堤防工程布置及主要建筑物设计

5.1设计依据

5.1.1工程等别及建筑物级别

本次设计治理河长8.93km，新建防洪堤总长14.925km，保护耕地2.14万亩，保护人口2.97万人。根据《防洪标准》（GB50201—94）和《堤防工程设计规范》（GB50286—98）的规定，该防洪工程级别为5级，防洪标准取10年一遇洪水设计（P=10%）。

根据《中国地震动峰值加速度区划图》（GB18306—2001），工程区地震动峰值加速度值0.10g，相应地震烈度为Ⅶ度，地震动反应谱特征周期为0.45s，所以，本工程地震烈度按Ⅶ度设防。 5.1.2 基本设计资料

⑴ 水文、气象

历年各月极端最高气温：29.7℃； 历年各月极端最低气温：-24.8℃； 多年平均气温：5.9℃； 平均风速：1.6m/s； 最大风速：21m/s；

10年一遇洪峰流量： 439m3/s ⑵ 工程地震设防烈度为Ⅶ度 ⑶ 地基特征

砂砾卵石堤基允许承载力0.5～0.6MPa。 ⑷ 堤基开挖边坡系数

临时开挖边坡：水上：1:1、水下：1:1.25～1:1.5。 ⑸ 堤身抗滑稳定安全系数

5- 1

正常运行条件：K≥1.10 非正常运行条件：K≥1.05 5.2工程总体布置 5.2.1工程布置原则

⑴ 堤线布置与该地区的发展规划相结合，相互协调一致，避免工程重复建设。

⑵ 堤线与河势流向相适应，并与洪水的主流线大致相平行，满足防洪区段两岸堤防间距大致相等，堤距大于稳定河宽要求。

⑶ 堤线力求平顺，防洪堤段平缓连接，尽可能利用有利地形进行布置。

⑷ 堤身断面形式的选择要因地制宜，根据堤线两侧地形、地貌及建筑物分布情况，选择合适的断面形式。 5.2.2工程布置

根据拟定的工程布置原则，结合现状堤防存在的问题、地形条件及稳定河宽及防洪区内的各种建筑物位置等综合因素进行考虑防洪堤基线布局，防洪堤起点与原有防洪堤相接，堤身尽量考虑修建在土质好、比较稳定的滩岸上，在河道明显变窄的河段，采取展宽堤距或考虑清除障碍，部分地段截弯取直，使各堤段平缓连接，在保证河道行洪能力的前提下，对原有地段的宽、浅式河道断面进行缩整，保护原有河道两岸耕地。具体为：

本次设计治理河长8.93km，新建防洪堤总长14.925km，防洪堤与桥梁以10m的渐变段与桥梁边墩相接，防洪堤遇支沟及公路排水涵洞小支沟时断开，对断开支沟以八字墙形式护砌。其中：左岸堤防以临合公路大桥边墩为起点，桩号为左0+000，右岸堤防以大夏河与槐树关河交汇口处槐树关河右岸已建堤防末端为起点，桩号为右0+000，沿大夏河向下游

5- 2

布置堤防，堤线沿两岸岸坎布置充分利用已有岸坎，堤防设防标准为10年一遇洪水，新建堤防与原有桥台连接处设渐变段连接，末端在桩号左8+912处与后杨村大桥左岸边墩顺接，左岸共计新建防洪堤7242.1m。末端在桩号右8+943处与后杨村大桥右岸边墩顺接，右岸共计新建防洪堤7683m。在大夏河双城至马九川段分别有已建的尹集水电站、新集水电站、兆兴水电站和西川水电站，这四座电站的引水枢纽均按30年一遇洪水设计，已修建的防洪堤及尾水渠均按20年一遇洪水设计，因此本次设计中对该段水电站的防洪堤及尾水渠可利用部分直接与本次新建堤防顺接。

防洪堤治导线布置见下表5-1。 5.3 堤防防洪标准、堤距选择及线路布置 5.3.1 防洪标准选择

本工程防护范围为临夏县大夏河双城至马九川段两岸，是以沿岸村庄及耕地为主的防护区，根据《防洪标准》（GB50201—94）规定，防护区人口≤20万人，防护区耕地面积≤30万亩，工程防护等级为Ⅴ等小（2）型，洪水标准为10～20年（重现期）防洪工程级别为5级。根据防护人口及耕地数量，参照流域规划中对乡村为主防护区洪水标准的确定，选定该工程防洪标准为10年一遇洪水，按水文分析计算结果，本工程区10年一遇洪水为439m3/s。 5.3.2 堤防线路布置原则

⑴ 堤线布置与临夏县城乡近远期发展规划相结合，相互协调一致，避免工程重复建设和改造。

⑵ 堤线与河势流向相适应，直线河段堤线尽量与洪水的主流线相平行，弯曲河段采取大弯就势、小弯取直的原则。保持河段两岸堤防间距大致相等，堤距应大于稳定河宽要求。

5- 3

大夏河双城至马九川段治导线布置表

表5-1 岸别 桩号 弧长（m） 半径（m） 188 75.1 252 238.3 112.6 97.5 82 189.5 41.2 101 160 278 126.5 5- 4

