大沙洲过河通道设计说明.doc

桑植县河口乡沙洲村
大沙洲过河通道设计说明

桑植县水利水电勘测设计院
二○一五年一月

院 长 ：
总 工 ：
设 总 ：
勘测设计人员：

目 录

设 计 说 明
一、概述
大沙洲过河通道位于桑植县马合口乡沙洲村沙坪组、沙洲组交界处，澧水中源大沙洲河上。该段河面宽阔，水流平缓，多年来，沿河两岸村民生产、生活，小孩上学全靠涉水过河，交通极为不便，该段还是沙坪组、天窝组通往外界的唯一通道。为方便当地民众生产生活，当地政府和村组强烈要求解决当地村民出行不便的现状，我公司受桑植县河口乡政府的委托对此过河通道进行测设。该过河通道的修建，将大大改善沙洲村沿河两岸一千多人的生产出行问题，对本地经济建设和发展有着十分重要的意义，更是当地群众多年来的迫切愿望。
二、工程等级
根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）查得，该过河通道工程等级为V等，主要建筑物、次要建筑物均按5级设计。
三、设计依据
1、《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）
2、《混凝土重力坝设计规范》（SL319—2005）
3、《水闸设计规范》（SL265-2001）
4、《水工建筑物荷载设计规范》（DL5077-1997）
5、《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）
四、水文气象、地质等情况
1、水文气象资料
1）水文资料
大沙洲河流域内无水文测站，在澧水北源上设有凉水口水文站，控制流域面积877km2，与大沙洲河流域面积（71.35km2）相差太大，不适合作为参证站。因此，本次设计洪水的推求参照湖南省水利水电厅1984年编制的《湖南省暴雨洪水查算手册》进行。
大沙洲过河通道位于河口乡沙洲村境内，该河段总宽度1085m，常年水面宽32.7m，河床底面高程434.07m，河岸顶部高程435.10m，上游耕地地面高程437.03m，通道涵管埋设处以上控制集雨面积71.35km2，流域长度19.05km，流域坡降为5.4‰。采用计算机编程，计算得10年一遇设计洪水Q10％为462.09m3/s，20年一遇校核洪水Q5％为563.53m3/s。
2）设计洪水位
设计水面线的推算采用伯努里（Bernolli）能量方程试算法，水面线的推算中计入沿程水头损失，弯道、断面收缩、扩散以及各桥梁等阻水建筑物处局部水头损失。采用计算机编程计算得工程实施前相应10年一遇设计洪水位为436.01 m，20年一遇校核洪水位为436.54 m。工程实施后水文分析及调洪演算（以河床底面高程434.07m为起算水位）采用计算机编程计算得10年一遇设计洪水（P=10%）时的相应水位为436.25m；20年一遇校核洪水（P=5.0%）时的相应水位为436.68m。
通过以上计算成果可知，工程实施前后通道涵管处水位稍有抬高，20年一遇校核洪水位436.68m＜上游耕地地面高程437.03m，不会造成上游耕地淹没。
3）气象资料
大沙洲河流域地处亚热带地区，受季风影响很大，属亚热带季风温润气候，四季分明、气候温暖湿润。气候的形成，主要为太阳辐射、大气环流和地理因素及其相互作用的结果。在冬季，多为西伯利亚干冷气团所控制，北方寒流频频南下，造成干燥寒冷气候；夏季则为低纬海洋暖温气团所盘据，温高湿重；春夏之交，正处冷暖气流交替过渡地带，锋面和气旋活动频繁，造成阴湿多雨，天气多变。简言之，本区气候特性为：严寒酷暑期短，夏热期长；春湿多变，寒流频繁；雨季明显，夏秋多旱；四季分明，无霜期较长，垂直差异大，小气候明显。十二月至次年二月受寒潮影响，气温低。入春后，受西南湿润暖气影响，往往形成雨季。
大沙洲河流域邻近湖南省最大的暴雨中心八大公山，年最大24小时雨量373.8mm，多年平均雨日156d。流域内暴雨以气旋所在地造成的锋面暴雨出现机会最多，出现时间多为5～8月，暴雨范围一般属区域性，一次暴雨一般历时不超过三天。
气温：多年平均气温16.3℃，一月平均气温4.6℃，七月平均气温27.3℃，极端最低气温-10.2℃(1997年1月30日)，极端最高气温40.4℃(1971年7月26日)，相差50.6℃。
