贵港市堤防设计

PAGE1PAGE28贵港市堤防设计TOC\o"1-3"\h\u第一章概述 3第一节流域概述 3第二节工程任务 3第三节场地自然条件 41.气象与水文 42.工程地质 53.设计标准 7第四节设计依据 7第二章工程布置 8第一节工程分级 8第二节堤型选择 8第三节工程布置 91.布置原则 92.布置拟定 9第三章堤防设计 10第一节堤防结构设计 101.筑堤材料选择与浆砌石堤防材料标准 102.堤顶高程 103.截面结构设计 154.截面尺寸确定 16第二节堤防稳定验算 181.荷载计算 182.地基应力的计算 223.稳定验算 264.沉降量计算 30第三章工程量计算 31第一节工程开挖量计算 31第二节工程回填量计算 32第三节浆砌石和素混凝土量计算 32第四章其他布置说明 34第一节观测设施 34第二节交通与通信设施 35第三节防汛抢险设施 36第四节生产管理与生活设施 36第五节穿堤建筑物、构筑物 36第六节跨堤建筑物构筑物 38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南县境内的杨梅山。郁江流域总面积90656km2，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1221km2，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200m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+960~5+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部分，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项目建议书》，鲤鱼江两岸堤防与郁江北堤和城东、西内堤一道构成贵港市城北区防洪体系。防护区面积70.66km2，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部分居民共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+960~5+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44～47.5m之间，市区地面高程大部分在郁江的10年一遇洪水位以下，每遇较大洪水即处于受淹状态。近年来，曾多次受到洪水的威胁，但鲤鱼江中段（3+960~5+225）左岸的台地高程明显高于市区，左岸城区高程大部分在46.8~48.8m之间，虽有一定的调蓄容量，但由于受郁江洪水的顶托，且鲤鱼江中上段有较大的水体，每遇较大洪水即处于受淹状态，2001年7月贵港市发生“7.10”特大洪水时，鲤鱼江中下段（3+960~5+225）左岸的房屋被淹深度达1米以上。为此，该市已列为广西重点防洪县市之一。场地自然条件1.气象与水文1.1气象贵港市城区属亚热带季风气候区，温暖湿润，雨量充沛，夏长冬短。多年平均气温为21.4℃，一月平均气温12.1℃,七月平均气温28.4℃,极端最高气温39.5℃,极端最低气温-3.4℃。多年平均降雨量为1500mm，最大年降雨量为2185.9mm，最小年降雨量为951.1mm，降雨在年内分配不均匀，4～8月份雨量约占全年雨量的72%，9月～次年3月雨量占全年雨量的28%。多年平均蒸发量为1120.7mm最大年蒸发量为1478mm，最小年蒸发量为902.7mm。多年平均相对湿度为76%，多年平均风速为2.49m/s，最大风速为24m/s，极大风速为28m/s，年均无霜期为353天。1.2水文1.2.1径流鲤鱼江集雨面积内的年均雨量1505mm，年均径流深约为1000mm。本工程是以防洪排涝为主，兼顾治污、环境美化、旅游景观、生态保护，工程规模由设计洪水位确定，径流不影响本工程规模。1.2.2设计洪峰流量表1.1鲤鱼江设计洪水成果（单位:m3/s）项目2%5%10%20%50%备注综合单位线法35942907239218631115采用1.2.3鲤鱼江河口水位鲤鱼江河口各频率水位成果见表2-2。表1.2鲤鱼江河口各频率水位成果表（单位：m）频率P=1%P=2%P=5%P=10%P=20%P=50%水位49.2148.5247.7946.9845.8643.671.2.4鲤鱼江水面线表1.3鲤鱼江水面线计算成果（单位；m）断面编号距河口距离河底高程Q2%碰Z10%Q10%碰Z2%外包线水面宽5+22589021.647.1848.5548.551315+06099021.747.1848.5548.551204+960109021.747.2348.5648.561274+860119022.247.2848.5848.581344+760129022.447.3148.5948.591334+660139022.447.3148.5948.591164+560149022.547.3848.6148.611234+460159022.547.4348.6248.621244+360169022.547.4348.6248.621204+260179022.747.4448.6248.621204+16018902447.6348.6848.681294+06019902447.6648.6848.681303+960209023.8347.6948.6948.691302.工程地质2.1地质概述本工程区地层自上而下分为六大层：①杂填土层，层厚不均匀，一般为0.3～1.5米，个别部位达3.5米，土质不均匀，松散，高压缩性；不宜作为堤基的天然持力层。②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。③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=180kPa。④石灰岩，强风化状态，为风化作用沿裂隙进行的产物，主要见于6-1钻孔处，属软岩，岩体破碎，承载力fak=800kPa。