人工河治理工程设计报告.doc

1 工程概况
1.1河流概况
1.1.1流域自然状况
XX人工河又名桥边村河，处于XX市西部，地理位置处于东经112°41′15″～113°00′00″，北纬26°27′30″～26°30′00″之间。干流全长35.2km，总流域面积45km2，干流平均坡降为1.4‰，河面平均宽度15.6m，XX段长约8.0km，七十年代曾进行过一次改建，故名XX人工河，自上次改建后，运行40余年再未进行过疏浚，岸坡为土质坡，冲刷垮塌严重，严重影响行洪安全，近年来多次发生较大洪水，冲毁两岸农田，造成重大损失。
本次设计治理工程主要集中在河流的下游，其中沿河主要涉及到XX市XX乡的曾洲、一甲、赛尹、天保、普桥、XX6个行政村，保护人口0.9万人，保护耕地面积1.18万亩。
1.1.2流域社会经济状况
2010年末XX人工河治理范围内总人口0.9万人，其中城镇人口0.15万人，农村人口0.75万人。耕地面积1.18万亩，其中水田1.02万亩，旱土0.16万亩。2006年，流域内国内生产总值1.7亿元，其中第一产业增加值0.95亿元， 第二产业增加值0.35亿元，第三产业增加值0.4亿元，人均生产总值9139元。
1.2建设的必要性
1.2.1河流现状特征
由于人类活动频繁，乱挖乱填乱倒垃圾，造成部分河道淤积，且从未进行过清淤疏竣，已淤积严重，降低了河道防洪能力。河道断面不满足泄洪要求，特别是沿河堰坝因规划设计不到位，行洪断面较少，造成河堰冲毁或河流改道。其次为河道内乱挖、采砂造成河道护岸崩塌严重，加剧了沿河两岸的洪涝灾害。此外，沿河道建房侵占严重，清障难度较大。再者,河道内的大部分水利工程由于工程质量、管理、维护、规模、布局、配套等存在问题，防洪堤残缺不全，防洪标准过低或有些根本不设防，岸坡坍塌，河道淤塞且杂草丛生，大部分河系建筑物年久失修，渠道老化、堵塞、渗漏等，特别是跨河的一些桥梁严重阻水，从而使得河道内水利设施发挥不出应有的工程效益，因此，防洪能力差，每遇山洪暴发，河流改道、摧堤溃坝、冲田毁地，影响了沿河两岸乡镇经济的发展和人民群众的安居乐业。
由于河道存在的种种问题，使得沿河两岸乡镇自然灾害频频发生，近几年又呈加剧之势，随着国民经济的迅速发展，人口的增加，同标准洪灾的损失会越来越惨重。
1.2.2存在的问题
（1）堤防建设标准低。由于国家、省、市基本无财力投入以及历史的原因，现有防洪堤基本都是乡、村老百姓自发修筑而成的，无统一的规划和设计，更没有按照其应有的标准进行建设，建设质量差，设防标准低。经调查分析，现有的堤防只能抵御5年一遇以下的洪水；
（2）没有形成封闭的防护圈。目前XX人工河XX段范围内基本处于无设防状态，每遇较大洪水，这些地方便成为泽国，最大淹水深度达到2m以上，损失惨重。经分析计算，未设防地区的自然地形仅能抗御3年一遇的洪水；
（3）由于防洪设施基础薄弱，相应的治涝排水体系处于空白状态。沿河两岸排涝主要利用溪沟在沿河边上自由漫流，当外河水位高于垸内地面高程时，垸内渍水无法外排而致使渍涝成灾；
（4）管理设施缺乏，管理手段落后，非工程措施不能形成快捷、高效的防洪治涝指挥系统。
1.2.3XX人工河治理建设的必要性
综合前述，XX人工河防洪治涝标准低，目前只能防御3～5年一遇的洪水，排涝还是一块空白。而目前项目区是XX市的粮食主产区和优质稻生产基地，也是农业产业化发展规划的重点区域之一，自然条件优越，水资源丰富，骨干工程供水有保障；土地资源充足，社会基础条件好，农业开发潜力大，符合农业综合开发高标准农田建设示范工程项目规模开发和连片开发的要求。但基础设施配套不够到位，农田标准较低，水旱灾害频繁。XX乡是绿海粮油有限公司的有机稻和优质稻生产基地，是XX市的第二大粮食主产乡，广大干部群众迫切要求进一步加强基础设施尤其是水利基础设施建设。因此利用农业综合开发高标准农田建设这个契机，建设高标准农田示范工程十分必要。目前面临的问题是洪涝灾害严重、现有防洪排涝工程设施又十分薄弱的境况。据初步调查和测算，在现有防洪工程条件下，遇到20年一遇的洪水，XX乡淹没面积将达到2.5km2，受灾人口4500人，直接经济损失1100万元。
洪涝灾害的发生和薄弱的防洪治涝基础设施，给XX乡带来了巨大损失，也严重地制约了XX乡的社会经济和可持续发展，正是这些历史教训，使当地政府和人民充分认识到加强防洪治涝工程建设的重要性，十几个村组农户多次联名打报告,迫切要求加快XX乡人工河的防洪治涝工程建设步伐，提高其防洪治涝能力，因此，对XX人工河治理是一项十分必要和紧迫的任务。
1.3本次设计范围
本次设计XX人工河治理工程，位于XX乡曾洲、一甲、赛尹、天保、普桥、XX6个行政村内，根据实际调查，左右岸均需防护，本次设计考虑两岸的防护处理。总长4410m。
1.4水文
本工程防洪标准采用10年一遇洪水标准，本次工程控制断面为上游的赛桥村0+000断面、泵站桥1+782断面、一甲村坝4+196断面。
地 点
累 距
频 率
（m）
5%
10%
赛桥村桥
0
198.35
198.06
泵站桥
1+782
197.70
197.41
一甲村堰坝
4+196
195.79
195.37
该河段设计洪水位10年一遇水位为195.37m～198.06m（为假设高程系统）。
1.5工程设计
本次治理工程的项目内容和规模为：
防洪堤：本次设计左右岸防洪堤0+000~4+410段，总长4410m。堤防断面采用土堤形式。堤顶宽4~3.0m，内外边坡均为1：1.8。
护岸：采用浆砌石挡墙固脚和砼预制块护岸。左右岸护岸4410m。
堰坝和机耕桥(含泵站)：改造9处；
穿堤涵洞：根据实际调查，人工河改造后，需新增23处涵管。涵管采用承插式预制砼管，φ600-1000。
1.6工程投资概算
工程总投资892.47万元,其中基本预备费38.93万元。
1.7经济评价
经国民经济评价，本项目经济净现值为55.14万元，大于0；经济效益费用比为1.08，大于1；经济内部收益率EIRR=12.2%，大于12％。故本项目在经济上是合理的。

