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

1、治河防洪工程課程設(shè)計(jì)勐養(yǎng)河勐養(yǎng)段堤防工程設(shè)計(jì)斷面號(hào)：MY44姓名： 班級(jí)： 港航一班 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)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(jí)別12 確定工程斷面形式13 進(jìn)行堤身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)23.1堤頂高程2設(shè)計(jì)洪水位的確定2堤頂超高的確定2風(fēng)浪要素2設(shè)計(jì)波浪爬高的確定3設(shè)計(jì)風(fēng)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(jié)構(gòu)布置及尺寸設(shè)計(jì)54 堤身穩(wěn)定性驗(yàn)算64.1防沖計(jì)算6水流平行于岸坡產(chǎn)生的沖刷64.1.2 水流斜沖防護(hù)岸坡產(chǎn)生的沖刷64. 2滲透穩(wěn)定計(jì)算7不透水堤基均質(zhì)土堤滲流計(jì)算8雙層地基滲流計(jì)算(背水側(cè)等厚無(wú)限長(zhǎng)透水地基滲流計(jì)算)94.3抗滑穩(wěn)

2、定計(jì)算10注：分配斷面為：MY44斷面，左岸樁號(hào)3+862，右岸樁號(hào)3+901附5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)斷面圖6課程設(shè)計(jì)背景資料1 確定工程等別及建筑物級(jí)別根據(jù)防洪標(biāo)準(zhǔn)(GB5020194)中的規(guī)定：以鄉(xiāng)村為主的防護(hù)區(qū)(簡(jiǎn)稱(chēng)鄉(xiāng)村防護(hù)區(qū))，應(yīng)根據(jù)其人口或耕地面積分為四個(gè)等級(jí)，如下表：根據(jù)背景資料，勐養(yǎng)河勐養(yǎng)段治理工程，保護(hù)著沿河兩岸3412畝農(nóng)田、2615人口及勐養(yǎng)鎮(zhèn)屬企事業(yè)單位的生命財(cái)產(chǎn)的安全。據(jù)此，選擇級(jí)防護(hù)區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)應(yīng)防洪標(biāo)準(zhǔn)為20-10年。這里，由于保護(hù)的農(nóng)田數(shù)目較小，選取重現(xiàn)期為10年的防洪標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范(GB5028698)關(guān)于堤防工程級(jí)別的規(guī)定，如下表：這里，對(duì)應(yīng)重現(xiàn)期為10年的防

3、洪標(biāo)準(zhǔn)，堤防工程級(jí)別為5級(jí)。2 確定工程斷面形式44斷面，左岸樁號(hào)3+862，右岸樁號(hào)3+901。根據(jù)所給平面圖，內(nèi)堤距為14.5m?？菟硬蹖?.1m，且枯水河槽左岸貼近左岸制導(dǎo)線(xiàn)，枯水河槽右岸距右岸制導(dǎo)線(xiàn)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(fù)合梯形斷面。堤型選擇最優(yōu)推薦方案為：在流經(jīng)勐養(yǎng)鎮(zhèn)段（堤線(xiàn)長(zhǎng)約1056m），采用自嵌式擋墻，流經(jīng)村莊部分采用衡重式防洪墻，其余部分采用土堤結(jié)構(gòu)。MY44斷面，左岸樁號(hào)3+862，右岸樁號(hào)3+901。該處河道左側(cè)為公路、居民點(diǎn)，工程形式采用護(hù)坡。河道右側(cè)為農(nóng)田，采用土堤。3 進(jìn)行堤身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1堤頂高程堤頂高程應(yīng)按設(shè)計(jì)洪水位加

4、堤頂超高確定。設(shè)計(jì)洪水位的確定根據(jù)附表2.1給出的數(shù)據(jù)，MY44斷面設(shè)計(jì)洪水位為759.303m。對(duì)應(yīng)深泓高程為757.2m,故最大水深為2.103m堤頂超高的確定風(fēng)浪要素(1)波高計(jì)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(jì)算風(fēng)速 F風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度 d水域的平均水深 g重力加速度對(duì)河、湖堤防，設(shè)計(jì)波浪的計(jì)算風(fēng)速可采用歷年汛期最大風(fēng)速平均值的1.5倍。V=1.5*6=9 m/s當(dāng)計(jì)算風(fēng)向兩側(cè)較寬廣水域周界比較規(guī)則時(shí)風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度可采用由計(jì)算點(diǎn)逆風(fēng)向量到對(duì)岸的距離。這里取堤距

