河流泥沙课程设计

1《航道及海岸整治》课程设计计算书学生姓名：林源学号：251303238专业班级：水利水电2班指导教师：蒋北寒二〇一六年十二月十三日2一、设计课题惠安县东港溪清淤整治工程二、设计资料1．东港溪水系图，河道地形平面图、断面图及特征桩号布置图2．项目概况惠安县东岭镇东港溪清淤整治工程位于东岭镇前厝村，系属东港溪流域。东港溪发源于东岭镇荷山村西南角的小山丘（海拔55.9m）。流经荷山村、大坵村、彭城村、赤石村、西头村、大吴村后，于路竹下东部汇入湄洲湾。东港溪的流域面积为16.13km2，主河道长度8.20km，平均坡降3.41‰，为独立入海河道。东港溪河道两岸以农田为主，局部为道路及民房，穿越村庄的河道被民房及围墙占用，违章建设有大量阻水建筑物；河道河床沿程淤积严重，河滩被人为侵占，大大束窄了行洪断面，造成河道行洪能力下降，无法正常排泄，严重影响了群众的生命及财产安全。东港溪现有的防洪标准明显偏低，因此，提高该河段的防洪能力，给人民提供良好的生活环境、促进国民经济发展、保障人民生命财产安全是十分必要的。本设计主要依据以下规范、标准：（1）《防洪标准》（GB50201-94）；（2）《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）；（3）《河道整治设计规范》（GB50707-2011）；（4）《水工混凝土结构设计规范》（SL191-2008）；（5）《水工建筑物荷载设计规范》（DL5071-1997）；（6）《水工挡土墙设计规范》（SL379-2007）；（7）《水工混凝土结构设计规范》（SL191-2008）。3．设计任务及规模东港溪河道较窄，河底淤积又严重，使河道行洪能力大大减小，目前，东港溪基本能够满足2年一遇的洪水标准。通过本次河道清淤整治后，河槽的行洪能力大大增加，提高到了5年一遇的防洪标准。惠安县东岭镇东港溪清淤整治工程整治河道长度1440m，桩号范围DG0+000.0～DG1+400.。主要是通过河道的清淤、清障、岸坡整治等措施，达到3河道功能恢复、水质洁净优良、生态系统良性的目的。4．水文根据水面线计算，得东港溪干流的现状及整治后水面线，详见表1所示。5．工程地质堤基分布的土层主要为第四系冲积层，下部为残积土层，下伏基岩为燕山晚期侵入黑云母花岗岩风化层。根据钻探揭示，按照从上至下顺序依次为：人工填土层、粉质粘土、细砂（局部夹淤泥）、中粗砂、残积砂质粘性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩。沿线堤基大多为单层结构，局部为双层结构。6．河岸概况东港溪干流河段DG0+000.0～DG0+290.0，两岸为农田，现有河宽较窄。桩号DG0+290～DG0+380.0左岸为省道201，右岸为农田，现状河道左岸护岸为公路砌石挡墙，右岸护岸为土质边坡，本次左岸护岸可保持不变。桩号DG0+380～DG1+337.0，两岸为农田，现状河道两岸护岸均为土质边坡。7．清淤、清障工程本工程主要清除河道河床及两岸淤积的淤泥、粉质粘土等，清障整治内容为清除河道管理范围内阻碍行洪的河道水生植物、岸坡灌木从、岸坡杂草等，野生植物沿途分布在整条河道上。8．挡墙稳定计算参数墙后填土参数：墙后填土容重γ=19.5KN/m3，墙后填土浮容重γ’=9.5KN/m3，内摩擦角Φ=25.3°，内聚力C=16.4kPa。砌体与地基摩擦系数f=0.35；地基允许承载力130kPa；墙身容重23kN/m3；墙顶荷载3.5KN/m2。三、设计内容1．护岸岸线布置：根据河流的水文、地形、地质条件及现有河岸的稳定情况布置。2．河道清淤、清障设计，清淤总量计算。