平洛镇龙坝村安置区防洪河堤工程设计方案讲义.docx

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平洛镇龙坝村安置区防洪河堤工程设计方案讲义

平洛镇龙坝村安置区防洪河堤工程设计方案

一、项目概况

平洛镇龙坝村安置区位于位于平洛河右岸，为保护安置区372户1497人的生命财产安全，以及保护农田、电力、通讯和道路等基础设施免受洪水的侵蚀，需修建高4.3米，长720米的防洪河堤。

二、平洛河流域概况

平洛河流域面积741平方公里。

平洛镇龙坝村安置区河堤工程距平洛镇政府5km，河堤全长720m。

平洛河流域龙坝村段河谷相对开阔，安置区左侧平洛河平常流量为1m³／s，逢降暴雨河水暴涨。

逢洪水暴发时，河道右岸群众及良田受到极大威胁，严重影响着安置区人民生命和财产安全，同时也制约着经济的发展，成为心腹之患，为此安置区建设必须先建该堤防工程，彻底根治水患。

三、地形地貌、气象水文与自然地理概况

根据康县气象站资料表明，工程区夏季炎热，冬季略寒。

多年平均气温13℃，最热月平均气温25．5℃，最冷月平均气温5．12C，极端最高气温39．℃（1950年7月14日），极端最低气温—7．1C（1975年12月15日），多年平均降水量485．Omm，多年平均蒸发量1858．8mm，年日照时数1957h，多年平均风速1．5m／s，最大风速24．0m／s，无霜期230d，最大冻土深度6cm。

四、设计洪峰流量

龙坝村河堤工程属小

（2）型V等工程，其洪水设防重现期10年。

根据平洛水文站及周边水文站观测资料推算，平洛河20年一遇洪水洪峰流量为2600m³／s，10年一遇洪水洪峰流量为2080m³／s，5年一遇洪水洪峰流量为1590m³／s，2年一遇洪水洪峰流量为360m³／s。

五、工程地质

5．1工程区域内地质

工程区内为千枚岩、炭质千枚岩、中厚层灰岩、白云质灰岩、泥灰岩等。

其中白云质灰岩、泥灰岩等广泛分布于安置区。

5．2地质岩性

该工程位于索罗村安置区右岸，根据工程堤线踏勘，该河堤附近范围内河岸及河谷基底，岩性为三迭系（Tb-5）灰色板岩加粉砂岩、灰色砂岩组成，由于岩层软硬不均，以及构造的影响，造成岩槛，河流下侵不均。

其余河床及漫滩表层为冲洪积沙砾卵石层加块石、砾砂、砾土透镜体，滩地及阶地表层为洪基砂石土、砾石土及人工填筑碎石土，为砾卵石，河漫滩砂砾石厚3-4米，漫滩局部地段上覆粉细砂、砂壤土，厚0.2-0.5米，漫滩一般高于河床0.3-1.0米。

