毕业设计(论文）-河道治理工程

'巴音河（德令哈市区段）河道治理工程设计总说明巴音河发源于祁连山的古尔班安格尔，全长326km，由东向西经蓄积峡，泽令沟到黑石山水库，贯穿德令哈市区，下游再由东向西通过郭里木戈壁乡最终注入克鲁可湖，流域面积7782km2。巴音河（德令哈市中心段）河道治理工程地处德令哈市中心，巴音河流域夏秋多暴雨，加之山区地面坡降陡，汇流时间短，来势凶猛，以致造成洪水灾害，冲毁农田、林木、房屋、桥梁、道路，管路及输电线路等，使国家及人民生命财产受到严重损失。据统计资料显示，巴音河因暴雨洪水形成的灾害多次，造成450亩土地变成河滩，农田无法耕种城市土地无法利用，并有680亩耕地受到洪水威胁，大洪水还危及德令哈火车站及铁路２KM多，危害县级公路20km，还有两岸居民及工矿企事业单位数家时常受到洪水的危害，青新公路、德新公路、涩～宁～兰输气管道、兰西光缆及110kv输电线路等国家重要设施也受到洪水的威胁及危害，平均每年抗洪抢险耗费的人力、财力折合人民币高达500多万元，严重地制约着城市经济发展。河岸坍塌严重，危及河道两岸的居民，厂矿及国家重要设施，耕地等安全，同时严重影响了德令哈市的市容市貌，单靠黑石山水库的调洪，还不能从根本上改观洪水对德令哈市及两岸的危害，河道两岸为第四系胶结砂砾石，结构比较松散，由于常年受洪水冲刷，河岸坍岸，河道变宽，侵占了道路和危机房屋，防洪压力较大洪水季节需投入大量的人力、物力、财力进行防洪抢险。由于河道的冲刷变形，除对德令哈市的城市规划造成一定的影响外，对下游青新公路、青藏铁路、输气管道、光缆以及输电线路等重要建筑物威胁极大，巴音河德令哈市中心段河道治理工程，正是鉴于以上情况修建两岸防洪堤，使洪水纳入河槽，避免乱冲刷，除保护区内建筑物和居民生命财产安全外，还可利用两岸修建绿化带和河槽中的溢流坝增加绿地和水面面积，美化周边环境，提高和改善居民的生活质量，拓宽生活空间。市区环境的改善和对洪水有效的保护，还可改善投资环境，促进区内经济和社会的发展和人民生活质量的提高，因此巴音河市区段的防洪治理是十分必要的，也势在必行。巴音河河道总长326km，径流主要以融冰融雪水补给为主，降水补给为次，属混合补给型河流，多年平均流量10.2m3/s，年径流量为3.2×108m3。工程区段巴音河的区间来水为白水河，白水河在黑石山水库下100m处汇入巴音河，其多年平均流量为1.0m3/s，年径流量3154×104m3。巴音河多年平均输沙量为26.6万吨，主要输沙量集中在7～8月份，仅这两个月的输沙量就达21.14万吨，占全年输沙量的79.47%，5、6、9三个月输沙量为4.75万吨，占全年输沙量的17.86%，其余七个月的输沙量仅占全年输沙量的2.67%。根据河道的实际情况， 根据工程区地质、地形条件，结合工程具体情况，并根据新疆库尔勒市孔雀河，西宁市北川河、西川河、湟水河等已建防洪堤的堤型来选择合适的堤形，并通过方案比较，最终确定最优的堤形。为了在河道形成水面，结合两岸的园林城市景观设计，拟在市中心柴达木桥至格尔木桥之间设置两座挡水建筑物。另外，经德令哈市统一规划设人行廊桥1座。关键词巴音河，河道，治理,工程 BAYINHE(SECTIONOFCENTEROFDELINGHACITY)RIVER-MANAGINGPROJECTTHETOTALINSTRUCTIONOFDESIGNBaYinHeoriginatedintheQiLianMountainsGurbananggir.Totallengthis326kmfromeasttowestbytheaccumulationGap,zelinggoutoHeishishanReservoir,DeLingHarunthroughurbanareas,furtherdownstreamfromeasttowestthroughtheGobiRuralSilimuqGuoeventuallybeinjectedKrumLakeBasinarea7782.BaYinHe(DeLingHaCityCenter),locatedintheriverprojectinthecenterofDeLingHacity,easternRiverBasinoverthesummerrainstorm,Moreover,steepmountainslope,theground,convergencetimeisshort,ferocious,resultinginfloods,destroyedfarmland,trees,houses,bridges,roads,pipelinesandtransmissionlinessothatthecountryandpeople"slivesandpropertylosses.Accordingtothestatistics,BaYinHeisformedbytherainstormandflooddisasterseveraltimes,resultingin450acresoflandintoaflood.notcultivatedfarmlandcannotusecitylandand680acresoffarmlandthreatenedbytheflood,FloodthreatensDeLingHarailwaystationsandtwoKM,endangeringCountyHighway20km,Therestraitresidentsandminingenterprisesinanumberofoftenfloodhazards,theGreennewhighways,newhighwayGermany,Mingacerbic~Portlandgaspipeline,LanceR.Cableand110kvtransmissionlinesandotherimportantnationalfacilitiesisalsothethreatoffloodinganddamage,Theaverageannualcostoffloodpreventionofhuman,financialyuanworthupto500millionseverelyrestrictsurbaneconomicdevelopment.Riverbankcollapsesseriouslyendangerresidentsonbothsidesoftheriver,mines,factoriesandimportantnationalfacilities,thelandofsafety,MeanwhileaseriousimpactonthecityofDeLingHafaceofthecity,aloneHeiShiShanReservoirflood.notbeenabletofundamentallychangethefloodofDeLingHaCity,andcross-straithazards,theriverbetweenthetwosidesofthefourthcementedgravel.isaloosestructure,asperennialflooderosion,ripariancollapseshore,theriverbroadens,andtheroadandoccupiedhousingcrisis.floodthefloodseasonpressureontheneedtoputinalotofhuman,materialandfinancialresourcesforthefloodcontrolandrescue.Astherivererosiondeformation,inadditiontothecityofDeLingHacityplanninghaveacertaininfluence,thelowerreachesoftheGreennewhighways.Qinghai-Tibetrailway,gaspipelines,fiberopticcablesandtransmissionlinesandotherimportantbuildingstremendousthreat,BaYinHeDeLingHacitycenteroftherivertrainingworksisthelightoftheaboveconstructionofthestrait,breakwaterssothatfloodintothechannel,toavoidchaoserosion,inadditiontoprotectingresidentsofthedistrictbuildingsandthesafetyoflifeandproperty,alsoutilizestheconstructionofgreenbeltsandthespillwaychanneltoincreasethesurfaceareaofgreenspaceandbeautifythesurroundingenvironment,enhanceandimprovethepeople"squalityoflife,expandthelivingspace.Improvetheurbanenvironmentandtheeffectivefloodprotection,butalsoimprovetheinvestmentenvironment,promoteregionaleconomicandsocialdevelopmentandpeople"squalityoflife.ThereforeBaYinHeofurbanfloodcontrolisnecessary,isimperative.BaYinHechiefRiver326km,mainlyintherunoffofmeltingicewatersupplymainlysnowmeltandprecipitationtorechargetimes.isamixedsupplyrivers,theaverageflowof10.2m3/s,annualflowof3.2x108m3.BaYinHeengineeringsegmentsofthewatersuppliedtotheturbineofBaiShuiHeinterval,inadarkBaiShuiHeRiverontheRockHillReservoirunder100mintotheeasternRiver,itsmulti-yearaveragethroughputof1.0m3/s,annualflowof3,154x104m3.BaYinHeaveragesedimentloadof266,000tonnes,mainlyconcentratedinthesediment~August7,onlytwomonthssedimentreached211,400tons,accountingfortheannualsedimentload79.47%,5,6,9sedimentthreemonthsto4.75milliontons,accountingforannualsedimentload 17.86%.Theremainingsevenmonthsoftheyearamountofsediment,sedimentonlyof2.67%.Accordingtotheactualsituationintheriver,accordingtoengineeringgeological,topographicalconditions,andincombinationwithspecificcircumstances,accordingtotheXinJiangKorLaCityKongQueHe,XiNingCityBeiChuanHe,XiChuanHe,HuangShuiHesuchasbreakwatersbuiltthediketochooseasuitabletypeofshapeembankment,andthroughtheprogram,ultimatelytodeterminetheoptimalshapeoftheembankment.Toformwaterintherivers,withthetwosidesofthegardencitylandscapedesign,tothecenteroftownQaidamBridgetoBridgebetweenGolmudinstalledtwowaterretainingstructures.Inaddition,theunifiedplanningDeLingHacityestablishedthePeople"sBankofaloungebridges.KeywordsBaYinHe,Streamway,Administer,Project 目录绪论11概述21.1水文21.1.1流域概况21.1.2气象21.1.3水文21.1.4泥沙21.1.5其他31.2工程地质31.2.1地形地貌特征31.2.2河堤工程地质条件31.2.3天然建筑材料31.2.4结论31.3工程任务及建设规模41.3.1地区社会经济情况41.3.2工程建设的必要性41.3.3历史洪水及灾情41.3.4防洪标准41.3.5工程布置及建筑物42河道断面计算62.1工程总体布置62.1.1堤线布置62.1.2防洪堤型选择62.1.3挡水建筑物型式选择72.2河道防洪断面及堤防型式选择72.2.1行洪断面设计72.2.2冲刷计算72.2.3行洪断面水力计算92.2.4河道纵断面推算143防洪堤设计163.1方案一163.1.1荷载及其组合173.1.2荷载的计算173.1.3稳定计算193.2方案二203.2.1荷载计算203.2.2稳定计算213.3方案比较2241﹟闸坝的设计234.1闸室的总体布置23 4.1.1闸门的形式234.1.2闸墩的设计234.1.3闸室总宽度234.1.4闸底板厚度与顺水流方向长度的设计234.1.5交通桥的设计244.1.6工作桥的设计244.2水闸的水利计算244.2.1闸孔总净宽244.2.2消能、水跃计算254.2.3消力池的设计264.2.4海漫的设计284.3防渗与排水设计294.3.1防渗、排水体的布置294.3.2渗流计算304.3.3水利坡降线的修正324.3.4渗透变形的验算334.4闸室的地基计算334.4.1荷载计算334.4.2验算闸室的抗滑稳定性3552﹟闸坝的设计365.1闸室总布置365.1.1闸门的设计365.1.2闸墩的设计365.1.3闸室总宽度365.1.4闸底板厚度与顺水流方向长度的设计365.1.5交通桥的设计365.1.6工作桥的设计365.2水利计算375.2.1闸孔总净宽375.2.2消能、水跃计算375.2.3消力池的设计385.2.4海漫的设计395.3防渗、排水设计405.3.1防渗、排水体的布置405.3.2渗流计算405.3.3水利坡降线的修正415.3.4渗透变形的验算425.4闸室的地基计算425.4.1荷载计算425.4.2验算闸室的抗滑稳定性436跨河人行廊桥设计44结论45致谢46参考文献47 参考文献绪论巴音河（德令哈市中心段）流域夏秋多暴雨，加之山区地面坡降陡，汇流时间短，来势凶猛，以致造成洪水灾害，冲毁农田、林木、房屋、桥梁、道路，管路及输电线路等，使国家及人民生命财产受到严重损失。据统计资料显示，巴音河因暴雨洪水形成的灾害多次，造成450亩土地变成河滩，农田无法耕种城市土地无法利用，并有680亩耕地受到洪水威胁，大洪水还危及德令哈火车站及铁路２KM多，危害县级公路20km，还有两岸居民及工矿企事业单位数家时常受到洪水的危害，青新公路、德新公路、涩～宁～兰输气管道、兰西光缆及110kv输电线路等国家重要设施也受到洪水的威胁及危害，平均每年抗洪抢险耗费的人力、财力折合人民币高达500多万元，严重地制约着城市经济发展。巴音河（德令哈市中心段）河道治理工程地处德令哈市中心，现状河岸坍塌严重，危及河道两岸的居民，厂矿及国家重要设施，耕地等安全，同时严重影响了德令哈市的市容市貌，单靠黑石山水库的调洪，还不能从根本上改观洪水对德令哈市及两岸的危害，因此，加快巴音河的河道治理具有十分重要的意义。德令哈市是青海省海西州州府所在地，但比起内地，经济较为落后，本工程实施后，不仅可提高德令哈市的防洪标准，保护人民的生命财产，而且将极大地改善城市生态环境，促进地区经济的发展，同时可以改善地区投资环境，推动市区建设，为全面促进德令哈市经济发展做出贡献。并可消除过去市民因河水污染造成的消极情绪，代之以积极向上、发展生产、安居乐业的欣欣向荣的精神风貌，促进了当地的安定团结。也可改变德令哈市区环境，美化我们赖于生存的生活空间，人工湖面的形成可增加空气的相对湿度，改善地区小气候。不但如此，而且还可减少进入河道的泥沙流量，这对防止水土流失、增加绿化面积和水面面积，涵养水份，可起到相当大的作用。通过绿化及美化设计，可成为德令哈市区的一道亮丽的风景线。工程的建设不但可树立起民族地区州府的形象，而且可改善各放大人民的娱乐生活条件，陶冶情操，减少酗滋事，保护好各族群众生命财产及青新公路、青藏铁路、涩北～西宁～兰州输气管道、兰州～西宁～拉萨的光缆及110kv线路等重要设施的安全，这对促进民族地区的社会稳定将起到积极作用。45青海大学水电系 参考文献1概述1.1水文1.1.1流域概况巴音河发源于祁连山的古尔班安格尔，全长326km，由东向西经蓄积峡，泽令沟到黑石山水库，贯穿德令哈市区，下游再由东向西通过郭里木戈壁乡最终注入克鲁可湖，流域面积7782km2。1.1.2气象工程区地处欧亚大陆，西南暖湿气流由于受喜马拉雅山阻隔，区内干旱少雨，颇具高原大陆性气候特点，其气候特点主要是：空气稀薄，光能丰富，冬长暑短，雨热同季，日较差大，年较差小，冬季长而寒冷，夏季短而凉爽，还有大风冰雹、沙尘暴等灾害性天气。多年平均降水量186.9mm,多年平均蒸发量为2204.2mm。多年平均气温3.7oC，最大冻土深2.04m，平均风速3.0m/s。1.1.3水文（1）径流巴音河河道总长326km，径流主要以融冰融雪水补给为主，降水补给为次，属混合补给型河流，多年平均流量10.2m3/s，年径流量为3.2×108m3。工程区段巴音河的区间来水为白水河，白水河在黑石山水库下100m处汇入巴音河，其多年平均流量为1.0m3/s，年径流量3154×104m3。（2）洪水巴音河流域的洪水主要由暴雨形成，洪水过程具有山区河流陡涨陡落的特征，暴雨和洪水在时间上对应性极强，洪水多出现在6～9月份。