初步设计报告[1][1]3

'提要**位于河北省霸州市境内，是&&西北部一条较大的河流，&&是其排洪出口。&&是人清河天然行洪、滞洪洼淀，总面积345km2o&&北人堤（中亭堤）为二级防洪堤，直接担负着保卫天津市防洪安全的重要任务，同时也是华北油田北部开采基地、京九铁路、津浦铁路、津保公路和华北油田向北京供气系统以及清北南部广大地区防洪安全的重要屏障。**穿越北大堤入&&,汛期&&行洪、滞洪吋，由于**防洪标准较低，河口又无节制性工程，回水长度达3km,洪水沿河两岸漫溢，使&&北大堤腹背挡水，堤身安全受到严重威胁。另一方面，回水顶托木地区沥水排泄，加重了本地区的洪涝灾害。在**河口处修建拦洪闸并对河口段堤防进行复堤，可以遏制&&滞蓄的洪水沿河倒灌，并相机运用，排泄本地区的沥水；在非汛期，还可以下闸蓄水，为当地的工农业用水提供水源，对当地的经济发展也将发挥重要的作用。因此，兴建**闸是非常必要的。**闸位于河道出口上游250m处，相应&&北大堤桩号为12+900。根据该地区水利规划，**闸设计流量163.0m7s,校核流量206.0m7s,相应&&设计滞洪水位为8.03m,校核滞洪水位为8.53m；非汛期**蓄水位8.03mo**河口段堤防复堤标准与该河入&&河口处&&北大堤复堤相同，堤顶高程为9.83mo本工程属于III等工程，主要建筑物等级为3级，次要建筑物为4级。地震设计烈度为7度。**闸闸室结构为开敞式，共3孔，每孔净宽9.0m。闸底板采用整体式平底板，底板顶高程3.0m,闸室长15.0m,宽32.4m。闸室上游设防渗铺盖及护坦，下游设消力池及防冲结构。为防止闸基础粉土层在地震时可能产生的液化，采用振冲碎石桩进行基础处理。碎石桩桩径0.6m,孑L、排距2.0m,单桩最大长度0.6m。河口段堤防复堤采用梯形断面，堤顶宽为&0m,内外边坡均为1： 3,复堤与&&北大堤相接。本工程主要工程量：土方开挖21025m3，土方冋填14085m3,振冲碎石桩576m,混凝土及钢筋混凝土5328m%钢筋制安208t。工程总投资1199.41万元,工期10个月。 1自然条件1.1气象特征**闸位于河北省霸州市境内，本区地处华北平原，属温带大陆性季风气候，年日照时数2789.8小时，年平均气温12°C,最高气温38.5°C,最低气温-16.5°C,年无霜期184天，年均冻土层深48.6mm。多年平均降水量558mm,多集屮于7、8月份，并常以暴雨的形式出现。1・2工程地质(1)1概述1996年曾对**闸进行过地质勘探工作。勘探共布置钻孔5个，其中平行闸中心线两侧各布置钻孔2个，**左堤堤顶布置1个标贯孔，钻孔孔深均为20m。1.2.2场地工程地质条件（1）地层岩性根据地质勘探资料可知，地表以下20m以内地基分五层，由上而下分述如下：第一层：粉质粘土棕黄〜黄褐色，可塑，夹有粘土薄层，见腐殖质，河底表面有25〜40cm的淤泥或淤泥质土。层顶高程3.8~4.2m,层底高程1.8~2.2m,层厚2.Omo第二层：粘土黄褐色，局部间杂有灰色、黑灰色，可塑〜硬塑，见贝壳及腐殖质，有锈斑，含姜石。层顶高程1.8-2.2m,层底高程-1.0—0.3m,层厚2.5〜3.2mo第三层：粉土灰黄〜浅黄色，局部黄褐色，可塑，局部软塑，局部含云母。层顶高程-1.0--o.3m,层底高程-3.4〜-2.2m,层厚1.5〜2.5m。第四层：粉细砂灰黄〜黄灰色，含云母，局部夹杂粘土块。层顶高程-3.4—2.2m, 层底高程-9.8—8.8m,层厚5・5〜7・6m。第五层：粉质粘土褐黄〜浅黄色，可塑，含姜石，局部夹有浅黄〜灰黄色粉土层，厚度不均，一般50〜70cm。层顶高程-9.8—8.8m,层底未揭穿，最大揭露厚度7.2mo(2)地震基本烈度及地震效应根据1990年《中国地震烈度区划图》，本区地震基本烈度为7度。按《水工建筑物抗震设计规范》(SL203-97),土层中第三层粉土属易液化土层，经计算有液化的可能性。