水工建筑物課程設計

水工建筑物課程設計目錄第一章 概述 1第一節(jié)流域概述 1第二節(jié)工程任務 1第三節(jié)工程場地自然條件 2第四節(jié)設計依據(jù) 5第二章 工程布置 6第一節(jié)工程總體布置概述 6第二節(jié)堤型選擇 6第三章 堤身設計 8第一節(jié)漿砌石堤防筑堤材料標準 8第二節(jié)堤頂高程 8第三節(jié)斷面及結構設計 12第四節(jié)斷面尺寸的確定 13第四章 斷面計算 15第一節(jié)基本計算荷載 15第二節(jié)地基承載力驗算 16第三節(jié)基底抗滑的驗算 22第四節(jié)堤身抗傾的驗算 23第五節(jié)堤身整體穩(wěn)定的計算 25第五章 滲流及沉降計算 26第一節(jié)滲流計算及措施 26第二節(jié)地基沉降計算 27第六章 工程量計算 29第一節(jié)工程開挖量計算 29第二節(jié)工程回填量計算 30第三節(jié)漿砌石和素混凝土量計算 31第七章 其他布置說明 32第一節(jié)觀測設施 32第二節(jié)交通與通信設施 33第三節(jié)防汛搶險設施 34第四節(jié)生產管理與生活設施 34第五節(jié)穿堤建筑物、構筑物 34第六節(jié)跨堤建筑物構筑物 36概述第一節(jié)流域概述本次設計的堤段位于郁江一級支流鯉魚江左岸。郁江發(fā)源于云南省文山州廣南縣境內的楊梅山。郁江流域總面積90656km2，在貴港水文（四）站以上集雨面積89235km2。郁江干流河段區(qū)間河長427km，平均坡降約0.10%，河面寬度約為400m。鯉魚江為郁江一級支流，流域總面積1221km2，河長83.96km，平均坡降約1第二節(jié)工程任務本次設計堤段為鯉魚江左堤中段3+960~5+225堤段（起點0+000為西環(huán)路鯉魚江大橋），是貴港城區(qū)防洪體系的重要組成部分，據(jù)批準的《貴港市城區(qū)防洪排澇規(guī)劃報告》和《廣西壯族自治區(qū)西江流域重點防洪工程項目建議書》，鯉魚江兩岸堤防與郁江北堤和城東、西內堤一道構成貴港市城北區(qū)防洪體系。防護區(qū)面積70.66km2，防護區(qū)內有市委、市政府等行政事業(yè)單位，貴港高中等中、小學校、鋼鐵廠、大米廠等大中型企業(yè)及貴港市大部分居民共20萬人，保護國內生產總值41億元。本次設計的鯉魚江中下段（3+960~5+225），長度1.2km，類似于天然的較大的河溝，沒有明顯的堤防，兩岸為大片的臺地，地勢平坦，左岸為貴港市城區(qū)，右岸為大片的種植農作物的旱地。城區(qū)地面高程較低，主要街道高程大多在44～47.5m之間，市區(qū)地面高程大部分在郁江的10年一遇洪水位以下，每遇較大洪水即處于受淹狀態(tài)。近年來，曾多次受到洪水的威脅，但鯉魚江中段（3+960~5+225）左岸的臺地高程明顯高于市區(qū)，左岸城區(qū)高程大部分在46.8~48.8m之間，雖有一定的調蓄容量，但由于受郁江洪水的頂托，且鯉魚江中上段有較大的水體，每遇較大洪水即處于受淹狀態(tài)，2001年7月貴港市發(fā)生“7.10”特大洪水時，鯉魚江中下段（3+960~5+225）左岸的房屋被淹深度達1米第三節(jié)工程場地自然條件氣象與水文氣象貴港市城區(qū)屬亞熱帶季風氣候區(qū)，溫暖濕潤，雨量充沛，夏長冬短。多年平均氣溫為21.4℃，一月平均氣溫12.1℃,七月平均氣溫28.4℃,極端最高氣溫39.5℃,極端最低氣溫-3.4℃。多年平均降雨量為1500mm，最大年降雨量為2185.9mm，最小年降雨量為951.1mm，降雨在年內分配不均勻，4～8月份雨量約占全年雨量的72%，9月～次年3月雨量占全年雨量的28%。多年平均蒸發(fā)量為1120.7mm最大年蒸發(fā)量為1478mm，最小年蒸發(fā)量為902.7mm。多年平均相對濕度為76%，多年平均風速為2.49m水文1.2.1徑流鯉魚江集雨面積內的年均雨量1505mm，年均徑流深約為10001.2.3設計洪峰流量表1.1鯉魚江設計洪水成果單位:m3/s項目2%5%10%20%50%備注綜合單位線法35942907239218631115采用1.3鯉魚江河口水位鯉魚江河口各頻率水位成果見表1-2。表1-2鯉魚江河口各頻率水位成果表頻率P=1%P=2%P=5%P=10%P=20%P=50%水位49.2148.5247.7946.9845.8643.671.4鯉魚江水面線表1-3鯉魚江水面線計算成果§斷面編號距河口距離河底高程Q2%碰Z10%Q10%碰Z2%外包線水面寬15+22589021.647.1848.5548.5513125+06099021.747.1848.5548.5512034+960109021.747.2348.5648.5612744+860119022.247.2848.5848.5813454+760129022.447.3148.5948.5913364+660139022.447.3148.5948.5911674+560149022.547.3848.6148.6112384+460159022.547.4348.6248.6212494+360169022.547.4348.6248.62120104+260179022.747.4448.6248.62120114+16018902447.6348.6848.68129124+06019902447.6648.6848.68130133+960209023.8347.6948.6948.691302工程地質2.1地質概述本工程區(qū)地層自上而下分為六大層：①雜填土層，層厚不均勻，一般為0.3～1.5米，個別部位達3.5②粘土層，分布于整個場區(qū)，其埋深淺，一般不大于1米，局部埋深稍大，達3.5米，該層屬堅硬-硬塑狀態(tài)，壓縮性中等，土質較均勻，土的隔水性良好，承載力較高，fak③粘土層，主要分布在巖土接觸部位或作為溶洞充填物出現(xiàn)，頂面埋深一般在10米以下，個別部位較淺，為5.2米，可塑狀態(tài)，壓縮性中等，土質較均勻，承載力一般，④石灰?guī)r，強風化狀態(tài)，為風化作用沿裂隙進行的產物，主要見于6-1鉆孔處，屬軟巖，巖體破碎，承載力fak=800kPa。