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一、工程任务及规模
第四章 工程任务和规模
一、堤线的平面布置
第五章 工程布置及建筑物
为了实践社会主义新农村的建设，美化村镇环境，提升城镇品位的需要，结合瑞安市2009年度国家级农业综合开发建设项目，对梅屿河溪外山头至梅底段进行整治，主要的工程任务为提高防洪标准，即本防洪堤工程建成后使河溪外山头至梅底段防洪标准提高到十年一遇，可保护两岸农田和村庄的防洪安全，以确保沿岸人民的生命财产安全。 二、防洪标准 1、设计依据
（1）《瑞安市小流域综合治理规划》； （2）《梅屿乡河溪小流域治理规划》；
（3）《瑞安梅屿河溪中低产田改造项目可行性研究报告》； （4）《防洪标准》（GB50201-94）； （5）《堤防工程技术规范》SL51-93； （6）《堤防工程设计规范》（GB50286—98）； （7）《河道生态建设技术规范》(DB33/1038-2007)； （8）《水利水电工程设计洪水计算规范》SL44-93。 2、防洪标准
根据上述的标准和规范，对照防护区的政治、经济、人口、农田及今后村镇规划与发展的情况，确定本工程防洪标准取十年一遇洪水（P=10％），防洪堤按五级建筑物进行设计。
根据《梅屿乡河溪小流域治理规划》，河溪梅底以下保持最少30m河道宽度，本次设计对其10年一遇防洪标准时相应河道宽度进行规划确定。河道规划及堤线布置原则：①有利于水流态平稳、流速满足抗冲要求，堤塘不过高，以利于堤塘、河床安全；堤线力求平顺，各堤段平缓连接，不采用折线或急弯②从经济角度出发，多开发可利用的土地，同时堤高又不可增加太大；防洪堤修筑在土质较好、比较稳定的滩岸上。
根据以上河道规划原则及河溪外山头至梅底段地形情况，经水利计算确定主河道0+021~0+155河道宽度为28m，0+155~0+658河道宽度为40m，支流0+000~0+035河道宽度为14m。
防洪堤布置在外山头村至梅底村河溪两岸，从上游河溪堰坝（桩号0-005）起，至下游梅底大桥（桩号0+658）止，治理溪流长为698m。其中主河道663m，支流35m。防洪堤两岸合计全长1235m，其中左岸从桩号0+000~0+658,长598m；右岸从桩号0-005~0+580，长567m；支流从桩号0+000~0+035，两岸长70m。防洪堤堤线均连接平顺，采取圆弧拐弯，无突变拐角。局部地段为了缓解水流的冲刷，适当地加宽河道的宽度。防洪堤堤线平面布置详见防洪堤平面布置图。 二、河道断面及防洪堤断面结构拟定
因河溪属山溪性河流，源短流急，洪水暴涨暴落，易对河道两岸岸坡造成冲刷，需采用硬化护岸对两岸岸坡进行保护，因此河道横断面不能保持天然河道断面形态，故考虑地形、地质、水流等因素及河道的综合利用要求选用复式断面。岸坡采用直斜复合式
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护岸，墙前为2.5~５m宽护堤地，中间为14~21m宽河槽。
防洪堤断面形式拟定考虑到山溪性河流易对河道岸坡造成冲刷，只能采用硬化护岸进行防冲保护。为了就地取材，减少工程的投资，根据防洪堤所在的地理位置、堤址地
质、筑堤材料、施工条件，针对山区溪流和水流的特点拟定三种结构断面进行比较。
第一种断面是我市目前小流域治理中最普遍选用的直立式断面，防洪堤结构采用浆砌块石重力式墙。从施工及使用情况来看，直立式防洪堤体积大、墙身厚、刚性好，坚固、稳定，具有较强的防冲刷能力，且结构简单，便于施工，但每延米造价较大。
第二种断面为斜坡式断面。结构形式底脚为C20埋石砼大方脚，外坡为一级斜坡，采用浆砌块石护坡，坡度为1:1.5，堤顶设置浆砌块石防浪墙。斜坡式断面，不但岸线顺直，而且加大了过水断面面积，在洪水期间使水流更加顺畅，另外还拓宽了河道水域和口宽， 高度、宽度比例相适应，给工程增添了气魄、宏伟和美观的感觉。造价比直立式低。但由于块石质量限制，块石面不平整，铺砌不易坐实挤紧，砌筑砂浆不易充填饱满，坚固程度及抗冲刷能力较直立式差。
