防洪堤混凝土板护坡一坡到底基础防护设计方案研究与分析.pdf

工程设计 防 洪 堤 混 凝 土 板 护 坡 一 坡 到 底 基 础 防 护 设 计 方 案 研 究 与 分 析 ( 新疆塔城市水利局， 新疆 域城 8 34700) 摘 要, . 关键词 ; ; ; ; 中图分类号:V 8 71.1文章标识码: B文章编号:1009-008 8( 2 013) 01 -0163 -03 1工程概况 塔城市喀浪古尔河发源于塔尔巴哈台山脉中部较高的卡 拉克珍山, 柯克莫依纳克山, 科鲁克山， 山势较高， 水量丰沛， 河 网密度大.喀浪古尔水文站以上集水面积 349 k m 2， 河长 28.9 k m ， 多年平均径流量为 1.2 02亿 m 3， 每年 4 5月为洪水期， 径 流量占年径流量 60% ， 供水对象主要为塔城市, 喀浪古尔灌区 及下游兵团农九师162团.喀浪古尔河9 +400 -2 1 + 400 段属 于近期工程， 根据 防洪标准 G B 5 02 01 - 9 4 水利水电工程等 级划分及洪水标准 SL25 2- 2 000 城市防洪工程设计规范 G J5 0 - 9 2和 堤防工程设计规范 G B 5 028 6 -98规定， 河道左 岸总人口1.18万人， 保护人口小于 20 万人， 保护区耕地面积 0.07万 hm 2， 小于 2万 h m2;河道右岸总人口 1.12万人， 保护人 口小于20 万人， 保护区耕地面积 0.07 万 hm 2， 小于 2万 h m2， 最终确定防洪区左右岸防洪等级 IV 等， 堤防工程级别为 4 级， 河道防洪标准20 年一遇. 喀浪古尔河 9+400 21 + 400 段主要保护对象阿西尔乡 赤汉格尔村, 德日则加甫克村, 上一棵树村, 下一棵树村等的沿 河农田及塔城市正鑫商混凝土厂, 塔城市水泥厂, 塔城市赛马 场.这一河段上， 由于近几年来暴雨洪水相当频繁， 使得河道 洪水扰乱居民生活， 由于河道宽窄不一， 下游淤积严重， 过洪能 力小， 洪水季节往往泛滥成灾， 洪水直接漫溢， 冲毁两岸耕地和 威胁县城两岸居民生命财产安全.在此区段河道左右岸拟修 建防洪堤 2 4 k m .此段防护堤建好后可保护耕地0.13 万余 h m 2, 保护人口2.3 万余人. 现状两岸居民为提高过洪能力， 在河段两岸断断续续修建 了一些临时性防洪工程， 起到了一定的防洪作用.但由于没有 统一规划， 资金投入不足， 两岸堤坝视灾而建， 经多年运行破损 严重， 防洪工程设施不配套, 不完善， 防洪标准较低， 只能抵御 10 年一遇的洪水. 喀浪古尔河 9+400 2 1 + 400 段目前宽度在 5 0 5 5 0 m ， 两岸有耕地, 村庄, 镇区居民住宅和塔城市工业园区.根据计 算得出的各稳定宽度进行整治， 束缩或拓宽河道， 其工程量势 必较大， 浪费国家财力, 物力等.因此， 在河道规划治理中， 河 道整治宽度要接近稳定宽度和实际宽度， 不必对河道大幅度束 缩， 均可利用原河宽及原有堤防作为治导线， 进行整治加固， 保 证设计洪水顺畅通过， 并保证河道的安全泄洪能力.本次防洪 堤设计采用混凝土板护坡一坡到底基础防护方案. 2基本资料 2.1气象 喀浪古尔河 9+400 21 + 400 段防洪堤位于塔城市县城 以东， 塔城市位于北温带干旱地区， 远离海洋， 纬度偏高， 属典 型大陆性温带气候.根据塔城市气象资料显示， 山前平原地 带， 多年平均气温 6.2， 多年最高气温 41.0， 最低气温 - 42.6， 年较差为83.6， 多年最冷月平均气温 - 13.5 6， 该 地区年冻融循环次数小于 100 次.根据 水工建筑抗冰冻设计 规范 SL2 11 -9 8 规定， 该地区属严寒地区.多年平均降水量 2 79 m m ， 多年平均蒸发量为 1 849 m m ， 平均积雪深为 32cm ， 最 大冻土深146 cm ， 无霜期 147 d左右. 2.2水文 喀浪古尔水文站， 为喀浪古尔河区域基本代表站， 属于国 井要及时彻底， 洗井时间不应小于 12 h ， 本次水源井设计是根 据工程所在地或附近地区钻孔柱状资料进行的.