水银河堤防工程设计说明资料.docx
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水银河堤防工程设计说明资料
一、工程概况
水银河堤防工程位于陇县水银河下游的城关镇黄崖村，距县城2km。
堤防按30年一遇洪水设计，设计洪峰流量243m3/s。
工程新修堤防770m，其中水银河右岸堤防520m，左岸堤防250m。
工程需挖土方19285m3，回填土7510m3，浆砌石3384m3，压实砾砂料9936m3，消耗水泥328T，砂子1350m3，片石3892m3，砂砾料9936m3，投工5667工日。
工程预算总投资219.86万元。
工程建成后可确保水银河沿岸城关镇黄崖村357户，1646人以及陕西民爆责任有限公司陇县分公司职工的财产和生命安全，同时保护了河岸两侧的耕地，使人民群众充分利用河堤种植粮食及经济作物，将有效改善人民群众的生活、生产条件，推动两个文明建设，促进区域经济发展起到不可估量的作用，社会效益、经济效益和生态效益显著。
1、基本情况
陇县位于宝鸡市西北部、地理位置处东径106°26′20″-107°40′20″，北纬34°35′10″-35°52′54″，东西长59.7km，南北宽57.6km，周长248km，总面积2285.2km2。
地势西北高，东南低，海拔高程800-2428m。
东接千阳，南临宝鸡市陈仓区，北部和西部与甘肃接壤。
水银河属千河二级支流，发源于陇山山脉北麓的河北乡地区，由陇县县城东北端汇入北河，再汇入千河。
水银河干流长16.8公里，流域面积82.15平方公里，河床比降为19.7‰。
水银河流域为北部邱陵区，耕地面积大，林木稀少植被较差，覆盖率低，水土流失面积占总流域面积近一半，每逢暴雨，山洪爆发，泥水下泄，山坡耕地表土被刮，河道两岸良田、公路、村庄被毁，严重威胁着水银河两岸人民群众的生命财产和安全。
2、水文气象
陇县地处中纬度地带，受中亚季风影响，具有明显的干旱大陆性气候特征，多年平均气温10.7℃，最高气温40.5℃，最低气温-19.9℃，最大冻深度土层0.8m。
主导风向夏多东南风，冬多西北风，最大风力可达8级2.1m/s，年平均蒸发量810.1mm，多年平均降雨量600.1mm，最大年降雨量810.4.1mm，最小年降雨量426.4mm，在季节分配上也不均匀，汛期七、八、九三个月降雨量均占全年降雨量的50%-70%。
水银河流域河道洪水主要由暴雨产生形成，具有历时短、强度大、泥砂含量大、危害严重的特征。
水银河多年平均流量0.32m3/s，年均径流量0.10亿m3。
3、地质地貌
水银河流域在大地构造上属鄂尔多斯台向斜西南缘，河床位于陇新生代山间断陷盆地之中。
河谷上游比较狭窄，下游地势开阔，河流极不稳定。
水银河支流较多，自然河床沙滩密布，叉道交错，水流散乱，主流靠左岸行走，右岸自然岸线稳定。
水银河大桥桥址区河该段为河谷阶地区，地势较为平坦，根据钻探及外野地质调绘，地层岩性分别为杂填土、淤泥质亚粘土、含砾亚粘土、角砾、泥岩、强风化砂岩强风化砂砾岩。
4、社经情况
本工程主要保护陇县城关镇黄崖村居住区人口1645人,耕地2401亩,全村粮食作物主要有小麦、玉米和豆类，经济作物主要有辣椒蔬菜等。
近几年，在镇党委、政府的倡导下，在村干部、党员和村民代表的带动下，村民由传统的种植业向手工加工业、养殖业迅速发展，农业由单一的粮食种植向多品种的经济作物发展。
2008年全村共发展奶牛358头，辣椒、蔬菜等经济作物种植400多亩，发展村办、民营集体企业共3个，为农民提高收入奠定了良好的基础，现人均纯收入达到2200元。
5、水银河流域治理现状
近年来，在党的政策号召下，全县开展以小流域为单元进行水土保持综合治理。