5

2 防洪治涝水文分析
2.1流域概况
XX人工河又名桥边村河，处于XX市西部，地理位置处于东经112°41′15″～113°00′00″，北纬26°27′30″～26°30′00″之间。干流全长35.2km，总流域面积45km2，干流平均坡降为1.4‰，河面平均宽度15.6m，XX段长约8.0km，七十年代曾进行过一次改建，故名XX人工河，自上次改建后，运行40余年再未进行过疏浚，岸坡为土质坡，冲刷垮塌严重，严重影响行洪安全，近年来多次发生较大洪水，冲毁两岸农田，造成重大损失。
本次设计治理工程主要集中在河流的下游，其中沿河主要涉及到XX市XX乡的曾洲、一甲、赛尹、天保、普桥、XX6个行政村，保护人口0.9万人，保护耕地面积1.18万亩。
2.2气象
本工程项目区属于亚热带季风气候区，雨量充沛，四季分明，多年平均降雨量1375.4mm。根据XX市气象站1979～2009年（共31年）气象资料统计分析：年平均气温17.5～18.1℃；全年1月最冷，月均气温5.4℃，7月最热，月均气温29.9℃，全县≥10℃的活动积温5651.8℃，80%保证率为5395.2℃，雨量充沛，历年平均降雨量1375.4mm，降雨年际变化大，年内分布不均，3～8月降雨占全年降雨量的67%。历年平均相对湿度为82%，历年平均蒸发量为1395mm。春多阴雨，低温寡照，春末夏初降水集中，常多暴雨洪涝，盛夏初秋，持续高温少雨，冬少冰雪，历年平均无霜期长达289天，光照充足，全年日照时数1640小时左右，相对日照36%～40%。其气候特点适应我国江南地区各类种养业的高产繁育。
2.3设计洪水
2.3.1洪水特性
XX人工河的洪水由暴雨产生。其流域属于亚热带季风气候区，四季分明，雨量充沛， 降水集中，4～6月降水约占全年雨量的42％，常有大暴雨和连续暴雨发生，中上游流域还常出现台风雨，年降雨总量从上游向下游递减。流域降雨分配不均匀，年内和年际之间变化较大。据统计，暴雨在4～9月份的出现几率为91.66％，在此时段内，又以6月份出现的次数最多，约占全年的25％。流域内降雨主要天气系统：高空有低槽，切变、低涡，地面为冷锋、静止锋、气旋波、台风。
XX人工河汛期一般从4月份开始，也有少量年份从3月开始，一般持续到8月，少量年份持续到9月。蒸水年最大流量多发生在5～8月，其中以6月份最多，洪水历时一般2～3天。
2.3.2设计洪峰流量
由于XX人工河流域其他断面内无水文站，无实测流量资料，故流域内各典型断面由设计暴雨推求洪水。本次洪水计算采用《湖南省暴雨洪水查算手册》进行计算。
根据《湖南省暴雨洪水查算手册》计算频率暴雨如下表。
各频率最大24小时点雨量表
P(%)
5
10
20
手册查算法
Kp
1.78
1.57
1.29
H24点
178
157
129
根据XX人工河的河势其分区并结合规划设计重点处理河段，本次设计选取3个典型断面进行洪水计算，各典型断面桩号（取赛桥村桥为0+000），各段水文参数：集雨面积、干流长度及河道坡降由《湖南省河流特征》查出（湖南水文总站编），以及1:1万地形图量算复核。利用《湖南省暴雨洪水查算手册》，采用推理公式求得各断面不同频率下设计洪水如下表。
XX人工河各典型断面洪水计算成果表
桩号
干流长L（km）
集雨面积F（km2）
坡降J
Q5%（m3/s）
Q10%（m3/s）
备注
(‰)
推理公式
推理公式
0+000
12.5
38
0.365
186
144
赛桥村桥
1+782
14.3
39.5
0.682
188
150
泵站桥
4+196
16.7
40.8
1.176
194.7
155.2
一甲堰坝