中心角 19° 20° 34° 39° 31° 27° 22° 52° 11° 28° 44° 57° 17° 备 注 直线段 凸弧段 直线段 凹弧段 直线段 凸弧段 直线段 凹弧段 直线段 凹弧段 直线段 凸弧段 直线段 凹弧段 直线段 凸弧段 直线段 凹弧段 直线段 凸弧段 直线段 凹弧段 直线段 凸弧段 直线段 凸弧段 直线段 左岸 左0+000—左0+596 左0+596—左0+784 左0+784—左1+244.5 左1+244.5—左1+319.6 左1+319.6—左2+226 左2+226—左2+478 左2+478—左2+479.3 左2+479.3—左2+717.6 左2+717.6—左4+401 左4+401—左4+513.6 左4+513.6—左4+730 左4+730—左4+827.5 左4+827.5—左5+067.9 左5+067.9—左5+149.9 左5+149.9—左5+455.9 左5+455.9—左5+645.4 左5+645.4—左5+957.8 左5+957.8—左5+999 左5+999—左6+783 左6+783—左6+884 左6+884—左7+201 左7+201—左7+361 左7+361—左7+502 左7+502—左7+780 左7+780—左8+715.5 左8+715.5—左8+842 左8+842—左8+912 280 210 420 350 210 210 210 210 210 210 210 280 420 大夏河双城至马九川段治导线布置表

续表5-1 岸别 桩号 弧长（m） 半径（m） 68.5 100 210 287 150 140 109.3 126.3 55 245 142 5- 5

中心角 19° 20° 34° 39° 31° 27° 22° 52° 11° 67° 17° 备 注 直线段 凸弧段 直线段 凹弧段 直线段 尹集电站引 水枢纽防洪右岸 右0+000—右0+626 右0+626—右0+694.5 右0+694.5—右1+155 右1+155—右1+255 右1+255—右1+575 右1+575—右1+974 右1+974—右2+146 右2+146—右2+356 右2+356—右2+357.3 右2+357.3—右2+644.3 右2+644.3—右3+356 右3+356—右3+719 右3+719—右4+316 右4+316—右4+466 右4+466—右4+734 右4+734—右4+874 右4+874—右5+114.4 右5+114.4—右5+223.7 右5+223.7—右5+529.7 右5+529.7—右5+656 右5+656—右5+968.4 右5+968.4—右6+023.4 右6+023.4—右6+997 右6+997—右7+423 右7+683—右7+928 右7+928—右8+801 右8+801—右8+943 210 280 350 420 280 140 280 210 280 210 350 直线段 凸弧段 直线段 凹弧段 直线段 尹集电站 尾水防洪堤 直线段 凹弧段 直线段 凸弧段 直线段 凹弧段 直线段 凸弧段 直线段 凹弧段 直线段 兰郎公路 防洪堤 凸弧段 直线段 凸弧段 ⑶ 防治结合，堤线力求平顺，各堤段平缓连接，稳定河势，确保能顺利的通过设计洪水。

⑷ 妥善处理好左右岸、上下游的关系，统一治理。 ⑸ 因地制宜，就地取材，节省投资。

⑹ 防洪治理规划要与恢复和改善生态环境相结合。

堤线平面布置宜顺直，转折处应用平缓曲线相连接。弯道最小容许半径要满足：

Rmin(35)B

式中：Rmin—堤线容许最小弯道半径，m； B——河道水面宽度，m。

通过计算，大夏河双城至马九川段堤线最小弯道半径应大于210m。 5.3.3造床流量及稳定河宽

本设计中堤距指两岸堤线中心距亦即洪水治导线宽度。该指标直接关系到工程造价和防护效益。堤距确定主要考虑以下因素：① 满足安全、通畅泄洪的要求；② 充分考虑河相关系，不改变河型；③ 少占地或尽量不占地，权衡工程量与防护效益，达到经济上的合理性，统筹考虑各河段及其上、下游的行洪要求。

防洪段导线宽度，下限应不小于造床流量下的稳定河宽，上限一般以河曲外包线或自然岸宽确定。冲积河流在水流与河床的长期相互作用下，能得以自由发展，经过水流与河床的自动调整，河床形态将与流域来水、来沙及河床边界条件相适应。河道形态与水力泥沙因素及河床地质条件之间也存在着某种物理量关系。目前对造床流量的确定多用经验方法计算，有平摊水位法、多年平均洪峰流量法等。实际工作中国内一般都采用2～5年一遇的洪峰流量作为造床流量，本次计算采用2年一遇的洪峰流量作为造床流量。

5- 6

（1） 造床流量

根据大夏河流域特征及基本资料情况采用2年一遇洪水设计洪峰流量，洪峰流量为121 m3/s。治理段从上游至下游依次分布有尹集电站、新集电站、兆兴电站、西川电站，4座电站引水流量相当，在21.2-22 m3/s之间，按最大引水流量22 m3/s考虑，电站引水流量占2年一遇洪水洪峰流量121 m3/s的18%，比例较大，分析最不利状况，电站在遇2年一遇洪水时停止运行，即电站枢纽上游段与枢纽至尾水段流量不变，故本次整个治理河段——双城至马九川段的造床流量均选121 m3/s，且不分段。

（2） 稳定河宽 阿尔图宁公式计算：

Q0.5BA0.2J

B ——整治河宽（m）；

A ——稳定河宽系数，本工程流域属下游河段，变化系数在1.0～1.1

之间（中游1.0-1.1，下游1.1-1.7），综合考虑本次计算取1.7；

Q ——造床流量（m3/s），取50%频率年洪峰流量；

J ——河床比降（‰）。

用阿尔图宁公式计算的稳定河宽见表5-2。

经上计算及现场踏勘与测量，河床为砾卵石，本次设计使河床即能满足防洪标准条件下的过水能力，又能满足工程建筑物安全、稳定的要求，规划防洪区段为河漫滩，修建防洪堤应尽量不占用耕地，适当展宽堤距，既可降低堤高、又可减少投资，综合考虑本次设计稳定河宽定为70m，堤线沿两岸岸坎布置充分利用已有岸坎。