滤水管和止 水的位置，可能与实际情况不相符，建议在成井过程中根据钻 孔及电测井实际进行相应调整. 5 .11 井口设计 井口采用C 2 0混凝土现浇，尺寸2.0 2.0 0.5m . 科尔沁区地处西辽河冲积平原，地质条件，区域水文地质 条件大体相似，具有冲积平原特有的特点.水源井设计一定要 结合当地实际情况进行.水源井井深, 滤水管长度等的确定应 参照各不同供水区及附近地区钻孔柱状资料,水源井岩性柱状 图进行.( 编校: 郭宝丽) 收稿日期:2 012-12-30 作者简介 , , . 361防洪堤混凝土板护坡一坡到底基础防护设计方案研究与分析陈晓翠 : 家基本水文站，设立于19 5 7年4月，资料观测至今，观测项目齐全， 水位测验方式汛期采用自记水位计，其它时间人工观测.流量测 验采用2 5-1型流速仪法，较大洪水或突发性暴雨洪水采用浮标 法或比降-面积法测流，测速垂线布置为5 8条，采用(相对水深 0.6 m )一点法施测流速.流量资料整编畅流期采用水位,流量关 系曲线法推求，冰期采用连实测流量过程线法推求. 喀浪古尔河设计洪水标准按20年一遇设计，根据喀浪古尔 河防洪规划设计洪水的计算的需要，在喀浪古尔河上选取了5 个洪水计算断面.喀浪古尔河多年平均泥沙总量为1.74万t . 表1喀浪古尔河洪水调查计算成果 断面 位置 发生 年份 面积 m2 水力 半径 糙率 比降 流速 m /s 洪峰流量 m3/s 精度评价 出山口 199362.60.910.04514.42 .4715 5 较可靠 9+400199371.2 10.390.03516.62 .01143 较可靠 11 +900199381.830.420.04115 .01.67137 较可靠 15+400199349.480.5 70.03518.72 .69133 较可靠 18+0001993119.110.2 30.03912 .31.0812 9 较可靠 2 1 [phone] .020.480.04011.41.6312 2 较可靠 2 .3工程地质条件 2.3.1 (1)地形地貌:喀浪古尔河左岸防洪堤呈南西向展布，桩号 9+ 400 2 1 +400 段， 河堤处于冲洪积平原之上， 地形平缓: 海 拔高程747.62m 5 75 .9 9 m .沿线大部分为耕地，局部为戈壁 荒地.沿线地层主要为第四系全新统冲洪积层( a l+ pLQ 43) ， 勘探深度3.0m 岩性为砂卵石及砂砾石. (2)地层岩性:9 + 400 17 + 02 5段岩性为砂卵石,灰白 色, 中密, 粒径一般为 2 4 cm 左右， 含量占 70% 8 0% 左右， 岩石成份主要为石英岩，闪长岩,凝灰岩，凝灰质砂岩等组成， 新鲜坚硬， 磨圆度差， 地下水位在基础以下 30 5 0 m 以上， 地 基承载力为300 5 00 k Pa . 17+025 2 1 + 400段岩性为砂砾石,灰白色,中密,粒径一 般为2 4 cm , 1 2cm ， 含量占 60% 70% 左右， 岩石成份主要 为石英岩,闪长岩,凝灰岩,凝灰质砂岩,花岗岩,片麻岩等组 成， 新鲜, 坚硬, 磨圆度差， 地下水位在基础以下 2 10 m 地基 承载力为300 5 00 k Pa . (3)水文地质:工程区地下水位以第四条松散层孔隙潜水 为主， 地下水受排补方式为大气降水及融雪水补给于河床中地 下水埋深( 30 5 0) - ( 2 10) m不等. 2.3.2 (1) 地形地貌:喀浪古尔河右岸防洪堤呈南西向展布， 桩号 9+ 400 2 1 +400段，河堤处于冲洪积平原之上，地形平缓，海 拔高程747.62 5 75 .99m .沿线大部分为耕地， 局部为戈壁荒 地.