七里河施工图设计说明书审查后（综合改后）

山东省高唐县七里河治理工程

施工图设计

聊 城市水利勘测设计院 证书名称：水利工程设计 乙级 证书编号：A137015797

二○一三年七月

目 录

第一章 综合说明.................................................... 1 第二章 基本情况.................................................... 5 第一节 水文气象 .................................................. 5 第二节 七里河概况 ................................................ 5 第三章 工程地质.................................................... 7 第一节 区域地质概况 .............................................. 7 第二节 工程地质条件评价 .......................................... 8 第四章 工程设计................................................... 14 第一节 河道设计 ................................................. 14 第二节 建筑物工程 ............................................... 44 第五章 金属结构................................................... 68 第六章 施工组织设计............................................... 69 第一节 施工条件分析 ............................................. 69 第二节 施工排水 ................................................. 71 第三节 主体工程施工 ............................................. 72 第七章 工程占地及拆迁............................................. 81 第一节 工程占地范围 ............................................. 81 第二节 影响实物指标调查 ......................................... 81 第三节 补偿投资预算 ............................................. 82 第八章 水土保持设计............................................... 85 第九章 环境保护设计............................................... 86 第十章 工程预算................................................... 87 第一节 编制说明 ................................................. 87 第二节 投资预算 ................................................. 89 附件：

1、工程投资预算表；

2、山东省高唐县七里河治理工程布置图。

第一章 综合说明

一、兴建缘由

七里河起源于茌平县洪屯乡老范庄村北，在韩屯镇玉皇庙村北入高唐县，向东北至佟东官屯北入徒骇河，全长34.5km，流域面积342km2。高唐县境内长约9.77km，流域面积146km2，是高唐县西南部徒骇河、马颊河之间的主要排水河道，县域内涉及赵寨子和姜店2个乡镇，31个自然村，耕地7.61万亩，总人口3.48万人。

七里河多年未加治理，河道淤积严重，排水严重受阻，堤防残缺不全、沿线工程老化、退化严重，雨季洪涝水严重威胁着沿河两岸人民群众生命财产安全。根据《山东省重点中小河流治理实施方案（2013～2015年）》，对七里河高唐县段9.77km（桩号0+000~9+770）进行治理是十分必要的。

二、设计标准

1、治理标准

排涝标准：按5年一遇除涝； 防洪标准：按20年一遇防洪。 2、地震设防

依据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），工程区域地震基本设防烈度为VII度。

三、设计依据

1、《防洪标准》(GB50201-94)；

2、《水利水电工程可行性研究报告编制规程》(DL5020-93)； 3、《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)； 4、《山东省海河流域防洪规划》(2008)；

5、关于印发《山东省中小河流治理工程初步设计设计洪水计算指导意见》的通知(鲁水发规字〔2011〕146号)；

6、关于印发《山东省重点中小河流治理实施方案（2013～2015年）》的通知(鲁水发规字〔2012〕97号)。

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7、《水利水电工程初步设计报告编制规程》（DL5021－93）； 8、《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》（SL5180－2003）； 9、《堤防工程设计规范》（GB50286－98）； 10、《灌溉与排水工程设计规范》（GB 50288－99）; 11、《水工混凝土结构设计规范》SL/T191-2008； 12、《砌体结构设计规范》GB50003-2001；

13、《水利水电工程设计工程量计算规定》SL328-2005； 14、《水闸设计规范》（SL265-2001）；

15、《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》SL/T225-98； 16、《水工建筑物荷载设计规范》（DL5077-1997）； 17、《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)； 18、其他现行水利水电行业有关规范、规程、标准。

四、工程内容

七里河治理段长9.77km（本次测量桩号0+000~9+770），主要工程内容为： (一)、河道工程

（1）河道清淤疏挖9.77km（桩号0+000~9+770）； （2）修复两岸堤防19.54km；

（3）新建左岸堤顶管理道路长9.77km。 (二)建筑物工程

1、新建涵闸11座（0+730、1+280、2+000、3+723、4+780、6+347左岸，1+060、3+773、5+334、6+340、6+736右岸）；

2、改建涵闸9座（2+030、7+894、8+964左岸，0+323、2+540、2+990、3+130、3+600、8+480右岸）；

3、新建涵洞11座（6+176、7+490、8+300左岸，4+947、5+800、5+846、6+176、6+630、7+490、7+960、8+964右岸）；

4、改建涵洞4座（7+480左岸，7+480、7+523、8+955右岸）； 5、改建生产桥2座（2+032、6+696）； 6、维修生产桥2座（3+132、4+136）； 7、维修节制闸1座（7+090）；

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五、工程设计

（一）河道工程设计

治理河段设计河槽底宽7m～15m，其中县界~韩庙沟（0+000～2+540）底宽7m；韩庙沟~徐干沟（2+540～4+780）底宽8m；徐干沟~徒骇河（4+780～9+770）底宽15m。河底高程23.02m～21.73m，河底比降1\\6000～1\\10000,边坡坡比1:2.5。

设计堤防堤身主要为壤土，设计堤顶高程29.66m～28.45m；左堤顶宽5m、右堤顶宽3m；堤防内外边坡坡比均为1:2.5，草皮护坡；堤防填筑压实度为0.9。

防汛道路为泥结碎石路面，路面宽4.5m，厚0.15m。 （二）建筑物工程设计 （1）涵闸设计

涵闸主要由上游连接段、闸室段、涵洞段、下游连接段四部分组成。 上游连接段：采用M10浆砌块石变高八字墙，墙背面设M10浆砌块石护坡厚300mm。闸室与七里河河底之间的斜坡段设M10浆砌块石护底厚300mm。接七里河河底设抛乱石护底厚400mm。浆砌石底部和挡土墙背面均设复合土工膜(200/0.3/200)一层，并在土工膜下设M5水泥砂浆找平层厚50mm。

闸室段：采用胸墙式闸室，闸室顺水流方向长6.4m，闸墩厚0.5m，高5m，闸墩长4m，闸墩顶设置排架、机架桥和启闭机房。闸室均采用C25钢筋混凝土结构，底板下设C15混凝土垫层厚100mm，垫层下设复合土工膜(200/0.3/200)一层。

涵洞段：均采用C25钢筋砼箱涵，下设 C15素砼垫层厚100mm，垫层下设复合土工膜(200/0.3/200)一层。下游连接段：涵洞出口采用一字型结构，涵洞两侧设C25钢筋砼悬臂式挡土墙，墙顶设栏铸铁杆。支沟两侧设M10浆砌块石护坡厚300mm，长5m，沟底设M10浆砌块石护底厚300mm，长5m，浆砌块石下均设M5水泥砂浆找平层厚50mm。护底下游接抛乱石护底厚400mm，长5m，沟底渐变与现状支沟平顺连接。

（2）排水涵洞设计

排水涵洞分为进口连接段、洞身段和下游连接段三部分。

进口连接段：涵洞进口七里河底设3m长抛乱石护底厚500mm和3m长M10浆砌块石护底厚400mm。进口斜坡段渠道采用M10浆砌块石变高八字墙和M10

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浆砌块石护底厚300mm。涵洞进口成一字型结构，设M10浆砌块石挡土墙。

涵洞段：涵洞段采用DN600钢筋砼Ⅱ级管（壁厚80mm），每节管长2m，钢筋砼Ⅱ级管采用平口形式，管节缝内填塞沥青麻丝，外包1：2.5水泥砂浆，宽300mm，厚120mm，管底设粗砂基础。

出口连接段：涵洞出口为地面高程，设3m长2.3m宽M10浆砌块石护底厚300mm，四周设齿墙。

（3）维修节制闸

五里铺节制闸现状为3孔，闸门为砼闸门，闸门尺寸为4.06m×3.6m（宽×高），厚0.25米；闸墩高5.8m；闸孔净宽4m；闸门槽宽0.34m，深0.2m。本次设计更换闸门和启闭机，更换为4m×5m钢制闸门，三扇，启闭设备为LQ-200手电两用螺杆启闭机，三台。

（4）改建生产桥

对2+032处纸房头东南桥、6+696处五里铺生产桥进行改建，分别为4孔、5孔，单孔跨径10.0m，桥面宽度为净4.4+230.3m，上部结构为C30钢筋砼预制空心板，下部结构为钢筋砼双柱式桥墩和钻孔灌注桩基础。