71

XX人工河各典型断面洪水计算表（推理公式法）
名称
赛桥村桥（0+000）
泵站桥(1+782)
一甲堰坝(4+196)
计算频率
参数
P＝5%
P＝10%
P＝5%
P＝10%
P＝5%
P＝10%
Cv
0.4
0.4
0.4
0.4
0.4
0.4
Kp
1.78
1.53
1.78
1.53
1.78
1.53
中心24h点雨量H(mm)
100
100
100
100
100
100
24h点雨量H24点(mm)
178
153
178
153
178
153
点面系数α
0.975
0.975
0.978
0.978
0.98
0.98
24h面雨量H24面(mm)
173.6
149.2
174.1
149.6
174.4
149.9
n2
0.712
0.714
0.71
0.712
0.708
0.71
n3
0.832
0.836
0.83
0.834
0.829
0.832
H1(mm)
82.1
71.2
81.8
71.0
81.6
70.6
H3(mm)
112.6
97.5
112.5
97.4
112.4
97.2
H6(mm)
137.5
118.8
137.5
118.9
137.6
118.8
H12(mm)
154.5
133.1
154.7
133.4
154.9
133.5
初损I0(mm)
30
30
30
30
30
30
R上/R总比例系数ψ
0.7
0.7
0.7
0.7
0.7
0.7
R上(mm)
100.5
83.4
100.9
83.7
101.1
84
R总(mm)
143.6
119.2
144.1
119.6
144.4
119.9
θ
7.04
7.04
6.43
6.43
6.26
6.26
m
0.38
0.38
0.36
0.36
0.356
0.356
Qm（m3/s)
186
144
188
150
194.7
155.2
T(h)
3.5
3.7
3.53
3.73
3.58
3.77
Wm(104m3)
545.5
452.9
569.1
472.6
589.3
489.4
集雨面积F(km2)
38
38
39.5
39.5
40.8
40.8
干流长度L(km)
12.5
12.5
14.3
14.3
16.7
16.7
平均坡降J（‰）
0.365
0.365
0.682
0.682
1.176
1.176

