毕业设计河道整治工程毕业设计64页secret.docx
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毕业设计河道整治工程毕业设计64页secret
**市**河河道整治工程设计
矩形断面方案
摘要
**河穿越**市,本次整治段从黄河路—湨河入口段全长度为1950米,为了保护河道两岸人民群众的生命财产安全,所以进行本次河道整治工程,此次本次设计的主要内容是:
选定设计方案,设计河道横断面,推求水面线,进行河道堤防设计,河道中心线设计,河道护坡工程设计和栏杆、排水沟、伸缩缝等细部结构设计,以及施工组织设计工程量统计与工程概算。
本次设计的方法及过程有以下:
选择断面形式,矩形断面水力试算,通过伯努利方程推求水面线高程,然后设计堤顶高度;为了规顺洪水河槽稳定堤岸,进行河道中心线设计,首先在平面图上粗拟中心线,然后对有折角的位置圆弧化修改,圆弧半径应取3—5倍的水面宽度;最主要的设计是护坡工程设计,由于断面采用矩形断面,故只进行挡土墙设计和校核,细部结构设计包括的主要内容有栏杆设计、排水沟设计、伸缩缝设计,最后是施工组织设计工程量统计与工程概算。
大大提高了该河段泄洪能力,减轻沿河两岸地区的防汛压力,河道将按50年一遇洪峰流量设计,100年一遇校核洪水不漫堤,防洪效益十分显著,配合挡土墙护坡以及堤顶道路绿化带,可增加植被,美化环境,减少大气污染,有效防止水土流失,避免附近沟道淤塞,保护当地生态环境,增强河道沿岸绿化,改善了当地人民的生产、生活条件。
关键词:
河道中心线布置;矩形断面;施工组织设计;
JiyuanSangYurivercoursetheengineeringdesign-rectangularcross-sectionscheme
Abstract
SangYuriver,thisregulationperiodthroughjiyuanJuriverentrancefromdimness-allfor1950meterslengthofsection,inordertoprotecttherivertothelivesandpropertyofthepeopleonbothsidesofmasses,sosafeforthisriverregulationengineering,themaincontentsofthisdesignis:
selecteddesignscheme,designriverchanneltransversesection,thewaterline,deriveriverleveecenterlinedesign,design,riverchannelrevetmentengineeringdesignandbaluster,drains,expansionjoints,suchasthestructuredesignanddetailstheconstructionorganizationdesignquantitystatisticsandprojectbudget.
Thedesignmethodsandprocesseshavethefollowing:
selectsectionform,rectangularcross-sectionhydraulictrytocalculate,throughtheBernoulliequationdeducedthewaterline,thendesignelevationconstructedheight;Inordertogaugetheriverbank,stablefloodcenterlinedesign,firstinrivertoplan,andthenthecenterlineofcoarsepositionofadiscountAngleofcirculararcmodifications,arcradiusshouldbetake3-5timesthesurfacewidth;Themaindesignisrevetmentengineeringdesign,because,itadoptsrectanglesectionsectiononlyretainingwalldesignandcheck,detailsthemaincontentofthestructuredesign,includingarailingdesign,drainagedesign,design,finalisadjustableseamtheconstructionorganizationdesignquantitystatisticsandprojectbudget.Afterthecompletionoftheprojectwillgreatlyimprovethebehaviors,reducethedischargecapacityalongtheriver,theriverfloodareawillpresspressurein50yearsthepeakflowdesign,100yearsinacheckdam,aimlessandfloodwatersareremarkable,cooperatefloodcontrolbenefitprotectionandretainingwallsconstructedroadgreening,canincreasevegetation,beautifytheenvironment,reducingairpollution,effectivelypreventsoilerosiongully,avoidsiltationneartoprotectthelocalecologicalenvironmentandenhancingthechannelcoastgreeningandimprovethelocalpeople'sproductionandlivingconditions.
