贵港市堤防设计.docx

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1、贵港市堤防设计第一章概述2第一节流域概述2第二节工程任务2第. J 场地自然条件. 3.气象与水文31 . 1.14.设计标准6第四节设计依据7第二章工程布置7第一节工程分级7第二节堤型选择7第三节工程布置8.布置原那么81 .布置拟定8第三章堤防设计9第一节堤防结构设计9.筑堤材料选择与浆砌石堤防材料标准91 .堤顶高程9.截面结构设计142 .截面尺寸确定15第二节堤防稳定验算17.荷载计算171 .地基应力的计算213,稳定验算254 .沉降量计算29第三章工程量计算30第一节工程开挖量计算30第二节工程回填量计算31第三节浆砌石和素混凝土量计算31式中：V计算风速，m/s；H设计波高的

2、均值，m；F风区长度，in；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/s2o波长确实定：L=也加现2乃L在根据规范规定，设计波浪的计算风速可以采用历年汛期最大风速平均值的L5 倍,在此工程中,V=24 m/s*l. 5=36 m/so此工程资料中未知风区长度F,那么取主风向与河面线的夹角为45 ,那么F= 水面宽+C0S45。此处为设计波高的均值，二处包线一河底高鹤由此，可以根据以上公式确定出每个断面的平均波高从波浪周期7以及波 长心计算过程如下表所示：表2.1波浪要素计算表（单位：m）断面编号河底高程外包线水深水面宽HT (s)L5+22521.6048. 552

3、6. 951310.2762. 3338. 5005+06021. 7048. 5526. 851200. 2662. 2888. 1724+96021.7048. 5626. 861270.2732.3178. 3824+86022. 2048. 5826. 381340.2792. 3458. 5864+76022. 4048. 5926. 191330.2782. 3418. 5574+66022. 4048. 5926. 191160. 2622. 2708. 0484+56022. 5048.6126. 111230. 2692. 3008. 2624+46022. 5048. 62

4、26. 121240.2702. 3058. 2924+36022. 5048. 6226. 121200. 2662. 2888. 1714+26022. 7048. 6225. 921200. 2662. 2888. 1714+16024. 0048. 6824. 681290.2742. 3258. 4404+06024. 0048. 6824.681300.2752. 3298. 4693+96023. 8348. 6924. 861300.2752. 3298. 469由于采用浆砌石堤防，堤身坡度一般小于1.5,风浪爬高可按下式计算：R = KjKKpRo.H根据规范，此堤防采用混凝

5、土护面，Ka为0.8。Ky根据V/Jjj的值查表确 定，为1.13。查表得2. 07。凡根据坡度m值取为1.45。R的计算过程如下 表所不：表2. 2风浪爬高计算表（单位:m）断面编号HR5+2250. 2760. 7505+0600. 2660. 7214+9600. 2730. 7404+8600. 2790. 7584+7600. 2780. 7554+6600. 2620.7104+5600. 2690. 7294+4600. 2700. 7324+3600. 2660. 7214+2600. 2660. 7214+1600. 2740. 7454+0600. 2750. 7473+9

6、600. 2750. 7472.2. e设计风壅水面高度v2fe = Kcos B2gd ”式中：e 计算点处的风壅水面高度，m：V设计风速；F由计算点逆风向量到对岸的距离，m；d水域的平均水深，m；B 风向与垂直于堤轴线的中心线的夹角，取为45 ； K 综合摩阻系数，取为3. 6X10小表2. 3风筵水面高度计算表(单位：m)断面 编号河底高程外包线水深水面宽风区长度风速e5+22521.6048. 5526. 95131185. 26360. 0015+06021.7048. 5526. 85120169.71360. 0014+96021.7048. 5626. 86127179.613

7、60. 0014+86022.2048. 5826. 38134189.50360. 0014+76022. 4048. 5926. 19133188.09360. 0014+66022.4048. 5926. 19116164. 05360. 0014+56022. 5048.6126. 11123173. 95360. 0014+46022. 5048. 6226. 12124175. 36360. 0014+36022. 5048. 6226. 12120169.71360. 0014+26022. 7048. 6225. 92120169.71360. 0014+16024.0048.

