堤防工程布置及主要建筑物设计.docx
《堤防工程布置及主要建筑物设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《堤防工程布置及主要建筑物设计.docx（34页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
堤防工程布置及主要建筑物设计
5工程布置及主要建筑物
5.1设计依据
5.1.1工程等别及建筑物级别
本次设计治理河长8.93km，新建防洪堤总长14.925km，保护耕地2.14万亩，保护人口2.97万人。
根据《防洪标准》（GB50201—94）和《堤防工程设计规范》（GB50286—98）的规定，该防洪工程级别为5级，防洪标准取10年一遇洪水设计（P=10%）。
根据《中国地震动峰值加速度区划图》（GB18306—2001），工程区地震动峰值加速度值0.10g，相应地震烈度为Ⅶ度，地震动反应谱特征周期为0.45s，所以，本工程地震烈度按Ⅶ度设防。
5.1.2基本设计资料
⑴水文、气象
历年各月极端最高气温：
29.7℃；
历年各月极端最低气温：
-24.8℃；
多年平均气温：
5.9℃；
平均风速：
1.6m/s；
最大风速：
21m/s；
10年一遇洪峰流量：
439m3/s
⑵工程地震设防烈度为Ⅶ度
⑶地基特征
砂砾卵石堤基允许承载力0.5～0.6MPa。
⑷堤基开挖边坡系数
临时开挖边坡：
水上：
1:
1、水下：
1:
1.25～1:
1.5。
⑸堤身抗滑稳定安全系数
正常运行条件：
K≥1.10
非正常运行条件：
K≥1.05
5.2工程总体布置
5.2.1工程布置原则
⑴堤线布置与该地区的发展规划相结合，相互协调一致，避免工程重复建设。
⑵堤线与河势流向相适应，并与洪水的主流线大致相平行，满足防洪区段两岸堤防间距大致相等，堤距大于稳定河宽要求。
⑶堤线力求平顺，防洪堤段平缓连接，尽可能利用有利地形进行布置。
⑷堤身断面形式的选择要因地制宜，根据堤线两侧地形、地貌及建筑物分布情况，选择合适的断面形式。
5.2.2工程布置
根据拟定的工程布置原则，结合现状堤防存在的问题、地形条件及稳定河宽及防洪区内的各种建筑物位置等综合因素进行考虑防洪堤基线布局，防洪堤起点与原有防洪堤相接，堤身尽量考虑修建在土质好、比较稳定的滩岸上，在河道明显变窄的河段，采取展宽堤距或考虑清除障碍，部分地段截弯取直，使各堤段平缓连接，在保证河道行洪能力的前提下，对原有地段的宽、浅式河道断面进行缩整，保护原有河道两岸耕地。
具体为：
本次设计治理河长8.93km，新建防洪堤总长14.925km，防洪堤与桥梁以10m的渐变段与桥梁边墩相接，防洪堤遇支沟及公路排水涵洞小支沟时断开，对断开支沟以八字墙形式护砌。
其中：
左岸堤防以临合公路大桥边墩为起点，桩号为左0+000，右岸堤防以大夏河与槐树关河交汇口处槐树关河右岸已建堤防末端为起点，桩号为右0+000，沿大夏河向下游布置堤防，堤线沿两岸岸坎布置充分利用已有岸坎，堤防设防标准为10年一遇洪水，新建堤防与原有桥台连接处设渐变段连接，末端在桩号左8+912处与后杨村大桥左岸边墩顺接，左岸共计新建防洪堤7242.1m。
末端在桩号右8+943处与后杨村大桥右岸边墩顺接，右岸共计新建防洪堤7683m。
在大夏河双城至马九川段分别有已建的尹集水电站、新集水电站、兆兴水电站和西川水电站，这四座电站的引水枢纽均按30年一遇洪水设计，已修建的防洪堤及尾水渠均按20年一遇洪水设计，因此本次设计中对该段水电站的防洪堤及尾水渠可利用部分直接与本次新建堤防顺接。
防洪堤治导线布置见下表5-1。
5.3堤防防洪标准、堤距选择及线路布置
5.3.1防洪标准选择
本工程防护范围为临夏县大夏河双城至马九川段两岸，是以沿岸村庄及耕地为主的防护区，根据《防洪标准》（GB50201—94）规定，防护区人口≤20万人，防护区耕地面积≤30万亩，工程防护等级为Ⅴ等小
（2）型，洪水标准为10～20年（重现期）防洪工程级别为5级。
根据防护人口及耕地数量，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年一遇洪水，按水文分析计算结果，本工程区10年一遇洪水为439m3/s。
5.3.2堤防线路布置原则
⑴堤线布置与临夏县城乡近远期发展规划相结合，相互协调一致，避免工程重复建设和改造。
⑵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。
保持河段两岸堤防间距大致相等，堤距应大于稳定河宽要求。
大夏河双城至马九川段治导线布置表
表5-1
岸别
桩号
弧长（m）
半径（m）
中心角
备注
左岸
左0+000—左0+596
直线段
左0+596—左0+784
188
280
19°
凸弧段
左0+784—左1+244.5
直线段
左1+244.5—左1+319.6
75.1
210
20°
凹弧段
左1+319.6—左2+226
