东里河和谦镇河段综合治理工程施工图阶段计算书

附件2CWEAQSB/G－10－表02B/0开州区东里河和谦镇河段综合治理工程施工图阶段计算书名称：计算书审查：2021年3月10日校核：2021年3月4日设计、计算：2021年2月25日1、计算目的在人行桥施工前，为人行桥的结构安全，必须对人行桥的面板及挡墙进行计算。2、简要说明本工程起于大河坝河河口，终点为新农村，综合治理河道长度1.59km，新建护岸工程1.73km（左岸0.67km，右岸1.06km），新设人行步道1.90km（左岸0.84km，右岸1.06km），河道疏浚0.25km，下河梯道11座（左岸5座，右岸6座），管涵1座。本工程由于房屋影响，及开挖土石料较少，且原房屋未达到10年一遇洪水高程，同时为避免大规模内涝，堤顶高程在现阶段无法一次性全部达标，因此本河段采取分期达标。本次填筑高程为一期施工，后期再随堤后同步回填至堤顶高程本工程建设内容主要由防洪护岸工程、河道疏浚工程、排水工程及附属建筑物组成。工程总投资为2094.48万元，工程总工期为10个月。本次设计涉及堤顶高程、冲刷深度、堤防边坡稳定、换填基础、支沟桥配筋及桥板下挡墙的稳定计算。3、主要技术标准及文件（不限于）《水利工程建设标准强制性条文》（2020年版）《河道整治设计规范》（GB50707-2011）《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）《水工挡土墙设计规范》（SL379-2007）《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2020）《小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范》（SL189-2013）《水利水电工程边坡设计规范》（SL386-2007）《水工混凝土结构设计规范》（SL191-2008）；《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）《水工建筑物荷载设计规范》（SL744-2016）《疏浚与吹填工程技术规范》（SL17-2014）《公路桥涵设计通用规范》（JTG60-2015）4、设计计算4.1、堤顶高程的确定1、安全加高的确定本工程堤防工程等别为5级，根据《堤防工程设计规范》（GB50286-2013），堤防工程安全加高值应根据堤防工程的级别和防浪要求确定，本工程为山区河流，洪水历时较短，并结合各河段实际情况考虑，均按允许越浪的护岸工程，确定安全加高值均为0.3m。2、堤顶超高计算护岸顶超高按公式Y=R+e+A计算：式中Y—堤顶超高(m)；R—设计波浪爬高(m)，当m=1.5～5.0时按计算；当m≤1.25时)按计算；风浪要素采用莆田试验站法计算，其平均波高按下式计算：平均波周期、波长按下列公式计算：e—设计风壅增长高度，按计算；A—安全加高(m)；经计算，各工程河段各护岸形式的堤顶超高计算成果详见下表。表4-1堤顶超高计算成果表项目计算公式和谦镇河段多年平均最大风速（m/s）10.2计算风速V（m/s）按多年平均最大风速1.5倍计15.30风区长度F（m）200水域平均水深d（m）7.80迎水面坡比m3.0平均波高H（m）0.11平均波周期T（s）1.48波长L（m）3.275斜坡的糙率及渗透性系数K△0.9经验系数Kv1.23爬高累积频率换算系数Kp1.64综合摩阻系数K3.6×10-6风壅水面高度（m）0.001波浪爬高（m）0.45安全加高（m）0.30计算堤顶超高（m）0.75堤顶超高设计取值（m）0.80按上述公式计算结果，各工程段的堤防顶高程见下表。表4-2堤顶高程成果表左、右岸桩号设计洪水位（P=10%）(m)堤顶计算超高（m）堤顶计算高程(m)实际堤顶设计高程(m)是否达标左岸HZ0+740.11~HZ1+580.00230.01~228.670.75230.76~229.42230.81~229.47是右岸HY0+000.00~HY1+062.21233.61~228.860.75234.36~229.59234.41~229.66是新建堤防堤顶高程=设计洪水位+设计超高取值，本工程由于已成公路及房屋影响，及开挖土石料较少，且原房屋未达到10年一遇洪水高程，同时为避免大规模内涝，堤顶高程在现阶段无法一次性全部达标，因此本河段采取分期达标。考虑挖填平衡后，各段设计堤顶高程详见下表。