8、 6824. 68129182. 43360. 0014+06024.0048. 6824. 68130183. 85360. 0013+96023. 8348. 6924. 86130183. 85360. 0013平安加高堤防工程的平安加高值J是防工程的级别12345平安加高值(m)不允许越浪的堤防工程10.80. 70.60.5允许越浪的堤防工程0.50.40.40.30.3根据规范，本工程为2级且不允许越浪，平安加高值取为0.8。2. 4堤顶超高根据以上3项算出的值，根据y = A + e + 4得到每个断面的超高值，计 算过程如下表所示：表2. 4堤顶超高计算表（单位：m）断面编号R

9、eAY5+2250. 7500. 0010. 8001.5515+0600. 7210. 0010. 8001.5224+9600. 7400. 0010. 8001.5414+8600. 7580. 0010. 8001.5594+7600. 7550. 0010. 8001.5564+6600.7100. 0010. 8001.5114+5600. 7290. 0010. 8001.5304+4600. 7320. 0010. 8001.5334+3600. 7210. 0010. 8001.5224+2600. 7210. 0010. 8001.5224+1600. 7450. 0010

10、. 8001.5464+0600. 7470. 0010. 8001.5493+9600. 7470. 0010. 8001.5495堤顶iWj程设计高潮位为资料所给的外包线，那么堤顶高程可以确定，计算过程如下表所 示：表2. 5堤顶高程计算表（单位：m）断面编号外包线超高堤顶高程5+22548. 551.55150. 1015+06048. 551.52250. 0724+96048. 561.54150. 1014+86048. 581.55950. 1394+76048. 591.55650. 1464+66048. 591.51150. 1014+56048.611.53050. 14

11、04+46048. 621.53350. 1534+36048. 621.52250. 1424+26048. 621.52250. 1424+16048. 681.54650. 2264+06048. 681.54950. 2293+96048. 691.54950. 2393. 截面结构设计浆砌石堤防断面设计是堤防工程设计的主体，它一方面影响工程量、工程造 价和施工难度，另一方面也决定了工程的平安度和美观度。所以好的断面设计需 要综合考虑各方面的影响因素，尽量做到平安和经济的统一，满足各方的要求。断面的设计要求尽量使传至基础的应力分布均匀，并且能保证抗滑移和抗倾 覆稳定。其所受的荷载主要有

12、墙后土压力、水压力、扬压力和自重。根据堤防工程设计规范(GB50286-2013)要求，重力式堤坝顶宽不小于 0.5m,本工程因为局部断面堤身高度较高，大于10m假设宽度取的太小那么水位升 高后在水压力的作用下很容易产生抗滑不稳定以及抗倾不稳定，并且地基应力会 很不均匀地分布。故偏于平安地取堤顶宽度为2唳根据浆砌石坝设计规范SL25-2006，上游坝坡可采用1： 01:0.2,下游 坝坡可采用1:0.61:0.8。由于本工程为堤防，断面较小，坡度可取陡一些，故 取迎水面坡度为1:0.2,背水面坡度为1:0.6。由于地基持力层为软粘土层，为使应力更好地扩散,在堤身下设置砂土垫层。 材料为中砂，堤

13、防工程设计规范(GB50286-2013)要求砂土垫层厚度为0. 之间，考虑到本工程第三层土也为粘性土且承载力较小，应选择垫层厚度为 0. 7m.初拟堤身断面结构如以下图：O截面尺寸确定3.1. 堤身高度根据平面布置图上堤轴线的位置，根据等高线可以确定堤轴线的高程。由于 堤轴线不是堤底原地面的最低点，因此由堤轴线确定堤底高程的时候，应多开挖 一定的深度，保证最低点的杂填土可以完全挖除。根据原地面的坡度以及堤顶宽度，大致确定出堤底最低点的高程比堤轴线最 大低1m,故堤轴线处开挖2. 5口。堤身高度二堤顶高程一堤轴线高程一2. 5m+垫层厚度0. 7m堤底宽度由于堤身两边的坡度，堤身高度也知道，可

