大榆树沟防洪治理工程初步-设计报告-大学论文.doc

1 工程概况
1.1 概述
1.1.1 基本情况
凉城县位于内蒙古自治区中南部，座落在内蒙古高原东南端，属西北黄土高原的东北边缘，乌兰察布市南部，地处阴山南麓，长城脚下，黄土高原东北边缘，总土地面积3451平方公里，东邻丰镇市，南与山西省左云县、右玉县相邻，北与卓资县接壤，西与呼和浩特市和林格尔县交界。地貌轮廓和结构主要受地质构造的影响，大体上为四周环山，中间滩川，呈盆地地形，海拔高度在1205—2305之间。根据地貌形态、成因、地表组成等，全县可划分为中低山地、丘陵、滩川地三种地貌类型。
总土地面积3451km2。全县共辖5镇2乡， 140个行政村，总户数90385户，总人口246038人，其中城镇人口35924万人。
凉城县属中温带干旱大陆性季风气候，其气候特点为冬季漫长、寒冷、多风、干燥；夏季短促，雨水集中、温热；春秋天气变化剧烈。
凉城县流域面积在200km2以上的河流有七条，即: 弓坝河、五号河、天成河、步量河、永兴沟、大榆树沟沟和太平寨沟。七条河（沟）道中现有的防洪工程是50-80年代修建的，防洪标准低，大都是以干砌石堤防为主，总计长度2.0公里，平均高度不足2.0米。由于河床淤积，现大部分埋于河床底下，在加上年久失修，以很难发挥作用。
本次设计的大榆树沟位于凉城县西北部，属蛮汉镇管辖。源头在卓资山县后房子乡厂不浪南山顶，向北倾，即东经112°27′，北纬40°40′。向东北流至厂不浪转向西北至胡朗上村，又向西南至太平寨沟汇入处（东盂县窑西），又转向东北至二十家子从左侧汇入大黑河。全沟在红沙坝以上为干河，以下均有清水或间歇水。境内集水面积231.0km2，境内长度30km，境外集水面积247km2，海拨在1300-1900m之间，河床均宽100m，年径流深40mm，沟道比降0.0087，年侵蚀模数为1000—3000T/ km2。

1.1.2 前期工作情况及任务由来
根据《全国重点地区中小河流近期治理建设规划工作大纲》（2008年7月）文件精神，2008年11月，凉城县水利局在对本地区中小河流进行了调查摸底，全面分析论证各河流基本情况、洪涝灾害发生特点、危害程度、对区域经济社会发展的影响及防洪工程现状的基础上，编制完成了《内蒙古凉城县重点中小河流近期治理建设规划》（2008年11月），并上报乌兰察布市水利局，确定凉城县近期重点治理的河流区域为黄河流域内的大榆树沟，即：大榆树沟中上游河段，治理工程措施主要为清淤疏浚和岸坡防护。
2011年2月，受凉城县水务局委托，乌兰察布市欣源水业有限责任公司编制完成了《内蒙古凉城县大榆树沟防洪治理工程初步设计报告》（以下简称原《大榆树沟初设报告》）。

