【S河堤防工程設(shè)計7100字（論文）】

II分析推算設(shè)計洪峰流量2.1推算控制水文站設(shè)計洪峰流量2.1.1控制水文站洪水經(jīng)驗頻率的推算把控制水文站提供的一般洪水資料數(shù)據(jù)和特大洪水資料數(shù)據(jù)，按照年份的先后順序排列，作為一個整體。這樣處理就可以將一般洪水資料數(shù)據(jù)和特大洪水資料數(shù)據(jù)放在一起計算。那么控制水文站的特大洪水的經(jīng)驗頻率就可以表示為：

PM控制水文站的一般洪水的經(jīng)驗頻率可以表示為：

Pm上述公式中的各參數(shù)解釋：n——實際勘測期內(nèi)的洪水的年數(shù)；N——設(shè)計所需預(yù)測期內(nèi)的總年數(shù)；l——實際勘測期內(nèi)到的特大洪水的個數(shù)；a——設(shè)計所需預(yù)測期內(nèi)的特大洪水個數(shù)；m——實際勘測期內(nèi)的洪水排序的序號；分析過程如表2.1所示：表2.1控制水文站洪水的經(jīng)驗頻率序號洪峰流量Q（m3PP序號洪峰流量Q（m3PPⅠ5200.01132640.50612970.0263362.50.52122460.04234620.53632070.05735580.55241910.07336570.56751870.08837560.58361650.1043855.50.59871620.11939540.61481570.13540510.62991530.1504147.50.645101420.16642470.660111290.18143460.675121180.1964445.80.691131130.2124545.20.706141130.22746440.722151110.2434743.70.737161080.2584843.50.753171070.27449350.768181000.2895033.80.78419970.3055133.80.7992089.80.3205233.50.81521880.3365333.20.83022870.35154330.8452386.50.3665531.50.86124850.3825628.50.8762583.20.39757280.89226780.4135826.20.90727770.42859240.92328750.4446022.80.93829730.4596118.30.95430720.4756217.50.96931660.4906315.50.9852.1.2控制水文站統(tǒng)計參數(shù)的推算在統(tǒng)計數(shù)學(xué)上，把某隨機變量所取數(shù)值的全體稱為總體。從總體中任意抽取的一部分稱為樣本?？傮w的分布特性可以在某種程度上由樣本的經(jīng)驗頻率分布來推測。由樣本參數(shù)估計總體參數(shù)的方法有很多，例如矩法、極大似然法、權(quán)函數(shù)法、概率權(quán)重矩法、三點法以及適線法等。本次統(tǒng)計參數(shù)采用矩法，矩法是用樣本矩估計總體矩，并通過矩和參數(shù)之間的關(guān)系，來估計頻率曲線參數(shù)的一種方法。為了使樣本的統(tǒng)計參數(shù)能更好的代表總體的統(tǒng)計參數(shù)，對矩法公式加以修正得到無偏估值公式：x=1Nj=1C經(jīng)計算：武勝驛水文站的x=87.0m3/s，Cv=0.85。2.1.3控制水文站洪水頻率曲線的繪制根據(jù)統(tǒng)計參數(shù)計算成果，計算過程如表2.2所示：表2.2配線成果表第一次配線x=87m3/sCv=0.85Cs=3第二次配線x=87m3/sCv=0.85Cs=2.5P（%）KXp（m3KXp（m314.253694.1235823.603133.5130552.712362.705235102.061792.095182201.431241.5131500.69600.72563750.44380.40535900.41350.35531950.36310.26523994.253694.12358圖2.1第一次配線成果圖圖2.2第二次配線成果圖經(jīng)兩次配線，x=87m3/s，Cv=0.85，Cs=2.5Cv時的曲線擬合較好，可作為武勝驛水文站的統(tǒng)計參數(shù)。所以武勝驛水文站20年一遇的洪峰流量為Xp=x=235.21m32.2項目區(qū)堤防河段的設(shè)計洪峰流量在氣候因素、地形因素等其他因素都大致相同的情況下，我們把流域的面積作為修正參數(shù)，來計算所求區(qū)域的設(shè)計洪峰流量。項目區(qū)堤防河段流域的面積2023km2，武勝驛水文站流域的面積2001km2，所以項目區(qū)堤防河段20年一遇設(shè)計洪峰流量為236.50m3