第三种断面为直斜复合式断面，即将上述两种断面形式相结合，在临水面易受水流冲刷的地段采用直立式浆砌块石挡墙，C20混凝土压顶，厚10cm，墙身采用M7.5浆砌石与干砌石，迎水面坡度为1：0.2，背水面坡度为1：0.3，底部采用大放脚干砌乱石与C20砼埋石80X100cm基础，堤后砂砾石回填夯实。墙后设置1.5m宽平台，平台以上以上采用M7.5浆砌块石护坡35cm厚，护坡坡比1:1.5。护坡下采用砂砾石回填水冲夯实。每延米造价介于直立式与斜坡式断面之间。
直斜复合式断面既具有直立式防洪堤刚性好，坚固、稳定，具有较强的防冲刷能力的特点，又兼具斜坡式断面岸线顺直，坡面光洁平整，气魄、宏伟和美观的特点，造价介于直立式与斜坡式断面之间。故确定本次设计采用直斜复合式断面。 三、水力计算
因河溪属山区性河流，主河道坡降大，汇流时间短，故河段洪水位的推求采用恒定非均匀流法。已知天然的河道各断面的地形资料，各断面平均糙率及起始断面水位（下游赵山渡渡槽堰坝堰上水位），按照伯努里方程，逐段向上游推算，求出各断面的水位。
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1、 河道断面参数的选择
（1）河道宽度：根据规划河道宽度主河道28m、40m；支流14m （2）河道坡降：规划河道设计断面底高程推求，i=0.96%、0.38%
（3）局部阻力系数：在顺直河道及收缩河段e=0，逐步扩散段e=（0.3～0.5），急剧扩散段e=（0.5～1.0）；
（4）河道糙率：规划河段取0.035； 2、下游堰坝堰上水头计算
计算公式:Q=σεMbH3/2
式 中：Q——过堰流量，224.3m3/s；
b——堰顶长度，33m； H——堰上水头，m；
M——第二流量系数，取1.99；
σ——淹没系数； ε——侧收缩系数；
经计算，下游堰坝堰上水头为2.5m。 3、防洪堤的各个断面的设计水位计算
aV2 aV1 基本方程： Z2+ =Z1+ +hw 2g 2g 式 中：Z1、V1——断面1的水位和流速； Z2、V2——断面2的水位和流速；
hw=hy+hj——断面1到断面2之间的水头损失； hj——局部水头损失； hy——沿程水头损失；
经计算，防洪堤的各个断面的设计洪水位见表5-1。
224、堤顶高程的确定
堤顶高程确定：设计防洪堤属于5级堤，规划堤顶高程=设计洪水位+安全超高+风浪爬高。安全超高取0.5m（按不允许越浪的堤防工程），则沿程堤顶高程见表5-1、表5-2。
表5-1 河溪外山头至梅底段主流防洪堤主要参数表
堤距桩号 （m） 0+010 0+040 0+088 0+132 0+180 0+214 0+295 0+324 0+373 0+412 0+464 0+491 0+551 0+613 0+658 28 28 28 28 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 设计河底高程 (m) 15.85 15.4 14.84 14.30 13.3 13.18 12.85 12.73 12.53 12.4 12.18 12.1 9.67 9.67 9.67 设计 洪水位 (m) 18.05 17.60 17.26 16.8 15.8 15.69 15.41 15.34 15.22 15.15 15.02 14.96 12.19 12.19 12.19 波浪 爬高 (m) 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 安全 超高 (m) 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 规划堤 顶高程 （m） 18.90 18.45 18.11 17.65 16.65 16.54 16.26 16.19 16.07 16.0 15.87 15.81 13.04 13.04 13.04 设计堤 顶高程 （m） 19.7 19.4 18.84 18.3 17.3 17.18 16.85 16.73 16.53 16.4 16.18 16.1 15.26 15.26 15.26 坡，原则上对高于设计河底高程部分进行开挖，而对低于设计河底高程部分不进行回填（防洪堤基础外侧5m及支流除外），同时，河道宽度达到设计河宽。 五、堰坝加固
原堰坝轴线与水流方向斜交，堰坝下游末端冲刷较严重，已形成长8~10米，宽28米，深1~2米的深坑。为防止进一步的冲刷，造成堰坝被冲水冲刷，需对堰坝进行加固。加固方案采用改变堰坝轴线方向，使其与水流方向垂直，原堰坝迎水面外包钢筋混凝土面板，在堰坝下游末端建钢筋砼消力池及海漫。 五、断面稳定计算 1、方法与原理