图 1—1 大榆树沟防洪治理河段设计变更位置图

1.2设计变更发生的缘由
乌兰察布市凉城县大榆树沟防洪治理工程，经实地勘测与调查，由于从呼市到集宁的运煤专线途经工程所在地河道，公路施工从河道内取沙做路基，至使原本平整的河床形成很多深沟,部分河道被弃渣堵塞，且公路设计有穿堤建筑物桥梁一座，现正在施工。防洪工程设计重力墙的位置，经放线多数在深沟内，深沟与原设计河床高差在3—4米之间。因此施工单位无法按照设计图纸施工，需对原设计进行变更。
为解决河道被破坏，不能按原设计进行防洪治理的问题，凉城县水利局经与乌兰察布市欣源水业勘测设计有限公司多次沟通，本着不降低河道设计防洪标准、减少征地拆迁与尽量不改变原设计思路的原则，结合大榆树沟的现状，由乌兰察布市欣源水业勘测设计有限公司对原设计方案进行了设计变更。
本次设计变更根据大榆树沟的洪水特性，重新推算了设计洪水流量，进而对工程规模、横断面型式、施工组织设计、概算、经济评价等产生了一系列的影响和变化。
1.3设计变更内容
1.3.1水文变更内容
（1）治理河段设计洪水
因为防护工程向上游移动了4.2km，避开了后干沟这个较大的支流，10年一遇设计洪峰流量由347 m3/s变为307m3/s。
（2）泥沙分析成果变更
治理河段年输沙量由62.14万t变为49.71万t。
1.3.2工程地质变更内容
设计变更前后本工程地质情况未发生变化，现将地质情况简述如下：
主要物理力学性质指标：
第四系全新统冲洪积（Q4al+pl）低液限粉土：褐黄色，稍湿—湿，稍--中密状，可塑，含植物根系。基底高程在1302.23m～1358.70m，厚度0.2m～4.1m。天然容重：1.87g/cm3；干容重：1.81 g/cm3；比重：2.91；内摩檫角：20°；压缩系数：0.75Mpa-1；压缩摸量：2.67MPa；详见《各土层物理力学性质参数统计表》，平均渗透系数3.7×10-5。
第四系全新统冲洪积（Q4al+pl）级配不良砾：灰白色，湿，密实，次磨圆状，以长石、石英为主，夹有卵石及漂石。据室内渗透性试验，渗透系数为2.2×10-2cm/s。
本区位置处于阴山东西复杂构造带的南缘，因受华夏系构造的干扰，形成北东东向构造形迹。主要特点为太古代早期褶皱构造即近东西向程家营----太平寨单斜构造，地层走向北东东，一般为80度，倾向北，倾角变化大，一般在48----72度左右。
依据《地震烈度分区图》和GB18306-2001《中国地震动参数区划图》；本区地震动峰值加速度为0.15g，相当于地震基本烈度Ⅶ度。
料场变更情况：
原设计料场运距分别为：土料场5km，石料场5km，砂砾料场沿河分布取用。
本次设计变更后，因为治理河段上移，所以料场运距发生了变化：土料场运距仍为5km；石料场运距变为10km，增加了5.0km；砂砾料场仍然是沿河分布取用。
本次设计变更堤后防洪道路的填筑材料均采用本工程开挖弃料，开挖弃料能够满足工程的需要，没有外运土方。
1.3.3工程任务与规模变更内容
一．工程规模
大榆树沟防洪治理工程原设计河道治理长度为5.12km，河道左侧堤防长度为：4.821km，右侧堤防长度为：5.227km，防洪堤单侧总长为10.048km。
本建设项目变更以后，河道治理长度变为5.23km，河道左侧堤防长度为：2.975km，右侧堤防长度为：5.410km，防洪堤单侧总长为8.385km。
左侧堤防因为不连续分三段，其桩号分别标注为：0+000—0+800，0+000—1+922，0+000—0+252.7；右侧堤防分二段，其桩号分别标注为：0+000—3+373.7，0+000—2+035.5。
设计变更后堤防长度（单侧）虽然减少了1.663km，但穿堤建筑物比原设计增加了2个过水路面，4个固定断面，1个引洪口，使得河道防洪治理设计更加合理。
二、工程任务
由于本工程治理范围与防护对象未发生变化，故工程任务与原《初设报告》相同：保护农田0.78万亩，人口1600人，涉及1个行政村2个自然村，即上九号村、哈朗村、水磨村；因设计洪峰流量由347m3/s变为307m3/s，故本次变更对河道水面线进行了重新推算。