水银河流域的荒地、荒坡等进行户包退耕还林，栽植林木、果树等经济作物，植被覆盖率得到了大幅度的增加，使水银河流域水土流失现象得到了有效的控制。
另一方面，当地政府发动群众对水银河进行了防洪治理，在严重威胁沿岸村庄、公路的危险地段已修建堤防4处，共3公里多，有效地保护了水银河两岸人民群众的生命财产和安全。
6、水银河防洪治理规划
根据全县安全渡汛工作的要求，在重点治理千河、北河的同时，对其主要支流进行治理，保护沿岸群众生命和财产安全。
依据北河防洪治理规划，对水银河的防洪工程进行了规划。
6.1.洪水特征
水银河流域河道洪水主要由暴雨产生，具有历时短、强度大、危害严重的特征。
水银河各段河道洪水主要由暴雨形成。
6.2.洪水分析计算
水银河各段流域面积、比降、河流长度表
河段位置名称
流域面积（km2）
河流比降（%0）
河流长度（km）
黄崖段
82.15
19.7
15.9
九子沟段
53.3
19.7
12.8
唐家庄段
42.6
19.7
10.4
采用推理公式法、水文比拟法、经验公式法三种方法分析计算该河流各断面洪峰流量
（1）推理公式法
按照《宝鸡市水文手册》采用推理公式法，由暴雨推求设计洪水洪峰流量，见下表：
单位：
M3/S
河段
洪水频率
1%
2%
3.3%
5%
10%
黄崖段
318
270
245
216
178
九子沟段
206
175
159
140
115
唐家庄段
165
140
127
112
92
（2）水文比拟法
本次设计参照《宝鸡市实用水文手册》推荐的地区综合经验公式:
Q设=｛F设/F参｝n×Q参
Q设、Q参——分别代表设计断面和参证站频率为P的设计洪峰流量（m3/S）。
F设、F参——分别为工程断面和参证站断面控制的流域面积。
n为面积比拟指数，《宝鸡市实用水文手册》推荐指数2/3。
以北河流域洪水为参证，用水文比拟法推求该河流各断面洪峰流量，见下表：
单位：
M3/S
流域面积（km2）
洪水出现频率
1%
2%
3.3%
5%
10%
北河
410.3
850
700
450
350
250
黄崖段
82.15
290
239
154
118
86
九子沟段
53.3
188
155
100
77
56
唐家庄段
42.6
150
124
80
61
45
（3）经验公式法：
利用《宝鸡市实用水文手册》推荐的洪峰流量经验公式计算各频率下的洪峰流量：
Qp=0.009F0.742.J0.342.H6P1.301
式中：
QP—设计洪峰流量（ms/s）
F—流域面积（km2），取82.15km2
J—河道平均比降（‰），J=19.7‰
H6p—设计频率下6时时降水（mm）
经计算水银河黄崖段不同频率下的洪峰流量见下表
设计洪水计算成果表单位：
M3/S
断面
洪水出现频率
1%
2%
3.3%
5%
10%
黄崖段
330
274
243
206
157
九子沟段
214
178
158
133
102
唐家庄段
171
142
126
105
82
综合上述三种计算方法，方法
（1）和（3）计算结果比较接近，方法
（2）计算的结果偏小，由于采用的是水文比拟法，两者虽然在北河流域内但控制面积差别较大，因而计算结果可靠性较差，故选用方法
（1）和（3）计算结果较为可靠，经过综合分析比较，确定水银河洪峰流量采用方法（3）计算结果。
6.3工程等级及防洪标准
依据国家《堤防工程设计规范》（GB50286—98）、《防洪标准》（GB50201—94）及《陇县北河防洪治理规划》，结合水银河下游河段群众临河居住及陇（县）清（河）公路沿河通过的实际情况确定：