Keywords:
centerlinedesign,sqarecross-section,constructionorganization
1项目基本资料说明
1.1概况
**市位于**省西北部,北依太行山,与XX省晋城市毗邻;南临黄河,与古都**市隔河相望;西踞王屋,与XX省运城市接壤;东临华北平原,与焦作市相连,自古有“豫西北门户”之称。
在区位上是沟通晋豫两省、连接华北平原和中西部地区的枢纽。
在全国经济布局中具有东引西进、南下北上的有利条件,有着十分重要的战略地位和良好的区位优势。
**市**河穿越**市,黄河路—湨河入口段由于目前无河道整治工程,洪、枯水流路变化较大,主流顶冲点交替变化,造成沿河两岸毁田、塌园、毁地、塌房现象时有发生,给沿河两岸村庄公路带来很大的危害。
并且由于**河沿岸尚未进行系统的截污治理,工业废水和生活污水随意排放入河,加之向河道内倾倒垃圾,致使河内杂草丛生,泥沙淤积,垃圾遍地,污染严重,生态环境状况恶劣。
因此,考虑**市发展需求,对该河段统一规划,统一治理,兼顾左右岸、突出重点,因地制宜,充分挖掘当地的旅游资源,采用工程措施与生物措施相结合进行综合治理,规顺河槽,提高行洪能力,以达到防洪及保护两岸安全之目的。
1.2工程任务
从河道防洪、沿河两岸工农业发展对河道治理的要求考虑,本次**河河道整治从黄河路桥至湨河入口,全段长度1950米,主要任务如下:
(1)强化河道弯曲边界,规顺洪水河槽,使其逐步稳定,有利于洪水的通畅渲泄,防御洪水泛滥,减少主流摆动范围,改善现有不利的河势。
(2)通过河道整治,稳定岸线,加强堤岸,在水流顶冲下,避免及减轻河岸崩塌,保护沿河两岸耕地、公路及建筑物。
1.3工程设计依据
**河河道整治工程的设计依据主要包括以下部分:
(1)文件依据:
项目建设单位关于编制本项目设计文件的委托书;
国家有关法律、法规、方针及产业政策和投资政策;
现行有关技术经济范围、标准和定额资料;
项目建设单位提供的有关基础资料。
(2)执行的主要规范、规程:
《水利水电工程初步设计报告编制规程》(DL5021-1993);
《防洪标准》(GB50201-1994);
《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000);
《堤防工程设计规范》(GB50286-1998);
《水利建设项目经济评价规范》(SL72-1994);
《水利水电工程施工组织设计规范》(SDT338-1989);
《水利水电工程环境影响评价规范》(试行);
其他有关规范、规程。
1.4工程地质
1.4.1地形地貌
项目区地貌为豫西北山地,地形比较复杂,整治段位于**市区,四周有较多建筑物,交通便利。
1.4.2地基土层
本区土质主要由人工素填土、第四纪全新世冲积的粉质粘土、粉土及晚更新世粘性土、砂土等组成,成层状分布,其中粉土和粉质粘土在地表分布普遍。
1.4.3地下水
地下水由潜水及承压水组成,含水层岩性主要为粘性土,渗透系数及水量均不大,两岸地下水埋深5.7~6.6米,地下水位高于地表水位,地下水与地表水的关系为地表水排泄地下水。
另根据相邻场地地下水质分析,水质类型为HCO3-Ca-Mg型,地下水对钢筋混凝土无腐蚀性。
1.4.4不良地质作用与不良地质现象
本次勘察在地表和勘察孔中内未发现影响场地稳定性的岩溶、滑坡、危岩和崩塌、泥石流、采空区、地面沉降和活动断裂等不良地质作用,也未发现古河道、暗浜、孤石、防空洞等影响地基稳定性的埋藏物。
1.5气象及水文资料
**位于**省西北部,地理位置为北纬34°52′,东经112°57′,属暖温带大陆性季风型气候,其特征是:
气候温和,四季分明,春季温暖多风,夏季炎热多雨,秋季天高气爽,冬季干冷少雪。
全年平均气温为14.3℃,1月最低,7月最高,极端最低气温-19.9℃,极端最高气温43.6℃。
有效积温4633~4974℃,无霜期210天,年均日照时数2484小时。