表4-3一期填筑高程成果表桩号设计洪水位P=10%计算堤顶高程实际设计堤顶高程工程措施HZ0+740.11~HZ0+877.23230.01~229.79230.76~230.54230.81~230.59镇脚+C20混凝土护坡护至现状高程HZ0+983.93~HZ1+443.32228.87~228.67229.62~229.42221.59~224.00镇脚+C20混凝土护坡护至现状高程HZ1+443.32~HZ1+500.50228.67229.42224.00新建堤顶道路HZ1+500.50~HZ1+580.00228.67~228.66229.42~229.41224.00镇脚+C20混凝土护坡护至现状高程HY0+000.00~HY0+501.37233.61~229.56234.36~230.31234.41~228.85镇脚+C20混凝土护坡护至现状高程HY0+501.37~HY0+550.62229.56~229.45230.31~230.20228.85~228.85新建堤顶道路HY0+550.62~HY0+941.94229.45~228.91230.20~229.66228.85~227.64镇脚+C20混凝土护坡护至现状高程HY0+941.94~HY0+968.22228.91229.66227.64~227.43预留支沟缺口新建堤顶道路HY0+968.22~HY1+062.21228.91~228.86229.66~229.61227.43~226.76镇脚+C20混凝土护坡护至现状高程4.2、冲刷计算冲刷深度计算采用《堤防工程设计规范》GB50286-2013方法计算：式中：hs—从水面算起的局部冲深(m)；HO—冲刷处的水深(m)，以近似设计水位最大深度代替；Ucp—平均流速；U—行近流速；Uc—泥沙起动流速(m/s)，对于粘性与砂质河床可采用张瑞瑾公式计算；n—与防护坡坡在平面上的形状有关，一般取n=1/4～1/6。d50——床沙的中值粒径(m)；γs、γ——泥沙与水的容重(kN/m3)。α——水流流向与岸坡交角；η——水流流速不均匀系数，根据水流流向与岸坡交角α查《堤防工程设计规范》表D.2.2采用。冲刷深度计算成果见下表。表4-4冲刷深度计算成果表名称H0d50γsγUcUUcpαnηhs单位mmkN/m3kN/m3m/sm/sm/s°mHY0+064.842.90.03219101.344.984.98≤151/411.13HY0+193.023.00.03219101.343.673.67≤151/410.86HY0+379.594.10.03219101.404.014.01≤151/411.23HY0+564.145.00.03219101.443.413.41≤151/411.20HY0+711.544.50.03219101.423.583.58≤151/411.17HY0+909.268.00.03219101.542.002.31≤201/410.85HY1+038.819.90.03219101.592.002.31≤201/41.250.97HZ0+877.237.00.03219101.512.703.24≤301/41.51.47HZ1+093.299.90.03219101.592.082.08≤151/41.250.69HZ1+251.958.00.03219101.542.092.09≤151/410.63HZ1+413.068.40.03219101.552.852.85≤151/411.38根据《水工挡土墙设计规范》（SL379-2007）4.2.8条：“在挡土墙墙前有可能被水流冲刷的图纸地基，挡土墙墙趾埋深宜为计算冲刷深度以下0.5~1.0m，否则应采取可靠的防冲措施。”根据上表计算成果，增加埋深0.5m，和谦镇段分段埋深为：（1）HY0+000.00～HY0+800.00，计算最大冲刷深度1.23m，埋深深度为1.80m，流速较大为3.41～4.98m/s；（2）HY0+800.00～HY1+062.21，计算最大冲刷深度0.97m，埋深深度为1.50m，流速较小为2.0～2.08m/s；（3）HZ0+740.11～HZ0+877.23,计算最大冲刷深度1.47m，埋深深度为2.0m，流速较大为2.0～3.58m/s；（4）HZ0+983.93～HZ1+270.00，计算最大冲刷深度0.69m，埋深深度为1.20m，流速较小为2.09～2.8m/s；（5）HZ1+270.00～HZ1+580.00，计算最大冲刷深度1.38m，埋深深度为1.90m，流速较大为2.82～2.85m/s；4.3、堤身边坡稳定计算1、计算参数土石回填料物理力学计算参数加下表。表4-5土体物理力学参数建议值表土的名称天然重度（kN/m3）饱和重度（kN/m3）抗剪强度地基承载力（kPa）Φ（°）C（kPa）土石回填料（压实后）19.50*21.00*360200注：表中带*号的为根据地区经验并参照相关规范取经验值2、计算工况根据《堤防工程设计规范(GB50286—2013)》9.2.2规定，护岸边坡抗滑稳定计算可分为正常情况和非常情况两种工况计算。