九子沟段、唐家庄段等河流右岸及黄崖段两岸堤防工程级别为Ⅲ级，防洪标准为30年一遇洪水，相应洪峰流量见设计洪水计算成果表。
水银河下游6.4公里其余各段，主要是保护农田为主，堤防工程级别为V级，防洪标准为10年一遇洪水，相应洪峰流量见设计洪水计算成果表。
6.4规划河床宽度
根椐水银河流域现有河道行洪宽度，规划各段堤防走线与已成堤岸线或天然土坎走线基本一致，局部地区裁弯取直或退移。
确定各河段行洪宽度如下：
黄崖段为60米。
九子沟段为45米。
唐家庄段为40米。
6.5规划洪水位
依据Q=1/n*WC（Ri）1/2计算设计洪水深。
式中：
W—概化为矩型断面面积（m2）
n—河道糙率R—水力半径
i—河床比降C—谢才系数
Q—相应断面的流量（m3/s）
在设防标准为30年和10年一遇时，各段设计洪水位计算如下表
30年一遇设计洪水位表
断面
黄崖
九子沟
唐家庄
洪水位（m）
920.65
981.72
1028.61
堤顶高程（m）
922.06
982.98
1029.92
堤顶宽度（m）
3
3
3
10年一遇设计洪水位表
断面
黄崖
九子沟
唐家庄
洪水位（m）
920.23
981.28
1028.14
堤顶高程（m）
921.33
982.38
1029.24
堤顶宽度（m）
2.5
2.5
2.5
二、河道现状及工程建设的必要性
水银河两岸均为耕地居住村民均在两岸山坡根下，解放以来洪水虽冲毁两岸耕地数百亩，但没有威胁到村庄安全，加之国家资金有限，村民生活困难，至今没有治理该河段，但在随着人民生活的不断提高，乡村城镇化建设步子加快，沿山坡、山顶居住的村民不断搬迁，城关镇黄崖村受洪水威胁较大，此段以前曾修建过河堤，但是防洪能力低，而且水毁严重，每年的主汛期，山洪爆发，险情不断发生，防汛形势非常严峻。
今年宝（鸡）平（凉）高速公路建设动工修建，路线从陇县境内通过，其中水银河大桥与北河的支流水银河道斜交，斜跨段桥长约670多米，河道中每组设置四个桥墩，每个桥墩宽度1.50米，由于桥梁桥墩的设置，使河道束窄，减小了过流面积，桥墩上游产生雍水，桥下流速增大，易造成主流两岸冲掏，遇到发洪水，直接威胁到沿岸黄家崖村1645人口以及陕西民爆责任有限公司陇县分公司的生命财产和安全。
为了有效保护水银河沿岸群众生命财产安全，规划对水银河大桥上下游右岸520m河段、大桥下游左岸250m河段急需修建的堤防进行修筑。
是确保人民生命和财产的头等大事。
水银河黄家崖段治理区，具有河谷开阔，内槽宽线等一般性平原弯曲河流的特征，河床基准面较为稳定，主槽变幅不大，河流弯曲较趋固定，河床宽窄不一，最窄处46米归宽处65米。
河床岸相以砂砾石为主，纵向冲淤已趋于平衡稳定，但由于水银河大桥的修建将会造成河道主流不定期范围的摆动，同时雍高桥墩上游水位，冲掏下游河床，对河势带来一定范围的影响。
修筑堤防具有稳定河流，保护沿岸人民群众生命财产安全和耕地的作用。
三、工程总体布置
按照陇县河堤防洪治理规划，结合水银河堤防实际及水毁工程实际，确定本次修建工程规模为：
新修水银河黄崖段水堤防770米，其中布设在河床右岸520米，起点为黄崖上游村头，终点至黄崖下游的沟道出口；布设河床左岸共250米，在陕西民爆责任有限公司附近。
两处地段均遭受洪水冲刷严重,直接威胁两岸住户及工厂的安全,须重点加固处理。
以确保住户及工厂的安全。
水银河堤防修复工程是提高水银河沿岸防洪标准，保障沿岸地区人民生命财产安全重要基础设施。
依据工程地形、地质条件、防洪标准，按照千河防洪规划要求及有关防洪工程建设规范及规程进行工程布置。
依据防洪标准进行洪水位设计，确定堤顶高程，设计堤防工程建筑物。
四、堤防工程设计
1、工程等级及防洪标准
