堤防工程设计规范.docx
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堤防工程设计规范
中华人民共和国国家标准
堤防工程设计规范
GB50286－98
条文说明
目次
1总则
2堤防工程的级别及设计标准
2.1堤防工程的防洪标准及级别
2.2安全加高值及稳定安全系数
3基本资料
3.1气象与水文
3.2社会经济
3.3工程地形
3.4工程地质
4堤线布置及堤型选择
4.1堤线布置
4.2河堤堤距的确定
4.3堤型选择
5堤基处理
5.1一般规定
5.2软弱堤基处理
5.3透水堤基处理
5.4多层堤基处理
5.5岩石堤基的防渗处理
6堤身设计
6.1一般规定
6.2筑堤材料与土堤填筑标准
6.3堤顶高程
6.4土堤堤顶结构
6.5堤坡与戗台
6.6护坡与坡面排水
6.7防渗与排水设施
6.8防洪墙
7堤岸防护
7.1一般规定
7.2坡式护岸
7.3坝式护岸
7.4墙式护岸
7.5其他防护型式
8堤防稳定计算
8.1渗流及渗透稳定计算
8.2抗滑稳定计算
8.3沉降计算
9堤防与各类建筑物、构筑物的交叉、连接
9.1一般规定
9.2穿堤建筑物、构筑物
9.3跨堤建筑物、构筑物
10堤防工程的加固、改建与扩建
10.1加固
10.2改建
10.3扩建
11堤防工程管理设计
11.1一般规定
11.2观测设施
11.3交通与通信设施
11.4防汛抢险设施
11.5生产管理与生产设施
附录A堤基处理计算
附录B设计潮位计算
附录C波浪计算
附录D堤岸防护计算
附录E渗流计算
附录F抗滑稳定计算2
1总则
1.0.1我国洪、潮灾害十分严重，堤防是抵御洪、潮水危害的重要工程措施。
新中国成立以来，我国进行大规模的堤防建设，全国已建堤防总长20余万公里，在历次抗洪、潮灾害中发挥了巨大的作用。
随着社会经济的发展，新建、加固、扩建及改建堤防工程的任务将日益繁重，而堤防工程设计几十年来无标准可循，与大量的堤防建设需要极不适应。
由于缺乏反映堤防自身特点和要求的标准，堤防工程设计难以做到技术先进、经济合理、安全适用等要求。
因此，制定堤防工程设计的标准，是适应国家堤防建设的需要，也是使堤防工程建设走向科学化、规范化的轨道，不断提高堤防工程设计水平的必然要求。
1.0.2我国堤防种类繁多，按抵御水体类别分为河堤、湖堤、海堤；按筑堤材料分为土堤、砌石堤、土石混合堤、钢筋混凝土防洪墙等。
工程建设性质又有新建堤防及老堤的加固、扩建、改建之分。
本条规定的适用范围是充分考虑我国堤防工程的不同类别及新、老堤建设的具体情况，使本规范有较好的通用性和可操作性。
1.0.3堤防工程是防洪、防潮工程的重要设施，在河流、湖泊的综合规划或防洪专业规划中，为实现防洪总体目标，作为防洪体系中的水库、堤防、滞洪区、分洪道等工程措施承担不同的任务，堤防工程设计须按照规划确定的任务和要求进行；城市堤防是城市的基础设施，是城市总体规划的组成部分，须按总体规划确定的任务和要求进行设计。
同时，城市防洪工程又是河流、湖泊、海岸带综合规划或防洪专业规划的组成部分，且是规划防洪的重点。
因此，城市防洪工程应以上述两类规划作为依据。
1.0.4基本资料收集、整理和分析工作，是搞好堤防工程设计的前提，根据各设计阶段不同的精度要求，要有针对性地开展工作。
水利工程按基建程序通常规定有项目建议书、可行性研究、初步设计、技施设计和施工详图等设计阶段。
堤防工程根据堤防级别、工程规模和主管部门要求，可对各设计阶段适当合并或简化。
不同的设计阶段对资料的要求既有相异之处，又有相互联系和各设计阶段通用的地方，在收集、整理和分析资料时，既要注意各设计阶段对资料精度要求，又要通盘考虑，尽可能避免重复，以达到在满足设计要求前提下减少资料收集的工作量。