5.3建筑材料

建筑材料主要用料：

砾石料、砂料、水泥及筑堤填土。

砂料可就近采取嘉陵江砂石土。

石料在工程区附近沟道采取。

水泥按国家标准可在当地水泥厂购买。

以上建筑材料储量、质量均可满足该工程需要。

六、防洪标准确定

6．1工程等级及建筑物级别

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000），本工程属V等小

（2）型规模，主次要建筑物均按五级设计。

6．2防洪标准

根据《防洪标准》（GB50201—94）2．0．1规定该工程防护区人少于20万人，防洪等级为Ⅳ级，防洪标准按十年一遇设计，不作校核。

工程区地震基本烈度为Ⅷ度。

本工程抗震按Ⅷ度设计。

6．3安全超高

根据《堤防工程设计规范》（GB50286—98）2．2．1规定，该工程为V等小

（2）型，五级建筑物，设计不允许越浪，确定安全超高为0．8米。

七、工程布置及工程设计

7．1工程布置

根据现场原沟道形状，本次只在原地坎走向上修建河堤200m。

工程布置原则为：

（1）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。

（2）堤线与河势流向相适应，并与洪水的主流线大致相平行。

河段两岸堤防间距大致相等，堤距大于稳定河宽要求。

（3）堤线力求平顺，各堤段平缓连接，尽可能利用现有堤防和有利地形。

（4）堤身断面形式的选择要因地制宜，根据堤线两侧地形、地貌及建筑分布情况，选择合适的断面形式。

7．2工程设计

7．2．1稳定河宽确定

（一）堤线走向

堤线布置在立马河右岸，在留有足够的河床宽度的基础上，以保护安置区居民生命财产安全，确定河堤堤线。

该工程河道总长200m，基本保持了原河道走势，起点位于安置区东北角，末端位于安置区活动场地，该河段较为顺直，堤线基本顺河布置。

（二）稳定河宽确定

1.稳定河宽计算

AQ0.5

（1）采用阿尔图宁公式B=——

J0.2

式中B—稳定河宽；

Q—造床流量，采用QP=50%，Q1=1.4m3/s；

J—河道比降，为33‰；

A—稳定河宽系数,一般为1.0～1.7,取1.7；

经计算，B1=3.98m。

Qnξ5/3

（2）采用水流阻力公式B=〔————〕6/11

J1/2

B—稳定河宽；

Q—造床流量，采用QP=50%，分别为Q1=1.4m3/s,

J—河道比降，为33‰；n—河床糙率，取0.045；

ξ—河相系数，对于蜿蜒性河段一般为2～4，游荡性河段一般为20～40，过渡性河段一般为8～12。

本河段为过渡性河段，因此ξ取8；

经计算，B1=3.72m。

2.稳定河宽的确定

根据阿尔图宁公式计算上游段河道稳定河宽为3.98m，根据水流阻力公式计算上游段河道稳定河宽为3.72m。

经调查工程区河段现状稳定河宽上游一般为3～4m，故确定稳定河宽为4.0m，算结果见表5-1。

稳定河宽计算成果表表5-1

河道

名称

造床流量Q

河床

比降J

河相

系数ξ

河床

糙率n

阿尔图宁公式

水流阻力公式

现状

河宽

设计采

用值

立马河

1.4

33‰

8

0.045

3.98

3.72

3-4

4.0

7．2．2水面曲线

根据十年一遇设计洪水为5.64m3/s，稳定河宽为4.0m，河道水流为恒定非均匀流，因此采用伯努力方程式计算河道水面曲线。

公式如下：

α2V20.5α1V10.5

Z2+———=Z1+———+hf+hj

２ｇ２ｇ

式中：

Z1和Z2—分别为下断和上断面的水头；

α2V20.5和α1V10.5—分别为下断和上断面的行进水头；

hf和hj—分别为上下断面之间的沿程水头损失和局部水头损失。

各断面河床设计洪水水面线经计算后，结果见下表5-2。

河堤水面曲线计算表表5-2

桩号

设计洪水水位E（m）

深泓线高程（m）

设计

流量Q（s/m3）

过水面积W（m2）

水力半径R（m）

平均水深h（m）

平均

流速V（m/s）

湿周X（m）

谢才系数C

比降i

糙率n

最大水深（m）

0+000

991.30

989.59

5.64

1.37

0.22

1.31

4.13

6.096

17.32

0.033

0.045

1.71

0+050

989.71

988.14

5.64

1.39

0.23

1.22

4.05

5.952

17.44

0.033

0.045

1.57

0+100

988.15

986.62

5.64

1.37

0.23

1.2

4.11

5.92

17.42

0.033

0.045

1.53

0+150

986.75

984.94

5.64

1.40

0.23

1.37

4.04

6.192

17.34

0.033

0.045

1.81

0+200

984.94

983.09

5.64

1.43

0.23

1.43

3.94

6.288

17.36

0.033

0.045

1.85

7．2．3冲刷深度

冲刷深度的计算主要考虑两种情况，即一般冲刷和局部冲刷。

结合本工程情况，由于该工程堤线基本平顺，冲刷情况只考虑一般冲刷，不计局部冲刷，采用《堤防工设计规范》P66D一2．2—1公式按平顺河堤进行冲刷深度计算。

水流平行岸坡产生的冲刷可按下式进行计算：

VCP

HB=hp+[（——）n-1]hp

VH

式中HB—为局部冲刷深度（m），从水面算起；

hp—冲刷处的水深（m），以近似设计水位处的最大水深代替；

n—系数、与防护岸坡在平面上的形状有关，一般取n=1/4；

VH—河床面上允许的不冲流速（m/s），根据地质级配选样计算

各河段VH=1.25s；

VCP—建堤后计算水位时河槽平均流速（m/s）；

将各控制断面的流速及最大水深代入上式计算结果见表5-3。

河堤冲刷深度计算表表5-3

桩号

冲刷处最大水深hp（m）

平均流速Vcpm/s

允许流速V允（m/s）

冲刷深度

HB（m）

0+000

1.71

4.13

1.25

2.31

0+050

1.57

4.05

1.25

2.11

0+100

1.53

4.11

1.25

2.06

0+150

1.81

4.04

1.25

2.43

0+200

1.85

3.94

1.25

2.47

7.2.4基础埋置深度确定

基础深度应由冲刷深度加安全裕度决定，最后确定见表5—4。

7.2.5顶高程确定

（1）堤顶高程确定采用公式:

