排涝沟及控制闸工地进程初步设计报告

排涝沟及控制闸工程初步设计报告排涝沟及控制闸工程初步设计报告---5工程设计5.1设计依据主要规程、规范《水利水电工程初步设计报告编制规程》(DL5021-93);《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000);《防洪标准》(GB50201-94);《堤防工程设计规范》(GB50286-98);《水工建筑物抗震设计规范》(DL5073-2000);《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002);《灌溉与排水工程设计规范》(GB50288-99);《水利水电工程施工组织设计规范》(SL303-2004);《建筑地基处理技术规范》(JLG79-2002、J220-2002);《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004);《水工混凝土结构设计规范》(SL191-2008)。依据的主要文件1)《铜陵市城市防洪规划报告》某院200弭6月；2)《铜陵市江堤加固工程初步设计报告》某院2002年6月；3)《关于安徽省铜陵江堤加固工程初步设计报告(非隐蔽工程)的批复》水利部长江水利委员会长计K2002363号文；4)《某园江南片防洪排涝规划》某院2011年1月；5)《关于某园江南片防洪除涝规划批复》铜陵市水务局铜水务K2011312号文。5.1.3设计标准1)除涝标准按照园区建设要求，并结合当地调蓄、排水条件，除涝标准采用20年一遇24h暴雨，地面不积水。2)工程等别和建筑物级别根据《灌溉与排水工程设计规范》(GB50288-99)及《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)的规定，确定排涝沟工程等别为田等。控制闸工程等别为田等，主要建筑物为3级。3)地震烈度根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001),工程区地震动峰值加速度为0.05g,地震基本烈度为VI度。排涝沟工程设计排水河道布局规划考虑现状水系、河网密度、雨水管线接入便利性及与规划路网的关系,结合起步区总体规划，主要对园区现有的三江口河、胜利河、十里长河等进行布局规划，并新建坝梗头站前排涝沟工程。断面型式1)断面确定原则①能通过设计排涝流量；宽度不小于作为景观河道的视角宽度；岸坡考虑护砌，河底一般不考虑护砌，由于区域地质条件较差,水流流速宜控制在不冲不淤流速范围内；④尽量考虑结合河道现状；水面宽度考虑规划区总水面率达到6%的要求。2）断面型式根据以上原则，三江口河、胜利河、十里长河断面型式采用设计常水位以下迎水侧边坡为1:5,设计常水位0.5m以上设宽2.5m亲水平台，亲水平台至地面之间以1:3斜坡连接，并在斜坡上设置景观绿化。从节省土地资源的角度出发，坝展头站前排涝沟断面按矩形断面设计。为满足环境美化及边坡稳定要求，两侧采用生态硅加筋挡墙。断面设计1）排涝沟中心线确定原则规划排涝沟中心线基本上与现有河道中心线一致，局部微调。2）底宽确定原则河道底宽首先按满足设计流量要求进行确定，在此基础上按照规划水面率不低于6%的要求进行确定，河底宽度取两者之间较大值。排涝沟计算水深取2m。3）设计流量根据区域来水面积，按照“8罪办法”，分别计算出三江口河、胜利河、十里长河设计流量为7.2m3/s、6.4m3/s、11.4m3/s。4）河道宽度依据各排涝沟的汇水范围，分段计算各排涝沟的汇水面积、设计流量,河道按照过流能力确定底宽为1.5〜16m,按照水面率要求确定底宽30~40m。水力坡度取0.0001〜0.00015,糙率采用0.0225,计算河道过流能力约23〜55m3/s。详见表5.2-1。