防洪工程专项设计3

1、防洪工程专项设计1.1 防洪标准确定由于建筑垃圾处置场没有相应的防洪标准，本次参考城市生活垃圾卫生填埋工程。该建筑垃圾处置场总占地面积74253.2m2(111.4亩)，处理垃圾总量约87.7万方，根据中华人民共和国防洪标准(GB50201-2014)中第八章环境保护设施中垃圾处置工程的防护等级和防洪标准，该建筑垃圾处置场防护等级为III级，防洪标准为10年一遇设计，20年一遇校核。该项目区位于高平市北城办王寺村西北方向约500m处，五角沟沟道内侧，该段沟道的防洪标准为10年一遇。综上所述，该建筑垃圾处置场项目防洪标准采用10年一遇设计，20年一遇校核。1.2 洪水分析计算由于本项目起点处有一

2、乡村路横跨在河沟上，形成一塘坝，该塘坝无排洪设施，本次建筑垃圾处置场洪水计算需考虑上游塘坝的削峰滞洪作用。本次评价洪水计算按山西省水文计算手册（以下简称手册）中无资料地区由暴雨推求。1.2.1流域特征值量算根据1:10000地形图，勾绘流域分水线，并量算流域面积、河长及河流纵比降，以上参数中流域平均宽度、流域平均坡度根据以下公式计算，量算结果见表1。1）流域平均宽度1）式中：B流域平均宽度，km；F流域面积，km2；L流域长度，km。2）流域平均坡度2）T(Z+Z)L+(Z+Z)L+(Z+Z)L-2ZLJ=011122n-1nn0式中：J流域平均坡度，m/km；Z0,ZZ自计算断面开始的沿程各

3、计算点高程，m；01nL，LL相邻点之间距离，km。01n流域洪水计算特征参数见表4-1。流域洪水计算特征参数表表1项目项目区起点流域面积F（km2）0.28流域主河道长L（km）0.61流域平均坡度J（m/km）94.7暴雨分区东区产流地类（km2）黄土丘陵阶地0.28汇流地类（km2）草坡山地0.281.2.2设计洪水1.2.2.1设计暴雨本区位于山西省东南部，按山西省水文计算手册（以后简称手册）中暴雨分区属东区，暴雨点面关系按“东区”查得。1）点雨量设计HKpH（3）式中：H一历时为t的设计暴雨均值量，mm；Kp一频率为P的模比系数；HP历时为t的设计点暴雨量，mm。从手册暴雨等值线图上

4、查得该流域形心处不同历时的暴雨均值、Cv等暴雨特征值，附录表1-2查得模比系数Kp%。根据（3）式P%计算，参数选取及计算结果见表2。设计点暴雨量计算表表2单位：mm名称THCvH10%H5%项目区起点10min16.50.5027.432.860min34.50.5057.368.66h50.00.4881.897.324h72.00.50119.5143.23d92.00.45147.1173.12)面雨量设计H(t)=n(A,t)XH0(t)p,Abpbp,Ab4)式中：H(t)设计面暴雨，mm；p,AbH0(t)设计面暴雨，mm；p,Ab耳(A,t)点面折减系数；耳(A,t)由下式计算

5、。pbpb耳(A,t)=Pb1+CAN(5)式中：A流域面积，km2；C,N经验参数，由表6-2直接查用或内插求得。设计面暴雨的计算公式为：S-11-n,九H0H(t)二仁PopS-11-ns,九=0p(6)式中：Sp一设计雨力，即lh设计雨量，mm/h；t暴：雨历时，h；九一经验参数；n一设计面雨量修正值。暴雨公式的三个参数Sp、ns、九需要根据同频率各标准历时设计雨量Hp，以残差相对值平方和最小为目标求解，其中Sp的查图误差控制在5%内；0三九三0.12。当九不满足时，适当调整查图的均值和Cv，至九满足约束为止。流域面暴雨计算结果见表3。面暴雨量计算表表3单位：mm断面频率tH0p耳(A,