⑤石灰?guī)r，弱風化狀態(tài)，屬較硬巖，巖體較破碎，承載力fak=2500kPa。⑥石灰?guī)r，微風化狀態(tài)，屬較硬巖，巖體較完整，承載力fak=4000kPa。該場區(qū)內無大的斷裂帶經(jīng)過，區(qū)域地質穩(wěn)定。未發(fā)現(xiàn)土洞、空洞等不良地質作用存在。本區(qū)地震烈度為Ⅵ度。地下水類型主要為：上層滯水，賦存于土體裂隙中，其補給來源主要為大氣降水及生活廢水，水量不大。深部巖體裂隙存在裂隙水，水位埋深一般在10米場地土和地下水對砼無腐蝕性。2.2地基評價與場地評價1、雜填土①層，土質不均勻，松散，高壓縮性；按《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50010-2001），該土屬軟弱土。2、粘性土②層，可塑狀態(tài)，壓縮性中等，土質較均勻，承載力一般，按《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2001），該土屬中軟土。3、粘性土③層，可塑狀態(tài)，壓縮性中等，土質較均勻，承載力一般，按《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2001），該土屬中硬土。4、石灰?guī)r④層，強風化狀態(tài)，屬軟巖，巖體破碎，巖體基本質量等級為V級；按《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2001），該層屬巖石。5、石灰?guī)r⑤層，中風化狀態(tài)，屬較硬巖，巖體較破碎，巖體基本質量等級為Ⅳ級；該層承載力高；按《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2001），該層屬巖石。6、石灰?guī)r⑥層，微風化狀態(tài)，屬較硬巖，巖體較完整，巖體基本質量等級為Ⅲ級；該層承載力高；按《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2001），該層屬巖石。7、該場區(qū)內無大的斷裂帶經(jīng)過，區(qū)域地質穩(wěn)定。8、本次勘察過程中未發(fā)現(xiàn)土洞、空洞等不良地質作用存在。綜上所述，擬建場地是穩(wěn)定的，屬中等復雜場地；地基屬中等復雜地基。2.3結論與建議1、擬建場地是穩(wěn)定的，屬中等復雜場地；地基屬中等復雜地基。2、按《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2001），堤線所經(jīng)過場地均屬Ⅱ類場地，為可進行建設的一般地段；場區(qū)抗震設防烈度為六度，設計基本地震加速度值為0.05g，設計地震分組為第一組，設計特征周期為0.35s。3、雜填土①層不宜作為堤基的天然持力層。4、粘性土②層土質較均勻，工程地質條件良好，土的隔水性良好，可作為堤基的天然持力層；按《廣西膨脹土地區(qū)工業(yè)與民用建筑勘察、設計施工和維護條例》，該土的脹縮性等級屬弱的，地基為脹縮變形小的膨脹土地基，土的脹縮性對防洪堤基礎影響較小。5、本區(qū)域巖溶不甚發(fā)育，灰?guī)r④、⑤、⑥層為良好的地基下臥層；即使下伏基巖局部存在巖體裂隙和滲漏通道，由于上覆粘性土層厚度較大，作為良好隔水層，堤內不大可能出現(xiàn)大面積集中滲漏和管涌現(xiàn)象。6、根據(jù)本區(qū)域及相鄰區(qū)域巖土工程勘察經(jīng)驗與社會調查，本區(qū)域可能局部存在古墓、磚窯等不良地質現(xiàn)象，基槽開挖時應予以充分注意。7、根據(jù)現(xiàn)場原位測試、室內試驗成果并結全本地區(qū)相同土巖類的力學指標經(jīng)驗，地基土巖層的承載力特征值fak、壓縮模量Es建議取值如下：粘性土②層：fak=240KPa，Es=8MPa粘土性③層：fak=180KPa，Es=5MPa灰?guī)r④層：fak=800KPa灰?guī)r⑤層：fak=2500KPa灰?guī)r⑥層：fak=4000KPa8、如堤線方案選擇截彎取直方案，由于8-3#鉆孔北東側已建成建筑群，建筑較密集，建議堤線經(jīng)過8-3#鉆孔位置后，從8-2#鉆孔處接回岸坡段。9、場地土和地下水對混凝土無腐蝕性。10、參照類似巖性的經(jīng)驗值，粘性土滲透系數(shù)可取值K=1.2×10-7cm/s3設計標準根據(jù)貴港市城區(qū)發(fā)展規(guī)劃，參照《防洪標準》（GB50201-94）規(guī)定和廣西區(qū)水利廳桂水技字(1998)75號《關于貴港市城區(qū)防洪排澇規(guī)劃的批復》及水利部水利水電規(guī)劃設計總院水總規(guī)[2000]49號文的審查意見，貴港市城區(qū)防洪堤工程按五十年一遇洪水設計。第四節(jié)設計依據(jù)1.各種水工建筑物教材；2.各種水力學教材；3.武漢水電學院編.水力學計算手冊；4.華東水利學院主編.水工設計手冊.1.基礎理論.北京：水利電力出版社，1983；5.水利水電樞紐工程等級劃分及設計標準；6.《堤防工程設計規(guī)范GB50286-98》工程布置第一節(jié)工程總體布置概述本次工程的堤線方案有兩個，一個是沿著河道布置，另一個是截彎取直，將堤線基本直線布置，不沿著河岸。根據(jù)《堤防工程設計規(guī)范GB50286-98》中規(guī)定，“河堤堤線應與河勢流向相適應并與大洪水的主流線大致平行。堤線應布置在占壓耕地拆遷房屋等建筑物少的地帶，避開文物遺址，利于防汛搶險和工程管理”?？紤]此處的地形，河道的彎曲程度并不特別大，長度也不特別長，并且河的左岸已有很多建筑物，若城區(qū)內部遭遇洪水損失巨大，因此堤防應建在河道邊，保護河左岸的建筑物。由于根據(jù)貴港市城區(qū)發(fā)展規(guī)劃，參照《防洪標準》（GB50201-94）規(guī)定和廣西區(qū)水利廳桂水技字(1998)75號《關于貴港市城區(qū)防洪排澇規(guī)劃的批復》及水利部水利水電規(guī)劃設計總院水總規(guī)[2000]49號文的審查意見，貴港市城區(qū)防洪堤工程按五十年一遇洪水設計。根據(jù)《堤防工程設計規(guī)范GB50286-98》規(guī)定，以確定本堤防工程等級為2級。