洪防工程初设报告.doc

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1、西汉水流域防洪工程初设报告5 工程布置及主要建筑物5.1 防洪标准及级别 西汉水流域礼县境内祁窑水口村段防洪工程，保护对象为4个行政村11个社5034人，耕地面积1173亩。根据现行国家标准防洪标准SL2522000及堤防工程设计规范GB5028698之规定，本工程防洪标准为10年一遇设计，堤防工程级别为5级。 工程区堤防地震动峰值加速度为0.30g，地震动反应谱周期值为0.40s。5.2 堤防工程平面布置5.2.1工程布置原则 1 、工程的建设应在西汉水流域综合治理的基础上，根据当地自然条件和社会经济情况，妥善协调好上、下游的关系，全面规划，统筹安排。 2 、护堤堤线布置应与基础设施近远期发

2、展规划相结合，结合现有堤防设施，综合地形、地质、洪水流向、防汛抢险、维护管理等因素确定，相互协调一致，避免工程重复建设和改造。 3、 堤线与河（沟）势流向相适应，并与洪水的主流线大致相平行。河岸堤防间距大致相等，不能造成卡口，壅高局部洪水位。 4、 堤线力求平顺，各堤段平缓连接，尽可能利用现有堤防和有5-1利地形，不占或少占耕地。 5、 堤身断面型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，选择合适的断面型式。 6、 布置中尽可能利用现有完好堤防。5.2.2 造床流量的选定 根据有关资料，造床流量为一个并非最大的流量，它对河床形态的塑造作用最大，目前对造床流量的确定并无十分可靠

3、的方法，对造床流量的确定有平摊水位法，多年平均洪峰流量法等，多采用经验方法计算。国内一般都采用25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，该河段造床流量为206 m3/s。5.2.3 河床稳定分析 1、河床纵向稳定指标 h=d/hJ （5-1） 式中：h纵向稳定系数； d河床平均粒径； h河流平摊水深；现场实测确定h=1.23m； J纵比降，J=2.86；经计算，项目区河道纵向稳定系数在2.38 3.325之间，项目区河床纵向稳定性较好。5-2 2、河床横向稳定指标 b=Q1/2/J0.2/2B (5-2) 式中：h横向稳定系数； Q造床流量，206m3/s；

4、 B相当造床流量平滩河宽，B=85m； J纵比降，J=2.86； 经计算，b =0.303，项目区河床横向稳定性不太好。5.2.4 河相关系 河宽、水深、流速、水面比降与流量之间存在着一定的指数关系，称为水力几何形态关系。这一关系反映了特定的边界条件对水流的影响。 河槽的水面宽度、平均水深、纵比降、流量、泥沙量及其过程，是河槽的边界条件（其中包括河床及河岸的物质组成）的函数，这一关系反映的是边界条件与流量相互影响的过程。冲积河流通过自动调整作用，作为较长期的平均情况，有可能处于相对平衡状态，在断面形态、纵剖面与流域因数之间有着某种定量关系，这种定量关系一般称为河相关系。 1、断面河相关系 主要

5、由宽深比来表征，反映了沿程河相关系的断面稳定性，值愈大，断面愈浅，表明洪水对两岸侵蚀强烈，反之则表示洪水对两岸5-3侵蚀愈小，河道愈稳定。 （1） 横断面河相关系式： =B1/2/H （5-3） B、H与造床流量相应的水面宽及平均水深。 经对治理段上12个横断面分析计算，值在8.310.5之间，因此，可判断该段为较为顺直的过渡性河流。 （2）纵向河相关系 纵向河相关系主要反映河道纵向比降与来水来沙的关系。即： J=45.5（S/Q）1/2d500.54 (5-4) 式中：J河床稳定比降； Q造床流量，206 m3/s； S相当的含沙量(kg/m3)，S =83.8 kg/m3； d50河床平均