5- 7

大夏河稳定河宽计算成果表

表5-2 河段 名称 双城至马九川 造床 流量 Q(m3/s) 121 河床 比降 J 0.0082 河床 糙率 (n) 0.033 河宽 系数 A 1.7 断面河 相系数 ξ 11 图宁公式 计算值 (m) 49 现状 河宽 (m) 30～200 治理 河宽 (m) 70

本次设计堤线走向充分利用现有桥基防洪堤工程、支流出口防洪堤工程等，尽量做到左右岸、上下游兼顾，从现有河势出发，因势利导进行布置。

5.4设计水面线推算 5.4.1 河道分段

根据河段地貌和河道特性，本次设计在大夏河河道上布测了26个河道横断面。由于本段河道建筑物较多，故本段河道设计水面线推算分为四段，其中：第一段为槐树关河入河口~尹集电站枢纽段；第二段为尹集电站枢纽~新集电站枢纽段；第三段为新集电站枢纽~西川电站枢纽段；第四段为西川电站枢纽~后杨村大桥段。 5.4.2洪峰流量选定

大夏河双城至马九川段河道上有已建电站4座，最大引水流量22m3/s，占防洪河段10%洪水流量439 m3/s的5%，比例很小，而且对堤防工程而言，最不利情况是电站遇洪水时因某种原因停止运行，洪水全部由河道泄流，故大夏河双城至马九川段堤防设计时，洪峰流量不考虑电站引水流量，即选10%洪水流量为439 m3/s。 5.4.3起调水位选定

第一段由于尹集电站有库区，有一定的回水长度，经利用简易近似法分析计算，库区回水长度为405.61m，枢纽位于5-5断面下游附近，故

5- 8

水面线计算以尹集电站溢流堰上游5-5断面为基准断面。以尹集电站溢流堰顶10年一遇洪水位推算至5-5断面处洪水位2033.32m为起调水位。

第二段以新集电站溢流堰上游12-12断面为基准断面。以新集电站溢流堰堰顶10年一遇洪水位推算至12-12断面处洪水位2011.329m为起调水位。

第三段由于西川电站库区淤积严重，库区内已无回水长度，故以溢流堰上游24-24断面为基准断面。以西川电站溢流堰顶10年一遇洪水位推算至24-24断面处洪水位1977.507m为起调水位。

第四段以后杨村大桥为基准断面，以后杨村大桥10年一遇洪水位1969.499m为起调水位，并以下游南川灌区渠首10年一遇洪水位推算至后杨村大桥处水位做校核。 5.4.4 水面线计算

根据以上分别选定的基准断面及起调水位，采用能量方程，推求各防洪河段10%洪水流量为439 m3/s时各断面的水位高程。

本工程水面线计算，按下列公式：

Z11V122gZ22V222ghfhj （5.1）

式中：Z1、Z2——上、下游断面水位高程（m）； α1、α2——上、下游断面的动能修正系数； V1 、V2——上、下游断面平均流速（m/s）；

hf——两断面之间的沿程水头损失，采用（5.2）式计算： hj——局部水头损失；

Q2hfL （5.2） 2Kp5- 9

KPQ （5.3） i0.5h1-----弯道段的局部水头损失；

V12V22h10.052g2g （5.4.1）

 h2-----河槽扩大的局部水头损失；

V22V12h20.3332g2g （5.4.2）

h3-----汇流的局部水头损失；

V22V12h30.12g2g （5.4.3）

式中：Q------设计洪峰流量（m3/s）； i------上、下游断面水力坡降； L------上、下游断面距离；

V1、V2------上、下两端断面的平均流速；

经计算，各断面的设计洪水位见表5-3-1、5-3-2、5-3-3、5-3-4。

槐树关入河口～尹集电站枢纽段水面线计算结果 表5-3-1

断面 编号 1-1 2-2 3-3 4-4 5-5 水位高程 （m） 2043.21 2040.35 2038.24 2036.5 2033.32 过水断面 面积（m2） 122.862 132.821 109.716 124.913 179.267 湿 周 （m） 76.107 76.584 75.473 76.205 78.776 水力半径R （m） 1.614 1.734 1.454 1.639 2.276 平均流速V平均水深h （m/s） 3.573 3.305 3.89 3.514 2.449 （m） 1.694 1.826 1.518 1.721 2.43

5- 10

尹集电站枢纽～新集电站枢纽段水面线计算结果 表5-3-2

断面 编号 6-6 7-7 8-8 9-9 10-10 11-11 12-12 水位高程 （m） 2028.173 2023.163 2018.98 2015.898 2014.707 2013.573 2011.329 过水断面面积（m2） 128.825 119.059 121.796 113.448 123.861 188.448 109.075 湿 周 （m） 76.393 75.924 76.056 75.654 76.155 79.203 75.442 水力半径R（m） 1.686 1.568 1.601 1.5 1.626 2.379 1.446 平均流速V（m/s） 3.408 3.687 3.604 3.87 3.544 2.33 4.025 平均水深h（m） 1.773 1.643 1.68 1.568 1.707 2.553 1.509 新集电站枢纽～西川电站枢纽段水面线计算结果