由此可見，此堤防的級別較高，保護地區(qū)相對比較重要，因此要保證城區(qū)內基本安全，不采用截彎取直的方法。綜上所述，堤線布置選擇沿著河道布置的方案。第二節(jié)堤型選擇堤防工程的型式應按照因地制宜、就地取材的原則，根據(jù)堤段所在的地理位置、重要程度、堤址地質、筑堤材料、水流及風浪特性、施工條件、運用和管理要求環(huán)境、景觀工程造價等因素經(jīng)過技術經(jīng)濟比較，綜合確定堤型的選擇，以土堤為首選。但根據(jù)《GB50286-98堤防工程設計規(guī)范》，土堤的坡度不得陡于1:3。按照設計潮位與已定的堤軸線高程的差值大體確定堤身高度為7m以上，堤頂寬度不得小于6m,則堤底寬度至少為50m。寬度太大，斷面也很大，浪費材料，并且因為堤后城區(qū)建筑物有很多，與堤身的連接太多，不便布置，因此不選土堤，選擇漿砌石堤防?？梢詫⑵露仍O置陡一些，減少堤身寬度，節(jié)約材料，減少對已建建筑物的影響。就地取材、節(jié)約鋼材、木材、水泥。堤身坡度參考《漿砌石壩設計規(guī)范【SL25-91】》，詳細布置見后。堤身設計第一節(jié)漿砌石堤防筑堤材料標準石料：抗風化性能好，凍融損失率小于1%；砌墻石塊質量可采用50~150kg，堤的護坡石塊質量可采用30~50kg；石料外形宜為有砌面的長方體，邊長比宜小于4。回填選用無粘性土，需滿足以下要求：內摩擦角Ф=30°，容重r=18kN/m3，凝聚力c=0.第二節(jié)堤頂高程堤頂高程應按設計洪水位或設計高潮位加堤頂超高確定。堤頂超高應按下式計算確定：Y=R+e+A式中Y堤頂超高R設計波浪爬高e設計風壅增水高度A安全加高1．R設計波浪爬高的計算式中：V──計算風速，m/s；H──設計波高的均值，m；F──風區(qū)長度，m；d──水域的平均水深，m；T──波浪周期的均值，s；g──重力加速度，9.81m/s2。波長的確定：在根據(jù)規(guī)范規(guī)定，設計波浪的計算風速可以采用歷年汛期最大風速平均值的1.5倍，在此工程中，V=24m/s*1.5=36m/s。此工程資料中未知風區(qū)長度F，則取主風向與河面線的夾角為45°，則F=水面寬÷COS45°。此處H為設計波高的均值，H=外包線—河底高程。由此，可以根據(jù)以上公式確定出每個斷面的平均波高H、波浪周期T以及波長L。計算過程如下表所示：表1波浪要素計算表單位：m斷面編號河底高程外包線水深水面寬HTL5+22521.648.5526.951310.2762.3338.5045+06021.748.5526.851200.2662.2888.1764+96021.748.5626.861270.2732.3178.3874+86022.248.5826.381340.2792.3458.5904+76022.448.5926.191330.2782.3418.5614+66022.448.5926.191160.2622.2708.0524+56022.548.6126.111230.2692.3008.2664+46022.548.6226.121240.2702.3058.2974+36022.548.6226.121200.2662.2888.1754+26022.748.6225.921200.2662.2888.1754+16024.048.6824.681290.2742.3258.4444+06024.048.6824.681300.2752.3298.4733+96023.8348.6924.861300.2752.3298.473由于采用漿砌石堤防，堤身坡度一般小于1.5，風浪爬高課按下式計算：根據(jù)規(guī)范，此堤防采用混凝土護面，為0.9。根據(jù)Vgd的值查表確定，為1.12。查表得2.07。根據(jù)坡度m值取為1.45。R的計算過程如下表所示：表2風浪爬高計算表單位：m斷面編號HR5+2250.2760.8365+0600.2660.8044+9600.2730.8254+8600.2790.8454+7600.2780.8424+6600.2620.7924+5600.2690.8134+4600.2700.8164+3600.2660.8044+2600.2660.8044+1600.2740.8304+0600.2750.8333+9600.2750.8332．e設計風壅水面高度式中：e──計算點處的風壅水面高度，m；V──設計風速；F──由計算點逆風向量到對岸的距離，m；d──水域的平均水深，m；β──風向與垂直于堤軸線的中心線的夾角，取為45°；K──綜合摩阻系數(shù),取為3.6×10-6表3風壅水面高度計算表單位：m斷面編號V風速風區(qū)長度F水深de5+22536185.26226.950.0015+06036169.70626.850.0014+96036179.60526.860.0014+86036189.50526.380.0014+76036188.09126.190.0014+66036164.04926.190.0014+56036173.94926.110.0014+46036175.36326.120.0014+36036169.70626.120.0014+26036169.70625.920.0014+16036182.43424.680.0014+06036183.84824.680.0013+96036183.84824.860.0013．安全加高根據(jù)規(guī)范，本工程為2級切不允許越浪，安全加高值取為0.8。4．堤頂超高根據(jù)以上3項算出的值，根據(jù)Y=R+e+A，得到每個斷面的超高值，計算過程如下表所示：表4堤頂超高計算表單位：m斷面編號ReAY5+2250.8360.0010.8001.6375+0600.8040.0010.8001.6054+9600.8250.0010.8001.6264+8600.8450.0010.8001.6464+7600.8420.0010.8001.6434+6600.7920.0010.8001.5934+5600.8130.0010.8001.6144+4600.8160.0010.8001.6174+3600.8040.0010.8001.6054+2600.8040.0010.8001.6054+1600.8300.0010.8001.6324+0600.8330.0010.8001.6343+9600.8330.0010.8001.634由于規(guī)范規(guī)定，1、2級堤防的堤頂超高值不應小于2.0m，則每個斷面的超高均取2m。