汇河城区段防洪治理工程初步设计

[27]。σ式中：σmaxG—作用于坝体上的全部竖向荷载（kN）；M—作用于坝体上的全部竖向和水平向荷载对于基础底面垂直水流方向形心轴的力矩（kN·m）；A—基底面的面积（m2）；W—坝体基底面对其垂直水流方向形心轴的截面矩（m3）。计算结果如下表：表4.6.1-3坝体应力计算成果表垂直应力（Kpa）正常蓄水位设计完建正常蓄水位遇地震σ29.63128.2533.625.4σ40.21841.1534.543.6地基最大承载力为160Kpa，满足要求。4）渗流计算①各分段的阻力系数分段阻力系数可按下列公式计算：进出口段ξ内部垂直段ξ内部水平段ξ式中，ξiSiT地基透水层的深度（m）；Lx②各分段的水头损失值各分段的水头损失值可按下式计算：ℎ式中，ℎin总分段数；各分段的阻力系数；③进口、出口段水头损失值的修正按下式计算进口及出口段修正之后的水头损失值ℎ其中，ℎ式中，进、出口段修正后的水头损失值（m）；进、出口段的水头损失值（m）；阻力修正系数，当时，取；板状另一侧地基透水层深度（m）；底板埋深与板桩入土深度之和（m）。④渗透坡降按下式计算出口段的渗流坡降值：J底板水平段平均渗透坡降可按下式计算：J式中，J--出口段渗流坡降值；ℎ0S'水平段水头损失值（m）；L--水平段的长度（m）。采用理正结构工具箱进行计算，结果如下：表4.6.1-4水平段及出口段坡降值计算表铺盖水平段J坝底板水平段J出口段J设计情况0.0670.0670.157允许渗透坡降[J]0根据水平段和出口段坡降值计算结果，实际渗流坡降均小于允许渗透坡降，表明故渗流出口状态稳定，发生渗透变形的可能较低。坝体用C25埋石混凝土浇筑，外部采用粗料石镶面，迎水面用M12.5水泥砂浆勾深缝，且坝体自身可防渗；C25埋石混凝土坝体及铺盖、下游消力池之间均设置橡胶止水带防水。4.6.2拦水坝加固工程设计1.桩号69+500坝桩号69+500坝因年久失修，坝体右侧已经损坏，本次设计对破损的坝体采用M10浆砌块石进行补砌，对整个坝体进行M12.5水泥砂浆勾缝，损坏段共长5m，坝高1.9m，经计算，需补砌浆砌块石9m3，勾缝面积255m2。2.桩号71+250坝桩号71+250坝现状消力池损坏，两岸岸墙损坏，本次设计重建消能设施及两岸挡墙，坝体维修补砌。消能设施包含斜坡段、消力池、海漫及两岸护砌：斜坡段设计坡比1:4.0，长15.98m，消力池池深0.9m，池长16m，板底设反滤层；末端设海漫段，长度10m-17.6m，两侧增设岸墙及护坡，斜坡段和消力池段墙高4.62-4.70m，海漫段设浆砌石扭坡段，高度3.72m，扭坡段末端各增设10m长护坡。坝体维修补砌采用M12.5水泥砂浆勾缝，M10浆砌块石补砌.斜坡段及消力池段底板均采用C30钢筋砼结构，两侧岸墙采用C30埋石砼结构，砼抗渗等级W4、抗冻标号F150；海漫段及下游护坡采用M10浆砌块石结构，勾缝砂浆强度M12.5，砂浆抗冻等级F150.（1）拦水坝消能防冲设计根据塌坝过程中不同水位和过流量进行计算，选取最不利工况。1）收缩断面水深计算收缩断面水深h1的计算公式：E式中：E01q－收缩断面的单宽流量；f1－泄水建筑物流速系数，取0.952）消力池水跃计算按下列公式计算等宽矩形断面的消力池水平护坦上自由水跃的共轭水深ℎ2：ℎ2F式中：Fr1ℎ1v1水跃长度L可按下式计算：L=6.9×(3）消力池尺寸计算采用等宽矩形断面下挖式消力池，按下列公式计算池长、池深：d=σ∆Z=L式中：d－池深,m；σ－水跃淹没度,可取σ＝1.05；ℎ2ℎt∆Z－消力池尾部出口水面跌落，m；Q－流量，m3/s；b－消力池宽度，m；φ－消力池出口段流速系数,可取0.95；L－自由水跃的长度；Lk－池长；4）消力池底板厚度计算按照抗冲和抗浮要求，按下式计算。