表5.2-1排涝沟分段设计断面计算表河流名称长度(m)流量(m3/s)边坡比降河底高程(m)水深(m)糙率满足过流能力最小底宽(m)满足水面率要求底宽(m)备注南胜利河28006.41/51/100003.03~3.320.02251.535复式断面，设计水位以上0.5m设2.5m宽平台，平台以上边坡1/3十里长河436211.41/51/100003.17~3.620.0225535三江口河上游26697.21/51/100003.17~3.520.0225230三江口河十里长河汇入120018.61/51/100003.03~3.1720.02251135三江口河胜利河汇入120025.01/51/100003.0~3.0320.02251640坝梗头站前沟156015.01.5/100003.0~3.2420.022511矩形断面疏挖工程1)疏挖原则：对小于设计断面的河道进行疏浚开挖，大于设计断面的河道保持现状。2)根据规划确定的排涝沟断面，按照疏挖原则对现状不满足沟底高程要求的断面进行疏挖，疏挖总长12231ml疏挖土方86.07万m3。3)坝坡头站前排涝沟根据规划位置重新开挖，设计长度约1.56km,排涝沟中心线距规划道路边线6.55m,沟底高程3.0〜3.24m。为满足生态环境要求，排涝沟两侧采用生态硅加筋挡墙，仰角约76.80,挡墙采用C20硅基础，顶部设C2施压顶。基石外侧设置2m宽浆砌石护底。河岸坡抗滑稳定计算1)计算断面的选取抗滑稳定计算断面选取的原则是河岸坡高度大、河基软弱土层较厚的断面。因为软弱土层抗剪强度最低，该土层较厚对堤身抗滑稳定的不利影响最大。如果这样的堤身断面抗滑稳定安全系数大于规范许可值，就可以判定，其它河段的边坡稳定更为可靠。根据地质勘探所揭示的地层和土工试验结果及上述原则，取三江口河K2+200、十里长河K1+000、南胜利河K0+400断面进行抗滑稳定计算。2）计算工况及计算参数本次设设计算河岸坡在施工期和设计运行期两种工况，坡身土料的物理力学指标主要采用地勘报告提供的成果。各层土的计算参数的具体指标见表5.2-2。表5.2-2土层物理参数表断面土层号容重（kN/m3）凝聚力（kPa）内摩擦角（度）三江口河K2+200①淤泥17.34.69.6②层淤泥质粉质粘土17.716.315.6③层粉土18.620.917.8④层粉质粘土20.770.221.4⑤粉质粘土夹粉土19.433.018.8十里长河K1+000①淤泥17.57.010.8②层粉砂夹粉土18.312.912.5③层淤泥17.56.711.8④层淤泥质粉质粘土18.516.613.2⑤粉粉质粘土19.722.027.7南胜利河K0+400①淤泥17.65.39.5②淤泥质粉质粘土18.213.214.13）计算方法及计算成果按照《堤防工程设计规范》，采用瑞典圆弧滑动法计算，基本公式如下：WcositgiMKcWisini式中：Kc一堤身抗滑稳定安全系数;Wi—土条重力（kN）;G一土的凝聚力（kPa）;li—土条的圆弧长度（m）;的一土条底面中点至圆心的连线与垂直线的夹角（度）；①i一土的内摩擦角（度）。具体计算应用河海大学编制的“SLOP9土石坝稳定分析系统”程序。各断面不同工况下抗滑稳定计算成果图见图5.2-1〜5.2-3,河坡稳定计算成果见表5.2-3。表5.2-3抗滑稳定计算成果表计算断面计算坡面计算工况计算水位抗滑安全系数河内河外计算值规范允许值三江口河K2+200临水坡施工期3.134.132.6971.10设计运行期5.135.832.6241.20十里长河K1+000临水坡施工期3.273.272.5031.10设计运行期5.275.972.6241.20南胜利河K0+400临水坡r施工期「3.074.072.3151.10设计运行期5.075.772.6241.204）计算成果分析从稳定计算成果来看，河岸坡在施工期和设计运行期的最小抗滑稳定系数均大于规范规定的允许值，设计河坡断面抗滑稳定满足规范要求。