沿线地层主要为第四系全新统冲洪积层( a l+ pLQ 43) ，勘 探深度3.0 m 岩性为砂卵石及砂砾石. (2) 地层岩性:9 + 400 17 + 02 5段岩性为砂卵石, 灰白 色,中密,粒径一般为2 4 cm左右，含量占70% 8 0%左右， 岩石成份主要为石英岩， 闪长岩, 凝灰岩， 凝灰质砂岩等组成， 新鲜坚硬，磨圆度差，地下水位在基础以下30 5 0 m以上，地 基承载力为300 5 00 k Pa . 17+025 2 2+ 100 段岩性为砂砾石, 灰白色, 中密, 粒径一 般为2 4 cm , 1 2cm ，含量占60% 70%左右，岩石成份主要 为石英岩, 闪长岩, 凝灰岩, 凝灰质砂岩, 花岗岩, 片麻岩等组 成，新鲜,坚硬,磨圆度差，地下水位在基础以下2 10 m地基 承载力为300 5 00 k Pa . (3)水文地质:工程区地下水位以第四条松散层孔隙潜水 为主， 地下水受排补方式为大气降水及融雪水补给于河床中地 下水埋深( 30 5 0) ( 2-10) m不等. 3工程设计 3.1工程总体布置 根据项目区地形情况及需保护的范围，结合河道平面位置 变化情况， 工程尽可能布置在河道冲刷严重及需保护范围的外 围，并结合地形，将防洪堤建在地势较高处，以便节省工程投 资.采用顺应天然河势的蜿蜒形和微弯形作为治导线布置的 基本形式，主河段采用微弯,或用直线相接，充分利用长期比较 稳定的主河槽. 3.2 防洪堤工程 (1) 堤防工程结构设计: 喀浪古尔河 9 +400 2 1 +400 段 整治河道长12k m ，左右岸均采用防洪堤护砌，两岸防洪堤总长 2 4 k m ， 总体走向基本是由北向南布置.治理段河道沿线每隔 5 00 m设置错车道，两岸对称布置，在防洪堤两侧防汛专用通道 特殊段设置上, 下堤路.混凝土护坡, 基础齿墙, 封顶板每隔 3.0 m设一道纵横缝，缝宽2cm采用高压闭空板( DL -600)上 涂聚氨酯填缝.在防护堤两侧防汛专用道特殊段设置砌卵石 上下堤道路，宽6 m ,长2 5m ,纵坡6% ，两岸对称布置. (2) 堤顶高程设计:堤防设计波浪爬高, 风壅增水高度设 计.采用公式 e= k 1F 2gdcos Rp= kkk p 1 + m 2 H L 堤 防 安 全 加 高 设计: 根 据堤 防 工 程 设 计 规 范 ( G B 5 02 8 6 - 9 8) 2.2 .1规定堤防工程安全加高值根据工程级别 和防浪要求确定. 根据本堤防设计为混凝土护坡，堤防工程级别为4级，根 据 堤防工程设计规范 G B 5 028 6 - 9 8 确定， 4 级建筑物安全超 高取0.6 m .防洪堤堤顶超高及堤顶高程的设计.堤顶超高 依据 堤防工程设计规范 G B 5 02 86 -98进行计算， 采用公式 Y = R +e+A . 式中Y堤顶超高， m ; R设计波浪爬高， m ; e设计风壅增水高度， m ; 461内 蒙 古 水 利2 013 年第1 期( 总第143 期) A 安全加高， m . (3) 防洪堤土方填筑和砂砾石垫层指标设计.根据工程地 质勘察报告可知，防洪堤土方回填料可直接利用开挖的砂砾料 夯实填筑， 填筑指标取相对密度 Dr 0.75 ， 砂砾料土的粒径 d 0.075m m的颗粒含量5 % .本工程开挖的砂砾料各项指 标均符合砂砾石垫层设计指标， 无需设置砂砾料垫层. (4) 垫层抗冻胀设计: 因本工程防洪堤填筑材料为直接利 用开挖的砂砾料属非冻胀土，因此不需考虑冻胀问题. (5 ) 防洪堤基础深 度计算: 根据堤防 工程设计规 范 G B 5 028 6 -98规定基础埋置深度在计算冲刷线以下0.5 1.0 m ， 本次防洪堤取0.8 m . 根据堤防工程设计规范 G B 5 028 6 -98附录D规定，采用 下式计算冲刷深度: 水流平行于岸坡时产生的冲刷 hB= hp+ ( Vcp /V 允) n - 1 基础埋深为冲刷深度加安全埋深 0.8m . 