（5）维修生产桥

对3+132 处王公北生产桥和4+136处西屯西生产桥进行维修加固。其中，对王公北生产桥的栏杆进行维修加固；对西屯西生产桥的栏杆和基础挡土墙进行维修加固。

六、工程预算

山东省高唐县七里河治理工程静态总投资为2369万元，其中工程部分投资1931.97万元，工程迁占补偿378.54万元(由市、区自筹)，水土保持费用28.14万元，环境保护费用18.25万元，管理设施12.1万元。

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第二章 基本情况

第一节 水文气象

区域处于暖温带季风气候区，属于半干旱半湿润大陆性气候。多年平均气温12.9℃，光照充足，温度适宜，四季分明，春季南风大而多，降水稀少，空气干燥；夏季温度高，雨量大，雨热同步；秋季温和凉爽，降水减少；冬季寒冷干燥，雨雪稀少，常有寒流侵袭。这种气候属性和水文气象特征形成了“春季易旱、夏季易涝、晚秋又旱”的自然特点。

根据流域实测雨量资料统计，流域内多年平均年降水量531.5mm，由于本流域面积较小，处在同一气候区内，故年平均降水量在空间上的变化不明显。但区域降水量年际变化较大，年际间丰、枯悬殊，最大年（1961年）降水量975.9mm为最小年（1992年）降水量287.4mm的3.4倍，年际间变幅达688.5mm。历史上丰枯水年不仅交替出现，而且曾连续发生，流域降水量年际变化较大，而且丰枯周期性变化比较明显。流域内降水年内分布极不平衡，春灌期（3～5月份）降水量仅为84.1mm，占年降水的15.6%，汛期（6～9月份）降水量380.7mm，占年降水的71.6%，且往往由几次大暴雨形成。

流域内水面蒸发量在1230～1419mm之间。区域多偏西南风，大风日数以春季最多，最大10min平均风速17m/s，全年平均风速3.6m/s。区域地下水资源为第四纪孔隙水。

第二节 七里河概况

七里河源于茌平县洪屯乡老范庄村北，在韩屯镇玉皇庙村北入高唐县，向东北至佟东官屯北入徒骇河，全长34.5km，流域面积342km2。高唐县境内长约9.77km，流域面积146km2，是高唐县西南部徒骇河、马颊河之间的主要排水河道，县域内涉及赵寨子和姜店2个乡镇，31个自然村，耕地7.61万亩，总人口3.48万人。

七里河多年未加治理，河道淤积严重，排水严重受阻，堤防残缺不全、沿线工程老化、退化严重，雨季洪涝水严重威胁着沿河两岸人民群众生命财产安全。

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根据《山东省重点中小河流治理实施方案（2013～2015年）》，对七里河高唐县段9.77km（桩号0+000~9+770）进行治理，使七里河达到5年一遇除涝和20年一遇防洪标准。

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第三章 工程地质

第一节 区域地质概况

一、地形地貌

七里河河道缓平曲直，地处黄泛冲积平原，地势平坦开阔，但有微倾斜。全区地面倾斜方向基本随河流流向由西南向东北微微倾斜，地面高程在21.29m到23.6m之间，地面自然坡降约为1/6000。该区地域广阔，地势低平，河床、岗地呈条带状分布，浅碟式洼地星散其间，平缓坡地在岗、洼地之中，形成岗、坡、洼相间的微起伏地形。低洼处地表水和地下水径流滞缓，易受涝碱威胁。

二、地质构造

聊城市在大地构造上属华北地台的一部分，其西部为辽冀台向斜，茌平至范县以东为鲁西台背斜；三级构造有临清坳断区、内黄隆断区、茌平隆断区三个构造单元；四级构造自西向东又分为馆陶凸起、临清凹陷、新集凸起、莘县凹陷、桑阿凸起、阳谷凸起、东阿凹陷七个构造单元(见图2.3—1)。本工程区在大地构造部位上属华北地台（I1）—鲁冀台向斜（II1）—临清坳断区(Ⅲ1）—莘县凹陷(Ⅳ4)。

区内断裂一般呈北东向，附近较大的断裂为聊考大断裂，为新华夏系压扭性隐伏断裂带，同时也是鲁西隆起的西侧边界。聊考断裂，北自茌平，南至河南兰考，全长270公里，市内长度110公里，是市内辽冀台向斜与鲁西台背斜的分界线，同时控制着区域内第三系的发育及构造形态的发展。聊考断裂走向NE23-280，倾向NW，倾角60°，断距大于2500m，在平面上呈“S”状延伸。

聊考断裂带是一个新构造活动带，它在三叠纪就已经存在。侏罗纪—早第三纪该断裂强烈活动，晚第三纪—第四纪亦有轻微活动。有史以来，聊考断裂多次发生地震，1502—1948年间仅5级以上地震就发生过5次，包括1937年在菏泽发生的7级破坏性地震。这些表明聊城——兰考断裂是一个新构造活动带。

三、地震

场区在地震分区上属华北地震区邢台～河间地震带。华北地震区总征是地震活动强度大，但其频率较低，属地震活动中等的地震区。深度一般为5～30km，为浅源地震。

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根据《中国地震动参数区划图》(GBl8306—2001)，地震动峰值加速度为0.10g，对应地震烈度为VII度，地震动反应谱特征周期为0.35S。

第二节 工程地质条件评价

一、工程区地层岩性

高唐县七里河综合治理工程地貌单元基本相同，河道处于一个地震烈度区，地层岩性特征无明显差异，因此本次勘察按一个工程地质段进行评价。钻探资料表明，在勘探深度内，地层主要为第四系全新统冲积相堆积物(Q4a1)，均为近代黄河游移滚动堆积的土层。根据土的岩性不同，探区内土层自上而下可分为4层，分述如下：

1层砂壤土：浅黄色，土体稍湿～湿，松散～中密，摇震反应中等。场区普遍分布，厚度：2.10～4.30m，平均2.91m；层底标高：23.49～26.80m，平均25.03m；层底埋深：2.10～4.30m，平均2.91m。

2层壤土：棕红色，流塑～可塑状态，稍有光滑，偶见铁锰斑点，中等干强度，中等韧性，中压缩性土。场区普遍分布，厚度：2.40～5.10m，平均3.70m；层底标高：18.39～23.90m，平均21.33m；层底埋深：4.70～9.30m，平均6.61m。

3层砂壤土：浅黄色、黄褐色，中密状态，土体湿，摇震反应中等，无光泽反应，低干强度，低韧性，中压缩性土。场区普遍分布，厚度：5.80～7.10m，平均6.61m；层底标高：12.59～17.30m，平均14.72m；层底埋深：11.60～15.30m，平均13.23m。

4层粉砂：浅黄色、黄褐色，饱和，稍密～中密，颗粒分选一般，以长英矿物为主，可见少量的云母碎片及暗色矿物。该层未钻透。

二、土的物理力学性质

根据要求，原状土样进行了颗分、比重、密度、天然含水率、液塑限、剪切、压缩及渗透试验，提出了每个土样的物理力学性质指标，详见附表“土工试验成果报告表”。对分层土的物理力学性质指标统计计算后，根据各土层实际的岩性特征并考虑取样试验过程的影响，提出物理力学指标建议值，详见“物理力学性质指标统计及建议值表”3-2-1。

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第四章 工程设计

本工程主要治理内容为：对七里河高唐县界至徒骇河口9.77km（本次测量桩号0+000~9+770）进行清淤疏浚，修复两岸堤防共长19.54km，修筑七里河左岸管理道路9.77km。配套沿岸建筑物总计40座，其中：两岸排水涵闸20座（新建11座，改建9座）；桥梁4座（改建2座，维修加固2座）；管涵15座（ 新建11座，改建4座）；节制闸维修加固一座。另外，需拆除渡槽1座。

第一节 河道设计

一、河道疏浚治理原则

根据运行情况，流域范围大小维持原设计，在满足输水要求的前提下，治理河道的中心线按现状河道走向布置，不进行调整，以尽可能减少工程土方量，避免新征土地迁占。

二、排水流量确定

高唐县七里河治理按照“5年一遇”除涝。河道各分段设计流量见表4-1-1。

表4-1-1 七里河设计流量指标表 控制断面 桩 号 流域面积 (km2) 196.3 255.5 129.7 王公庄沟 徐干沟 徒骇河 3+600 4+780 9+770 273.8 136.2 292.3 153.2 342.0 77.3 68.7 65.4 设计流量采用值(m3/s) 20年一遇 123.1 韩庙沟 2+540 5年一遇 62.1 县界 0+000 三、除涝水位确定 除涝水位的确定主要考虑两岸地面高程及两岸支沟排水要求， “64年雨型”除涝水面线低于两岸地面线。七里河除涝起始水位采用七里河入徒骇河处水位，排涝水位为25.74m，水深4.0m。