年均降水量552.4毫米,具有年际变化大、季节分配不均等特征,全年80%的降水量集中在夏秋两季的7~9月份。
现状条件下上游河道(K1+550~K1+900)五十年一遇洪峰流量为104m3/s,百年一遇洪峰流量为129m3/s,下游河道(K0+000~K1+550)五十年一遇洪峰流量为141m3/s,百年一遇洪峰流量为175m3/s。
2整治方案
2.1项目区现状
**市**河穿越**市,目前,**河基本处于自然摆动状态,因河床抗冲能力较强,河道变形以横向展宽为主,造成河道弯曲加剧,形成较多典型的蜿蜒型河段,弯距较小,摆幅较大。
由于目前河道整治工程较少,洪、枯水流路变化较大,主流顶冲点交替变化,造成沿河两岸毁田、塌园、毁地、塌房现象时有发生,给沿河两岸村庄公路带来很大的危害。
黄河路—湨河入口段由于目前无河道整治工程。
并且由于**河沿岸尚未进行系统的截污治理,工业废水和生活污水随意排放入河,加之向河道内倾倒垃圾,致使河内杂草丛生,泥沙淤积,垃圾遍地,污染严重,生态环境状况恶劣。
2.2整治目标
结合本河道的实际情况,从河道防洪、沿河两岸工农业发展对河道治理的要求考虑,河道整治应达到的目标为:
(1)逐步强化河湾边界,规顺洪水河槽,使其逐步稳定,有利于洪水的通畅渲泄,防御洪水泛滥,减少主流摆动范围,改善现有不利的河势,以达到有利于防洪保安之目的。
(2)通过河道整治,逐步稳定洪水流路,控制河势,稳定岸线,采用边坡衬砌结合植草种树等生物措施,避免及减轻河岸崩塌,保护沿河两岸耕地及公路免遭大水淘冲之目的。
2.3整治设计方案选定
(1)断面形式选择
河道整治横断面常采用矩形、梯形或复式断面。
复式断面适用于河滩开阔的河道。
枯水期流量小,水流归槽。
洪水期流量大,允许洪水漫滩,过水断面大,洪水位低,不需要修建高大的防洪堤;枯水期可充分开发河滩的功能。
**河属于小型泄洪排污河道,流量较小,不宜采用复式断面。
梯形断面占地较小,结构简单实用,是中小河道常用的断面形式。
河道两岸保护范围用地,设置保护带,发展果树、花木等经济林带或绿化植树,防止岸边边坡耕作,便于河道管理,确保堤防安全。
矩形断面占地宽度最小,但两岸挡水墙投资及施工难度相对较大,
本次设计中在全程采用矩形断面,主要是考虑到该段河岸有较多建筑物及企业用地,采用矩形断面不仅可以最大程度减少占地面积,降低拆迁成本,而且有利于河道整治后该河段穿越河道道路的铺设。
(3)边坡衬砌方案
河道坡降陡流速大,河床粉质土壤,耐冲力差,为减小河床变形,强化岸坡,顺畅宣泄洪水,矩形断面段两岸采用浆砌石挡土墙。
3河道整治工程设计
3.1工程等别及建筑物级别
根据《防洪标准》(GB50201-1994)和《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252—2000)的有关规定,确定****河河道整治工程等别为Ⅴ等,工程规模为小
(2)型,新建堤防为2级堤防,永久性主要建筑物、次要建筑物和临时性建筑物为五级。
3.2设计基本资料
3.2.1设计流量和水位
河道断面按照50年一遇水位设计,100年一遇水位校核。
上游河道(K1+550~K1+900)50年一遇洪峰流量为104m3/s,100一遇洪峰流量为129m3/s,下游河道(K0+000~K1+550)50年一遇洪峰流量为141m3/s,100一遇洪峰流量为175m3/s。
河道设计控制点水位:
治理段河道出口(湨河入口,桩号0+000)设计水位150.37m。
3.2.2河段糙率
经分析论证,确定本河段糙率采用值为0.027。
3.2.3河道纵比降
河道比降一般要求与沿线所经地面坡降相一致,避免大挖、大填方出现,同时也应与河道当前形态相协调,因势利导,主动控制流速,尽量减少沿河的侵蚀变形。
治理河段的比降确定,还应考虑与上下游河道的衔接,经分析论证,确定本河段河床纵比降为4/1000。
并在下游处与湨河河道进行衔接。
3.3工程设计
3.3.1河道横断面设计