德令哈市段河道洪水经蓄积峡后的天然地下水库和黑石山水库调洪，洪水过程略显平缓，市段河道的洪水流量是由巴音河调节后流量加白水河流量而得。巴音河德令哈水文站在本工程区段内其间无河流分岔，集水面积相同，可直接应用水文站资料推求设计洪水。德令哈市区河道治理设计洪峰流量成果见表1—1。表1—1巴音河德令哈站洪峰流量成果表频率（%）123.3白水河洪峰流量（m3/s）10479.862.3巴音河洪峰流量（m3/s）358297250河道治理洪峰流量（m3/s）462376.8312.3巴音河河道治理段按30年一遇设计，P=3.3%年份的设计洪峰流量为312.3m3/s。1.1.4泥沙45青海大学水电系 参考文献巴音河多年平均输沙量为26.6万吨，主要输沙量集中在7～8月份，仅这两个月的输沙量就达21.14万吨，占全年输沙量的79.47%，5、6、9三个月输沙量为4.75万吨，占全年输沙量的17.86%，其余七个月的输沙量仅占全年输沙量的2.67%。1.1.5其他工程区最大冻土深度2.04m,平均风速为3.0m/s,年平均大风日数29.3天。1.2工程地质1.2.1地形地貌特征巴音河位于柴达木盆地北部，发源于祁连山南麓的古尔班安格尔，上游地区河流在群山中曲折穿行，河谷狭窄，呈“V”型谷，水流湍急，平均比降1/75。至蓄积峡以下河床逐渐开阔，尤其是黑石山水库坝址以下，河流绕行于山前平原之中，河谷呈“U”型谷，平均比降1/100～1/200，两岸发育有不对称的Ⅱ级阶地，其中Ⅰ级阶地为基座阶地，Ⅱ级阶地为堆积阶地。工程区地层主要有震旦亚界达肯大板群片岩、花岗岩及混合岩。第四系冲洪积亚砂土、砂砾卵石、人工堆积砂砾卵石及坡积碎石土、碎块石及生活垃圾、建筑垃圾，区内冲击与洪积地层中存在孔隙潜水，水量较为丰富，受大气降水及基岩裂隙水补给。根据1983年水质分析，河水对混凝土无侵蚀。区内除冲沟外，没有其它对工程有影响的物理地质现象。根据1990年版1/400万《中国地震基本烈度区划图》，该区地震基本烈度为7度。1.2.2河堤工程地质条件（1）左岸河堤工程地质条件从巴音河Ⅰ级阶地河滩上通过，地形平坦、开阔，表层有1～2.0m厚的第四系全新统（Q4）冲积砂卵砾石层下部为第四系更新统（Q3）冲～洪积砂卵砾石层。河堤基础应深入水位2.0～3.0m，Q4a1和Q3a1-p1层。（2）右岸河堤工程地质条件大部分沿巴音河现代河床及河滩上通过，河床、河漫滩上部为冲积砂卵砾石层，下部岩性与台地一致，为第四系上更新统冲～洪积砂卵砾石层，河堤基础应置于河水位以下2.0～3.0m。1.2.3天然建筑材料混凝土粗细骨料可在沿河一带的砂石料厂中选取。该料场细骨料含泥量高，除需洗泥外，其它指标与储量均满足规范要求，运距0.2～1.5km。1.2.4结论1.2.4.1根据1990年版1/400万《中国地震基本烈度区划图》，工程区地震基本烈度为７度。1.2.4.2该区除冲沟外，未见其它影响工程的物理地质现象。1.2.4.3建筑物地基为Q3或Q4的砂卵砾石层；其允许承载力［R］＝0.3～0.35MPa，内摩擦角ψ＝33～35度，允许水力坡降取0.1～0.12。由于砂卵砾石的抗冲刷能力差，河堤基础应低于河水位2.0～3.0m，开挖边坡取1：1～1：1.25。1.2.4.4工程所用天然建筑材料可在沿河漫滩及I、II级阶地上选取。1.2.4.5施工时应加强施工地质工作，以便对情况核实。1.2.4.6根据《中国季节性冻土标准冻深线图》，该区标准冻深为2.04m45青海大学水电系 参考文献1.3工程任务及建设规模1.3.1地区社会经济情况德令哈市位于柴达木盆地北缘，市区东西长约4km,南北宽约6km,市属面积为32401km2,为青海省海西州州府所在地,是海西州政治、经济、文化中心。巴音河中段由北向南穿市而过。市区面积为25km2，人口约6万余人，是一个以农牧业生产、农畜半成品加工为主的新兴城市，1998年实现国内生产总产值为17929万元，农牧民人均纯收入2073元，城乡居民储蓄存款25434万元，各类畜牧存栏数24.7万头（只），适龄母畜达48%，半细毛羊改良基地改良山羊8.5万余只，年产山羊绒30余吨，且有青藏铁路通过。青新铁路横跨巴音河，交通十分便利。国家重点项目涩北—西宁—兰州输气管道，兰州—西宁—拉萨的光缆，以及乌兰—德令哈110kv线路等重要建筑物由此经过。近年来德令哈市人民的生活水平得到了极大的改善，全市上下呈现出一片欣欣向荣、繁荣昌盛的景象。1.3.2工程建设的必要性德令哈是海西州蒙古族藏族自治州的首府，是全州政治、经济、科技、文化中心，是在改革开放中崛起的一座高原新城,是瀚海戈壁中一颗翠绿的璀璨明珠。巴音河（德令哈市中心段）河道治理工程地处德令哈市中心，河道两岸为第四系胶结砂砾石，结构比较松散，由于常年受洪水冲刷，河岸坍岸，河道变宽，侵占了道路和危机房屋，防洪压力较大洪水季节需投入大量的人力、物力、财力进行防洪抢险。由于河道的冲刷变形，除对德令哈市的城市规划造成一定的影响外，对下游青新公路、青藏铁路、输气管道、光缆以及输电线路等重要建筑物威胁极大，巴音河德令哈市中心段河道治理工程，正是鉴于以上情况修建两岸防洪堤，使洪水纳入河槽，避免乱冲刷，除保护区内建筑物和居民生命财产安全外，还可利用两岸修建绿化带和河槽中的溢流坝增加绿地和水面面积，美化周边环境，提高和改善居民的生活质量，拓宽生活空间。市区环境的改善和对洪水有效的保护，还可改善投资环境，促进区内经济和社会的发展和人民生活质量的提高，因此巴音河市区段的防洪治理是十分必要的，也势在必行。1.3.3历史洪水及灾情巴音河流域夏秋季节多暴雨，白水河流域地面坡降陡峻，洪水汇流时间短，来势凶猛，给人民生命财产威胁极大。据资料统计，1997年白水河发生特大洪水冲毁了白水河上一座梯级电站，淹没了黑石山水库和巴音河二级站厂房，经济损失严重。1.3.4防洪标准按照防洪标准，结合德令哈市总体规划。按照“统一规划,分期实施、保护重点、兼顾一般”的原则，本次河道治理主要设计原则为：（1）依原河道态势进行河道治理。对河道狭窄行洪不畅的地段在不影响当地构筑物的情况下，进行整治疏浚，按设计洪水标准泄洪。（2）沿河道两岸修筑堤防，将城市防洪标准提高到30年一遇，并与德令哈市城市规划相协调。1.3.5工程布置及建筑物1.3.5.1设计依据45青海大学水电系 参考文献根据水利厅项目建议书审查意见进行设计。1.3.5.2工程等别根据国家《防洪标准》（GB5201—94），城市应根据其社会经济地位的重要性或非农业人口的数量分为四个等级。德令哈市属一般城市，非农业人口少于20万人，城市等级定为Ⅳ等，防洪标准为50～20年一遇，取30年一遇洪水设计。再根据国家《堤防工程设计规范》（GB50286—98）的规定：堤防工程的防洪标准应根据防护区防洪标准较高防护对象的防洪标准确定，当防洪标准小于50年且大于等于30年时，堤防工程的级别为3级。依据《城市防洪工程设计规范》（CJJ50-92），防洪建筑物级别根据城市等别及其在工程中的作用和重要性划分为四级。德令哈市城市等级为Ⅳ等，则主要建筑物为4级，次要建筑物为4级。1.3.5.3工程总体布置及建筑物设计巴音河德令哈市市区段河道治理工程位于市内，上游段起自于黑石山水库下游尾水处，下游终止于平原村附近，河道总治理长度11.0km，由于受洪水常年冲刷河谷极不规则，宽窄不一，河道宽度80～300m，天然比降为1/190～1/300。本次河道综合整治工程设计主要内容为市中心段左右岸共3.1km河堤，即柴达木桥上游约730m至农场引水口处，其中左岸已建防洪堤长1029.1m（Z0+528.7～Z1+557.8），拆除无埋深防洪堤208.1m（Z0+528.7～Z0+736.8），新建防洪堤长736.8m（Z0+000～Z0+736.8），总长1557.8m；右岸已建防洪堤长1093.6m（Y0+437.2～Y1+530.8），新建防洪堤长437.2m（Y0+000～Y0+437.2），总长1530.8m。另外，在平原村附近冲掏很严重急需防洪治理的1000m河岸。在河道两岸防洪堤与滨河东、西路之间进行园林景观设计。为全市各族人民提供良好的居住环境，在市中心段河道设置两座挡水建筑物，梯级挡水建筑物将使巴音河道市区段长年形成水面，夏季水面绿波荡漾，配以水上游乐项目，将成为市民休闲娱乐的好去处。由于当地石料丰富，防堤采用75#浆砌石仰斜式重力挡墙护坡，堤高5.4～5.7m，按抗冲刷深度要求防洪堤基础埋深在河床床面以下2.0m处。为行人安全和便于运行管理，在防洪堤堤顶设置大理石防护栏。1.3.5.4防堤修建对自然和社会环境的影响评价（1）对自然环境的有利影响治河工程实施后，改变往河内倾倒垃圾习惯、工业和生活污水统一规划，减少对河道的排放，减少了水环境污染、垃圾污染、美化城市环境、净化空气。（2）对自然环境的不利影响工程实施过程中的弃土、三废的排放、临时占地等在短期内对环境产生不利的影响，但只要加强统一管理、统一计划，这些不利影响可以防止和减免。（3）对社会环境的有利影响本工程实施后，不仅可提高德令哈市的防洪标准，保护人民的生命财产，而且将极大地改善城市生态环境，促进地区经济的发展，同时可以改善地区投资环境，推动市区建设。为全面促进德令哈市经济发展作出贡献，促进当地的安定团结。45青海大学水电系 参考文献2河道断面计算2.1工程总体布置2.1.1堤线布置堤线布置遵循“防洪堤与疏浚相结合，工程措施与非工程措施相结合，河道治理与综合治理相结合”的原则，结合本工程的特点布置。