14、以确定出堤底的宽度。堤底宽度=堤顶宽度+堤身高度X （m.+m；）其中，叫为0. 2, m2,为0. 6垫层尺寸垫层厚度取为0.7m,角度为45 ,那么堤底向外延伸的也为0.7m。4. 4.回填土由于采用非粘性土，故堤后填土的角度不宜太陡，取为1:1. 5,回填到与原 地面线相平，填土高度可在各个断面的剖面图上画出。4. 5计算过程断面尺寸的计算如下表所示:表2.6断面尺寸计算（单位：m）断面 编号堤顶高程原地面高程实际高程堤高堤顶宽堤底宽填土高度5+2255+06050. 07241.3039. 5010. 57210. 464. 504+96050. 10140. 6038. 8011.3

15、0211.045. 204+86050. 13944. 7042. 907. 2427. 794. 104+76050. 14643. 0041.208. 9529. 164. 804+66050. 10141.9040. 1010. 00210. 003. 904+56050. 14041.0039. 2010. 94210. 755. 604+46050. 15337. 4035. 6014.55213. 645. 904+36050. 14239. 9038. 1012. 04211.634. 904+26050. 14245. 7543. 956. 1926. 952. 054+160

16、50. 22644. 3042. 507. 7328. 182. 504+06050. 22943. 8042. 008. 2328. 585. 003+96050. 23944. 7042. 907. 3427. 873. 10第二节堤防稳定验算1 .荷载计算根据规范规定，应该计算的基本荷载包括静水压力、坝体自重、扬压力、泥 沙压力、浪压力或冰压力（二者取其中大者）。在本工程中，由于波浪压力经计算后，数值很小，即忽略不计；由于大多数 时间堤身没有与泥沙接触，故泥沙压力也不计；由于地处南方，不计冰压力。因此，本次要计算的荷载包括静水压力、坝体自重、扬压力以及堤身后回填 土的主动土压力。荷载分布

17、如以下图所示：说明：力的单位统一为kN,弯矩的单位统一为kNm。方向取铅直向下为正, 指向河流轴线为正。1.1 自重力作用的计算为计算简单起见，将堤身分解为两个三角形和一个矩形。自重力的计算包括堤身的自重产生的竖直应力W以及对底面形心轴产生的弯矩M,还要计算垫层的自重力。计算过程如下表所示:表2. 7 自重作用断面编号堤体自重垫层自重弯矩1弯矩2弯矩3总弯矩5+2255+0601448.75124. 97939. 13983.57-737. 681185. 024+9601621.06131.491127. 631123. 82-842. 871408.584+860779. 6395. 10

18、337. 82461. 13-345. 84453. 104+7601097. 95110.40596. 14704.31-528.24772.224+6601320.26119. 85806. 93880.21-660.161026. 984+5601534.62128. 261031.491053. 25-789.941294.814+4602504. 03160. 632274. 081863.71-1397. 782740. 004+3601805. 96138.141343. 501276. 11-957. 081662. 534+260609. 8685. 72223.64337.

19、41-253. 06307. 994+160865.2199. 46401.87525. 27-393. 95533. 184+060957. 89103. 97475. 82595. 84-446. 88624. 773+960796.8195. 99350. 33473. 92-355. 44468.81静水压力作用的计算静水压力的深度为外包线减去堤底高程。将静水压力分解为水平和竖直两个方向，分别计算两个方向的力的数值以及 对地面形心的弯矩。P =y -H两个计算简图都分别为三角形，作用点在三角形的1/3处。计算成果如下表：表2. 8静水压力作用断面编号水深水平水压力水平弯矩铅直水压力铅直

20、弯矩总弯矩5+2255+0609. 75466. 28-1515. 4293. 26427.01-1088.414+96010. 46536. 66-1871. 17107. 33517.66-1353.514+8606. 38199.66-424. 6039. 93138.57-286. 034+7608. 09321.02-865. 6964. 20259. 33-606. 364+6609. 19414.26-1269.0182. 85363. 54-905. 474+56010. 11501.35-1689. 55100. 27471.48-1218. 074+46013. 72923