根据推算的设计洪水资料,过水能力计算采用明渠均匀流公式:
(3-1)
式中:
Q—渠道设计流量(m3/s);
A—渠道过水断面面积(m2);
R—水力半径(m),
,X为湿周;
i—渠道纵比降;
C—谢才系数,
,n为渠道糙率。
3.3.1.1主河道矩形断面水力试算
根据主河道实际情况,拟设断面子槽底宽20.0m,糙率取0.027。
50年一遇水位试算,初设水深h设=2.00m:
A=B×h设=20.0×2.00=40.00m2
X=B+2h设=20.0+2×2.00=24.00m
R=A∕X=40.00/24.00=
=131.71m3/s
Q=131.71m3/s>Q50。
50年一遇水位试算,初设水深2.30m:
A=B×h设=20.0×2.09=41.80m2
X=B+2h设=20.0+2×2.09=24.18m
R=A∕X=41.80/24.18=1.7287
=141.03m/s
满足Q=141.03m3/s≈Q下游50,V亦满足不冲不淤流速校核(V不淤=1.5m/s,V不冲=4.0m/s)。
根据以上断面试算过程,河道横断面设计成果见下表3-1。
表3-1矩形水利断面计算
水利要素
年限
底宽/m
水深/m
50年/(m³/s)
100年/(m³/s)
河道上游
104
20
1.72
129
20
1.97
河道下游
141
20
2.09
175
20
2.41
注:
上游河道(K1+550~K1+900),下游河道(K0+000~K1+550)。
详细计算表格见附录1。
3.3.1.2不冲不於校核
不冲不於校核采用设计流量计算
V=Q设/A(3-2)
A=B×h设
式中:
V——设计流量时的流速(m/s);
A——设计流量时的过水面积(m2);
B——底宽(m);
分别代入各设计段设计水位、流量、底宽计算流速;
上游:
V上=Q设/(B×h设)
=104/(20.00×1.72)=3.023m/s
下游:
V下=Q设/(B×h设)
=141/(20.00×2.09)=3.373m/s
表3-2浆砌石不冲流速
砌石
浆砌石
单层/(m³/s)
2.5—4
双层/(m³/s)
3.5—5
浆砌石料/(m³/s)
4—6
注:
表格中的不冲流速对应R=1m时的不冲流速当R≠1时对应流速须乘以
,
对应取1/2—1/5。
本次设计
取1/4,对应的不冲流速如下表3-3。
表3-3浆砌石不冲流速调整
R=1.0
R=1.4676/m
R=1.7287/m
系数
流速/(m³/s)
系数
流速/(m³/s)
系数
流速/(m³/s)
1.0
2.5
1.1
2.75
1.15
2.87
4
4.4
4.59
5
5.5
5.73
6
6.6
6.88
在施工中采用浆砌石,
取4m/s。
所以对应流速比较
1.5m/s 1.5m/s V亦满足不冲不淤流速校核(V不淤=1.5m/s)。 3.3.2.3水面线推求 河道水位的变化直接影响防洪工程的规模,因此在河道整治工程中水面线的推算尤为重要,设计水面线是防洪工程建设的基本依据,设计洪水位用于确定工程顶部高程。 采用《水工设计手册》推荐的河道水面线推算公式,即伯努里方程: (3-2) 式中: 、 ——上游断面的水位(m)、流速(m/s); 、 ——下游断面的水位(m)、流速(m/s); ——两断面间水头损失(m), ; ——沿程水头损失(m), ; ——沿程摩阻坡度, , 为河道纵比降; ——两断面流距(m); ——局部水头损失(m), , 为局部水头损失系数。 本河道水面线主要考虑沿程水头损失。 本设计中河道无挡水建筑,故局部水头损失取 =0m; 取上游K1+500和K1+600断面计算,以K1+500断面所处水平面为参照面。 其中 =2.09m, =3.023m/s, =3.373m/s, =0.004, =100m,g=9.8m³/s, =0m。 将以上各值带入公式(3-2)可得: 故可推得 =1.80m。 太行北路桥处K1+600断面的水位为154.68+1.80=156.48m。 