5、14.5m計(jì)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(zhǎng)計(jì)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(jì)算的波長(zhǎng)L可按下式計(jì)算:L=gT22th2dL由公式得：L=9.81*0.6322th2*2.1LL經(jīng)試算為3.63m設(shè)計(jì)波浪爬高的確定在風(fēng)的直接作用下正向來(lái)波在單一斜波上的波浪爬高可按下式計(jì)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(jīng)驗(yàn)系數(shù)，可根據(jù)風(fēng)速、堤前水深、重力加速度組成的無(wú)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(zhǎng)此處，m為1.5，可采用該公式。本設(shè)計(jì)中，土堤枯水位到設(shè)計(jì)水位之間采用生態(tài)護(hù)坡格賓，設(shè)計(jì)水位以上采用草皮護(hù)坡；在凹岸（頂沖段）迎水面坡度較陡的地方，設(shè)計(jì)水位以下護(hù)坡采用漿砌石，下墊一層土工布，設(shè)計(jì)水位以上采用草皮護(hù)坡。因而，這里選取砌石護(hù)面對(duì)應(yīng)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(jīng)驗(yàn)系數(shù)KV與V/gd有關(guān)，此處Vgd=99.81*2.1=1.98,對(duì)應(yīng)KV=

7、1.08；爬高累積頻率取10%時(shí)，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(shè)計(jì)風(fēng)壅增水高度的確定風(fēng)壅水面高度在有限風(fēng)區(qū)的情況下可按下式計(jì)算:e=KV2F2gdcos式中e計(jì)算點(diǎn)額風(fēng)壅水面高度(m)； K綜合摩阻系數(shù)，可取K=3.6*10-6； V設(shè)計(jì)風(fēng)速，氨基酸波浪的風(fēng)速確定； F由計(jì)算點(diǎn)逆風(fēng)向量到對(duì)岸的距離m； d水域的平均水深(m)； 風(fēng)向與垂直于堤軸線(xiàn)的法線(xiàn)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(guān)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(jí)地方對(duì)應(yīng)不允許越浪的堤防工程安全加高值A(chǔ)=0.5m。綜上，Y=R+e+A=0.21+0.0001+0.5=0.71m堤頂高程應(yīng)按設(shè)計(jì)洪水位或設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)規(guī)范（GB50286-98）和中小河流設(shè)計(jì)指導(dǎo)意見(jiàn)水規(guī)計(jì)（2011），堤頂寬度應(yīng)根據(jù)防汛管理施工構(gòu)造及其他要求確定堤頂寬度為3m。3.3 堤身結(jié)構(gòu)布置及尺寸設(shè)計(jì)如前所述，MY44斷面，左岸樁號(hào)3+

9、862，右岸樁號(hào)3+901。根據(jù)所給平面圖，內(nèi)堤距為14.5m。枯水河槽左邊線(xiàn)貼近左岸制導(dǎo)線(xiàn)，河道左側(cè)為公路、居民點(diǎn)，工程形式采用護(hù)坡，為小堤距、梯形斷面；枯水河槽右邊線(xiàn)距右岸制導(dǎo)線(xiàn)10.5m，河道右岸為農(nóng)田，采用土堤，為中堤距、一階平灘復(fù)合梯形斷面。土堤結(jié)構(gòu)布置及尺寸設(shè)計(jì)MY44斷面右岸設(shè)計(jì)為一階平灘復(fù)合梯形斷面的土堤。根據(jù)相關(guān)規(guī)范及工程經(jīng)驗(yàn)，草皮護(hù)坡邊坡坡率應(yīng)緩于1：1.5，砌石護(hù)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(chǎng)開(kāi)挖的粘土料和河道開(kāi)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(hù)坡：枯水位以下護(hù)坡采用厚30c