四、防洪水位确定

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根据河道设计纵横断面，按明渠恒定非均匀流进行水面线计算，利用《水利水电工程微机通用程序集》中D—7程序，从下游向上游推算。七里河防洪起始水位采用七里河入徒骇河处水位，行洪水位为27.45m，水深5.71m。

五、河道平面设计

根据运行情况，高唐县七里河流域范围大小维持原设计，在满足输水要求的前提下，治理河道的中心线按现状河道走向布置，不再进行调整。高唐县七里河河道中心线坐标详见表4-1-2。

表4-1-2 高唐县七里河治理工程中心线坐标表 编号 起点 弯道1 转点1 弯道2 转点2 转点3 弯道3 转点4 弯道4 转点5 转点6 转点7 弯道5 圆弧点 弧起点 弧中点 弧端点 弧起点 弧中点 弧端点 弧起点 弧中点 弧端点 弧起点 弧中点 弧端点 弧起点 弧中点 弧端点 弧起点 弧中点 弧端点 弧起点 弧中点 弧端点 15

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 水平坐标 426050.497 426138.97 426192.009 426241.886 426547.296 426988.102 427024.166 427055.542 427102.015 427426.646 427567.485 427622.259 427687.03 427754.887 427901.592 427983.645 428064.617 428185.438 428264.719 428408.811 428593.534 428669.096 428724.783 428842.046 428855.392 428871.36 429069.316 429128.258 429146.099 429167.516 竖直坐标 4065371.153 4065361.808 4065364.278 4065382.486 4065550.043 4065818.364 4065844.532 4065876.17 4065931.308 4066276.371 4066469.548 4066505.373 4066495.928 4066458.266 4066402.709 4066375.772 4066356.888 4066334.138 4066312.859 4066270.168 4066230.162 4066238.3 4066290.018 4066503.764 4066524.713 4066543.739 4066750.479 4066821.286 4066837.944 4066849.653 弯道6 转点8 弯道7

表4-1-2 高唐县七里河治理工程中心线坐标表 编号 弯道8 转点9 转点10 弯道9 圆弧点 弧起点 弧中点 弧端点 弧起点 弧中点 弧端点 弧起点 弧中点 弧端点 弧起点 弧中点 弧端点 弧起点 弧中点 弧端点 弧起点 弧中点 弧端点 弧起点 弧中点 弧端点 弧起点 弧中点 弧端点 弧起点 弧中点 弧端点 弧起点 弧中点 弧端点 弧起点 弧中点 弧端点 弧起点 水平坐标 429208.061 429229.811 429248.602 429288.731 429337.708 429422.49 429433.616 429447.204 429481.974 429505.293 429530.817 429682.767 429704.389 429724.881 429805.618 429929.894 430105.118 430130.038 430159.563 430332.013 430381.822 430422.24 430470.958 430533.592 430613.364 430750.73 430780.491 430810.399 431424.708 431480.526 431528.675 431667.939 431691.286 431717.29 431773.077 432046.831 432057.688 432067.84 432105.878 竖直坐标 4066865.605 4066877.014 4066892.828 4066934.799 4067010.827 4067159.322 4067175.713 4067190.132 4067221.625 4067240.162 4067255.57 4067334.445 4067346.86 4067361.063 4067422.251 4067540.07 4067747.946 4067771.586 4067789.137 4067867.183 4067897.916 4067940.245 4068006.439 4068063.451 4068091.907 4068111.932 4068114.92 4068115.238 4068094.314 4068103.399 4068133.061 4068262.157 4068280.522 4068294.88 4068320.025 4068424.35 4068429.291 4068435.555 4068462.473 序号 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 弯道10 弯道11 转点11 转点12 弯道12 弯道13 弯道14 弯道15 弯道16 弯道17 转点13 弯道18 弯道19 16

表4-1-2 高唐县七里河治理工程中心线坐标表 编号 圆弧点 弧中点 弧端点 弧起点 弧中点 弧端点 弧起点 弧中点 弧端点 弧起点 弧中点 弧端点 弧起点 弧中点 弧端点 弧起点 弧中点 弧端点 水平坐标 432128 432145.495 432189.385 432270.531 432294.344 432322.172 432462.736 432486.186 432511.768 432699.402 432776.501 432866.583 432952.513 433154.003 433264.606 433354.46 433447.274 433738.461 433783.057 433829.112 433940.473 434014.981 434061.019 竖直坐标 4068481.971 4068505.708 4068580.868 4068705.556 4068737.364 4068765.728 4068891.157 4068909.569 4068924.895 4069021.83 4069053.664 4069067.129 4069036.925 4068904.569 4068826.693 4068795.338 4068816.495 4068976.917 4068990.154 4068983.595 4068942.127 4068918.113 4068914.827 序号 70 71 72 转点14 73 74 弯道20 75 76 77 弯道21 78 79 转点15 80 81 弯道22 82 83 转点16 84 85 弯道23 86 87 88 弯道24 89 90 转点17 91 转点18 92 终点 六、河道断面设计 （一）纵断面设计

根据七里河的实际情况，保持原河道比降不变，县界～徐干沟为1/6000，徐干沟～徒骇河入口为1/10000。

（二）横断面设计 1、横断面形式

根据七里河现状及占地情况，本次治理拟采用梯形断面，将现状河槽按设计指标进行清淤疏浚治理，开挖土方用于修筑两岸堤防。左岸堤顶考虑交通要求，宽度为5m，右岸堤顶宽度为3m，内外边坡均为1:2.5。

2、边坡系数

根据区域的土壤条件和地下水位情况，按照《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288－99）的推荐值，并考虑边坡稳定和尽量减少挖筑土方工程量，边坡

17

系数仍沿用原河道边坡，为1:2.5。

3、河床糙率的确定

参照《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288－99）以及现有河道的实际运行经验，河槽糙率采用0.025。

4、河道底宽

县界~韩庙沟（0+000～2+540）底宽7m；韩庙沟~徐干沟（2+540～4+780）底宽8m；徐干沟~徒骇河（4+780～9+770）底宽15m。

七、河道过流能力验算

河道过流能力验算按明渠均匀流计算公式进行计算，利用《水利水电工程设计计算程序集》中D—6程序(常用断面渠道水利学计算程序)试算，计算公式如下：

Q?ACRi

C?11/6R nA?(B?mh)h

??B?2h1?m2 式中：

Q—— 计算流量（m3/s）； A ——过水断面面积（m2）； C —— 谢才系数（m2/s）； I —— 水力坡度； R —— 水力半径（m）； B ——现状宽度（m）；

18

h ——设计水深（m）； χ——湿周（m）； n —— 河道糙率； m ——边坡系数。

除涝水力要素成果详见七里河设计断面要素成果表4-1-5。 八、河道堤防设计 （一）水面线推算

水面线推算按明渠恒定非均匀流进行计算，利用《水利水电工程设计计算程序集》中D—7程序(明渠恒定非均匀渐变流水面曲线计算程序)，水面线推算的控制水位采用七里河末端入徒骇河处水位向上游进行水面线计算，排涝水位为25.74m、水深4.0m，行洪水位为27.45m，水深5.71m。

水面线推算公式如下：

渠道断面单位能量沿程变化的微分方程

dEs?i?Jfds

其差分格式为：

?Es?i?Jf?s

即

E2?E1??i?Jf???s

式中

E2?h2?E1?h1?Jf?v222?v22g2g?v12C?R

19

1?v2?v1?21C??C2?C1?21R??R2?R1?2 v?式中：E2 —— 上游断面水位函数；

E1——下游断面水位函数； h2 ——上游断面水位； h1 ——下游断面水位； α——动能修正系数； ΔS—— 断面间距（m）；

C——谢才系数； R——水力半径，m；

i——比降。

水面线推算成果详见七里河设计成果表4-1-6。由表可知，七里河设计指标满足河道的防洪、除涝要求。

（二）堤防设计

河道两岸堤防尚存较少，大部分堤防已不复存在，且现状堤防被群众挤占，需重新填筑堤防。由水面线推算成果表及现场查勘可知，部分河道现状堤防或地面高程不满足行洪要求，应对其进行复堤。本次治理工程复堤及弃土筑堤总长19.54km。