⑤石灰岩，弱风化状态，属较硬岩，岩体较破碎，承载力fak=2500kPa。⑥石灰岩，微风化状态，属较硬岩，岩体较完整，承载力fak=4000kPa。该场区内无大的断裂带经过，区域地质稳定。未发现土洞、空洞等不良地质作用存在。本区地震烈度为Ⅵ度。地下水类型主要为：上层滞水，赋存于土体裂隙中，其补给来源主要为大气降水及生活废水，水量不大。深部岩体裂隙存在裂隙水，水位埋深一般在10米以下。场地土和地下水对砼无腐蚀性。2.2地基评价与场地评价1、杂填土①层，土质不均匀，松散，高压缩性；按《建筑抗震设计规范》（GB50010-2001），该土属软弱土。2、粘性土②层，可塑状态，压缩性中等，土质较均匀，承载力一般，按《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001），该土属中软土。3、粘性土③层，可塑状态，压缩性中等，土质较均匀，承载力一般，按《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001），该土属中硬土。4、石灰岩④层，强风化状态，属软岩，岩体破碎，岩体基本质量等级为V级；按《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001），该层属岩石。5、石灰岩⑤层，中风化状态，属较硬岩，岩体较破碎，岩体基本质量等级为Ⅳ级；该层承载力高；按《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001），该层属岩石。6、石灰岩⑥层，微风化状态，属较硬岩，岩体较完整，岩体基本质量等级为Ⅲ级；该层承载力高；按《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001），该层属岩石。7、该场区内无大的断裂带经过，区域地质稳定。8、本次勘察过程中未发现土洞、空洞等不良地质作用存在。综上所述，拟建场地是稳定的，属中等复杂场地；地基属中等复杂地基。2.3结论和建议1、拟建场地是稳定的，属中等复杂场地；地基属中等复杂地基。2、按《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001），堤线所经过场地均属Ⅱ类场地，为可进行建设的一般地段；场区抗震设防烈度为六度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第一组，设计特征周期为0.35s。3、杂填土①层不宜作为堤基的天然持力层。4、粘性土②层土质较均匀，工程地质条件良好，土的隔水性良好，可作为堤基的天然持力层；按《广西膨胀土地区工业与民用建筑勘察、设计施工和维护条例》，该土的胀缩性等级属弱的，地基为胀缩变形小的膨胀土地基，土的胀缩性对防洪堤基础影响较小。5、本区域岩溶不甚发育，灰岩④、⑤、⑥层为良好的地基下卧层；即使下伏基岩局部存在岩体裂隙和渗漏通道，由于上覆粘性土层厚度较大，作为良好隔水层，堤内不大可能出现大面积集中渗漏和管涌现象。6、根据本区域及相邻区域岩土工程勘察经验与社会调查，本区域可能局部存在古墓、砖窑等不良地质现象，基槽开挖时应予以充分注意。7、根据现场原位测试、室内试验成果并结全本地区相同土岩类的力学指标经验，地基土岩层的承载力特征值fak、压缩模量Es建议取值如下：粘性土②层：fak=240KPa，Es=8MPa粘土性③层：fak=180KPa，Es=5MPa灰岩④层：fak=800KPa灰岩⑤层：fak=2500KPa灰岩⑥层：fak=4000KPa8、如堤线方案选择截弯取直方案，由于8-3#钻孔北东侧已建成建筑群，建筑较密集，建议堤线经过8-3#钻孔位置后，从8-2#钻孔处接回岸坡段。9、场地土和地下水对混凝土无腐蚀性。10、参照类似岩性的经验值，粘性土渗透系数可取值K=1.2×10-7cm/s。3.设计标准根据贵港市城区发展规划，参照《防洪标准》（GB50201-94）规定和广西区水利厅桂水技字(1998)75号《关于贵港市城区防洪排涝规划的批复》及水利部水利水电规划设计总院水总规[2000]49号文的审查意见，贵港市城区防洪堤工程按五十年一遇洪水设计。第四节设计依据1.各种水工建筑物教材；2.各种水力学教材；3.武汉水电学院编.水力学计算手册；4.华东水利学院主编.水工设计手册.1.基础理论.北京：水利电力出版社，1983；5.水利水电枢纽工程等级划分及设计标准；6.堤防工程设计规范。第二章工程布置第一节工程分级根据贵港市城区发展规划与布局，特别是对于住宅区，生产设施的防护力度，综合考虑投资和洪涝灾害潜在损失，结合贵港市的防洪标准，本工程防洪堤工程按五十年一遇洪水设计。根据《堤防工程设计规范GB50286-2013》规定，确定本堤防工程等级为2级。堤防工程的级别防洪标准【重现期（年）】≥100＜100，且≥50＜50，且≥30＜30，且≥20＜20，且≥10堤防工程的级别12345堤型选择堤防工程的型式应按照因地制宜、就地取材的原则，根据堤段所在的地理位置、重要程度、堤址地质、筑堤材料、水流及风浪特性、施工条件、运用和管理要求环境、景观工程造价等因素经过技术经济比较，综合确定。堤型的选择，以土堤为首选。但根据《堤防工程设计规范GB50286-2013》，土堤的坡度不得陡于1:3。按照设计水位与已定的堤轴线高程的差值大体确定堤身高度约为3m，堤顶宽度不得小于3m,则堤底宽度至少为21m。宽度太大，断面也很大，浪费材料，并且因为堤后城区建筑物有很多，与堤身的连接太多，不便布置，加之工程所属地花都为经济热土，大量占地修建土堤只会加剧城市的土地短缺，因此不选土堤，选择浆砌石堤防。可以将坡度设置陡一些，减少堤身宽度，节约材料，减少对已建建筑物的影响。就地取材、节约钢材、木材、水泥。堤身坡度参考《浆砌石坝设计规范【SL25-2006】》，暂定临水坡1：0.2，背水坡1:0.6。详细布置见后。工程布置布置原则根据《堤防工程设计规范GB50286-98》中规定，“河堤堤线应与河势流向相适应并与大洪水的主流线大致平行。堤线应布置在占压耕地拆迁房屋等建筑物少的地带，避开文物遗址，利于防汛抢险和工程管理”。布置拟定本次工程的堤线方案考虑河道转弯的曲率半径较大，采用沿着河道布置的方案，放弃将堤线基本直线布置，不沿着河岸的截弯取直的布置方式。由于此堤防的级别较高，保护地区相对比较重要，因此要保证城区内基本安全，堤线布置选择沿着河道布置的方案。