Z顶=Z水面+Y

式中:

Z顶—堤顶高程（m）；

Z水面—设计水面高程（m）；

Y—堤顶超高（m）；

（2）波浪爬高计算采用《堤防工程设计规范》公式:

Rp=K△KvKpR0H

式中:

Rp—累积频率为p的风浪爬高（m）；

R0—无风情况下的爬高值（m），R0=1.35；

K△—斜坡的糙率及渗透性系数，根据规范中表C.3.1-1,

浆砌石板护面K△=0.8；

Kv—经验系数,根据规范中表C.3.1-2,Kv=1.16；

Kp—爬高累计频率换算系数根据规范表C.3.1-3,Kp=2.07；

m—斜坡率m=0.30；

H—堤前波浪的平均高度H=0.11（m）；

分别取段计算，得Rp=0.28m，确定Rp=0.30m。

（3）风壅水面高度计算采用《堤防工程设计规范》公式:

KV2F

e=———cosβ

2gd

式中:

e—计算点的风壅水面高度（m）；

K—综合摩擦系数，取K=3.6×10-6；

V—设计风速24m/s；

F—由计算点逆风向量到对岸的距离（m）60m；

d—水域的平均水深（m）1.8m；

β—风向与垂直于堤轴线的法向夹角（度）

经计算风壅水面高度≈0.01m。

（4）堤顶超高计算采用公式:

Y=R+e+A

式中:

Y—堤顶超高（m）；

R—设计波浪爬高（m）；

e—设计风壅增水高度（m）；

A—安全加高（m）,根据规范表2.2.1，本工程堤防工程等级为

Ⅴ级,安全加高值取0.5m；

经计算堤顶超高Y=0.5+0.01+0.3=0.81m。

设计取0.8m。

因此堤顶高程=Z水面+0.8（m）。

计算成果见表5-4。

堤顶及基础高程计算表5-4

桩号（m）

设计

洪水位

（m）

堤顶

高程

（m）

深泓

线高程

（m）

冲刷

深度

（m）

河宽（m）

最大

水深

（m）

基础

高程

（m）

堤身

总高

（m）

0+000

991.30

992.10

989.59

2.31

4.0

1.71

987.80

4.30

0+050

989.71

990.51

988.14

2.11

4.0

1.57

986.21

4.30

0+100

988.15

988.95

986.62

2.06

4.0

1.53

984.65

4.30

0+150

986.75

987.55

984.94

2.43

4.0

1.81

983.25

4.30

0+200

984.94

985.74

983.09

2.47

4.0

1.85

981.44

4.30

7．2．6堤身断面设计

堤型选择按因地制宜、就地取材的原则，根据堤段所处地位置、工程现状、堤基地质、建筑材料、施工条件、工程造价等因素综合比较确定。

参照已有工程的成功经验，该堤型选用浆砌石护坡式断面，护堤为路堤结合，基础宽0.86米，深0.60米，上部堤身边坡为1：

0．5，浆砌块石厚平均0．5米，高4.3米，顶宽0.5m，堤背采用砂砾夯填土扩背。

八、工程概算

1、编制依据

依据甘肃省水利厅甘水规发（1992）15号文颁发的《甘肃省水利水电工程概（估）算编制办法及费用标准》以及甘肃省水利厅、发展和改革委员会，发[2002]608号文《甘肃省以工代赈小

（二）型水利工程概（估）算费用构成及计算标准》计算本工程各项费用。

其它材判价格以现行市场价格为准。

石方工程25.99元／工日，土方工程24.45元／工日，砼浇筑工程27.46元／工日。

2、概算投资

经计算，本工程总投资为23.9万元。

徽县水阳乡刘沟村安置区防洪河堤工程概算表

编号

工程（项目）名称

单位

数量

单价（元）

其中

概算金额（万元）

人工费

材料费

机械使用费

其它费用

其它直接费

间接费

计划利润

税金

一

合计

m

200.00

23.9

1

砂砾土开挖

m3

1670.8

16.34

13.74

0.11

0.14

1.39

0.46

0.51

2.73

2

砂土夯填

m3

1544.00

13.83

11.66

0.06

0.12

1.17

0.39

0.43

2.14

3

M10水泥砂浆砌块石

m3

620.00

295.44

45.74

199.96

0.22

2.46

29.51

8.34

9.22

18.32

4

C20混凝土压顶

m3

12.00

335.44

44.57

226.50

7.80

0.35

2.79

33.51

9.47

10.46

0.40

5

细部构造

m3

520.00

6.00

0.31

刘沟村安置区防洪河堤工程设计方案

一、项目概况

水阳乡刘沟村安置区，位于立马河西岸，为保护安置区25户94人的生命财产安全，以及保护农田、电力、通讯和道路等基础设施免受洪水的侵蚀，需修建高4.3米，长200米的防洪河堤。