图5.2-1三江口河K2+000断面岸坡抗滑稳定计算成果I■是长河K^+000瓶面运营里C-1?.业用I, 马I■是长河K^+000瓶面运营里C-1?.业用I, 马.十里长河K1+000版正施工刖c-l.OKpo.”9.5”c=12.JKpa,*='6.8*c=12.9KpQ,.=[2.5*图5.2-2十里长河K1+000断面岸坡抗滑稳定计算成果控制闸工程设计三江口闸总体与结构布置三江口闸位于三江口河与园区边界交汇处，位邻东联坪红杨树村附近。设计流量7.2m3/s,闸上水位5.5m,过闸落差0.1m。新建三江口闸位于河道中间，与规划道路正交，采用路下涵结构方式，进口设置控制段，安装挡水闸门，阻隔园区外侧的涝水进入园区内。涵洞采用钢筋混凝土矩形断面，2孔，净尺寸孔径为2.0&4m(宽,洞身总长36m,共分4节，每节9m,底板顶高程3.5m,顶、底板与侧墙厚均为0.5m。进口段洞身设置闸门控制段，其顺水流向长3.15m,底板厚0.6m,边墩厚0.6m,中墩厚0.7m。闸门顶部设检修平台与启闭台，检修平台高程7.5m,启闭台高程11.5m。启闭台上设启闭机房，宽3.4m,净高3.0m。涵洞接缝部位均设钢筋硅包箍，包箍断面为0.5W5m,缝间贴闭孔泡沫板，缝内设橡皮止水。控制闸进出口设置M10浆砌石八字翼墙，进口扩散角为30°,出口扩散角为31.1°。翼墙底板之间设置M5浆砌石护底，进口段长6.1m,出口段长8.9m。出口浆砌石护底末端接长5.0m的干砌石护底，宽18m,四周设置M5浆砌石固脚，断面为0.4>0.8m。护底厚均为0.3m,下设0.1m厚碎石垫层。5.3.1.2过流能力复核设计条件：本次拟建三江口闸上游设计水位5.5m,下游设计水位5.4m,设计流量7.2m3/s。根据其设计水位，涵洞过流流态为长洞无压流，其流量计算公式如下：3QmB,2gH(25-1式中：Q设计过涵流量（m3/s）;m流量系数，取0.36;&侧收缩系数，取0.95;Ho计入行进流速水头的涵上水头（m）;B—涵洞净宽（m）;户--淹没系数，按下式计算：2.31%（1巫）04H0Ho其中：hs下游水深（m）。QCRi5-2式中：Q设计过涵流量（m3/s）;S涵洞过水面积（mb;R—水力半径（m）;i—涵洞纵向坡度。C谢才系数，按下式计算：1C1R6n其中：n洞身糙率，取n=0.017。涵洞现状过流能力根据公式5-1和5-2联立试算求得，涵洞实际过流能力为11.8m3/s,大于设计流量。考虑到产业园远期发展要求，认为拟定涵洞断面满足要求。5.3.1.3地基处理设计1）涵洞基底应力涵洞在正常使用过程中，受到的荷载主要有：结构自重、土压力、水压力、汽车荷载，经计算，涵底最大基底压力为101.7kPa2）地基承载力分析涵闸底板底面高程为2.9m,参照地质钻孔可见，进水闸底板座落于①层淤泥层上，《地质报告》推荐的天然地基承载力为50kPa,小于涵底的平均基底应力，且标贯击数平均值仅为1.4,不能作为建筑物天然地基，地基需加固处理。3）处理方案设计根据类似工程经验，拟对涵洞及进出口翼墙底部①层淤泥清理后，换填10%水泥土。然后采用水泥土搅拌桩进行地基处理。搅拌桩直径采用0.5m,水泥掺入比暂按15%计，粉喷桩按梅花形布置，中心距0.9m,平均桩长9.3m。4）复合地基承载力验算根据搅拌桩的作用机理可知，所形成的水泥土桩体与桩周土组成复合地基共同承担建筑物荷载，由于二者刚度相差较大，桩体与桩间土如何分担建筑物荷载是较为复杂的问题，根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002J220-2002）,单桩竖向承载力、复合地基土承载力标准值和搅拌桩复合土层的压缩模量公式计算如下。①单桩竖向承载力nRapqsiliqpAi1RafcuAp式中：Ra单桩竖向承载力（kN）;fcu与搅拌桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块在标准养护条件下90d#期的立方体抗压强度平均值（kPa）;t桩身强度折减系数，取0.25;卬一桩的周长，卬=l.57mn桩长范围内所划分的土层数qsi桩周第i层的侧阻力特征值;li桩长范围内第i层土的厚度qp__桩端地基土未经修正的承载力特征值L桩端天然地基土的承载力折减系数，％=0.5②复合地基土承载力标准值Rafspkm(1m)fskAp式中:fspk复合地基土承载力标准值(kPa)fsk桩间土承载力标准值(kPa)m桩土置换率Ap水泥土桩体横截面积(m2)b桩尖土承载力折减系数，桩尖为硬土可取0.1~0.4③搅拌桩复合土层的压缩模量Esp=mEp+(1-m)Es式中：Esp搅拌桩复合土层的压缩模量(kPa)Ep搅拌桩的压缩模量(kPa)Es桩间土的压缩模量(kPa)经计算，复合地基承载力特征值为113.3kPa,大于涵闸最大基底压力复合地基压缩模量为9.5,大大减小了基础沉降。