堤防设计堤防结构设计1.筑堤材料选择与浆砌石堤防材料标准石料：抗风化性能好，冻融损失率小于1%；砌墙石块质量可采用50~150kg，堤的护坡石块质量可采用30~50kg；石料外形宜为有砌面的长方体，边长比宜小于4。回填选用无粘性土，需满足以下要求：内摩擦角Ф=30°，容重r=18kN/m3，凝聚力c=0。2.堤顶高程堤顶高程应按设计洪水位或设计高潮位加堤顶超高确定。堤顶超高应按下式计算确定：式中Y堤顶超高R设计波浪爬高e设计风壅增水高度A安全加高2.1．R设计波浪爬高的计算式中：V──计算风速，m/s；H──设计波高的均值，m；F──风区长度，m；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/s2。波长的确定：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1.5倍，在此工程中，V=24m/s*1.5=36m/s。此工程资料中未知风区长度F，则取主风向与河面线的夹角为45°，则F=水面宽÷COS45°。此处H为设计波高的均值，H=外包线—河底高程。由此，可以根据以上公式确定出每个断面的平均波高H、波浪周期T以及波长L。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+22521.6048.5526.951310.2762.3338.5005+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+46022.5048.6226.121240.2702.3058.2924+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：根据规范，此堤防采用混凝土护面，为0.8。根据QUOTE的值查表确定，为1.13。查表得2.07。根据坡度m值取为1.45。R的计算过程如下表所示：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+9600.2750.7472.2．e设计风壅水面高度式中：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；β──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3.6×10-6表2.3风壅水面高度计算表（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+96021.7048.5626.86127179.61360.0014+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+16024.0048.6824.68129182.43360.0014+06024.0048.6824.68130183.85360.0013+96023.8348.6924.86130183.85360.0012.3安全加高堤防工程的安全加高值堤防工程的级别12345安全加高值（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，安全加高值取为0.8。2.4堤顶超高根据以上3项算出的值，根据QUOTE，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ReAY5+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+1600.7450.0010.8001.5464+0600.7470.0010.8001.5493+9600.7470.0010.8001.5492.5堤顶高程设计高潮位为资料所给的外包线，则堤顶高程可以确定，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+56048.611.53050.1404+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安全度和美观度。所以好的断面设计需要综合考虑各方面的影响因素，尽量做到安全和经济的统一，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，本工程因为部分断面堤身高度较高，大于10m，若宽度取的太小则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。故偏于安全地取堤顶宽度为2m。根据《浆砌石坝设计规范SL25-2006》，上游坝坡可采用1：0~1:0.2，下游坝坡可采用1:0.6~1:0.8。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，《堤防工程设计规范（GB50286-2013）》要求砂土垫层厚度为0.5~1m之间，考虑到本工程第三层土也为粘性土且承载力较小，故选择垫层厚度为0.7m.初拟堤身断面结构如下图：截面尺寸确定4.1．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2.5m。堤身高度=堤顶高程—堤轴线高程—2.5m＋垫层厚度0.7m4.2．堤底宽度由于堤身两边的坡度已知，堤身高度也知道，可以确定出堤底的宽度。堤底宽度=堤顶宽度＋堤身高度×（m1＋m2）其中，m1为0.2，m2,为0.64.3．垫层尺寸垫层厚度取为0.7m,角度为45°，则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+96050.10140.6038.8011.30211.045.204+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+16050.22644.3042.507.7328.182.504+06050.22943.8042.008.2328.585.003+96050.23944.7042.907.3427.873.10