2.1.1.1堤线布置原则（1）防洪堤要保证河道有足够的行洪断面，以利于宣泄洪水，同时保护河床稳定。（2）堤线布置顺应河势，并与洪水的主流呈大致平行，堤距不突然放大或缩小，不大改变天然水流状态。（3）堤线应力求平顺，合理考虑与已建防洪堤平顺连接，不采用大折角或急弯。（4）堤防布置应强调投资与效益相适应，局部利益与全部利益相结合的原则。2.1.1.2河道宽度确定通过对巴音河各段的稳定河床、自然淘刷现象的广泛调查和现场踏勘，结合河床实际宽度及管理要求，确定河床的行洪宽度为：柴达木桥上游段自然河床宽度100～130m，设计行洪宽度平均为80m；柴达木桥至农场引水枢纽段自然河床宽度100～150m，设计行洪宽度由80m渐变为100m；德令哈市城市道路规划外环南路至其下游1350m段（平原村位于该段），自然河床宽度250～300m，设计行洪宽度平均为200m。经核算后，认为各段的行洪宽度符合巴音河行洪及管理要求，并兼顾了德令哈市城市美化、和谐统一的整体效果，也符合巴音河的水文特征、地质条件和跨河大桥的行洪宽度。2.1.1.3堤线布置巴音河（德令哈市中段）河道综合整治工程从柴达木桥上游约730m始，经柴达木桥、格尔木桥至农场引水枢纽为止，南北长约1.5km。堤线布置从河道安全泄洪和美化城镇景观角度出发，基本沿河道现有走向布置，尽量保证河道原有的形状，舍弯取直，保持河道顺畅。河堤处有公路桥等重要建筑物，未发现文物遗址，做好防洪堤与大桥的衔接工作。2.1.2防洪堤型选择在防洪堤设计中，本次设计根据工程区地质、地形条件，结合工程具体情况，并根据新疆库尔勒市孔雀河，西宁市北川河、西川河、湟水河等已建防洪堤的堤型，断面运行情况进行分析比较，初步拟定巴音河防洪堤的堤型：一种为仰斜式浆砌石挡土墙，另一种为悬臂式钢筋砼挡土墙。按照因地制宜，就地取材的原则，根据工程所处的位置、建筑材料、施工条件、工程造价等因素综合比较确定，推荐采用仰斜式浆砌石挡土墙，该堤型具有开挖量小，便于施工和质量控制、土压力小、不涉及大量工程占地和房屋拆迁，造价相对较小等优点，主要适用于堤前无滩地，水域较狭窄，冲刷较严重等地段，与本地段的自然情况相符合，在已建的防洪堤工程中广泛采用，是较为理想的堤型。45青海大学水电系 参考文献2.1.3挡水建筑物型式选择为了在河道形成水面，结合两岸的园林城市景观设计，拟在市中心柴达木桥至格尔木桥之间设置两座挡水建筑物。为防止坝前淤积，本阶段挡水建筑物采用可打开全部闸门泄洪冲沙的闸坝型式和可坍坝泄洪冲沙的橡胶坝型式，通过技术经济比较二者各有千秋。闸坝方案泄洪冲沙效果较好，使用寿命长，容易维修，施工工艺简单，启闭平台和检修平台可做为人行桥可供游人通行，适用于高寒地区，可节省部分工程投资。缺点在于汛期运行管理比较不便。橡胶坝方案冲沙效果也可以，施工工期快，运行管理方便，工程造价相对较低，但高寒地区受紫外线影响容易老化，不易维修，使用寿命短，由于城市规划需要专门修建人行廊桥，增加工程投资，一年四季需要经常维护。据了解闸坝方案工程总投资为6447.54万元；橡胶坝方案工程总投资为6175.07万元。两方案总投资相差272.47万元。通过以上技术经济分析比较和征求建设单位的意见，本阶段设计推荐闸坝方案为宜。2.2河道防洪断面及堤防型式选择2.2.1行洪断面设计根据行洪断面的水力计算以及对巴音河德令哈市区各段的稳定河宽,自然淘刷现状的广泛调查,按自然河床现状及1:1000地形带状图在尽量保持顺畅的原则下确定了各段行洪宽度,桩号Z0+000(Y0+000)～柴达木桥段行洪宽度为80m,柴达木桥～格尔木桥段行洪宽度由80m渐变为100m。按设计洪峰流量312.3m3/s计算洪水水位。然后在计算中结合河床床质情况、颗粒组成及《水力计算手册》确定河床设计糙率为0.033。2.2.2冲刷计算根据河床床质颗分资料河道泥砂粒经在0.05～60mm之间,泥砂粒经按河床床质的平均粒径计算,即15.4mm。根据《堤防工程设计规范》GB50286-98及《水力计算手册》中的有关公式进行冲刷深度计算。柴达木桥上游段：平均流速Vcp====2.42m/s⑴由规范查得V允----河床面上允许不冲流速（m/s）为：1.67m/s。局部冲刷深度：h冲=hp+[Vcpn/V允-1]⑵式中：h冲---局部冲刷深度（m）；hp----冲刷断面处的水深（m），近似以设计深度计算；Vcp----平均流速（m/s）；45青海大学水电系 参考文献V允----河床面上允许不冲流速（m/s）；n----与防护岸坡在平面上的形状有关的系数，一般取n=1/4；代入数据得：h冲=1.68+[2.421/4/1.67-1]=1.43m最大冲深值：H冲=[λQ/(Bd1/3√g((Vs-γ)/γ)]6/7式中：H冲---最大冲深值（m）；Q----流量（m/s）;B----水面宽度（m）；d----河床质平均粒经（m）；γs、γ----分别为河床砂、水的重率（T/m3）;λ----系数、受河弯水流及土质影响，可由下式计算：λ=0.64e3.61（d/H0）;⑶H0----直段平均水深（m）；e----自然对数的底取2.7183。故λ=0.64e3.61（15.4103/1.68）=0.217B=b+2mh=76+20.41.68=77.344m代入得：H冲=[]6/7=1.72m同理：柴达木桥至格尔木桥段：平均流速Vcp===2.21m/s由规范查得V允----河床面上允许不冲流速（m/s）为：1.28m/s。h冲=hp+[Vcpn/V允-1]=1.45+[2.211/4/1.28-1]=1.40mλ=0.64e3.61（15.4103/1.45）=0.251B=b+2mh=76+20.41.45=98.16m代入得：H冲=[]6/7=1.59m表2-1冲刷深度计算表项目依据《堤防工程设计规范》（平顺段）《水力计算手册》（弯道）计算公式h=hp+[Vcpn/V允-1]H冲=[λQ/(Bd1/3√g((Vs-γ)/γ)]6/7柴达木桥上游段1.431.72柴达木桥至格尔木桥段1.401.5945青海大学水电系 参考文献表2-2巴音河河道断面计算堤名底宽加大水深比降加大流量超高堤高边坡系数流速属性b(m)h(m)1Q(m3/s)⊿h(m)H(m)mV(m/s)柴达木桥处761.681/300312.30.802.480.42.42格尔木桥处971.451/300312.30.802.250.42.212.2.3行洪断面水力计算2.2.3.1试算---图解法求水深：对柴达木桥上游段取设计宽度为76米，假设一系列h值，代入公式计算相应的值Q，并绘成h--Q曲线，然后根据已知流量，在曲线上即可查出要求的h值。图2.1河道断面图图中：B-----河道宽度；b-----河道底宽；m----坡度；h-----水深。取h=1.5m此时的断面水力要素为：A=（b+mh）h⑷式中：A---过水断面积；b---河道底宽；m---边坡系数；h---水深；则A=（76+0.41.5）1.5=114.9m2湿周X=b+2h=76+21.5=79.23m水力半径R===1.45m45青海大学水电系 参考文献按曼宁公式计算谢齐系数：C===32.24m/s由流量公式Q=AC得：Q=114.932.24=-257.54m3/s同理：当h=1.6m时A=（b+mh）h=（76+0.4×1.6）×1.6=122.624m2X=b+2h=76+2×1.6×=79.45mR===1.54mC==1.541/6=32.56m/sQ=AC=122.62432.56=286.06m3/s当h=1.7m时：A=（b+mh）h=（76+0.41.7）1.7=130.35m2X=b+2h=76+21.7=79.66mR===1.636mC==1.6361/6=32.89m/sQ=AC=130.35632.89=316.61m3/s当h=1.8m时：A=（b+mh）h=（76+0.41.8）1.8=138.096m2X=b+2h=76+21.8=79.88mR===1.73m45青海大学水电系 参考文献C==1.731/6=33.20m/sQ=AC=138.09633.20=348.16m3/s表2-3水深----流量表h/mA/m2X/mR/mC/（m/s）Q/（m3/s）1.5114.9079.231.4532.24257.541.6122.6279.451.5432.56286.061.7130.3679.661.6432.89316.611.8138.1079.881.7333.20348.16由上表绘出h---Q曲线如图2.2图2.2水深----流量图340340340从曲线查得：当Q=312.3m3/s时，h=1.68m。