直线段
左2+226—左2+478
252
420
34°
凸弧段
左2+478—左2+479.3
直线段
左2+479.3—左2+717.6
238.3
350
39°
凹弧段
左2+717.6—左4+401
直线段
左4+401—左4+513.6
112.6
210
31°
凹弧段
左4+513.6—左4+730
直线段
左4+730—左4+827.5
97.5
210
27°
凸弧段
左4+827.5—左5+067.9
直线段
左5+067.9—左5+149.9
82
210
22°
凹弧段
左5+149.9—左5+455.9
直线段
左5+455.9—左5+645.4
189.5
210
52°
凸弧段
左5+645.4—左5+957.8
直线段
左5+957.8—左5+999
41.2
210
11°
凹弧段
左5+999—左6+783
直线段
左6+783—左6+884
101
210
28°
凸弧段
左6+884—左7+201
直线段
左7+201—左7+361
160
210
44°
凹弧段
左7+361—左7+502
直线段
左7+502—左7+780
278
280
57°
凸弧段
左7+780—左8+715.5
直线段
左8+715.5—左8+842
126.5
420
17°
凸弧段
左8+842—左8+912
直线段
大夏河双城至马九川段治导线布置表
续表5-1
岸别
桩号
弧长（m）
半径（m）
中心角
备注
右岸
右0+000—右0+626
直线段
右0+626—右0+694.5
68.5
210
19°
凸弧段
右0+694.5—右1+155
直线段
右1+155—右1+255
100
280
20°
凹弧段
右1+255—右1+575
直线段
右1+575—右1+974
尹集电站引
水枢纽防洪堤
右1+974—右2+146
直线段
右2+146—右2+356
210
350
34°
凸弧段
右2+356—右2+357.3
直线段
右2+357.3—右2+644.3
287
420
39°
凹弧段
右2+644.3—右3+356
直线段
右3+356—右3+719
尹集电站
尾水防洪堤
右3+719—右4+316
直线段
右4+316—右4+466
150
280
31°
凹弧段
右4+466—右4+734
直线段
右4+734—右4+874
140
140
27°
凸弧段
右4+874—右5+114.4
直线段
右5+114.4—右5+223.7
109.3
280
22°
凹弧段
右5+223.7—右5+529.7
直线段
右5+529.7—右5+656
126.3
210
52°
凸弧段
右5+656—右5+968.4
直线段
右5+968.4—右6+023.4
55
280
11°
凹弧段
右6+023.4—右6+997
直线段
右6+997—右7+423
兰郎公路
防洪堤
右7+683—右7+928
245
210
67°
凸弧段
右7+928—右8+801
直线段
右8+801—右8+943
142
350
17°
凸弧段
⑶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。
⑷妥善处理好左右岸、上下游的关系，统一治理。
⑸因地制宜，就地取材，节省投资。
⑹防洪治理规划要与恢复和改善生态环境相结合。
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：
式中：
Rmin—堤线容许最小弯道半径，m；
B——河道水面宽度，m。
通过计算，大夏河双城至马九川段堤线最小弯道半径应大于210m。
5.3.3造床流量及稳定河宽
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：
①满足安全、通畅泄洪的要求；②充分考虑河相关系，不改变河型；③少占地或尽量不占地，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。
防洪段导线宽度，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。
目前对造床流量的确定多用经验方法计算，有平摊水位法、多年平均洪峰流量法等。
实际工作中国内一般都采用2～5年一遇的洪峰流量作为造床流量，本次计算采用2年一遇的洪峰流量作为造床流量。
（1）造床流量
根据大夏河流域特征及基本资料情况采用2年一遇洪水设计洪峰流量，洪峰流量为121m3/s。
治理段从上游至下游依次分布有尹集电站、新集电站、兆兴电站、西川电站，4座电站引水流量相当，在21.2-22m3/s之间，按最大引水流量22m3/s考虑，电站引水流量占2年一遇洪水洪峰流量121m3/s的18%，比例较大，分析最不利状况，电站在遇2年一遇洪水时停止运行，即电站枢纽上游段与枢纽至尾水段流量不变，故本次整个治理河段——双城至马九川段的造床流量均选121m3/s，且不分段。