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。荷载分布如下图所示：说明：力的单位统一为kN，弯矩的单位统一为kN·m。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+860779.6395.10337.82461.13-345.84453.104+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+260609.8685.72223.64337.41-253.06307.994+160865.2199.46401.87525.27-393.95533.184+060957.89103.97475.82595.84-446.88624.773+960796.8195.99350.33473.92-355.44468.811.2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=γ·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+46013.72923.31-4222.60184.661090.70-3131.904+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+9606.49206.60-446.9441.32144.73-302.211.3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+46013.6413.72-918.08-2087.444+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+9607.876.49-250.56-328.681.4土压力作用的计算计算简图：堤身后回填土压力为主动土压力，计算公式为：式中：——土主动力（kN）γ——土容重（kN/m3）；本工程中取为18Ka——主动土压力系数，按照《水工挡土墙设计规范SL379-2007》附录A计算：——土的内摩擦角，取为30°——挡土墙墙背面与铅直面的夹角。本工程中为31°。——挡土墙墙后填土对墙壁的摩擦角，，本工程中取为9°。——填土表面与水平面的夹角。本工程中为0。经过计算后，得到。由计算简图可知，主动土压力与水平面的夹角为为便于计算应力及弯矩，将土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+6603.900.6284.87-65.0284.5254.55-230.25-175.694+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+0605.000.62139.50-106.86178.1189.67-295.14-205.473+9603.100.6253.62-41.0842.4534.47-114.28-79.812.地基应力的计算2.1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②层：fak=240KPa，Es=8MPa。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：其中，d值为平均埋深。本工程取为1.5m，γ取为18，则修正后的地基承载力为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较，基底最大应力与地基承载力的比较，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+0601573.711185.0293.26-1088.41-500.13-871.7072.63-241.784+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+5601662.881294.81100.27-1218.07-533.19-955.50112.48-366.244+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+0601061.86624.7753.43-454.18-310.69-444.4389.67-205.473+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+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+460274.13134.82204.482.034+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+760151.6165.02108.312.334+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。平均应力：有水及无水情况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。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，大部分断面的最大应力值在200kpa左右，因此满足安全需要。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。