1、堤型选择

堤防采用均质土堤，根据《堤防工程设计规范》并参照原河道堤防设计，堤防内、外边坡均采用1：2.5，堤防顶宽左岸采用5m，右岸采用3m。

2、堤防填筑

根据工程地质报告，砂壤土、壤土及疏浚土均可做为堤防填筑土。根据《堤防工程设计规范》的有关规定，本堤防为4级堤防，且河道远离城区，堤防填筑压实度取0.9。

20

根据高唐县七里河堤防的现状情况，本次设计堤防需填筑的 长度如表4-1-3所示。

表4-1-3 七里河堤防设计填筑长度表

桩号 0+000～2+245 2+245～4+480 4+480～9+100 9+100～9+770 3、堤顶超高确定

堤防需填筑长度 左岸 1445m 2235m 4620m 470m 右岸 2245m 1620m 4620m 570m 堤防高程按20年一遇洪水位加超高确定。 （1）堤顶超高计算

根据《堤防工程设计规范》（GB50286－98），堤顶在河道设计洪水位以上的超高由下式确定：

y?R?e?A

式中：y — 堤顶超高，m； R — 设计波浪爬高，m； e

— 设计风壅增水高度，m；

A — 安全加高，取0.6m。 （2）波浪爬高计算

采用《堤防工程设计规范》（GB50286－98）中的公式： 1）波浪爬高

RP?K?KVKP1?m2HL

式中：RP — 累积频率为P的波浪爬高，m； K? — 斜坡糙率及渗透性系数； KV — 经验系数；

KP — 爬高累积频率换算系数；

21

m H L ①K?的确定

— 斜坡坡率，m?ctg?，?为斜坡坡角（°）； — 堤前波浪的平均坡高，m； — 堤前波浪的坡长，m。

根据护面类型查表确定，河道采用草皮护面，取K??0.88。 ②KV的确定

可根据风速V（m/s）、堤前水深d（m）、重力加速度g（m/s2）KV为经验系数，

组成的无维量V/gd，查表确定。

③KP的确定

KP为爬高累积频率换算系数，查表确定；爬高累积频率取5％。 2）平均波高H采用莆田试验站计算公式：

0.45??gF???0.0018??2?0.7????gH?gd??V??0.13th0.7th ?????20.7?V2V???????0.13th?0.7?gd?????2???????V??????gH?gT? ?13.9?2??V?V?0.5式中：H — 平均波高，m； T — 平均波周期，s； V — 计算风速，m/s； F — 风区长度，m； d — 水域的平均水深，m； g — 重力加速度，9.81m/s2。 风区长度根据河道断面图量算。

根据水文气象资料，确定设计多年平均年最大风速为17.00m/s，根据《堤防

22

工程设计规范》，取平均最大风速的1.5倍，即25.50m/s。

3）平均波长L的计算： 平均波长L采用下式计算：

gT2?d L?th2?L（3）风壅水面高度计算

根据《堤防工程设计规范》，风壅水面高度按下式计算：

2KV2Fe?cos?

2gd式中：e

— 计算点的风壅水面高度，m；

K — 综合摩阻系数，取K?3.6?10?6；

? — 风向与垂直于堤轴线的法线的夹角，???，取?＝0?。 （4）堤顶超高计算成果

根据河道分段情况，选取4个断面进行计算。考虑防洪安全及实际情况，堤顶高程超高取1.0m。详见堤顶超高计算成果表4-1-4。

表4-1-4 堤顶超高计算成果表

断面（桩号） 计算行洪水位（m） 水域平均深度（m） 风区长度（m） 计算风速（m/s） 边坡系数 糙率及渗透性k△ 经验系数KV 1+000 28.47 5.718 35.60 25.50 2.50 0.86 1.25 3+000 28.15 5.625 36.71 25.50 2.50 0.86 1.25 4+000 27.98 5.628 36.65 25.50 2.50 0.86 1.25 9+000 27.53 5.609 44.16 25.50 2.50 0.86 1.25 23

表4-1-4 堤顶超高计算成果表

断面（桩号） 爬高累积频率换算系数KP 最大波浪爬高（m） 最大风雍高度（m） 堤顶安全加高（m） 堤顶超高（m） 计算堤顶高程（m） 设计堤顶高程（m）

1+000 1.94 0.37 0.001 0.60 0.971 29.44 29.47 3+000 1.94 0.40 0.001 0.60 1.001 29.15 29.15 4+000 1.94 0.40 0.001 0.60 1.001 28.98 28.98 9+000 1.94 0.41 0.001 0.60 1.011 28.54 28.53 24

表4-1-5 七里河设计断面要素指标表

控制点 流域 面积 地点 桩号 县界 韩庙沟 0+000 2+540 196.3 255.5 273.8 292.3 342.0 27.01 62.1 26.59 65.4 王公庄沟 3+600 徐干沟 徒骇河

4+780 9+770 26.42 68.7 26.23 77.3 25.74 4.0 15 1/10000 27.45 4.0 8 1/6000 27.86 153.2 28.45 5/3 4.0 8 1/6000 28.05 136.2 28.86 5/3 4.0 7 1/6000 28.2 129.7 29.05 5/3 水位 流量 5年一遇除涝 水深 底宽 水位 （米） 28.63 123.1 29.2 5/3 流量 （m3/s） 29.63 20年一遇防洪 堤顶高程（左/右） （米） 5/3 堤顶宽（左/右） （米） 滩地 宽 （米） 1:2.5 1:2.5 1:2.5 1:2.5 0.025 0.025 0.025 0.025 边坡 糙率 比降 （k㎡） （米） （m3/s） （米） （米） 25

表4-1-6 七 里 河 设 计 指 标 表

桩号 0+000 0+100 0+200 0+300 0+400 0+500 0+600 0+700 0+800 0+900 1+000 1+100 1+200 1+300 1+400 1+500 1+600 1+700 1+800 1+900 渠底高程（m） 23.02 23.01 22.99 22.97 22.96 22.94 22.92 22.91 22.89 22.87 22.86 22.84 22.82 22.81 22.79 22.77 22.76 22.74 22.72 22.71 渠底宽度（m） 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 边坡 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 堤顶高程左（m） 29.63 29.62 29.6 29.58 29.57 29.55 29.53 29.52 29.5 29.48 29.47 29.45 29.43 29.42 29.4 29.38 29.37 29.35 29.33 29.31 堤顶高程右（m） 29.63 29.62 29.6 29.58 29.57 29.55 29.53 29.52 29.5 29.48 29.47 29.45 29.43 29.42 29.4 29.38 29.37 29.35 29.33 29.31 左堤顶宽度（m） 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 右堤顶宽度（m） 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 排涝水位（m） 27.02 27.01 26.99 26.97 26.96 26.94 26.92 26.91 26.89 26.87 26.86 26.84 26.82 26.81 26.79 26.77 26.76 26.74 26.72 26.71 行洪水位（m） 28.63 28.62 28.6 28.58 28.57 28.55 28.53 28.52 28.5 28.48 28.47 28.45 28.43 28.42 28.4 28.38 28.37 28.35 28.33 28.31 26

表4-1-6 七 里 河 设 计 指 标 表

桩号 2+000 2+100 2+200 2+300 2+400 2+500 2+600 2+700 2+800 2+900 3+000 3+100 3+200 3+300 3+400 3+500 3+600 3+700 3+800 3+900 4+000 渠底高程（m） 22.69 22.67 22.66 22.64 22.62 22.61 22.59 22.57 22.56 22.54 22.52 22.51 22.49 22.47 22.46 22.44 22.42 22.41 22.39 22.37 22.36 渠底宽度（m） 7 7 7 7 7 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 边坡 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 堤顶高程左（m） 29.3 29.28 29.26 29.25 29.23 29.23 29.22 29.2 29.18 29.17 29.15 29.13 29.12 29.1 29.08 29.07 29.05 29.03 29.01 29 28.98 堤顶高程右（m） 29.3 29.28 29.26 29.25 29.23 29.23 29.22 29.2 29.18 29.17 29.15 29.13 29.12 29.1 29.08 29.07 29.05 29.03 29.01 29 28.98 左堤顶宽度（m） 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 右堤顶宽度（m） 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 排涝水位（m） 26.69 26.67 26.66 26.64 26.62 26.61 26.59 26.57 26.56 26.54 26.52 26.51 26.49 26.47 26.46 26.44 26.42 26.41 26.39 26.37 26.36 行洪水位（m） 28.3 28.28 28.26 28.25 28.23 28.23 28.22 28.2 28.18 28.17 28.15 28.13 28.12 28.1 28.08 28.07 28.05 28.03 28.01 28 27.98 27

