纳潮闸的初步设计报告.docx
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纳潮闸的初步设计报告
第一章综合说明
一.1概述
***滨海公路是***“五点一线”开发战略中的“一线”，是我省开发海上辽宁的重要举措，它西起葫芦岛老龙口，东至丹东鸭绿江口，全长1400余km，主要连接沿海城市的重要乡镇、港口、生产集散地、旅游景区和开发区，滨海公路考虑区间性、连续性、旅游性及开发性的功能需求，分段设计、分段施工。
本次设计项目位于***市谢屯镇，共2段，一段起点位于***盐场八分厂纳潮库外坝上***与长兴岛交界处，终点交于孙屯南瓦交线上，起始桩号K137+210～K147+215.83，全长10.006km；另一段是***市谢屯镇沙山村至新搬迁的大化园区，起始桩号K158+500～K172+754，全长25.927km。
两段线路主要穿越***盐场，在公路线上有7处纳潮闸，1处排水闸需拆迁改建，在7处纳潮闸的拆迁改建中，由于滩涂养殖进水的需要，有一处进水闸也需拆迁新建，本次设计闸门共9处。
其中8处在公路线上与公路桥相对应。
我院受**市公路管理段的委托，做******段纳潮闸工程设计工作。
一.2水文
1.2.1潮位
渤海岸为不规则半日潮，1个太阳日内有2次高潮和2次低潮，但相邻的高（低）潮高度不等。
2000年10月**中心海洋站，采用鲅鱼圈海洋站19年的潮汐观测资料，利用《***沿海重点岸段防风暴潮警戒水位核定报告》中的鲅鱼圈与温坨子高潮位相关公式，将温坨子的潮位资料延长后，采用极值Ⅰ型分布曲线的计算方法推求得温坨子100年一遇潮位2.29m，50年一遇潮位2.21m，25年一遇潮位2.12m，20年一遇潮位2.09m，10年一遇潮位2.00m，4年一遇潮位1.88m。
本次设计潮位采用50年一遇潮位2.21m。
1.2.2波浪
海浪**地区大部分海区冬季盛行偏北浪，夏季盛行偏南浪，而冬夏之间浪向不明显。
渤海岸区偏北浪向频率大，平均波高0.4～1.3m。
最大波高0.5～4.2米。
由于工程附近海域无波浪观测资料，本工程的设计风浪要素计算方法采用莆田实验站方法。
一.3工程地质
1.3.1场地岩土体工程地质条件评价
㈠场地地形地貌
场地地貌单元属滨海冲洪积平原，地形较为平坦，现经人工改造为人工养殖圈，场地地面高程为3.8～-1.2m，最大高差5.1m。
㈡场地岩土体类型
根据地面地质测绘和钻孔揭露，地层自上而下依次为：
1、素填土（Q4ml）：
黄褐色，松散，稍湿，主要由碎石、粘性土组成,碎石成分主要为强风化石灰岩，棱角状，粒径10～100mm，含量约为70%。
层厚2.00～8.00m，层底标高-5.97～0.20m；
2、粉细砂（Q4m）：
黄褐色，松散,湿～饱和，主要矿物成分为长石、石英,颗粒圆状，分选性较好，颗粒级配一般，混有少量贝壳碎屑，局部含少量石英岩砾石。
层厚1.20～6.30m，层底标高-5.26～-6.84m；
3、淤泥质粉质粘土（Q4m）：
灰黑色，软塑～可塑，局部流塑，湿～饱和，含有少量生物贝壳碎屑，具腥臭味，干强度和韧性中等，无摇震反应。
层厚5.00～18.00m，层底标高-6.93～-23.80m；
4、粉细砂（Q4m）：
黄褐色，中密,稍湿～湿，主要矿物成分为长石、石英,颗粒圆状，分选性较好，颗粒级配良好。
层厚1.00～4.80m，层底标高-22.23～-24.80m；
5、粉质粘土（Q4dl）：
黄褐色，可塑，稍湿，干强度和韧性中等，无摇震反应，混有少量砾石，含量10%，粒径2～9mm，最大20mm，次棱角状，主要为全～强风化辉绿岩。
层厚14.80～15.30m，层底标高-21.93～-22.60m；
6、全风化石灰岩（O1）：