1.3.4工程布置及主要建筑物变更内容
1.3.4.1河堤堤距
0+000~0+686、2+082~4+035、4+200~4+520段为双侧护，堤距控制范围由原来的100m变为90m；0+686~2+082、4+035~4+200、4+520~5+230段为单侧护。
1.3.4.2 防洪堤断面
变更前防洪堤横断面型式采用梯形断面，浆砌石重力墙基础深1 m。墙高2.1m，底宽2.1 m，重力墙迎水面为直立式，背坡1∶0.3；
变更后横断面型式亦采用梯形断面，浆砌石重力墙基础深1 m。墙高2.1m，底宽2.34 m，重力墙迎水面为直立式，背坡1∶0.4。其余项目保持不变。
1.3.4.3穿堤建筑物设计
原设计已考虑穿堤建筑物，本次变更后河道两侧共设过水路面4处，固定断面6处，护脚3处，引洪口1处。
1.3.5设计概算变更内容
原概算审批投资1094.42万元。
本工程总投资为1094.03万元。其中建筑工程860.80万元，施工临时工程31.31万元，独立费用120.54万元，基本预备费51.38万元；其中水土保持工程10万元，环境保护工程5万元。
1.3.6经济评价变更内容
变更前本项目国民经济内部收益率为10.2%，大于8%，国民经济净现值为493.07万元，大于0，经济效益费用比为1.28，大于1。
变更后本项目国民经济内部收益率为10.8%，大于8%，国民经济净现值为415.15万元，大于0，经济效益费用比为1.31，大于1。说明该项目在经济上是合理的。
1.4设计变更的依据
（1）《关于凉城县大榆树沟防洪治理工程设计变更的报告》（［2012］凉水字第18号）；
（2）《乌兰察布市水利局关于我市凉城县大榆树沟防洪治理工程设计变更的请示》（乌水发［2012］72号）。
1.5设计变更总体影响分析
本工程设计变更前后治理长度与防洪标准保持不变，工程规模与总投资未发生较大变化，设计变更造成的主要变化为：土方开挖与弃方减少，铝锌合金网石笼护脚的防护长度增加，防洪堤堤距减小，防洪堤背坡变缓，增设了2处过水路面及4处固定断面，从而从整体提高了工程的经济性、安全性与可行性，基本达到了通过设计变更解决治理河道被破坏、不能施工的目的，故本次变更对工程总体影响是有利的。
1.6设计变更方案的技术经济比较
通过本次设计方案变更，在保持大榆树沟河道防洪标准不变的情况下，通过向上游移动4.2km，避开了已经被破坏的河道，有利于迅速开展工程施工。变更后方案增加了4个河道中的固定断面，共计6个；增设了2个过水路面等穿堤建筑物，提高了工程的安全性与防洪效益，优化缩短了工期，故本次变更技术经济上较为合理，方案可行。设计变更前后技术经济比较见表6-1。

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2设计变更发生的缘由
大榆树沟治理工程始终得到凉城县县委政府的高度重视，在工程设计初期，专门召集发改、城建、土地等部门专题召开项目设计会议，听取设计单位的设计理念汇报，并与设计单位负责人交换建议和意见，集思广益，明确了大榆树沟治理工程设计的基本轮廓和架构。
在工程初步设计批复后，为使大榆树沟治理工程按照计划能够在今年开工，县政府多次召开由水利、土地、城建等部门参加的会议，安排部署工程建设，协调各部门联动形成合力推进工作，明确各部门的工作职责，听取各部门工作开展情况汇报并研究解决工程建设涉及到的土地征用、城镇居民房屋拆迁等问题。
乌兰察布市凉城县大榆树沟防洪治理工程，经实地勘测与调查，由于从呼市到集宁的运煤专线途经工程所在地河道，公路施工从河道内取沙做路基，至使原本平整的河床形成很多深沟、弃渣，且公路设计有穿堤建筑物桥梁一座，现正在施工。防洪工程设计重力墙的位置，经放线多数在深沟内，深沟与原设计河床高差在3—4米之间。因此施工单位无法按照设计图纸施工，需对原设计进行变更。
为解决工程施工难的问题，凉城县水利局经与乌兰察布市欣源水业勘测设计有限公司多次沟通，本着不降低河道设计行洪标准、减少征地与尽量不改变原设计思路的原则，结合大榆树沟的洪水特性，由乌兰察布市欣源水业勘测设计有限公司对原设计方案进行了设计变更。
设计变更后的断面既能保证防洪标准不降低，又能减少工程占用耕地，为工程能够顺利开工建设创造了良好的条件，为此凉城县水务局以《关于凉城县大榆树沟防洪治理工程设计变更的报告》（［2012］凉水字第18号）向乌兰察布市水利局进行了请示，乌兰察布市水利局也对此进行了批复，同意对本工程初步设计报告进行变更。

3 设计变更内容
3.1水文变更内容
3.1.1治理河段设计洪水变更内容
（1）变更前设计洪水计算
在2011年3月由我公司完成的《内蒙古凉城县大榆树沟防洪治理工程初步设计报告》中，治理河段设计洪水由渠首上游洪水及区间支沟（后干沟）的洪水汇入叠加而成。集水面积为290.0km2。
根据《内蒙古自治区水文手册》（1977）中多年平均洪峰流量地区经验公式：Qm=6.14F0.55 100km2<F<2000km2
计算的大榆树沟治理河段20年、10年和5年一遇设计洪峰流量成果见表3-1。
表3-1 变更前治理河段设计洪峰流量成果表
P
50%
20%
10%
5%
2%
KP
0.45
1.46
2.5
3.68
5.34
Q支沟汇入前
55.26
179.3
307.0
451.9
655.8
Q支沟汇入后
62.46
202.7
347.0
510.8
741.2