正常运用情况:工况1：设计洪水位下的稳定渗流期或不稳定渗流期的背水侧堤坡，由于背水侧后陆域回填区与堤防工程同步进行回填，可不计算其稳定；工况2：设计洪水位骤降期的临水侧堤坡。非常运用情况:工况3：施工期(含竣工期)的临水、背水侧堤坡，根据施工计划安排，堤后陆域回填区与堤防工程同步进行，因此可不计算背水侧坡，只计算临水侧坡。3、计算理论及方法：根据《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）附录F，水位降落期抗滑稳定系数用总应力法按下式计算。∑[Ccubsecβ＋(Scosβ－Uibsecβ)tgΦcu]K=────────────────────∑Wsinβ稳定渗流期抗滑稳定安全系数用有效应力法按下式计算。∑{C'bsecβ＋[(W1＋W2)cosβ－(u-zrw)bsecβ]tgΦ'}K=────────────────────────∑(W1＋W2)sinβ式中：b──条块宽度(m)W──条块重力，W=W1＋WZ＋ρWZb(KN)；W1──在堤坡外水位以上的条块重力(KN)；Wz──在堤坡外水位以下的条块重力(KN)；Z──堤坡外水位高出条块底面中心的距离(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)；rw──水的重度(KN/m3)；cu、Φu、Φcu、Φcu、C'、Q'—土的抗剪强度指标(kn/m3，度)。4、典型断面选取本工程边坡稳定计算典型断面如下图：图4-1和谦镇河段HZ1+338.76剖面图5、计算成果本次设计采用简化毕肖普法进行抗滑稳定计算，计算程序采用北京理正软件设计研究院开发的理正岩土计算软件（6.5PB2版），稳定计算结果见下表和下图。表4-6护坡稳定计算成果表计算断面工况计算值允许值备注HZ1+338.7611.341.20背水侧不用计算21.221.2031.331.10图4-2和谦镇河段HZ1+338.76横剖面工况1稳定计算成果图图4-3和谦镇河段HZ1+338.76横剖面工况2稳定计算成果图图4-4和谦镇河段HZ1+338.76横剖面工况3稳定计算成果图根据计算，堤身在各种工况下的稳定安全系数满足规范要求。4.4、堤身沉降计算根据实际工程统计数据，采用重型振动碾压密实的石碴坝，其在竣工后的稳定沉降量小于堤高的0.35%，综合本工程实际情况，最大堤高10.17m，小于45m，堤体内应力较小，堤身部分置于冲积层上，堤体最终沉降按下式计算：式中：s—最终沉降，m；n—压缩层范围的土层数；e1i—第i土层在平均自重应力下的孔隙比；e2i—第i土层在平均自重应力和平均附加应力共同作用下的孔隙比；hi—第i土层的厚度；m—修正系数，一般堤基的m=1.0。经计算防护堤最终沉降量为5cm，根据《堤防工程设计规范》GB50286-2013第7.3.4条的规定，土堤应预留沉降量，沉降量宜取堤高的3%~5%。根据本工程计算，同时结合本工程实际，本工程堤体预留沉降为3%。4.5、基础换填计算对无法满足镇脚或挡墙基底应力要求，需采用砂岩块石进行基础置换，需要对块石换填范围及深度进行合理性验算。根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)，当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，从载荷试验或者其他原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值，尚应按下式修正：式中：fa——修正后的地基承载力特征值（kPa）；fak——地基承载力特征值（kPa），可由载荷试验或其它原位测试、经验等方法综合确定；ηb、ηd

——基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，ηb=0，ηd=1.0；γ——基础底面以下土的重度（kN/m3），γ=19.3；b——基础底面宽度（m）；γm——基础底面以上土的加权平均重度（kN/m3）；d——基础埋置深度（m）。当地基持力层范围内有软弱下卧层时应按下式验算:式中：——相应于荷载效应标准组合时软弱下卧层顶面处的附加压力值；——软弱下卧层顶面处土的自重压力值；——软弱下卧层顶面处经深度修正后地基承载力特征值。对条形基础和矩形基础上式中的pz值可按下列公式简化计算:条形基础：矩形基础：式中：b——矩形基础或条形基础底边的宽度；L——矩形基础底边的长度；pc——基础底面处土的自重压力值；z——基础底面至软弱下卧层顶面的距离；θ——地基压力扩散线与垂直线的夹角。 