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，且大部分数值在2以下，小于最大允许比值3，因此安全。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，影响安全与使用。其他点数值均较小，可以认为安全。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：“②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。③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=180kPa。”初步拟定第二层土层的厚度为9m，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部分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。若要精确计算，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3.1抗滑稳定验算基本公式：由于堤身与地基的连接面并不可靠，因此偏于安全的用下卧层粘土的抗剪公式计算基底抗滑，取QUOTE，其中，QUOTE取为20kpa，QUOTE取为20°。无水时，由于堤身后主动土压力的作用，堤身会向前滑移，此时计算不计水压力和扬压力的作用。有水时，水的推力使堤身向后滑移，堤身后为被动土压力，计算时先忽略被动土压力的抗滑影响，若此时抗滑稳定满足要求，则正常使用时也满足要求。竖直力有堤身自重和土压力的竖直分力，水平力为土压力的水平分力。采用土力学的抗剪公式时，要先算出数值应力和剪应力，即用各分力除以地面的宽度。计算结果如下表所示：表2.15抗滑稳定验算（无水）断面编号水平土压力铅直合力铅直应力容许应力Ks5+2255+060-86.561646.35157.43110.8913.404+960-115.581849.54167.52116.7211.154+860-71.85935.03120.0189.299.684+760-98.491290.99140.98101.409.434+660-65.021494.67149.45106.2916.354+560-134.051775.36165.12115.339.254+460-148.802789.52204.48138.0512.664+360-102.632030.22174.51120.7513.694+260-17.96710.66102.2079.0030.584+160-26.72987.09120.6689.6627.464+060-106.861151.53134.1797.467.833+960-41.08927.27117.8188.0216.86表2.16抗滑稳定验算（有水）断面编号水平水压力切应力铅直合力铅直应力容许应力Ks5+2255+060466.2844.591239.48118.5288.431.984+960536.6648.611390.42125.9492.711.914+860199.6625.63731.1593.8474.182.894+760321.0235.06991.83108.3182.532.354+660414.2641.421126.71112.6685.042.054+560501.3546.631342.44124.8592.081.974+460923.3167.682056.10150.72107.021.584+360617.4853.081513.47130.0995.111.794+260141.4420.34555.7979.9366.153.254+160232.1828.38757.4692.5973.462.594+060267.1531.13894.27104.1980.162.583+960206.6026.25718.0491.2372.672.77由上两表可以看出，安全系数Ks均大于规范规定的值1.5，因此基底抗滑较为稳定，堤身不会产生沿基底的滑移。3.2抗倾覆稳定验算堤身抗倾的验算要分成两种情况，施工期和正常使用状态，即有水和无水的情况。3.2.1无水的情况。无水时，在堤身后土压力的作用下，堤身有绕着迎水面堤脚倾覆的趋势，受力如下图所示：从上图可以看出，只有土压力的水平分力对堤身产生倾覆弯矩，而抗倾覆弯矩则有自重弯矩和铅直土压力弯矩，又因为自重数值上远大于土压力，故不再详细验算施工期间的抗倾覆稳定。 3.2.2有水的情况有水时，在堤前水推力以及扬压力的作用下，堤身有绕着背水面堤脚倾覆的趋势，受力如下图所示：计算时，计算每个力对B点的力矩。计算结果如下表所示：表2.17堤身抗倾的验算断面编号水压力倾覆弯矩扬压力倾覆弯矩重力抗倾覆弯矩总力矩5+2255+060-1515.42-3486.786888.581886.394+960-1871.17-4169.328071.302030.814+860-424.60-1266.372889.341198.374+760-865.69-2218.224665.021581.114+660-1269.01-3005.716044.361769.654+560-1689.55-3821.987470.921959.394+460-4222.60-8349.7814938.342365.964+360-2309.38-4965.659401.462126.434+260-253.19-849.092052.32950.054+160-532.46-1505.643341.751303.654+060-657.18-1777.723852.961418.063+960-446.94-1314.722978.581216.92计算时尚未计入被动土压力对堤身的抗倾作用，此时抗倾覆弯矩仍远大于倾覆弯矩，正常使用下，考虑到被动土压力的抗倾影响，抗倾覆稳定依然满足要求。