以此类推,河道水面线推求成果见表3-4。 表3-4河道水面线高程 序号 桩号 河段长/m i 河床高程/m 设计水深/m 设计流量 设计水位/m 1 K0+000 100 0.004 148.28 2.09 141 150.37 2 K0+100 100 148.68 2.09 150.77 3 K0+200 100 149.08 2.09 151.17 4 K03000 100 149.48 2.09 151.57 5 K0+400 100 149.88 2.09 151.97 6 K0+500 100 150.28 2.09 152.37 7 K0+600 100 150.68 2.09 152.77 8 K0+700 100 151.08 2.09 153.17 9 K0+800 100 151.48 2.09 153.57 10 K0+900 100 151.88 2.09 153.97 11 K1+000 100 152.28 2.09 154.37 12 K1+100 100 152.68 2.09 154.77 13 K1+200 100 153.08 2.09 155.17 14 K1+300 100 153.48 2.09 155.57 15 K1+400 100 153.88 2.09 155.97 16 K1+500 100 154.28 2.09 156.37 17 K1+600 100 154.68 1.72 109 156.48 18 K1+700 100 155.08 1.72 156.88 19 K1+800 100 155.48 1.72 157.28 20 K1+900 100 155.88 1.72 157.68 21 K1+950 50 156.08 1.72 158.08 3.3.2河道堤防设计 3.3.2.1堤身土料填筑标准与堤防沉降量 河道堤身填筑时,应经济实用、就地取材、便于施工,并满足防汛和管理的要求,一般选用河道开挖土筑堤。 在土质的选用上应优先选用亚粘土,粘粒含量为15%~30%,塑性指数为10~20,土料填筑标准为压实度不小于0.92。 根据《堤防工程设计规范》,对于一般堤段,堤防高度小于10m,且为压实土堤,堤防沉降量宜取堤高的3-8%,本工程新筑堤防堤高3.24-3.61m,设计以堤防平均提高的3%作为预留沉降量,即预留沉降量计算表如下表3-5。 表3-5预留沉降量 设计堤顶高度/m 预留沉降标准/% 预留沉降量/m 上游 3.24 3 0.10 下游 3.61 3 0.11 3.3.2.2堤顶高度设计 设计堤顶高度=50年一遇设计洪水位+堤顶超高。 堤顶超高按下式计算确定。 Y=R+e+A(3-3) 式中: Y—堤顶超高(m); R—设计波浪爬高(m); e—设计风雍增水高度(m),设计洪水中已包括风雍增水高度因素,故不另计算; A—安全加高(m)。 (1)波浪爬高按照《堤防工程设计规范》附录C中公式C.3.1,当m=1.5~5.0时,波浪爬高按下式计算: (3-4) 式中: —累积频率为p的波浪爬高; —斜坡的糙率及渗透性系数,根据护面类型按《堤防工程设计规范》表C.3.1确定,可查取 =0.75; —经验系数,可根据v(m/s)、堤前水深d(m),重力加速度g(m/s2)组成的无维量v/ ,按《堤防工程设计规范》表C.3.1-2确定;v/ =2.65,故查取 =1.17; —爬高累积频率换算系数,可按《堤防工程设计规范》表C.3.1-3确定,对允许越浪的堤防爬高累积频率取13%;故查取 =2.07; m—斜坡坡率,本设计采用矩形断面,故采用m=0; —堤前波浪的平均波高,可按《堤防工程设计规范》公式C.1.2-1确定,公式见下; L—堤前波浪长度。 可由平均波周期 确定。 与 由下公式计算: (3-5) (3-6) 式中:
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