21、.31-4222.60184.661090. 70-3131.904+36011.22617.48-2309.38123. 50625. 98-1683. 404+2605. 37141.44-253. 1928. 2988. 23-164. 964+1606. 88232.18-532. 4646. 44168. 64-363. 824+0607. 38267. 15-657. 1853. 43203. 00-454. 183+9606. 49206. 60-446. 9441.32144.73-302.211.2 扬压力作用的计算由于堤底没有帷幕灌浆以及向背水面的排水措施，折减系数为1。扬

22、压力的计算简图为三角形，堤后无水，数值为0,堤前数值与水压力的相 同，总作用力为三角形的面积，作用点在1/3处。计算成果如下表：表2. 9扬压力作用第四章其他布置说明33断面编号底面宽水深扬压力扬压力弯矩5+2255+06010. 469. 75-500. 13-871. 704+96011.0410. 46-566. 45-1042.334+8607. 796. 38-243.81-316. 594+7609. 168. 09-363. 36-554. 554+66010. 009. 19-450.81-751.434+56010. 7510. 11-533. 19-955. 504+460

23、13. 6413. 72-918. 08-2087.444+36011.6311.22-640. 25-1241.414+2606. 955. 37-183. 16-212. 274+1608. 186. 88-276. 07-376.414+0608. 587. 38-310.69-444. 433+9607. 876. 49-250. 56-328. 68第一节观测设施33第二节交通与通信设施34第三节防汛抢险设施35第四节生产管理与生活设施35第五节穿堤建筑物、构筑物35第六节跨堤建筑物构筑物37第一章概述第一节流域概述本次设计的堤段位于郁江一级支流鲤鱼江左岸。郁江发源于云南省文山州广

24、南县境内的杨梅山。郁江流域总面积90656km?,在贵港水文（四）站以上集雨面 积89235km2。郁江干流河段区间河长427km,平均坡降约0. 10%,河面宽度约为 400m。鲤鱼江为郁江一级支流，流域总面积1221km河长83.96km,平均坡降 约1.54%,其出口位于贵港市城区西江大桥上游约200nl处，鲤鱼江自西向东经 过堤防区。第二节工程任务本次设计堤段为鲤鱼江左堤中段3+9605+225堤段（起点0+000为西环路鲤 鱼江大桥），是贵港城区防洪体系的重要组成局部，据批准的贵港市城区防洪 排涝规划报告和广西壮族自治区西江流域重点防洪工程工程建议书，鲤鱼 江两岸堤防与郁江北堤和城东

25、、西内堤一道构成贵港市城北区防洪体系。防护区 面积70.66km:防护区内有市委、市政府等行政事业单位，贵港高中等中、小学 校、钢铁厂、大米厂等大中型企业及贵港市大局部居民共20万人，保护国内生 产总值41亿元。本次设计的鲤鱼江中下段（3+9605+225）,长度1. 2km,类似于天然的较大 的河沟，没有明显的堤防，两岸为大片的台地，地势平坦，左岸为贵港市城区， 右岸为大片的种植农作物的旱地。城区地面高程较低，主要街道高程大多在441.4 土压力作用的计算堤身后回填土压力为主动土压力，计算公式为：E(l=yxh2xK(l式中：Ea土主动力(kN)Y土容重(kN/m3)；本工程中取为18K,主

26、动土压力系数，按照水工挡土墙设计规范SL379-2007附录A计算：K =cos2(。- )“ c. - os2(ijl + jsin(i)sin( j) 。一一土的内摩擦角，取为30挡土墙墙反面与铅直面的夹角。本工程中为31。B挡土墙墙后填土对墙壁的摩擦角，5 = (00.33) 0,本工程中取为9。P填土外表与水平面的夹角。本工程中为0。经过计算后，得到K“=0.62。由计算简图可知，主动土压力与水平面的夹角为 + 5 = 40为便于计算应力及弯矩，将士压力分解为水平和竖直两个方向，分别计算 力的数值和弯矩的数值。计算成果如下表：表2. 10 土压力作用断面编号填土高度Ka主动土压 力水平

