麦积镇滩子头堤防.docx
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麦积镇滩子头堤防
天水市麦积区
麦积镇滩子头至杨家坪段堤防工程
初步设计
批准：
审定：
审查：
校核：
霍会英
工程设计：
杜琦邹博
概算：
邹博
天水市麦积区水务局勘测设计队
二O一五年三月
天水市麦积区
麦积镇滩子头至杨家坪段堤防工程
初步设计
1概况
1.1项目概况
天水市麦积区麦积镇滩子村，地处麦积区东南部、麦积镇北部，东柯河上游，天宝高速公路穿村而过，全村共5个村民小组，189户816人，耕地面积2680亩。
2014年全村农民人均纯收入3100元。
1.2兴建缘由
近年来，天水市麦积区普降暴雨，洪涝灾害频发，特别是2013年6.19特大暴雨，多处堤防等水利设施遭到不同程度的水毁，河道严重淤积，项目区所在的滩子头至杨家坪段，由于原有土砂堤时断时续，年久失修，抵御洪灾能力严重不足，又经多次暴雨持续冲刷，对沿岸村庄造成严重威胁。
为从根本上消除安全隐患，提高滩子头至杨家坪段整体防洪抗洪能力，切实保障人民群众生命财产与农田及村级主干道的防洪度汛安全，经麦积区水务局专业技术人员实地勘测论证后，决定对麦积镇滩子头至杨家坪段进行治理，本次设计初步拟定：
在滩子头至杨家坪段新修河堤2105m，其中左岸720m、右岸1385m。
1.3工程特性表
工程特性表
一
水文气象
单位
数量
备注
1
多年平均降雨量
mm
650
2
多年平均蒸发量
mm
1420.2
3
多年平均气温
0C
10.7
4
极端最低气温
0C
-12.2
5
极端最高气温
0C
38.2
6
最大冻土深度
cm
61
7
多年平均风速
m/s
1.3
二
工程设计
1
控制流域面积
km2
24.3
2
主河槽长度
km
26.85
3
河床糙率
n
0.075
4
河床比降
i
0.0325
5
河床宽
m
15
7
造床流量
m3/s
9.18
8
设计洪峰流量
m3/s
9.18
三
工程建设内容
1
新修河堤
m
2105
其中，左岸边720m，右岸1385m。
2
施工导流
M3
900
3
开挖排水沟
M3
1800
4
施工工料棚
M2
10
四
工程总投资
万元
192.91
1
建筑工程
万元
170.99
2
临时工程
万元
1.28
3
其他费用
万元
11.46
4
预备费
万元
9.19
2水文资料
2.1自然地理概况
麦积镇滩子头至杨家坪段海拔介于1305-1613m,位于东柯河流域上游，属黄土梁峁沟壑区，流域内沟壑纵横、地形破碎、水土流失严重。
流域面积177.25km2,主沟道全长26.85km，治理段以上流域面积为24.3km2，其中治理段长2046m，为南北走向，多年平均径流量为96.21万m3,属少泥沙型渭河一级支流。
2.2气象
治理河段属温带半干旱、半湿润气候，冬季雨雪少且寒冷时间长，春季升温快，冷暖变化大，夏季气温较高，降水集中，秋季降温较快。
多年平均降雨量650mm，降雨年内分配不均匀，每年6—9月的降水量占全年降水量的65%-69%，4—9月的降水量占全年降水量的80%。
年际变化较大，丰水年降水量约为枯水年的1.5倍，年极端降水量之差300-450㎜，比值约为2倍。
年平均气温10.7℃，年平均日照时数2097，年蒸发量1420.2㎜，无霜期185天,平均风速1.3m/S,最大冻土深61㎝。
2.3.年径流
该治理区域径流由降水补给且年内分配极不均匀，多年平均径流量为96.21万m3,主要集中在6—9月，1、2月径流量最小，径流的年际变化较大，变差系数为0.48—0.56。