黄褐色，碎屑结构，块状构造，岩芯呈土状局部夹块状，属较软岩，岩体较破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。
该层未完全穿透，最大揭露厚度1.20m，层顶标高-20.86～-25.50m；
7、全风化页岩（Zc）：
黄褐色，泥质结构，层状构造，岩芯呈土状局部夹块状，属较软岩，岩体较破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。
该层未完全穿透，最大揭露厚度1.00m，层顶标高-22.73～-23.10m；
1.3.2岩土工程参数的分析与确定
根据现场鉴定、室内试验及原位试验成果，结合地区经验确定各地层的承载力如下：
⑴、素填土：
不宜做地基持力层；
⑵、②粉细砂：
地基土承载力特征值fak=60KPa；
⑶、淤泥质粉质粘土：
地基土承载力特征值fak=70KPa；
⑷、④粉细砂：
地基土承载力特征值fak=180Kpa；
⑸、粉质粘土：
地基土承载力特征值fak=170KPa；
⑹、全风化石灰岩：
地基土承载力特征值fa=350KPa。
⑺、全风化页岩：
地基土承载力特征值fa=350KPa。
1.3.3结论
1、拟建纳潮闸场地地貌单元属滨海冲洪积平原，地形较为平坦，地层分布较均匀，为素填土、②粉细砂、淤泥质粉质粘土、④粉细砂、粉质粘土、全风化石灰岩、全风化页岩。
新近回填素填土层、②粉细砂层、淤泥质粉质粘土强度低，变形大，稳定性较差；④粉细砂层、粉质粘土层及下伏全风化岩层强度较高，分布稳定，工程性质较好。
建议闸基采用振冲碎石桩，以④粉细砂层、粉质粘土、全风化灰岩、全风化页岩作为桩基持力层。
场地内未见不良地质条件，适宜建筑本工程；
2、闸基范围内存在的淤泥质粉质粘土层属于微透水层，素填土、粉细砂层，属中等透水层，基坑开挖和围堰施工时应采取相应排水和防渗措施。
一.4工程任务和规模
一.4.1工程规模
***盐场属国有大型企业，根据《防洪标准》GB50201－94，4.0.1条的规定，防洪标准应在100年～50年范围内，防洪等级应在Ⅱ～Ⅲ之间，考虑到工程所在地点的保护面积，人口密度，水产养殖等情况，防洪标准采用50年一遇。
根据《水闸设计规范》SL265－2001，2.2.2条的规定，水工建筑级别采用3级。
一.4.2工程任务
场区占地面积166平方公里。
其中本次设计纳潮闸的影响面积26平方公里，是***盐场生产区的主产区。
纳潮闸在生产上的主要任务是为盐场、养殖区提供补水与排水的双重任务，在防洪上主要是挡潮、排洪等。
一.5工程布置及主要建筑物
1.5.1工程布置
在K137+210～K147+215.83公路段上有2座纳潮闸，分别位于K137+237.5、K137+293.5桩号，两座闸的结构型式、尺寸均相同。
在K158+500～K184+439.595公路段上有5座纳潮闸，分别位于K162+150、K163+080、K163+420、K169+300、K171+947桩号。
1座排水闸，位于K164+210桩号，另1座进水闸位于K162+150桩号纳潮闸的内侧，两座闸成90°交角。
纳潮闸与进水闸的结构型式相同。
1.5.2闸室特征高程的确定
1、闸顶高程的确定
根据《水闸设计规范》4.2.4条“位于防洪（挡潮）堤上的水闸，其闸顶高程不得低于防洪（挡潮）堤堤顶高程”。
的规定，在防潮地上的水闸，均采用堤顶高程（公路顶面），故K137+237.5、K137+293.5桩号的纳潮闸的顶高程4.00m，K162+150、K163+080、K163+420、K169+300、K171+947桩号纳潮闸与K164+210桩号排水闸的顶高程为3.76m。
进水闸的堤顶高程是根据使用单位的使用要求，参照周边内堤堤顶高程确定为2.3m。
2、工作桥顶高程的确定