河道清淤总量计算如下表：4桩号流量（m3/s）河底高程（m）水位（m）流速（m/s）过水断面面积清淤面积现状现状整治后现状整治后m2DG0+08026.954.517.821.9117.8614.110.00DG0+12026.954.977.612.713.209.980.00DG0+16026.954.837.411.0113.9726.6812.71DG0+20026.954.947.271.3313.6620.266.60DG0+24026.954.87.140.7413.5436.4222.88DG0+28026.954.497.10.9419.3628.679.31DG0+32035.794.437.040.8328.6643.1214.46DG0+36035.794.247.010.9531.9837.675.69DG0+40035.793.266.960.8427.3942.6115.22DG0+44035.793.56.950.6343.3356.8113.48合100.36清淤量：清淤面积×40=4014.4𝑚3，整治前过水断面面积由CAD计算而得；整治后过水断面面积由该断面面积除以整治后流速而得。经过计算后得到从DGO+080至DG0+440共10个断面的清淤总量100.36𝑚2。各个断面的清淤方式如下图：DGO+1605DGO+200DGO+240DGO+2806DGO+320DGO+360DGO+4007DGO+440注：上图中画阴影的区域为清淤的部分。3．护岸形式选择：方案一：复合式护岸型式8方案二：斜坡式护岸型式方案三：直立式护岸挡土墙的形式应按照因地制宜、就地取材的原则进行选择。①从占地面积上来看，方案2的占地面积最大，其次是方案1，最后则是方案3。②从经济角度9看，方案2的造价最低因其只需要对边坡进行加固稳定不需要修建较大的建筑物、方案3因需要建立一个较大的护岸建筑因此其造价最高、而方案1则是介于两者之间。③从环保角度来看，方案2对于环境的破坏和保护是最好的、方案1虽然破坏了一部分的环境但是也提供给人们一个较好的亲水平台，从最终的效果来看也是不错的、方案3对于环境的破坏是最大的而且也没法提供一个很好的后期效果。综合上述几点和当地的条件，选择方案3.：直立式护岸是比较好的。4．护岸高程设计：考虑到河道宽度较小，受风浪爬高影响甚小，因此不考虑波浪爬高和风壅水面高度。护岸高层H=断面设计水面高+安全超高（0.5m）H𝐷𝐺0:160=2.50+0.5=3.00m𝐻𝐷𝐺0:240=2.70+0.5=3.20mH𝐷𝐺0:320=2.90+0.5=3.40mH𝐷𝐺0:360=3.00+0.5=3.50m5．护岸设计。根据《水工挡土墙设计规范》（SL379-2007）和《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）等规范中的：4.2.7挡土墙的墙顶宽度应根据墙体建筑材料和填土高度合理确定。混凝土或钢筋混凝土挡土墙的墙顶宽度不应小于0.3m，砌石挡土墙的墙顶宽度不宜小于0.5m；墙后填土不到顶时，墙顶宽度宜适当放宽。4.2.8挡土墙底板的埋置深度应根据地形、地质、水流冲刷条件，以及结构稳定和地基整体稳定要求确定。1当挡土墙前有可能被水流冲刷的土质地基，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。2对于土质地基，挡土墙底板顶面不应高于墙前地面高程；对于无底板的挡土墙，其墙趾埋深宜为墙前地面以下0.5~1.0m4.3.7当挡土墙墙前无水或水位较低而墙后水位较高时，可在墙体内埋设一定数10量的排水管，排水管可沿墙体高度方向分排布置，排水管间距不宜大于3.0m。排水管宜采用直径50~80mm的管材，从墙后至墙前应设不小于3%的纵坡，排水管后应设级配良好的滤层及集水良好的集、排水体。7.4.5堤顶应向一侧或两侧倾斜，坡度宜采用2%~3%。根据上述规定，我设计的护岸如下图：6．挡墙稳定计算：计算防洪墙抗滑、抗倾稳定性及基底最大、最小应力比值。