設計高潮位為資料所給的外包線，則堤頂高程可以確定，計算過程如下表所示：表5堤頂高程計算表單位：m斷面編號外包線超高堤頂高程5+22548.55250.555+06048.55250.554+96048.56250.564+86048.58250.584+76048.59250.594+66048.59250.594+56048.61250.614+46048.62250.624+36048.62250.624+26048.62250.624+16048.68250.684+06048.68250.683+96048.69250.69第三節(jié)斷面及結構設計漿砌石堤防斷面設計是堤防工程設計的主體，它一方面影響工程量、工程造價和施工難度，另一方面也決定了工程的安全度和美觀度。所以好的斷面設計需要綜合考慮各方面的影響因素，盡量做到安全和經(jīng)濟的統(tǒng)一，滿足各方的要求。斷面的設計要求盡量使傳至基礎的應力分布均勻，并且能保證抗滑移和抗傾覆穩(wěn)定。其所受的荷載主要有墻后土壓力、水壓力、揚壓力和自重。根據(jù)《堤防工程設計規(guī)范》（GB50286-98）要求，重力式堤壩頂寬不小于0.5m，本工程因為部分斷面堤身高度較高，大于10m，若寬度取的太小則水位升高后在水壓力的作用下很容易產生抗滑不穩(wěn)定以及抗傾不穩(wěn)定，并且地基應力會很不均勻地分布。故偏于安全地取堤頂寬度為2m。根據(jù)《漿砌石壩設計規(guī)范【SL25-91】》，上游壩坡可采用1：0~1:0.2，下游壩坡可采,1:0.6~1:0.8。由于本工程為堤防，斷面較小，坡度可取陡一些，故取迎水面坡度為1:0.2，背水面坡度為1:0.6。由于地基持力層為軟粘土層，為使應力更好地擴散，在堤身下設置砂土墊層。材料為中砂，《堤防工程設計規(guī)范》（GB50286-98）要求砂土墊層厚度為0.5~1m之間，考慮到本工程第三層土也為粘性土且承載力較小，故選擇墊層厚度為0.7m.初擬堤身斷面結構如下圖：堤壩采用漿砌石，不用設置護坡；因基底大部分采用透水性較好的中砂，排水情況良好，上部漿砌石結構不透水，墻后與原始地面較平整連接，不存在邊坡滲流穩(wěn)定和滲流量控制問題，但是如果排水不好，會在水位急速下降期增大填土容重，對堤防工程的抗傾覆穩(wěn)定形成不利影響，因此要做好堤防的排水處理。應該在堤身中設置排水孔，排水孔設置高程為堤身高度1/3左右，布置間距取為5m。能及時在水位快速下降時排除墻后填土中多余的水分，保持堤防的抗傾覆穩(wěn)定和抗滑移穩(wěn)定即可。第四節(jié)斷面尺寸的確定1．堤身高度根據(jù)平面布置圖上堤軸線的位置，根據(jù)等高線可以確定堤軸線的高程。由于堤軸線不是堤底原地面的最低點，因此由堤軸線確定堤底高程的時候，應多開挖一定的深度，保證最低點的雜填土可以完全挖除。根據(jù)原地面的坡度以及堤頂寬度，大致確定出堤底最低點的高程比堤軸線最大低1m，故堤軸線處開挖2.5m。堤身高度=堤頂高程—堤軸線高程—2.5m＋墊層厚度0.7m2．堤底寬度由于堤身兩邊的坡度已知，堤身高度也知道，可以確定出堤底的寬度。堤底寬度=堤頂寬度＋堤身高度×（m1＋m2）其中，m1為0.2，m2,為0.63．墊層尺寸墊層厚度取為0.7m,角度為45°，則堤底向外延伸的也為0.7m。4．回填土由于采用非粘性土，故堤后填土的角度不宜太陡，取為1:1.5，回填到與原地面線相平，填土高度可在各個斷面的剖面圖上畫出。斷面尺寸的計算如下表所示：表6斷面尺寸計算單位：m斷面編號堤頂高程原地面高程實際高程堤身高度堤頂寬度堤底寬度回填土高度5+2255+06050.5541.539.710.85210.684.364+96050.5639.83812.56212.0487.534+86050.5844.642.87.7828.2243.444+76050.5942.4540.659.9429.9523.854+66050.594139.211.39211.1125.74+56050.6140.538.711.91211.5287.34+46050.6237.335.515.12214.0968.844+36050.6238.83713.62212.8969.174+26050.6245.7543.956.6727.3362.314+16050.6844.7542.957.7328.1844.384+06050.6843.8542.058.6328.9044.423+96050.6944.742.97.7928.2324.39斷面計算第一節(jié)基本計算荷載根據(jù)規(guī)范規(guī)定，應該計算的基本荷載包括靜水壓力、壩體自重、揚壓力、泥沙壓力、浪壓力或冰壓力（二者取其中大者）。在本工程中，由于波浪壓力經(jīng)計算后，數(shù)值很小，即忽略不計；由于大多數(shù)時間堤身沒有與泥沙接觸，故泥沙壓力也不計；由于地處南方，不計冰壓力。因此，本次要計算的荷載包括靜水壓力、壩體自重、揚壓力以及堤身后回填土的主動土壓力。荷載分布如下圖所示：第二節(jié)地基承載力驗算1．持力層承載力驗算本工程的持力層為第二層粘土層，粘性土②層：fak=240KPa，Es=8MPa。因荷載為偏心，現(xiàn)修正持力層的承載力：根據(jù)《基礎工程》教材，要根據(jù)底寬及埋深確定修正的承載力：fa=1.2×fak+c×(d-0.5)其中，d值為平均埋深。本工程取為1.5m，c值取為18，則修正后的地基承載力為fa=1.2×fak+c×(d-0.5)=1.2×240+18×1=306kpa持力層承載力驗算要驗算的有：基底平均應力與地基承載力比較，基底最大應力與地基承載力的比較，基底是否出現(xiàn)拉應力，基底最大最小應力的比值。自重力作用的計算為計算簡單起見，將堤身分解為兩個三角形和一個矩形。自重力的計算包括堤身的自重產生的豎直應力W以及對底面形心軸產生的彎矩M，還要計算墊層的自重力。