（2）变更后设计洪水计算
由于变更后治理河段向上游移动了4.2km，避开了大榆树沟的一条支流“后干沟”，治理河段的集水面积减少，为232km2。
根据《内蒙古自治区水文手册》（1977）中多年平均洪峰流量地区经验公式：Qm=6.14F0.55 100km2<F<2000km2
计算的大榆树沟治理河段20年、10年和5年一遇设计洪峰流量成果见表3-2。
表3-2 变更后设计洪峰流量成果表
P
50%
20%
10%
5%
2%
KP
0.45
1.46
2.5
3.68
5.34
Q支沟汇入前
55.26
179.3
307.0
451.9
655.8

由表3-1和表3-2对比可知，变更后治理河段避开了后干沟，则10年一遇设计洪峰流量由347 m3/s减少至307m3/s，减小了11.5%。
（3）变更后设计洪水合理性印证
根据专家审查意见，本次设计变更仅是积水面积减小，其它自然、水文等条件没有变化，基于上述原因，认定利用《内蒙古自治区水文手册》（1977）中多年平均洪峰流量地区经验公式：Qm=6.14F0.55 100km2<F<2000km2，计算的设计洪水成果是较为合理的。
3.2工程地质变更内容
设计变更前后本工程地质情况未发生变化，现将地质情况简述如下：
第四系全新统冲洪积（Q4al+pl）低液限粉土：褐黄色，稍湿—湿，稍--中密状，可塑，含植物根系。基底高程在1302.23m～1358.70m，厚度0.2m～4.1m。天然容重：1.87g/cm3；干容重：1.81 g/cm3；比重：2.91；内摩檫角：20°；压缩系数：0.75Mpa-1；压缩摸量：2.67MPa；详见《各土层物理力学性质参数统计表》，平均渗透系数3.7×10-5。
第四系全新统冲洪积（Q4al+pl）级配不良砾：灰白色，湿，密实，次磨圆状，以长石、石英为主，夹有卵石及漂石。据室内渗透性试验，渗透系数为2.2×10-2cm/s。
本区位置处于阴山东西复杂构造带的南缘，因受华夏系构造的干扰，形成北东东向构造形迹。主要特点为太古代早期褶皱构造即近东西向程家营----太平寨单斜构造，地层走向北东东，一般为80度，倾向北，倾角变化大，一般在48----72度左右。
依据《地震烈度分区图》和GB18306-2001《中国地震动参数区划图》；本区地震动峰值加速度为0.15g，相当于地震基本烈度Ⅶ度。
料场变更情况：
原设计料场运距分别为：土料场5km，石料场5km，砂砾料场沿河分布取用。
本次设计变更后，因为治理河段上移，所以料场运距发生了变化：土料场运距仍为5km；石料场运距变为10km，增加了5.0km；砂砾料场仍然是沿河分布取用。
本次设计变更堤后防洪道路的填筑材料均采用本工程开挖弃料，开挖弃料能够满足工程的需要，没有外运土方。
3.3工程任务与规模变更内容
由于本工程治理范围与防护对象未发生变化，故工程任务与原《大榆树沟初设报告》相同：即保障1600人，农田0.78万亩的防洪安全；因设计洪峰流量由347m3/s变为307m3/s，故河道水面线需重新推算，重新推算后的成果如下：
3.3.1水面线推算
3.3.1.1糙率确定
本次变更糙率保持不变，即整治前采用0.03，整治后仍采用0.03。
3.3.1.2计算方法
（1）计算方法与原《大榆树沟初设报告》相同，采用河道恒定非均匀流计算公式的主要理论依据是伯努利能量守恒方程式，从下游断面向上游推算水位，得到整个河段的不同流量对应的水位。
（2）河道洪水位计算的起推水位计算方法不变，采用均匀流法计算。水面线推求控制下游末端水位为1303.89m。
3.3.1.3现状洪水位
由于设计洪峰流量发生变化，故本次变更对现状洪水位进行了重新推算：在实地测量的断面数据的基础上结合1万地形图进行修正，大榆树沟洪水计算标准为10年一遇，设计洪峰流量307m3/s。通过计算，现状河道发生122 m3/s的洪水即出槽漫溢，主槽断面流速为： 3.01m/s。
3.3.1.4设计洪水位
由于设计洪峰流量发生变化，故本变更对设计洪水位进行了重新推算：设计洪水位按本次工程设计断面进行计算。10年一遇的设计洪水位（水面线推求）计算成果见表3-3。