为了保证基本资料完整和可靠性，需要对收集、整理的基本资料进行分析验证工作。
1.0.5为确保堤防工程在设计条件下的安全运用，使堤防工程有效地抵御设计条件下的洪、潮水危害，堤防工程设计应满足稳定、渗流、变形等直接涉及工程安全的基本要求，这是本规范中的堤基处理、堤身设计、堤岸防护等章节中的共性问题。
因此，本条对这一共性问题作了原则规定。
1.0.6我国堤防工程堤线长，保护范围广，堤防所在地区自然环境、社会经济等条件存在很大差异。
在堤防工程设计中应根据当地实际情况，认真贯彻因地制宜，就地取材的原则，以达到在保证工程质量的前提下降低工程造价的目的。
新技术、新工艺、新材料应在总结经验和分析研究的基础上积极慎重地采用，必要时应进行科学试验。
1.0.7本条作了对地震烈度7度及其以上地区的堤防工程抗震设防措施的限定规定。
是因为：
其一，堤防工程遭遇大洪水机率小，高水位运行时间短，同时又遭遇7度及其以上地震烈度的机率更小；其二，抗震设防措施代价高，根据我国国情，从实际出发，只能对特别重要的城市堤段，如保护核电站或重要的城市工业设施的1级堤防，经上级主管部门批准，方可进行抗震设防设计。
1.0.8堤防工程涉及国民经济多个部门和专业，主要涉及水利水电、城建、交通、铁道、地质等部门和有关专业。
因此，本条作了除满足本规范规定外，还要符合国家现行有关标准的规定。
2堤防工程的级别及设计标准
2.1堤防工程的防洪标准及级别
2.1.1堤防工程是为了保护防护对象的防洪安全而修建的，其自身并无特殊的防洪要求。
因此，堤防工程的防洪标准主要由防护对象的防洪要求而定。
现行国家标准《防洪标准》中，防护对象的防洪标准见表1。
如果一个防护区范围较大，当各类防护对象可以分别防护时，按各防护对象的重要程度，由防护对象的防洪标准分别确定堤防工程的防洪标准；如果不能分别防护时，为了保证主要防护对象的防洪安全，应按本规范规定选取各防护对象中标准较高的防洪标准，确定堤防工程的防洪标准。
堤防工程的级别根据堤防工程的防洪标准确定。
表1防护对象的等别和防洪标准
防护对象的等别
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
城镇
重要性
非农业人口（万人）
防洪标准［重现期（年）］
特别重要的城市
≥150
≥200
重要城市
150～50
200～100
中等城市
50～20
100～50
一般城市
≤20
50～20
乡村
防护区人口（万人）
防洪区耕地（万亩）
防洪标准［重现期（年）］
≥150
≥300
100～50
150～50
300～100
50～30
50～20
100～30
30～20
≤20
≤30
20～10
工矿企业
工矿企业规模
防洪标准［重现期（年）］
特大型
200～100
大型
100～50
中型
50～20
小型
20～10
交
通
运
输
设
施
铁路路基
重要程度
运输能力（×104t/年）
防洪标准［重现期（年）］
骨干铁路
≥1500
100
次要骨干铁路
1500～750
100
地区铁路
≤750
50
汽车专用
公路路基
等级
防洪标准［重现期（年）］
高速、Ⅰ
100
Ⅱ
50
一般公路
路基
等级
防洪标准［重现期（年）］
Ⅱ
50
Ⅲ
25
Ⅳ
按具体情况定
江河港口
重要性
防洪标准［重现期（年）］
重要城市港区
100～50
中等城市港区
50～20
一般城镇港区
20～10
海港
重要性
防风暴潮标准
重要港区
200～100
中等港区
100～50
一般港区
50～20
民用机场
重要程度
防洪标准［重现期（年）］
重要国际机场
200～100
重要国内机场
100～50
一般国内机场
50～20
油气管道
工程规模
防洪标准
大型
100
中型
50
小型
20
