改渠工程设计说明

-PAGE1-改渠工程设计说明1项目概况1.1项目地理位置都江堰市位于四川盆地西北部，地处川西平原与川西西北高原的结合部，东临成都市，处在至黄龙、九寨、四姑娘山的黄金旅游枢纽线上。距成都市48.5公里，距双流国际机场60公里，213国道和省道大三线穿境而过，还有一条专线铁路，交通条件十分方便。本项目位于都江堰市莲花堰支渠永安大道下游段。1.2建设背景由于新建规划路横三路红线范围内整段分布莲花堰支渠。为满足横三路起点接永安大道（现状道路无法改变标高）处、横三路与纵一路交叉口处暗渠计算水位与超高的要求，同时考虑到道路横断面布置的合理性，进行现状渠道的改造设计。1.3工程建设的必要性工程河段两岸为城市规划建设区，周边区域用地性质为商业用地、教育科研用地、二类居住用地等属性，现正在建设中，区域洪水主要由莲花堰支渠排至下游并汇入柏条河，因现状渠道过流能力有限，急需进行改造以提升其过洪能力，保障两岸防洪安全。因此，本工程的兴建是非常必要的，也是非常迫切的。1.4前期工作进度情况2021年8月9日，都江堰市行政审批局在行政审批局3楼3号会议室主持召开了《都江堰锦江绿道市政道路及公共绿地建设项目—莲花堰支渠改造工程方案设计》，通过审查并报批，其批复文件如下：2水文2.1流域概况本项目位于都江堰市莲花堰支渠永安大道下游段。柏条河作为都江堰灌溉渠系中的四大主干渠之一，具有灌溉和分洪排洪功能。柏条河在内江宝瓶口以下1078m、仰天窝闸下292m的蒲柏闸取水，经都江堰市胥家、天马至郫县，为郫县与彭州市和郫县与新都的界河，下经唐昌、唐元、新民场、三道堰、青杠树直至石堤堰与徐堰河汇合，再分为左支毗河、右支府河，柏条河全长44.8km，控制区间流域面积93.0km2。柏条河位于岷江冲积扇上，地势自西北向南东微倾。柏条河进口闸高程720.740m（黄海高程，下同），石堤堰闸毗河闸底高程535.500m，落差185.24m，平均比降4.13‰，其中，都江堰至胥家为6‰，胥家至天马为5‰，天马至唐昌为4‰，唐昌至石堤堰为3.2‰，自然河宽25～50m。莲花堰支渠为都江堰灌区一条灌排兼用渠道，在都江堰市幸福镇的柏条河1+469处右岸取水，设计灌面0.32万亩，渠长8.48km，至彭青路柏条河中桥上游右岸汇入柏条河。经现场踏勘，目前该支渠灌溉区部分区域已改建为居住、市政及道路等，灌溉功能有所减弱，现状为该片区排洪与灌溉兼用渠道，在汛期时不承担柏条河洪水分流。根据现场查勘及测绘成果，工程起点以上集水面积1.57km2，渠道长度2.95km，比降4.83‰；工程末端断面以上集水面积1.91km2，渠道长度3.50km，比降4.51‰。图2.1-1流域水系示意图2.2气象据都江堰气象站资料统计，多年平均气温15.2℃，7、8月气温最高，月平均24.0℃，春季（3-5）月平均气温15.4℃，冬季（12-2）月平均气温5.7℃，最冷的1月气温4.6℃；极端最低气温-5.0℃，出现在1月，极端最高气温为37.0℃，出现在8月。多年平均年降水量为1244.9mm，最大年降雨量为1606.4mm，最小年降雨量为713.5mm，降水日数约200天，主要集中在5-9月，占全年80%。多年平均相对湿度为81%；多年平均风速1.5m3/s，历年最大风速18m/s；多年平均蒸发量为950mm；多年平均日照为1025.3h。2.3水文地质条件1、地表水拟建场区北侧为柏条河，距离场区直线距离为550m，河宽约10～20m，深约2.5～4.5m，如图所示，勘察期间（2020年8月）沟内水流量约200～400L/s。勘察场区地下水主要为第四系孔隙水，由大气降雨补给及柏条河流水侧向补给，主要受降雨控制。EEWW图2.1-2场区北侧柏条河2、地下水结合整个场区地形地貌、地层岩性及现场钻孔揭露地下水位资料可知：场地内地下水类型主要为赋存于第四系卵石层中的孔隙潜水，具有统一的地下水位，地下水补给来源主要为地下径流以及河水侧向补给，其次为大气降水下渗补给。