抗冲：t=k1q∆抗浮：t=式中：t－消力池底板始端厚度（m）；∆Hk1k2U－作用在消力池底板底面的扬压力（kPa）；W－作用在消力池底板顶面的水重（kPa）；γb－消力池底板的饱和重度（25KN/m3Pm计算得，结合实际工程和构造要求，消力池池深为0.9m，池长16.0m，消力池底板使用C25钢筋砼结构，厚度为0.55m。5)海漫长度计算海漫长度可按下式计算L式中:Lp∆Hq－消力池末端单宽流量（m3/s）；Ks因该段河道设计底高程位于基岩上，抗冲性能较好，根据已建工程经验该段海漫长度取10.0m，采用M10浆砌块石结构，厚度为0.4m。表4.6.1-5桩号71+250拦水坝消能计算成果表坝上水位（m）坝上净水头H0坝上水深H（m）泄量（m3/s）收缩水深ℎc跃后水深ℎc下游水深ℎt池深d（m）池长Lk底板厚度t（m）112.460.200.1614.120.020.650.390.283.040.25112.620.400.3239.910.061.100.720.415.020.25112.770.600.4773.280.101.491.040.496.700.25112.930.800.63112.760.151.851.340.568.190.28113.091.000.79157.5030.619.540.335206.930.272.511.920.6510.800.38113.411.401.11260.630.342.822.200.6911.980.42113.561.601.26318.270.413.122.470.7213.080.46113.681.801.38379.570.483.422.610.8714.220.51113.751.981.45436.000.563.612.970.7614.970.54113.751.981.45436.000.563.613.220.5114.740.53根据以上计算结果，设计消力池池长为15.5m、池深0.9m，末端设0.5m厚齿坎，消力池总长16.0m；根据地质条件确定的海漫长10.0m，不再增设防冲槽。（2）两侧护砌设计复核1）岸墙及护坡设计两侧增设岸墙及护坡，斜坡段和消力池段墙体高度4.62-4.70m，墙背坡比1:0.50，海漫段设浆砌石扭坡段，高度3.72m，首端墙背坡比1:0.45，墙体坐落在基岩上均采用C30埋石砼重力式结构，墙顶宽0.5m，基础深1.0m，分两步台阶，台阶宽高比1:1；扭坡段末端各增设10m长护坡,护坡采用M10浆砌块石结构，厚度0.40m，护坡底部设1m×0.6m齿墙，顶部设0.5m×0.5m封顶，坡面首末端设0.8m深齿墙封边。两岸护砌增设φ100PVC排水管，间距为3.0m，按梅花形布置，墙后设置φ300土工布包碎石反滤球。2）岸墙稳定计算两侧岸墙采用C30埋石砼结构。岸墙稳定计算采用最大墙高4.7m断面进行计算。岸墙级别为4级，基础均坐落在基岩上，基础和地基间的摩擦系数f取0.45，地基容许承载力为200kPa。地震基本烈度为Ⅶ度，地震动峰值加速度0.10g。计算成果见下表4.6.1-6。表4.6.1-6边墩及岸墙稳定计算成果表断面工况抗滑稳定抗倾稳定地基应力（kPa）计算值允许值计算值允许值σσ重力式4.70m施工完建期1.631.054.971.4136.1996.81正常运用期1.521.053.701.4129.4882.91设计洪水工况1.581.053.671.4116.2075.60正常运用+地震1.311.003.351.3145.8380.39由计算成果可知，岸墙的抗滑、抗倾稳定及基底压力均满足规范要求。PAGEPAGE2795环境保护设计5.1环境现状5.1.1自然环境泰安市汇河，是大汶河的主要支流之一，该河上游由潮泉河、城东河、抬屯河、陈留河等6条支流汇流而成，流经肥城市、平阴县，在东平县接山镇黄徐庄村入大汶河，全长95km，流域面积1248km2。