对柴达木桥至格尔木桥段：取设计宽度为97m当h=1.3m时：A=（b+mh）h=（97+0.41.3）1.3=126.776m2X=b+2h=97+21.3=99.80mR===1.27mC==1.271/6=31.53m/sQ=AC=126.77631.53=260.08m3/s45青海大学水电系 参考文献当h=1.4m时：A=（b+mh）h=（97+0.41.4）1.4=136.58m2X=b+2h=97+21.4=100.02mR===1.37mC==1.371/6=31.94m/sQ=AC=136.5831.94=294.80m3/s当h=1.5m时：A=（b+mh）h=（97+0.41.5）1.5=146.40m2X=b+2h=97+21.5=100.23mR===1.46mC==1.461/6=32.28m/sQ=AC=146.4032.28=329.68m3/s当h=1.6m时：A=（b+mh）h=（97+0.41.6）1.6=156.224m2X=b+2h=97+21.6=100.45mR===1.56mC==1.561/6=32.63m/sQ=AC=156.22432.63=367.59m3/s表2-4水深流量表h/mA/m2X/mR/mC/（m/s）Q/（m3/s）1.3126.77699.801.2731.53260.081.4136.58100.021.3731.94294.801.5146.40100.231.4632.28329.681.6156.224100.451.5632.63367.5945青海大学水电系 参考文献由上表绘出h---Q曲线如图2.3：图2.3水深流量图从曲线查得：当Q=312.3m3/s时，h=1.45m。2.2.3.2防洪堤结构设计两岸防洪堤为75#浆砌石重力挡墙式。设计条件分正常和非正常情况,根据结构计算，确定其断面尺寸为：顶宽0.5m，迎水面坡比采用1：0.4，背水面坡比采用1：0.2，经冲刷深度计算，基础埋深自床石以下2.5m,河道标准断面参见相关图纸。为了防止墙后地下水对堤体的危害，在河槽设计洪水位和多年平均正常水位以上15cm，每隔2.5m各设排水管一道，墙后回填碎石（或300g/m2无纺反滤布）用为排水过滤料。根据规范要求，河堤每12m设沉降缝一道，并做防渗处理，缝宽2cm。为防冲刷，在河道弯曲段挡墙脚处抛大块石防冲。在水流作用下，防护工程护脚块石保持稳定的抗冲粒径按下式计算：d=V2/C2×2g×（γs-γ）/γ《堤防工程技术汇编》P73页d—折算直径（m），按球型折算；V—水流流速（m/s）；C—石块运动的稳定系数，水平库坡C=0.9；γs，γ—为石块和水的重率，可取为2.65KN/m3和1KN/m3。经计算抗冲粒径为30cm，采用粒径为30cm块石。2.2.3.3防洪堤高度确定（1）堤顶超高计算巴音河实测河道比降为0.4%～5.3%，取其各河段一定范围内的平均值，作为此段河道的稳定比降。经分析，治理河道的稳定比降取1/300。巴音河河道的天然河床主要由砾石加砂组成，防洪堤建成后河道糙率比天然糙率有所降低，结合《水利计算手册》中天然河道糙率n值表，确定河道天然糙率为n=0.033。防洪堤采用混凝土和浆砌石两种方案进行计算，参考《水利计算手册》中天然河道糙率n值表，无抹灰的混凝土护面n=0.017，浆砌石护面n=0.025。经分析计算后，取综合糙率为n=0.033。因本工程堤防工程的级别为3级，则不允许越浪安全加高值取0.7m为宜。45青海大学水电系 参考文献根据《城市防洪工程设计规范》（CJJ50-92）的规定，本工程防洪主要和次要建筑物级别均为4级，堤顶高程应按设计洪水位加堤顶超高确定。其计算公式为：Y=R+e+A式中：Y--堤顶超高；R—设计波浪爬高；e—设计风壅增加高度；A--安全加高，取0.7m。由气象资料可知，工程区夏秋季节多东南风，风速较小，波浪爬高及风壅增高不大，两项合计值取10cm，加上安全加高0.7m，最后确定堤顶超高为0.8m。（2）基础埋深（冲刷深度）确定通过对巴音河自然淘刷现状的广泛调查和现场踏勘，取该河道最大冲刷深为1.5m。根据河床床质颗分资料河道泥砂粒经在0.05～60mm之间,泥砂粒经按河床床质的平均粒径计算,即15.4mm。根据《堤防工程设计规范》GB50286-98及《水力计算手册》中的有关公式进行冲刷深度计算。通过计算，确定直段和弯曲段冲刷深度均约为1.5m。依据国家颁发的《工程建设标准强制性条文》中《城市防洪工程设计规范》5.3.4规定，基础埋深要求在冲刷线以下0.5～1.0m的规定，通过计算和调查结果的综合分析，结合本工程实际情况，确定基础自河床床面以下埋深为2.0m。（3）防洪堤高度确定由设计水深、堤顶超高和基础埋深确定防洪堤高度。2.2.4河道纵断面推算河道综合整治长度约为1.5Km，分格尔木桥以上左、右岸；河道防洪堤治理长度为4.09Km，其中格尔木桥以上左、右岸之和3.1Km，平源村段约1.0Km，比降平均为1/300。河道纵断面相关参数见表表2-5河道纵断面推求表桩号地面高程河床设计高程堤顶设计高程堤底设计高程水面线高程比降备注0+0002982.02980.62984.302978.602982.280.0033起点0+1002982.012980.342984.042978.342982.020.00330+2002981.172980.082983.782978.082981.760.00330+3002980.812979.822983.522977.822981.600.00330+4002980.172979.562983.272977.572981.680.00330+5002979.772979.302983.012977.312981.680.00330+6002979.362979.042982.752977.052981.680.00330+7002978.942978.782982.492976.792981.680.00330+798.062978.812978.492982.202976.502981.680.00331#坝址45青海大学水电系 参考文献桩号地面高程河床设计高程堤顶设计高程堤底设计高程水面线高程比降备注0+898.062978.772978.222981.872976.232980.150.00330+998.062978.282977.962981.552975.972980.150.00331+098.062978.362977.692981.222975.702980.150.00331+198.062977.822977.392980.892975.442980.150.00331+288.452977.412977.192980.602975.202980.150.00332#坝址1+388.452977.452976.922980.272974.932978.380.00331+500.532977.502976.642979.912974.642978.090.0033终点表2-6河道左岸Z0+782.8-Z1+557.8段水面曲线推求表桩号地面高程河床设计高程堤顶设计高程堤底设计高程水面线高程比降备注Z0+782.82986.392978.602982.402976.602980.250.0033Z0+799.42985.512978.502982.202976.502980.250.00331#坝址Z0+931.82978.502978.172981.972976.172979.680.0033Z1+078.82979.002977.742981.542975.742979.550.0033Z1+282.82986.392977.202980.602975.202977.950.00332#坝址Z1+331.82978.602977.012980.812975.012977.760.0033Z1+557.82976.502976.352980.152974.352977.650.0033表2-7河道右岸Y0+000-Y0+741.8段水面曲线推求表桩号地面高程河床设计高程堤顶设计高程堤底设计高程水面线高程比降备注Y0+0002983.362980.602984.302978.602982.300.0033Y0+081.82981.942980.392984.092978.392982.100.0033Y0+175.82980.802980.152983.852978.152981.840.0033Y0+220.82980.802980.032983.732978.032981.730.0033Y0+361.82980.202979.672983.372977.672981.360.0033Y0+562.82982.702979.162982.862977.162980.840.0033Y0+741.82981.402978.702982.402976.702980.040.003345青海大学水电系 参考文献3防洪堤设计3.1方案一防洪堤采用仰斜式浆砌石挡土墙如图3.1所示：图3.1仰斜式浆砌石挡土墙示意图仰斜墙坡度愈缓，主动土压力愈小，但为了避免施工困难，墙背坡不宜缓于4：1现设计为5：1，墙面坡应尽量与墙背坡平行，现设计为：4：1。当墙身高度超过一定限度时，基底压应力往往是控制截面尺寸的重要因素。为了使地基压应力不超过地基许可承载力，在墙底加设墙趾台阶，加设墙趾台阶对挡土墙抗倾稳定也是有利的。墙趾高h和墙趾宽a的比例设计为4：1，a值常不小于20cm，现设计为50cm。墙后地下水位较低，墙底宽约为墙高的0.6～0.7倍，墙顶宽一般用30～50cm，现设计为50cm。尺寸如图3.2：图3.2墙趾示意图45青海大学水电系 参考文献3.1.1荷载及其组合荷载的分类及组合在不同工作条件下，作用于挡土墙上的荷载为：⑴挡土墙及填土自重；⑵土压力；⑶水压力；⑷浮托力；⑸地震力；荷载组合⑴基本组合：由基本荷载组成。这种基本荷载是在挡土墙正常条件下，经常起作用的荷载，上述1～4项荷载均属于这一类，也是设计情况下考虑的荷载组合。