治河防洪工程課程設計勐養(yǎng)河勐養(yǎng)段堤防工程的設計my44斷面

1、治河防洪工程課程設計勐養(yǎng)河勐養(yǎng)段堤防工程設計斷面號：MY44姓名： 班級： 港航一班 學號： 指導老師： 陳立、孫昭華 2013年6月目錄1 確定工程等別及建筑物級別12 確定工程斷面形式13 進行堤身結構設計23.1堤頂高程2設計洪水位的確定2堤頂超高的確定2風浪要素2設計波浪爬高的確定3設計風壅增水高度的確定4安全加高的確定53.2 堤頂寬度53.3 堤身結構布置及尺寸設計54 堤身穩(wěn)定性驗算64.1防沖計算6水流平行于岸坡產生的沖刷64.1.2 水流斜沖防護岸坡產生的沖刷64. 2滲透穩(wěn)定計算7不透水堤基均質土堤滲流計算8雙層地基滲流計算(背水側等厚無限長透水地基滲流計算)94.3抗滑穩(wěn)

2、定計算10注：分配斷面為：MY44斷面，左岸樁號3+862，右岸樁號3+901附5 結構設計斷面圖6課程設計背景資料1 確定工程等別及建筑物級別根據(jù)防洪標準(GB5020194)中的規(guī)定：以鄉(xiāng)村為主的防護區(qū)(簡稱鄉(xiāng)村防護區(qū))，應根據(jù)其人口或耕地面積分為四個等級，如下表：根據(jù)背景資料，勐養(yǎng)河勐養(yǎng)段治理工程，保護著沿河兩岸3412畝農田、2615人口及勐養(yǎng)鎮(zhèn)屬企事業(yè)單位的生命財產的安全。據(jù)此，選擇級防護區(qū)標準，對應防洪標準為20-10年。這里，由于保護的農田數(shù)目較小，選取重現(xiàn)期為10年的防洪標準。根據(jù)堤防工程設計規(guī)范(GB5028698)關于堤防工程級別的規(guī)定，如下表：這里，對應重現(xiàn)期為10年的防

3、洪標準，堤防工程級別為5級。2 確定工程斷面形式44斷面，左岸樁號3+862，右岸樁號3+901。根據(jù)所給平面圖，內堤距為14.5m?？菟硬蹖?.1m，且枯水河槽左岸貼近左岸制導線，枯水河槽右岸距右岸制導線10.5m。故左岸采用小堤距、梯形斷面；右岸采用中堤距、一階平灘復合梯形斷面。堤型選擇最優(yōu)推薦方案為：在流經勐養(yǎng)鎮(zhèn)段（堤線長約1056m），采用自嵌式擋墻，流經村莊部分采用衡重式防洪墻，其余部分采用土堤結構。MY44斷面，左岸樁號3+862，右岸樁號3+901。該處河道左側為公路、居民點，工程形式采用護坡。河道右側為農田，采用土堤。3 進行堤身結構設計3.1堤頂高程堤頂高程應按設計洪水位加

4、堤頂超高確定。設計洪水位的確定根據(jù)附表2.1給出的數(shù)據(jù)，MY44斷面設計洪水位為759.303m。對應深泓高程為757.2m,故最大水深為2.103m堤頂超高的確定風浪要素(1)波高計算gHV2=0.13th0.7gdV20.7th0.0018gFV20.450.13th0.7gdV20.7gTV=13.9gHV20.5式中： H平均波高 T平均波周期 V計算風速 F風區(qū)長度 d水域的平均水深 g重力加速度對河、湖堤防，設計波浪的計算風速可采用歷年汛期最大風速平均值的1.5倍。V=1.5*6=9 m/s當計算風向兩側較寬廣水域周界比較規(guī)則時風區(qū)長度可采用由計算點逆風向量到對岸的距離。這里取堤距