动
力
设
施
火电厂
电厂规模
装机容量（×104kW）
防洪标准［重现期（年）］
特大型
≥300
≥100
大型
300～120
100
中型
120～25
100～50
小型
≤25
50
高压超高压
输配电设施
电压（kV）
防洪标准［重现期（年）］
≥500
≥100
500～110
100
110～35
100～50
≤35
50
通信设施
重要程度
防洪标准［重现期（年）］
国际、省际重要线路
100
省际、省地间
50
地县间
30
文物古迹
保护等级
防洪标准［重现期（年）］
国家级
≥100
省级
100～50
县级
50～20
2.1.2本规范中堤防工程的级别，根据防护对象的防洪要求决定。
为区别不同水体洪水对防护对象的威胁程度，根据《防洪标准》6.4.1条规定，本条作了堤防工程的级别可适当提高或降低的原则规定。
2.1.3根据《防洪标准》3.0.2条：
“人口密集、乡镇企业较发达或农作物高产的乡村防护区，其防洪标准可适当提高”的规定，参照沿海各省、区、市的现行等级划分标准（见表2），滨海地区堤防工程较一般乡村堤防工程的防洪标准适当提高。
表2我国部分省、区、市海堤采用的潮位、波浪设计标准
省
区
市
项目
堤防级别
1
2
3
4
5
广
西
防护区规模
农业用地（万亩）
＞5
5～1
1～0.1
＜0.1
人口（万人）
＞5
5～1
1～0.1
＜0.1
设计标准［重现期（年）］
50～20
20～10
10～5
＜5
广
东
防
护
区
城
镇
重要性
重要
中等
一般
人口（万人）
150～50
50～20
20～3
＜3
乡
村
农业用地（万亩）
＞100
100～30
30～5
＜5
人口（万人）
＞200
200～60
60～10
＜10
设计标准［重现期（年）］
200～100
100～50
50～20
20～10
福
建
围垦区毛面积（万亩）
≥1
1～0.3
＜0.3
设计标准
［重现期（年）］
潮位
100～50
50～30
30～20
风速
50
30
10
浙
江
防护区规模
农业用地（万亩）
范围很大，
经济影响巨
大
＞5
5～1
＜1
人口（万人）
＞5
5～1
＜1
设计标准［重现期（年）］
100～50
50～20
20～10
＜10
上
海
防护对象
市区
设计标准［重现期（年）］
1000
江
苏
防护区农业用地（万亩）
1015
设计标准［重现期（年）］
200
2.1.4蓄、滞洪区是江河防洪工程体系的重要组成部分，其堤防的防洪标准是由它在防洪工程体系中承担的防洪任务来决定的。
因此，蓄、滞洪区堤防工程的防洪标准需根据批准的流域防洪规划或区域防洪规划的要求专门确定。
2.1.5我国堤防工程大部分是土堤或土石混合堤，加高、加固相对比较容易。
而水闸、涵洞、泵站等建筑物及其他构筑物，一般为钢筋混凝土、混凝土或浆砌石结构，加高、改建比较困难；堤防工程与建筑物的接合部在洪水通过时易出现险情，引起溃决，因此本条对这些建筑物的设计防洪标准提出了较高的要求。
2.2安全加高值及稳定安全系数
2.2.1在堤防工程设计中，由于水文观测资料系列的局限性、河流冲淤变化、主流位置改变、堤顶磨损和风雨侵蚀等，设计堤顶高程需有一定的安全加高值。
安全加高值不含施工预留的沉降加高、波浪爬高及壅水高。
表2.3.1系参考《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准（平原、滨海部分）》及《碾压式土石坝设计规范》，考虑到堤防高度较土坝低，加上堤防加高一般比水利枢纽或土坝容易，所以本规范采用比土坝低一级的数值，既使1级堤防重要堤段的安全加高值，最大也不超过土坝规定的最大数值。
2.2.2无粘性土渗透变形的允许坡降是以土的临界坡降除以安全系数确定的。