二、沿川河流域概况

立马河河堤工程距水阳乡政府7km，河堤全长200m。

河流域刘沟村段河谷相对开阔，安置区右侧河流为季节性河流，逢降暴雨河水暴涨。

逢洪水暴发时，沟道左岸群众及良田受到极大威胁，严重影响着安置区人民生命和财产安全，同时也制约着经济的发展，成为心腹之患，为此安置区建设必须先建该堤防工程，彻底根治水患。

三、地形地貌、气象水文与自然地理概况

根据徽县气象站资料表明，工程区夏季炎热，冬季略寒。

多年平均气温12℃，最热月平均气温24．5℃，最冷月平均气温3．21C，极端最高气温38．℃（1950年7月14日），极端最低气温—8．1C（1975年12月15日），多年平均降水量485．Omm，多年平均蒸发量1761．8mm，年日照时数1907h，多年平均风速1．5m／s，最大风速24．0m／s，无霜期210d，最大冻土深度18cm。

四、设计洪峰流量

刘沟村河堤工程属小

（2）型V等工程，其洪水设防重现期10年。

本流域属无资料地区，设计洪水采用适宜小流域洪峰流量计算的“铁一院两所法”推理公式计算。

由地形图量算得工程区主河道以上流域几何参数：

集水面积F=3.7km2，主河槽长度L1=2.8km，主河槽平均坡降i=10．5％。

，山坡平均长度L2=O．28km，山坡平均坡降I2=12％。

。

由《甘肃省暴雨洪水图集》和《甘肃省水文图集》有关图表查得流域1小时暴雨时h1=30mm，CV=0．72（Cs=3．5Cv，PⅢ曲线），暴雨衰减指数n1=0.65,n2=0.7。

由流域下垫面特征，查有关图表，主河槽流速系数A1=0．363，坡面流速系数A2=0．02，暴雨损失参数R=1．18，rl=O．76。

根据“铁一院两所法”简化公式计算原理，将上述各参数代入计算得，洪水设防重现期10年的设计洪峰流量Qm=5.64m³／s，造峰历时to=0．5h，两年一遇洪峰流量为1.4m³／s。

五、工程地质

5．1工程区域内地质

工程区内为千枚岩、炭质千枚岩、中厚层灰岩、白云质灰岩、泥灰岩等。

其中白云质灰岩、泥灰岩等广泛分布于安置区。

5．2地质岩性

该工程位于索罗村安置区右岸，根据工程堤线踏勘，该河堤附近范围内河岸及河谷基底，岩性为三迭系（Tb-5）灰色板岩加粉砂岩、灰色砂岩组成，由于岩层软硬不均，以及构造的影响，造成岩槛，河流下侵不均。

其余河床及漫滩表层为冲洪积沙砾卵石层加块石、砾砂、砾土透镜体，滩地及阶地表层为洪基砂石土、砾石土及人工填筑碎石土，为砾卵石，河漫滩砂砾石厚3-4米，漫滩局部地段上覆粉细砂、砂壤土，厚0.2-0.5米，漫滩一般高于河床0.3-1.0米。