洪水特征：
谢家沟洪水由暴雨形成，多发生在6—9月，洪峰流量相对较大，历时短，流速大，水流急，破坏力极强等。
项目区所在的河道，由于堤防设施不完善加之近几年降雨较多，已多次发生险情：
比如2013年6.19洪水，冲毁农田多亩，进村道路及各类基础工程多处。
2.4河道地质调查
麦积镇滩子头至杨家坪段治理段经实地调查，含水层厚度为4—10m，沟道多为泥沙、碎石。
河床比降为0.0325，河床糙率为0.075。
3工程地质与建筑材料
3.1地质条件
工程设防段主要以第四系全新统（Q4）地层，以砂卵石为主，厚度在14m右右，据钻孔资料，砂砾层厚约10-13m，砂卵砾石层主要以灰白色石英岩、板岩为主，磨园度较好。
工程设防区含水层厚度约4—10m，地下水水力坡度为0.18%，水质为HCO3--Ca2+·mg2+型水，对砼无侵蚀性，地下水属河床潜水。
经挖探取样分析，该段平均粒径6mm。
3.2建筑材料
麦积镇滩子头至杨家坪段治理段砂石料经测定，砾卵石占16%，砂料占53%，泥土占31%，开采率在10%—25%之间，河道沙石材料严重风化无开采利用价值,工程所需砂石料可从渭河流域砂场购买拉运。
4防洪治理段现状及工程总体布置
4.1防洪治理段现状
麦积镇滩子头至杨家坪段治理段位于东柯河上游一级阶地。
由于此处堤防设施不完善，每遇暴雨，洪水泛滥，对滩子头至杨家坪段群众农田及村级主干道的防洪度汛安全构成严重威胁，2015年3月，经麦积区水利局专业技术人员实地勘测，决定对滩子头至杨家坪段进行治理，新修堤防2105米，其中左岸新修河堤720m，右岸新修河堤1385m。
工程治理段上游流域面积24.3km2，上游因洪水冲刷形成多处弯道，下游河道较为顺直。
平均坡降0.0325，有逐年侵蚀的趋势，测得河床宽度为5-10米。
4.2治导线布置
麦积镇滩子头至杨家坪段，堤首以园包头的形式与新建河堤相接，堤尾延伸至谢家沟下游水泥战备路接口处，分左右两岸治理，治理段全长2105m，右岸1385m，左岸720m，按河流主方向布置。
4.3工程任务
依据天水市村镇防洪规划，结合工程区河段特点、水势变化规律、治理现状，在充分研究当地区域发展战略的前提下，依照防洪法和防洪标准，采取堤防与河道治理相结合、堤防与村镇建设经济开发相结合的原则，确定本工程的主要任务为：
（1）新建堤防工程2105m，确保麦积镇滩子头至杨家坪816人的生命财产及防洪度汛安全；
（2）采取堤防与河道治理相结合，防洪排洪相结合的原则，控制主流摆动，稳定河势，完善防洪体系，提高防洪能力，为沿堤道路、农田提供安全保障。
（3）治理段弯道需适当加高，过水路面段需对左右两岸进行防护。
4.4工程规模
麦积镇滩子头至杨家坪段堤防治理工程，共涉及麦积镇滩子村816人的生命财产及防洪度汛安全问题。
现初步拟定本工程规模为：
（1）工程规模：
新修堤防工程2105m；
（2）设防标准：
依据《堤防设计规范》（GB50286-2013），结合当地实际，确定堤防工程级别为5级。
设防标准为10年一遇洪水。
（3）地震基本参数：
根据《中国地震动参数区划图》（GB18306—2001），本区地震动峰值加速度为0.3g，相应地震基本烈度为Ⅷ度。
5工程规划与设计
5.1标准及级别
根据《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）规定，以及当地的实际情况，设防标准为10年一遇洪水设计，其相应堤防级别为5级。
5.2工程设计
5.2.1河宽确定