经计算，和谦段镇脚对于地基土类型主要为砂土层、粉质粘土层的地段，碾压块石换填深度为1.0m厚。由于施工质量差异，要求对块石换填基础进行承载力实验，块石换基础承载力特征值要求不小于200Kpa。4.6、单块矩形板计算钢筋：d-HPB300;D-HRB335;E-HRB400;F-RRB400;G-HRB500;Q-HRBF400;R-HRBF500（采用《混凝土结构设计规范》GB50010-2010）-----------------------------------------------------------------------按弹性板计算:1计算条件计算跨度:Lx=6.000mLy=6.000m 板厚h=350mm 板容重=25.00kN/m3；板自重荷载标准值=8.75kN/m2恒载分项系数γG=1.30；活载分项系数γQ=1.50活载调整系数γl=1.00；准永久系数ψq=0.80荷载标准值:均布恒载q=2.50kN/m2(不包括自重荷载)均布活载q=20.00kN/m2 砼强度等级:C30,fc=14.30N/mm2,Ec=3.00×104N/mm2支座纵筋级别:HRB400,fy=360.00N/mm2,Es=2.00×105N/mm2板底纵筋级别:HRB400,fy=360.00N/mm2,Es=2.00×105N/mm2 纵筋混凝土保护层=15mm,配筋计算as=20mm,泊松比=0.20 支撑条件=四边 上:自由 下:自由 左:简支 右:简支角柱 左下:无 右下:无 右上:无 左上:无2计算结果 弯矩单位:kN.m/m,配筋面积:mm2/m,构造配筋率:0.20%弯矩计算方法:单向板按公式法。弯矩=∑（弯矩系数×ql2），q为荷载设计值。挠度计算方法:单向板按公式法。挠度=∑（弯矩系数×ql4/Bc），q为荷载准永久值。--------------------------------------------------------------- 2.1荷载设计值:计算公式：荷载设计值=γG×恒载+γQ×γl×活载均布荷载=1.30×11.25+1.50×1.00×20.00=44.632.2荷载准永久值:计算公式：荷载准永久值=恒载+ψq×活载均布荷载=11.25+0.80×20.00=27.25 2.3跨中:[水平][竖向] 弯矩设计值:200.8130.000 面积:1816(0.52%)700(0.20%) 实配:E22@200(1901)E22@200(1901) 2.4四边:[上][下][左][右] 弯矩设计值:0.0000.0000.0000.000 面积:700(0.20%)700(0.20%)700(0.20%)700(0.20%) 实配:E22@200(1901)E22@200(1901)E22@200(1901)E22@200(1901)2.5挠度结果(按单向板计算):(1)截面有效高度：(2)计算构件纵向受拉钢筋的等效应力σsq，根据《混凝土规范》式7.1.4-3计算：(3)按有效受拉混凝土截面面积计算纵向受拉钢筋配筋率ρte：(4)裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数ψ，根据《混凝土规范》7.1.2计算：(5)短期刚度Bs，根据《混凝土规范》7.2.3计算：(6)挠度增大的影响系数θ，根据《混凝土规范》7.2.5计算：(7)长期作用影响刚度B，根据《混凝土规范》7.2.2计算：挠度:f=23.99 挠度验算:23.99<fmax=30.00mm,满足2.6跨中裂缝:[水平] [竖向]弯矩准永久值:122.6250.000裂缝:0.2410.000跨中最大裂缝:0.241<[ωmax]=0.30mm,满足-----------------------------------------------------------------------【理正结构设计工具箱软件7.0PB4SP2】计算日期:2021-04-2816:03:41-----------------------------------------------------------------------4.7、桥板下挡墙计算重力式挡土墙验算[执行标准：水利]计算项目：和谦重力式挡土墙1计算时间：2021-05-0609:57:28星期四------------------------------------------------------------------------原始条件:墙身尺寸:墙身高:5.000(m)墙顶宽:1.000(m)面坡倾斜坡度:1:0.000背坡倾斜坡度:1:0.500墙底倾斜坡率:0.000:1物理参数:圬