本工程设计依据国家《堤防工程设计规范》（GB50286—98）、《防洪标准》（GB50201—94）及《陕西省千河干流防洪工程可行性工程可行性研究报告》确定：
堤防工程级别为3级，确定防洪标准为30年一遇设计,相应水银河黄崖段设计洪峰流量QP=243m3/s。
2、设计洪水位确定
在治理河段选择1—5个标准断面。
对标准断面根据河道设计宽度和相应30年一遇洪峰流量，依据下式计算各断面洪水位。
Q=ki
K=CWR=CBH1.5
式中：
W—概化为矩型断面面积（m2）
B—河道水面宽（m）
i—河道自然比降，经实测此处取16‰
H—河道矩型水深（m）
C—系数，与河床糙率及水力半径有关。
Q—相应断面的流量（m3/s）
经计算各断面设计洪水位如下表
右岸堤防：
断面
右0+000
右0+020
右0+080
右0+140
右0+240
右0+340
右0+440
右0+520
河道宽度（m）
69
68
65
63
59
46
51
58
设计洪峰流量（m3/s）
243
243
243
243
243
243
243
243
设计洪水深（m）
0.94
0.95
0.97
0.99
1.02
1.20
1.12
1.03
设计洪水位（m）
922.46
922.21
921.43
920.65
919.32
918.14
916.70
917.01
左岸堤防：
断面
左0+020
左0+080
左0+140
左0+200
左0+250
河道宽度（m）
52
51
65
67
68
设计洪峰流量（m3/s）
243
243
243
243
243
设计洪水深（m）
1.12
1.13
0.98
0.96
0.95
设计洪水位（m）
915.83
915.01
914.25
913.47
912.83
3、堤顶高程确定
设计堤高程（H）=设计洪水位高程（H洪）+超高（△h）
超高（△h）=风浪爬高（h爬）+股浪壅高（h股）+壅水高度（h雍）+安全超高（h超）
A、风浪爬高（h爬）用下式计算
h爬=3.2kh波tgθ
式中k—坡面糙率有关的系数
θ—堤坡与水平面夹角
h爬—波浪高，h波=0.0208V大5/4B1/3
V大—最大风速，按年最大风速值的1.5倍计
B—最大水面宽
经计算h爬=0.09米
B、股浪壅高（h股）
股浪壅高取用《千河河道治理规划》计算成果，当河道宽度为100米，弯道半径为500米时，h股=0.46米。
C、壅水高度（h雍）用下式计算:
△Z=η（Vm2-Vo2）
式中:
△Z为桥墩前最大雍水高度（m）
Vm为天然状态下桥下平均流速（m/s）,Vm=Vp.2P/P+1,P为冲刷系数,P=ω/ωj,ω为桥下需要的过水面积（m2/s）,ωj为桥下净过水面积（m2/s）
Vp为桥下设计流速（m/s）
Vo为桥前断面平均流速（m/s）
η---阻力系数,一般为0.05～0.15.根据河道情况按照规范的有关规定,本次计算根据水银河大桥桥墩实际情况选择η=0.07,经计算桥前最大雍水高度为0.29m。
D、安全超高取0.7米
综上分析计算，堤防超高均为:
△h=1.54米，取1.60米。
4、堤防冲刷深度计算
冲刷深由平行水流的冲刷深（hB）和水流斜冲引起的冲刷深△hp两部分组成。
A、平行水流方向的冲刷深hB由下式计算
hB=hp+〔（Vcp/V允）n-1〕
式中：
hp—冲刷处水深
Vcp—平均流速
V允—河床面上允许不冲流速，V允=1.5m/s
n=1/4
经计算，hB=1.55米
B、水流斜冲引起的冲刷深（△hp），由下式计算
α
23tg—.V2
2
△hp=—————-30d
1+m2.g
式中：
α—水流流向与岸坡交角。
V—水流的局部冲刷流速，V=4m/s
m—防护建筑物迎水面边坡系数m=1.5
d—坡角处土壤计算粒径d=0.03m