表3-3 　河道设计洪水位（水面线）成果表
序号
桩号
河底高
程(m)
水深(m)
设计洪
水位(m)
流速
(m/s)
左岸地面高程(m)
右岸地面高程(m)
左岸堤顶高程(m)
右岸堤顶高程(m)
1
0+000
1362.02
1.1
1363.12
3.41
1362.62
1362.37
1364.60
1364.60
2
0+200
1359.36
1.2
1360.56
3.26
1360.39
1360.57
1362.35
1362.35
3
0+400
1356.48
1
1357.48
3.45
1356.66
1356.80
1358.61
1358.61
4
0+600
1354.42
1
1355.42
3.36
1354.84
1354.96
1356.78
1356.78
5
0+800
1351.76
1.32
1353.08
4.13

1351.80

1354.07
6
1+000
1349.66
1.32
1350.98
4.25

1350.93

1353.26
7
1+200
1346.82
1.1
1347.92
3.70

1347.26

1349.17
8
1+400
1345.56
1.4
1346.96
4.27

1345.67

1348.14
9
1+600
1342.78
1.49
1344.27
4.43

1342.97

1345.53
10
1+800
1340.68
1.58
1342.26
4.50

1340.83

1343.42
11
2+000
1338.88
1.1
1339.98
3.67

1339.84

1341.94
12
2+200
1336.73
1
1337.73
3.41
1336.95
1336.84
1339.94
1339.94
13
2+400
1333.98
1
1334.98
3.40
1334.17
1334.21
1336.31
1336.31
14
2+600
1331.84
1
1332.84
3.40
1331.78
1331.85
1333.89
1333.89
15
2+800
1329.77
1
1330.77
3.38
1330.22
1330.10
1332.20
1332.20
16
3+000
1327.82
0.79
1328.61
2.99
1328.18
1328.14
1330.27
1330.27
17
3+200
1325.48
0.59
1326.07
2.48
1325.92
1325.62
1327.70
1327.70
18
3+400
1322.91
0.7
1323.61
2.74
1323.01
1323.17
1325.26
1325.26
19
3+600
1320.55
1.06
1321.61
3.57

1321.46

1323.54
20
3+800
1318.29
0.77
1319.06
2.27

1319.19

1321.24
21
4+000
1316.24
0.85
1317.09
3.12

1317.10

1319.03
22
4+200
1314.62
0.83
1315.45
2.79

1314.92

1317.01
23
4+400
1312.55
1
1313.55
3.36
1312.61
1312.64
1314.69
1314.69
24
4+600
1310.50
0.83
1311.33
3.06

1310.39

1312.49
25
4+800
1308.29
1.02
1309.31
3.50

1309.12

1311.00
26
5+000
1305.36
1.60
1306.96
4.61

1306.76

1308.80
27
5+230
1303.16
0.73
1303.89
2.79

1303.56

1305.55

31

3.4 工程布置及主要建筑物变更内容
由于设计洪水流量成果及工程规模的变化，本次变更对河堤堤距、横断面型式、堤防稳定、河道冲刷深度、堤脚防护型式等重新进行了设计与计算，并根据专家审查意见，对堤防填筑设计、穿堤建筑物设计等内容进行了优化设计，现分述如下：
3.4.1河堤堤距
大榆树沟属于蛮汗山区狭窄河床，两岸分布有带状农田，为了减少占地，选择浆砌石重力式堤防为主较为合适。防洪工程过去修了简陋单侧重力式浆砌石防洪堤约200m，其余地段均为自然冲刷形成的沟，沟宽80-120m，平均沟深0.8 m左右。经计算过水能力为184.0m3/s。
根据确定的防洪标准为十年一遇，洪峰流量为307.0 m3/s。结合河道实际情况，确定适当的堤距，该堤距为双侧护的堤距。
1.当堤距为80.0m，水深1.0m时，最大过流能力为278.0 m3/s。这时许多河道将被缩窄，当遭遇十年一遇以上的洪水时，河流的行洪能力不足，不能满足河道治理的要求。
2.当堤距为100.0m，水深1.0m时，最大过流能力为349.7 m3/s。这时部分河段将被拓宽，河道的行洪能力虽然大幅提升，但河岸边的农田将被占用，也不能满足河道治理的要求。
3.当堤距为90.0m，水深1.1m时，最大过流能力为314.2 m3/s。此时河道拓宽和缩窄的地段都很少，河道的行洪能力也能满足河道治理的要求。
经分析确定大榆树沟河道治理段的双侧护河段的堤距为90.0m。