推求設(shè)計水面線3.1設(shè)計水深推算方法根據(jù)治理河段的地貌河河道特性，在工程區(qū)河道共設(shè)5個典型斷面，以最下游一斷面為基準斷面，采取能量方程，推求治理河段二十年一遇相應(yīng)設(shè)計洪峰流量為236.50m3Z?1K=A×C×C=3.2天然河道糙率的選定查閱相關(guān)的規(guī)范資料，當河道斷面是不規(guī)則的形狀時，不能直接計算出河道的糙率，只能通過查糙率表來確定，本次計算河道的糙率取為n=0.035。3.3設(shè)計水深計算過程計算成果見表3.1表3.1設(shè)計水深斷面設(shè)計水深(m)濕周χ(m)過水面積A(m2)水力半徑R(m)謝才系數(shù)CK=AC(m3/s)i（‰）Q(m3/s)11.4392.4186.910.9428.282383.559.84236.5021.9769.8378.451.1229.132422.459.53236.5032.50101.9090.100.8827.992371.439.95236.5042.4066.4676.761.1529.272414.149.60236.5052.1867.6378.711.1629.302488.289.03236.503.4水面線的繪制表3-2河床高程及水面線高程里程斷面寬度（m）河床高程（m）設(shè)計水深（m）設(shè)計水面線（m）0+00091.272294.31.432295.730+24068.522293.21.972295.170+525100.582289.72.502292.200+72664.942285.62.402288.000+88665.922284.12.182286.28圖3-1河道設(shè)計水面線

河道的演變河相關(guān)系及穩(wěn)定分析研究河道形態(tài)及河勢穩(wěn)定是在造床流量下進行的，這個流量對造床作用最大，它既不是最大洪水流量，也不是枯水流量，而是在洪水期較大但并非最大的洪水流量，因為最大洪水流量的造床作用雖強，但歷時過短，影響不是最大，枯水流量雖作用時間長，但造床影響較小。目前國內(nèi)在實際工作中計算造床流量的方法很多，常用的有馬卡維也夫法、平灘水位法和2年一遇洪峰流量法，本次造床流量的確定根據(jù)流域特征選用2年一遇洪水法。在天然狀況下形成的河床，由于水流的長期作用，其斷面形態(tài)比如水深、河寬等，與河道的來水量、泥沙條件、地質(zhì)條件等多種因素之間存在某種關(guān)系，這種關(guān)系便稱為河相關(guān)系。河道橫斷面河相關(guān)系式為：

ξ=各斷面河相系數(shù)見下表4.1。表4.1各斷面河相系數(shù)斷面造床流量Q（m3/s）平均水深?（m）相應(yīng)河寬B（m）河相系數(shù)ξ1630.5490.8417.652630.5665.6014.463630.5186.6418.254630.6365.2512.825630.7464.8810.88河道的橫向穩(wěn)定與河岸穩(wěn)定密切相關(guān)，決定河岸穩(wěn)定性的因素主要是河道主流的走向及河岸土壤的抗沖能力，其次是灘槽高差。但由于表征河道的河岸土壤結(jié)構(gòu)狀態(tài)和主流走向還難以確定或很難找到一個一般的參數(shù)來表達，因此在實際應(yīng)用中通常不是直接用決定岸坡穩(wěn)定的因素來描述其穩(wěn)定性，而是間接地用河岸的變化來描述。河道橫向穩(wěn)定系數(shù)按下式計算：φb表4.2橫向穩(wěn)定系數(shù)斷面造床流量Q（m3/s）縱比降J（‰）相應(yīng)河寬B（m）橫向穩(wěn)定系數(shù)φ1638.9690.840.222638.9665.600.313638.9686.640.244638.9665.250.315638.9664.880.31黃河高村以上，游蕩型河道φb值在0.18—0.45之間。φ4.2河道縱斷面穩(wěn)定分析河床在縱深方向的穩(wěn)定性主要決定與泥沙抗拒運動的摩阻力與水流作用于泥沙的拖拽力的對比。這個比值可用下式表示