卵石层属强透水层，水位随季节性变化。场地北侧地表河流为排泄区。勘察期间属于枯水期，钻孔中均测得稳定水位。场地地下水埋深在3.7～3.9m，高程介于689.85～692.80m，最大高差2.95m；由于场区河流距示范区距离较近，且勘察区下伏地层为卵石层，透水性强，对勘察区地下水影响较大。卵石层中孔隙潜水量一般，贮水性较好，由地表水补给，季节性变化规律明显，卵石层的渗透系数K一般为25～30m/d。2.4水文基本资料本项目位于都江堰市永安大道东侧，流域内无实测水文站。临近流域和平、郭家坝、杨柳坪、都江、跃子岩、大邑、新桥等水文站，见图2.3-1。本项目控制断面以上集水面积仅1.91km2，与周边各测站集水面积均相差较大，综合分析流域测站分布以及资料观测情况，本次以推理公式法计算评工程段设计洪水。2.5洪水2.5.1暴雨洪水特性2.5.1流域暴雨洪水特性莲花堰支渠为灌排两用渠道，灌溉期水流为柏条河分水，洪水由暴雨形成，洪水发生时间与暴雨相一致。每年5-9月为汛期，大暴雨多发生在6-9月，又以7、8月出现最多，一次大暴雨过程一般1-3天，因流域面积小，莲花堰支渠洪水具有峰不高、历时较短的特点。2.5.2设计洪水计算根据工程区实际情况，本次计算工程河段设计洪水主要由起点处设计洪水、终点处设计洪水、区间雨水排入3个部分组成，对于起点和终点断面以上设计洪水，采用推理公式法计算，起点～终点区间雨水排入口2处，雨水收集范围共计0.189km2，在终点断面以上设计洪水计算时采用面积进行相应扣除。1、设计暴雨计算由于莲花堰支渠无实测短历时暴雨资料，且集雨面积较小，本次采用推理公式法计算工程段设计洪水。采用推理公式法进行设计洪水计算时，主要根据《四川省中小流域暴雨洪水计算手册（1984年）》（以下简称《手册》）及《四川省暴雨统计参数图集》(以下简称《参数图集》)查算值计算设计暴雨值、设计洪水值。根据1:1万航测图量算工程控制断面以上集水面积、河流长度、河道比降等河道基本参数，根据《手册》的推理公式法及《参数图集》查算值计算设计暴雨值。查《参数图集》年最大1/6小时、1小时、6小时、24小时暴雨等值线图得出CV、CS和值，并将由点雨量转化为面雨量，由皮尔逊III型频率表查出各频率的Kp值，计算各频率下的点暴雨量。表2.5-1设计点暴雨成果表时段均值(mm)CvCs/Cv1/6h170.343.51h500.393.56h940.563.524h1300.583.5根据都江堰市气象站（国家站）近30年的降水统计资料，该站24h降水量均值为123.4mm，低于《参数图集》查图成果，考虑工程安全性，本次仍采用查图成果。同时，工程区集雨面积小，无需点暴雨折减，直接采用点暴雨成果计算设计洪水。2.5.2设计洪水雨水收集范围（0.189km2）时，工程末端50年一遇设计洪水流量24.2m3/s，20年一遇设计洪水流量18.6m3/s；不含雨水收集范围（0.189km2）时，工程末端50年一遇设计洪水流量21.5m3/s，20年一遇设计洪水流量16.4m3/s。根据工程段周边雨水管布置情况及排水计算成果，工程段共设置有2处雨水排放口，分别为K0+287.00处右岸雨水排放口、K0+485.00处左岸雨水排放口，收集工程段左右岸的雨水，排入支渠流量为1m3/s、2.4m3/s。本工程设计洪水标准50年一遇，对于工程段终点处，包含雨水收集范围直接采用推理公式法计算时，终点断面以上相应流量为24.2m3/s，将雨水收集范围按排入流量计，则与计算结果叠加时，终点断面以上相应流量为21.5+3.4=24.9m3/s，两者差值较小，本处考虑工程安全性，采用雨水排入流量、沟渠设计洪水流量单独计算、两者叠加的结果，作为本次设计洪水成果，则终点断面处P=2%设计洪水流量为24.9m3/s。由此，按照起点处设计洪水流量计算成果与雨水管排入流量进行叠加，得到工程段设计洪水成果。