3地基土物理力学指标地基各土层承载力标准值及抗剪强度指标见表l-lo表1-1各土层地基承载力标准值及抗剪强度指标表土层编号土层名称地基承载力标准值(kPa)内摩擦角(°)凝聚力(kPa)①粉质粘土12012.027.0②粘土1409.532.0③粉土14027.01丄()④粉细砂14034.00.6⑤粉质粘土16016.019.0根据工程类比，混凝土/粉质粘土、混凝土/粘土之间的摩擦系数f取0.35o 2工程任务及规模2.1工程任务2.1.1**现状及存在的问题&&北大堤历史悠久，建国前为民塩，建国初期堤防断血矮小、单薄，1954年、1956年洪水过后，经岁修加固逐渐形成&&滞洪区的北围堤。**是清北地区经人工开挖后的主要排涝河道，河道断面比较规整,但两侧堤防标准低，仅能达到五年一遇的除涝标准，堤身单薄，顶宽不足3m。“96.8”洪水是1963年以来大清河系发生的最大洪水，由于横绘和高杆作物阻水，洪水缓慢下泄，接近历史最高水位行洪。由于&&高水位滞洪和长时间运用，致使&&北大堤多处出现险情，**河口因无节制工程，使得回水长度达到3km左右，一旦漫溢决堤存在抄后路的危险，而且河口无交通桥，对防洪造成极人的不便。2.1.2工程建设的必要性和任务本流域历史上洪水灾害频繁，据不完全统计，自1368年至1948年建国前的581年中，共发生水灾383次，其中发生特大洪水13次。建国后1949年至1996年40多年间，较大洪水就有4次。为了确保天津、京九铁路、津浦铁路和华北油田开采基地的安全,以及北京供油、供气系统正常运行，改变&&北大堤带病运行的被动局面，在资金有限的情况下，对&&北大堤进行局部重点治理是非常必要和非常紧迫的。针对**河口存在的问题，本次工程项目建设任务是在**河口建造节制闸工程并对河口段堤防进行复堤。2.2工程规模本工程根据水利部海委1989年编制的《海河流域综合规划纲要》和国务院批准的防洪调度方案，&&进水滞洪标准很低，但以高标准洪水滞洪的水位控制，同其他洼淀联合运用。&&的设计流量以新盖 房分洪道入流控制，&&设计行洪流量为5000m7so为了与下游独流减河、海河设计洪水位相连接，本次仍按&&西河闸闸上水位6.44m为起始水位，以1999年水利部天津勘测设计研究院实测的断面资料为基础推算，结合以前所推算的水位一并考虑，最终确定**河口设计水位8.03m,校核水位8.53mo根据我院编制的《大清河流域补充规划》，**除涝设计标准为五年一遇，校核标准为十年一遇，相应设计流量163.0m3/s,校核流量206.0m7s；拦河闸蓄水位8.03m。**河口段堤防复堤标准与该河入&&河口处&&北大堤复堤相同,堤顶高程为9.83mo 3工程布置及建筑物3.1设计依据2.1.1工程等别及建筑物级别**闸设计流量163.Om7s,校核流量206.0m3/s,根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000),木工程规模为中型，工程等别为III等，主要建筑物级别为3级，次要建筑物级别为4级。2.1.2设计基本资料洪水及特征水位8.03m8.53m8.03m163.0m7s206.Om3/s设计洪水位(&&狈9)校核洪水位(&&侧)设计蓄水位(**侧)设计过闸流量校核过闸流量地质参数混凝土/粉质粘土、混凝土/粘土之间的摩擦系数f=0・35o地震设计烈度本区地震基本烈度为7度，根据《水工建筑物抗震设计规范》(SL203-97),建筑物的地震设计烈度为7度。3.1.3设计采用的主要技术标准和规范《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)；《水闸设计规范》(SD133-84)；《水工建筑物抗震设计规范》(SL203-97)；《水工混凝土结构设计规范》(SL/T191-96)；《水工建筑物荷载设计规范》(DL5077-1997)；《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ024-85)。3.2工程布置1闸室结构根据地形、地质条件及运用要求，闸室孔口采用开敞式，闸门采 用平面钢闸门，上游设检修门槽。闸室基础坐落在粘性土上，地基承载力标准值为MOkPa,粘性土层下为易发生液化的粉土层。