汇河属季节性河流，雨季起着防洪作用。汇河流域地处暖温带大陆性湿润、半湿润季风气候区，四季特征分明：春冬季多风，雨雪较少且气候干冷；夏秋季气候湿热，降水集中且秋季时长超过春季，形成了“春旱、夏涝、晚秋又旱”的自然规律。5.1.2经济社会环境肥城市下辖10个乡镇、办事处，共605个行政村，总人口97.8万，其中农业人口70.05万，耕地面积93.47万亩。2021年全市全年实现生产总值760亿元，同比增长6.6%。城镇居民人均可支配收入达到43305元，同比增长6.4%；农村居民人均可支配达到21975元，同比增长7.8%。5.1.3环境敏感点经调查，本河道工程沿线200m以内声环境敏感主要为村镇和集中居住区，主要为沿河村庄，工程施工将对这些敏感点造成一定的不利影响。此外，在施工过程中，基坑开挖和混凝土拌和系统、推土机、挖掘机、装卸汽车等噪声源强较大，在等高噪声机械施工点周围20m内，噪声值超过70dB(A)，施工人员长期在高噪声环境中工作，将影响身体健康，必须采取防护措施。高噪声设备对距施工区较近的各工程临时生活区也将带来噪声影响，给施工人员的休息造成不利影响。5.2环境影响分析5.2.1工程建设对环境的主要有利影响通过河道清淤工程，有效增加河道行洪能力，保障了人民群众生命财产安全、农业生产的稳产高产，改善居民生产、生活条件，促进农业生产稳定发展，除涝减灾效益显著。此外，提高了水体的自净能力，平顺水流，水质变得清洁自然，农村水环境面貌及人居环境都得到根本改善，使得农民在农村可以安居乐业，促进了社会的稳定协调发展。5.2.2工程建设对环境的主要不利影响工程施工期间，土石方开挖、混凝土拌和等生产生活活动产生的“三废”和噪声会污染环境。（1）施工废水含泥沙、石油类等污染物，生活废水含CODcr、BOD5等污染物，基坑排水含悬浮物，不经处理排放会污染水体；（2）空气污染源于施工活动产生的粉尘及机械燃油废气，含TSP、SO2等污染物，可降低能见度并引发呼吸道疾病；（3）施工机械和运输车辆会造成一定程度的噪声污染，尽管对周边环境影响相对有限，但会对现场人员以及公路两侧居民区、办公生活区产生影响；固体废弃物涵盖拆除弃渣、建筑垃圾和生活垃圾，若处理不善，不仅会造成大气、水、生物等多维度污染，还可能诱发水土流失问题；（4）施工人员工作强度大、生活条件差，抗病力下降，且人员集中易传播疾病，影响人群健康和工程进度。（5）施工占地会破坏原有植被。​5.3环境保护设计5.3.1环境保护目标（1）保护地表水与地下水水质；（2）保护大气环境，确保施工机械和运输工具废气合规排放，避免周围村民及施工人员受污染影响；（3）强化施工期声环境防护，将噪声污染控制在标准限值内，最大程度降低对施工人员及周围群众的干扰。5.3.2环境保护措施1.生产废水：（1）砂石料冲洗等碱性废水经沉淀池沉淀后清液回用，沉渣妥善处理；（2）含油废水经隔油沉淀池和油水分离器处理，达标后运至污水处理厂，废油水焚烧处理；2.生活污水：通过临时旱厕和化粪池处理，部分用于农田灌溉，剩余消毒后运至污水处理厂;3.大气环境（1）施工场地定期洒水，土方集中堆放及时回填；（2）维护燃油设备，安装净化装置，使用优质燃油；（3）拌和站用除尘装置，发放防尘用品；控制车速，覆盖运输材料，密封水泥罐车；（4）注意水泥运输装卸，设库房存放。4.噪声防护：选用低噪设备，合理安排施工时间与场地，施工人员佩戴防护用具，减少夜间运输，限制车速，禁鸣笛；5.固体废弃物处理：（1）弃土外运综合利用，运输降尘，完工后恢复植被；（2）建筑垃圾挑拣利用，余料运至指定地点，清理施工场地；（3）生活垃圾集中收集，卫生填埋；6.人群健康防护：对施工人员检疫、发放预防药、保护水源、保证蔬菜供应和定期体检；7.土壤保护：则分层处理施工区土壤，采用简易临时建筑，利用现有便道，维护处理池，妥善处置有毒有害废弃物；8.