表2.5-2莲花堰支渠设计洪水成果表（工程段）序号位置50年一遇设计洪水流量（m3/s）1K0+000～K0+28721.42K0+287～K0+48522.43K0+485～终点24.93工程地质3.1地形地貌及地层岩性工程区地处都江堰市境内岷江出山口冲积平原内，地形平坦，河谷开阔，属于岷江一级阶地。拟建场地总体开阔平坦，勘探孔高程介于693.28～697.0m，高差3.72m。与工程区关系较为密切的主要断裂为龙门山断裂带，该断裂带由北东向南西分别为龙门山后山断裂、龙门山中央断裂和龙门山前山断裂。根据地质测绘及勘探资料，本场区地层划分为两层组，主要由第四系人工填土层（Q4ml）素填土、杂填土和第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）组成。3.2工程地质与地震项目区主要由第四系人工填土层（Q4ml）素填土、杂填土和第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）组成。根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）（2016年版）（详见201页）及1:400万《中国地震动参数区划图》（GB18306-2015）（详见166页），本场地（合同文件：都江堰胥家镇）的地震峰值加速度为0.15g，地震动反应谱特征周期为0.40s，设计地震分组为第二组，相当于场地地震基本烈度为7度。因此本项目的抗震设防烈度按本场地的地震基本烈度8度进行抗震设计。4工程任务及规模1、工程任务灌溉期为灌渠向灌溉区域供水，汛期时段作为排洪渠使用。2、防洪标准根据中华人民共和国《防洪标准》（GB50201-2014）、《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2017）、《灌溉与排水工程设计标准》（GB50288-2018）、《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）、《治涝标准》（SL723-2016）以及《城市防洪工程设计规范》（GB/T50805-2012），工程等别为Ⅲ等，防洪标准的重现期为50年一遇（P=2%）；本工程为灌排渠，其最设计排水流量为24.8m3/s，工程建筑物级别：主要建筑物为4级，次要建筑物为5级。3、工程规模本次沟渠改造范围内全长520.67m，其中：K0+163.10~K0+175.25、K0+235.80~K0+289.85桩号段为新建暗涵段（合计66.20m），K0+000.00~K0+163.10/K0+175.25~K0+235.80/K0+289.85~K0+520.67桩号段为改造明渠段（合计454.47m）。5工程布置及主要建筑物5.1工程等级及建设标准1、设计洪水标准及工程等别根据中华人民共和国《防洪标准》（GB50201-2014）、《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2017）、《灌溉与排水工程设计标准》（GB50288-2018）、《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）、《治涝标准》（SL723-2016）以及《城市防洪工程设计规范》（GB/T50805-2012），工程等别为Ⅲ，防洪标准的重现期为50年一遇（P=2%）；本工程为灌排渠，其最设计排水流量为24.8m3/s，工程建筑物级别：主要建筑物为4级，次要建筑物为5级。根据《水利水电工程合理使用年限及耐久性设计规范》（SL654-2014），本工程使用年限为30年，环境类别二类。