⑵特殊组合：由基本荷载与非常情况下起作用的特殊荷载（地震力）组成。上述（5）项属于特殊荷载。图3.3荷载简图图中：G1---墙身自重；G2---墙后土重；G3---墙前水重；E-----土压力；W---水压力；U-----浮托力；3.1.2荷载的计算⑴土压力的计算由于挡土墙小于5米，墙后又有良好的排水条件，故按下列经验公式计算主动土压力：EAX=mxnxH2⑸EAY=mynyH2⑹式中：EAX，EAY------分别为主动土压力的水平分力和垂直分力（吨力/米）；mx，my-------分别为墙背垂直时，主动土压力的水平分力和垂直分力的计算系数（吨力/米）；nx，ny--------分别为墙背倾斜时，主动土压力的水平分力和垂直分力的影响系数；H-----挡土墙高度（米）查水工设计手册[7]表得：mx=0.223my=0.073nx=0.72ny=0.48所以EAX=0.2230.7242=2.56吨力/米EAY=0.0730.4842=0.56吨力/米45青海大学水电系 参考文献⑵墙身自重的计算体积V=（0.5+1.38）3.7/21+（0.7+1.38+0.5）11+（0.7+1.38+0.5-1+0.5）1/2=7.098m3G=r0v式中：G----建筑物自重；r0---构成建筑物材料的容重；v----建筑物的体积；G=237.098=163.3KN⑶墙后土重的计算G=r0v式中：G----建筑物自重；r0---构成建筑物材料的容重；v----建筑物的体积；⑷水压力的计算⑺式中：A----受压平面的面积；hC----受压平面的形心在液面以下的铅垂深度；A=3.23m2；hC=H/2=1.615m；P=101.6153.23=52.16KN；PX=48.43KN；PY=19.4KN；⑸墙前水重的计算：V=（2.584+0.7）×3.23/2×1=5.30m3G=rv=10×5.30=53KN⑹浮托力的计算：G=rv（8）式中：G---浮托力；r---水的容重；v---建筑物水下部分的体积；v=（0.7+1.38+0.5-1+0.5）1/21=1.04m3G=103.62=36.2KN⑺墙后土重的计算G=rv45青海大学水电系 参考文献式中：G---浮托力；r---土的容重；v---墙后土的体积；v=（0.7+0.7-0.23.7）3.7/21=1.221m3G=rv=171.221=20.757KN⑻地震力的计算：Pa=（1+3k）E（9）Pa---地震时作用在挡土墙墙背上的土压力；E---无地震时的土压力；k---水平向地震系数，当地震裂度为7度时，k=0.025；Pax=（1+30.025）25.6=27.52KN；PAy=（1+30.025）5.6=6.02KN；3.1.3稳定计算防洪堤稳定计算内容包括：抗滑稳定和抗倾稳定计算两种情况。⑴抗滑稳定抗滑稳定按下式计算：Kc=f∑W/∑P（10）式中：Kc--抗滑稳定安全系数；f—摩擦系数，取0.48；∑W—作用于建基面上的全部垂直力之和；∑P--作用于建基面上的全部水平力之和。正常情况下：Kc=f∑W/∑P==1.63非正常情况下：Kc=f∑W/∑P==1.22⑵抗倾稳定（11）（正常运行条件下）（非正常运行条件下）式中：——抗倾稳定安全系数；——作用于建基面上的全部垂直力倾覆力矩之和；45青海大学水电系 参考文献——作用于建基面上的全部水平力倾覆力矩之和；3.2方案二采用悬臂式钢筋混凝土挡土墙，墙体自身稳定性主要依靠底版上的填土重量来保证，其主要特点是厚度小，自重轻，属轻型结构，如图3.5：图3.5臂式钢筋混凝土挡土墙示意图由图可知：悬臂式挡土墙由立板与底版两部分组成。为了便于施工，立板内侧（墙背）做成垂直面，外侧（墙面）可做成15：1～20：1坡面。底板做成变厚度，底面做成水平，顶面自立板处向两边倾斜。立板顶部厚度一般不小于15厘米，以便浇筑混凝土，在此设计为20cm，底版靠立板处的厚度常取为墙高的1/10～1/12，现设计为25cm，底板前趾及后趾处厚度一般不小于20cm，现设计为20cm。底板宽度B一般取为挡土墙高度H的0.6～0.8倍，现设计为3m，在墙后伸出的底板称内底板，在墙前伸出的底板称外底板。外底板的长度D1---D/B=0.15～0.3，现设计为80cm。3.2.1荷载计算⑴土压力的计算：现挡土墙的高度为5米，墙后有良好的排水条件，可按下列经验公式计算主动土压力：EAX=mxnxH2EAY=mynyH2查水工设计手册[7]表得：mx=0.199my=0.073nx=0.45ny=0.75所以EAX=0.1990.4542=4.60吨力/米45青海大学水电系 参考文献EAY=0.0730.7542=1.369吨力/米⑵墙身自重的计算G=r0v体积V==1.37m3式中：G----建筑物自重；r0---构成建筑物材料的容重；v----建筑物的体积；G==33.656KN⑶墙后土重的计算G=r0v=17×=118.15KN⑷水压力P=51.52KN⑸墙前水重的计算：⑹浮托力的计算：⑺墙后土重计算⑻地震力的计算：Pa=（1+3k）EPa---地震时作用在挡土墙墙背上的土压力；E---无地震时的土压力；k---水平向地震系数，当地震裂度为7度时，k=0.025；Pax=（1+30.025）25.6=27.52KN；PAy=（1+30.025）5.6=6.02KN；3.2.2稳定计算防洪堤稳定计算内容包括：抗滑稳定和抗倾稳定计算两种情况。荷载组合正常情况下：设计洪水位情况非常情况下：工程完建情况和基础冲刷、洪水骤降至多年平均流量、计入地震荷载情况两种。⑴抗滑稳定抗滑稳定按下式计算：45青海大学水电系 参考文献正常情况下：Kc=f∑W/∑P==1.43非正常情况下：Kc=f∑W/∑P==1.23⑵抗倾稳定（正常运行条件下）（非正常运行条件下）3.3方案比较按照因地制宜，就地取材的原则，根据工程所处的位置、建筑材料、施工条件、工程造价等因素综合比较确定，推荐采用仰斜式浆砌石挡土墙，该堤型具有开挖量小，便于施工和质量控制、土压力小、不涉及大量工程占地和房屋拆迁，造价相对较小等优点，主要适用于堤前无滩地，水域较狭窄，冲刷较严重等地段，与本地段的自然情况相符合，在已建的防洪堤工程中广泛采用，是较为理想的堤型。45青海大学水电系 参考文献41﹟闸坝的设计4.1闸室的总体布置4.1.1闸门的形式根据实际情况设计为平面闸门，它可以封闭很大跨度和水头的孔口，闸门启动迅速，操作简单可靠，结构简单，易于制造安装；宜用在深水孔口上。闸门厚度的设计：根据规范，闸门厚度设计为20cm。4.1.2闸墩的设计闸室采用10孔闸门，有9个中墩，两个边墩，均采用钢筋混凝土实体型式，为使过闸水流平顺，侧向收缩小，过流能力大，闸墩上游侧采用半圆形，下游侧采用流线形。中墩的设计：根据规范，闸门槽深取为0.2m，工作闸门槽宽0.4m，检修闸门槽深0.2m，工作闸门与检修闸门之间的净距为2.0m。根据规范：闸墩高度不应低于设计洪水位加相应安全超高，现设计闸墩高度为为2.0个m。闸墩宽设计为1m。边墩的设计：边墩宽设计为40cm即0.4m，高度一般高出水面1～1.5m，设计为3.0m。4.1.3闸室总宽度L=nl+（n-1）d=107+91=79m（12）式中：n----闸孔数；l----每孔闸门宽（计算如后所述）；d----闸墩厚度4.1.4闸底板厚度与顺水流方向长度的设计根据规范，底板厚度取为闸孔净宽的1/6～1/8，即d=（1/6～1/8）l（13）=（1/6～1/8）7=1.2～0.875m取d=1m表4-1闸室顺水流方向长度与上下游最大水位差的比值表地基土质闸底板顺水流方向长度/上下游最大水位差碎石土和砾(卵)石1.5～2.5砂土和砂壤土2.0～3.5粉质壤土和壤土2.0～4.0粘土2.5～4.5根据闸室地基土质的情况,闸底板下多为岩石、砂卵砾石,闸底板顺水流方向的长度为L:L=3.5Hmax（14）=3.5×(2981.72-2980.15)=5.5m≈6m45青海大学水电系 参考文献4.1.5交通桥的设计根据规范：长：6m+1.3m=7.3m厚：0.2m交通桥每米重：（7.30.2-0.420.2+70.20.2）25=39.5KN≈40KN4.1.6工作桥的设计工作桥每米重量取为交通桥的1/8左右，约为5KN，钢筋混凝土容重为24-25KN/m3。4.2水闸的水利计算4.2.1闸孔总净宽在正常设计水位下，出闸水流属堰流。P=1.5m；H0=2981.68-2978.49-1.5+=1.999m；hs=2980.15-2978.22-1.5=0.43m；H=2981.68-2978.49-1.5=1.69m；宽顶堰的流量系数m取决于堰顶的进口形式和堰的相对高度P/H，因为闸顶入口为直角，所以m=0.32+0.01（15）计算得m=0.34==0.215由规范查得σ=1闸孔净宽b0设计为7m上游河道---半水深处的宽度bs=b0+σσ------闸墩厚度；所以bs=7+1=8m==0.875==0.89由规范查得：ε=0.991可按下式计算闸孔总净宽：（16）式中:B0—闸孔总净宽(m);Q—设计引水流量(m3/s);σ—淹没系数;45青海大学水电系 参考文献ε—侧向收缩系数;m—流量系数;H0—包括行近流速在内的堰顶水头(m)。=73.97m现设计为70m。