工程结束后，拆除临建设施，清理场地并消毒，恢复施工迹地结论本设计聚焦汇河城区段防洪治理工程，针对该河段长期存在的河道泥沙淤积、行洪能力弱、岸坡防护体系不完善及跨河建筑物老化、建设标准低等问题展开研究，通过水文分析、地质勘察、工程设计及结构计算，形成了严谨的防洪治理方案，保障沿岸人民生命财产安全，促进区域经济社会可持续发展。主要成果与结论如下：1.河道断面设计：河道纵断面设计基本维持现状比降，不同桩号段依据实际地形条件设置不同比降，66+720～68+950段设计比降为1/900，68+950～72+650段为1/500，72+650～76+435段为1/200；横断面设计维持现状河道总宽度不变的原则，以主河槽中泓线高程为基准开展清淤、削滩作业，不同桩号根据不同地形和行洪要求采用梯形断面与矩形断面。其中，大部分行洪断面小、河道淤积的段落，如66+720～67+300、67+470～72+618、73+070～73+550及75+600～76+435段，采用梯形断面，边坡选取1:2，有助于扩大行洪断面面积，增强河道行洪能力，对于河槽狭窄且无拓宽条件的67+300～67+470段，采用矩形断面，以在有限空间内保证河道的输水能力，75+600～76+435段位于石坞水库库区，因降水困难，仅进行水下清淤，以满足基本的行洪与河道功能需求。2.水面线计算及岸顶高程确定：（1）通过设计洪峰流量，按照堰流流量公式计算，得到桩号65+850溢流坝堰上水位为102.6m；（2）通过采用天然河道水面线计算程序进行分析，得出本次河道治理工程50年一遇的起始水位为103.55m；（3）弯道横向水面差：桩号67+600～68+050右岸0.053m,桩号68+450~68+600左岸0.237m，桩号71+850~72+250右岸0.041m，桩号72+300~72+618左岸为0.106m；（4）通过3.2-2跨河建筑物上下游水位汇总表，计算可得漫水桥、靶场生产桥、沙沟新村桥、祥山大街、农业开发区、河洼桥都满足行洪要求；（5）在弯道段横向水面差和跨河建筑物上下游水面差计算下，得到桩号66+720~73+550的河道断面设计成果表；（6）岸顶高程：治理段无堤防、为防洪河道，不考虑安全超高等，现状岸顶即为设计岸顶。3.清淤疏挖工程设计：采用简化毕肖普法，通过理正软件计算，桩号71+350右岸、72+600右岸岸坡抗滑稳定系数均大于规定的相应工况允许最小安全系数，设计断面合理、安全可靠。4.护砌工程计算；（1）冲刷深计算：护岸段67+800和72+100的冲刷深度分别为1.17m、1..22m，岸墙段67+350处为1.50m；（2）桩号67+300-67+470段新建岸坡护砌：通过计算和方案比选，采用C30砼连锁块生态护坡，护坡厚度0.12m，桩号67+600~68+050右岸，桩号71+850~72+250右岸、桩号72+300~72+618左岸基础埋深皆为1.8m，护砌长度共1.355km；（2）桩号67+300-67+470段新建岸墙设计：采用C25砼挡墙结构护砌经计算，挡墙高度为4.3m，相应计算工况下，岸墙的抗倾覆和抗滑移稳定安全系数均满足规范要求，基底最大压应力小于地基容许压应力，因此在桩号67+300～67+470段新建岸墙经济合理，长度0.34km。5新建桩号67+940拦水坝：（1）水力及消能防冲计算：拦水坝堰上水位为106.44m，河道两岸整治后的高程为110.28m，消力池设计参数:池深0.6m，池长12.0m，底板厚度0.5m，海漫长度依照构造要求确定为8.0m，末端设置1.5m深齿墙。（2）工程设计：拦水坝由铺盖、拦水坝坎体、坝后护底、两侧岸墙及护坡组成，采用折线型实用堰型式，C25埋石砼结构外镶M10浆砌块石，坝长35m、顶宽1m、高1.5m，上下游面分别为铅直与1:1.0坡比。