計算過程如下表所示：表7自重作用的計算斷面編號堤身重力墊層重力彎矩（矩形）彎矩（三角后）彎矩（三角前）重力彎矩5+2255+0601513.36159.321035.96-829.801008.331214.494+9601940.87178.471388.23-1254.411509.471643.304+860874.97124.94532.65-328.54409.43613.544+7601306.83149.13869.47-648.97793.541014.044+6601642.80165.371141.64-951.441152.301342.504+5601772.30171.191248.26-1079.251303.191472.204+4602677.09207.142011.81-2126.882530.852415.784+3602231.72190.341632.44-1578.891890.361943.914+260684.98112.50391.50-215.40271.96448.064+160865.95124.38525.83-322.75402.43605.514+0601035.12134.46655.40-437.67540.92758.643+960876.78125.05534.02-329.70410.84615.161.2靜水壓力作用的計算靜水壓力的深度為外包線減去堤底高程。將靜水壓力分解為水平和豎直兩個方向，分別計算兩個方向的力的數(shù)值以及對地面形心的彎矩。P=γ·H兩個計算簡圖都分別為三角形，作用點在三角形的1/3處。計算成果如下表：表8靜水壓力作用的計算斷面編號水深水壓力(水平)水平彎矩水壓力（豎直）垂直彎矩水壓力總彎矩5+2255+0609.55447.35-1424.0689.47420.81-1003.254+96011.26621.89-2334.17124.38655.89-1678.284+8606.48205.96-444.8841.19151.59-293.294+7608.64366.16-1054.5373.23322.22-732.314+66010.09499.37-1679.5499.87487.72-1191.834+56010.61552.17-1952.83110.43558.42-1394.404+46013.82936.82-4315.61187.361147.91-3167.694+36012.32744.49-3057.38148.90837.80-2219.584+2605.37141.44-253.1928.2993.64-159.554+1606.43202.80-434.6640.56148.58-286.084+0607.33263.54-643.9252.71208.90-435.023+9606.49206.60-446.9441.32152.19-294.751.3揚壓力作用的計算由于堤底沒有帷幕灌漿以及向背水面的排水措施，折減系數(shù)為1。揚壓力的計算簡圖為三角形，堤后無水，數(shù)值為0，堤前數(shù)值與水壓力的相同，總作用力為三角形的面積，作用點在1/3處。計算成果如下表：表9揚壓力作用的計算斷面編號堤底寬度水深揚壓力揚壓力彎矩5+2255+06010.689.55-500.28-890.504+96012.04811.26-665.41-1336.154+8608.2246.48-261.39-358.294+7609.9528.64-421.76-699.564+66011.11210.09-549.95-1018.514+56011.52810.61-599.94-1152.694+46014.09613.82-955.53-2244.854+36012.89612.32-779.30-1674.984+2607.3365.37-193.23-236.254+1608.1846.43-258.12-352.074+0608.9047.33-320.13-475.073+9608.2326.49-262.05-359.541.4土壓力作用的計算堤身后回填土壓力為主動土壓力，計算公式為：式中：——土主動力（kN）γ——土容重（kN/m3）；本工程中取為18Ka——主動土壓力系數(shù)，按照《建筑地基基礎設計規(guī)范》附錄L計算；本工程中經(jīng)計算，取為0.625φ——土的內摩擦角，取為30°為便于計算應力及彎矩，將土壓力分解為水平和豎直兩個方向，分別計算力的數(shù)值和彎矩的數(shù)值。計算成果如下表：表10土壓力作用的計算斷面編號土高度HKa總土壓力水平土壓力水平力矩豎直土壓力豎直力矩5+2255+0604.360.625106.93-74.28107.9576.92-343.674+9607.530.625318.94-221.56556.11229.43-1036.554+8603.440.62566.56-46.2453.0247.88-163.954+7603.850.62583.38-57.9274.3359.98-252.264+6605.700.625182.76-126.95241.21131.46-580.544+5607.300.625299.76-208.23506.69215.63-928.064+4608.840.625439.57-305.35899.77316.20-1669.534+3609.170.625473.00-328.571004.34340.25-1569.904+2602.310.62530.02-20.8516.0521.59-69.224+1604.380.625107.91-74.96109.4477.63-249.644+0604.420.625109.89-76.34112.4779.05-282.053+9604.390.625108.41-75.30110.2077.98-252.501.5地基應力的計算考慮到水深較大，水壓力及揚壓力數(shù)值較大，分成兩種情況計算。一種是施工期，堤前無水的情況，一種是洪水期，堤前水位為設計洪水位的情況。無水的時候，不計水壓力以及揚壓力。將以上各種計算的荷載分別累加，得到總的力及彎矩。