经计算，△hp=1.23米
冲刷深=hB+△hp=1.55+1.23=2.78米
在设计流量下水银河冲刷水深为2.78米，设计堤防基层深度在河道顶冲部位为2.80米。
经计算各断面设计冲刷深度如下表
断面
右0+000
右0+020
右0+080
右0+140
右0+240
右0+340
右0+440
右0+520
冲刷深度（m）
2.00
2.00
2.00
2.00
2.40
2.80
2.80
2.00
断面
左0+020
左0+080
左0+140
左0+200
左0+250
冲刷深度（m）
2.80
2.40
2.00
2.00
2.00
5、工程设计
新修水银河堤防770米，其中河床右岸520米，左岸250米。
河堤：
顶宽3.0米，迎水坡比取1：
1.5，背水坡比取1：
1.5，河堤采用砂砾料堆筑，要求分层机械碾压，每层铺厚不大于30厘米，压实干容重达到1.6T/m3。
堤顶路面采用砂石硬化，硬化厚度15cm，堤顶两侧安砌C20砼道沿，靠河道侧边缘安装预制砼栏杆，栏杆高1.2米。
堤防高度2.8米，河堤背靠村庄台地，堤顶高出群众居住区地面1.2米左右。
砌石护坡：
迎水坡比1：
1.5，砌护上部厚度0.3米，下部厚度0.6米，用75#水泥砂浆砌筑，100#水泥砂浆勾缝，砌石护坡高2.8米，座于挡土墙墙体上，每隔20米设伸缩缝一道，伸缩缝用低标号水泥砂浆塞填。
砌石基础：
砌石挡墙迎水面为斜坡，背水面为直墙，上部顶宽0.6米，下部底宽为1.20米，基础深度为2.0-2.8米，采用75#水泥砂浆块石砌筑。
每隔20米设绅缩缝一道。
基础砌石要座落在河床开挖后的砂卵石层上。
排水设施：
分为堤身排水和堤后排水。
堤身排水是在护坡上埋设2排φ63PVC管道将堤内水排出，间距30米，呈梅花型布设。
堤后排水是在堤后修建排水坑，将水收集后通过埋设φ300砼管排出护坡外。
排水坑内径尺寸50×50×60厘米，排水坑为75#砂浆砌块石，砌筑厚度30厘米，口加盖排水篦子。
堤顶和堤后排水坑均每隔30米布设一个。
堤防设计断面的洪水位、堤顶高程、挡墙顶和挡墙低高程等要素见下表，纵横断面尺寸详见设计图。
堤防断面要素表
右岸堤防：
断面
右岸0+000
右岸0+020
右岸0+80
右岸0+140
右岸0+240
右岸0+340
右岸0+440
右岸0+520
设计洪水位（m）
922.50
922.24
921.45
920.65
919.32
918.14
916.70
917.01
堤顶高程（m）
924.36
924.09
923.28
922.46
921.10
919.74
918.38
918.38
挡墙顶高程（m）
921.56
921.29
920.48
919.66
918.30
916.94
915.58
915.98
挡墙基底高（m）
919.56
919.29
918.48
917.66
915.90
914.14
912.78
913.98
左岸堤防：
断面
左岸0+020
左岸0+80
左岸0+140
左岸0+200
左岸0+250
设计洪水位（m）
915.83
915.01
914.25
913.47
912.83
堤顶高程（m）
917.48
916.66
915.85
915.04
914.35
挡墙顶高程（m）
914.68
913.86
913.05
912.24
911.55
挡墙基底高（m）
911.88
911.46
911.05
910.24
909.55
五、稳定分析
1、基础抗滑、抗倾稳定分析
采用库伦土压力理论计算，其主动土压力：
Pa=1/2rH（H+2h0Kq）k
式中，r—填土容重，取r=1.6（T/m3）