2.3. 3设计洪水位
①断面基础资料
本次施测了从XX人工河赛桥村桥（0+000）至一甲村堰坝（4+410）河道纵横断面，其中有横断面约47个，涉及河长约4.41km。本次设计根据小溪汇入状况及水工建筑物分布情况，结合本次工程具体设计实施项目，根据河道治理项目推算3个典型断面洪水位。
②糙率
人工河糙率采用近年来大洪水实测及调查资料试算求得，糙率采用0.03，坡降按实测河道平均坡降。
③设计洪水水面线
利用上述基本资料，采用天然河道断面，由于河道涉及较长，且河道上拦水堰坝较多，洪水水面线在堰坝上下游变化大，推求的水面线波动大，且对于小流域沿程流量变化很大，无法利用程序《百图水利软件》进行水面线推求。故本次设计在实施的重点项目段利用堰坝作控制断面及测量的河道自然坡降计算推求洪水位，并与历史调查洪水位对照比较。
通过计算，项目区河段控制断面各设计频率水位成果见下表。
XX人工河典型断面各频率设计洪水位表
单位：m
地 点
累 距
频 率
（m）
5%
10%
赛桥村桥
0
198.35
198.06
泵站桥
1+782
197.70
197.41
一甲村堰坝
4+196
195.79
195.37
说明:本高程为假设高程系统。
2.4治涝水文分析计算
本地涝灾主要是在外河洪水位顶托情形之下，由本地暴雨汇集得不到及时排除而形成的。
2.4.1排涝设计标准
根据设计规范确定治涝标准为：
城区：采用闭闸期10年一遇最大24h暴雨24h排干；
菜地：采用闭闸期10年一遇最大1d暴雨1d排干；
稻田：采用闭闸期10年一遇最大3d暴雨3d排至水稻耐淹水深。
本次设计采用闭闸期10年一遇最大24h暴雨24h排干。
2.4.2排涝流量计算
根据《灌溉与排水工程设计规范》(GB50288-99)和湖南省暴雨区划图、年最大24h点雨量均直线图和年最大24h点雨量变差系数等直线图，查图计算可得XX市（XX项目区）10年一遇24小时暴雨量为143mm。利用以下三个公式计算出项目区综合排涝模数，从而得出排涝流量。

其中：
R—设计暴雨产生的径流深（mm）；
qd—旱地设计排涝模数[m3/(s.km2)]；
T/—排涝历时（d）；
qw—水田设计排涝模数[m3/(s.km2)]；
h1—水田滞蓄水深（mm）；
ET/—历时为T的水田蒸发量（mm）；
F—历时为T的水田渗漏量（mm）；
Qp—综合设计排涝模数[m3/(s.km2)]；
Ad—旱地面积（km2）；
Aw—水田面积（km2）；
项目区径流系数为0.58，暴雨产生的径流深为85.86mm，则旱地设计排涝模数qd＝0.89m3/(s.km2)。取水田滞蓄水深70mm，历时为T（24h）的水田蒸发量为5mm，渗漏量为6mm，则水田设计排涝模数qw＝0.44m3/(s.km2)。种植大豆、玉米等旱作物的水田按旱地考虑，同时考虑项目区同一集雨区内的其它面积，则旱地面积为占60%，水田面积为占40%，则综合设计排涝模数qp＝0.71m3/(s.km2)，可推出项目区各主要排水渠总设计排水流量见下表。
XX人工河排涝流量计算表
渠道编号
长度m
纵坡i
排涝面积（亩）
排涝模数(m3/s.km2)
排水渠出口断面排涝流量(m3/s)
人工河
4410
0.0003
67500
0.71
55