表5-3-3

断面 编号 13-13 14-14 15-15 16-16 17-17 18-18 19-19 20-20 21-21 22-22 23-23 24-24 水位高程 （m） 2007.823 2005.49 2003.632 2001.008 1994.938 1993.344 1990.58 1987.445 1981.566 1978.483 1978.304 1977.507 过水断面面积（m2） 135.616 118.497 133.274 111.231 120.933 110.164 156.669 208.936 118.535 216.638 242.068 149.575 湿 周 （m） 76.717 75.897 76.605 75.546 76.014 75.495 77.716 80.15 75.899 80.503 81.66 77.381 水力半径R（m） 1.768 1.561 1.74 1.472 1.591 1.459 2.016 2.607 1.562 2.691 2.964 1.933 平均流速V（m/s） 3.237 3.705 3.294 3.947 3.63 3.985 2.802 2.101 3.704 2.026 1.814 2.935 平均水深h（m） 1.863 1.636 1.832 1.538 1.668 1.524 2.14 2.815 1.636 2.913 3.234 2.05

5- 11

西川电站枢纽～后杨村大桥段水面线计算结果

表5-3-4

断面 编号 25-25 26-26 水位高程 （m） 1971.565 1969.499 过水断面面积（m2） 112.44 139.861 湿 周 （m） 75.605 76.919 水力半径R（m） 1.487 1.818 平均流速V（m/s） 3.904 3.139 平均水深h（m） 1.555 1.919 5.5堤顶高程和冲刷深度计算 5.5.1 堤顶高程计算

堤顶高程由设计洪水位加堤顶超高确定，堤顶超高按下式计算。 Y=Rp+e+A 式中：

Y——堤顶超高（m）； RP—设计波浪爬高（m）； e——设计风壅水面高度（m）； A——安全超高（m），取0.5m。 ⑴ 设计波浪爬高Rp

根据《堤防工程设计规范》（GB50286-98）中公式计算。

Rp=KKVKpHL/

其中风浪要素采用下列公式计算

1m2

0.45gF0.00180.72gHgdV0.13th0.7th20.7V2V0.13th0.7gd2VLgT22th2d L0.5gHgT13.9V2V

5- 12

式中：

； Rp——累积频率为p的波浪爬高（m）

K——斜坡的糙率渗透系数，根据护面的类型查表得0.9；

KV——经验系数，由风速V、坡前水深d、重力加速度g所组成的

无维量v/gd，其中：计算风速采用多年汛期最大风速平均值的1.5倍，即计算风速V=26.4m/s;

Kp——爬高累积频率换算系数，对不允许越浪的堤防，爬高累积频

率取2%，则查表得Kp=2.07；

H——堤前波浪的平均波高（m）；

L——堤前波浪的波长（m）；

V——计算风速为26.4m/s;

F——风区长度（m）；

m ——护面迎水面坡比m=1.5。 经计算，波浪爬高为0.57m。 ⑵ 风雍水面高度e

ekV2F2gdcos

式中：

e——风雍高度；

k——综合摩阻系数取3.6×10

V——计算风速为26.4m/s；

－6

；

F——由计算点逆风向量到对岸的距离；

d——水域平均水深为1.75m；

——风向与堤轴线的法线所成的夹角；=35°。

经计算，风雍水面高度e为0.0042m。 ⑶ 安全超高A

5- 13

按《堤防工程设计规范》（GB50286-98）规定，该段堤防为5级，不允许越浪的安全超高为0.5m。

经以上计算，设计波浪爬高Rp为0.57m，设计风雍水高度为

e=0.0042m，则堤顶超高取为1.1m。

5.5.2 冲刷深度计算

本次计算，采用《堤防工程设计规范》（GB50286—98）中堤防冲刷深度计算公式，对工程区河段均按P=10％设计洪水，进行冲刷深度计算。

⑴ 水流平行于岸坡产生的冲刷按下式计算：

hBhphpVcpV允n1

式中：

hB——局部冲刷深度（m），从水面线算起； hP——冲刷处的水深（m）； Vcp——平均流速（m/s）；

V允——河床面上允许不冲流速，为1.2（m/s）；

n——与防防洪堤坡在平面上的形状有关，一般取n=1/4。 经计算，水流平行于岸坡产生的冲刷深度结果见表5—4。 ⑵ 水流斜冲护坡产生的冲刷按下式计算：

23tghp式中：

2Vj230d

1m2g△hp——从河底算起的局部冲深（m）； a——水流流向与岸坡交角(度)；

5- 14

m——防洪堤迎水面边坡系数，m=1.5；

d——坡脚处土壤的计算粒径（cm），对非粘性土，取大于15%（按重量计）的筛孔直径，该段d=71.6mm。

Vj——水流的局部冲刷流速，对无滩地河床，按下式计算。

VjQ

WWp其中：

Q——设计流量（m3/s）;

W——原河道过水断面面积（m2）； Wp——河道缩窄部分的断面面积（m2）。 经按斜冲计算，其结果见表5—4。

大夏河属蜿蜒型河流，工程区内河道弯道较多且河流摆动较大，泄冲角度局部较大，根据计算结果，根据计算结果，平冲最大为深泓线以下0.44～0.79m，斜冲最大为河床线以下1.2～1.8m。为了安全起见，根据冲刷深度的计算成果及地质勘测，结合工程实践经验，将基底设计高程平冲段置于深弘线高程以下2.0m处，斜冲段置于深泓线以下2.5m处，基底高程计算结果见表5-5。

5- 15

平顺冲刷深度计算成果表

表5-4

河床高程断面号 （m） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 2041.52 2038.52 2036.72 2034.78 2030.89 2026.40 2021.52 2017.30 2014.33 2013.00 2011.02 （m） 1.69 1.83 1.52 1.72 2.43 1.77 1.64 1.68 1.57 1.71 2.55 （m） 2043.21 2040.35 2038.24 2036.50 2033.32 2028.17 2023.16 2018.98 2015.90 2014.71 2013.57 （m） 2041.02 2038.02 2036.22 2034.28 2030.39 2025.7 2020.82 2016.6 2013.63 2012.3 2010.32 深（hp) （VCP） 速(V允） 2.19 2.33 2.02 2.22 2.93 2.47 2.34 2.38 2.27 2.41 3.25