由于变更后缩窄河道，双侧护段0+000~0+686、2+082~4+035、4+200~4+520段堤距控制范围由100.0m变为90.0m；单侧护段为0+686~2+082、4+035~4+200、4+520~5+230，堤距控制范围变为45.0~225.0m。
3.4.2 堤型选择
为了实现该河保护农田和村庄的目的，力求在设计洪水的情况下既保护了农田、村庄，又经济适用，少占农田。大榆树沟的实际情况是河道狭长，两岸就是宝贵的农田。
1.如果采用土质堤防，那么以堤顶宽3.0m，迎、背水边坡均为1:2.5，堤高为2.0m时，一侧堤防底宽就是13.0m,在保证行洪要求的同时，堤防将占用大量的农田土地，虽然经济上比较合理，但现实中不可行，农民有限的宝贵土地不会允许被占用的。
2.如果采用浆砌石重力堤防，那么墙基础深1.0m，墙高2.1m，底宽2.1 m，重力墙迎水面为直立式，背坡1∶0.4时，工程占地少，而且在治理河段在山区，石料可就地取材，价格也低廉，而且浆砌石堤防经久耐用，维护简单。
此次防洪治理河段堤防总长为7.84km，以浆砌石堤防为标准，土质堤防和浆砌石护坡式堤防比其分别多占地314亩。
因该河道两岸均为农田，特别是右侧大部分为水浇地，土地十分珍贵。考虑到九号村到水磨村已形成窄深式的河道，河道比降较陡，冲刷严重，同时为了减少占地，经方案比较按照技术可行，经济合理的原则，在这里全部堤防将采取重力式浆砌石结构。
3.4.3 堤身设计
3.4.3.1堤顶高程的确定
1.设计洪水
根据洪水计算结果, 该河十年一遇洪峰流量为307.0m3/s 。
2.堤顶高程计算公式：
Z=Z0+R+e+A
式中：Z—堤顶高程(m)；
Z0—设计水面高程(m)；
R—设计波浪爬高(m)；
e—设计风雍增高(m)；
A—安全超高 (m) 按《堤防工程设计规范》GB50286-98，确定5级堤防的安全超高为0.5m。
以上各项计算如下：
根据《堤防工程设计规范》GB50286—98附录C计算确定。
重力式浆砌石挡土墙：当m≤1.25时按下式计算

式中：Rp ——累积频率为P的波浪爬高(m)：
——斜坡的糙率及渗透系数，砌石护面取0.75；
Kv ——爬高累计频率换算系数，取1.75；
KP ——经验系数，可根据风速V(m／s)、堤前水深d(m)、 重力加速度g(m／s2)组成的无维量，查表得l.26；
R0 ——无风情况下，光滑不透水护面()、 时的爬高值(m)，按《堤防工程设计规范》表C.3.1—4确定。取l.24；
——堤前波浪的平均波高(m)，由波浪要素公式计算确定。

式中：——平均波周期(S)：
V ——计算风速(m／s)；取凉城县汛期多年最大风速平均值9.3m/s的1.5倍，14.0m／s；
F ——风区长度(m)；
g ——重力加速度(m／s2)。
经计算：m≤1.25时，计算波浪爬高为0.38。
(2)风雍增水高度
根据《堤防工程设计规范》GB50286—98附录C公式2．1计算确定。