6、粒径(mm), 取11.7mm。 经计算，J =3.23，陡于河道实际比降2.86，表明项目区内河床纵向稳定性较好。5.2.8平面形态 河流的平面形态是由一系列圆弧和反弧之间的直线段近似表示的，因此，弯道半径R，直线段长度L就成为治导线布置的主要参数。根据有关资料和类比分析，有下列关系： R（35）B或R40 （5-5）5-4 L（13）B 式中：R转弯半径； B河宽； 过水断面面积；经计算上段R=390650m，L=130400m。下段R=500840m，L=170500m。5.2.4 稳定河宽确定 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

7、主要考虑以下因素：满足安全、通畅泄洪的要求；适当考虑河相关系，尽可能不改变河型；少占耕地或不占耕地，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。防洪段治导线之间宽度，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。根据水利电力出版社出版的治河与防洪一书，整治河宽是由水流阻力公式、连续方程及河相关系式联解求得河宽，关系式为： Qn5/3 B= ( )

8、 6/11 (5-6) J1/2 5-5 式中：B河道宽度，（m）； Q造床流量，取50%频率年的洪峰流量（206m3/s）； 断面河相系数，本区为过渡性河流，经计算值在8.310.5之间，设计取10； J水面平均坡降; 据实测取 0.00286 n河床糙率，取0.035。 按此公式计算的稳定河宽为117m。 另按阿尔图宁公式对稳定河床计算值进行校对。阿尔图宁公式 B=AQ1/2/J1/5 （5-7） 式中：B稳定河宽，m； Q造床流量，取50%频率年洪峰流量（m3/s）； A阿尔图宁系数，堤防位于西汉水中上游，取1.01.1； J水面平均坡降，据实测取0.00286 经计算，稳定河宽为51m

9、。见表5-1。根据现场踏勘与测量，流域内现状河床宽度在80170m之间，在过流能力小于设计流量的河段，需进行疏浚拓宽以达到设计河床宽度。本次设计祁窑水口村段治理河宽取值按以上两种公式计算结果，并结合河道实际地形条件综合考虑，最终0+0001+950段治理河宽取120m；1+950以下由于左岸已建有堤防工程，且该段主河槽5-6偏向右岸，新建堤线按现河岸边布置，因此为顺应河势该段治理河宽按现状河宽160170m确定。祁窑水口村段稳定河宽计算成果表表5-1河段造床流量（m3/s）比降J河相系数（）河床糙率(n)水流阻力计算河宽B（m）图宁公式计算稳定河宽B（m）现状河宽B（m）治理 河宽取值（m）西

10、汉水2060.00286100.0351175180-170120-1705.2.3工程布置1.现状河堤存在的问题 本工程防护区内左岸现有1200m浆砌石堤防，断面为梯形断面，临水面坡比为1：1.5，为浆砌块石护面，经复核现有堤防堤身高度、基础埋深均能满足设计要求，达到本次设防标准要求，运行良好。区内由于没有进行统一规划，当地群众在该河道内曾多次筑堤争地，右岸现有零星干砌石护堤，始建于上世纪七十年代，初建期防洪堤主体为砂土堤，临水面为干砌块石护坡结构，无正规设计，通过多年运行多处被洪水冲毁，现为耕地埂边。 2.工程布置治导线是整治河道使其达到控制主流，稳定河势，固定河槽基础5-7的目的。洪水河

11、槽的治导线，还要满足一定标准的防洪要求及河道两岸工业、农业和交通等各部门的要求。 根据以上目的和要求确定河道的治理宽度，本次规划设计中采取以河道洪水流向为主，顺应河势，尽量顾及原有河岸线和枯水河槽的弯曲形态，有机联系，上下展开，充分利用现有桥梁、河堤护岸等节点，左右岸平行布置，上下游平行衔接。本工程设计堤防祁窑水口村段依据护村护田的要求，并据当地的实际情况，右岸堤防起点从礼县水泥厂上游200m处公路下陡坎起即桩号0+000，末端与下游苗河灌区六六渠渡槽下便道土坎护坡处相接，末端桩号为2+466.10，为连续式防护，右岸堤防长度2402.50m；左岸新建堤防末端与现有堤防相接，新旧堤衔接顶部以1