3 工程地质
3.1地质概况
XX人工河属低山、丘、岗工程地质区，地貌为低岗丘陵地带，海拔高度大部分在80m左右。整个项目区的垅田随山体造势和小溪流向分为连片的小盆地或窄垅窄皂，垅田较为开阔。区内土地主要为紫色板页岩，PH值5.9，呈弱酸性，森林覆盖率为27%，水土流失较为严重，土壤养分含量为：全氮1.32%，速效磷500mg/kg，有效钾为124.92mg/kg，有机质含量1.92%，适合水稻作物生长。受成土母质和地貌的影响，区内的土种质地较粘重，有机质含量少，耕作困难，不易散垄。
区内出露地层为奥陶系下统(Q1)泥质板页岩，第四系冲积层(Qal)、残坡积层(Qel)。根据野外地质调查，区内未见区域性大断裂破坏迹象，岩层相对稳定。
区域水文地质条件简单，地下水类型主要有第四系孔隙潜水、碳酸盐岩裂隙溶洞水及红层孔隙裂隙水三种类型。第四系孔隙潜水主要赋存于堤防工程区溪谷平原中的粉细砂、圆砾及卵石等冲积层中，且随季节而变化，其水量中等，为当地居民的主要饮用水源，接受大气降水及演陂水的补给，碳酸盐岩裂隙溶洞水主要赋存于区内石灰岩风化裂隙及溶洞中，由于岩石风化作用及岩溶裂隙发育，含中等基岩裂隙水，常见泉流量1.34～3.62升/秒。红层孔隙裂隙水主要赋存于砾岩、泥岩及泥质粉砂岩风化裂隙中，由于岩石风化作用较发育，基岩裂隙发育不均一，含弱～中等红层孔隙裂隙水，常见泉流量0.12～0.483升/秒。
根据衡阳地震史和近期资料记载,堤防工程区内历史上未发生过大于Ⅵ级地震,属弱震区。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）可知，本区地震动峰值加速度为a<0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s，相应于《中国地震烈度区划图（1990年版）》（1：400万）地震基本烈度为小于Ⅵ度，属相对稳定地块。
3.2堤基工程地质条件
XX人工河堤基上部土层主要为第四系人工填土层（Q4ml）、全新统耕植土层（Q4pd）、局部见有淤泥质粘土层（Q4pl），中部为全新统冲积层（Q4al）、下部局部为第四系残积层（Q4edl），下伏基岩地层岩性主要为奥陶系下统(Q1)泥质板页岩。
根据本次勘察资料可知，堤基地层基本结构如下：
（1）耕植土层：普遍分布，但厚度单薄，结构较松散，透水性中等；
（2）人工填土层：仅局部分布，主要位于公路桥位及堰坝地段，结构较紧密，透水性弱；
（3）冲积层：是堤基主要层位，该层厚度较大，分布较稳定，具二元结构，上部为低液限粘土或低液限粉土，下部为粉细砂、圆砾及卵石层，且冲积层在局部地段还存在重复出现的现象，说明河流冲积沉积具有多期次的特点，其分层如下：
1）低液限粘土：分布具有普遍性，较连续，可塑状为主，局部软塑状，透水性弱，力学性能一般～较好；
2）低液限粉土：仅局部分布，不连续，厚度较小，饱和，中密，透水性弱～中等，力学性能较差；
3）粉细砂：仅局部分布，不连续，厚度较小，饱和，松散，透水性中等，力学性能较差；
4）圆砾：仅局部分布，不连续，厚度较小，饱和，中密，泥质含量较高，透水性中等～强，力学性能较好；
5）卵石：分布具有普遍性，较连续，分布厚度在上、下游及左、右两岸略有差异，饱和，中密，透水性强，力学性能较好。
（4）残积层：主要处于卵石层之下，是石灰岩风化残留的产物，分布不连续，岩性主要为高液限粘土，厚度中等，但由于受河水长期浸泡，力学性能一般较差。
（5）基岩：岩性为泥质板页岩：为弱风化岩石，其地层主要为奥陶系下统(Q1)泥质板页岩，埋深中等，一般5～10m左右，局部基岩面起伏较大，最小埋深约3.4m，岩层浅部溶蚀裂隙较发育，破碎，下部结构较完整，力学强度高。
3.2.1主要工程地质问题
根据勘察资料，结合近年来汛期资料统计，本堤防段存在的主要工程地质问题有渗透稳定性和岸坡稳定性及堤基沉降变形问题。
3.2.2岩土物理力学性质
通过本次勘察，对不同的地质单元岩土层进行现场原位测试,结合类似已建工程的实际情况进行综合分析，提出堤防段各岩土层物理力学性质建议值。

XX人工河治理段岩土的物理力学指标推荐值表
岩
性
名
称
地
质
时
代
物 理 力 学 指 标
承载力特征值
（Kpa）
允许
渗流
比降
基底
摩擦
系数
天然含水量
（%）
天然
密度(g/cm3)
饱和
密度(g/cm3)
比重（GS）
渗透系数
K（cm/s）
压缩系数av
（MPa-1）
压缩模量Es（MPa）
固结快剪
固结慢剪
内摩擦角Φ（°′）
凝聚
力C
（KPa）
内摩擦角Φ（°′）
凝聚
力C
（KPa）
水 平
垂 直
素填土
Q4ml
1.98
1.94
2.03
2.76
0.885×10-4
0.587×10-4
0.307
6.13
14.63
39.10
21.06
17.8
80-100
0.35
0.35
低液限粘土
Q4al+pl
29.4
1.93
1.95
2.74
0.886×10-4
2.685×10-4
0.375
5.54
11.86
22.30
18.42
12.37
180-200
0.55
0.25
低液限粉土
Q4al+pl

140-150
0.45
0.30
粉细砂
Q4al+pl

0.005
0.005

25.0
5.0
25.0
5.0
100-120
0.30
0.45
圆 砾
Q4al+pl

0.03
0.03

28.0
0.0
28.0
0.0
250-280
0.50
0.50
卵 石
Q4al+pl

0.056
0.072

35.0
0.0
35.0
0.0
300-320
0.60
0.55
高液限粘土
Qel
20.3
1.84
1.97
2.75
0.746×10-4
0.465×10-4
0.265
6.8
21.3
54.0
25.4
33.8
200-220
0.65
0.35
弱风化板页岩
D3x及C1y