规范中提出安全系数1.5～2.0。
通常流土破坏对堤防工程的危害较大，安全系数取2.0，管涌安全系数的取值小于流土破坏，故取1.5。
表2.2.2适用于无粘性土渗流出口无滤层的情况。
特别重要的堤防工程和粘性土的允许坡降，通过试验确定。
2.2.3土堤在设计中需要对安全留有裕度。
为避免过大变形，考虑承受各种荷载的准确程度和土料试验分析的误差等因素，所以土堤在不同的运用条件下，按照堤防工程的级别，规定不同的安全系数。
表2.2.3所列安全系数适用于瑞典圆弧法，用其他方法采用的安全系数另行论证。
在过去十几年，全国各地新建或加固的堤防工程设计中，均参考《碾压式土石坝设计规范》规定的抗滑稳定安全系数。
部分堤防工程设计采用的抗滑稳定安全系数列如表3。
表3部分堤防工程设计采用的抗滑稳定安全系数
堤防工程名称
堤防工程级别
1
2
3
4
5
黄河大堤
1.3
荆江大堤
1.3
洪湖分蓄洪工程
1.3
黄石长江大堤
1.25
北江大堤
1.25
洞庭湖分蓄洪工程
1.25
淮河入江水道高邮湖大堤
1.15
松花江肇东堤
1.15
碾压式土石坝通常比堤防高，且经常挡水，抗滑稳定安全要求比较高，但堤防堤线长，地质勘探工作不可能做得象土坝那样详细，试验资料的代表性也有限，施工土料不一定完全符合设计要求，施工质量又不易控制，河堤工程运用时还存在受河水冲刷引起塌坡的可能等等。
考虑堤防工程的这些特点，本规范所规定的抗滑稳定安全系数与碾压土石坝的抗滑稳定安全系数相同。
堤防工程正常运用条件即为设计条件；非常运用条件是指地震、施工期的运用等。
2.2.4在软弱堤基上修筑土堤，其抗滑稳定较差，如要求达到规范的数值，则设计的堤防断面比较大、不经济，因此，本规范对于这类堤防放宽了设计指标。
2.2.5表2.2.5所列安全系数适用于剪切强度公式计算。
3基本资料
3.1气象与水文
3.1.1本条除水位、潮位等普遍需要的资料外，其他项目根据设计需要，有针对性地搜集提供。
例如：
堤身、堤基土质抗冲性能较弱的，需要提供江河流速资料；多泥沙河流需要提供泥沙及河床淤积资料；湖堤、海堤及大江大河堤防，需要提供风浪资料；我国东南部多雨地区，需要提供施工期降雨天数及降雨强度资料；北方严寒地区，需要提供冰情及施工期气温资料等。
本条所需的各种水位、潮位，要满足确定堤顶高程和堤身断面、核算堤坡稳定和堤身堤基渗流稳定以及确定护坡上下限等方面的设计计算资料。
3.1.2与堤防工程有关地区的水系、水域分布和治理情况、河势演变和冲淤变化等资料是堤线布置、堤型选择、堤身设计、堤基处理及堤岸防护等重要依据，本条对收集、整理上述内容的资料作了原则规定。
3.2社会经济
3.2.2本条规定了对堤防工程保护区应具有的社会经济资料，是堤防工程设计中分析确定堤防级别的重要依据，也是进行堤防工程经济效益分析和环境影响评价所需要的基本资料。
3.2.3本条规定了对堤防工程区应具有的社会经济资料，是堤防工程设计时进行堤线比选、工程投资估算、挖压占地、房屋拆迁及移民安置的基本资料。
3.3工程地形
3.3.1本条是根据国家现行标准《水利水电工程测量规范》规定，结合堤防工程设计需要而定。
地形图的比例尺，在选线阶段，一般可利用大多数筑堤地区的现有的1:
10000或1:
50000地形图进行工作；定线测量是确定堤线、测算工程量、统计挖压拆迁以及施工场地布置的基本依据，需测1:
1000～1:
10000专用带状地形图，其中1:
2000比例尺图比较常用。
带状地形图的宽度需满足初步设计（包括防渗、排渗区及护岸工程范围）、施工图设计（包括料场区和工场布置区范围）及管理（包括护堤地范围）的要求。
有些河床较为稳定的河流，为了对塌岸段采取防护措施，有时还有测量水下地形的要求。