4.沉降量计算地基下有两层粘性土，由资料已知两层土的弹性模量，因此，采用分层总和法计算基底的沉降。公式如下：本次工程的资料中，并没有给出空隙比e的值，但给出了弹性模量，因此同样的道理计算地基沉降。根据资料：“②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。③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=180kPa。”则取粘性土②层厚度为9m，Es=8MPa，粘土性③层厚度为3m，Es=5MPa。计算结果如下表所示：表2.18沉降量计算成果（单位：m）断面编号堤底应力②层应变②层沉降③层应变③层沉降总沉降5+2255+060118.520.010.130.020.070.204+960125.940.020.140.030.080.224+86093.840.010.110.020.060.164+760108.310.010.120.020.060.194+660112.660.010.130.020.070.194+560124.850.020.140.020.070.224+460150.720.020.170.030.090.264+360130.090.020.150.030.080.224+26079.930.010.090.020.050.144+16092.590.010.100.020.060.164+060104.190.010.120.020.060.183+96091.230.010.100.020.050.16由上表可知地基总沉降量在0.15-0.25m之间，部分截面沉降量较大，但此处并没有考虑应力的扩散，因此实际沉降会小很多。要采用必要的工程措施。可采用：在沉降较大的截面设置减沉桩。但若基底沉降完成后基底高程将下降，则之前布置的堤身高度要改变，此时可以适当提高垫层厚度，提高垫层厚度一方面作用在堤面的水深降低，对堤防本身有利，另一方面垫层中砂容重较浆砌石容重低，相比较于直接加高堤高，加厚垫层带来的重力荷载增量更小，更加安全。垫层厚度可增加0.1-0.2m，此时垫层厚度为0.8-0.9m，仍符合规范要求的0.5-1m。第三章工程量计算第一节工程开挖量计算根据简化方法计算工程开挖量，从各个断面的剖面图上量出开挖的面积，将复杂的地形情况简化为简单的棱柱体计算，计算过程如下表所示：表3.1开完工程量计算（单位：m³）断面编号开挖面积平均开挖面积河段长开挖工程量5+2255+06047.481004+96059.1353.3051005330.54+86036.4547.7910047794+76045.8841.1651004116.54+66056.2351.0551005105.54+56069.1562.6910062694+460100.5284.8351008483.54+36084.6192.5651009256.54+26031.7258.1651005816.54+16033.5532.6351003263.54+06049.1641.3551004135.53+96032.2940.7251004072.5总和60628.5由上表可知，工程总开挖量为60628.5立方米。第二节工程回填量计算根据简化方法计算工程回填量，从各个断面的剖面图上量出回填的面积，将复杂的地形情况简化为简单的棱柱体计算，计算过程如下表所示：表3.2回填工程量计算（单位：m³）断面编号回填面积平均回填面积河段长回填工程量5+2255+06021.261004+96028.3924.831002482.74+86017.6523.021002302.14+76024.1920.921002092.14+66015.9720.081002008.14+56032.9324.451002444.94+46036.5534.741003473.94+36025.2130.881003088.14+2604.4114.811001481.24+1606.565.49100548.84+06026.2516.411001640.63+96010.0918.171001817.0总和23379.6由上表可知，工程总回填量为23379.6立方米。第三节浆砌石和素混凝土量计算根据简化方法计算浆砌石和素混凝土量，从各个断面的剖面图上量出堤身断面的面积，计算过程如下表所示：表3.3浆砌石体积断面编号堤身面积堤身平均面积河段长体积5+2255+06065.851004+96073.6869.771006976.84+86035.4454.561005456.14+76049.9142.671004267.24+66060.0154.961005495.94+56069.7664.881006488.44+460113.8291.791009178.74+36082.0997.951009795.44+26027.7254.911005490.54+16039.3333.521003352.44+06043.5441.431004143.43+96036.2239.881003988.0总和64633.0由上表可知，浆砌石和素混凝土总量为64633.0立方米。第四章其他布置说明第一节观测设施1．应根据堤防工程的级别、水文、气象、地形地质条件、堤型及工程运用要求设置必要的观测项目及观测设施。观测设施的设置应符合有效、可靠、牢固、方便及经济合理的原则。2．观测设施设计应符合下列要求：（1）选定观测项目和观测点布设能反映工程运行的主要工作状况；（2）观测的断面和部位应选择在有代表性的堤段，并应做到一种设施多种用途；（3）在特殊堤段或地形、地质条件复杂的堤段，如故河道、老溃口、软弱堤基、浅层强透水带、承压水以及有穿堤建筑物等，可根据需要增加观测项目及观测范围；（4）选择技术先进、使用方便的观测仪器、设备；（5）各观测点应具备较好的交通、照明等条件，观测部位有相应的安全保护措施。3．堤防工程宜设置下列一般性观测项目：