2、设计依据（1）《水利水电工程初步设计报告编制规程》（SL619-2013）；（2）《防洪标准》（GB50201-2014）；（3）《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2017）；（4）《灌溉与排水工程设计标准》（GB50288-2018）；（5）《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）；（6）《治涝标准》（SL723-2016）；（7）《公路工程水文勘测设计规范》（JTGC30-2015）（8）《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44-2006）；（9）《城市防洪工程设计规范》（GB/T50805-2012）；（10）《水工建筑物荷载设计规范》（SL744-2016）；（11）《水工建筑物抗震设计规范》（DL5073-1997）；（12）《中国地震动参数区划图》（GB18306-2015版）；（13）《水工挡土墙设计规范》（SL379-2007）；（14）《水力计算手册》(第二版)；（15）《工程结构通用规范》（GB55001-2021）；其他项目资料及业主要求。3、设计基本资料收集（1）工程实测地形图及横断面图；（2）现场踏勘收集的资料及相关数据。5.2工程的总体布置方案本工程起点为永安大道现状涵洞出口（K0+000.00）处，现状涵洞尺寸为2.5×3.1(宽×高)，渠道线型总体沿“横三路”道路右侧布置，穿越“纵一路”，止于“横三路”终点（K0+520.67，规划道路平面交叉处），接下游为现状沟渠，现状沟渠尺寸为2×1.3m(宽×高)。本次沟渠改造范围内全长520.67m，其中：K0+163.10~K0+175.25、K0+235.80~K0+289.85桩号段为新建暗涵段（合计66.20m），K0+000.00~K0+163.10/K0+175.25~K0+235.80/K0+289.85~K0+520.67桩号段为改造明渠段（合计454.47m）。。5.4主体工程设计5.4.1设计原则1、平面设计原则根据现状渠道，结合道路（横三路）平面布置及道路红线，尽量不改变原有渠道线路走向，保证上下游衔接平顺原则。2、纵断面设计原则a.结合原渠道断面，利用现有建筑物高程调整明渠比降，尽量保留和利用原有完好的建筑物作横、纵断面设计；b.尽量利用原渠道，上下游衔接，挖填平衡，减少工程量，节约投资。5.4.2进、出口水位的确定渠道的进出口底板高程均采用原渠道底高程。工程进、出口水位特征见下表：表5.4-1进、出口水位特征表渠名桩号（km+m）进口设计渠底高程（m）进口设计水位（m）出口设计渠底高程（m）出口设计水位（m）设计水位高差（m）比降i莲花堰支渠K0+000.00～K0+520.67（对应道路桩号D0+034.20~D0+560.00）694.01696.01691.92693.922.090.0045.4.3糙率及渠道超高选择本工程新建渠道衬砌材料采用C30钢筋砼（商砼），根据《灌溉与排水工程设计标准》（GB50288-2018）及《溢洪道设计规范》（SL253-2018）进行本工程的糙率选择，并结合莲花堰支渠运行期管理方式，要求渠道运行单位对工程段渠道进行定期清淤疏浚，特别是每次洪水期过后须进行重点清淤疏浚。因此，本工程渠道糙率取值为n=0.018。根据调查核实，本工程莲花堰支渠为灌排渠道，根据《灌溉与排水工程设计标准》（GB50288-2018）规范要求，本工程渠道安全超高取值0.5m。5.4.4渠道设计流量根据区域其他工程布置需要，本工程渠道设计流量考虑区域市政雨水管排入渠道内，其接入点为K0+287.00桩处右岸（雨水管径D1000）和K0+485.00桩处左岸（雨水管径D1400），分别接入市政雨水流量为1.0m³/s、2.4m³/s，即K0+000.00~K0+287.00段渠道设计流量为21.4m³/s；K0+287.00~K0+485.00段渠道设计流量为22.4m³/s；K0+485.00~K0+520.67段渠道设计流量为24.8m³/s。