5.3建筑材料

建筑材料主要用料：

砾石料、砂料、水泥及筑堤填土。

砂料可就近采取嘉陵江砂石土。

石料在工程区附近沟道采取。

水泥按国家标准可在当地水泥厂购买。

以上建筑材料储量、质量均可满足该工程需要。

六、防洪标准确定

6．1工程等级及建筑物级别

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000），本工程属V等小

（2）型规模，主次要建筑物均按五级设计。

6．2防洪标准

根据《防洪标准》（GB50201—94）2．0．1规定该工程防护区人少于20万人，防洪等级为Ⅳ级，防洪标准按十年一遇设计，不作校核。

工程区地震基本烈度为Ⅷ度。

本工程抗震按Ⅷ度设计。

6．3安全超高

根据《堤防工程设计规范》（GB50286—98）2．2．1规定，该工程为V等小

（2）型，五级建筑物，设计不允许越浪，确定安全超高为0．8米。

七、工程布置及工程设计

7．1工程布置

根据现场原沟道形状，本次只在原地坎走向上修建河堤200m。

工程布置原则为：

（1）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。

（2）堤线与河势流向相适应，并与洪水的主流线大致相平行。

河段两岸堤防间距大致相等，堤距大于稳定河宽要求。

（3）堤线力求平顺，各堤段平缓连接，尽可能利用现有堤防和有利地形。

（4）堤身断面形式的选择要因地制宜，根据堤线两侧地形、地貌及建筑分布情况，选择合适的断面形式。

7．2工程设计

7．2．1稳定河宽确定

（一）堤线走向

堤线布置在立马河右岸，在留有足够的河床宽度的基础上，以保护安置区居民生命财产安全，确定河堤堤线。

该工程河道总长200m，基本保持了原河道走势，起点位于安置区东北角，末端位于安置区活动场地，该河段较为顺直，堤线基本顺河布置。

（二）稳定河宽确定

1.稳定河宽计算

AQ0.5

（1）采用阿尔图宁公式B=——

J0.2

式中B—稳定河宽；

Q—造床流量，采用QP=50%，Q1=1.4m3/s；

J—河道比降，为33‰；

A—稳定河宽系数,一般为1.0～1.7,取1.7；

经计算，B1=3.98m。

Qnξ5/3

（2）采用水流阻力公式B=〔————〕6/11

J1/2

B—稳定河宽；

Q—造床流量，采用QP=50%，分别为Q1=1.4m3/s,

J—河道比降，为33‰；n—河床糙率，取0.045；

ξ—河相系数，对于蜿蜒性河段一般为2～4，游荡性河段一般为20～40，过渡性河段一般为8～12。

本河段为过渡性河段，因此ξ取8；

经计算，B1=3.72m。

2.稳定河宽的确定

根据阿尔图宁公式计算上游段河道稳定河宽为3.98m，根据水流阻力公式计算上游段河道稳定河宽为3.72m。

经调查工程区河段现状稳定河宽上游一般为3～4m，故确定稳定河宽为4.0m，算结果见表5-1。

稳定河宽计算成果表表5-1

河道

名称

造床流量Q

河床

比降J

河相

系数ξ

河床

糙率n

阿尔图宁公式

水流阻力公式

现状

河宽

设计采

用值

立马河

1.4

33‰

8

0.045

3.98

3.72

3-4

4.0

7．2．2水面曲线

根据十年一遇设计洪水为5.64m3/s，稳定河宽为4.0m，河道水流为恒定非均匀流，因此采用伯努力方程式计算河道水面曲线。

公式如下：

α2V20.5α1V10.5

Z2+———=Z1+———+hf+hj

２ｇ２ｇ

式中：

Z1和Z2—分别为下断和上断面的水头；

α2V20.5和α1V10.5—分别为下断和上断面的行进水头；

hf和hj—分别为上下断面之间的沿程水头损失和局部水头损失。

各断面河床设计洪水水面线经计算后，结果见下表5-2。

河堤水面曲线计算表表5-2

桩号

设计洪水水位E（m）

深泓线高程（m）

设计

流量Q（s/m3）

过水面积W（m2）

水力半径R（m）

平均水深h（m）

平均

流速V（m/s）

湿周X（m）

谢才系数C

比降i

糙率n

最大水深（m）

0+000

991.30

989.59

5.64

1.37

0.22

1.31

4.13

6.096

17.32

0.033

0.045

1.71

0+050

989.71

988.14

5.64

1.39

0.23

1.22

4.05

5.952

17.44

0.033

0.045

1.57

0+100

988.15

986.62

5.64

1.37

0.23

1.2

4.11

5.92

17.42

0.033

0.045

1.53

0+150

986.75

984.94

5.64

1.40

0.23

1.37

4.04

6.192

17.34

0.033

0.045

1.81

0+200

984.94

983.09

5.64

1.43

0.23

1.43

3.94

6.288

17.36

0.033

0.045

1.85

7．2．3冲刷深度

冲刷深度的计算主要考虑两种情况，即一般冲刷和局部冲刷。

结合本工程情况，由于该工程堤线基本平顺，冲刷情况只考虑一般冲刷，不计局部冲刷，采用《堤防工设计规范》P66D一2．2—1公式按平顺河堤进行冲刷深度计算。

水流平行岸坡产生的冲刷可按下式进行计算：

VCP

HB=hp+[（——）n-1]hp

VH

式中HB—为局部冲刷深度（m），从水面算起；

hp—冲刷处