工作桥的顶高程确定主要根据闸门高度确定，闸门高度2.59m，加0.2m的吊耳，总高2.79m，采用框架柱高2.80m，梁高0.53m，则工作桥顶高程是闸顶高程加3.33m。
1.5.3防渗排水布置
根据地质勘探结果，闸下有1.2～6.3不等的粉细砂，透水性很强为了节省投资，不采用封闭的垂直防渗体。
按《水闸设计规范》SL265-2001，4.3.2条规定，求得闸基防渗长度为14.0m。
闸前铺盖长5.5m，齿深1.0m，闸底板长11m，齿深1.1m，顺水流方向渗径长17.7m，满足设计要求。
细砂的临界水力比降Jcr为0.07。
经计算出口段渗流坡降值为0.05满足要求。
1.5.4消力防冲布置
选择K169+300桩号纳潮闸做为典型，根据使用单位提出的纳潮最高水位为1.9m，闸后最低水位为0.5m的最不利的运用状态为设计条件，计算消力池的长度与深度。
经试算得消力池深0.5m，采用消力池深0.5m。
消力池长度经计算池长为1m,采用消力池长12m。
1.5.5基础处理
根据**工程地质勘察公司提出的《***纳潮闸工程地质勘察报告》的地质情况，基础处理方案考虑四个：
灌注桩、堆载预压、碎石振冲桩、预制桩。
以K163+420桩号的纳潮闸为典型进行造价分析
在灌注桩、堆载预压、碎石振冲桩、预制桩的3个方案中，碎石振冲桩方案最低，并有效的解决了闸基中细砂土的地震液化问题，是比较好的地基处理方案，但由于施工条件、工期、建设单位的要求等诸多因素，最终采用预制桩方案。
1.5.6稳定计算
稳定计算选取K169+300桩号的纳潮闸作为典型分析。
工作状况选取2种：
1、工程建成后，闸前后均无水的工作状况；
2、50年一遇潮水位2.21m，与养殖池内最低池水位0.5m的工作状况。
第一种工作状况经稳定分析计算，e=-0.005，Pmax=69.7KN/m2，Pmin=69.3KN/m2，η=1.005，均满足规范要求。
第二种工作状况的稳定计算结果为：
e=-0.038，Pmax=74.2KN/m2，Pmin=71.2KN/m2，η=1.042，均满足规范要求。
4.6.2总体稳定分析
滑动型式经分析计算分析不会产生深层滑动。
水闸沿闸室基底面的抗滑安全系数经计算KC=1.48，满足稳定要求。
一.6施工组织设计
1.6.1自然条件
拦海堤地处勃海东部海岸线上，半封闭浅海，平均水深1.5～3.0m，冰期三个月左右，海冰一般分布在0.1～0.3m
辽东半岛黄海海域潮汐为规则半日潮，即每24小时50分出现两次，两次高潮两次低潮，涨潮时为6小时12.5分，落潮时为6小时12.5分。
***多年平均气温9.3℃，极端最高气温35℃，极端最低气温-25.1℃。
多年平均相对湿度66%。
最大冻土深115cm；最早冻结日期为10月13日，最晚冻结日期为12月3日，最早解冻日期为3月13日，最晚解冻日期为4月15日。
多年平均无霜日为254天。
1.6.2施工顺序
施工的顺序为：
1、施工围堰填筑；2、摆喷防渗墙施工；3、振冲桩闸基础加固处理；4、闸体施工；5、闸门、启闭机安装调试；8、二期砼防浪墙现场浇筑等。
堤体填筑预留沉降量，参照类似工程，采用0.4m。
7.3.2施工安排
1、施工安排
⑴2008年12月1日～2008年12月30日，完成施工围堰填筑工程施工；
⑵2009年1月21日～2009年2月28日，完成围堰摆喷防渗墙工程施工；
⑵2009年3月1日～2009年4月10日，完成振冲桩基础加固处理工程施工；
⑶2009年4月11日～2009年6月30日，完成闸体工程施工。
⑷2009年7月1日～2009年7月20日，完成铸铁闸门购置安装、木闸门加工、启闭机购置、安装、调试。
⑸2009年7月21日～2009年7月30日完成全部收尾工程施工。
2、施工机械人员
根据本工程的施工特点拟投入施工机械如下：