計算成果如下表：表11力和彎矩的匯總斷面編號重力重力彎矩水壓力（豎直）水壓力彎矩揚壓力揚壓力彎矩豎直土壓力土壓力彎矩5+2255+0601672.681214.4989.47-1003.25-500.28-890.5076.92-235.724+9602119.341643.30124.38-1678.28-665.41-1336.15229.43-480.454+860999.91613.5441.19-293.29-261.39-358.2947.88-110.934+7601455.961014.0473.23-732.31-421.76-699.5659.98-177.934+6601808.171342.5099.87-1191.83-549.95-1018.51131.46-339.334+5601943.501472.20110.43-1394.40-599.94-1152.69215.63-421.374+4602884.232415.78187.36-3167.69-955.53-2244.85316.20-769.764+3602422.061943.91148.90-2219.58-779.30-1674.98340.25-565.564+260797.49448.0628.29-159.55-193.23-236.2521.59-53.174+160990.32605.5140.56-286.08-258.12-352.0777.63-140.204+0601169.57758.6452.71-435.02-320.13-475.0779.05-169.583+9601001.83615.1641.32-294.75-262.05-359.5477.98-142.30表12合力與總彎矩斷面編號豎直合力（無水）總彎矩（無水）豎直合力（有水）總彎矩（有水）5+2255+0601749.60978.771338.79-914.984+9602348.771162.851807.74-1851.594+8601047.79502.61827.59-148.964+7601515.94836.111167.41-595.764+6601939.631003.161489.56-1207.174+5602159.121050.841669.61-1496.254+4603200.431646.012432.27-3766.534+3602762.311378.352131.91-2516.214+260819.08394.89654.14-0.914+1601067.95465.31850.39-172.844+0601248.62589.06981.20-321.033+9601079.81472.85859.08-181.43基地應力的計算，公式：σ=w計算過程和結果如下表所示：表13應力計算表（無水）斷面編號平均應力（無水）最大應力（無水）最小應力（無水）最大最小應力比值5+2255+060163.82215.31112.331.924+960194.95243.02146.881.654+860127.41171.9982.822.084+760152.32202.98101.672.004+660174.55223.30125.811.774+560187.29234.74139.851.684+460227.05276.75177.341.564+360214.20263.93164.471.604+260111.65155.6867.632.304+160130.49172.1888.811.944+060140.23184.8195.651.933+960131.17173.0489.311.94表14應力計算表（有水）斷面編號平均應力（有水）最大應力（有水）最小應力（有水）最大最小應力比值5+2255+060125.35173.4977.222.254+960150.04226.5873.513.084+860100.63113.8587.421.304+760117.30153.4081.211.894+660134.05192.7175.392.564+560144.83212.3877.282.754+460172.55286.2958.814.874+360165.32256.0974.543.444+26089.1789.2789.071.004+160103.91119.3988.431.354+060110.20134.4985.901.573+960104.36120.4288.291.36數(shù)據(jù)分析：最大應力發(fā)生在迎水面的堤腳，最小應力發(fā)生在背水面的堤腳。平均應力：有水及無水情況下的平均應力最大值為227.05，沒有超過地基承載力240kpa，并且平均應力基本都在140kpa左右，地基承載力足夠。最大應力：有水及無水情況下的最大應力最大值為286.29，且只有兩個斷面最大應力值在250kpa以上。偏心荷載下地基承載力修正值在300kpa以上，大部分斷面的最大應力值在200kpa左右，因此滿足安全需要。最小應力：最小應力沒有出現(xiàn)負值，即基底沒有出現(xiàn)拉應力，符合要求。最大最小應力比值：無水情況下，最大最小應力比值最大為2.3，且大部分數(shù)值在2以下，小于最大允許比值3，因此安全。有水情況下，最大最小應力比值最大值為4.87，且在3以上的有三個點，這三個點比值太大，較危險。因此在這三個點采取工程措施，在最小應力點，即背水面的堤腳打抗拔樁，防止堤身發(fā)生嚴重傾斜，影響安全與使用。其他點數(shù)值均較小，可以認為安全。軟弱下臥層承載力驗算根據(jù)地基勘察報告，持力層下的土層，即第三層土為軟粘土，承載力較小，為180kpa，為軟弱下臥層，因此有必要驗算此層的承載力。根據(jù)資料：“②粘土層，分布于整個場區(qū)，其埋深淺，一般不大于1米，局部埋深稍大，達3.5米，該層屬堅硬-硬塑狀態(tài)，壓縮性中等，土質較均勻，土的隔水性良好，承載力較高，③粘土層，主要分布在巖土接觸部位或作為溶洞充填物出現(xiàn)，頂面埋深一般在10米以下，個別部位較淺，為5.2米初步擬定第二層土層的厚度為9m，厚度較大，由于土的傳力有擴散角的影響，且基底墊層亦有擴散的功能，在上述驗算的時候并未計入墊層擴散的影響。因此，可以基本確定第三層頂?shù)膽χ当壬鲜鲇嬎愠龅膽χ敌『芏?。并且由于上述計算應力的結果大部分斷面的應力已經(jīng)小于180Kpa了，基本可以確定第三層的承載力，滿足要求。若要精確計算，可以采用擴散角的方法，解析法以及圖解法就可較為精確地計算出軟弱下臥層的應力分布情況，在此不再贅述。