依据《堤防工程设计规范》（GB50286—2013）中规定，河道稳定河宽，通常有阿尔图宁公式、水流阻力公式、水流连续方程及河相关系式联立求解计算。
现分别计算如下：
⑴采用阿尔图宁公式计算：
式中:
B—河槽稳定宽度；
Q—造床流量（m3/s），Q=9.18m3/s；
J—河床比降；J=0.0325；
A—稳定河宽系数，取1.0~1.7；
经计算，河槽稳定宽度B为6m~10m。
⑵采用水流阻力公式计算：
式中:
B—河槽稳定宽度（m）；
Q—造床流量，Q10%=9.18m3/s；
n—河床糙率，取n=0.075；
ξ—断面河相系数；
计算结果B=9.85m
通过上述两种方法进行稳定河宽计算，其结果相近，本次设计选定稳定河宽为10m。
5.2.2设计河段洪峰流量的确定
1）等值线法
⑴流域面积计算
从1992年8月出版的《北道区地形图》（比例为1：
10万）上利用透明方格网法求得各治理段控制流域面积为：
滩子头至杨家坪段河堤治理段以上控制流域面积为24.3Km2。
⑵洪峰流量计算
1）由等值线图计算设计洪水
①从《天水地区水文图集》中查得，东柯河流域面积通过2.0，3.0两条等值线，用加权法求得均值模数为
q=2.07m3/s·Km2。
②从洪峰均值Cv图上查得谢家沟流域Cv=1.20，流域面积小于5000Km2，n取
2/3，适配Cs=2.0Cv。
③从开里斯基—门开里曲线查得P=2%时流量模数KPs值为4.62,P=5%时流量模数KPs值为3.41,P=10%时流量模数KPs值为0.93。
则Q10%=Kpx×Q=Kp.q.Fn
=0.93×2.07×10.30.67
=9.18m3/s。
经计算，麦积镇堤防设计洪峰流量Q10%=9.18（m3/s）。
2）推理公式法
查原天水县水资源调查及水利区划报告知：
工程区流域面积F=10.3Km2，用推理公式法进行洪水计算可用下式:
SP
QP=0.278фFτφn
式中：
QP——设计洪峰流量（m3/s）；
SP——设计雨力（㎜/h）；
τ——汇流历时（h）；
n——暴雨递减指数；
φ——径流系数，φ＝0.55～0.6；
F——汇水面积（Km2），F＝24.3㎞2。
经计算，QP=8.95（m3/S）
设计洪峰流量计算表表5-1
沟名
F
（㎞2）
CV
CS/CV
方法
P%QP（m3/s）
计算
采用
10
张家沟
24.3
0.95
0.95
3.0
等值线法
9.18
张家沟
24.3
0.95
0.95
3.0
推理公式法
9.18
张家沟
24.3
0.95
0.95
3.0
设计采用值
9.18
5.2.4设计洪水水面曲线计算
此河段水流为恒定非均匀流，因此洪水水面线计算可采用伯努力方程式，公式如下：
基本资料：
设计洪峰流量：
Q10%=9.183/s；
河床糙率：
n=0.075
采用应用程序计算，各断面河床水面线设计洪水水面线计算结果如表5—2。
各断面水位经适配线调坡后高程见纵断面设计图。
麦积镇滩子至杨家坪段堤防工程设计洪水水面线（P10%）计算表
（QP10%=15.3m3/s,n=0.075，i=0.0325）表5-2
断面
护堤桩号
设计洪水位
Z（m）
过水
面积
ω（m2）
湿周
X（m）
平均流速
V（m/s）
水力半径
R（m）
谢才系数
c
流量模数
K
Ⅰ—Ⅰ
0+000
1399.2
9.29
12.59
1.97
0.74
12.67
101.11
Ⅱ—Ⅱ
0+100
1395.67
9.29
12.59
1.97
0.74
12.67
101.11
Ⅲ—Ⅲ
0+000
1346.27
10.15
14.85
1.80
0.68