6、t)PbHP,ASP九nsHP,A项目区起点10%10min27.40.9726.751.80.0610.6827.260min57.30.9755.651.86h81.80.9980.986.224h119.50.99118.7115.53d147.11.00146.6146.65%10min32.80.9731.961.70.0590.6832.660min68.60.9766.661.76h97.30.9996.2102.724h143.20.99142.1138.03d173.11.00172.5172.53) 计算主雨历时和主雨雨量主雨历时的计算公式为：7)8)1ntht九一1Ss=

7、2.5，n二n-zptnshlntzz主雨历时用数值法计算，主雨雨量用下式计算H(t)=S-1i-npzp非主雨日的主雨历时和主雨雨量按雨强大于2.5mm/h的标准统计计算，结果见表4。主雨历时及主雨雨量计算表表4单位：mm，h断面频率设计雨日TzH(t)plZ丿项目区起点10%主雨日8.593.65%主雨日10.3116.41.2.2.2流域产流计算流域产流计算包括设计洪水净雨深和净雨过程计算两部分H(t)p:AzF(t)Az1)设计净雨深计算设计净雨深计算采用双曲正切模型，R二H(t)-F(t)-tanhpp,AzAz式中：tanh为双曲正切运算符；tz设计暴雨的主雨历时，h；ZH(t)设

8、计暴雨的主雨面雨量，mm；p:AzR设计洪水净雨深，mm；pF(t)主雨历时内的流域可能损失，mm。Az流域可能损失用式(10)计算。F(t)=S(1-B)t0.5+2Kt(10)Azr:A0:PzS:Az式中：SA流域包气带充分风干时的吸收率，反映流域的综合吸水能r,A力，mm/h1/2；K一流域包气带饱和时的导水率，mm/h；S,AB0一设计频率的流域前期土湿标志(流域持水度)。0,p根据本流域地貌特征，确定本区产流地类主要为黄土丘陵阶地设计净雨深计算结果见表5。主雨日设计净雨深计算结果表表5单位：mm断面P(%)Sr.AKs.aRp项目区起点1010.9521.001.4042.4858

9、.9721.001.4059.032)净雨过程计算主雨日净雨过程计算采用图解法求解产流历时，在普通坐标系中按下式绘制f(t)t关系曲线。按(11)和(12)计算时段净雨Ah=h(t+At)-h(j-1)(11)p,jpj-1ph(t)=H(t)-卩t，tt(12)pp,Ac式中：h(t)一设计时段净雨深，mm；pAt一计算时段，h；j一时雨型“模板”中的序位编号；J为j时段的开始时刻。流域逐时段降雨、净雨过程见表6。项目区以上流域产流见图12。图1项目区起点P=10%流域产流过程图2项目区起点P=5%流域产流过程序号时间（h）P=10%P=5%降雨过程净雨过程降雨过程净雨过程111.252.4

10、92.960.71211.52.810.093.331.09311.753.230.493.831.594123.811.074.522.28512.256.113.377.255.00612.531.8529.1138.1035.85712.759.156.4110.858.618134.671.935.543.30913.252.232.660.411013.52.032.410.171113.751.862.210.0112141.722.041314.251.591.901414.51.491.771514.751.401.6616151.311.571715.251.241.4818

11、15.51.181.411915.751.121.3420161.061.272116.251.021.222216.50.971.162316.750.931.1124170.891.07表6项目区起点逐时段降雨、净雨过程计算结果（单位：mm）1.2.2.3流域汇流计算本次评价汇流计算采用了两种方法：综合瞬时单位线法和经验公式法，汇流计算时段均采用=15min,经分析比较，最终采用综合瞬时单位线法计算结果。1）综合瞬时单位线法综合瞬时单位线法将流域汇流过程假设为由n个等效线性水库串联体对水流的调蓄过程。把瞬时作用于流域上的单位净雨水体在流域出口断面形成的时间概率密度分布曲线称为瞬时汇流曲线，