4.2.2消能、水跃计算此种情况下的出闸水流属闸孔出流,其计算公式为:（17）得:式中:—引水流量();—流量系数;—闸孔总净宽(m);—闸门开度(m);—相应水位下的包括行近流速在内的堰顶总水头(m)。计算:收缩断面的水深:式中:—收缩断面的水深(m);—垂直收缩系数,经查表,;—闸门开度(m)。计算:其共轭水深,即跃后水深可按下式计算:（18）式中:—跃后水深(m);—收缩断面水深,即跃前水深(m);45青海大学水电系 参考文献—收缩断面的弗汝德数。计算:下游水深:因为ht〈故下游产生远驱式水跃衔接，为了使下游产生淹没式水跃衔接，现拟设计一降低护坦高程的平底消力池。4.2.3消力池的设计消力池布置在闸室之后，池底与闸室底板之间用1：4的斜坡连接。引水流量未312.3m3/s，上游水位为2981.72m，下游水位为2980.15m。4.2.3.1消力池深度计算临界水深先由下式估算池深的数值：式中：---水跃淹没系数，可采用1.05—1.10设d=1.00m，于是式中：----加入消力池深的堰上水头；H-----堰上水头；d---消力池深由水力学附图1查得：（19）式中：---消力池流速系数取0.95；45青海大学水电系 参考文献---水跃淹没系数，可采用1.05—1.10；----护坦高程降低后收缩水深的跃后水深；---水面跌落值；计算得：=0.03m与原假设符合，故所求池深为d=1.00m。4.2.3.2长度的计算可参照下列公式进行计算（20）（21）式中:—-消力坎至闸底板的距离(m);—-水跃长度校正系数,一般为0.7～0.8;—-水跃长度(m);—水跃前后水深(m)。因为消力池上游侧有斜坡段，所以消力池的长度应为斜坡段水平投影长度与水平段长度之和，=LS+式中：LS---斜坡段水平投影长度如图4.4：图4.4消力池示意图计算:LS==4mLJ=6.9（h-hc）=6.9（2.08-0.703）=9.5m=LS+=4+0.79.5=12.3m取为12.5m。4.2.3.3消力池厚度(即护坦厚度)的确定45青海大学水电系 参考文献消力池的厚度应根据抗浮和抗冲要求确定,分别按下列计算公式进行计算:抗冲:（22）抗浮:（23）式中:—消力池(即护坦)底板始端厚度(m);—过闸单流量();—闸孔泄水时上下游水头差(m);—消力池底板计算系数,可采用0.15～0.20;—消力池底板安全系数,可采用1.1～1.3;—作用在消力池底板底面的扬压力(kPa);—作用在消力池底板顶面上的水重(kPa);—作用在消力池底板上的脉动压力(kPa),其值可取跃前收缩断面流速水头值的5%;通常计算消力池底板前半部分的脉动压力时取“+”号,计算消力池底板后半部分的脉动压力时取“-”号;—消力池底板的饱和重度(kN/m3)。注:消力池末端厚度,可采用,但不宜小于0.5m。计算:①抗冲要求:②抗浮要求:即护坦厚度为50cm。4.2.4海漫的设计对水流经过消力池，虽已消除了大部分多余能量，但仍能有一定的剩余动能，特别是流速分布不均，脉动仍较剧烈，具有一定的冲刷能力。因此，护坦后仍需设置海漫等防冲加固设施，以使水流均匀扩散，并将流速分布逐渐调整到接近天然河道的水流形态。海漫采用干砌石,其厚度为30cm。海漫长度的计算公式:（23）45青海大学水电系 参考文献式中:—海漫长度(m);—河床土质系数;—消力池出口处单宽流量();—上下游最大水位差(m)。估算:4.3防渗与排水设计4.3.1防渗、排水体的布置(1)闸基防渗长度的初步拟定可以根据下面的公式估算:（24）式中:—闸基防渗长度,即地下轮廓线的长度(m);—允许渗径系数,见下表;—闸门上、下游最大水位差(m)。表4-2允许渗径系数值表地基类别排水条件粉砂细砂中砂中砂细砾轻粉质砂壤土轻砂壤土壤土粘土有滤层13～99～77～54～311～79～55～33～2无滤层——————7～44～3注:当闸基设板桩时,表中取小值。闸基防渗长度L为:⑵铺盖的设计:为了延长渗径，增加闸室的稳定性在闸底板上游设置铺盖。因为当地缺少适宜的粘性土壤，现选择采用钢筋混凝土铺盖，这种铺盖上游段的厚度约为0.25～0.4米，在底版处加厚，现设计为0.4米，铺盖的长度一般是闸上下游水头差的3～5倍。L=（3～5）（2981.68-2980.15）=(4.71～7.85)m现设计为5米。铺盖上游端厚度设计为50cm,在与底板连接处加厚为100cm。(3)齿墙的设计:闸底板的上、下游设置浅齿墙，按照规范：齿墙深度取为1.0m，除了防渗,齿墙的另一作用就是提高闸室的抗滑稳定性。⑷板桩的设计：板桩的深度现设计为2米，采用钢筋混凝土板桩，板桩与闸室底板的连接形式为将板桩紧靠底板前缘，顶部嵌入闸底板0.5m。45青海大学水电系 参考文献(5)排水设计:下游护坦和浆砌石海漫的底部采用1～2cm的卵石、砾石铺成厚约20～30cm的排水体。4.3.2渗流计算此处采用改进阻力系数法求各点处的渗透压力,首先对渗流场进行分区如图4.5所示,沿水平铺盖和齿墙分别向下作三条垂线,在齿墙的角落点作三条等势线,六条线将渗流场分为七个区,段:进口段、内部水平段、内部垂直段和出口段。由于地基不透水层埋藏较深，需用一个有效计算深度TE来代替实际深度T，TE可按下式确定：当时，；（25）当时，式中：-----地下轮廓在水平面上投影的长度；----地下轮廓在垂直面上投影的长度；所以确定各区的阻力系数值:进出口段(①和⑦区):（26）式中:—阻力系数;S—板桩或齿墙的入土深度(m);T—地基透水层的深度(m)。内部水平段(②和⑤区):（27）式中:—阻力系数;—内部水平段的长度(m);—板桩或齿墙的入土深度(m)。内部垂直段(③、④和⑥区):45青海大学水电系 参考文献（28）各渗流段的水头损失为:（29）式中:—第i渗流区的水头损失(m);—第i渗流区的渗流阻力系数;—渗流区总的水头损失,即闸门上下游水头差(m)。计算:各区的阻力系数值：⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺各渗流区的水头损失如图4.6:=0.837m=0.845m=0.140m=0.860m45青海大学水电系 参考文献=0.180m图4.6水头损失图4.3.3水利坡降线的修正阻力修正系数:(30)式中：--阻力修正系数；s--底板埋深与底面以下的板桩入土深度之和。T--板桩上游侧底板的地基透水层深度。T=T-0.5m=11.5m。修正后的水头损失为:进口段：出口段：修正后进、出口段水头损失的减小值:进口段：出口段：水力坡降呈急变形式的长度可按下式计算:45青海大学水电系 参考文献图4.7坡降线图1：修正前的坡降线；2：修正后的坡降线4.3.4渗透变形的验算为防止发生渗透变形,应保证出口段的逸出坡降必须小于出口段土质的容许坡降值。（31）式中:—出口处逸出坡降;—修正后的逸出口水头损失值(m);—出口处齿墙底部到底板表面的距离(m)。计算:表4-3出口段的容许坡降值表地基土质类别粉砂细砂中砂粗砂中砂细砂粗砾夹卵石容许坡降0.25～0.300.30～0.350.35～0.400.40～0.450.45～0.500.50～0.55地基土质类别砂壤土(粘)壤土软粘土坚硬粘土极坚硬粘土容许坡降0.40～0.500.50～0.600.60～0.700.70～0.800.80～0.90闸基土为坚硬粉质粘土,其出口段的容许坡降值为0.50～0.55。,所以渗流逸出点不会发生渗透变形破坏。4.4闸室的地基计算4.4.1荷载计算作用在水闸闸室上的荷载主要有闸室结构自重(G)、上部结构传递过来的荷载(Q)、各相应水位时作用在闸底板上水重(T)、各相应水位时的静水压力(P)、各相应水位时的扬压力(U)、两岸的土压力、风浪压力及地震荷载等其他非常荷载。45青海大学水电系 参考文献其中两岸的土压力在闸室横向呈对称,他们之间相互抵消,所以在计算闸室整体稳定时可以不考虑。计算:⑴结构自重()闸底板重:闸墩重:闸门重：++KN⑵上部荷载()工作桥重:交通桥重:启闭机重:⑶水重式中：L---闸室顺水流方向长度；T=v10=0.94104KN⑷静水压力P=rhCA式中：A----受压平面的面积；hC----受压平面的形心在液面以下的铅垂深度；A=841.5=126m2⑸浮托力4.4.2验算闸室的抗滑稳定性闸室坐落在粘土地基上,其沿地基面的抗滑稳定应按抗剪断公式进行计算。45青海大学水电系 参考文献(32)式中:—抗滑稳定安全系数;—地基土的内摩擦角(°);—作用在闸室底面以上铅直荷载的总和(kN);—地基土的内凝聚力(kPa);—闸室底板面积(m2);—作用在闸室底面以上水平向荷载总和(kN)。计算:作用在闸室底面以上水平向荷载总和:32001.45所以闸室满足抗滑稳定要求。52﹟闸坝的设计5.1闸室总布置5.1.1闸门的设计闸门的形式：根据实际情况设计为平面闸门，它可以封闭很大跨度和水头的孔口，闸门启动迅速，操作简单可靠，结构简单，易于制造安装；宜用在深水孔口上。45青海大学水电系 参考文献闸门厚度的设计：根据规范，闸门厚度设计为20cm。5.1.2闸墩的设计闸室采用12孔闸门，有11个中墩，两个边墩，均采用钢筋混凝土实体型式，为使过闸水流平顺，侧向收缩小，过流能力大，闸墩上游侧采用半圆形，下游侧采用流线形。中墩的设计：根据规范，闸门槽深取为0.2m，工作闸门槽宽0.4m，检修闸门槽深0.2m，工作闸门与检修闸门之间的净距为2.0m。根据规范：闸墩高度不应低于设计洪水位加相应安全超高，现将闸墩高度设计为2.0m。