由此，按照起点处设计洪水流量计算成果与雨水管排入流量进行叠加，得到工程段设计洪水成果。表5.2-2莲花堰支渠设计流量成果表（工程段）序号位置50年一遇设计洪水流量（m3/s）叠加流量（m3/s）莲花堰支渠设计流量（m3/s）1K0+000～K0+28721.4+021.42K0+287～K0+48521.4+122.43K0+485～终点21.5+3.424.9根据设计洪水水面线推求，结合本工程道路设计标高，本次工程明渠段设计底宽3.5m，暗涵段设计底宽4.0m（为无压过流涵洞）。5.4.5渠道断面设计本工程渠道断面为钢筋砼矩形断面结构，渠壁渠底及暗涵均采用C30钢筋砼浇筑，基础采取10cmC20砼垫层。渠壁渗水排水管设置：采取渠底高程以上20cm，间排距1.5m，梅花型布置，采用直径75mm的PVC管，可根据实际情况作调整。渠壁及渠底现浇变形缝按每隔10m设置一处，宽2cm。 1、本工程渠道K0+000.00~K0+163.10桩号段为C30钢筋砼矩形渠，渠底净宽3.5m，渠道净高2.56~2.68m，底板厚度0.45m，侧壁厚度0.35m，底坡为4‰，10cm厚C20砼垫层。2、本工程渠道K0+163.10~K0+175.25桩号段为C30钢筋砼箱涵，净空尺寸4.0×2.5m（宽×高），底板厚度0.4m，侧壁厚度0.35m，顶板厚度0.35m，底坡为4‰，10cm厚C20砼垫层。3、本工程渠道K0+175.25~K0+235.80桩号段为C30钢筋砼矩形渠，渠底净宽3.5m，渠道净高2.85~3.15m，底板厚度0.45m，侧壁厚度0.35m，底坡为4‰，10cm厚C20砼垫层。4、本工程渠道K0+235.80~K0+289.85桩号段为C30钢筋砼箱涵，净空尺寸4.0×2.5m（宽×高），底板厚度0.4m，侧壁厚度0.35m，顶板厚度0.35m，底坡为4‰，10cm厚C20砼垫层。5、本工程渠道K0+289.85~K0+520.67桩号段为C30钢筋砼矩形渠，渠底净宽3.5m，渠道净高3.36~3.62m，底板厚度0.45m，侧壁厚度0.35m，底坡为4‰，10cm厚C20砼垫层。本次设计箱涵安全等级为二级。5.4.6渠道渐变段及抗冲齿墙设计根据本工程布置，本次渠道改造主要有5处渐变段。1、起点K0+000.00桩号处，现状涵洞与新建明渠的衔接，两侧边墙顺接；2、两处暗涵的进出口各设置1处渐变段，渠道渐变段长度为10m，渠道渐变宽度为3.5m至4.0m或4.0m至3.5m；3、终点K0+510.63桩号处，新建明渠与的现状沟渠衔接，该段渠壁高度渐变至原地面高程齐平，渠道底板宽度由3.5m渐变至1.3m，延伸长度10m，并设置终点抗冲齿墙。本工程的渐变段会出现局部水流的壅水现象，但新建道路后，新建渠渠高将有一定的富裕高度用来解决壅水超高现象，因此5处的渐变段对该工程段渠道设计标准洪水过洪能力无影响。本工程渐变段的设计采取平面和纵向的平顺衔接，渐变段的长度不小于上游设计水深的2倍，防止局部壅水现象发生，影响过流能力。5.4.7基础设计本工程基础持力层为卵石层，其设计承载力≥150kPa，根据地勘成果显示，K0+140~K0+340/K0+460~K0+520.67段基础持力层不满度承载力要求，需采取级配砂砾石进行换填，换填至卵石层，换填平均深度1.5m，换填宽度为基础轮廓线外0.5m，换填后承载力≥150kPa，换填范围可根据现场实际情况调整，其压实系数不小于96%，以实际发生计量。渠道回填要求：当渠道渠壁强度达到设计75%时，方可进行墙后填土。墙后面的填土，应优先选择抗剪强度高和透水性较强的填料。当采用黏性土作填料时，宜掺人适量的砂砾或碎石。不应采用淤泥质土、耕植土、膨胀性黏土等软弱有害的岩土体作为填料。