12.51
104.98
Ⅳ—Ⅳ
0+200
1342.76
10.15
15.36
1.8
0.66
12.44
102.64
Ⅴ—Ⅴ
0+300
1339.6
10.23
15.74
1.79
0.65
12.41
102.35
Ⅵ—Ⅵ
0+350
1338.03
10.49
16.67
1.74
0.63
12.34
102.69
Ⅶ—Ⅶ
0+450
1334.86
10.77
17.98
1.70
0.60
12.24
102.03
Ⅷ—Ⅷ
0+050
1319.02
10.70
17.99
1.68
0.58
12.22
102.01
Ⅸ—Ⅸ
0+100
1317.76
10.77
17.98
1.70
0.60
12.24
102.03
5.2.5堤顶高程的确定：
（1）堤顶超高由下式计算确定：
Y=R+e+A
其中：
Y—堤顶超高（m）；
R—设计波浪爬高（m）；
e—设计风壅水面高（m）；
A—设计风壅水面高（m）；
①确定风浪爬高：
风浪爬高根据《堤防工程设计规范》GB50286—98提供波浪爬高计算公式进行计算：
当m＜1.5时，可按下式计算：
h爬=3.2×K×h波×tgθ
h波=0.0208V5/4×B1/3
当m=1.5～5.0时，可按下式计算：
计算确定：
式中：
RP—累积频率下的波浪爬高（m）；
K△—斜坡的糙率及渗透性系数，根据护面类型查规范中表C·3·1—1，混凝土护面K△=0.75～0.80
KV—经验系数，可根据历年汛期最大平均风速V（m/s）（此处历年汛期最大平均风速为12m/s，按规范乘以1.5系数，则最大风速为18m/s），堤前水深d（m）为1.5m，重力加速度g（m/s2）组成的无维量
=2.03，可查规范中表C·3·1—2确定KV=1.08；
KP—爬高累积频率换算系数，可按规范中表C·3·1—2确定，本次设计不允许越浪，则KP=2.07；
m—斜坡坡率；混凝土护坡m=1；
—堤前波浪的平均波高，可用公式
式中：
V—计算风速18m/s;
—平均波周期（s）;
g—重力加速度（9.81m/s2）;
经计算得：
=0.18（m）
L—堤前波浪的波长（m），查规范表C·1·3—2中查得L=2.14；
经计算R爬=0.95m。
②风壅水面高度e：
风壅水面高度可按规范GB50286—98中规定公式计算：
式中：
e—计算点的风壅水面高度（m）；
K—综合摩阻系数，可取K=3.6×10-6；
V—设计风速，按计算波浪的风速确定，V=18m/s；
F—由计算点逆风向量到对岸的距离（m），谢家沟洪峰多由夏秋季形成，夏秋季季风多为东南风,F=300m；
d—水域的平均水深，d=1.0m；
β—风向与垂直于堤轴线的法线夹角（度）,β=45°；
③安全加高A：
安全加高根据《堤防工程设计规范》和《防洪标准》规定，该段堤防为5级，安全加高值A为0.5m。
④堤顶超高Y：
Y=R+e+A=0.65+0.012+0.5=1.46m
（2）确定堤顶高程及比降:
将以上各参数值带入即得:
堤顶高程=堤顶超高Y+设计水面高程Z水面
=Z水面+1.46
根据各断面堤顶高程及治理后河床发育演变规律,利用外包线概化求得治理段相应桩号堤顶高程（堤顶高程详见表5-3）。
水位线及堤顶高程计算表表5-3
断面桩号
设计水位线高程
设计堤顶高程
0+000
1399.2
1400.70
0+100
1395.67
1397.17
0+000
1349.06
1350.56
0+200
1342.76
1344.26
0+300
1339.6
1341.1
0+350
1338.03