12、：4坡比渐变至新建堤顶高程，由此向上游布置1283.50m堤防，起点位置与右岸0+000基本一致，两岸新建堤防沿西汉水左右岸布置总长3806m，其中含有黄深沟出口处沿沟道两岸布置120m的堤防长度。河堤具体布置见表5-2。 1）、右岸防护段平面布置见表5-2。 2）、左岸防护段平面布置见续表5-2。 3）、沟口防护 沟道山洪排水出口共有一处，位于右岸桩号0+650处的黄深沟，沟口堤防横断面与主河道堤防横断面及堤顶高程均相同，顺沟道向沟5-8右 岸 防 护 段表5-2桩 号平面布置长度（m）备 注0+0000+600直线段防护6000+663.1+124.9直线段防护461.31+124.1+1

13、62.9背向园弧弯道段38=4R=184m1+162.1+360.6直线段防护197.71+360.1+497.9背向园弧弯道段119.3=13R=500m1+497.1+781.2直线段防护301.31+781.1+869.3背向园弧弯道段88.1=10R=500m1+869.1+952.9直线段防护83.61+952.92+041园弧弯道段88.1=13R=500m2+042+377.69 直线段防护336.82+377.62+466.10园弧弯道段121.5=13R=m合计2402.50左 岸 防 护 段续表5-2桩 号平面布置长度（m）备 注0+000+091.34直线段防护91.34

14、0+091.340+108.44背向园弧弯道段17.1=88 R=11m0+107.440+750.96直线段防护642.520+750.960+788.13背向园弧弯道段37.17=6 R=37.17m0+788.131+283.50直线段防护495.37合计1283.505-9内延伸横断面逐渐变小，为保证节点安全，起点做成“L”型裹头，终点节点与主河道堤防相连。沟道出口防护段左岸长63m，右岸长57m。黄深沟2年一遇洪水流量为5.08m3/s，黄深沟多以泥石流状态汇入西汉水，因此沟道堤防起点上游桥涵至沟道堤防起点之间，现状沟道需进行洪道扫障、清淤疏浚、卡口扩宽等处理，以便于行洪畅通。 由黄

15、深沟2年一遇洪水流量推算得黄深沟治理宽度为12m，而现有沟道宽度为13m，因此，沟口防护治理宽度按现有沟道宽度。5.3 防洪堤工程设计5.3.1设计洪水位确定 根据河段地貌和河道特性，在主河道上设12个河道横断面，以防护段末端下游480m处较为平顺的河道断面为基准，采用能量方程，推求堤防河段10%（十年一遇标准：相应洪水流量942m3/s）时各断面的洪水位高程。本工程水面线计算，按下列公式： Z2+0.051（Q/2）2-Q2X/K平均2 = Z1+0.051（Q/1）2 （5-8） 式中：Z2、Z1上、下游断面水位高程（m）； X两断面间水平距离； K平均2=1/2（K12+K22） 即流量

16、模数的平均值取算术平均； 1、2两断面相应过水断面面积； Q设计洪水流量。5-10祁窑水口村段水面线计算结果表5-3桩号XQ2X水位A（面积）XRR2/3K=AR2/3/nK平2=K1*K2Q2X/K平20.051（Q/A1）2Z2+0.051（Q/A2）2+Q2X/K平2Z1+0.051*（Q/A1）20+0002001774728001413.018 248.2685127.2761.950631.56111073.9765122632955.61.4471868440.0219837711413.04 0+0002001774728001413.018 248.2685127.2761.

17、950631.56111073.9765191233140.70.9280441630.0219837711412.11 0+2002001774728001412.095 276.96128.094462.162151.67213231.43356228489612.10.7767215250.0176648991412.11 0+2002001774728001412.095 276.96128.094462.162151.67213231.43356231688576.90.7659971950.0176648991411.35 0+4002001774728001411.333 326

18、.359129.493422.520281.85217268.69663302382937.30.5869140690.0127219621411.35 0+4002001774728001411.333 326.359129.493422.520281.85217268.69663303716274.90.5843374710.0127219621410.77 0+6002001774728001410.755 329.1735129.572742.540451.86217510.4667307968449.20.5762694210.0125053411410.77 0+600200177