27、土压 力水平弯矩铅直土压 力铅直弯矩总弯矩5+2255+0604. 500. 62113. 00-86. 56129. 8472. 63-314.41-241.784+9605. 200. 62150.88-115. 58200. 3496. 99-434. 53-337. 544+8604. 100. 6293. 80-71.8598. 2060. 29-185. 43-125. 144+7604. 800. 62128.56-98. 49157. 5882. 64-299. 03-216. 394+6603. 900. 6284. 87-65. 0284. 5254. 55-230. 25

28、-175. 694+5605. 600. 62174.99-134. 05250. 23112.48-478. 72-366. 244+4605. 900. 62194. 24-148. 80292. 63124.85-704. 32-579. 474+3604. 900. 62133. 98-102. 63167. 6386. 12-416. 54-330. 424+2602. 050. 6223. 45-17. 9612. 2815. 07-46. 23-31. 154+1602. 500. 6234. 88-26. 7222. 2622. 42-80. 49-58.074+0605. 0

29、00. 62139.50-106. 86178. 1189. 67-295.14-205. 473+9603. 100. 6253. 62-41.0842. 4534. 47-114.28-79.812.地基应力的计算持力层承载力验算本工程的持力层为第二层粘土层，粘性土层：fak=240KPa, Es=8MPa0因 荷载为偏心，现修正持力层的承载力：根据基础工程教材，要根据底宽及埋深确定修正的承载力：力= 1.2加 + y 3-0.5)其中，d值为平均埋深。本工程取为1.5m, 丫取为18,那么修正后的地基承 载力为f(l = 1.2 fak + y(d - 0.5) = 1.2x240 +

30、18x(1.5-0.5) = 306 kPa持力层承载力验算要验算的有：基底平均应力与地基承载力比拟，基底最大应力与地基承载力的比拟，基底是否出现拉应力，基底最大最小应力的比值。考虑到水深较大，水压力及扬压力数值较大，分成两种情况计算。一种是施 工期，堤前无水的情况，一种是洪水期，堤前水位为设计洪水位的情况。将以上各种计算的荷载分别累加，得到总的力及弯矩。计算成果如下表：表2. 11力与弯矩汇总断面编号重力重力弯矩铅直水压 力水压力弯 矩扬压力扬压力弯 矩铅直土压 力土压力弯 矩5+2255+0601573. 711185. 0293. 26-1088.41-500. 13-871. 7072

31、.63-241.784+9601752. 551408. 58107. 33-1353.51-566. 45-1042.3396. 99-337. 544+860874. 73453. 1039. 93-286. 03-243.81-316. 5960. 29-125. 144+7601208. 35772.2264. 20-606. 36-363. 36-554. 5582.64-216. 394+6601440. 111026. 9882. 85-905. 47-450.81-751.4354.55-175. 694+5601662. 881294.81100. 27-1218. 07-5

32、33. 19-955. 50112. 48-366. 244+4602664. 672740. 00184. 66-3131.90-918. 08-2087.44124. 85-579. 474+3601944. 101662. 53123. 50-1683.40-640. 25-1241.4186. 12-330. 424+260695. 59307. 9928. 29-164.96-183. 16-212. 2715. 07-31. 154+160964. 68533. 1846. 44-363. 82-276. 07-376.4122. 42-58. 074+0601061.86624.

33、7753. 43-454. 18-310.69-444. 4389. 67-205. 473+960892. 80468. 8141.32-302.21-250.56-328. 6834.47-79.81表2. 12合力与总弯矩断面编号铅直合力（无 水）总弯矩 （无 水）铅直合力（有 水）总弯矩（有 水）5+2255+0601646. 35943. 241239. 48-1016. 864+9601849. 541071.041390. 42-1324.794+860935. 03327. 96731.15-274. 674+7601290. 99555. 83991.83-605. 084+

34、6601494.67851.291126. 71-805.614+5601775. 36928. 561342. 44-1245.014+4602789. 522160. 532056. 10-3058. 814+3602030. 221332. 101513. 47-1592.714+260710. 66276. 84555. 79-100. 394+160987. 09475. 11757. 46-265. 114+0601151.53419.31894. 27-479.313+960927. 27389. 00718. 04-241.89计算基地应力事，按偏心受压计算。采用公式士史普B