防洪堤的稳定计算采用理正挡土墙计算及边坡稳定设计软件，在防洪堤的长度方向截取1米宽的截条作为计算对象，采用总安全系数的容许应力法进行抗滑稳定和抗倾稳定验算，采用圆弧滑动瑞典条分法进行整体滑动验算。计算条件分两种情况:①正常运用条件，即运行期:防洪堤在完建后，已投入运行状态，墙前无水，墙后填土到设计高程。②非正常运用条件:河水位骤降至多年平均低水位。根据规范要求，在正常运行条件下，抗滑稳定安全系数1.15，抗倾稳定安全系数1.40，整体滑动稳定安全系数1.15；非正常运行条件下，抗滑稳定安全系数1.05，抗倾稳定安全系数1.30，整体滑动稳定安全系数1.05。
①荷载组合
垂直力由上部均布荷载产生的土压力和人群活荷载（2.5KN/m2）以及挡土墙本身自
表5-2 河溪外山头至梅底段支流防洪堤主要参数表
堤距桩号 （m） 0+000 0+023 0+035 14 14 14 设计河底高程 (m) 14.7 14.0 13.6 设计 洪水位 (m) 16.66 16.06 15.8 波浪 爬高 (m) 0.35 0.35 0.35 安全 超高 (m) 0.5 0.5 0.5 规划堤 顶高程 （m） 17.51 16.91 16.65 设计堤 顶高程 （m） 18.7 18.0 17.6 重，水平力由挡土墙背后填土对挡土墙产生主动水平土压力。
②土压力计算
采用朗肯理论计算墙后填土的主动水平土压力。 EA=1/22 γ2H22tg（45 °—ψ/2） 式中: EA——主动水平土压力
γ——填土的有效容重 H——填土深度 ψ——填土的内磨擦角
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四、河道疏浚
根据河道断面和防洪堤的设计，现有溪床必须进行疏浚。采用机械化作业，修顺底
③抗滑稳定安全系数 抗滑稳定采用以下公式计算: Kc=（W+EY）f/EX
式中:W——挡土墙的自重重力（kN）
EY--挡土墙承受的土压力竖向分力（kN） Ex——挡土墙承受的土压力水平分力（kN） f——挡土墙墙底摩擦系数 ④抗倾稳定安全系数 K0=（WZW+EYZX）/（EXZY）
式中：W——挡土墙的自重重力（KN）
ZW——挡土墙的自重重力的重心到倾覆计算点的水平距离(m) EX——挡土墙承受的土压力水平分力(KN)
EY——挡土墙承受的土压力竖向分力(KN)
ZX——挡土墙承受的土压力在竖直方向的分力到倾覆计算点的水平距离(m) ZY——挡土墙承受的土压力在水平方向的分力到倾覆计算点的竖向距离(m) ⑤整体抗滑稳定安全系数 K= ∑(Cl+[(W1+W2)cosβ+Zγwl-μl)]tgφ) ∑(W1+W2)sinβ 式中:l——单个土条的滑动面长度(m) W1——水位面以上条块重力(KN) W2——水位面以下条块重力(KN)
Z——条块上方水位面高出条块底面中点的距离(m)
μ——稳定渗流期堤身或堤基中的孔隙水压力（KPa）
β——条块的重力线与通过次条块底面中点半径之间的夹角（度） γ3W——水的重度（KN/m） C、φ——土的抗剪强度指标
2、计算与结论
①原始条件：
② 墙身尺寸: 墙身高: 2.400(m) 墙顶宽: 0.500(m) 面坡倾斜坡度: 1:0.200 背坡倾斜坡度: 1:0.300 采用1个扩展墙址台阶: 墙趾台阶b1: 0.200(m) 墙趾台阶h1: 0.400(m) 墙趾台阶面坡坡度为: 1:0.000 墙踵台阶b3: 0.200(m) 墙踵台阶h3: 0.400(m)
墙底倾斜坡率: 0.000:1 ③物理参数:
圬工砌体容重: 22.000(kN/m3) 圬工之间摩擦系数: 0.400 地基土摩擦系数: 0.500 挡土墙类型: 浸水地区挡土墙 墙后填土内摩擦角: 30.000(度) 墙后填土粘聚力: 0.000(kPa) 墙后填土容重: 18.000(kN/m3) 墙背与墙后填土摩擦角: 15.000(度) 修正后地基土容许承载力: 300.000(kPa) 墙底摩擦系数: 0.500
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