表4-1-6 七 里 河 设 计 指 标 表

桩号 4+100 4+200 4+300 4+400 4+500 4+600 4+700 4+800 4+900 5+000 5+100 5+200 5+300 5+400 5+500 5+600 5+700 5+800 5+900 6+000 6+100 渠底高程（m） 22.34 22.32 22.31 22.29 22.27 22.26 22.24 22.23 22.22 22.21 22.2 22.19 22.18 22.17 22.16 22.15 22.14 22.13 22.12 22.11 22.1 渠底宽度（m） 8 8 8 8 8 8 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 边坡 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 堤顶高程左（m） 28.96 28.95 28.93 28.91 28.9 28.88 28.96 28.95 28.94 28.93 28.92 28.91 28.9 28.89 28.88 28.87 28.86 28.85 28.84 28.83 28.82 堤顶高程右（m） 28.96 28.95 28.93 28.91 28.9 28.88 28.96 28.95 28.94 28.93 28.92 28.91 28.9 28.89 28.88 28.87 28.86 28.85 28.84 28.83 28.82 左堤顶宽度（m） 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 右堤顶宽度（m） 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 排涝水位（m） 26.34 26.32 26.31 26.29 26.27 26.26 26.24 26.23 26.22 26.21 26.2 26.19 26.18 26.17 26.16 26.15 26.14 26.13 26.12 26.11 26.1 行洪水位（m） 27.96 27.95 27.93 27.91 27.9 27.88 27.96 27.95 27.94 27.93 27.92 27.91 27.9 27.89 27.88 27.87 27.86 27.85 27.84 27.83 27.82 28

表4-1-6 七 里 河 设 计 指 标 表

桩号 6+200 6+300 6+400 6+500 6+600 6+700 6+800 6+900 7+000 7+090 7+100 7+200 7+300 7+400 7+500 7+600 7+700 7+800 7+900 8+000 渠底高程（m） 22.09 22.08 22.07 22.06 22.05 22.04 22.03 22.02 22.01 22.0 22.0 22.0 21.99 21.98 21.97 21.96 21.95 21.94 21.93 21.92 21.91 渠底宽度（m） 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 边坡 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 堤顶高程左（m） 28.81 28.8 28.79 28.78 28.77 28.76 28.75 28.74 28.73 28.73 28.73 28.72 28.71 28.7 28.69 28.68 28.67 28.66 28.65 28.64 28.63 堤顶高程右（m） 28.81 28.8 28.79 28.78 28.77 28.76 28.75 28.74 28.73 28.73 28.73 28.72 28.71 28.7 28.69 28.68 28.67 28.66 28.65 28.64 28.63 左堤顶宽度（m） 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 右堤顶宽度（m） 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 排涝水位（m） 26.09 26.08 26.07 26.06 26.05 26.04 26.03 26.02 26.01 26.12 26.01 26.0 25.99 25.98 25.97 25.96 25.95 25.94 25.93 25.92 25.91 行洪水位（m） 27.81 27.8 27.79 27.78 27.77 27.76 27.75 27.74 27.73 27.96 27.73 27.72 27.71 27.7 27.69 27.68 27.67 27.66 27.65 27.64 27.63 29

表4-1-6 七 里 河 设 计 指 标 表

桩号 8+100 8+200 8+300 8+400 8+500 8+600 8+700 8+800 8+900 9+000 9+100 9+200 9+300 9+400 9+500 9+600 9+700 9+770 渠底高程（m） 21.9 21.89 21.88 21.87 21.86 21.85 21.84 21.83 21.82 21.81 21.8 21.79 21.78 21.77 21.76 21.75 21.74 21.74 渠底宽度（m） 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 边坡 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 堤顶高程左（m） 28.62 28.61 28.6 28.59 28.58 28.57 28.56 28.55 28.54 28.53 28.52 28.51 28.5 28.49 28.48 28.47 28.46 28.45 堤顶高程右（m） 28.62 28.61 28.6 28.59 28.58 28.57 28.56 28.55 28.54 28.53 28.52 28.51 28.5 28.49 28.48 28.47 28.46 28.45 左堤顶宽度（m） 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 右堤顶宽度（m） 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 排涝水位（m） 25.9 25.89 25.88 25.87 25.86 25.85 25.84 25.83 25.82 25.81 25.8 25.79 25.78 25.77 25.76 25.75 25.74 25.74 行洪水位（m） 27.62 27.61 27.6 27.59 27.58 27.57 27.56 27.55 27.54 27.53 27.52 27.51 27.5 27.49 27.48 27.47 27.46 27.45 30

九、堤防渗流稳定分析 1、计算方法

渗流计算采用河海大学《水工结构分析系统》（AutoBank6.0）软件，应用有限元法计算，根据七里河地形特点以及地质勘测资料，选择河道典型断面，求得渗流场内的出渗坡降及渗流量等水力要素，进行渗透稳定分析。

2、计算断面与参数

选取计算渗流稳定的断面原则为：地质条件比较复杂，部分土层地质条件相对较差，洪水漫上堤防时最不利工况下的断面。

本工程根据不同地质情况，选择1+900、3+200、6+600三个断面为代表断面，进行渗流分析计算。各土层渗透系数建议值及透水性详见表4-1-7。

表4-1-7 土层渗透系数建议值及透水性质表 层号 岩土名称 渗 透 系 数 统计值 几何平均值 1 砂壤土 大值几何平均值 小值几何平均值 几何平均值 2 壤土 大值几何平均值 小值几何平均值 几何平均值 3 砂壤土 大值几何平均值 小值几何平均值 几何平均值 4 粉砂 大值几何平均值 小值几何平均值 6.94×10-4 7.78×10-4 6.11×10-4 6.13×10-5 6.89×10-5 5.37×10-5 5.35×10-4 6.78×10-4 3.93×10-4 4.57×10-3 5.06×10-3 4.09×10-3 5.06×10-3 中等透水性 6.78×10-4 中等透水性 6.89×10-5 弱透水性 7.78×10-4 中等透水性 建议值 透水性质 3、计算内容

1）核算在设计洪水持续时间内浸润线的位置，当在背水侧堤坡逸出时，应计算出逸点的位置、逸出段与背水侧堤基表面的出逸坡降；

2）当堤身或堤基土渗透系数K≥10-3cm/s时，应计算渗漏量； 3）计算洪水水位降落时临水侧堤身内的自由水位。 4、计算水位组合

31

河、湖的堤防渗流计算有三种水位组合，即临水侧为设计洪水位，背水侧为相应水位；临水侧为设计洪水位，背水侧为低水位或无水；洪水降落时对临水侧堤防稳定最不利的情况。本工程根据实际情况，采用以下两种不利水位组合。

1）工况Ⅰ：设计洪水位期（发生稳定渗流） 2）工况Ⅱ：洪水降落期（发生不稳定渗流） 5、计算成果

（1）渗流量与渗流比降计算

堤防各断面渗流量及渗流比降计算结果见表4-1-8。

表4-1-8 堤防渗流量及渗流比降计算成果表 运行工况 工况Ⅰ 工况Ⅱ 工况Ⅰ 工况Ⅱ 工况Ⅰ 工况Ⅱ 单宽渗漏量 （m3/d·m） 上游 —— 0.269 —— 0.271 —— 0.273 下游 0.251 —— 0.253 —— 0.254 —— 溢出点 渗流比降 0.317 0.329 0.318 0.329 0.320 0.331 允许比降 断面 1+900 3+200 6+600 0.45 （2）各种工况等势线图

各种水位等势线及浸润线图详见图4-1-1～图4-1-6。

28.3129.31

图4-1-1 断面1+900在设计洪水位的浸润线及等势线图

28.31正常水位29.31 图4-1-2断面1+900在水位降落期的浸润线图

32

28.12正常水位29.12

图4-1-3断面3+200在设计洪水位的浸润线及等势线图

28.12正常水位29.12 图4-1-4 断面3+200在水位降落期的浸润线图

28.1229.12

图4-1-5断面6+600在设计洪水位的浸润线图

28.12正常水位29.12

图4-1-6 断面6+600在水位降落期的浸润线图

6、计算成果分析

1）根据上述图表数据可以看出，工况Ⅰ时，断面1+900、3+200和6+600背水坡的渗流出逸点的高度分别为0.086 m、0.073 m和0.081m，背水坡渗流出逸点比降介于0.317~0.331之间，小于堤身土的允许渗透比降0.45， 土体处于渗透稳定状态，不会产生渗透破坏。