闸墩宽设计为1m。具体尺寸如图5.1：边墩的设计：边墩宽设计为0.4m高度一般高出水面1～1.5m，设计为3.0m。5.1.3闸室总宽度L=nl+（n-1）d=127+111=95m式中：n----闸孔数；l----每孔闸门宽；d----闸墩厚度；5.1.4闸底板厚度与顺水流方向长度的设计根据规范，底板厚度取为闸孔净宽的1/6～1/8，即d=（1/6～1/8）l=（1/6～1/8）7=1.2～0.875m取d=1m根据闸室地基土质的情况,闸底板下多为岩石、砂卵砾石,闸底板顺水流方向的长度为L:L=3.5Hmax=3.5×(2980.15-2978.28)=6.2m现设计为6m5.1.5交通桥的设计根据规范：长：6m+1.3m=7.3m厚：0.2m交通桥每米重：（7.30.2-0.420.2+70.20.2）25=39.5KN≈40KN5.1.6工作桥的设计工作桥每米重量取为交通桥的1/8左右，约为5KN，钢筋混凝土容重为24-25KN/m3。5.2水利计算5.2.1闸孔总净宽在正常设计水位下，出闸水流属堰流，：P=1.5m；H0=2980.15-2977.19-1.5+=1.709m；hs=2978.28-2976.92-1.5=0m；H=2980.15-2977.19-1.5=1.46m；45青海大学水电系 参考文献宽顶堰的流量系数m取决于堰顶的进口形式和堰的相对高度P/H，因为闸顶入口为直角，所以m=0.32+0.01=0.34=0由规范查得σ=1闸孔净宽b0=7m上游河道---半水深处的宽度bs=b0+σσ------闸墩厚度；所以bs=7+1=8m==0.875==1.027由规范查得：ε=0.982可按下式计算闸孔总净宽：=84.2m取为84m。由于闸孔总净宽较大，需设成多孔闸门，根据规范，现设计为12孔，故每孔闸门宽l=84/12=7m。5.2.2消能、水跃计算此种情况下的出闸水流属闸孔出流,其计算公式为:得:收缩断面的水深:经查表,;45青海大学水电系 参考文献—闸门开度(m)。计算:其共轭水深,即跃后水深可按下式计算:计算:下游水深:因为ht〈故下游产生远驱式水跃衔接，为了使下游产生淹没式水跃衔接，现拟设计一降低护坦高程的消力池。5.2.3消力池的设计消力池布置在闸室之后，池底与闸室底板之间用1：4的斜坡连接。引水流量未312.3m3/s，上游水位为2980.75m，下游水位为2978.38m。所设消力池为平底消力池5.2.3.1消力池深度计算临界水深先由下式估算池深的数值：式中：---水跃淹没系数，可采用1.05—1.10设d=1.00m，于是45青海大学水电系 参考文献由水力学附图1查得：=0.20m与原假设符合，故所求池深为d=1.00m。5.2.3.2消力池长度LS==4mLJ=6.9（h-hc）=6.9（2.06-0.869）=9.22m=LS+=4+0.79.22=12.1m现设计为12.5m。5.2.3.3消力池厚度(即护坦厚度)的确定①抗冲要求:②抗浮要求:即护坦厚度为50cm。5.2.4海漫的设计海漫采用干砌石,其厚度为30cm。海漫长度的计算公式:=5m5.3防渗、排水设计5.3.1防渗、排水体的布置(1)闸基防渗长度L为:⑵铺盖的设计:为了延长渗径，增加闸室的稳定性在闸底板上游设置铺盖。因为当地缺少适宜的粘性土壤，现选择采用钢筋混凝土铺盖，这种铺盖上游段的厚度约为0.25～0.4米，在底版处加厚，现设计为0.4米，铺盖的长度一般是闸上下游水头差的3～5倍。L=（3～5）（2980.15-2978.38）=(4.95～8.85)m现设计为5米。45青海大学水电系 参考文献铺盖上游端厚度设计为50cm,在与底板连接处加厚为100cm。(3)齿墙的设计:闸底板的上、下游设置浅齿墙，按照规范：齿墙深度取为1.0m，除了防渗,齿墙的另一作用就是提高闸室的抗滑稳定性。⑷板桩的设计：板桩的深度现设计为2米，采用钢筋混凝土板桩，板桩与闸室底板的连接形式为将板桩紧靠底板前缘，顶部嵌入闸底板0.5m。(5)排水设计:下游护坦和浆砌石海漫的底部采用1～2cm的卵石、砾石铺成厚约20～30cm的排水体。5.3.2渗流计算所以计算:各区的阻力系数值：⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺各渗流区的水头损失:45青海大学水电系 参考文献=0.776m=0.784m=0.130m=0.798m=0.168m5.3.3水利坡降线的修正阻力修正系数:式中：---阻力修正系数；s---底板埋深与底面以下的板桩入土深度之和。T---板桩上游侧底板的地基透水层深度。T=T-0.5m=11.5m。修正后的水头损失为:进口段：出口段：修正后进、出口段水头损失的减小值:进口段：出口段：水力坡降呈急变形式的长度可按下式计算:45青海大学水电系 参考文献5.3.4渗透变形的验算计算:闸基土为坚硬粉质粘土,其出口段的容许坡降值为0.50～0.55。,所以渗流逸出点不会发生渗透变形破坏。5.4闸室的地基计算5.4.1荷载计算(1)结构自重()闸底板重:闸墩重:闸门重：++KN(2)上部荷载()工作桥重:交通桥重:启闭机重:(3)水重水重T=v10=0.83104KN（4）静水压力A=951.5=142.5m245青海大学水电系 参考文献（5）浮托力5.4.2验算闸室的抗滑稳定性计算:作用在闸室底面以上水平向荷载总和:3200=1.36所以闸室满足抗滑稳定要求。6跨河人行廊桥设计跨河人行廊桥的布置，经德令哈市统一规划，在市区的繁华地段Y0+437.2（Z0+423.7）桩号处设人行廊桥1座。按《城市桥梁设计荷载标准》（CJJ77—98）规定，人行廊桥梁的设计荷载按均布荷载3.5kpa考虑。45青海大学水电系 参考文献本设计阶段对人行廊桥型式结构进行了初步比选，第一种方案选用斜拉桥，斜拉桥的优点是投资省、施工方便，但这种桥的外观简陋，一般用于乡村河道，如置于市区重点治理河段，不够美观，级别太低，因此被排除。第二种方案选用轻型钢结构双拱桥，钢结构拱桥的优点是外形美观大方，但此桥跨度大，钢材用料较多，投资大，而且建成后维修费用也很高，因此也被排除。第三种方案选用钢筋砼简支桥，此桥的优点是投资较省，而且通过美化栏杆、彩灯、立柱等，可使人行廊桥外形美观，与河水相映成辉，颇具景致。最后通过技术经济比较，采纳第三种方案。钢筋砼人行郎桥面宽4.8m,桥长80m，每跨10m左右。桥基基础深2.5m,底面为5.45×2.2m。桥基建基面为冲积砂卵石，基础承载力0.32～0.35Mpa,桥身采用C25钢筋砼现浇，墩帽、基础、全部的横梁、立柱、廊桥顶部均采用C20现浇钢筋砼，桥面找平采用100#水泥砂浆。桥面两侧设有90cm的人行道和栏杆，人行道比中间桥面高20cm，桥面与人行道结合部设有纵坡为1/100的排水槽，排水槽纵向每8m设一排水孔，排水槽顶部设拦污栅。栏杆采用花岗岩石雕，高1.2m，桥面采用麻灰色大理石装饰。廊桥两端采用台阶及盲道双道连接。廊桥顶棚与选用直径50cm的立柱连接，顶棚形式为“八”字型，立柱用红色真石漆喷饰，廊顶外部用深黄色琉璃瓦装饰。结论本工程属于城市基础公益事业建设，设计中以防洪建筑工程为重点。工程建成后，对德令哈市起着举足轻重的作用。而且可结合生态建设，城市美化建设，是此段巴音河成为市区的一道亮丽的风景线，对德令哈市经济发展和改善投资环境具有十分重要意义。45青海大学水电系 参考文献参考文献[1]《水利水电工程项目建议书编制规程》[S].[2]SL252-2000.水利水电工程等级划分及洪水标准[S].45青海大学水电系 参考文献[3]GB50201-94.防洪标准[S].[4]CJJ50-92.城市防洪工程设计规范[S].[5]SL265-2001.水闸设计规范[S].[6]堤防工程技术标准汇编[S].[7]GB50286-98.堤防工程设计规范[S].[8]SL171-96.堤防工程管理设计规范[S].[9]DL5073-1997.水工建筑物抗震设计规范[S].[10]DL/T5088-1999.水利水电工程量计算规定[S].[11]与本阶段设计内容有关的各专业设计现行规程、规范[12]水利计算手册[13]水工设计手册[14]《海西州德令哈巴音河（市中心段）河道综合整治工程可行性研究报告》青海省水利水电勘测设计研究院2007年3月[15]《黑石山水库初设报告》中的水文部分[16]林继镛.《水工建筑物》[M].北京：中国水利水电出版社，2006[17]吴持恭.《水力学》[M].北京：高等教育出版社，2003.11tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGtgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGtgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGtgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGtgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGtgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaG45青海大学水电系'