第三節(jié)基底抗滑的驗算基本公式：由于堤身與地基的連接面并不可靠，因此偏于安全的用下臥層粘土的抗剪公式計算基底抗滑，取τ=c+σtanφ，其中，c取為20kpa，φ取為無水時，由于堤身后主動土壓力的作用，堤身會向前滑移，此時計算i不計水壓力和揚壓力的作用。有水時，水的推力使堤身向后滑移，堤身后為被動土壓力，數(shù)值很大，會抵消水推力的作用，不會產生滑動，可以不驗算。因此，計算基底抗滑時候，只考慮無水的情況。豎直力有堤身自重和土壓力的豎直分力，水平力為土壓力的水平分力。采用土力學的抗剪公式時，要先算出數(shù)值應力和剪應力，即用各分力除以地面的寬度。計算結果如下表所示：表15基底抗滑的驗算斷面編號堤底寬度豎直力（無水）水平土壓力豎直應力剪應力允許剪應力值Ks5+2255+06010.681749.60-74.28163.82-6.9579.6111.454+96012.052348.77-221.56194.95-18.3990.944.954+8608.221047.79-46.24127.41-5.6266.3611.804+7609.951515.94-57.92152.32-5.8275.4312.964+66011.111939.63-126.95174.55-11.4283.527.314+56011.532159.12-208.23187.29-18.0688.164.884+46014.103200.43-305.35227.05-21.66102.624.744+36012.902762.31-328.57214.20-25.4897.953.844+2607.34819.08-20.85111.65-2.8460.6321.334+1608.181067.95-74.96130.49-9.1667.497.374+0608.901248.62-76.34140.23-8.5771.038.283+9608.231079.81-75.30131.17-9.1567.737.40由上表可以看出，安全系數(shù)Ks遠大于規(guī)范規(guī)定的值1.5，因此基底抗滑較為穩(wěn)定，堤身不會產生沿基底的滑移。第四節(jié)堤身抗傾的驗算堤身抗傾的驗算要分成兩種情況，即有水和無水的情況。1．無水的情況。無水時，在堤身后土壓力的作用下，堤身有繞著迎水面堤腳傾覆的趨勢，受力如下圖所示：計算時，計算每個力對A點的力矩。為簡單起見，抗傾覆力矩只計算堤身中間矩形對A點的力矩。計算結果如下表所示：表16堤身抗傾的驗算（無水）斷面編號水平土壓力土壓力傾覆彎矩矩形重力矩形抗傾覆彎矩總力矩5+2255+060-74.28-107.95477.401513.361405.414+960-221.56-556.11552.641940.871384.764+860-46.24-53.02342.32874.97821.954+760-57.92-74.33437.361306.831232.504+660-126.95-241.21501.161642.801401.594+560-208.23-506.69524.041772.301265.614+460-305.35-899.77665.282677.091777.324+360-328.57-1004.34599.282231.721227.384+260-20.85-16.05293.48684.98668.934+160-74.96-109.44340.12865.95756.504+060-76.34-112.47379.721035.12922.653+960-75.30-110.20342.76876.78766.58由上表看出，抗傾覆力矩比傾覆力矩大很多，堤身抗傾覆很安全。2．有水的情況有水時，在堤前水推力以及揚壓力的作用下，堤身有繞著背水面堤腳傾覆的趨勢，受力如下圖所示：計算時，計算每個力對B點的力矩。為簡單起見，抗傾覆力矩只計算堤身中間矩形對B點的力矩。計算結果如下表所示：表17堤身抗傾的驗算（有水）斷面編號水壓力傾覆彎矩揚壓力傾覆彎矩矩形抗傾覆彎矩總力矩5+2255+060-1424.06-890.503585.271270.724+960-2334.17-1336.154717.341047.014+860-444.88-358.291940.271137.104+760-1054.53-699.563045.781291.694+660-1679.54-1018.513926.091228.044+560-1952.83-1152.694268.831163.324+460-4315.61-2244.856700.70140.244+360-3057.38-1674.985496.60764.244+260-253.19-236.251467.99978.554+160-434.66-352.071917.601130.864+060-643.92-475.072345.911226.923+960-446.94-359.541944.821138.34由上表可以看出，雖然抗傾覆彎矩比傾覆彎矩大的不多，但由于抗傾覆彎矩只計算了堤身中間矩形的影響，還有水壓力的豎直力、土壓力、堤身兩邊的三角形部分未計入，因此堤身在有水情況下抗傾覆是穩(wěn)定的。第五節(jié)堤身整體穩(wěn)定的計算從原地面的剖面圖可以看出，原地面坡腳較緩，且下臥層的土質較好，不易產生整體滑動，故在此不再計算堤身的整體穩(wěn)定。若要精確計算，采用瑞典圓弧滑動計算法：公式可按下式計算：復雜地基也可采用有限元方法，用軟件計算。滲流及沉降計算第一節(jié)滲流計算及措施基底為軟粘土層，滲流系數(shù)大致為10-7m/s，非常小，基本相當于不透水層，因此可以不再進行滲流計算。若要精確計算滲流量級滲透壓力，可采用解析法和流網(wǎng)法，如下列公式及圖所示：第二節(jié)地基沉降計算地基下有兩層粘性土，由資料已知兩層土的彈性模量，因此，采用分層總和法計算基底的沉降。公式如下：本次工程的資料中，并沒有給出空隙比e的值，但給出了彈性模量，因此同樣的道理計算地基沉降。根據(jù)資料：“②粘土層，分布于整個場區(qū)，其埋深淺，一般不大于1米，局部埋深稍大，達3.5米，該層屬堅硬-硬塑狀態(tài)，壓縮性中等，土質較均勻，土的隔水性良好，承載力較高，③粘土層，主要分布在巖土接觸部位或作為溶洞充填物出現(xiàn)，頂面埋深一般在10米以下，個別部位較淺，為5.2則取粘性土②層厚度為9m，Es=8MPa，粘土性③層厚度為5m，Es=5MPa。