2）工况Ⅱ的计算结果将作为稳定计算和设置反滤排水的依据。 十、边坡稳定计算 1、计算断面选择

根据地勘资料，并结合河道横断面尺寸选择代表断面进行边坡稳定计算，共选择断面3个，桩号分别为：1+900、3+200、6+600。

2、计算方法

33

稳定计算采用河海大学《水工结构分析系统》（AutoBank6.0）软件，应用瑞典圆弧法计算。对运行期及水位降落期采用有效应力法；对竣工期采用总应力法。

3、安全系数

堤防为4级建筑物，据《堤防工程设计规范》（GB50286－98），相应的边坡抗滑稳定最小允许安全系数见表4-1-9。

表4-1-9

边坡抗滑稳定最小允许安全系数

正常运用条件 1.15 非常运用条件 1.05 运用条件 安全系数 4、土层物理力学指标

根据地质勘探和室内试验结果，选定堤防各土料的物理力学指标，见表4-1-10。其中，物理性指标按试验成果建议值选取；抗剪强度指标根据地勘资料综合确定。

5、计算工况 （1）正常运用条件

工况Ⅰ：设计洪水位下的稳定渗流期。 工况Ⅱ：设计洪水位骤降期的临水侧堤坡。 （2）非常运用条件

工况Ⅰ：施工期的临水、背水侧堤坡。

工况Ⅱ：多年平均水位时遭遇Ⅶ地震的临水侧背水侧堤坡。 表4-1-10 边坡稳定计算参数表

静三轴剪切试验 不固结不排水剪（UU） 固结不排水剪（CU） 有效强度 总强度 断面 地层 浮容重湿容重岩性 （kN/m3） （kN/m3） 粘聚力摩擦粘聚力摩擦粘聚力摩擦（Kpa） 角（°） （Kpa） 角（°） （Kpa） 角（°） Cu Ψu 23.2 15 C′ 10 21 ψ′ 27.6 17.8 Ccu 12 24 Ψcu 24.4 16.1 ①砂壤土 1+900 ②壤土 8.82 8.88 17.1 18 9.3 16.4 34

静三轴剪切试验 不固结不排水剪（UU） 固结不排水剪（CU） 有效强度 总强度 断面 地层 浮容重湿容重3岩性 （kN/m） （kN/m3） 粘聚力摩擦粘聚力摩擦粘聚力摩擦（Kpa） 角（°） （Kpa） 角（°） （Kpa） 角（°） Cu Ψu 24.5 23.2 15 24.5 23.2 15 24.5 C′ 14 10 21 14 10 21 14 ψ′ 31.1 27.6 17.8 31.1 27.6 17.8 31.1 Ccu 16 12 24 16 12 24 16 Ψcu 27.4 24.4 16.1 27.4 24.4 16.1 27.4 ③砂壤土 ①素填土 ②砂3+200 壤土 ③粘土 ①砂壤土 ②壤6+600 土 ③砂壤土 9.2 8.82 8.88 9.2 8.82 8.88 9.2 17.9 17.1 18 17.9 17.1 18 17.9 11.3 9.3 16.4 11.3 9.3 16.4 11.3 6、边坡稳定分析计算成果

（1）各种工况下的边坡稳定安全系数见表4-1-11。

表4-1-11 边坡稳定计算成果表 计算 断面 计算工况 正常运用条件 Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ 1+900 非常运用条件 正常运用条件 3+200 非常运用条件 正常运用条件 6+600 非常运用条件 有效应 力法 内坡 / 2.171 / 1.792 1.803 / / 1.645 / 2.184 / 1.811 1.752 / / / / 1.742 / 1.719 2.104 1.824 / 1.717 35

总应 力法 有效应 力法 外坡 / 2.517 / / 2.634 / / 1.928 / 2.504 / / 2.411 / / / / 2.617 / 2.013 2.470 / / 2.021 总应 力法 规范要求最小安全系数 [1.15] [1.05] [1.15] [1.05] [1.15] [1.05]

( 2 )各种工况最危险滑弧图

各工况最危险滑弧示意图见图4-1-7～4-1-18。

Min K=2.17128.3129.31Min K=2.51722.71

图4-1-7 断面1+900在设计洪水位工况最危险滑弧图

Min K=1.79228.3129.3122.71

图4-1-8 断面1+900设计洪水位降至设计蓄水位工况最危险滑弧图

Min K=1.80328.3129.31Min K=2.63422.71

图4-1-9 断面1+900施工完建期工况最危险滑弧图

Min K=1.64528.3129.31Min K=1.92822.71

图4-1-10断面1+900设计蓄水位遇Ⅶ度地震工况最危险滑弧图

36

Min K=2.18428.1229.12Min K=2.50422.49

图4-1-11 断面3+200在设计洪水位工况最危险滑弧图

Min K=1.81128.1229.1222.49

图4-1-12 断面3+200设计洪水位降至设计蓄水位工况最危险滑弧图

Min K=1.75228.1229.12Min K=2.41122.49

图4-1-13 断面3+200施工完建期工况最危险滑弧图

Min K=1.71928.1229.12Min K=2.01322.49

图4-1-14 断面3+200设计蓄水位遇Ⅶ度地震工况最危险滑弧图

Min K=2.10127.7728.77Min K=2.47022.05 图4-1-15 断面6+600在设计洪水位工况最危险滑弧图

37

Min K=1.82427.7728.7722.05

图4-1-16 断面6+600设计洪水位降至设计蓄水位工况最危险滑弧图

Min K=2.17127.7728.77Min K=2.61722.05 图4-1-17 断面6+600施工完建期工况最危险滑弧图

Min K=1.71727.7728.77Min K=2.02122.05

图4-1-18 断面6+600设计蓄水位遇Ⅶ度地震工况最危险滑弧图

计算成果表明，河道边坡在各种工况组合下，边坡抗滑稳定安全系数均大于规范允许值，河道边坡抗滑稳定满足规范要求。

十一、弯道抗冲刷性分析

在七里河治理段存在着多个弯道，其中桩号3+126处的弯道转弯角度最大，河道中心线的交角为109°，如图4-1-19所示。选取此最不利弯道进行弯道抗冲刷性分析计算。

°109图4-1-19 弯道示意图

38

按照《堤防工程设计规范》提供的堤岸冲刷深度计算公式计算岸坡的冲刷深度，公式如下：

23tg?hp??2?30d21?m?g

——从河底算起的局部冲深（m）；

Vj2式中

?hp?——水流流向与岸坡交角（度），?=71°；

m——防护建筑物迎水面边坡系数，m=2.5；

v——水流的局部冲刷流速（m/s），按防洪流量计算的流速，v=0.92 m/s；

d——坡脚处土壤计算粒径（cm）， d=0.5cm；

经计算，

?hp=0.35m。

由上述计算结果可知，在20年一遇的流量冲刷下，该弯道的局部冲深仅为0.35m，无需进行防护。

十二、沉降计算 1、计算方法

根据《堤防工程设计规范》，采用分层总和法计算，堤防分层厚度为0.5 m，堤基按土的性质和类别分层，沉降压缩厚度判断应力比为15％。

2、堤防和堤基最终沉降量计算

沉降量计算应包括堤顶中心线处堤身和堤基的最终沉降量。根据堤基的地质条件、土层的压缩性、堤身的断面尺寸和荷载，选取代表性断面2+000进行沉降量计算。

1）堤身和堤基的最终沉降量，可按下列公式计算：

e1i?e2iS?m?hii?11?e1i

式中：S—最终沉降量 (mm)；

nn—压缩层范围的土层数；

e1i—第i层土层在平均自重应力作用下的孔隙比；

e2i—第i层土层在平均自重应力和平均附加应力共同作用下的孔隙比；

hi—第i土层的厚度；

39

m—修正系数，一般堤基的m=1.0。

2）堤基压缩层的计算厚度，可按下列条件确定

?Z?0.2?B

式中：?B ——堤基计算层面处土的自重应力（kPa）；

?Z ——堤基计算层面处土的附加应力（kPa）。

实际压缩层的厚度小于上式计算值时，应按实际压缩层的厚度计算其沉降量。 3、施工期堤防沉降计算 1）施工期堤防沉降量

参照《土坝设计》进行施工期堤防体沉降量计算。堤防土为非饱和土体,该部分堤身计算通过计算孔隙压力来算沉陷量。

2）施工期堤基沉降量

施工期堤基沉降量直接按最终沉降量的80%估算。 4、堤防断面预留沉降超高计算

????????c???c??????