因在DGO+080~DGO+440中DGO+360断面高差最大，若其满足要求，则其他断面的稳定性也满足要求，故只对DGO+360进行验算稳定计算工况：计算例图如下图所示：11工况1：基本组合情况下，墙前墙后无水，挡土墙的稳定；主动土压力系数：𝑘𝑎=𝑡𝑎𝑛2(45𝑜−𝜑2)=𝑡𝑎𝑛2(45𝑜−25.302)=0.401被动土压力系数：𝑘𝑎=𝑡𝑎𝑛2(45𝑜+𝜑2)=𝑡𝑎𝑛2(45𝑜+25.302)=2.493墙面与墙后填土夹角：β=14.040土压力计算：12h0=3.519.5=0.18𝑚h𝑐=2×16.419.5×√0.401=2.66𝑚h3=ℎ+h0−h𝑐=4+0.18−2.66=1.52𝑚E𝑎=0.5×γ×h32×𝑘𝑎=0.5×19.5×1.522×0.401=9.03𝑘𝑛𝑚⁄竖直土压力计算：𝐸ay=E𝑎×sin(β)=9.03×sin(14.04)=2.19𝑘𝑛𝑚⁄水平土压力计算：𝐸ax=E𝑎×cos(β)=9.03×cos(14.04)=8.76𝑘𝑛𝑚⁄护岸自重：G=(3.5×1+0.5×1.4×3.5+0.5×2.9)×23+0.5×3.5×19.5×0.875=170.2+29.86=200.06𝑘𝑛𝑚⁄抗滑稳定性：如《水工挡土墙设计规范》（SL379-2007）表3.2.7所示：抗滑稳定性𝑘𝑐应大于1.05。𝑘𝑐=𝑓×∑𝐺∑𝐻=(𝐺+𝐸ay+3.5)∗0.35𝑝ax=(200.06+2.19+3.5)×0.358.76=8.221.05各截面对于前趾底求矩如下表所列：DGO+360面积aYXYAXA型心Y型心X1.003.502.251.537.885.342.000.921.670.851.530.783.001.531.672.322.553.554.001.450.251.450.362.10合7.4012.3211.771.661.59土1.532.832.614.343.992.61抗倾稳定性：如《水工挡土墙设计规范》（SL379-2007）表3.2.12所示：13抗倾稳定性𝐾0应大于1.40。𝐾0=∑𝑀𝑉∑𝑀𝐻=(𝐺+𝐸ay)×1.59+𝐺土×3.99𝑝ax×1.66=(170.2+2.19)×1.59+29.86×3.998.76×1.66=24.141.40最大最小应力比值：竖向合力标准值：𝑉𝐾=𝐺+𝐸ay=170.2+2.19=172.39𝑘𝑛𝑚⁄合力作用点与墙前趾的距离：ζ=𝑀𝑉;𝑀𝐻𝑉𝐾=172.39×1.59;8.76×1.66172.39=1.506m偏心距：e=𝐵2−ζ=2.92−1.506=−0.054m最大最小应力：𝑃𝑚𝑖𝑛𝑚𝑎𝑥=𝑉𝐾𝐵×(1∓6𝑒𝐵)=66.3052.59⁄130𝑘𝑛𝑚⁄据《水工挡土墙设计规范》（SL379-2007）规定：最大最小应力比值：𝑃max𝑃𝑚𝑖𝑛=66.3052.59=1.262.00满足上述要求工况2：基本组合情况下，设计洪水位时挡土墙的稳定。主动土压力系数：𝑘𝑎=0.401；被动土压力系数：𝑘𝑎=2.493墙面与墙后填土夹角：β=14.040土压力计算：14h0=3.519.5=0.18𝑚h𝑐=2×16.419.5×√0.401=2.66𝑚h2=3.5𝑚E𝑎=0.5×γ×h22×𝑘𝑎=0.5×9.5×3.52×0.401=23.33𝑘𝑛𝑚⁄竖直土压力计算：𝐸ay=E𝑎×sin(β)=23.33×sin(14.04)=5.66𝑘𝑛𝑚⁄水平土压力计算：𝐸ax=E𝑎×cos(β)=23.33×cos(14.04)=22.64𝑘𝑛𝑚⁄护岸自重：G=(3.5×1+0.5×1.4×3.5+0.5×2.9)×23+0.5×0.75×3×9.5+0.5×(0.75+0.875)×0.5×19.5=170.2+10.69+7.92=188.81𝑘𝑛𝑚⁄抗滑稳定性：如《水工挡土墙设计规范》（SL379-2007）表3.2.7所示：抗滑稳定性𝑘𝑐应大于1.05。𝑘𝑐=𝑓×∑𝐺∑𝐻=(𝐺+𝐸ay+3.5)∗0.35𝐸ax=(188.81+5.66+3.5)×0.3522.64=