.

22、820.376经计算，除堤内坡与地面交点附近出口比降趋于无穷大外，其它各点最大出口比降不超过0.42。3) 堤坡稳定计算a计算工况内坡抗滑稳定：取临水侧为设计洪水位，背水侧无水的情况进行计算；外坡抗滑稳定：取临水侧水位聚降至1/3堤高时对应水位，背水侧无水的情况进行计算b、计算方法：采用理正分析软件中渗流和边坡稳定程 序进行计算。c、计算成果：堤防及泵站堤段内外边坡稳定计算成果见表 -2、表 。堤身边坡稳定计算成果表（内坡）表 断面特征值物理力学指标滑弧地点断面堤顶内坡桩号高程脚高外坡堤顶外平内脚高宽度台宽坡(m)程(m程(m(m)(m)比C闻 m ( 丫 心 g7(a cXKP/c) 外 坡

23、 比内坡滑动X坐Y坐安全 半径标（m标（m（m）断面T0+44030.822.7501:31:318.5 10101.95 14 1803断面T2+20021:31:318.5 1C101.95 14 1812断面T4+20021:31:318.5 10101.95 182217.2922堤身边坡稳定计算成果表（外坡）表 断面断面特征值物理力学指标最危险滑弧外坡地点断面03断面12断面22(m程 (n程(mT0+39.440258(m)(m).1350T2+220050T4+2200501:31:31:3半径示（m标（m系数比(g/cr1:31:31:318.5 1018.5 1018.5 1

24、0(g/c (Kpa(m) Kpa) m3)1010101.95 14 1815.29.901.521.711.95 14 1815.31.251.425.881.95 18 2230.15.711.425.29注：垸内高程较高的堤段只进行外坡的边坡稳定计算。垸内高程较低的堤段内、外坡均需进行边坡稳定计算。根据堤防工程设计规范GB50286-98规定：一级堤防抗滑安全系数正常运用条件取 1.30，非正常运用条件取 1.20o从上表稳定系数计算结果可以看出，在各种工况下， 堤防内外边坡稳定安全系数在1.481.67范围之间，各段大堤边坡稳定均满足规范要求。堤基防渗计算1）地层岩性：本段堤防的主要地层为杂填土1、素填土2、冲填土3、粉质粘土、粉质粘土、淤泥质粉质 粘土、圆砾、粘土1、粉质粘土、强风化泥质粉砂岩 等岩层。2) 渗透系数：杂填土 i为1.0 XO-5 (m/s)、素填土2 为7.7 >10