式中：??、?? — 分别为堤防和堤基的最终沉降量；

???c?、?c?

— 分别为堤防和堤基的施工期沉降量。

5、各沉降量计算结果详见表4-1-12。

表4-1-12 河堤沉降量计算成果表 单位：cm

河道断面 堤身沉降量 最终沉降量 堤基沉降量 堤轴线处 堤脚处 2+000 10.62 32.57 16.5 8.503 25.24 11.6 7.330 4.900 堤身沉降量 施工期沉降量 堤基沉降量 堤轴线处 堤脚处 预留沉降量超高 河堤轴线处 堤脚处 40

6、计算结果分析

根据上述表格中的计算数据，并结合类似工程经验，设计确定堤轴线处预留超高为0.1m。

十三、土方工程量

高唐县七里河治理工程，按设计断面清淤治理共挖方38.03万m3，填方15.35万m3。土方工程量详见表4-1-13。

表4-1-13 七里河治理工程土方平衡表

左填 平均面积(㎡) 0.0 13.2 14.5 16.2 14.4 11.9 5.5 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.2 1.2 0.0 3.5 7.9 8.0 7.3 5.7 4.3 5.2 3.1 3.9 4.0 右填 平均体积面积面积(m3) (㎡) (㎡) 0 9.0 0.00 1458 10.3 9.64 2324 6.8 8.54 1217 10.6 8.67 1148 10.3 10.41 1468 10.8 10.55 383 9.2 10.03 0 8.1 8.64 0 9.2 8.64 0 8.5 8.86 0 3.8 6.16 0 2.6 3.21 0 6.8 4.68 0 10.6 8.70 103 2.8 6.73 98 2.3 2.59 0 7.4 4.89 378 5.6 6.53 959 5.3 5.47 809 5.8 5.58 722 7.5 6.67 653 7.3 7.42 523 0.0 3.66 592 0.0 0.00 342 0.0 0.00 323 0.2 0.09 607 0.0 0.09 41

桩号 间距 面积(㎡) 0+000 0+110 0+275 0+350 0+430 0+553 0+623 0+725 0+825 0+946 1+067 1+208 1+320 1+414 1+500 1+582 1+693 1+800 1+921 2+020 2+121 2+245 2+357 2+470 2+580 2+663 2+824 0.0 14.0 110.6 12.4 160.0 16.7 75.0 15.8 80.0 12.9 123.0 10.9 70.0 0.0 102.0 0.0 100.0 0.0 121.3 0.0 121.0 0.0 140.2 0.0 112.6 0.0 93.7 0.0 86.0 2.4 82.0 0.0 111.3 0.0 107.0 7.1 121.0 8.8 100.9 7.3 99.5 7.3 114.9 4.1 120.4 4.6 113.7 5.8 110.4 0.4 82.1 7.5 150.3 0.6 体积(m3) 0 1066 1367 650 833 1298 702 882 864 1075 746 450 527 815 579 212 544 699 662 563 664 853 441 0 0 8 14 挖方 平均面积面积体积(m3) (㎡) (㎡) 44.4 0.0 0 48.5 46.4 5136 41.5 45.0 7198 36.1 38.8 2911 50.3 43.2 3455 21.9 36.1 4442 50.4 36.2 2532 41.5 46.0 4688 38.2 39.9 3988 39.7 39.0 4725 29.5 34.6 4187 35.4 32.5 4550 35.3 35.3 3981 35.3 35.3 3308 32.0 33.6 2894 34.6 33.3 2729 36.7 35.7 3969 37.0 36.9 3947 44.0 40.5 4906 23.9 34.0 3431 34.8 29.4 2924 28.7 31.8 3652 31.8 30.3 3646 25.0 28.4 3231 51.1 38.1 4201 41.4 46.3 3800 41.1 41.3 6202

表4-1-13 七里河治理工程土方平衡表

左填 平均面积(㎡) 0.3 0.0 3.8 3.8 0.0 2.6 5.7 4.3 6.8 10.6 11.7 13.3 6.6 1.8 2.3 8.9 16.9 17.9 16.9 10.9 10.9 13.1 17.1 20.5 14.6 10.9 11.1 11.0 10.1 9.2 13.2 17.8 16.2 16.0 17.0 13.1 8.5 右填 平均体积面积面积(m3) (㎡) (㎡) 33 4.4 2.22 0 3.2 3.83 373 10.2 6.71 393 5.8 8.01 0 0.0 2.90 252 0.0 0.00 658 0.0 0.00 732 7.9 3.95 903 8.5 8.20 1203 7.3 7.92 2510 5.2 6.27 1400 5.2 5.23 630 5.2 5.23 148 5.8 5.50 355 6.7 6.26 1064 7.3 7.01 1950 6.7 6.98 2022 14.7 10.67 1340 17.5 16.10 1070 15.2 16.38 1069 13.9 14.57 1454 18.7 16.29 1511 14.2 16.43 1839 4.9 9.56 1264 9.8 7.38 1313 7.5 8.66 1131 8.8 8.15 1060 11.6 10.20 849 14.4 12.98 925 9.3 11.83 1326 16.4 12.80 1594 9.4 12.89 1179 11.8 10.59 1619 15.1 13.43 2713 4.1 9.63 1366 9.4 6.77 1018 9.1 9.24 42

桩号 间距 面积(㎡) 2+938 3+023 3+126 3+233 3+340 3+439 3+555 3+723 3+858 3+960 4+186 4+292 4+396 4+480 4+636 4+755 4+870 4+982 5+062 5+160 5+258 5+358 5+446 5+536 5+623 5+746 5+846 5+940 6+026 6+126 6+226 6+315 6+388 6+489 6+649 6+760 6+877 114.0 0.0 85.9 0.0 99.3 7.5 104.9 0.0 107.2 0.0 98.6 5.1 115.2 6.3 168.3 2.4 133.4 11.2 113.2 10.1 214.5 13.3 105.5 13.2 95.2 0.0 83.7 3.5 156.5 1.0 119.7 16.8 115.2 17.1 113.1 18.7 79.3 15.1 98.1 6.7 98.3 15.0 110.8 11.2 88.5 23.0 89.7 18.1 86.4 11.2 120.5 10.6 101.6 11.7 96.0 10.4 84.1 9.8 100.6 8.6 100.2 17.8 89.7 17.7 73.0 14.6 101.0 17.4 160.1 16.5 104.1 9.8 119.3 7.3 挖方 平均体积面积面积体积(m3) (m3) (㎡) (㎡) 253 47.4 44.2 5045 329 43.0 45.2 3884 666 42.9 43.0 4269 840 42.0 42.5 4455 311 39.8 40.9 4387 0 44.2 42.0 4144 0 36.4 40.3 4642 665 60.1 48.2 8115 1094 42.4 51.2 6831 896 40.1 41.2 4668 1345 39.2 39.7 8508 551 41.6 40.4 4261 498 44.8 43.2 4112 460 45.1 44.9 3760 980 47.5 46.3 7244 839 104.0 75.7 9064 804 48.8 76.4 8799 1207 54.1 51.5 5822 1277 49.2 51.7 4100 1606 47.3 48.3 4734 1433 48.2 47.8 4696 1805 54.7 51.4 5701 1454 49.6 52.1 4611 858 41.9 45.8 4105 638 45.2 43.6 3766 1043 39.5 42.4 5107 827 40.6 40.1 4068 979 41.2 40.9 3922 1092 52.7 46.9 3950 1190 48.9 50.8 5113 1283 45.1 47.0 4711 1156 45.4 45.2 4060 773 43.8 44.6 3255 1357 41.5 42.7 4309 1541 45.0 43.3 6923 705 34.1 39.5 4114 1103 56.0 45.1 5377