4000

0.70
说明：低液限粉土、粉细砂均为局部分布，堤基处理时不宜选择作持力层，施工时应予以清除。

3.3天然建筑材料
3.3.1粘土料
XX人工河治理工程区两岸山坡基岩露头较少，第四系残坡积层分布较广，主要为褐黄色高液限粘土，调查表明：在工程区2Km的XX村山岗地上，有一个土料产地，位于公路旁，山上植被发育，松树茂盛，土料为风化残积的低液限粘土，据人工槽坑探揭露：残积层厚8～10m，分布面积较广，面积约40亩，其储量丰富，土料质量较好，能满足工程建设要求。
3.3.2砂砾石料
本工程附近无砂砾石料可采，所需砂料和砾石骨料需从舂陵河砂石料场购买，舂陵河中为挖砂船机械化淘洗，各种粒径齐全，砂料以粗粒石英砂为主，含少量变质岩颗粒，粒径一般为0.5～1mm；砾石成分为石英岩、石英砂岩夹少量砂岩，磨圆度较好，呈浑圆状，粒径为1～6cm，质量好，储量丰富，运距有15Km，可满足设计要求。
3.6.3块石料
本工程区附近无石料可采。所需石料需余庆石料场购买，运距40Km，岩石抗风化能力强，岩石坚硬，力学强度高，岩石经验力学指标，容重2.75g／cm3，饱和抗压强度50～80Mpa，软化系数大于0.8，成材料70％，质量较好，储量丰富，易于开采，是良好的天然块石料。

4 工程设计
4.1工程等别和防洪标准
XX人工河治理工程，位于XX乡曾洲、一甲、赛尹、天保、普桥、XX6个行政村，本次设计根据实际调查，左右岸均需防护，本次设计考虑两岸的防护处理。
该工程保护面积22.38 km2，保护耕地11800亩，保护人口9000人。
据国家《防洪标准》及《堤防工程设计规范》规定，防洪堤保护防护对象为农村，据国家《防洪标准》(GB50201-94)，该工程防护人口小于20万人，防护耕地面积小于30万亩，其工程等级为Ⅳ级，该段防洪标准采用10年一遇洪水。
本次工程控制断面为赛桥村桥断面、泵站桥堰坝断面、一甲闸坝断面
根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》，治涝工程为Ⅴ等工程。堤防穿堤建筑物的级别为4级，排涝标准为：采用闭闸期10年一遇最大24h暴雨24h排干。
4.2设计依据
4.2.1 有关文件
1）《湘江流域规划》；
2）《XX市城镇体系规划（2002～2020年）》；
3）《湖南省XX市XX高标准农田建设示范工程项目（2010年度）扩大初步设计报告》。
4.2.2 主要的规程、规范
1）中华人民共和国《防洪标准》（GB50201-94）；
2）《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）；
3）《水利水电工程初步设计报告编制规程》（DL5021-93）；
4）《堤防工程设计规范》（GB50286-98）；
5）《堤防工程管理设计规范》（SL171-96）；
6）《中华人民共和国河道管理条例》；
7）《水电工程水库淹没处理规划设计规范》（DL／T5064-1996）。
4.3主要设计内容
防洪堤：本次设计左右岸防洪堤0+000~4+410段，总长4410m。堤防断面采用土堤形式。堤顶宽4~3.0m，内外边坡均为1：1.8。
护岸：采用浆砌石挡墙固脚和砼预制块护岸。左右岸护岸4410m。
堰坝和机耕桥(含泵站)：改造9处。
穿堤涵洞：根据实际调查，人工河改造后，需新增23处涵管。涵管采用承插式预制砼管，φ600-1000。
4.4防洪堤设计
4.4.1堤线选择
本工程主要为堤防工程，堤防的堤线布置主要影响因素为：现有堤防的布置、河道行洪条件、地形及建筑物现状、确定堤线选择的原则如下：
（1）保持原河流势，修整局部堤防不顺畅之处，使堤防平缓连接，以利行洪。
（2）新修或加高培厚堤防工程尽量不占和少占用河滩地，确保行洪要求，尽量少拆房屋。
（3）充分考虑河岸交通道路的顺畅布置和整体的美观协调。
本工程基本为新建防洪堤，堤线设计沿河岸线布置，不占用主河道，尽量少占农田，有部分堤段堤顶高度满足设计要求的，进行整修平顺。
4.4.2堤防高程确定
根据《堤防工程设计规范》(GB50286-98)，堤顶高程按设计洪水位加堤顶超高确定。堤顶超高按下式计算：
Y=R+e+A
式中：Y—堤顶超高(m)；
R—波浪爬高(m)；
e—设计风壅水面高(m)，值很小，忽略不计；
A—安全加高，查《堤防工程设计规范》(GB50286-98)，级别为4的堤防安全超高为0.6m。
考虑河道断面小，河道常年水深较浅（0.5m~1.0m），风区长度短，本次设计不考虑波浪爬高。
故堤顶超高为0.6m。
堤段设计洪水位为：195.37m～198.06m，设计堤顶高程为195.97m～198.66m（本高程为假设高程系统）。
4.4.3堤防方案比选及设计
上述堤段的防洪堤均未成形，只有河滩地和农田，需新建。
本堤堤型设计采用斜坡式土堤，堤身断面为梯形断面。
堤顶宽度的确定：
根据《堤防工程设计规范》(GB50286-98)，3级及以下堤防堤顶宽度不宜小于3m，本堤顶宽：右岸设计为4m，左岸设计为3m。
堤防内外边坡的确定：
堤防内外边坡按类似工程确定，内外坡取1：1.8。
根据现场调查情况，工程附近石料丰富，质量好，砂卵石料较少。根据类似工程经验，提出以下设计方案：
方案1：土堤（泥结石堤顶） +仰斜式浆砌石挡墙护岸，堤顶宽右岸设计为4m，左岸设计为3m，内外边坡均为1：1.8。
方案2：土堤（泥结石堤顶）+重力式浆砌石+格宾护岸，堤顶宽右岸设计为4m，左岸设计为3m，内外边坡均为1：1.8。
方案3：土堤（泥结石堤顶）+重力式浆砌石挡墙+砼预制块护岸，右岸设计为4m，左岸设计为3m，内外边坡均为1：1.8。