式中：e——设计点的风雍水面高度(m)；
K——综合摩阻系数，可取K=3.6×106：
V——设计风速，按计算波浪的风速确定，V=14.0m／s；
F——由计算点逆向量到对岸的距离(m)：100m；
D——水域的平均水深(m)1.1m；
Β——风向与垂直于堤轴线的法线的夹角(度)。
计算得风雍增水高度为0.O08m，均小于0.Olm，可忽略不计。
经计算大榆树沟堤防安全超高为0.5m，考虑波浪爬高作用，加高0.38m,确定总加高1.0m,设计水深1.1m。堤高确定为2.1m。
3.4.3.2堤防断面设计
1、堤顶宽度
根据《堤防工程设计规范》GB50286--98中的规定，并考虑汛期防洪交通要求，5级堤防堤顶宽度为3.0m。
2、堤坡
按照《堤防工程设计规范》GB50286—98中的规定，浆砌石重力式挡土墙堤防迎水坡采用0，背水坡采用1∶0.4。
3、防洪堤断面尺寸
按确定的防洪标准，结合考虑现河道断面确定堤宽b=90m ，平均i=1/88，n=0.03，h=1.1m，计算得最大行洪能力为314.2m3/s，大于十年一遇洪水307.0 m3/s，满足行洪设计标准。
本次河道治理河段在土石山区，综合考虑占地、拆迁、投资及挖填方的要求，排除了使用土堤的可能性，而治理河段周边有许多采石场，块石价格低廉，储藏量能够满足施工需求，所以在这里选择堤型为浆砌石重力式堤防，其占地少，坚固耐用，符合设计的要求。
堤型为浆砌石重力式护岸。重力式浆砌石超高取1.0m，则断面尺寸为堤距90m，设计水深1.1m，堤高2.1 m，堤顶宽0.5m。堤防背侧采用河道挖方弃土填筑宽3.0m，距堤顶1.0m高的防洪应急通道,为砂砾石路面。防洪堤结构见图。
3.4.3.3堤身结构设计
稳定计算
（1）抗滑稳定计算
大榆树沟防洪堤所处的河道属于季节性河流，只在汛期有几次洪水下泄，平时为河干。防洪堤的抗滑稳定最不利时是在堤前无水的情况下，因此抗滑稳定计算按河道无水与河道洪水位为设计水位1.1m时的2种工况时考虑。

式中：Ki——抗滑稳定安全系数（规范要求5级提防为1.15）
∑W——作用于墙体上的全部垂直力的总和
∑P——作用于墙体上全部水平力的总和
f——底板于堤基础之间的摩擦系数(本区基础为沙壤土，0.4)
工 况
∑W
（KN）
∑P
（KN）
f
Ki
标准
备注

堤前
堤背
1
无水
填土
131.12
17.54
0.4
2.84
1.15
满足要求
2
设计水位1.1m
填土
131.12
12.15
0.4
4.32
1.15
满足要求
两种工况分别计算得Ki为2.99和4.32，均大于1.15，均满足要求。
（2）抗倾稳定计算

式中：K0——抗倾稳定安全系数（规范要求5级提防为1.40）
∑MV——抗倾覆力矩（计算得69.79KN·M）
∑MH——倾覆力矩（计算得10.99KN·M）
工 况
∑MV
（KN·M）
∑MH
（KN·M）
K0
标准
备注

堤前
堤背
1
无水
填土
69.79
10.99
6.35
1.40
满足要求
2
设计水位1.1m
填土
78.14
10.99
7.11
1.40
满足要求

两种工况分别计算得K0为6.35和7.11，均大于1.40，均满足要求。
（3）重力墙基地应力计算

式中：——基础的最大和最小压应力
∑G——垂直荷载
A——底板面积
∑M——荷载对底板形心轴的力矩
∑W——底板的截面系数
经计算得最大66.27KＰa,最小40.65 KＰａ，远小于地基砂砾石的允许承载能力120KＰａ。同时也充分考虑了防洪堤沿线地基不均匀性的安全储备（η=σmax/σmin=1.63<2.0）。

3.4.3.4防洪堤防护设计
1、冲刷计算
（1）堤岸冲刷深度计算
①不冲流速校核：
根据河床土质及河道行洪断面，其允许不冲流速为1.1m/s，而河道设计流速为1.7～3.12m/s，大于允许不冲流速，故需要计算水流对河槽造成的冲刷深度。
②冲刷深度计算
根据《堤防工程设计规范》GB50286—98并结合本河道的堤线布置情况，堤防直线段采用平顺护岸冲刷深度公式计算冲深，在弯道处采用斜冲护岸公式计算冲刷深度。
a、水流平行于岸坡产生的冲刷按下式计算：
=·
式中:hB ——局部冲刷深度(m)，从河底算起；
hp ——冲刷处的水深(m)；1.2 m
Vcp——平均流速(m/s)；3.00m/s
V允——河床面上允许不冲流速，取1.1(m/s)；
N——与防护岸坡在平面上的形状有关，取n=1/4；
经计算，平行水流的冲刷深度为0.342m。
b 水流斜冲防护岸坡产生的冲刷按下式计算：

式中：hp——从河底算起的局部冲深(m)；
ɑ——水流流向与岸坡交角15°；
m——迎水面边坡系数0；
d——坡角处土壤粒径0.0025(m)；
Vi——水流局部冲刷流速(m/s)，Vi的计算按无滩地河床考虑。