h挡土墙高，取h=2米。
h0=q/r，为填土面上附加荷载q的化引高度。
Kq为附加荷载修正系数，当墙背垂直时值为1。
K土压力系数。
经计算主动土压力：
pa=1.68（T/m）
（1）抗滑稳定计算
kc=ΣP.f/Σw
式中：
ΣW—作用于墙体的全部垂直力的总和（kn）
ΣP—作用于墙体的全部水平力总和（kn）
f—底板与堤基之间的摩擦子数，取f=0.45
经计算，kc=1.31＞［kc］=1.3，满足抗滑稳定要求。
（2）抗倾稳定计算
K0=Σmv/Σmh
式中：
K0—抗倾稳定安全系数。
mv—抗倾覆力矩（T.m）
mh—倾覆力短（kn.m）
经计算k0=1.67＞［k允］=1.5，满足抗倾稳定要求。
2、护坡稳定计算
按砌石护坡稳定安全系数公式计算
k=C+tgφ.cosθ.hr/hrtgθ
式中：
C—土的粘聚力T/m2，取0.7T/m2
r—护坡容重T/m3
h—护坡厚度m，取0.4m
φ—土的内摩擦角
θ—护坡体与水平面的夹角
经分析计算：
k=2.36＞［k允］=1.25
故砌石护坡满足抗滑稳定要求
六、工程预算
1.编制依据
按陕西省计委陕计项目[2000]1045号文颁发的《陕西省水利水电工程概（预）算编制办法及费用标准》（以下简称：
“2000办法及标准”）执行。
价格水平为2009年4季度工程所在材料价格水平。
2.定额依据
水利水电建筑工程采用陕西省计委陕计项目[2000]1045号文颁发的《陕西省水利水电建筑工程预算定额》（以下简称“2000建筑预算定额”），并扩大5%作为概算定额，不足部分参照陕西省建设厅1999年发布的《陕西省建筑工程概预算定额》等进行补充。
水利水电安装工程采用陕西省计委陕计项目[2000]1045号文颁发的《陕西省水利水电设备安装工程预算定额》（以下简称“2000安装预算定额”），并扩大5%作为概算定额。
施工机械台班费定额采用陕西省水利厅陕水计（1996）140号文颁发的《陕西省水利水电工程施工机械台班费定额》，并按“2000办法及标准”规定，将其Ⅰ类费用乘以1.15的调整系数。
3.其他直接费
建筑工程按基本直接费的5.5%，安装工程按基本直接费的6.7%进行计算。
4.间接费
按“2000办法及标准”执行，见下表。
间接费取费标准表
序号
工程类别
取费基础
间接费率（%）
1
土方工程
人工费
40
2
机械化施工的土石方工程
直接费
17
3
石方及砂石备料工程
人工费
55
4
砼工程
人工费
140
5
钻孔灌浆工程
人工费
140
6
辅助工程
人工费
75
7
设备安装工程
人工费
150
5.利润
按直接费、间接费之和的4%计算。
6.税金
按直接费、间接费、利润之和的3.22%计算。
7.基础单价
a）人工预算单价：
按“2000办法及标准”进行计算，技工工资单价为：
26.60元／工日，普工工资单价为23.90元／工日。
根据陕发改项目（2009）821号关于陕西省水利水电工程概（预）算编制办法及费用标准（2000版）调整意见，人工预算单价调整为：
技工46元／工日，普工38元／工日。
调整后的人工单价与“2000办法”中规定的人工单价相比，其增加部分按价差处理，并计入单价表的价差部分。
b）主要材料预算价：
根据工地实际情况综合计算确定，水泥为420元/t，汽油8.03元/kg，柴油为7.54元/kg。
以上主材均按“2000办法及标准”的要求，以规定价进单价，预算价与规定价之差在计取税金后列入单价中。
c）地方材料：
根据工地实际情况计算确定，砂子预算价为80元/m3，石子工地预算价为8
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