φ?各斷面縱向穩(wěn)定系數(shù)見下表4.3。表4.3各斷面縱向穩(wěn)定系數(shù)斷面床沙平均粒徑d（mm）平均水深H（m）河床比降J（‰）縱向穩(wěn)定系數(shù)φ111.450.549.842.37211.450.569.532.15311.450.519.952.26411.450.639.601.89511.450.749.031.71黃河高村以上，游蕩型河道φ?值在0.18—0.21河道演變趨勢分析根據(jù)以上計算分析可判定此河段屬于彎曲型河道，平面彎曲，橫斷面不對稱，縱剖面不規(guī)則。由于存在橫向環(huán)流，環(huán)流上部指向凹岸，下部指向凸岸，含沙量上小下大，橫向輸沙不平衡，形成凹岸沖，凸岸淤積。汛期沖槽淤灘，枯水期沖灘淤槽，縱向基本平衡。長期演變的結(jié)果就是曲折程度加劇，河長增加，曲折系數(shù)加大。橫斷面凹岸崩退，凸岸淤長。

堤線布置及堤型選擇堤線布置5.1.1布置原則堤線與河勢流向相適應(yīng)，直線河段堤線盡量與洪水主流線相平行，彎曲河段采取大彎就勢、小彎取直的原則，保證河段兩岸堤防間距大致相等，堤距應(yīng)滿足穩(wěn)定河寬的要求。防洪結(jié)合，堤線力求平順，各堤線平緩連接，穩(wěn)定河勢，確保能順利的通過設(shè)計洪水。妥善處理好左右岸、上下游的關(guān)系，統(tǒng)一治理。因地制宜，就地取材，節(jié)省投資。5.1.2參數(shù)表彎道最小容許半徑要滿足Rmin=3?5B。項目區(qū)堤防河段樁號為0+000-0表5.1右岸堤段堤線布置參數(shù)表樁號堤線型式堤線長度（m）0+000直線段1200+120圓弧段1201970+240圓弧段1432600+383圓弧段1421960+525圓弧段2011950+726直線段1600+8865.2穩(wěn)定河寬根據(jù)有關(guān)資料，造床流量為一個并非最大的流量，它對河床形態(tài)的塑造作用最大，目前對造床流量的確定并無十分可靠的方法，對造床流量的確定有平攤水位法、多年平均洪峰流量法等，多采用經(jīng)驗方法計算。國一般都采用2～5年一遇的洪峰流量作為造床流量。本設(shè)計中堤距指兩岸堤線中心距亦即洪水治導(dǎo)線寬度。該指標直接關(guān)系到工程造價和防護效益。堤距確定主要考慮以下因素：①滿足安全、通暢泄洪的要求；②適當考慮河相關(guān)系，盡可能不改變河型；③少占耕地或不占耕地，權(quán)衡工程量與防護效益，達到經(jīng)濟上的合理性，統(tǒng)籌考慮各河段及其上、下游的行洪要求。防洪段治導(dǎo)線之間寬度，下限應(yīng)不小于造床流量下的穩(wěn)定河寬，上限一般以河曲外包線或自然岸寬確定。沖積河流在水流與河床的長期相互作用下，能得以自由發(fā)展，經(jīng)過水流與河床的自動調(diào)整，河床形態(tài)將與流域來水、來沙及河床邊界條件相適應(yīng)。河道形態(tài)與水力泥沙因素及河床地質(zhì)條件之間也存在著某種物理量關(guān)系。穩(wěn)定河寬確定采用2年一遇的洪峰流量作為造床流量，根據(jù)水利電力出版的《治河與防洪》一書，整治河寬是由水流阻力公式、連續(xù)方程及河相關(guān)系式聯(lián)解求得河寬，穩(wěn)定河寬按下式計算：