为了精确统计挖压拆迁数量和类别，尽可能用航测与一般地面测图互相印证，以保证地物边界和物种形象的可靠性。
纵断面图比例尺是按照《水利水电工程测量规范》要求并结合堤防工程特点而确定的，原则上一个纵断面图尽可能布置在一幅图纸上，同时又能满足有关文字注记的要求。
横断面图的间距，除根据不同设计阶段不同精度要求外，还需使断面具有代表性，为此在堤防走向的曲线段以及地形、地质变化较大处，即相应堤身断面变化处，应插补增加一些横断面图。
本条规定的横断面图的比例尺是总结各地实践经验后确定的。
3.3.2纵断面图的绘制一般可利用横断面图资料点绘，但当两横断面之间有沟汊或堤埂等特殊地形时，应据实反映于纵断面图上。
3.4工程地质
3.4.1国家现行标准《堤防工程地质勘察规范》中的工程地质勘察报告，其工程地质及筑堤材料资料项目内容覆盖面比较全面，各地在堤防工程设计时，除工程地质剖面图等普遍需要的资料外，需根据本工程的地理特点，有针对性的选择项目进行勘探、试验。
4堤线布置及堤型选择
4.1堤线布置
4.1.1本条列举堤线布置中需要考虑的各种因素，这些因素在不同的地点对堤线选择有不同的影响，因而需要综合考虑。
4.2河堤堤距的确定
4.2.1河流的不同河段，设计洪水流量往往有较大的差别，地质、地形、施工条件也不尽相同，因而堤防工程需要分河段进行设计。
4.2.2在一定的设计洪水条件下，设计堤距与设计堤高是相互关联的。
堤距愈近，保护的范围愈大，但堤身愈高，工程量增加，而且水流流速增大，堤防易于发生险情，险工也愈长。
所以，需要比较研究。
一般的方法步骤是：
1假定若干个堤距，根据堤线选择的原则，在河道两岸进行堤线布置。
2根据地形或断面资料，用水力学方法，分别计算设计条件下各控制断面的水位、流速等要素。
3对于多沙河流还需考虑洪水过程中的河床冲淤及各设计水平年的淤积程度。
4分别绘制不同堤距的沿程设计水面线。
5根据规定的超高及计算的水面线，确定设计堤顶高程线。
6根据地形资料和设计的堤防断面，计算工程量。
7比较不同堤距的堤防工程技术经济指标，选定堤高及堤距。
4.2.3由于种种历史原因，多数河道的堤距偏窄，给防洪带来问题，而展宽堤距在实施上阻力很大，改建的投资也比较高。
因此，本条规定，在设计堤距时要留有余地。
4.3堤型选择
4.3.1本条列举了堤型选择中应该考虑的一些因素，多数情况就只有一、二个因素起主导作用。
有些情况下，堤型可以根据实践经验确定。
4.3.2土堤是我国江河、湖、海防洪广为采用的堤型。
土堤具有就近取材、便于施工、能适应堤基变形、便于加修改建、投资较少等特点，堤防设计中往往作为首选堤型。
目前我国多数堤防采用均质土堤，但是它体积大、占地多，易于受水流、风浪破坏，因而一些重要海堤和城市堤防，采用了其他堤型。
4.3.3同一条堤线中，根据各堤段具体情况，分别采用不同堤型是比较常见的，但不同堤型的接合部易于出现质量问题，危及防洪安全，因而本条强调了不同堤型的接合部要认真处理。
5堤基处理
5.1一般规定
5.1.2国家现行标准《碾压式土石坝设计规范》对沉降量的规定：
“竣工后的总沉降量（包括坝基及坝体）一般不宜大于坝高的1%”。
这规定对堤防来说要求过高。
据调查了解各省新建堤防的沉降量多数超过5%，海堤沉降量更大。
所以，本条只原则提出“竣工后堤基和堤身的总沉降量和不均匀沉降量应不影响堤防的安全运用”。
5.1.3我国的堤防大多是历史形成的，因此，有些地基中常存有墓坑、窑洞、井窖、房基、杂填土等，还有天然暗沟和动物巢穴等，若不探明加以处理，会降低堤基强度和发生严重渗漏，危及工程安全。
5.2软弱地基处理
5.2.2软弱堤基采用铺垫透水垫层的很多，单独或综合使用铺垫透水材料、在堤脚外加压载、打排水井和控制填土加荷速率等是我国海堤和土石坝软基处理的常用方法，并普遍取得较好效果。