挖掘机8台，装载机12台，推土机（88KW）20台，自卸汽车（18T）50台，自卸汽车（8T）5台，振动碾8台。
投入的人力600人，其中管理人员10人，木工40人，钢筋工40人，砼工200人，模板工40人，砌筑技工60人，力工200人，其他工种10人。
一.7设计概算
本工程总投资4980.53万元，其中：
建筑工程4117.94万元，机电设备及安装工程16.70万元，临时工程79.83万元，独立费用528.89万元，预备费237.17万元。
工程资金来源为社会化融资2000万元，皮口镇自筹2980.53万元。
主体工程主要工程量为：
土方明挖0.15万m3，石方回填24.67万m3，土方回填21.31万m3，砼0.82万m3，干砌料石1.97万m3，干砌块石5.78万m3，碎石铺筑1.53万m3，基础强夯11.01万m2，钢筋制安172.27t，防渗膜铺设5.26万m2，土工布铺设7.11万m2等。
一.8附表
表1—2总概算表
表1—2工程总概算表单位：
万元
序号
工程或费用名称
建安工程费
设备工程费
其它费用
合计
占一至五部分投资（%）
一
建筑工程
4117.94
4117.94
86.81
1
防潮堤工程
3940.93
3940.93
2
纳潮闸工程
177.01
177.01
二
机电设备及安装工程
2.40
14.30
16.70
0.35
1
启闭机
2.40
12.00
14.40
2
测量仪器
2.30
2.30
三
金属结构设备及安装工程
0.00
0.00
0.00
四
临时工程
79.83
79.83
1.68
1
施工道路
5.00
5.00
2
围堰工程
46.33
46.33
3
房屋建筑工程
28.50
28.50
五
独立费用
528.89
528.89
11.15
1
建设管理费
113.25
113.25
2
生产准备费
0.91
0.91
3
科研勘测设计费
227.96
227.96
4
建设及施工场地征地费
3.95
3.95
5
其它
182.81
182.81
一至五部分合计
4200.17
14.30
528.89
4743.36
100.00
六
预备费
237.17
5.00
1
基本预备费
237.17
2
价差预备费
0.00
七
静态总投资
4980.53
105.00
八
总投资
4980.53
105.00
第二章水文
3.1海域概况
工程位于**市***盐场，渤海岸边。
***盐场是全国7大盐场之一，下设8个制盐分场，2个化工厂
*****盐场始建于1850年，现已发展成以海盐生产为主，集海盐深加工、盐化工生产、盐田资源综合利用于一体的国有盐业大型企业，是东北地区规模最大的两碱化工用盐及民食用盐的供应基地，是**市惟一的国家食盐定点生产企业。
平均年产海盐80万吨，加工食用盐25万吨，均占东北地区生产总量的近二分之一。
场区地处辽东半岛西南沿海，占地166平方公里，素有“百里银滩”之称。
盐场下属24个单位和部门，有员工2300余人。
渤海岸线828公里，其中陆岸长680公里，岛岸长148公里。
***盐场的海岸是普兰店湾的北界线，海岸线长210公里，口宽38公里，纵深42.5公里，水域面积约613平方公里。
整体形态近似于一个插向东部大陆的大葫芦，湾内平均水深1.5～3米。
在***境内位于本工程北48km，有温坨子潮位观测站。
3.2气象
***属北温带季风区，多年平均降水量为640mm左右，降水量多集中在6～9月，占全年降水量的75%。
流域内多年平均蒸发量为888mm。
***冬季多西北风，夏季多东南风，多年平均风速4m/s，最大风速25m/s，相应风向为ESE，多年平均最大风速为17.2m/s。
***多年平均气温9.3℃，极端最高气温35℃，极端最低气温-25.1℃。
多年平均相对湿度66%。