3.57 3.31 4.00 3.51 2.45 3.41 3.69 3.60 3.87 3.54 2.33 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 允设计水深水面高程深泓线高程最大水流 速 允许流（V/V）1/4 (（V/V允）冲刷深备注 1/4-1)hp 度hB 0.69 0.67 0.71 0.68 0.57 0.74 0.76 0.75 0.77 0.75 0.59 桩号以中心线为主，hB 从深泓线算起 1.31 1.29 1.35 1.31 1.20 1.30 1.32 1.32 1.34 1.31 1.18 0.31 0.29 0.35 0.31 0.20 0.30 0.32 0.32 0.34 0.31 0.18 5- 16

平顺冲刷深度计算成果表

表5-4

河床高桩 号 程（m） 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 2009.82 2005.96 2003.85 2001.80 1999.47 1993.27 1991.82 1988.44 1984.63 1979.93 1975.57 （m） 1.51 1.86 1.64 1.83 1.54 1.67 1.52 2.14 2.82 1.64 2.91 （m） 2011.33 2007.82 2005.49 2003.63 2001.01 1994.94 1993.34 1990.58 1987.45 1981.57 1978.48 （m） 2009.12 2005.26 2003.15 2001.10 1998.77 1992.57 1991.12 1987.74 1983.93 1979.13 1974.77 深（hp) （VCP） 速(V允） 2.21 2.56 2.33 2.53 2.24 2.37 2.22 2.84 3.52 2.44 3.71 4.03 3.24 3.71 3.29 3.95 3.63 3.99 2.80 2.10 3.70 2.03 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 允设计水深水面高程深泓线高程最大水流 速 允许流（V/V）1/4 (（V/V允）冲刷深备注 1/4-1)hp 度hB 0.78 0.72 0.76 0.73 0.78 0.76 0.78 0.67 0.53 0.79 0.52 桩号以中心线为主，hB 从深泓线算起 1.35 1.28 1.33 1.29 1.35 1.32 1.35 1.24 1.15 1.33 1.14 0.35 0.28 0.33 0.29 0.35 0.32 0.35 0.24 0.15 0.33 0.14 5- 17

平顺冲刷深度计算成果表

表5-4

河床高程桩 号 （m） 23 24 25 26 1975.07 1975.46 1970.01 1967.58 深（m） 3.23 2.05 1.55 1.92 （m） 1978.30 1977.51 1971.57 1969.50 （m） 1974.27 1974.66 1969.31 1966.88 深（hp) （VCP） 速(V允） 4.03 2.85 2.65 3.39 1.81 2.94 3.90 3.14 1.2 1.2 1.2 1.2 允设计水水面高程深泓线高程最大水流 速 允许流（V/V）1/4 (（V/V允）冲刷深备注 1/4-1)hp 度hB 0.44 0.71 0.68 0.54 桩号以中心线为主，hB 从深泓线算起 1.11 1.25 1.34 1.27 0.11 0.25 0.34 0.27

斜冲冲刷深度计算成果表

表5-4

堤段 右岸 右岸 左岸 桩号 0+618.2 4+382.7 5+512.7 Q 439 439 439 Vj 3.604 3.705 3.630 Vj2 12.99 13.72 13.18 m 1.5 1.5 1.5 1+m2 3.25 3.25 3.25 (1+m2)0.5 1.80 1.80 1.80 α(度） tg(a/2) 30 15 22 39 31 40 d 0.0716 0.0716 0.0716 △Hp 1.7 1.2 1.8 备注 桩号以中心线为主，hp 从河床线算起 5- 18

水力计算成果表

表5—5 断面 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 桩号 0+000 0+406.7 0+618.2 0+937.5 1+480.1 1+952.1 2+302.7 2+538.2 2+850.9 2+992.6 3+357.7 3+647.5 4+092.3 4+382.7 堤顶高程 2044.31 2041.45 2039.34 2037.60 2034.42 2029.27 2024.26 2020.08 2017.00 2015.81 2014.67 2012.43 2008.92 2006.59 水位高程 2043.21 2040.35 2038.24 2036.51 2033.31 2028.17 2023.16 2018.98 2015.90 2014.71 2013.57 2011.33 2007.82 2005.49 深泓线高程 2041.02 2038.02 2036.22 2034.28 2030.39 2025.70 2020.82 2016.60 2013.63 2012.30 2010.32 2009.12 2005.26 2003.15 基地高程 2039.02 2036.02 2034.22 2032.28 2028.39 2023.70 2018.82 2014.10 2011.63 2010.30 2008.32 2007.12 2003.26 2000.65 河床高程 2041.52 2038.52 2036.72 2034.78 2030.89 2026.40 2021.52 2017.30 2014.33 2013.00 2011.02 2009.82 2005.96 2003.85 堤身高度 5.29 5.43 5.12 5.32 6.03 5.57 5.44 5.98 5.37 5.51 6.35 5.31 5.66 5.94 地面以 上高度 2.79 2.93 2.62 2.82 3.53 2.87 2.74 2.78 2.67 2.81 3.65 2.61 2.96 2.74 设计埋深 2 2 2 2 2 2 2 2.5 2 2 2 2 2 2.5 5- 19