降雨量：流域内雨量充沛，八大公山多年平均降水量2196.1mm（凉水口站多年平均降水量1701.0mm），但年内分配极不均匀，其中4～10月降水量占全年的85.2%，尤其以6～7月最为集中，最高的1980年6～7月降水量达1198.5mm，占全年降水量的44.8%；最大日降水量达273.2mm（1969年7月3日），最大年降水量为3687.2mm（1998年），最小年降水量为1686.0mm（1994年全年降雪日数在7～15天左右。
湿度：历年平均相对湿度79%；
蒸发量：历年平均蒸发量1014.7mm；
多年平均风速：1.4 m/s，瞬时最大风速：20m/s（1963年8月17日）；
多年平均日照数：1297h。
2、工程地质资料
工程位于在大地构造上位于谷罗山——廖家村向斜构造中。区内地质构造以褶皱为主，断裂构造不甚发育，区域上的谷罗山—廖家村向斜经凉水口、两河口，延伸至廖家村。南北长71km,东西宽12km。构造线呈北东向展布，整个工程分布于该向斜构造中部，岩层总体倾向北西，倾角21—87°，向斜轴部岩层产状稍为平缓，两翼岩层稍陡，局部直立、甚至倒转。区内发育二条区域性大断裂构造，西边一条断裂始于谷罗山,经凉水口、两河口，延伸到廖家村；东边一条从山羊溪延伸到打鼓泉。两条断层均为压扭性阻水断层，属非全新活动断层。
挽近期区内整体间歇性抬升为主，地震活动较微弱，城区附近虽有区域性活动断裂通过，但历史上未发生过强烈地震，构造上乃属相对稳定地块。根据GB18306-2001版1/400万《中国地震动峰值加速度区划图》和《中国地震动反应谱特征周期区划图》确定，本区地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s，相应地震基本烈度为Ⅵ度。
区内不良地质现象主要表现在岩体风化和岸坡冲刷。区内大部分为灰岩，外露呈中化性，河床大部分区域为中风化性灰岩，石灰岩抗风化能力差，一般强风化深度5～12m，风化强烈区容易形成小型崩塌体。
根据现场地质查看的情况，该河段砂卵石覆盖层较厚，但河床两岸基础裸露，砂卵石覆盖层厚约50cm。
五、工程设计
过河通道设计采用多孔等截面钢筋砼管结构。全段长37.7m、宽4.0m、高4.0m，涵管埋设轴线与水流方向基本正交。
1、断面设计
通道长37.7米，顶部高程435.1m，底部高程431.1m，通道路面为20cm厚现浇C20钢筋砼，路面宽4.0m。下部埋设21根φ1000mm C20钢筋砼预制管，壁厚100mm，间距1500mm（管道中心），涵管采用φ20钢筋锚固且深入基岩不小于600cm，通道设伸缩缝2条缝宽2cm。详见设计图。
2、涵管基础
通道铺设涵管基础需开挖至微风化岩基，并嵌入基岩100~200mm，涵管底面设计高程为433.5m，与原河床底面高程基本一致，管基座高度为2.4m，采用“金包银”结构，中间为M7.5浆砌块石，外包C15砼垫层厚度为500mm，施工时可结合实际情况进行调整。详见设计图。
3、通道坝体应力及稳定计算
参照《混凝土重力坝设计规范》（SL319—2005）和《水闸设计规范》（SL265-2001）的规定及通道的实际情况，对以下2组荷载组合进行了计算。①基本组合：正常蓄水位静水压力+泥沙压力+坝体自重+扬压力+浪压力；②特殊组合：校核洪水位静水压力+泥沙压力+坝体自重+扬压力+浪压力。
由于通道坝体太矮，只作抗滑稳定计算，不作应力计算。混凝土与岩石的摩擦系数f取0.55。河床部分坝体的计算成果见下表。
溢流段坝体稳定成果表
计
算
结
果
荷
载
组
合

抗滑稳定系数kc
计算值
要求值
设计洪水位
1.11
≥1.05
校核洪水位
1.08
≥1.0
正常水位
1.13
≥1.05
过河通道工程量见下表：
过河通道主要工程量表
项目名称
砂卵石开挖
（m3）
石方开挖
（m3）
现浇C15砼（m3）
M7.5浆砌石（m3）
现浇C20砼（m3）
DN1000砼管（m）
钢筋制安（kg）
大沙洲过河通道
3081.33
75.4
264.75
213.34
26.16
84
1395.94