单独使用一种措施的如：
福建大官板围垦工程海堤用排水砂井，浙江湖陈港高13m的堆石坝用砂石排水垫层，浙江宁波大目涂围海工程海堤和北仑港电厂灰坝用土工织物排水垫层，浙江溪口水库高22m的土坝和英雄水库土坝用压载，苏北里运河土堤用控制填土速率措施。
采用综合措施的如：
杜湖水库高17m的土坝用砂井加压载；秦山核电站海堤、浙江乍浦海堤、浙江青珠农场围垦海堤、厦门东渡港二期围堰、连云港吹填围堰、深圳赤湾防波堤等用土工织物上加压载。
5.2.5为加速软土地基的排水固结，以往多采用排水砂井作为垂直排水通道。
70年代以来，应用塑料排水带插入土中作为垂直排水通道在国内外已得到广泛应用。
软土层下有承压水时，如排水井穿透软土层，会使承压水大量涌出，造成堤基淹没和基础破坏的严重后果。
所以应避免排水井穿透软土层。
如排水井需穿透软土层，应采取必要的防护设施。
5.2.11泥炭地层在我国东北分布很广，筑堤很难避开。
黑龙江省国营农场总局曾在泥炭层地基上修筑土坝已运用20多年，资料见黑龙江国营农场总局勘测设计院的《泥炭层地基筑坝的试验与实践》，刊于《坝基基础处理汇编》（东北地区水利科技协作组，1983年6月）。
5.2.13分散性粘土在我国多有发现，黑龙江中部引嫩、南部引嫩等工程都遇到分散性粘土。
黑龙江省南部引嫩工程土坝上的分散性粘土经多年试验研究，处理后已正常运用多年。
美国陆军工程师团1978年编制的《堤防设计与施工手册》亦推荐采用掺石灰和加滤层的方法处理。
5.3透水堤基处理
5.3.2铺盖防渗是国内外常用的。
长江无为大堤中的惠生堤是用长度为30m的粘土铺盖防渗，经多次洪水考验，卓有成效。
黑龙江省齐齐哈尔等城市堤防中的砂基砂堤有用复合土工膜或编织涂膜土工布防渗的，效果很好。
5.3.3在深厚透水的堤基上采用截渗墙防渗的堤段近年来逐渐增多。
山东黄河河务局1986年在济南市西郊常旗屯附近的黄河大堤上，用该局研制的联合回转钻机矩形造孔设备建造地下连续截渗墙，墙厚0.6m，穿过强透水层进入下卧相对不透水层1.0m，平均深度10.74m，造孔尺寸0.6m×2.4m，共建造截渗墙7214.8m2。
80年代以来，高压喷射灌浆已广泛用于地基防渗。
哈尔滨市1974年在松花江大堤上，用高压喷射灌浆建造截渗墙。
墙厚大于0.2m，长203m，最大深度28.2m，最小深度23.9m，平均深度24.59m，建造防渗墙有效面积5082m2，效果明显。
“射水法”建造地下混凝土防渗墙是福建省水管局为堤基防渗研制的。
多年来在我国福建、江苏和黄河下游等堤防加固中得到较广泛应用，江苏省水利勘测设计院1990年10月在淮河骆马湖南堤加固中，用“射水法”建造地下混凝土防渗墙试验获得成功。
墙厚0.22～0.26m，墙深10m，长304m。
河南省宿鸭湖水库土坝采用板桩灌注防渗墙，墙厚0.15～0.2m，墙深15～18m。
固化灰浆防渗墙，国内有试验研究资料，在日本用得较多。
5.4多层堤基处理
5.4.1国内堤防中双层地基普遍存在。
有各种处理措施：
用减压井处理的有安徽长江同马大堤，透水层厚100m，表层为弱透水层，为确保同马堤在设计洪水位下防渗安全，在汇口、乔墩、朱墩、甘家桥四段用减压井处理，共设67口减压井，已运用多年。
安徽省淮河和长江堤防多有采用盖重的，肇庆市西江堤防有一段也采用盖重处理。
多层地基处理在水库土坝实例较多，如河南白龟山水库和河北黄壁庄水库土坝采用盖重和减压井综合处理措施，均经多年运用，效果良好。
5.5岩石堤基的防渗处理
5.5.2岩基上的土堤主要应防止岩石裂隙和沿岩石面的渗水冲蚀风化的岩石和堤身，深层处理投资太大而且也没有必要，所以堤基以表面处理为主。
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