1339.53
0+450
1334.86
1336.36
0+050
1319.02
1320.52
0+150
1316.5
1318.00
5.2.6河道冲刷深度计算及河堤高度确定：
（1）护堤冲刷深度计算
该段护堤较为直顺，冲刷计算根据《堤防工程设计规范》（GB50286—98）中规定，水流平行于岸坡产生的冲刷公式计算，公式如下：
式中：
hB—局部冲刷深度（m），从水面起算；
hP—冲刷处的水深（m）,以近似设计水位最大深度代替；
VCP—各断面平均流速（m/s）
V允—河床面上允许不冲流速（m/s）；根据地质选择级配；2—20mm占30%，V允=1.3m/s；2mm以下占70%，V允=0.75m/s；此段河床允许不冲流速V允=0.75m/s；
n—与防护岸坡在平面上的形状有关，一般取n=1/4。
设计洪水（P10%）各断面冲刷深度计算表表5-4
位置
断面
护堤桩号
左岸（右岸）
冲刷处的最大水深
平均流速
设计水面至河床冲刷处刷深度
河床冲刷深度
（m）
深泓线以下
埋置深度
hp（m）
Vcp（m/s）
hB（m）
（m）
（m）
Ⅰ—Ⅰ
0+000
2.03
1.97
0.84
0.96
0.91
Ⅱ—Ⅱ
0+200
1.92
1.97
0.84
1.06
0.90
Ⅲ—Ⅲ
0+050
1.96
1.80
0.75
1.52
0.89
Ⅳ—Ⅳ
0+100
2.06
1.80
0.70
0.92
0.86
Ⅴ—Ⅴ
0+150
2.09
1.79
0.67
0.90
0.92
（2）弯曲段局部冲刷深度:
上、下游项目区治理段均设置弯道段，水流的横比降及局部堤线存在一定夹角，形成局部斜冲水流局部冲刷。
因此采用斜冲水流计算局部冲刷:
23tg&/2Vj2
△hp=×-30d
1＋m2g
其中：
&—水流线与堤线的平面角;
Vj—水流的局部冲刷流速;
d河床颗粒粒径，取5mm;
m防护建筑物迎水面边坡系数取为1。
其中水流的局部冲刷流速Vj计算:
Q12η
Vj=×
B1×H11＋η
B1—河滩宽度,从河槽边缘至坡脚距离（m）;
Q1—通过河滩部分的设计流量（m3/s）;
H1河滩水度（m）;
η水流流速分配不均匀系数;根据&角确定如下表
水流流速分配不均匀系数&-η表表5-5
&
≤14°
20°
30°
40°
50°
60°
70°
80°
90°
η
1
1.25
1.5
1.75
2.00
2.25
2.50
2.75
3.00
则滩子至杨家坪治理段局部冲刷深度计算如下表:
治理段局部冲刷深度的计算表5-6
断面桩号
&
Vj
△hp
0+200
12°18′′54″
1.97
3.02
（3）弯道段水力要素计算:
弯道段水力要素计算表表5-7
弯道段
桩号
偏转角
（α）
半径
（R）
切线长
（T）
曲线长
（L）
外矢距
（E）
切曲差（D）
Ⅰ
0+000-0+300
48°30′54″
165
74.33
139.67
14.97
8.98
⑷河堤基础埋置高程计算：
Z基=Z水面－△hp－&
其中:
Z水面—断面处水面高
△hp—一般冲刷深度。
&—安全加深，直线段&=0.5，弯道段&=0.7。
本次设计按直线段&=0.5计算各断面基础高程，然后点绘，再用外包线法，并考虑大致与堤顶线平行，确定基础埋置高程及纵比降，经校核，弯道段堤高满足工程要求，故不再另行计算。
具体详见下表：
基础埋置高程计算表表5-8
断面桩号
Z堤顶
△hp
&
Z基
0+000
1400.70
2.8
0.5
1396.70
0+100
1397.17
3.5
0.5
1393.17