B=各斷面穩(wěn)定河寬見下表5.2。表5.2穩(wěn)定河寬計算表斷面造床流量Q（m3/s）相應(yīng)河寬B（m）河床比降J（‰）A穩(wěn)定河寬（m）16390.849.841.326.5126365.609.531.326.1736386.649.951.325.9446365.259.601.326.1356364.889.031.326.45考慮到河道兩岸居民相對密集，耕地較多，堤防治導(dǎo)線的布置主要受兩岸建筑物及耕地的限制，所以本次設(shè)計治理河寬最終確定為為27m。5.3堤距確定通過斷面資料可知，我們所選取治理河段河床寬度的平均值大約為87.32m，因為存在水流沖刷等自然因素以及其它人為因素，會導(dǎo)致實際河床斷面寬窄不一，所以在綜合考慮所有可能發(fā)生的因素的影響后，本次堤防工程設(shè)計的堤距最終確定為88m。5.4堤型的選擇在堤身及護坡的設(shè)計中主要遵循了以下原則：就地取材，經(jīng)濟合理；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，因地制宜，適應(yīng)當?shù)氐氖┕l件和施工方法；滿足規(guī)定的交通和排水要求；符合高水位下非穩(wěn)定滲流特性。根據(jù)上述原則，本次的堤防主體結(jié)構(gòu)采用重力式擋土墻護岸：堤身采用漿砌石，堤后填筑砂礫石。這種堤防適用于河道窄、涉及占用耕地量較大。

分析推算堤頂高程推算波浪爬高波浪爬高按下式計算：

ggV各斷面波浪爬高見下表表6.1波浪爬高斷面風速v（m/s）風區(qū)長度F（m）平均水深d（m）平均浪高H（m）平均周期T（s）波浪爬高Rp1204000.950.1721.8430.5392204001.140.1791.8760.5593204000.900.1701.8320.5334204001.180.1801.8810.5625204001.190.1801.8820.563推算風壅水面風壅水面高度按下式計算:e=K各斷面風壅水面高見下表表6.2風壅水面高度斷面綜合摩阻系數(shù)K計算風速v（m/s）風區(qū)長度F（m）水域平均水深d（m）風向法線夾角（°）風壅增水高度e（m）13.6×10-6204000.950°0.030923.6×10-6204001.140°0.025833.6×10-6204000.900°0.032643.6×10-6204001.180°0.024953.6×10-6204001.190°0.0247確定安全加高根據(jù)堤防工程設(shè)計規(guī)范的要求，4級堤防工程不允許越浪的安全加高值應(yīng)為0.6m，故A=0.6m。確定堤頂超高堤頂超高按下式計算：Y=各斷面堤頂超高見下表表6.3堤頂超高斷面設(shè)計波浪爬高Rp風壅增水高度e（m）安全加高A（m）堤頂超高Y（m）10.5390.03090.61.1720.5590.02580.61.1830.5330.03260.61.1740.5620.02490.61.1950.5630.02470.61.19考慮綜合因素影響，本工程防洪堤的堤頂超高取1.2m。堤頂高程分析各斷面堤頂?shù)母叱桃娤卤恚罕?.4堤頂高程里程堤頂超高Y（m）設(shè)計水面線（m）堤頂高程（m）0+0001.22295.732296.930+2401.22295.172296.370+5251.22292.202293.400+7261.22288.002289.200+8861.22286.282287.48

推算河道沖刷水流行進流速計算河道各斷面水流行進流速見下表表7.1行進流速斷面流量Q（m3/s）過水面積A（m2/s）行進流速U（m/s）1236.5086.912.722236.5078.453.013236.5090.102.624236.5076.763.085236.5078.713.00沖刷深度設(shè)計值河道的沖刷深度按下式計算：