（2）稳定河宽
阿尔图宁公式计算：
——整治河宽（m）；
——稳定河宽系数，本工程流域属下游河段，变化系数在1.0～1.1之间（中游1.0-1.1，下游1.1-1.7），综合考虑本次计算取1.7；
——造床流量（m3/s），取50%频率年洪峰流量；
——河床比降（‰）。
用阿尔图宁公式计算的稳定河宽见表5-2。
经上计算及现场踏勘与测量，河床为砾卵石，本次设计使河床即能满足防洪标准条件下的过水能力，又能满足工程建筑物安全、稳定的要求，规划防洪区段为河漫滩，修建防洪堤应尽量不占用耕地，适当展宽堤距，既可降低堤高、又可减少投资，综合考虑本次设计稳定河宽定为70m，堤线沿两岸岸坎布置充分利用已有岸坎。
大夏河稳定河宽计算成果表
表5-2
河段
名称
造床
流量
Q（m3/s）
河床
比降
J
河床
糙率
（n）
河宽
系数
A
断面河
相系数
ξ
图宁公式
计算值
（m）
现状
河宽
（m）
治理
河宽
（m）
双城至马九川
121
0.0082
0.033
1.7
11
49
30～200
70
本次设计堤线走向充分利用现有桥基防洪堤工程、支流出口防洪堤工程等，尽量做到左右岸、上下游兼顾，从现有河势出发，因势利导进行布置。
5.4设计水面线推算
5.4.1河道分段
根据河段地貌和河道特性，本次设计在大夏河河道上布测了26个河道横断面。
由于本段河道建筑物较多，故本段河道设计水面线推算分为四段，其中：
第一段为槐树关河入河口~尹集电站枢纽段；第二段为尹集电站枢纽~新集电站枢纽段；第三段为新集电站枢纽~西川电站枢纽段；第四段为西川电站枢纽~后杨村大桥段。
5.4.2洪峰流量选定
大夏河双城至马九川段河道上有已建电站4座，最大引水流量22m3/s，占防洪河段10%洪水流量439m3/s的5%，比例很小，而且对堤防工程而言，最不利情况是电站遇洪水时因某种原因停止运行，洪水全部由河道泄流，故大夏河双城至马九川段堤防设计时，洪峰流量不考虑电站引水流量，即选10%洪水流量为439m3/s。
5.4.3起调水位选定
第一段由于尹集电站有库区，有一定的回水长度，经利用简易近似法分析计算，库区回水长度为405.61m，枢纽位于5-5断面下游附近，故水面线计算以尹集电站溢流堰上游5-5断面为基准断面。
以尹集电站溢流堰顶10年一遇洪水位推算至5-5断面处洪水位2033.32m为起调水位。
第二段以新集电站溢流堰上游12-12断面为基准断面。
以新集电站溢流堰堰顶10年一遇洪水位推算至12-12断面处洪水位2011.329m为起调水位。
第三段由于西川电站库区淤积严重，库区内已无回水长度，故以溢流堰上游24-24断面为基准断面。
以西川电站溢流堰顶10年一遇洪水位推算至24-24断面处洪水位1977.507m为起调水位。
第四段以后杨村大桥为基准断面，以后杨村大桥10年一遇洪水位1969.499m为起调水位，并以下游南川灌区渠首10年一遇洪水位推算至后杨村大桥处水位做校核。
5.4.4水面线计算
根据以上分别选定的基准断面及起调水位，采用能量方程，推求各防洪河段10%洪水流量为439m3/s时各断面的水位高程。
本工程水面线计算，按下列公式：
（5.1）
式中：
Z1、Z2——上、下游断面水位高程（m）；
α1、α2——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）；
hf——两断面之间的沿程水头损失，采用（5.2）式计算：
hj——局部水头损失；
（5.2）
（5.3）
h1-----弯道段的局部水头损失；
（5.4.1）
h2-----河槽扩大的局部水头损失；
（5.4.2）
h3-----汇流的局部水头损失；
（5.4.3）
式中：
Q------设计洪峰流量（m3/s）；
i------上、下游断面水力坡降；
L------上、下游断面距离；
V1、V2------上、下两端断面的平均流速；
经计算，各断面的设计洪水位见表5-3-1、5-3-2、5-3-3、5-3-4。
槐树关入河口～尹集电站枢纽段水面线计算结果表5-3-1
断面
编号
水位高程
（m）
过水断面
面积（m2）
湿周
（m）
水力半径R
（m）
平均流速V（m/s）
平均水深h
（m）
1-1
2043.21
122.862
76.107
1.614
3.573
1.694
2-2
2040.35
132.821
76.584
1.734
3.305
1.826
3-3
2038.24
109.716
75.473
1.454
3.89
1.518
4-4
2036.5
124.913
76.205
1.639
3.514
1.721
5-5
2033.32
179.267
78.776
2.276
2.449
2.43
尹集电站枢纽～新集电站枢纽段水面线计算结果表5-3-2
断面
编号
水位高程
（m）
过水断面面积（m2）
湿周
（m）
水力半径R（m）
平均流速V（m/s）
平均水深h（m）
6-6