单位长度（1m）工程量及投资比较表
项目
单位
方案1
方案2
方案3
清基土方
m3
12
10
8
外运土填筑
m3
35
35
35
泥结石路面
m2
7.5
7.5
7.5
浆砌石挡墙
m3
12.3

2.2
格宾
m3

5.6

砼预制块
m2

10.4
总投资
元
4328
2548
1748
分析：
方案1与方案2比较：
方案1比方案2，工程量小，稳定性好，造价低，选择方案2。
方案2与方案3比较：
方案3比方案2造价低，且有利于行洪，选择方案3。
从行洪、占地、交通、管理、实际生活等多方面的要求上考虑，所以综合比较采用方案3。
4.4.4土料设计
土堤填土选用选定料场的亚粘土或粘土，粘粒含量宜为15%～30％，塑性指数宜为10%～20％，施工时应先清除垃圾和杂草，土料上堤时，应严格控制，不得含植物根茎、砖瓦垃圾等杂物，压实度不小于0.90，含水量25％，允许偏差±3％，土料的C、φ值要求为C≥22kpa，φ≥18°。
4.4.5土堤稳定计算
该堤防工程级别为4级，最大堤高3.0m，内边坡（迎水坡）1:1.8，外边坡（背水坡）1:1.8，堤顶宽4 m～3m。填筑料从附近料场取土，根据地勘资料及推荐的土的物理力学指标，对堤防迎、背水坡进行边坡稳定分析计算。边坡取1：1.8计算。
筑堤土料及地基土物理力学指标参考地质章节。
堤防边坡抗滑稳定计算采用简化bishop法，用《理正》程序进行计算。经计算，该堤防典型断面正常运用条件和非常运用条件下边坡抗滑稳定最小安全系数如下：
边坡抗滑稳定最小安全系数表
运用条件
迎水坡
背水坡
设计洪水位稳定渗流期

1.32
水位降至1／2
1.38

水位降至0
1.31

从计算结果看，本堤为4级堤，正常运用条件下，抗滑稳定安全系数大于1.15，非常运用条件下，抗滑稳定安全系数大于1.05，满足规范要求，故迎、背水坡维持拟定设计边坡不变。
4.5护岸
根据上面方案选定结论，护岸采用浆砌石挡墙+砼预制块护岸方案。
设计挡墙高度为1.5m。顶宽0.4m，背水面面坡1：0.4，迎水面0，挡墙顶高程设计为1.0m，挡墙基础埋深大于0. 5m，基础承载力要求大于150kpa。墙内预留φ50PVC排水管，间距2.0m。砼预制块厚4cm，下设C10砼垫层（厚10cm），预制块由当地厂家生产。
4.5.1挡墙结构设计
（1）计算工况
考虑外河无水和外河为设计水位两种工况。
（2）计算方法
选取典型断面进行计算，计算采用理正岩土3.3版挡墙稳定分析程序计算，主要对挡墙进行了抗滑稳定，抗倾稳定，基底应力的计算。计算结果详见下表。
挡稳定计算成果表
断面
2+600
堤基情况
地层
泥质板岩
承载力(kPa)
500
μ
0.45
挡墙型式
直立
挡墙高度（m）
1.5
抗滑安全系数
1.27
抗倾安全系数
3.25
基底压应力(kPa)
σmax
285
σmin
42.60
计算成果表明，抗滑安全系数均大于1.2，抗倾安全系数均大于1.45，基底应力小于地基允许承载力，挡墙的设计满足规范要求。
4.5.2护坡设计
护坡厚度按下式计算：