計算結果如下表所示：表18地基沉降計算表斷面編號豎直力底部應力2層應變2層沉降量3層應變3層沉降量總沉降量5+2255+0601749.60163.820.020.180.030.160.354+9602348.77194.950.020.220.040.190.414+8601047.79127.410.020.140.030.130.274+7601515.94152.320.020.170.030.150.324+6601939.63174.550.020.200.030.170.374+5602159.12187.290.020.210.040.190.404+4603200.43227.050.030.260.050.230.484+3602762.31214.200.030.240.040.210.464+260819.08111.650.010.130.020.110.244+1601067.95130.490.020.150.030.130.284+0601248.62140.230.020.160.030.140.303+9601079.81131.170.020.150.030.130.28由上表可知地基總沉降量在0.2m~0.4m之間，沉降量較大，要采用必要的工程措施?？刹捎茫侯A壓固結排水，打砂井排水。強夯法但若基底沉降完成后基底高程將下降，則之前布置的堤身高度要改變，在此有兩個思路：地基處理后，回填到與設計高程相同。上述算的堤頂高程中，超高Y值只有1.6，但取值為2，因此可把沉降加在超高里面，剛好為2m左右。這樣，之前設計的堤身就不用改變了。工程量計算第一節(jié)工程開挖量計算根據(jù)簡化方法計算工程開挖量，從各個斷面的剖面圖上量出開挖的面積，將復雜的地形情況簡化為簡單的棱柱體計算，計算過程如下表所示：表19工程開挖量計算表斷面編號開挖面積平均開挖面積河段長開挖工程量5+2255+06046.091004+96066.1256.101005610.484+86036.7651.441005144.144+76046.9741.871004186.564+66056.2251.591005159.484+56069.1462.681006267.654+460103.5686.351008634.604+36085.9294.741009473.834+26028.3157.121005711.684+16031.7530.031003003.204+06048.4540.101004010.143+96030.7039.571003957.49總開挖量61159.23由上表可知，工程總開挖量為61159.23立方米。第二節(jié)工程回填量計算根據(jù)簡化方法計算工程回填量，從各個斷面的剖面圖上量出回填的面積，將復雜的地形情況簡化為簡單的棱柱體計算，計算過程如下表所示：表20工程回填量計算表斷面編號回填面積平均回填面積河段長回填工程量5+2255+06024.801004+96056.3240.561004056.094+86016.2936.311003630.684+76025.9221.101002110.364+66035.9430.931003092.654+56056.7746.351004635.414+46087.4572.111007210.964+36084.4885.961008596.214+2605.5845.031004502.914+16020.6013.091001309.234+06022.8121.711002170.593+96020.6021.701002170.23總回填量43485.31由上表可知，工程總回填量為43485.31立方米。第三節(jié)漿砌石和素混凝土量計算根據(jù)簡化方法計算漿砌石和素混凝土量，從各個斷面的剖面圖上量出堤身斷面的面積，計算過程如下表所示：表20工程回填量計算表斷面編號堤身面積平均面積河段長體積5+2255+06068.791004+96088.2278.511007850.524+86039.7764.001006399.644+76059.4049.591004958.644+66074.6767.041006703.714+56080.5677.621007761.604+460121.69101.1210010112.254+360101.44111.5610011156.384+26031.1466.291006628.874+16039.3635.251003524.844+06047.0543.211004320.603+96039.8543.451004345.22總體積73762.26由上表可知，漿砌石和素混凝土總量為73762.26立方米。其他布置說明第一節(jié)觀測設施1．應根據(jù)堤防工程的級別、水文、氣象、地形地質條件、堤型及工程運用要求設置必要的觀測項目及觀測設施。觀測設施的設置應符合有效、可靠、牢固、方便及經(jīng)濟合理的原則。2．觀測設施設計應符合下列要求：（1）選定觀測項目和觀測點布設能反映工程運行的主要工作狀況；（2）觀測的斷面和部位應選擇在有代表性的堤段，并應做到一種設施多種用途；（3）在特殊堤段或地形、地質條件復雜的堤段，如故河道、老潰口、軟弱堤基、淺層強透水帶、承壓水以及有穿堤建筑物等，可根據(jù)需要增加觀測項目及觀測范圍；（4）選擇技術先進、使用方便的觀測儀器、設備；（5）各觀測點應具備較好的交通、照明等條件，觀測部位有相應的安全保護措施。3．堤防工程宜設置下列一般性觀測項目：（1）堤身垂直位移；（2）水位或潮位；（3）堤身浸潤線；（4）堤基滲透壓力滲透流量及水質；（5）表面觀測：主要包括裂縫、滑坡、坍陷、隆起、滲透變形及表面侵蝕破壞等。4。1、2級堤防可根據(jù)管理運用的實際需要，選取下列專門性觀測項目進行觀測：（1）近岸河床的沖淤變化（2）堤岸防護工程的變位（3）河道水流形態(tài)及河勢變化（4）灘岸地下水的出逸情況（5）冰情（6）防浪林帶消浪防沖的效果（7）堤身水平位移專門性觀測項目的設置宜有重點有針對性對于觀測設施及安裝埋設方法應進行充分論證。第二節(jié)交通與通