表4-1-13 七里河治理工程土方平衡表

左填 平均面积(㎡) 7.9 8.2 8.4 14.4 19.7 16.4 15.5 14.1 9.9 8.8 8.9 9.2 9.7 10.5 16.3 20.8 13.1 3.3 0.0 0.0 0.0 0.0 7.2 右填 挖方 平均平均体积面积体积面积面积面积体积(m3) (m3) (㎡) (m3) (㎡) (㎡) (㎡) 629 8.8 8.97 716 43.5 49.8 3976 823 6.4 7.60 764 34.4 39.0 3914 591 5.7 6.03 426 57.1 45.8 3235 1967 7.7 6.72 918 37.7 47.4 6473 2550 10.4 9.06 1172 46.2 42.0 5426 3317 11.0 10.69 2158 28.0 37.1 7499 1546 5.8 8.41 841 29.3 28.7 2869 1618 3.8 4.82 554 32.8 31.1 3572 1483 4.5 4.18 625 32.9 32.9 4917 1147 4.0 4.27 554 29.7 31.3 4058 1500 6.7 5.37 903 27.4 28.5 4795 1135 3.5 5.14 637 28.8 28.1 3477 1061 3.0 3.28 358 39.4 34.1 3721 1419 5.3 4.16 563 22.6 31.0 4196 2699 6.1 5.68 938 29.8 26.2 4324 2698 11.0 8.53 1103 27.7 28.7 3717 2244 7.7 9.32 1599 18.1 22.9 3926 606 8.4 8.03 1474 16.2 17.2 3149 0 8.8 8.59 859 23.6 19.9 1991 0 0.0 4.39 441 18.7 21.1 2127 0 0.0 0.00 0 16.2 17.5 1464 0 2.6 1.32 114 25.7 20.9 1806 891 15.3 8.96 1113 11.1 18.4 2285 84291 69200 380287 桩号 间距 面积(㎡) 6+957 7+055 7+126 7+262 7+391 7+593 7+693 7+808 7+958 8+087 8+255 8+378 8+486 8+620 8+784 8+914 9+089 9+275 9+375 9+475 9+560 9+646 9+770 合计 79.9 8.5 100.4 7.9 70.7 8.8 136.6 20.0 129.3 19.4 201.9 13.4 100.0 17.5 115.0 10.7 149.6 9.1 129.7 8.5 168.1 9.3 123.9 9.0 109.2 10.4 135.3 10.6 165.1 22.1 129.4 19.6 171.5 6.6 183.6 0.0 100.1 0.0 100.6 0.0 83.8 0.0 86.2 0.0 124.3 14.3 43

第二节 建筑物工程

（一）建筑物级别

七里河治理工程规模为中型，工程等别为Ⅲ等，穿堤涵闸工程级别为4级。 （二）涵闸设计 1、水力计算

闸孔净宽按无压自由出流计算，采用公式（《水闸设计规范》SL265-2001）：

Q无压＝?nmb2gH023

式中：

σ——淹没系数，当σ＝1时为自由出流； ｎ——孔数；

m——宽顶堰包括侧收缩影响的流量系数； b——过流断面计算宽度（m），即为洞宽； H0——计入行近流速水头在内的堰上水深（m）。 计算结果见设计指标表4-2-2～4-2-4所示。 2、消能设计

以2m32m涵闸为例，闸后消能按综合式消力池做计算，消力坎高根据下式计算：

QFrt?bhtghthc1?ht2(1?8Frt?1)2H10?(Qmb2g)23式中：

c——消力坎高（米）； hc1——跃后水深（米）； Q——过闸流量（米3/秒）；

g——重力加速度，采用9.81（米3/秒）； ψ1——坎后水流收缩断面流速系数，ψ1＝0.95； b——闸孔总净宽（米）；

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H10——坎前总水头（米）； ht——出池河床水深（米）； Frt——收缩断面弗汝德数；

m ——过坎水流的流量系数，m=0.42； 消力池深根据下式计算：

S?σhc\?H1?cQQ23H1?()?2gb2(σhc\)2mb2ghc\?hc2(1?Frc?1)22Q2hc?E0?22gψ2b2hc式中：

S——消力池深（米）； σ——安全系数； hc＂——跃后水深（米）； H1——坎上水深（米）； c——消力坎高（米）； ψ——流速系数；

hc——收缩断面水深（米）； Frt——收缩断面弗汝德数；

E0——以池底板为基准的泄水建筑物上游总能量； 其他符号意义同上式。 消力池长度根据下式计算： Lsj=Ls+βLj Lj=6.9(hc＂-hc) 式中：

Lsj ——消力池长度（米）；

Ls——消力池斜坡段水平投影长度（米）；

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β——水跃长度校正系数，采用0.8； Lj ——水跃长度（米）； 其他符号意义同上式。

消能设计按闸前排涝水深3.5米，下游无水的情况考虑，首次开启高度0.2米，经计算，设计取消力池深0.4米，坎高0.6米，总长11米。

3、工程布置

涵闸主要由上游连接段、闸室段、涵洞段、下游连接段四部分组成。 上游连接段：采用M10浆砌块石变高八字墙，墙背面设M10浆砌块石护坡厚300mm。闸室与七里河河底之间的斜坡段设M10浆砌块石护底厚300mm。接七里河河底设抛乱石护底厚400mm。浆砌石底部和挡土墙背面均设复合土工膜(200/0.3/200)一层，并在土工膜下设M5水泥砂浆找平层厚50mm。

闸室段：采用胸墙式闸室，闸室顺水流方向长6.4m，闸墩厚0.5m，高5m，闸墩长4m，闸墩顶设置排架、机架桥和启闭机房。闸室均采用C25钢筋混凝土结构，底板下设C15混凝土垫层厚100mm，垫层下设复合土工膜(200/0.3/200)一层。

涵洞段：均采用C25钢筋砼箱涵，下设 C15素砼垫层厚100mm，垫层下设复合土工膜(200/0.3/200)一层，下图4-2-1为涵洞剖面图。

图4-2-1 涵洞断面图

下游连接段：涵洞出口采用一字型结构，涵洞两侧设C25钢筋砼悬臂式挡土墙，墙顶设栏铸铁杆。支沟两侧设M10浆砌块石护坡厚300mm，长5m，沟底设

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M10浆砌块石护底厚300mm，长5m，浆砌块石下均设M5水泥砂浆找平层厚50mm。护底下游接抛乱石护底厚400mm，长5m，沟底渐变与现状支沟平顺连接。

4、结构、稳定计算 1）闸室计算

选取2m32m涵闸作闸室稳定分析。 （1）工况拟定

① 施工完建期：上下游无水，地下水位位于底板以下。 ②正常运用期：闸门开启放水，上游七里河设计洪水位。 （2）采用计算公式（对闸底板底面中心取矩） ①地基应力

?max?min＝式中：

GA(1?6e)， Bmin?min——闸室基底应力的最大值和最小值（kPa）；

∑G——作用在闸室上的全部竖向荷载（包括闸室底板底面上的扬压力在内）之和（kN）；

A——闸室底板底面面积，取19.2（m2）；

e——闸室相对于底板地面中心的偏心距（m），正值为偏向上游，负值为偏向下游；

B——闸底板顺水流向长度，取4（m）。 ②地基不均匀系数：

??

?max?min，

式中：

η——地基不均匀系数：

σmax——闸室基底应力的最大值（kPa）； σmin——闸室基底应力的最小值（kPa）。 ③抗滑稳定安全系数：

47

Kc＝f∑G/∑H， 式中：

Kc——沿闸室基底面的抗滑稳定安全系数；

f——闸室底板与地基之间的摩擦系数，根据地勘取0.35；

∑G——作用在闸室上的全部竖向荷载（包括闸室底板底面上的扬压力在内）之和（kN）；

∑H——作用在闸室上的全部水平向荷载之和（kN）； （3）闸室稳定计算 计算成果见表4-2-1。

表4-2-1 闸室稳定计算成果表

地基应力（kPa） 涵闸尺寸 计算工况 偏心距e（m） 最大值σmax 最小值σmin 地基应力不均匀系数η 抗滑稳定安全系数Kc 施工完建0.13 87.88 72.58 1.21 期 2m×2m 运用0.16 83.66 65.18 1.28 1.89 期 注：根据地勘资料地基应力允许值σ允=100 kPa。地基应力不均匀系数η允=2.0；抗滑稳定性安全系数Kc允=1.25。

表中数据满足规范要求。 （4）挡土墙稳定计算

挡土墙以穿堤涵闸挡土墙为例做计算，计算工况： （1）完建期：地下水尚未形成；

（2）运用期：渠道排涝水位，墙后为地下水位。 回填土要求：

回填应采用壤土，要求分层碾压、夯实，压实度不小于0.95，压实后等效内摩擦角不小于30度。

计算公式：地基应力计算公式同闸室稳定计算公式。 挡土墙的稳定计算成果见表4-2-2。

地基应力满足地基允许承载力要求，抗滑安全系数及抗倾安全系数均大于相应工况允许值，满足稳定要求。

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