19、4728001410.755 329.1735129.572742.540451.86217510.4667301232471.50.5891556080.0125053411410.18 0+8002001774728001410.162 330.0694129.597982.546871.86517587.67795302560736.20.586569170.0124375531410.180+8002001774728001410.162 330.0694129.597982.546871.86517587.67795292241089.10.6072821610.0124375531

20、409.56 1+0002001774728001409.552 325.5917129.471782.514771.84917202.995022858491050.6208618350.0127819981409.56 1+0002001774728001409.552 325.5917129.471782.514771.84917202.99502279934390.10.6339799830.0127819981408.941+2002001774728001408.923 318.6905129.277082.465171.82516616.24064270386475.30.656

21、3671490.0133415771408.94 5-11祁窑水口村段水面线计算结果续表5-3桩号XQ2X水位A（面积）XRR2/3K=AR2/3/nK平2=K1*K2Q2X/K平20.051（Q/A1）2Z2+0.051（Q/A2）2+Q2X/K平2Z1+0.051*（Q/A1）21+2002001774728001408.923 318.6905129.277082.465171.82516616.24064273951438.30.6478257650.0133415771408.281+4002001774728001408.271 314.605129.161712.435751.8

22、116272.42174268282906.80.6615136320.0136903351408.28 1+4002001774728001408.271 314.605129.161712.435751.8116272.42174293597854.40.6044758070.0136903351407.68 1+6002001774728001407.671 317.1581129.233822.454141.81916486.96864297468852.30.5966096910.0134708131407.68 1+6002001774728001407.671 317.15811

23、29.233822.454141.81916486.96864405064270.30.4381349160.0134708131407.25 1+8003002662092001407.233 335.3193129.745812.584431.88318042.66502443285791.40.600536280.0120511431407.25 1+8003002662092001407.233 335.3193129.745812.584431.88318042.66502480366327.90.554179560.0120511431406.69 2+10056450047329

24、61406.689 449.4932169.87562.646011.91324568.75362603623654.20.8291147850.006706551406.692+1005645004732961406.689 449.4932169.87562.646011.91324568.75362654116337.10.7651135850.006706551405.93 2+6644804259347201405.924 472.2298170.362352.771911.97326623.91212708832696.60.6008959830.0060762911405.93

25、2+6644804259347201405.924 472.2298170.362352.771911.97326623.91212546427175.20.7794903680.0060762911405.15 31441405.142 420.4399188.263922.233251.70920523.924990.0076654481405.15 5-12 末端控制水深确定：由防护段末端下游480m处较为平顺的河道断面计算所得，因下游河道断面较为规则，两岸均有较完整的堤防工程，据实测该横断面，河宽180m，堤防坡比1：1.5。可近似按梯形断面考虑。 梯形断面水深计算采用公式 Q=C（R

26、i）1/2 （5-9） 式中：Q流量（m3/s） C谢才系数，C=Ry/n； n糙率； R水力半径； i底坡 经计算，河道控制水深 h为2.291m。 由此再根据公式（5-8）由下游向上游逐段试算出其他各断面中心点的水位，计算成果见表5-4。5.3.2冲刷深度计算 1按堤防工程设计规范平顺护岸冲刷深度计算公式D.2.21计算。 hB=hP+hP（VCP/V允）n-1 （5-10） 式中：hB平顺护岸冲刷深度（m），从水面算起； h冲刷处的水深； 5-13平顺护岸冲刷深度计算结果表表5-4桩号地面高程设计水深水面高程深泓线高程最大水深（hp)流 速（VCP）允许流速(V允）（V/V允）1/4（V

27、/V允）1/4-1冲刷深度hB0+0001411.0002.0181413.0181409.5003.5183.7941.11.3630.3634.7940+2001409.8502.2451412.0951409.0503.0453.4011.11.3260.3264.0380+4001408.7002.6331411.3331408.1003.2332.8861.11.2730.2734.1150+6001408.1002.6551410.7551407.5003.2552.8621.11.2700.2704.1340+8001407.5002.6621410.1621406.7503.4