坝体每15m设2cm宽分缝，以橡塑板填缝并配651型橡胶止水；消力池为C25钢筋砼，深0.6m、长12m，尾部设8m长M10浆砌块石海漫等防护设施；上下游河道边坡用300mm厚M10浆砌乱石护坡，坡比1:2.0，设分缝与齿墙；挡墙设PVC排水管解决排水，坝体埋DN300泄水管并配下游阀门井。（3）拦水坝稳定计算：抗滑稳定计算各工况下安全系数满足规范要求、应力计算结果表明坝体基底应力小于地基最大承载力、渗流计算表明水平段及出口段实际渗流坡降小于允许渗透坡降，因此桩号67+940拦水坝满足稳定要求，渗流出口稳定，发生渗透变形的可能性极低。6.桩号69+500和桩号71+250拦水坝加固工程设计：（1）桩号69+500坝因年久失修，坝体右侧已经损坏，破损的坝体采用M10浆砌块石进行补砌，对整个坝体进行M12.5水泥砂浆勾缝，损坏段共长5m，坝高1.9m，经计算，需补砌浆砌块石9m3，勾缝面积255m2；桩号71+250坝现状消力池损坏，两岸岸墙损坏，本次设计重建消能设施及两岸挡墙，坝体维修补砌。（2）消能防冲设计：消能设施包含斜坡段、消力池、海漫及两岸护砌，设计池长取15.5m、池深0.9m，末端设0.5m厚齿坎，消力池总长16.0m；根据地质条件确定的海漫长10.0m，不再增设防冲槽。（3）两侧护砌设计：两侧增设岸墙及护坡，岸墙采用C30埋石砼结构，顶宽0.5m，基础深1.0m，分两步台阶，台阶宽高比1:1；在扭坡段末端各增设10m长护坡，护坡采用M10浆砌块石结构，厚度0.40m，护坡底部设1m×0.6m齿墙，顶部设0.5m×0.5m封顶，坡面首末端设0.8m深齿墙封边。经计算，岸墙的抗滑、抗倾稳定及基底压力均满足规范要求，两座拦水坝加固设计安全合理。参考文献康立芸,杨晓茹,马朋坤,等.我国大江大河堤防现状与建设对策建议[J].中国水利,2023,(14):4-7.雷勇,李伟健,王磊.极端天气下城市洪涝灾害防御应对的思考[C]//中国水利学会城市水利专业委员会.第七届城市水安全与水管理学术研讨会论文集.珠江水利委员会珠江水利科学研究院;,2024:130-136.DOI:10.26914/kihy.2024.026813.耿晓君,杨晓茹,李爱花,等.现代化防洪减灾体系中河道治理思路探讨[J].中国水利,2023,(14):11-14.董红涛,李春城.中小河流的河道防洪工程相关措施分析[C]//中国水利学会减灾专业委员会.第十三届防汛抗旱信息化论坛论文集.焦作黄河河务局温县黄河河务局;,2023:335-339.DOI:10.26914/kihy.2023.010461.李春裕.洪水灾害风险评估与防洪工程设计优化[J].水上安全,2024,(24):190-192.牟学银.河道防洪治理生态保护措施应用研究[J].农业灾害研究,2025,15(02):251-253.刘珂宏.永登县大沙沟防洪治理工程中的河道防洪治理技术研究[J].当代农机,2025,(04):88-89.江丹.新河鄠邑区段流域综合治理项目中堤防工程设计与施工[J].陕西水利,2023,(01):113115.doi:10.16747/J.CNKI.CN611109/TV.2023.01.023.王俊丰.丹江河段治理工程防洪堤设计分析[J].江西建材,2023,(01):143144+147.刘仁德,吴盖,康宏志,等.乌沙河望城段河道治理工程生态防洪堤设计[J].水利技术监督,2022,(08):220224.张森.方山河清徐段河道防洪治理工程设计分析[J].山西水利,2022,(06):4244.衣晓菲.临朐县五井石河嵩山段防洪治理工程设计[J].山东水利,2022,(08):5152+55.doi:10.16114/J.CNKI.SDSL.2022.08.025.于淼,刘畅.桓仁县浑江综合整治桓仁城市段防洪工程设计[J].东北水利水电,2025,43(04):14-16+28.DOI:10.14124/ki.db