最大冻土深115cm；最早冻结日期为10月13日，最晚冻结日期为12月3日，最早解冻日期为3月13日，最晚解冻日期为4月15日。
多年平均无霜日为254天。
3.3海洋水文
3.3.1潮汐
渤海岸为不规则半日潮，1个太阳日内有2次高潮和2次低潮，但相邻的高（低）潮高度不等。
2000年10月**中心海洋站，采用鲅鱼圈海洋站19年的潮汐观测资料，利用《***沿海重点岸段防风暴潮警戒水位核定报告》中的鲅鱼圈与温坨子高潮位相关公式，将温坨子的潮位资料延长后，采用极值Ⅰ型分布曲线的计算方法推求得温坨子100年一遇潮位2.29m，50年一遇潮位2.21m，25年一遇潮位2.12m，20年一遇潮位2.09m，10年一遇潮位2.00m，4年一遇潮位1.88m。
本次设计潮位采用50年一遇潮位2.21m。
3.3.2波浪
海浪**地区大部分海区冬季盛行偏北浪，夏季盛行偏南浪，而冬夏之间浪向不明显。
渤海岸区偏北浪向频率大，平均波高0.4～1.3m。
最大波高0.5～4.2米。
由于工程附近海域无波浪观测资料，本工程的设计风浪要素计算方法采用莆田实验站方法。
3.3.3水温
**地区海域表层水温受大陆及外海海水影响显著，其水平分布规律是：
冬季由东北向西南递增，夏季由东北向西南递减，半岛南端水温略高。
冬季，长兴岛海域为0.7℃，表层水温的年变化趋势为8月份最高，1、2月份最低。
年较差由东北向西南减少。
长兴岛最低在2月为-0.7℃，最高在8月为24.4℃，年较差为25.1℃。
3.3.4海冰
**地区海域冰期在12月下旬到第二年2月份，长兴岛初冰期在1月，平均终冰期在3月中旬，冰期延续2个半月左右，封冰时期约1个月。
浮冰量5～7级，浮冰厚10～30厘米，浮冰界10公里。
第三章工程地质
3.1概述
拟建工程位于***镇西南，兔岛西北方向的***沿海大堤和经谢屯通往长兴岛堤坝之上，即规划中的滨海公路沿线，共有九处闸门，其桩号分别为K137+237.5，K137+293.5，K162+150，K163+080，K163+420，K164+210，K169+300，K171+947，K162+130，其中K162+130处的闸门拟建在K162+100处的一个近东西向丁字坝向南平移30米后的位置。
受**水利建筑设计院的委托，**工程地质勘察公司对***纳潮闸工程进行了工程地质勘察，勘察阶段为初步设计阶段。
勘察的孔数及孔位是根据《水利水电工程地质勘察规范》（GB50087-99）和**水利建筑设计院提出的设计要求并结合场地的实际情况进行布设，在每个闸门布设2个钻孔，由于K162+130处的闸门在海参圈内无法施工，因此在近岸侧堤坝上布设一个钻孔以供参考，共布设钻孔17个（钻孔编号分别为：
ZK1，ZK2，……ZK17，见钻孔平面布置图）。
同时委托**水利测绘公司对17个勘探孔进行了测设，对纳潮闸门及附近地形测绘了1：
500地形图，测量基准点由***交通规划设计院提供。
我公司于2008年9月25日～9月29日进行外业施工，9月30日～10月5日进行试验分析、资料整理及报告编写。
本次勘察采用DPP100-3A型汽车钻机2台，整个钻探过程采取冲击钻进的方法，开孔孔径为Φ146mm，终孔孔径为Φ75mm，以上操作过程符合《水利水电工程地质勘察规范》（GB50287—99）要求。
为了确定各岩土层的承载力和物理力学参数，在淤泥质粉质粘土层、粉质粘土层、②粉细砂层、④粉细砂层分别做了标准贯入试验，在淤泥质粉质粘土层、粉质粘土层分别采取12组土样做了室内土工试验。
本次勘察共完成钻孔17个，总进尺435.6m，详细工作量见表1：
勘察工作量一览表表3－1
钻孔（个）
进尺（m）
跟管钻进（m）
标贯（次）
十字板（次）
原状土样（组）
岩石
覆盖层
17
11.5
424.1
424.1
48
12
24
3.2地质概况