0+000
1350.56
3.5
0.5
1346.56
0+200
1344.26
3.5
0.5
1340.26
0+300
1341.1
3.5
0.5
1337.1
0+350
1339.53
3.5
0.5
1335.53
0+450
1336.36
3.5
0.5
1332.36
0+050
1320.52
3.5
0.5
1316.52
0+150
1318.00
3.5
0.5
1314.00
⑸防洪河堤高度的确定：
河堤高度H=Z顶－Z基
经计算,本工程堤身高度为4.0m。
5.3河堤护坡断面结构尺寸
本次堤防设计采用M10砂浆砌石基础，M10砂浆砌石护坡型式，设计堤高4.0m,顶宽3m，迎水面边坡坡比1∶1背水面为村内道路。
堤身背面夯填砂砾石。
M10砂浆砌石护坡顶宽为0.4m，底宽为0.48m，基础设1.0×0.8m的M10砂浆砌石放大脚，堤顶设置0.3×0.2m的M10砂浆砌石压顶，开挖线预留1.0m，开挖边坡为1：
1。
详见堤身结构断面图。
5.4临时工程
该工程临时工程有：
开挖导流槽900m3，开挖排水沟1800m3，修施工工料棚10㎡。
6工程管理
6.1管理机构的设置
本工程为社会公益性项目，工程建成后，按照工程管理范围和保护范围，由麦积区水务局河道管理所和麦积镇滩子村共同管理。
滩子村选配工程看护管理人员。
6.2工程管理办法
按《水法》、《防洪法》和《河道管理条例》制定工程管理办法。
（1）在工程保护范围内禁止任何单位及个人取土石和开荒种地等破坏植被的不法行为。
（2）在工程管理范围内的工程和设施必须严加保护，任何单位和个人不得侵占，破坏和偷盗。
（3）工程管理机构受防汛指挥部门指挥做好防汛工作。
6.3工程管理范围和保护范围
6.3.1工程管理范围
工程管理范围，包括工程及其设施的建筑场地和管理用地。
（1）主体工程包括：
基础、堤身、堤帽等。
（2）附属工程设施包括：
交通、通信设施、测量控制点、里程桩、水准尺及其他维护管理设施等。
（4）护堤地：
护堤地纵向布置与堤防走向一致，并从堤线两端向外延伸到堤端20-30m，横向宽度，应从堤防内向外坡脚线开始起算，按5m计。
6.3.2工程保护范围
堤防工程保护范围按规范要求横向宽度在背水侧，从护堤地边界线以外算起，按宽度20m划定为工程保护范围，临水侧的保护范围按国务院颁发的《河道管理条例》有关规定执行。
6.4交通、通讯、观测及其他管护设施
6.4.1交通设施
工程设防段对外对内交通方便，本次堤防设计考虑交通要求，设计为堤路结合，堤顶宽度设计为3m，以满足交通和通讯要求。
6.4.2通讯设施
该工程区具通信设施完好。
6.4.3防汛预报及工程观测
为了监测、了解堤防及其它工程运行和安全状况，为防洪抢险服务，需对近岸河床的冲淤变化进行观测。
做好记录档案工作，为工程管理、防洪抢险决策等提供科学依据。
6.4.4生物工程及其它维护管理设施
工程管理中应重视水土保持，水土保持对防治洪水灾害具有很大的作用，生物措施可结合堤防工程进行两岸绿化，增加植被，加强生态建设，美化环境。
主要设置护堤林带，护堤草坡等项目。
护堤林带栽种在堤防背水侧护堤地范围内，护堤草坡用于背水坡，种植根系发育，生命力强，耐旱、耐碱的草种。
7施工组织设计
7.1施工条件
麦积镇谢家沟庙沟至花羊段堤防治理工程，工程区地势开阔，易于进行施工临建布置，交通比较便利。
本工程生产用水、工程用水可用河道流水，施工用电从附近的10K
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