28、122.8541.11.2690.2694.3301+0001406.9252.6271409.5521406.3753.1772.8931.11.2730.2734.0461+2001406.3502.5731408.9231405.5903.3332.9561.11.2800.2804.2675-14平顺护岸冲刷深度计算结果表续表5-4桩号地面高程设计水深水面高程深泓线高程最大水深（hp)流 速（VCP）允许流速(V允）（V/V允）1/4（V/V允）1/4-1冲刷深度hB1+4001405.7302.5411408.2711405.2403.0312.9941.11.2840.2843.8

29、931+6001405.1102.5611407.6711404.4003.2712.9701.11.2820.2824.1931+8001404.5302.7031407.2331403.9203.3132.8091.11.2640.2644.1882+1001403.9502.7391406.6891403.2003.4892.0961.11.1750.1754.0992+6641403.0502.8741405.9241402.4003.5241.9951.11.1600.1604.0895-15 平均流速； 允河床面上允许不冲流速；允1.1m/s； n与防护岸坡在平面上的形状有关，取n

30、；冲刷深度hB计算见表5-5，冲刷深度hB从水面算起。经计算，防洪区冲刷处最大水深hp在3.0313.524m之间，冲刷深度hB（从水面算起）在3.8934.794m之间。 2.水流斜冲防护岸坡产生冲刷深度hP 按照堤防工程设计规范D.2.22计算hP： （5-11） 式中：d坡脚处土壤计算粒径，取大于15%（按重量计）的筛孔直径；设计取值0.04m。 hP从河底算起的局部冲深（m）； 水流流向与岸坡交角（度）； m护堤迎水面边坡系数，m=1.5； 水流的局部冲刷流速（m/s）； B1河滩宽度，（m）； H1河滩水深，（m）；5-16 水流流速分配不均匀系数，据角查表(D.2.22) 得； Q

31、1设计流量（m3/s）。经计算右岸1+952.92+041段与左岸0+725.180+768.30段局部冲深见表5-6。左岸堤防位于大弯道处，埋深按2.5m设计。5.3.3基底高程确定 根据上述计算成果，为了安全起见，结合已建工程的实际经验，堤防基础埋深确定，弯道处按斜冲后的局部冲深平均值加安全埋深设计，按2.5m；平顺段按计算结果平均值加安全埋深最终按2.0m设计。 基底高程按下式确定： Z基底=Z深泓线高程-（设计埋深） （5-13） 基底高程计算结果见5-6。5.3.4堤顶高程确定 1、堤顶超高 堤顶高程应为设计洪水位加堤顶超高确定，根据堤防工程设计规范(GB50286-98)，堤顶超高

32、按下式确定： Y = R+ e+ A (5-14)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；5-18 A安全加高，m。 1）波浪爬高Rp按下式计算： Rp= （5-15） RP波浪爬高（m）； K斜坡的糙率及渗透性系数，取0.9； KV经验系数，计算得1.267； KP经验系数，2%爬高累计频率值，取2.23； m斜坡坡率，1.5； H堤前波浪的平均波高（m）； L堤前波浪的波长（m）； 设计风速V=1.512.40=18.60m/s；F为吹程，取平均水面宽128m， 经计算，H=0.051 m。根据T=，求得平均波周期T=1.06 s。取2s，查堤防设计规范中的

33、“波长周期水深” 表，得平均波长L=5.52 m。 K斜向来波折减系数，15时，取1；经计算：取RP=0.688m。5-192）设计风壅增水高度可按下式计算： (5-16) 式中： e设计风壅增水高度，m； K综合摩阻系数，取=3.610-6； V设计风速，按计算波浪的风速确定；多年平均汛期最大风速12.4m/s，设计风速V=1.512.40=18.60m/s。 F从计算点逆风向量到对岸的距离，m； d水域的平均水深，m； 汛期风向以北风居多，15度。计算后的设计风壅增水高度为0.0042m，规范规定，级堤防的安全加高为0.5m，由此计算出的堤顶超高为1.19m，设计取值1.20m。 2、堤顶