回填填料（合格土）指标：天然重度不小于20.0KN/m3，内摩擦角不小于24°，粘聚力不小于19KPa，粘性土压实系数不小于94%，非粘性土相对密度不小于0.65。6施工组织设计6.1施工条件1、本次工程的工程量较小，生活生产物资、技术供应和交通运输较便利，施工条件较好。2、本工程须在非汛期非灌溉期实施，施工时间较短，工程量较小。6.2施工导流1、导流标准本工程等级为Ⅴ级，据《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2017）规定，导流建筑物为5级，导流建筑物选择土石围堰，对于5级土石围堰的设计洪水为5年一遇标准。2、导流时段根据本工程特性及布置，本工程采取非汛期非灌溉期施工。3、导流方案本工程施工作业区施工靠近水岸线，本支渠上游起点进水方式为闸门控制，本次施工时期为非汛期非灌溉期内实施，因此导流方案可采用原渠道一次拦断截留，并结合排水管将水导流至下游，再进行主体工程施工。一次拦断挡水坝采取土石坝，临水面土石编织袋坡比为1:1.5，背水面坡比1:1.5。坝顶部宽度为1.5m，其中土石编织袋顶宽0.5m。6.3主体工程施工1、土石方开挖：本工程土石方开挖采用1.6m3液压反铲开挖，土石方料就近堆放。原有砌体拆除采用破碎机破碎施工，从上至下逐层拆除。2、砼拆除：原有砼拆除采用破碎机破碎施工，从上至下逐层拆除。3、土石方回填：优先利用合格的开挖料和拆除料作为回填料。回填施工时应先清除填方地段地表耕作层或风化剥蚀层，机械摊铺，蛙式打夯机夯实。具体回填碾压次数及厚度，应根据现场实验确定。4、砼浇筑：采用商品砼，由厂家运输至现场进行浇筑，立组合钢模，然后用插入式振捣器进行振，砼浇筑完毕后应重视养护工作。施工期间，当低温季节的日平均气温低于5℃或最低气温为-3℃，应该按照低温季节进行砼施工。6.4施工总进度根据编制原则，本工程施工期安排在非汛期进行，工程施工总工期为5个月（11月～次年3月）。本着从前至后，先难后易，分期实施、分期受益的原则来计划安排。工程建设一般分为工程准备期、主体工程工期和完工期三个施工阶段。1、工程准备期工程准备期安排在11月完成，主要完成场地平整、场内交通、临时建房和施工工厂等施工所需的临时设施，由施工单位负责修建。2、主体工程施工期主体工程施工期安排在12月～2月，共计3个月。3、工程完建期工程完建期安排在次年3月，完成竣工扫尾、验收工作。6.4-1工程施工进度表年份工期第一年次年11月12月1月2月3月工程准备期主体工程开挖、拆除土石方开挖砼浇筑土石方回填工程完建期施工月平均强度开挖、拆除0.22万m3土石方回填1.11万m3砼浇筑0.12万m37结论与建议7.1结论1、本工程建设的目的主要为满足横三路起点接永安大道（现状道路无法改变标高）处、横三路与纵一路交叉口处暗渠计算水位与超高的要求，同时考虑到道路横断面布置的合理性，进行现状渠道的改造设计。2、方案设计前期，多次与水务部门、规划部门及业主沟通对接，由于区域范围为城市建设开发及待开发地，本次沟渠改造工程段按照都江堰市防洪标准，其防洪标准为50年一遇。3、本工程建设符合区域规划要求，满足防洪要求。4、本工程建设规模适度、方案合理。5、本工程经济效益良好，社会效益显著。7.2建议1、由于本工程建设为莲花堰支渠部分段改造提标（横三路段的支渠改造，K0+000.00~K0+520.67），因此仅工程段满足50年一遇防洪要求。2、建议将莲花堰支渠本工程段下游段一并纳入渠道整治，保证上游排水顺畅，防止下游汛期被洪水淹没。3、加强项目区各部门沟通，尽快落实区域规划（特别是区域水系的串通），结合本工程建设，促进区域经济效益和社会效益的发挥。4、加强项目实施管理，合理安排实施计划。施工当中和有关部门积极配合，合理安排工序，确保项目实施时对周边单位及居民影响最小。5、认真落实资金使用计划，严密组织方案设计及施