5、14.5m計算。F=14.5m由公式得：9.81H92=0.13th0.79.81*2.1920.7th0.00189.81*14.5920.450.13th0.79.81*2.1920.7得平均波高H=0.02m再由公式得：9.81T9=13.99.81*0.02920.5得平均波周期T=0.63s(2)波長計算不規(guī)則波的波周期可采用平均波周期T表示,按平均波周期計算的波長L可按下式計算:L=gT22th2dL由公式得：L=9.81*0.6322th2*2.1LL經試算為3.63m設計波浪爬高的確定在風的直接作用下正向來波在單一斜波上的波浪爬高可按下式計算：RP=KKVKP1+m2HL RP

6、累積頻率為p的波浪爬高 K斜坡的糙率及滲透性系數(shù) KV經驗系數(shù)，可根據(jù)風速、堤前水深、重力加速度組成的無維量確定 KP爬高累積頻率換算系 m斜坡坡率為斜坡坡角度 H堤前波浪的平均波高 L堤前波浪的波長此處，m為1.5，可采用該公式。本設計中，土堤枯水位到設計水位之間采用生態(tài)護坡格賓，設計水位以上采用草皮護坡；在凹岸（頂沖段）迎水面坡度較陡的地方，設計水位以下護坡采用漿砌石，下墊一層土工布，設計水位以上采用草皮護坡。因而，這里選取砌石護面對應的斜坡的糙率及滲透性系數(shù)KK=0.75-0.80,偏安全，該處取K=0.80經驗系數(shù)KV與V/gd有關，此處Vgd=99.81*2.1=1.98,對應KV=

7、1.08；爬高累積頻率取10%時，H /d=0.02/2.1<0.1爬高累積頻率換算系數(shù)Kp=RPR=1.64 (R為平均爬高。)綜上，由公式得：R10%=0.8*1.08*1.641+1.520.02*3.63=0.21m設計風壅增水高度的確定風壅水面高度在有限風區(qū)的情況下可按下式計算:e=KV2F2gdcos式中e計算點額風壅水面高度(m)； K綜合摩阻系數(shù)，可取K=3.6*10-6； V設計風速，氨基酸波浪的風速確定； F由計算點逆風向量到對岸的距離m； d水域的平均水深(m)； 風向與垂直于堤軸線的法線的夾角(度)。V=9m/s ， Fcos即為堤距14.5m，g=9.

8、81m/s2，d=2.1m代入相關數(shù)值，e=KV2F2gdcos=3.6*10-6*922*9.81*2.1*14.5=0.0001m安全加高的確定5級地方對應不允許越浪的堤防工程安全加高值A=0.5m。綜上，Y=R+e+A=0.21+0.0001+0.5=0.71m堤頂高程應按設計洪水位或設計高潮位加堤頂超高確定。Z=Y+h=0.71+759.303=760.013m3.2 堤頂寬度根據(jù)堤防工程設計規(guī)范（GB50286-98）和中小河流設計指導意見水規(guī)計（2011），堤頂寬度應根據(jù)防汛管理施工構造及其他要求確定堤頂寬度為3m。3.3 堤身結構布置及尺寸設計如前所述，MY44斷面，左岸樁號3+

9、862，右岸樁號3+901。根據(jù)所給平面圖，內堤距為14.5m?？菟硬圩筮吘€貼近左岸制導線，河道左側為公路、居民點，工程形式采用護坡，為小堤距、梯形斷面；枯水河槽右邊線距右岸制導線10.5m，河道右岸為農田，采用土堤，為中堤距、一階平灘復合梯形斷面。土堤結構布置及尺寸設計MY44斷面右岸設計為一階平灘復合梯形斷面的土堤。根據(jù)相關規(guī)范及工程經驗，草皮護坡邊坡坡率應緩于1：1.5，砌石護坡坡率緩于1:1.25，綜上取堤身迎水坡、背水坡坡比均為1:1.5，堤頂寬3.0m。填筑料均采用土料場開挖的粘土料和河道開挖的粘土料填筑。凹岸（頂沖段）迎水面采用干砌石-格賓-草皮護坡：枯水位以下護坡采用厚30c