35、B2先算施工期间基底应力，此时堤前没有水，计算式不计静水压力和扬压力。再算正常使用状态下的基底，此时堤前水位按设计洪水位计算。计算过程如下表所示。表2. 13基底应力计算成果（无水）断面编号最大应力最小应力平均应力最大最小比值5+2255+060209.18105. 68157.431.984+960220.24114. 80167. 521.924+860152.4387. 60120.011.744+760180.76101.21140. 981.794+660200. 5298. 38149. 452. 044+560213.31116. 93165. 121.824+460274.13

36、134. 82204. 482. 034+360233. 57115.46174.512. 024+260136.5567. 85102. 202.014+160163. 2678. 07120. 662. 094+060168.32100.01134.171.683+960155. 4980. 14117.811.94表2. 14基底应力计算成果（有水）断面编号最大应力最小应力平均应力最大最小比值5+2255+060174.3162. 73118. 522. 784+960191. 1560. 73125. 943. 154+860120. 9966. 6993. 841.814+76015

37、1.6165. 02108.312. 334+660160. 9964. 33112. 662. 504+560189. 4760. 24124. 853. 154+460249. 3352. 10150. 724. 794+360200. 7059. 49130. 093. 374+26092. 3867. 4779. 931.374+160116. 3668. 8292. 591.694+060143. 2365. 15104. 192. 203+960114.6567. 8091.231.69数据分析：最大应力发生在迎水面的堤脚，最小应力发生在背水面的堤脚。（1）平均应力：有水及无水情况

38、下的平均应力最大值为204. 48kPa,没有 超过地基承载力240kpa,地基承载力足够。（2）最大应力：有水及无水情况下的最大应力最大值为274. 13kPa,且只 有两个断面最大应力值在240kpa以上。偏心荷载下地基承载力修正 值在300kpa以上，大局部断面的最大应力值在200kpa左右，因此满 足平安需要。（3）最小应力：最小应力没有出现负值，即基底没有出现拉应力，符合要 求。（4）最大最小应力比值：无水情况下，最大最小应力比值最大为2. 03, 且大局部数值在2以下，小于最大允许比值3,因此平安。有水情况 下，最大最小应力比值最大值为4. 79,且在3以上的有4个点，这 三个点比

39、值太大，较危险。因此在这三个点采取工程措施，在最小应 力点，即背水面的堤脚打抗拔桩，防止堤身发生严重倾斜，影响平安 与使用。其他点数值均较小，可以认为平安。2. 2软弱下卧层承载力验算根据地基勘察报告，持力层下的土层，即第三层土为软粘土，承载力较小, 为180kpa,为软弱下卧层，因此有必要验算此层的承载力。根据资料：“ 粘土层，分布于整个场区，其埋深浅，一般不大于1米，局部埋深稍 大，达3. 5米，该层属坚硬-硬塑状态，压缩性中等，土质较均匀，土的隔水性 良好，承载力较高，fak=240kPa,可作为堤基的天然持力层。 粘土层，主要分布在岩土接触部位或作为溶洞充填物出现，顶面埋深一 般在10

40、米以下，个别部位较浅，为5. 2米，可塑状态，压缩性中等，土质较均 匀，承载力一般，fak=180kPao 初步拟定第二层土层的厚度为9nb厚度较大，由于土的传力有扩散角的影 响，且基底垫层亦有扩散的功能，在上述验算的时候并未计入垫层扩散的影响。因此，可以基本确定第三层顶的应力值比上述计算出的应力值小很多。并且 由于上述计算应力的结果大局部断面的应力已经小于180Kpa 了，基本可以确定 第三层的承载力，满足要求。假设要精确计算，可以采用扩散角的方法，解析法以及图解法就可较为精确地 计算出软弱下卧层的应力分布情况，在此不再赘述。3.稳定验算抗滑稳定验算基本公式：/Zw + cA由于堤身与地基的连接面并不可靠，因此偏于平安的用下卧层粘土的抗剪公 式计算基底抗滑，取T = c + otan(p,其中，c取为20