式中：Q——设计流量(m3/s)；
Wp——设计河道过水断面积；
斜冲冲刷深度计算表
位置
流量Q(m3/s)
α(度)
m
均d(m)
Vi(m/s)
hp(m)
2+024
307
15
0
0.0025
3.67
4.10
4+391
307
15
0
0.0025
3.36
3.42
4+462
307
15
0
0.0025
3.36
3.42

计算结果显示，河道局部冲刷深度在4.10m。防洪堤基础深1.0m，故在弯道处需进一步防护。
本设计变更在弯道转折处墙脚采用铅丝石笼防护，其护宽按2～3倍最大冲深值计算，设计防护尺寸为：宽8.0m，长60.0m，厚50cm的铅丝网石，网石下面为15.0cm厚的砂砾垫层和一层土工布。

3.4.4堤防横断面设计
变更前防洪堤横断面型式采用梯形断面，浆砌石重力墙基础深1 m。墙高2.1m，底宽2.1 m，重力墙迎水面为直立式，背坡1∶0.3；根据专家审查意见，考虑到防洪堤背面不全部填土，为了增加防洪堤的安全稳定性，将浆砌石重力墙的背坡改为1:0.4，相应地重力墙基础底宽变为2.34m，其余项目保持不变。
则原设计抗滑稳定系数Ki为2.44，抗倾稳定系数K0为3.78，变更后抗滑稳定系数Ki为2.84，抗倾稳定系数K0为6.35。

3.4.5穿堤建筑物设计
为了为了保持河道较陡地段的河床不被严重冲刷下切，也为了在河道上淤积被采砂后遗留下的大坑，增设浆砌石固定断面4处，共计6处。固定断面的技术参数与变更前的一致，为：宽8米，深0.5米，迎水面设1.2米深的齿墙，墙厚0.8米，下游面设1.5米深的齿墙，墙厚1米，固定断面为铅丝笼网石结构，轴线桩号分别为：0+434、0+889、1+254、2+228、3+600、4+520。
为了方便村民出行及田间耕作的需要，在村庄附近的过河道路上增设置交叉工程浆砌石过水路面2处,共计4处。因治理河段两侧重载运煤专线公路仍在修建中，每天均有大量重载车辆通过河道上的过水路面，所以为了防止刚修好的过水路面被破坏掉，向将过水路面的浆砌石路面厚度由原设计的30cm，变为60cm，其余的技术参数与变更前一致：其长度为分别为：90.0m, 125.0m, 125.0m, 100.0m，宽度均为5.0m，路面为60cm厚的浆砌石结构，其路面在岸边的坡度为1:10。其轴线桩号分别为：0+468、1+080、4+709、5+230。
在河道的转弯处设置护脚，以防止洪水流速太大冲刷堤防，防洪护脚的具体尺寸原来为：宽8m，长10m，厚50cm的铅丝网石。为了更加合理地防止洪水冲刷堤防，现变更为宽5m，长60m，厚50cm的铅丝网石。桩号分别为：2+024, 4+391, 4+462。
在防洪堤两侧同样布置上堤坡道5处，坡道的设计参数不变，仍然是：坡度为1:10,边坡坡度为1:2.5，宽度为4m。桩号分别为：1+000, 2+600（双侧）, 4+000, 5+000。
在桩号为0+368处的左岸，有一条小的洪水沟汇入，在沟口布置一处喇叭形的引洪口，使沟里的洪水能够顺利汇入大榆树沟中。引洪口的重力式浆砌石挡墙的设计尺寸为：堤高1.5m，顶宽0.5m,底宽2.0m，基础深1.0m。堤防迎水面边坡直立，背水面为1∶0.3。
引洪口：
在桩号为0+368处的左岸，有一条小的洪水沟汇入，在沟口布置一处喇叭形的引洪口，使沟里的洪水能够顺利汇入大榆树沟中，该沟集水面积为2.2km2。引洪口依山势，其宽度为18.0m，其十年一遇洪峰流量为20.35m3/s。
引洪口的重力式浆砌石挡墙的设计尺寸为：堤高1.5m，顶宽0.5m,底宽2.0m，基础深1.0m。堤防迎水面边坡直立，背水面为1∶0.3。
3.5 施工组织设计变更内容
3.5.1弃方
为节省工程投资，将挖方土就近回填到堤防的背面，作为防洪道路的部分材料。运距