3.2.1地形地貌
场地地貌单元属滨海冲洪积平原，地形较为平坦，现经人工改造为人工养殖圈，场地地面高程为3.8～-1.2m，最大高差5.1m。
3.2.2地层岩性
根据地面地质测绘和钻孔揭露，地层自上而下依次为：
1、素填土（Q4ml）：
黄褐色，松散，稍湿，主要由碎石、粘性土组成,碎石成分主要为强风化石灰岩，棱角状，粒径10～100mm，含量约为70%。
层厚2.00～8.00m，层底标高-5.97～0.20m；
2、粉细砂（Q4m）：
黄褐色，松散,湿～饱和，主要矿物成分为长石、石英,颗粒圆状，分选性较好，颗粒级配一般，混有少量贝壳碎屑，局部含少量石英岩砾石。
层厚1.20～6.30m，层底标高-5.26～-6.84m；
3、淤泥质粉质粘土（Q4m）：
灰黑色，软塑～可塑，局部流塑，湿～饱和，含有少量生物贝壳碎屑，具腥臭味，干强度和韧性中等，无摇震反应。
层厚5.00～18.00m，层底标高-6.93～-23.80m；
4、粉细砂（Q4m）：
黄褐色，中密,稍湿～湿，主要矿物成分为长石、石英,颗粒圆状，分选性较好，颗粒级配良好。
层厚1.00～4.80m，层底标高-22.23～-24.80m；
5、粉质粘土（Q4dl）：
黄褐色，可塑，稍湿，干强度和韧性中等，无摇震反应，混有少量砾石，含量10%，粒径2～9mm，最大20mm，次棱角状，主要为全～强风化辉绿岩。
层厚14.80～15.30m，层底标高-21.93～-22.60m；
6、全风化石灰岩（O1）：
黄褐色，碎屑结构，块状构造，岩芯呈土状局部夹块状，属较软岩，岩体较破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。
该层未完全穿透，最大揭露厚度1.20m，层顶标高-20.86～-25.50m；
7、全风化页岩（Zc）：
黄褐色，泥质结构，层状构造，岩芯呈土状局部夹块状，属较软岩，岩体较破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。
该层未完全穿透，最大揭露厚度1.00m，层顶标高-22.73～-23.10m；
3.2.3地质构造与地震
根据区域构造资料，本工程区内无影响工程安全的活动性构造通过，根据钻孔揭示也未发现不良地质构造区域稳定对工程影响不大。
根据国家标准《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），本区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，地震动反应谱特征周期区划为0.40S。
3.3工程地质条件
3.3.1岩土物理力学参数的统计和分析
本阶段勘察过程中，在淤泥质粉质粘土层采取原状土样12组，在粉质粘土层采取原状土样12组，进行了室内土常规试验，试验成果见下表3－2。
物理力学指标统计表表3－2
土层
参数
天然含水量（%）
天然密度（g/cm3）
土粒比重（Gs）
天然孔隙比（e0）
干密度（g/cm3）
渗透系数（10-5cm/s）
液性指数IL
压缩系数（Kpa-1）
内摩擦角Φ（°）
粘聚力Ｃ（Kpa）
淤泥质粉质粘土
样本数
12
12
12
12
12
12
12
12
12
12
区间值
32.1-
35.2
1.95-
1.98
2.71-
2.73
0.823-
0.876
1.45-
1.49
1.251-
5.138
0.83-
0.94
0.122-
0.368
13.1-
21.0
4.0-
12.0
平均值
33.9
1.96
2.69
0.851
1.47
2.451
0.89
0.260
17.5
8.1
标准差
0.82
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