式中: t—砼护面板厚度(m)；
η—系数，对开缝板可取0.075；
H—计算波高(m)；
rb—砼板的重度(KN/m3)；
r—水的重度(KN/m3)；
L—波长(m)；
B—沿斜坡方向(垂直于水边线)的护面板长度(m)；
m—斜坡坡率，m＝ctga, a为斜坡的坡角(度)。
经计算，护坡厚度一般在0.036m左右，本次设计取厚为0.04m、边长为0.35m的预制异形砼块护坡，护坡总长度4.41km。
水流平行于岸坡产生的冲刷深度按下式计算：

式中： hB—局部冲刷深度（m）；
hP—冲刷处的水深；
Vcp—平均流速,一般在2.5m左右；
V允—河床面上允许不冲流速，经计算V允=2.01（m/s）；
n—与防护岸坡在平面上的形状有关，一般取n=1/4。
经计算局部冲刷深度hB在0.5m左右。为满足抗冲刷要求，在护坡坡脚设顶宽0.4m、高1.5m的浆砌石基座嵌入基础土体0.5m，同时为保证砼预制块稳定，下设C10砼垫层厚10cm。
4.6河道疏浚
由于人为及自然因素影响，造成水土流失，导致河床淤积，致使河道过流断面减少，沿河乡村的防洪标准明显偏低，使浅丘区居民的生命财产受到威胁。本次河道治理采取河道疏浚作为河流治理的工程措施。对每次洪水后出现的局部冲刷和淤积及时清疏，为防止大水冲刷堤脚，在河流正中疏浚出一条深水小槽，经第二、三场洪水，小槽变成主槽，引冲作用明显。河道疏浚长4.41km。
4.7堰坝改造设计
本次设计改造小型堰坝3处，分别位于泵站桥、一甲村及石墩村。均建在XX人工河上，其工程特性见下表4.7-1。
4.7.1存在问题
2处小型堰坝大多始建于70年代中期，运行至今已四十余年，老化、破损严重，现已不能正常运行。其存在的主要问题有：堰坝部位已出现开裂、变形；由于当时设计不合理，上部无闸门控制，一遇下大雨无法正常泄洪，造成上游农田被淹。
4.7.2堰闸结构计算
A、水闸的孔口宽度计算
——确定水闸的底板高程
一般高出河底高程0.5m（防沙）。
——孔口宽度的确定
实用堰泄流能力采用下列公式：
式中：Q—流量（m3/s）；
C—上游面坡度影响修正系数，取1.0；
m－二元水头宽顶堰流量系数，与相对上游堰高P1/H及堰头形式有关；
ε－闸墩侧收缩系数；
σm—淹没系数；
B—总净宽（m）；
H0—计入流速水头的堰上总水头（m）。
B、消能防冲设计
采用降低闸坝后河底高程形成消力池进行消能（即底流消能）。
矩形断面下挖式消力池的池深d、池长LK按下列公式计算：
d＝σh2－ht－ΔΖ
ΔΖ＝
LK＝0.8L
ｈ2＝
Fr1＝
L＝6.9（h2－h1）
式中d—池深，m；
σ—水跃淹没度，可取1.05；
h2—池中发生临界水跃时的跃后水深，m；
ht—消力池出口下游水深，m；
ΔΖ—消力池尾部出口水面跌落，m；
Q—流量，m3/s；
b1，b2—跃前、跃后断面宽度，m；
φ—消力池出口段流速系数，可取0.95；
L—自由水跃的长度;
Fr1—收缩断面弗劳德数；
ｈ１—收缩断面水深，m；
ｖ１—收缩断面流速，m/s。
C、 闸室稳定分析
设计工况和荷载计算及荷载组合，设计工况：竣工期，正常运用，校核运用。
基底应力计算公式：

式中—闸室基底应力最大值或最小值（kpa）
ΣG—作用在闸室上的全部竖向荷载（包括闸室基础底面上的扬压力在内，kN）
ΣM—作用在闸室上的全部竖向和水平荷载对于基础底面垂直水流方向的形心轴的力矩（KN.m）
A— 闸室基底面的面积（m2）
W—闸室基底面对于该底面垂直水流方向的形心轴的截面矩（