2028.173
128.825
76.393
1.686
3.408
1.773
7-7
2023.163
119.059
75.924
1.568
3.687
1.643
8-8
2018.98
121.796
76.056
1.601
3.604
1.68
9-9
2015.898
113.448
75.654
1.5
3.87
1.568
10-10
2014.707
123.861
76.155
1.626
3.544
1.707
11-11
2013.573
188.448
79.203
2.379
2.33
2.553
12-12
2011.329
109.075
75.442
1.446
4.025
1.509
新集电站枢纽～西川电站枢纽段水面线计算结果
表5-3-3
断面
编号
水位高程
（m）
过水断面面积（m2）
湿周
（m）
水力半径R（m）
平均流速V（m/s）
平均水深h（m）
13-13
2007.823
135.616
76.717
1.768
3.237
1.863
14-14
2005.49
118.497
75.897
1.561
3.705
1.636
15-15
2003.632
133.274
76.605
1.74
3.294
1.832
16-16
2001.008
111.231
75.546
1.472
3.947
1.538
17-17
1994.938
120.933
76.014
1.591
3.63
1.668
18-18
1993.344
110.164
75.495
1.459
3.985
1.524
19-19
1990.58
156.669
77.716
2.016
2.802
2.14
20-20
1987.445
208.936
80.15
2.607
2.101
2.815
21-21
1981.566
118.535
75.899
1.562
3.704
1.636
22-22
1978.483
216.638
80.503
2.691
2.026
2.913
23-23
1978.304
242.068
81.66
2.964
1.814
3.234
24-24
1977.507
149.575
77.381
1.933
2.935
2.05
西川电站枢纽～后杨村大桥段水面线计算结果
表5-3-4
断面
编号
水位高程
（m）
过水断面面积（m2）
湿周
（m）
水力半径R（m）
平均流速V（m/s）
平均水深h（m）
25-25
1971.565
112.44
75.605
1.487
3.904
1.555
26-26
1969.499
139.861
76.919
1.818
3.139
1.919
5.5堤顶高程和冲刷深度计算
5.5.1堤顶高程计算
堤顶高程由设计洪水位加堤顶超高确定，堤顶超高按下式计算。
Y=Rp+e+A
式中：
Y——堤顶超高（m）；
RP—设计波浪爬高（m）；
e——设计风壅水面高度（m）；
A——安全超高（m），取0.5m。
⑴设计波浪爬高Rp
根据《堤防工程设计规范》（GB50286-98）中公式计算。
=
/
其中风浪要素采用下列公式计算
式中：
——累积频率为p的波浪爬高（m）；
——斜坡的糙率渗透系数，根据护面的类型查表得0.9；
——经验系数，由风速V、坡前水深d、重力加速度g所组成的无维量v/
，其中：
计算风速采用多年汛期最大风速平均值的1.5倍，即计算风速V=26.4m/s;
——爬高累积频率换算系数，对不允许越浪的堤防，爬高累积频率取2%，则查表得
=2.07；
——堤前波浪的平均波高（m）；
——堤前波浪的波长（m）；
——计算风速为26.4m/s;
——风区长度（m）；
m——护面迎水面坡比m=1.5。
经计算，波浪爬高为0.57m。
⑵风雍水面高度
式中：
——风雍高度；
——综合摩阻系数取3.6×10－6；
——计算风速为26.4m/s；
——由计算点逆风向量到对岸的距离；
——水域平均水深为1.75m；
——风向与堤轴线的法线所成的夹角；
=35°。
经计算，风雍水面高度
为0.0042m。
⑶安全超高A
按《堤防工程设计规范》（GB50286-98）规定，该段堤防为5级，不允许越浪的安全超高为0.5m。
经以上计算，设计波浪爬高
为0.57m，设计风雍水高度为
=0.0042m，则堤顶超高取为1.1m。
5.5.2冲刷深度计算
本次计算，采用《堤防工程设计规范》（GB50286—98）中堤防冲刷深度计算公式，对工程区河段均按P=10％设计洪水，进行冲刷深度计算。
⑴水流平行于岸坡产生的冲刷按下式计算：
式中：
hB——局部冲刷深度（m），从水面线算起；
hP——冲刷处的水深（m）；
Vcp——平均流速（m/s）；
V允——河床面上允许不冲流速，为1.2（m/s）；
n——与防防洪堤坡在平面上的形状有关，一般取n=1/4。
经计算，水流平行于岸坡产生的冲刷深度结果见表5—4。
⑵水流斜
升级会员 