10、m干砌石，下設(shè)厚l0cm砂石混合墊層，設(shè)寬0.8m、高0.6m的M7.5漿砌石腳槽；枯水位到設(shè)計(jì)水位之間采用生態(tài)護(hù)坡格賓厚30cm，下墊一層土工布；設(shè)計(jì)水位以上采用草皮護(hù)坡。堤后設(shè)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(cè)采用二級(jí)階地的形式，一級(jí)平臺(tái)寬3m，二級(jí)親水平臺(tái)根據(jù)堤線(xiàn)位置確定，護(hù)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(hù)坡：設(shè)計(jì)水位以下護(hù)坡采用厚30cm漿砌石，下墊一層土工布；設(shè)計(jì)水位以上采用草皮護(hù)坡。4 堤身穩(wěn)定性驗(yàn)算4.1防沖計(jì)算堤基沖刷深度計(jì)算主要包括水流平行于岸坡產(chǎn)生的縱向沖刷和

11、水流斜沖防護(hù)岸坡產(chǎn)生的斜向沖刷兩種情況，根據(jù)堤防工程設(shè)計(jì)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(jì)算。水流平行于岸坡產(chǎn)生的沖刷水流平行于岸坡產(chǎn)生的沖刷按下式計(jì)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(shè)計(jì)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(hù)岸坡在平面上的形狀有關(guān)，一般取n=1/4。代入數(shù)據(jù)計(jì)算：2.14.1.2 水流斜沖防護(hù)岸坡產(chǎn)生的沖刷水流斜沖防護(hù)岸坡產(chǎn)生的沖刷按下式計(jì)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(hù)建筑物迎水面邊坡系數(shù)；d坡腳處土壤計(jì)

12、算粒徑(cm)(取按重量計(jì)大于15%的篩孔直徑，取0.1cm)；Vj水流的局部沖刷流速(m/s)。 經(jīng)圖上測(cè)量，為。灘地河床，Vj按下式計(jì)算：Vj=Q1B1H121+式中B1河灘寬度，從河槽邊緣至坡腳距離m； Q1通過(guò)河灘部分的設(shè)計(jì)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(duì)應(yīng)為1代入數(shù)據(jù)計(jì)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(jì)算河堤湖堤應(yīng)進(jìn)行滲流及滲透穩(wěn)定計(jì)算，計(jì)算求得滲流場(chǎng)內(nèi)的水頭、壓力、坡降、滲流量等水力要素進(jìn)行滲透穩(wěn)定分析并應(yīng)選擇經(jīng)濟(jì)合理的防滲排滲設(shè)計(jì)方案或加固補(bǔ)強(qiáng)方案。

13、勐養(yǎng)河為中小型河流，洪水流量相對(duì)較小，洪水期間河道水深較小，且洪水持續(xù)時(shí)間較短；同時(shí)大部分?jǐn)M建防洪堤背水側(cè)地勢(shì)相對(duì)較高，兩側(cè)水頭差較小，因此本次滲流計(jì)算工況為設(shè)計(jì)洪水位下的穩(wěn)定滲流情況，土堤計(jì)算工況為設(shè)計(jì)洪水位下雙層透水地基且下游無(wú)排水有貼坡排水設(shè)施的情況。（1） 不透水地基公式計(jì)算堤身滲透量（2）背水側(cè)等厚無(wú)限長(zhǎng)透水地基滲流計(jì)算 具體計(jì)算公式參照堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范(GB5028698)附錄E。不透水堤基均質(zhì)土堤滲流計(jì)算下游坡無(wú)排水設(shè)備或有貼坡式排水計(jì)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(diǎn)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(jì)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(chǎn)生的局部破壞，極易危及下游坡的整體安全，在設(shè)計(jì)中應(yīng)該充分重視。下游滲流出口比降精確解計(jì)算極為復(fù)雜，下面提供的公式是以某些簡(jiǎn)單條件下的精確解和試驗(yàn)資料為依據(jù)，對(duì)所研究的問(wèn)題作近似假定求得的實(shí)用解答。不透水地基上均質(zhì)土堤坡面滲流比降計(jì)算下游無(wú)水（H2=0時(shí)）：滲出點(diǎn)A點(diǎn)：J0=sin=11+m22堤坡與不透水面交點(diǎn)B點(diǎn)：J0=tg=1m2式中