Ucp=U2η1+η7.1Uc各斷面沖刷深度見下表表7.2各斷面沖刷深度斷面行進流速U（m/s）沖刷斷面水深H0（m）近岸斷面垂線平均流速Ucp（m/s）河床泥沙啟動流速Uc（m/s）局部沖刷深度hs（m）局部沖刷深度設(shè)計值（m）12.721.432.720.840.491.0023.011.973.010.880.711.0032.622.502.620.910.761.0043.082.403.080.910.861.0053.002.183.000.890.771.00

本工程中堤防穩(wěn)定計算堤防的基本尺寸如圖8.1所示：圖8.1堤防橫斷面8.1土壓力計算

E

Ka=cos式中：γ、?——本報告專用背坡填土的重度及內(nèi)摩擦角；H——本報告專用堤防的高度；ε——本報告專用背坡與豎直線夾角；δ——本報告專用背坡與填土間的摩擦角；β——本報告專用填土面與水平面間的傾角；Ka經(jīng)計算，本堤防背坡填土主動土壓力：Ea=170.071kNEx=122.204kNEy=118.280kN作用點高度Zy=2.016m堤防自重W=438.150kN,堤身截面積=19.050m2地下水及合力地下水作用力及合力作用點相對于墻面坡上角點的坐標X分力（kN）Y分力（kN）XC（m）YC（m）墻面坡側(cè)115.20-47.80-1.37-4.40墻背坡側(cè)-3.200.003.80-5.73墻底面-0.00113.680.21-6.00墻頂面0.000.000.000.008.2滑動穩(wěn)定性驗算堤防的抗滑穩(wěn)定系數(shù)按下式計算：

Kc式中：KcW——本報告專用堤防自重(kN)；EyExf——本報告專用底板與堤基之間的摩擦系數(shù)，取0.5。經(jīng)計算：=2.277>1.300，滿足滑動穩(wěn)定驗算。8.3傾覆穩(wěn)定性驗算堤防的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)按下式：

K0式中：K0MV——本報告專用抗傾覆力矩（kN?mMH——本報告專用傾覆力矩（kN?m經(jīng)計算：堤防重力的力臂Zw=2.838Ey的力臂Zx=Ex的力臂Zy=傾覆力矩=498.448（kN?m）；抗傾覆力矩=2024.661（kN?m）；=4.062>1.500，滿足傾覆穩(wěn)定驗算。8.4地基應(yīng)力及偏心距驗算天然地基壓應(yīng)力按下式計算：σmax,min式中：A——本報告專用底板的面積（m2M——本報告專用荷載對底板形心軸的力矩（kN?m）；W——本報告專用底板的截面系數(shù)（m3G——本報告專用堤防受到的垂直荷載（kN）；σmax，min——本報告專用分別表示基底受到的最大和最小壓應(yīng)力（kPa經(jīng)計算：作用于基底的總豎向力G=490.549kN；作用于堤趾下點的總彎矩M=1526.213kN?m；基礎(chǔ)底面寬度B=5.800m；基礎(chǔ)底面合力作用點距離基礎(chǔ)趾點的距離Zn基底壓應(yīng)力：趾部σmax=103.059kPa，踵部σmin=66.096作用于基底的合力偏心距e=0.211≦0.250×5.800=1.138，滿足要求。8.5整體穩(wěn)定性驗算堤防的整體穩(wěn)定性驗算采用有效應(yīng)力法：K=式中：K——本報告專用整體穩(wěn)定安全系數(shù)；Mq——本報告專用滑動力矩（kN?mMk——本報告專用抗滑力矩（kN?m經(jīng)計算，最不利滑動面：圓心：（-1.47333，-0.00000）；半徑=7.98959m；總的下滑力=332.045kN；總的抗滑力=510.867kN；最小安全系數(shù)=1.539≧1.250，滿足要求。

結(jié)論遵循自然規(guī)律，在完善河道統(tǒng)