工砌体容重:24.000(kN/m3)圬工之间摩擦系数:0.400地基土摩擦系数:0.500墙身砌体容许压应力:2100.000(kPa)墙身砌体容许剪应力:110.000(kPa)墙身砌体容许拉应力:150.000(kPa)墙身砌体容许弯曲拉应力:280.000(kPa)场地环境:浸水地区墙后填土内摩擦角:36.000(度)墙后填土粘聚力:0.000(kPa)墙后填土容重:19.500(kN/m3)墙背与墙后填土摩擦角:20.000(度)地基土容重:18.000(kN/m3)修正后地基承载力特征值:200.000(kPa)地基承载力特征值提高系数:墙趾值提高系数:1.200墙踵值提高系数:1.300平均值提高系数:1.000墙底摩擦系数:0.350地基土类型:土质地基地基土内摩擦角:30.000(度)墙后填土浮容重:9.500(kN/m3)地基浮力系数:0.500土压力计算方法:库仑坡线土柱:坡面线段数:1折线序号水平投影长(m)竖向投影长(m)换算土柱数120.0000.0000作用于墙上的附加集中荷载数:1(作用点坐标相对于墙左上角点)荷载号XYP作用角是否为被动土压力(m)(m)(kN/m)(度)10.0000.000102.000270.000ㄨ坡面起始距离:0.000(m)地面横坡角度:0.000(度)填土对横坡面的摩擦角:30.000(度)墙顶标高:0.000(m)挡墙内侧常年水位标高:-2.500(m)挡墙外侧常年水位标高:-2.500(m)=====================================================================第1种情况:一般情况[土压力计算]计算高度为5.000(m)处的库仑主动土压力按实际墙背计算得到:第1破裂角：21.006(度)Ea=105.230(kN)Ex=72.349(kN)Ey=76.413(kN)作用点高度Zy=1.789(m)因为俯斜墙背，需判断第二破裂面是否存在，计算后发现第二破裂面不存在墙身截面积=11.250(m2)重量=270.000(kN)地下水作用力及合力作用点坐标(相对于墙面坡上角点)X分力(kN)Y分力(kN)Xc(m)Yc(m)墙面坡侧:31.250.00-0.00-4.17墙背坡侧:-31.25-15.633.08-4.17墙底面:-0.0043.751.75-5.00墙顶面:0.000.000.000.00(一)滑动稳定性验算基底摩擦系数=0.350滑移力=72.349(kN)抗滑力=147.101(kN)滑移验算满足:Kc=2.033>1.200(二)倾覆稳定性验算相对于墙趾点，墙身重力的力臂Zw=1.241(m)相对于墙趾点，Ey的力臂Zx=2.605(m)相对于墙趾点，Ex的力臂Zy=1.789(m)验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性倾覆力矩=232.052(kN-m)抗倾覆力矩=608.307(kN-m)倾覆验算满足:K0=2.621>1.400(三)地基应力及偏心距验算基础类型为天然地基，验算墙底偏心距及压应力作用于基础底的总竖向力=420.289(kN)作用于墙趾下点的总弯矩=376.255(kN-m)基础底面宽度B=3.500(m)偏心距e=0.855(m)基础底面合力作用点距离基础趾点的距离Zn=0.895(m)基底压应力:趾部=312.984踵部=0.000(kPa)作用于基底的合力偏心距验算满足:e=0.855<=0.250*3.500=0.875(m)墙趾处地基承载力验算满足:压应力=312.984<=340.000(kPa)(换填2米)墙踵处地基承载力验算满足:压应力=0.000<=260.000(kPa)地基平均承载力验算满足:压应力=120.083<=200.000(kPa)(四)基础强度验算基础为天然地基，不作强度验算(五)墙底截面强度验算地下水作用力及合力作用点坐标(相对于墙面坡上角点)X分力(kN)Y分力(kN)Xc(m)Yc(m)墙面坡侧:31.250.00-0.00-4.17墙背坡侧:-31.25-15.633.08-4.17验算截面以上，墙身截面积=11.250(m2)重量=270.000(kN)相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂Zw=1.241(m)相对于验算截面外边缘，Ey的力臂Zx=2.605(m)相对于验算截面外边缘，Ex的力臂Zy=1.789(m)[容许应力法]:法向应力检算:作用于验算截面的总竖向力=464.039(kN)作用于墙趾下点的总弯矩=452.818(kN-m)相对于验算截面外边缘，合力作用力臂Zn=0.976(m)