15、J0下游無(wú)水背水坡出口比降MY44斷面左岸為護(hù)坡，無(wú)需進(jìn)行滲流計(jì)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(wèn)題(故亦不存在背水坡滲流出口比降計(jì)算問(wèn)題)。4.2.2雙層地基滲流計(jì)算(背水側(cè)等厚無(wú)限長(zhǎng)透水地基滲流計(jì)算)地基中若表層土透水性較弱，下部透水性較強(qiáng)，兩層的滲透系數(shù)之比大于100即可稱(chēng)為雙層地基，雙層地基在全國(guó)各地廣泛存在。背水側(cè)無(wú)限長(zhǎng)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(jì)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(zhì)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(hù)坡，無(wú)需進(jìn)行雙層地基滲流計(jì)算；右岸土堤地基只有卵石層( T1=0，無(wú)粘土層，構(gòu)不成雙層地基的前提條件)，故無(wú)需進(jìn)行雙層地基滲流計(jì)算。4.3抗滑穩(wěn)定計(jì)算由于擬建防洪工程背水側(cè)地勢(shì)相對(duì)較高，與堤頂高差較??；同時(shí)施工期河道水位較低，部分河段基本斷流，因此本次計(jì)算僅考慮設(shè)計(jì)洪水條件下臨水側(cè)的抗滑穩(wěn)定。采用瑞典圓弧法總應(yīng)力法計(jì)算抗滑穩(wěn)定系數(shù)，由于缺乏資料，計(jì)算時(shí)不考慮水的作用。土堤堤坡穩(wěn)定采用總應(yīng)力法計(jì)算?？倯?yīng)力法中，施工期抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)可按下式計(jì)算：K=式中：該處，沖積卵石：凝聚力Cu=0 Pa，內(nèi)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(jì)算時(shí)需注意區(qū)分卵石和回填土。關(guān)于危險(xiǎn)滑弧的位置選擇問(wèn)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(jì)算中的應(yīng)用：“潘家錚認(rèn)為過(guò)邊坡中點(diǎn)，分別以34坡長(zhǎng)和12坡長(zhǎng)為半徑作弧交中法線(xiàn)與中垂線(xiàn)于a,a',b,b'，則危險(xiǎn)滑弧圓心的大致范圍當(dāng)在aa'bb'之內(nèi)，見(jiàn)圖6。從堤坡中點(diǎn)垂直向上作射線(xiàn)即為中垂線(xiàn)，復(fù)制并旋轉(zhuǎn)中垂線(xiàn)為中法線(xiàn)。分別以1/2坡長(zhǎng)和3/4坡長(zhǎng)為半徑，以堤坡中點(diǎn)為圓心做圓。求出兩條射線(xiàn)和兩個(gè)圓的4個(gè)交點(diǎn)，4個(gè)交點(diǎn)中最大和最小的x、y坐標(biāo)即為滑弧圓心的變動(dòng)范圍。”將計(jì)算滑弧圓心范圍時(shí)使用的中法線(xiàn)以堤坡中點(diǎn)為基點(diǎn)旋轉(zhuǎn)180o，然后移動(dòng)旋轉(zhuǎn)后的中法線(xiàn)至滑弧圓心處，求出移動(dòng)后的中法線(xiàn)與坡面線(xiàn)的交點(diǎn)，該交點(diǎn)與滑弧圓心的距離即為該滑弧圓心對(duì)應(yīng)的最小滑弧半徑。滑弧圓心坐標(biāo)的y值與所有土層最小的y坐標(biāo)之間的差值即為該滑弧圓心對(duì)應(yīng)的最大滑弧半徑。計(jì)算過(guò)程： K=142.474.7=1.91土堤的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不應(yīng)小于表的規(guī)定：該處5級(jí)堤防對(duì)應(yīng)正常運(yùn)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(mǎn)足要求附5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)斷面圖6本次課程設(shè)計(jì)說(shuō)明6.1設(shè)計(jì)目的和要求本課程設(shè)計(jì)的目的，是在已有勘測(cè)規(guī)劃及部分設(shè)計(jì)成果的基礎(chǔ)上，