10、m干砌石，下設厚l0cm砂石混合墊層，設寬0.8m、高0.6m的M7.5漿砌石腳槽；枯水位到設計水位之間采用生態(tài)護坡格賓厚30cm，下墊一層土工布；設計水位以上采用草皮護坡。堤后設置反濾排水溝，下墊土工布，上鋪反濾料，可用于排水，并能提高提防抵抗?jié)B透破壞的能力。凸岸一側采用二級階地的形式，一級平臺寬3m，二級親水平臺根據(jù)堤線位置確定，護岸布置與凹岸相同。在凹岸（頂沖段）迎水面坡度較陡（坡比小于1:1）的地方，采用漿砌石-草皮護坡：設計水位以下護坡采用厚30cm漿砌石，下墊一層土工布；設計水位以上采用草皮護坡。4 堤身穩(wěn)定性驗算4.1防沖計算堤基沖刷深度計算主要包括水流平行于岸坡產生的縱向沖刷和

11、水流斜沖防護岸坡產生的斜向沖刷兩種情況，根據(jù)堤防工程設計規(guī)范(GB50286-98)，沖刷深度分別按平行沖刷、斜向沖刷兩種情況計算。水流平行于岸坡產生的沖刷水流平行于岸坡產生的沖刷按下式計算 （1） hB從水面算起的局部沖深(m)；hp沖刷處的水深(m)，以近似設計水位最大深度代替；Vcp平均流速，；V允河床上允許不沖流速，取不沖流速為1.0m/s；n與防護岸坡在平面上的形狀有關，一般取n=1/4。代入數(shù)據(jù)計算：2.14.1.2 水流斜沖防護岸坡產生的沖刷水流斜沖防護岸坡產生的沖刷按下式計算 （2）其中：從河底算起的局部沖深(m)；水流流向與岸坡交角；m防護建筑物迎水面邊坡系數(shù)；d坡腳處土壤計

12、算粒徑(cm)(取按重量計大于15%的篩孔直徑，取0.1cm)；Vj水流的局部沖刷流速(m/s)。 經圖上測量，為。灘地河床，Vj按下式計算：Vj=Q1B1H121+式中B1河灘寬度，從河槽邊緣至坡腳距離m； Q1通過河灘部分的設計流量(m3/s)； H1河灘水深m； 水流流速分配不均勻系數(shù)，根據(jù)角查表采用。對應為1代入數(shù)據(jù)計算：Vj=Q1B1H121+=4.456*21+1=4.456 m/sMY44斷面，右岸m=1.5 4. 2滲透穩(wěn)定計算河堤湖堤應進行滲流及滲透穩(wěn)定計算，計算求得滲流場內的水頭、壓力、坡降、滲流量等水力要素進行滲透穩(wěn)定分析并應選擇經濟合理的防滲排滲設計方案或加固補強方案。

13、勐養(yǎng)河為中小型河流，洪水流量相對較小，洪水期間河道水深較小，且洪水持續(xù)時間較短；同時大部分擬建防洪堤背水側地勢相對較高，兩側水頭差較小，因此本次滲流計算工況為設計洪水位下的穩(wěn)定滲流情況，土堤計算工況為設計洪水位下雙層透水地基且下游無排水有貼坡排水設施的情況。（1） 不透水地基公式計算堤身滲透量（2）背水側等厚無限長透水地基滲流計算 具體計算公式參照堤防工程設計規(guī)范(GB5028698)附錄E。不透水堤基均質土堤滲流計算下游坡無排水設備或有貼坡式排水計算公式如下qk=H12-h022L1.-m2h0qk=h0-H2m2+0.51+H2h0-H2+m2H22m2+0.52L1=L+LL=m12m1