故地基处理设计满足要求十里长河闸设计总体与结构布置十里长河闸位于十里长河与园区边界处，位邻东联坪联胜村附近。设计流量11.4m3/s,闸上水位5.6m,过闸落差0.1m。新建三江口闸位于河道中间，与规划道路正交，采用路下涵结构方式，进口设置控制段，安装挡水闸门，阻隔园区外侧的涝水进入园区内。涵洞采用钢筋混凝土矩形断面，2孔，净尺寸孔径为3.0&4m（宽,洞身总长48m,共分6节，每节8m,底板顶高程3.6m,顶、底板与侧墙厚均为0.5m。进口段洞身设置闸门控制段，其顺水流向长3.15m,底板厚0.6m,边墩厚0.6m,中墩厚0.7m。闸门顶部设检修平台与启闭台，检修平台高程7.6m,启闭台高程11.6m。启闭台上设启闭机房，宽3.4m,净高3.0m。涵洞接缝部位均设钢筋硅包箍，包箍断面为0.5W5m,缝间贴闭孔泡沫板，缝内设橡皮止水。控制闸进出口设置M10浆砌石八字翼墙，进口扩散角为30°,出口扩散角为31.10。翼墙底板之间设置M5浆砌石护底，进口段长6.1m,出口段长8.9m。出口浆砌石护底末端接长5.0m的干砌石护底，宽20m,四周设置M5浆砌石固脚，断面为0.4>0.8m。护底厚均为0.3m,下设0.1m厚碎石垫层。过流能力复核设计条件：本次拟建十里长河闸上游设计水位5.6m,下游设计水位5.5m,设计流量11.4m3/s。根据其设计水位，涵洞过流流态为长洞无压流，由公式5-1与5-2联立计算求得，涵洞实际过流能力为16.2m3/s,大于设计流量。考虑到产业园远期发展要求，认为拟定涵洞断面满足要求。地基处理设计1）涵洞基底应力涵洞在正常使用过程中，受到的荷载主要有：结构自重、土压力、水压力、汽车荷载，经计算，涵底最大基底压力为101.7kPa2）地基承载力分析涵闸底板底面高程为3.0m,参照地质钻孔可见，进水闸底板座落于①层淤泥层上，《地质报告》推荐的天然地基承载力为50kPa,小于涵底的平均基底应力，且标贯击数平均值仅为1.4,不能作为建筑物天然地基，地基需加固处理。3）处理方案设计根据类似工程经验，拟对涵洞及进出口翼墙底部①层淤泥清理后，换填10%水泥土。然后采用水泥土搅拌桩进行处理，搅拌桩直径采用0.5m,水泥掺入比暂按15%计，粉喷桩按梅花形布置，中心距0.9m,桩底以进入④层粉质粘土层内0.5m为控制，平均桩长15m。4）复合地基承载力验算参照5.3.1.3节中公式计算，复合地基承载力为116.6kPa,大于涵闸最大基底压力。复合地基压缩模量为10.2,大大减小了基础沉降。故地基处理设计满足要求。南胜利河闸设计总体与结构布置南胜利河闸位于南胜利与园区边界处，位邻东联坪水浒村附近。设计流量6.4m3/s,闸上水位5.3m,过闸落差0.1m。控制闸位于河道中间，与规划道路正交，采用路下涵结构方式，进口设置控制段，安装挡水闸门，阻隔园区外侧的涝水进入园区内。涵洞采用钢筋混凝土矩形断面，2孔，净尺寸孔径为2.0&4m（宽,洞身总长101m,共分11节，出口两节长10m,其余每节9m,底板顶高程3.3m,顶、底板与侧墙厚均为0.5m。进口段洞身设置闸门控制段，其顺水流向长3.15m,底板厚0.6m,边墩厚0.6m,中墩厚0.7m。闸门顶部设检修平台与启闭台，检修平台高程7.3m,启闭台高程11.3m。启闭台上设启闭机房，宽3.4m,净高3.0m。涵洞接缝部位均设钢筋硅包箍，包箍断面为0.5W5m,缝间贴闭孔泡沫板，缝内设橡皮止水。控制闸进出口设置M10浆砌石八字翼墙，进、出口扩散角均为30°。翼墙底板之间设置M5浆砌石护底，进口段平均长10.8m,出口段长9.0m。出口浆砌石护底末端接长9.0m的干砌石护底，宽25.3m,四周设置M5浆砌石固脚，断面为0.4W8m。护底厚均为0.3m,下设0.1m厚碎石垫层。过流能力复核设计条件：本次拟建十里长河闸上游设计水位5.3m,下游设计