12、量纲为1击。把单位净雨乘以瞬时汇流曲线称为瞬时单位线。瞬时汇流曲线的数学表达式为：un（0,沪硕”八（13）式中：n线性水库个数；k一个线性水库的调蓄参数，h；t时间，h；r（n）一伽玛函数。单位强度净雨过程在流域出口断面形成的水体时间概率分布函数称为sn（t）曲线，它是瞬时汇流曲线对时间的积分，无量纲。数学表达式为：SC）=pu（0,t）dt=r（n,m），m-tk（14）n0n式中：28r(n,m)一n阶不完全伽玛函数。时段单位净雨在流域出口断面形成的概率密度曲线称为时段汇流曲线，数学表达式为：S(t)0tAtnn15)流域出口断面的洪水过程根据时段净雨序列与时段汇流曲线用卷积公式计算。M

13、AhQ(込t)=u(At,(i+1-j)At)iAn3.6At,0i+1-j0.191m3/s。涵排水涵管选用屮1000mm预应力钢筋混凝土管可满足排洪要求。3涵管断面尺寸确定及布设涵管采用等截面承插式钢筋砼涵管，内径为1000mm,外径为1160mm。涵管进口高程为913.00m,涵管纵坡在坝体内为1%,其余与沟道自然比降相同，涵管从拦洪坝底进入垃圾处置场，再由垃圾处置场经过拦渣坝排至下游。涵管总长480m。上游来水经涵管后通过护坦消能后，排入下游沟道。2)拦渣坝的设计Q坝体设计1坝型选择拦渣坝是为了拦挡服务期内建筑垃圾而修建的水土保持工程，其设计的关键是稳定性问题。据地形条件，选择重力式挡

14、墙设计。工程枢纽由坝体和放水建筑物两大件组成。2坝高确定初期拦渣坝高为5.0m，坝顶高程893.0m，沟底高程888.0m。3坝体断面尺寸设计重力式拦渣坝建在土地基上，拟定坝高5.0m,坝顶宽0.6m,最大铺底宽3.6m,上游坡比1:0.3,下游坡比1:0.1,基础外伸0.5m,基础深1.5m。用M7.5水泥砂浆砌石砌筑，M10水泥砂浆勾缝。拦渣坝坝体底部设屮100PVC排水管，间距为1m。坝体稳定和地基应力分析拦渣坝采用浆砌块石砌筑，砌体容重为22kN/m3，渣石容重为16kN/m3,地基与砌体间的磨擦系数f=0.35，地基允许压应力o=250350kN/m2。坝体荷载(以1.0m坝长计算)

15、自重：G1=3.6X1.5X22=118.80kN(!)G2=5X0.6X22=66.00kN(!)G3=0.5x5/2X22=27.50kN(!)G4=1.5X5/2X22=82.50kN(!)渣压力：P=0.5X5X16=40.00kN(!)P2=1.5X5/2X16=60.00kN(!)P3=2.0X2.0/2/2X16=16.00kN(!)水压力：P水1=1/2X0.32X10=0.45kN(-)P2=0.5X0.3X10=1.50kN(!)水2P=1/2X0.3X0.3X0.3X10=0.05kN(!)水3扬压力：W=1/2X10X0.3X3.6=5.40kN(t)主动渣压力按武汉水

16、利电力学院土力学(7-3-2)式计算挡渣墙墙背铅直投影面上的总主动土压力：P二1-y-H2-Ka2a式中：Y填渣容重;屮内摩擦角；6墙摩擦角；P填渣表面与水平面所成的坡角；墙背与铅垂线的夹角；K主动渣压力系数。a渣石的内摩擦角取屮取55，此时渣石容重为16kN/m3。=tg-1（1.5/5）=176=2/33屮=2/3x55=36.6p=tg-i（1/2）=26.6Y=1.6t/m3=16KN/m3C0S2（屮一8）aC0S2SXC0S（8+）X1+丽（屮+S诚屮一卩）2C0S（8+S）C0S（S-P）- cos2(55。17。)- sin(55+36.6o)sin(55-26.6o)qcos

17、217Xcos(17+36.6)x1+cos(36.6+17)cos(-17+26.6)=0.31651P-YH2ka2a=1/2X16X52X0.3165=63.30KNPax=PaXcos(36.6+17)=37.56KN()Pay=PaXsin(36.6+17)=50.95KN(!)挡渣墙受力计算成果(对A点取矩)详见表6。拦渣坝受力计算成果表(对A点取矩)表-6荷载名称算式作用力（KN）力臂（m）力矩（KNm）水平垂直抗倾覆倾覆一、自重G13.6X1.5X22,+118.80(；)1.800,+213.845X0.6X22+66.00(；)1.300,+85.500.5X5/2X22,