14、+1H1式中： q單位寬度滲流量(m3/sm) k堤身滲透系數(shù)(m/s) H1上游水位(m) H2下游水位(m) h0下游出逸點高度(m) m1上游坡坡率 m2下游坡坡率背水坡滲流出口比降計算滲流出口比降是校核背水坡滲流穩(wěn)定的重要數(shù)據(jù)，坡面由于受滲透力作用產生的局部破壞，極易危及下游坡的整體安全，在設計中應該充分重視。下游滲流出口比降精確解計算極為復雜，下面提供的公式是以某些簡單條件下的精確解和試驗資料為依據(jù)，對所研究的問題作近似假定求得的實用解答。不透水地基上均質土堤坡面滲流比降計算下游無水（H2=0時）：滲出點A點：J0=sin=11+m22堤坡與不透水面交點B點：J0=tg=1m2式中

15、J0下游無水背水坡出口比降MY44斷面左岸為護坡，無需進行滲流計算。右岸堤頂部分堤外地面高程大于洪水位高程，故基本不存在堤身滲流問題(故亦不存在背水坡滲流出口比降計算問題)。4.2.2雙層地基滲流計算(背水側等厚無限長透水地基滲流計算)地基中若表層土透水性較弱，下部透水性較強，兩層的滲透系數(shù)之比大于100即可稱為雙層地基，雙層地基在全國各地廣泛存在。背水側無限長等厚雙層地基(如圖)，其弱透水層底板的承壓水頭可用以下公式計算： BC段： h=H1+Ab+thAL(1+AX)CD段: h=H1+Ab+thALe-AXA=k1k0T1T0根據(jù)所給資料，地基土體表層殘積粉質粘土滲透系數(shù)k1=0.05m

16、/d,下部沖擊卵石k2=30m/d。由于MY44斷面左岸為護坡，無需進行雙層地基滲流計算；右岸土堤地基只有卵石層( T1=0，無粘土層，構不成雙層地基的前提條件)，故無需進行雙層地基滲流計算。4.3抗滑穩(wěn)定計算由于擬建防洪工程背水側地勢相對較高，與堤頂高差較??；同時施工期河道水位較低，部分河段基本斷流，因此本次計算僅考慮設計洪水條件下臨水側的抗滑穩(wěn)定。采用瑞典圓弧法總應力法計算抗滑穩(wěn)定系數(shù)，由于缺乏資料，計算時不考慮水的作用。土堤堤坡穩(wěn)定采用總應力法計算?？倯Ψㄖ校┕て诳够€(wěn)定安全系數(shù)可按下式計算：K=式中：該處，沖積卵石：凝聚力Cu=0 Pa，內摩擦角u=28o密度卵石=2.1gcm3，

17、回填土=干*1+=1.64*1+0.179=1.93g/cm3 計算時需注意區(qū)分卵石和回填土。關于危險滑弧的位置選擇問題，包括滑弧圓心的范圍和滑弧半徑的范圍，這里參照衣秀勇等人的AutoCAD VBA在地方邊坡的抗滑穩(wěn)定計算中的應用：“潘家錚認為過邊坡中點，分別以34坡長和12坡長為半徑作弧交中法線與中垂線于a,a',b,b'，則危險滑弧圓心的大致范圍當在aa'bb'之內，見圖6。從堤坡中點垂直向上作射線即為中垂線，復制并旋轉中垂線為中法線。分別以1/2坡長和3/4坡長為半徑，以堤坡中點為圓心做圓。求出兩條射線和兩個圓的4個交點，4個交點中最大和最小的x、y坐標即為滑弧圓心的變動范圍?！睂⒂嬎慊A心范圍時使用的中法線以堤坡中點為基點旋轉180o，然后移動旋轉后的中法線至滑弧圓心處，求出移動后的中法線與坡面線的交點，該交點與滑弧圓心的距離即為該滑弧圓心對應的最小滑弧半徑?；A心坐標的y值與所有土層最小的y坐標之間的差值即為該滑弧圓心對應的最大滑弧半徑。計算過程： K=142.474.7=1.91土堤的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不應小于表的規(guī)定：該處5級堤防對應正常運用條件下抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.10。1.9>1.1抗滑穩(wěn)定滿足要求附5 結構設計斷面圖6本次課程設計說明6.1設計目的和要求本課程設計的目的，是在已有勘測規(guī)劃及部分設計成果的基礎上，