水力计算成果表

表5—5 断面 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 桩号 4+643.7 4+923.8 5+512.7 5+681.5 6+126.0 6+625.2 7+175.8 7+675.5 7+878.6 8+136.6 8+426.4 8+728.9 堤顶高程 2004.73 2002.11 1996.04 1994.44 1991.68 1988.55 1982.67 1979.58 1979.40 1978.61 1972.66 1970.60 水位高程 2003.63 2001.01 1994.94 1993.34 1990.58 1987.45 1981.57 1978.48 1978.30 1977.51 1971.57 1969.50 深泓线高程 2001.10 1998.77 1992.57 1991.12 1987.74 1983.93 1979.13 1974.77 1974.27 1974.66 1969.31 1966.88 基地高程 1999.10 1996.77 1990.07 1989.12 1985.74 1981.93 1977.13 1972.77 1972.27 1972.66 1967.31 1964.88 河床高程 2001.80 1999.47 1993.27 1991.82 1988.44 1984.63 1979.93 1975.57 1975.07 1975.46 1970.01 1967.58 堤身高度 5.63 5.34 5.97 5.32 5.94 6.62 5.54 6.81 7.13 5.95 5.35 5.72 地面以 上高度 2.93 2.64 2.77 2.62 3.24 3.92 2.74 4.01 4.33 3.15 2.65 3.02 设计埋深 2 2 2.5 2 2 2 2 2 2 2 2 2 5- 20

5.6防洪堤堤型选择

根据《堤防工程设计规范》GB50286—98对堤身及护坡断面设计的有关要求，在堤身及护坡的设计中主要遵循了以下原则；

（1）就地取材，经济合理；

（2）结构稳定，因地制宜，适应当地的施工条件和施工方法； （3）满足规定的交通运输和排水要求； （4）符合高水位下非稳定渗流特性。

根据上述原则，对堤身结构进行了重力式挡土墙防洪堤、夯填砂砾石梯形断面防洪堤和仰斜式挡土墙防洪堤三种方案现按照平均防洪堤高度4.5m的比较：

方案一：直墙式防洪堤（重力式挡土墙断面）：堤身采用浆砌块石(或砼)挡土墙，堤后填筑砂砾石，此方案抗冲性能好，适用于河道狭窄、防洪堤后建筑物密集、涉及占地及拆迁量较大的地段，对地基承载力要求相对较高，在同一堤身高度下，浆砌石工程量较大，单位km工程造价较高。

方案二：贴坡式防洪堤（夯填砂砾石梯形断面）：按设计要求利用河道开挖出的砂砾石进行碾压填筑两岸边坡，表面砌筑浆砌石或现浇C15砼护面，这种河道断面有利于整治河道，增大泄洪能力，而堤身适应地基变形能力强，施工简单，进度快，在同一堤身高度下，单位km造价较低。但本方案要求地形开阔，在不涉及占地、拆迁等问题的河段，是一种较理想的堤型方案。

5- 21

50052.0:1800直墙式堤防70050015052.0:512.0:140008001:0.2001025护坡式堤防贴坡式堤防5- 22

90500

不同衬砌方案投资比较表（1m 防洪堤 不计河道疏浚）

表5-6

方案 工程量 序号 1 2 3 4 5 投资（元） 直墙式防洪堤 开挖砂砾石（m3） 夯填砂砾石（m3） 回填砂砾石（m3） 砼挡土墙（m3） 占地宽度（m） 2348 20.3 7.6 2.8 5.2 5.3 贴坡式防洪堤 开挖砂砾石（m3） 夯填砂砾石（m3） 回填砂砾石（m3） 砼护坡（m3） 占地宽度（m） 1318 18 14 5.9 2.4 11.7 护坡式防洪堤 开挖砂砾石（m3） 夯填砂砾石（m3） 回填砂砾石（m3） 砼护坡（m3） 占地宽度（m） 1698 12.8 8.3 3.9 3.7 6.7 砼护面堤

5- 23

方案三：护坡式防洪堤（仰斜式挡土墙断面）：堤身采用浆砌块石(或砼)挡土墙，堤后填筑砂砾石，此方案抗冲性能好，适用于河道狭窄、防洪堤后建筑物密集、涉及占地及拆迁量较大的地段，对地基承载力要求相对较高，在同一堤身高度下，相对于直墙式防洪堤浆砌石(或砼)工程量较小，单位km工程造价介于直墙式防洪堤（方案一）和贴坡式防洪堤（方案二）之间。

本着因地制宜、经济合理的原则，结合堤段所处地理位置、工程现状、堤基地层岩性、筑堤建筑材料、施工条件、工程造价等因素综合比较，认为防洪区内左岸地形比较开阔，不存在拆迁问题，在相同堤身高度下，贴坡式防洪堤单km造价最低，故选择方案二（贴坡式防洪堤）比较适宜。 5.7建筑物设计 5.7.1堤防工程方案比选

堤防断面形式根据工程区地形条件、工程地质条件、施工条件、工程造价、交通要求等因素，并参照上下游已建防洪工程，断面形式采用碾压砂砾石梯型断面，迎水面边坡为1:1.5，背水面边坡为1:1.25。