水流斜冲防护岸坡时产生的冲刷 Vhp= 2 3t g 2 1 + m 2 2 j g -30 d 式中h p 河底算起的局部冲深， m ; 水流流向与岸坡交角; m 防护建筑物迎水面边坡系数; d 坡脚处土壤计算粒径， cm ; j水流偏斜时，水流的局部冲刷流速， m /s 基础埋深为冲刷深度加安全埋深 0.8m . (6)防洪堤渗透稳定设计:根据地质勘察报告所提供的堤 基各地层的指标及堤身填筑指标， 以最不利原则选择断面， 因 正常高水位运行时水头压力较大，最容易出现异常情况，所以 选择正常高水位运行时进行渗流计算.选择代表性断面为 11 +900 最大横断面.根据采用北京理正软件设计研究所的 渗 流分析软件各点比降计算值图和流网图，可判定下游堤基及 堤坡溢出段的渗透是否稳定.由于堤身填筑料都是同一种材 料填筑而成，均为砂砾石.因此，堤身,堤基渗透类型及允许比 降值相同.堤身, 堤基渗透变形判别.因堤身填筑料, 堤基 主要是砂砾石,砂卵石，据地质的颗分资料，平均不均匀系数为 左岸 C =35 .6， 右岸 C =43.7， 均大于 5 ， 为不均匀系数大于 5 的不连续级配土， 通过地质提供的对砂砾石, 砂卵石颗分数据 进行分析，其细粒含量左岸Pc = 32% ，右岸Pc = 31% ，均大于 2 5 % , 小于 35 % ， 因此堤身, 堤基渗透变形类型为过渡型.临 界水力比降的确定.根据过渡型的计算公式: Jcr =2.2( G s-1) ( 1 - n ) 2d5 d2 0 式中 Jcr 堤身,堤基砂砾石料的临界水力比降; G s堤身,堤基砂砾石料的颗粒密度与水的密度之比， 取 2.77; n 砂砾石层的孔隙率，取0.35 ; d5, d2 0分别占总土重的 5 % , 2 0% 的土粒粒径( m m ) ， 查表得d5=0.35m m ， d2 0= 2 .2m m . 计算结果:Jcr =2 .2 ( 2 .77-1) (1 -0.35 )2 0.35/ 2.2=0. 2 6.允许水力比降的确定:允许水力比降以堤身砂卵砾石料的 临界水力比降除以安全系数，安全系数取2.0，计算结果如下: J允许= Jc r /2.0 =0.26 / 2.0 = 0.13 通过计算，建议堤身砂卵砾石层的J允许=0.13. 4工程方案分析 4.1充分利用原河道， 选定合理的治导线布置 根据喀浪古尔河地形情况及需保护的范围， 结合河道平面 位置变化情况，工程尽可能布置在河道冲刷严重及需保护范围 的外围， 并结合地形， 将防洪堤建在地势较高处， 以便节省工程 投资.采用顺应天然河势的蜿蜒形和微弯形作为治导线布置 的基本形式， 主河段采用微弯, 或用直线相接， 充分利用长期比 较稳定的主河槽. 4.2混凝土板护坡一坡到底基础防护方案， 混凝土浇筑相对 简单， 加快了施工进度 混凝土板护坡一坡到底基础防护施工的技术特点为:断面 形式为梯形， 河道底宽 120 m ， 防洪堤顶宽4 m ， 内边坡 1: 1.5 ， 外边坡1: 2 .0，防护 堤高1.5 0 m .护坡 采用0.15m厚 C 2 0F200 现浇混凝土板衬砌， 底部铺设30 cm 厚砂砾石垫层， 河 床底部不衬砌，为增加基础护坡的抗冲刷耐久性要求，地面以 下护坡采用0.2m 厚 C 2 0F 2 00 现浇混凝土板衬砌， 将混凝土护 坡延伸至底部齿墙处， 混凝土齿墙厚 0.3 m ， 高0.5m .基础施 工完后，对堤底以下开挖的土方采用原土回填至设计河床底高 程， 本工程施工场地较大， 工程间相互干扰性大， 混凝土浇筑相 对简单，具有成本低,工期短,效率高等优点. 4.3简化导流方式， 减少工程投资 根据本工程实际情况和地形,地貌及施工条件，在9+ 400 2 1 +400 段河道宽度 120 m 较为宽敞， 由于该河道洪水类型 为冬季积聚的冰雪融化形成的季节性洪水， 每年的 3 5月份 多发洪水.根据工期安排，结合水文分析计算报告施工设计洪 水章节， 施工期导流仅考虑平水期导流， 因此， 可直接在河道中 央开挖导流渠进行导流，这样既大大降低了导流工程的规模和 费用，又节省了工程总投资.( 编校: 郭宝丽) 收稿日期:2 012-12-15 作者简介 ( 19 8 0 - ) , , , ,. 561防洪堤混凝土板护坡一坡到底基础防护设计方案研究与分析陈晓翠 :