18、+27.50(；)0.833,+22.92G41.5X5/2X22,+82.50（；）2.100,+173.25二、渣压力P10.5X5X16,+40.00（；）3.350,+134.00P21.5X5/2X16,+60.00（；）2.600,+156.00P32.0X2.0/2/2X16,+16.00（；）2.933,+46.93三、主动渣压力PaxPax=63.30Xcos（36.6+17）,-37.56（-）3.167-118.94PayPay=63.30Xsin（36.6+17）,+50.95（；）四、水压力P11/2X10X0.32,-0.45（-）1.60-0.72P20.5X0.

19、3X10,+1.50（；）3.350,+5.03P30.3X1/2X0.3X0.3X10,+0.05（；）1.630,+0.07五、扬压力1/2X10X3.6X0.2,-5.40（t）1.200-6.48Z,-38.01（-）,+457.90（；）,+837.84-126.142坝体抗滑稳定计算计算公式为：(w+P+P)-uK=ay矸sPax式中：K最小抗滑安全系数，K21.3；SSPax主动渣压力的水平分力；P主动渣压力的垂直分力；ayP渣渣压力；U基底摩擦系数；W坝体总重量。Ks=46175泸=42513故不会滑动。3坝体抗倾覆稳定计算计算公式为：W+P-b抗倾覆力矩Kaay=tP-h倾覆

20、力矩ax式中：Kt最小抗倾覆安全系数，Kt1.5；Aw对A点的力距，m；BP对A点的力距，m；ayHP对A点的力距，m。axK=83784=6.641.5，说明不会倾覆。t126.14有关计算情况详见表8.3-6。4地基应力计算偏心距：L=YMiSM2=(837.84-126.14)/457.90=1.554(m)i为Pe=L/2-L1=3.6/2-1.554=0.246(m)L/6=3.6/6=0.600(m)eVL/6，故合力作用点在坝基三分点以内。上游面应力：因此不产生拉应b=竺(1-6e)=457.90(1-6%246)=75.10KN/m20,LL3.63.6力。下游面应力：a=25

21、0一竺(1+竺)=45790(1+6%.246)=179.28KN/m2VLL3.63.6350KN/m2。通过计算说明可看出，坝体断面设计既能满足稳定要求，又能满足地基应力要求，因此，坝体断面设计是合理的。拦渣坝受力示意详见附图3，拦渣坝结构详见附图4。Q建筑垃圾的堆置建筑垃圾堆置采用从下游至上游分层压实的方法堆置。当渣堆放至与拦渣坝坝顶齐平时，从坝顶上游开始，留出2.5m宽的平台后，开始后期坝的堆筑。后期坝采用建筑垃圾碾压堆筑，分期加高，下游坡度采用1：2.5,每2.5m为一层压实，喷洒5%石灰乳，每堆高5m设一宽2.5m的马道。在后期建筑垃圾下游坡面上采用浆砌石方格网护坡，方格墙宽50c

22、m，高50cm，边长2.0m。方格网内填50cm厚的土并对其进行绿化；当渣石堆至设计渣面高程（918.0m）时，在其上铺一层50cm厚的黄土，以进行植被恢复。垃圾处置场纵断面详见附图5，永久渣边坡护坡措施详见图附6。Q坝坡横向排水沟设计在形成的马道和永久坡面上设置横向排水沟，采用矩形断面，深、底宽均为0.3m，侧墙和底板厚均为0.3m，排水沟用M5.0水泥砂浆砌块石砌筑,M10砂浆勾缝修建长度526m。横向排水沟设计图详见附图7。Q截洪沟设计考虑到垃圾处置场后期施工期间和完工以后，场内坡面来水的流向，在垃圾处置场周围布设截洪沟。1流量计算根据开发建设项目水土保持方案编制技术中规定，截洪沟设计标准采用10年一遇洪水设计（p=