根据选定的堤防断面型式，本次设计仅对护面材料进行技术经济比选。护面材料拟选为C15砼和M10水泥砂浆砌块石两种形式。

⑴ 护面厚度计算 方案一：C15砼护面

砼护面的防护厚度采用下面公式计算：

5-24

tH式中：

rLrbrBm

t——砼护面厚度（m）；

η—-系数，对开缝砼板可取0.075， H——计算波浪高(m)，

rb——砼板的重度(kN／m3)，rd=24kN／m3； r——水的重度； L——波长（m）；

B——沿斜坡方向的护面板长度（m）； m——斜坡坡率，m=1.5。 经计算，护面平均厚度t=0.21m。

考虑砼板施工因素及已建防洪堤工程经验，取现浇砼护面的厚度为：顶部为0.15m，底部为0.25m。

方案二：M10水泥砂浆砌块石护面

M10水泥砂浆砌块石护面的防护厚度采用下面公式计算：

Q0.1rbH3rKDb1mr

3Qtnc0.1rb式中：



13Q——主要护面层的护面块体、块石个体质量（t）；

5-25

rb——人工块体或块石的重度(KN／m3)，rb=22.4KN／m3； r——水的重度； H——计算波浪高(m)，

KD——稳定系数，查《堤防工程设计规范》D.3.2—1表得5.5； t——块体或块石护面层厚度（m）； n——护面块体或块石的层数；

c——系数，查《堤防工程设计规范》D.3.2—2表得1.3。 经计算，护面平均厚度t=0.42m。

考虑浆砌石护面施工因素及已建防洪堤工程的经验，浆砌石护面顶部为0.30m，底部为0.50m。

两种方案工程量、投资情况比较见表5-7。

新建防洪堤工程量（含河道疏浚）、投资比较见表（单km）

表5—7 名称 岩石开挖 砂砾石开挖 夯填砂砾石堤身 砂砾石回填 M10水泥砂浆砌块石（护坡） M10水泥砂浆砌块石（基础） 现浇C15砼（护坡） 现浇C15砼（基础） 现浇C15砼（顶板） 合 计（万元） 单价（元） 41.27 10.04 12.06 4.46 400.3 362.49 392.28 355.54 370.56 方案一 数量 564 42989 7765 4973 2084 489 55 合价 （万元） 2.33 43.16 9.36 2.22 81.75 17.39 2.04 158.25 数量 564 42804 7508 4664 3644 959 方案二 合计 （万元） 2.33 42.98 9.14 2.08 145.87 34.76 237.16

5-26

⑵ 技术经济比选

经对方案一与方案二进行技术、经济方面综合分析比较，其两方案的优缺点如下：

方案一（C15砼护面）：

优点：工程区内天然建材储量丰富，可就地取材，单位造价低（151.85万元/km）。缺点：强度及抗冲能力较浆砌块石低，施工难度相比较浆砌块石大。

方案二（M10水泥砂浆砌块石护面）

优点：施工操作技术简单，不用支模等复杂工序；强度及抗冲能力较砼高。缺点：工程区内天然建筑材料匮乏，所选料场运距远；单位造价（205.54万元/km）较方案一高；施工时所需劳力多，体力劳动量大。

综上所述：方案一和方案二所选护面材料的强度及抗冲能力均满足本工程的要求。但方案一和方案二相比较，方案一所需砼骨料可就地取材，运距短，造价低，美观度也较方案二好。所以，本工程推荐方案一。

5.7.2 新建防洪工程设计

本次设计治理河长8.93km，新建防洪堤总长14.925km，根据选定的断面型式，防洪工程采用碾压砂砾石梯形断面，要求相对密实度大于0.6，堤顶宽为3m，迎水面采用1:1.5，背水面边坡采用1:1.25。迎水面采用C15砼防护，厚度为0.15～0.25m，堤脚采用0.5×0.8m(高×宽)的C15砼基础。沿堤身设横伸缩变形缝，横向缝每10m设一道，

5-27

缝宽2cm。根据河道设计河床及深泓线高程进行疏浚治理，工程量计入堤防设计中。

防洪堤与桥梁以10m的渐变段与桥梁边墩相接。防洪堤遇支沟及公路排水涵洞小支沟时断开，对断开支沟以八字墙形式护砌。在大夏河双城至马九川段分别有已建的尹集水电站、新集水电站、兆兴水电站和西川水电站，这四座水电站的引水枢纽均按30年一遇洪水设计，已修建的防洪堤及尾水渠均按20年一遇洪水设计，因此本次设计中对该段水电站的防洪堤及尾水渠可利用部分直接与本次新建堤防顺接。其中：

左岸堤防以临合公路大桥桥墩为起点，桩号为左0+000，末端在桩号左8+912处与后杨村大桥左岸边墩顺接，左岸共计新建防洪堤7242.1m。在桩号左1+654.6～左2+019段、左3+874～左3+950.5段左7+811～左8+689段分别为尹集电站、新集水电站、西川水电站的引水枢纽已建防洪堤；桩号左7+502～左7+780段为兆兴水电站厂房及尾水渠防洪堤；以上堤防本次设计中直接利用。在桩号左8+689至左8+912段现有围墙的浆砌卵石基础大部分，且基础埋深不够，本次设计对该段堤防进行新建。

右岸堤防以大夏河与槐树关河交汇口处的槐树关河右岸已建堤防末端为起点，桩号为右0+000，末端在桩号右8+943处与后杨村大桥右岸边墩顺接，右岸共计新建防洪堤7683m。在桩号右1+575～右1+974段为尹集电站引水枢纽右岸防洪堤；右3+356～右3+719段为尹集水电站厂房及尾水渠防洪堤；右8+281～右8+336段为西川电站

5-28

枢纽堤防；以上堤防本次设计直接利用。在桩号右6+997至右7+423处为兰朗公路防洪堤无需新建堤防。 5.7.3交通桥过水能力的复核

对工程区内双城大桥和后杨村大桥采用两种方法复核10年一遇洪水时桥下游收缩段面对大桥行洪能力的影响。双城大桥长76m，高9.0m，后杨村大桥长130m，高10m，两座大桥均为多孔高架桥。