34、高程：按规范规定 Z顶=Z水面+Y=Z水面+1.3m (5-17) 计算结果见表5-6及断面设计图。 根据河堤堤顶高程计算得防洪区防护堤堤身高度在6.007.218m之间，包括基础埋深2.0（2.5）m。经计算：防洪区内新建堤防顶高程在1407.1241414.218m之间，而该段二十年一遇洪水位在1406.531413.62m之间，二者相差0.5940.598m。5-205.3.5 堤身设计根据堤防工程设计规范GB5028698对堤身及护坡断面设计的有关要求，在堤身及护坡的设计中主要遵循了以下原则；（1）结构稳定，经济合理； （2）适应当地的施工条件和施工方法； （3）满足就地取材，经济合理

35、的原则。 1、堤岸防护型式的比选 河堤护岸一般有坡式、重力式、墙式等防护型式，墙式（重力式）护岸多适用于河道狭窄，堤外无滩易受水流冲刷的坎岸地段。其护岸结构多采用浆砌块石砌筑，稳定性好，但所需墙身断面较大，圬工量大，对基础条件要求高。坡式护岸适应于滩地河床填方堤坝，具有结构简单，施工方便，污工量小等特点。 祁窑水口村段堤防工程多位于滩地河床，地形较开阔，保护对象为村庄和农田。从技术角度比较，墙式（重力式）护岸结构性能均优于坡式护岸，但从保护对象和实际运行分析，坡式护岸也可以达到工程建设的目的。从工程经济角度比较，坡式护岸公里造价远低于墙式（重力式）护岸造价，所以性价比坡式护岸优于墙式（重力式）

36、护岸。经综合比选本次堤岸防护型式采用坡式护岸型式。2、坡式护岸构筑材料的比选本次堤岸防护材料比较分别采用M7.5浆砌块石与现浇C15砼材5-22料。 1）M7.5浆砌块石护面 当采用人工块体或经过分选的块石为斜坡堤的护面层时，护面厚度按以下公式计算： t= nc（）1/3 （5-18）式中:Q 主要护面层的护面块体、块石个体质量(t)； rb 人工块体或块石的重量(kN/m3)，rb =24.5 kN/m3； r 水的容重(kN/m3)，r =9.8 kN/m3； H 设计波高，H=0.86 (m)； Kd 稳定系数，Kd=5.5； t 块体或块石护面层厚度(m)； n 护面块体或块石层数，n

37、=1； c 系数，c=1.4； Q=0.1 = 0.566(T) （5-19） t= 11.4（）1/3=0.33(m) M7.5浆砌块石护面计算平均厚度为0.33m，确定为0.4m。2） 现浇C15砼护面，满足砼板整体稳定所需的护面厚度按以下公式计算： 5-23 t= （5-20） 式中: t 砼护面板厚度(m)； 系数，对上部开缝板可取0.075，对下部闭缝板可取0.10； rb 砼板的重量(kN/m3)，rb =22.5 kN/m3； r 水的容重(kN/m3)，r =9.8 kN/m3； H 设计波高，H=1.86(m)； L 波长，L=6.21(m)； B 沿斜坡方向的护面板长度(m

38、)，B=12.21m； m 斜坡坡率，m=1.5； t= 0.0751.86 =0.05m 结合已建堤防护面经验，确定砼护面板平均厚度按0.20m。 方案一：采用M7.5浆砌石砌筑，护坡顶厚0.30m，底部砌石厚0.50m，在基础底部向下设宽1.0m，深0.8m的浆砌石基础，迎水面边坡系数m=1.25。 方案二：采用C15混凝土现浇方式砌筑，护坡底部混凝土厚度0.22m，顶厚0.15m，迎水面边坡系数m=1.5。两种材料构筑护岸型式在堤防工程中都适用，从技术角度比较，浆砌石护岸具有结构简单，抗冻张、抗泥石流冲击性能好，而且施工5-24方便，但堤身断面大，圬工量较大、对基础条件要求高。砼护岸具有堤身断面较小，具有一定抗冻胀能力，结构较轻，且圬工量较小等优点，但由于砼面板厚度小，相对抗冲击性较差。从经济角度比较，两方案除护坡材料、砌筑厚度、伸缩缝间隔、厚度不同以外，其它设计相同，比较见表5-7。护坡方案比较表表5-7工程区段方案一方案二夯 填砂砾石(m3)M7.5砂浆砌块石（m3）夯 填砂砾石（m3）现 浇