方法一：根据水面线计算结果，计算出桥底10年一遇洪水位，与允许最高水位（即桥梁底高程）进行比较。

方法二：根据宽顶堰过流能力计算公式计算桥底水深及水位高程，与允许最高水位（即桥梁底高程）进行比较。

宽顶堰过流能力计算公式为：

Q=mb2gH03/2 （5-19） 式中：Q——流量（m3/s），取本河段二十年一遇洪水流量Q=463 m3/s； δ——淹没系数，取δ=1.0

ε——侧收缩系数，根据进口型式从表中查取，取ε=1.0； m——流量系数，根据进口型式查表，取m=0.363； H0——包括行进流速的堰上水头。

计算结果见表5-8，分析表5-8中数据，双城大桥和后杨村大桥过流能力满足十年一遇洪水的过流能力。亦能满足《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）规范要求的拱顶底面高程至设计水位净空不得小于1.0m的规定要求。

5-29

桥过流能力复核统计表

表5-8

水面线计算10年一遇洪水位(m) 2041.7 1969.499 规范最低允许水位(m) 2045.6 1974.1 宽顶堰计算水位(m) 2042.85 1970.62 桥板、梁底面高程 2046.6 1975.1 桥名称 双城大桥 后杨村大桥 5.8设计计算 5.8.1 护坡的稳定计算

护坡的稳定计算根据《堤防工程设计规范》（GB50286-98）附录D公式D.1.1-1进行计算。经计算，护坡稳定满足要求，最小安全系数如表5-9。

稳定安全系数按下式计算：

W3sina3W3cosa3tgct/sina3P2sin(a2a3)tgK（D.1.1-1）

P2cos(a2a3) P2W2sina2-W2cosa2tgct/sina2P1cos(a1a2) （D.1.1-2） P1=W1sina1-f1W1cosa1 （D.1.1-3） 式中：f1——护坡与土坡的摩擦系数； ——基础土的摩擦角(度)； C——基础土的凝聚力（kN/m2）； t——滑动深度（m）； W1——护坡体重量（kN）；

5-30

W2——基础滑动体ABC重量（kN）； W3——基础滑动体BCD重量（kN）；

护坡稳定安全系数表

表5-9

滑动深度t(m) 最小安全系数kmin 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2.83 3.25 4.32 5.27 6.56 7.37 7.91 8.31 8.60 8.82

5.8.2堤身稳定计算

本次设计工程区防洪堤最大堤高7.13m（深弘线以上5.63m）。碾压砂砾石梯形堤迎边坡为1:1.5，背水坡为1:1.25。堤后夯填砂砾石天然密度2.0g/cm3，碾压后渗透系数4.63×10-5m/s，内摩擦角30-35°，摩擦系数0.4-0.5，压缩模量E2~4=40-50Mpa，地基承载力0.5-0.6Mpa。

计算工况：

正常情况：① 设计洪水位不稳定渗流期背水侧堤坡。 ② 设计洪水位骤降期迎水侧堤坡。

非常情况：①多年平均水位时遭遇地震的临水、背水侧堤坡。

②施工期的临水、背水侧堤坡。

本工程堤身均为砂砾石。土堤堤坡稳定计算采用瑞典圆弧滑动计算法中的总应力法。施工期和水位降落期的抗滑稳定安全系数，按照《堤防工程设计规范》GB50286-98中（F.0.1－1）、（F.0.1－2）、（F.0.1－3）进行计算。

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KCbsecWcosthK （F.0.1－1）

WsinCCUbsecScosuibsectgcuuuWsin （F.0.1－2）

WW1W2wZb （F.0.1－3）

其中：

b— 条块宽度（m）；

W—条块重力（KN），W=W1+W2+ρwZb ； W1—在堤坡外水位以上的条块重力（KN）； W2—在堤坡外水位以下的条块重力（KN）； Z—在堤坡外水位高出条块底面中点的距离（m）； u—稳定渗流期堤身或堤基中的孔隙压力（kPa）； ui—水位降落前堤身的孔隙压力（kPa）；

β—条块的重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角（度）； γw——水的重度（KN/m3）;

Cu，φu，Ccu, φcu——土的抗剪强度指标（KN/ m3，度）； 堤身稳定经分析计算，成果见表5-10。各种工况下，安全系数均满足规范要求。 5.8.3 渗流计算

洪水是由局部暴雨造成，洪水过程多以单峰为主，中小洪水历时一般较短，峰型尖瘦。洪水回落时间很短，一场洪水一般持续t为1～2h，难以形成稳定渗流，所以按不稳定渗流计算。计算公式如下：

堤防最大断面浸润线的方程为:

5-32

稳定计算成果表

表5-10

正常情况 工况 设计洪水位 不稳定渗流期 背水侧堤坡 迎水侧堤坡 安全系数[K] 1.21 — 1.1 设计洪水位 骤降期 — 1.16 1.1 非常情况 多年平均水位 遭遇地震 1.14 1.17 1.05 施工期 1.16 1.19 1.05

y22.020.18x

堤防背水坡面渗流出口比降:

J11m22(h00.25) y其中：

m2——背水坡坡比，m2=1.25m； h0——背水坡面浸润线溢出点的高度； y——堤防临水坡面的水位；

由于不形成稳定渗流，J近似为0，则堤防背水坡面不发生渗透破坏。

渗流在背水坡脚出现的时间T为： T=n0×H×(m1+m2+b1/H)2/(4×k) n0= n× (1-Sw%) 式中：

k——堤身渗透系数（m/s）；

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n0——土的有效孔隙率； n——孔隙率； Sw%——饱和度；

m1、m2——堤身上下游边坡系数； H——迎水面水面高度（m）。

经计算T=2.2h，大于一般洪水持续时间1～2h，即根据不稳定渗流计算的结果满足渗流稳定要求。

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