考虑到闸址区地质条件及该区地震设计烈度，对闸室底板进行了整体式平底板和分离式平底板两种型式的比较。整体式平底板在闸墩处分缝，结构整体性好，对地基不均匀沉陷的适应性强，且具有较好的抗震性能，施工简单，但当闸孔数较多时,会导致水闸工程量加大，并且施工期较长。整体式平底板适用于中等坚硬、紧密的地基或地震烈度较高的地区。分离式平底板系在闸室的中间或两侧分缝，与整体式平底板相比,优点是工程量小，但结构的整体性较差，对地基不均匀沉降的适应性弱，一般适宜坚硬、紧密或中等坚硬、紧密的地基。由于闸室基础下存在易液化土层，同时考虑到闸址区地震烈度为7度，采用分离式平底板，对地基不均匀沉降适应性较差，有可能导致闸孔变形过大，影响工程的安全运用；采用整体式平底板就相对较好，可避免分离式平底板的不足，设计闸的孔数为3孔，对工程量和施T期的影响不大，故确定采用整体式平底板。3.2.2两岸连接闸室两岸的连接型式考虑了直墙式与河床式两种方案，其中直墙式连接型式的消能、防冲效果及防止侧向绕渗效果均较好，而河床式连接型式相对较差；另外在闸室布置方面，直墙式也优于河床式。因此，根据地形、地质条件，并经上述分析比较，两岸的连接型式确定采用直墙式。3.2.31程结构布置**闸轴线位于**出口上游250m处，和应&&北大堤的桩号为12+900。闸室结构为开敞式，闸室底板采用整体式平底板，闸室两岸的连接采用直墙式。河口段堤防复堤与&&北大堤相接，复堤高程为9.83m,采用梯形断面，堤顶宽为8.Om,内外边坡均为1：3。 闸室共设3孔，单孔净宽9.Om,中墩厚1.2m,边墩顶部厚1.Om,底部厚l・5nu闸室长15.0m,工作闸门门槽尺寸为0.62X0.35m（宽X深），上游检修门槽尺寸为0.7X0.3m（宽X深）。闸底板顺水流方向长15.Om,总宽32.4m,闸底板顶高程3.0m,厚1.5mo闸室设有工作闸门和上游检修闸门。工作闸门采用直升式平面定轮钢闸门，闸门尺寸为9.0X6.Om（宽X高），共3扇，启闭设备采用固定式卷扬启闭机。检修闸门采用平面滑动钢闸门，闸门尺寸为9.0X4.Om（宽X高），三孔共用一扇，启闭设备采用电动葫芦。检修门库设在闸室左侧，门库尺寸12.0X4.Om（长X宽）。闸室上设有机架桥和交通桥，并在检修门槽的上游及工作门槽的上、下游侧各设-座检修便桥。机架桥宽4.0m,由两个T梁组成，桥面高程19.7mo为连接两岸的交通，在闸室下游设汽车一10级交通桥,桥面高程9.83m,桥总宽5.Im,由三根T梁组成，桥梁支承在闸墩上。检修门槽上游检修桥桥面高程11.0m,工作门槽上、下游侧检修桥桥面高程12.Om,桥面宽均为l・0m,检修桥简支在闸墩上。闸室底板上游设长15.Om的钢筋混凝土防渗铺盖，铺盖厚0.5mo防渗铺盖上游依次设长10.Om的浆砌石护底及护坡和长15.Om的干砌石护底及护坡，护底及护坡厚度均为0.4m。闸室底板下游接宽l・0m平台，下接长14.0hi的钢筋混凝土消力池，消力池斜坡段坡度1：4,池深1.0m,底板厚0・6m,底板上设排水孔，底板下铺设反滤层。消力池下游依次设长17.0m的水平段浆砌石海漫以及坡度1：10、水平长度为20.Om的斜坡段干砌石海漫，海漫厚度为0.4m。海漫末端设深1.5m、底宽4.0m、上下游边坡为1:3的抛石防冲槽。防冲槽下游以1：8的倒坡与原河床相接。两岸护坡材料及厚度与河床部位相对应。上、下游翼墙采用扶臂式或悬臂式钢筋混凝土结构，墙高大于7・0m采用扶臂式，小于7.0m釆用悬臂式，墙后回填土高程为9.83m。翼墙平面布置，上游采用圆弧型，圆弧半径15.0m,下游采用扩散角 为7。的八字墙接圆弧墙，圆弧半径15.0m,上、下游圆弧墙均接垂直水流方向的一字墙。按基础底高程的不同，上、下游翼墙各分成4段。在工作桥上设置启闭机房，采用轻型板房结构，建筑血积129.6点。闸室右岸侧设爬梯通向机架桥。闸管所及启闭机控制室均设在右岸，建筑面积分别为520m2和50m2o3.3结构设计1闸室宽度**设计流量163.0m3/s,校核流量206.0m3/s,相应**闸下游设计水位为8.03m,校核水位为8.53m。考虑**为平原河道，纵坡较缓,宜选用较小的过闸水头损失，设计采用上下游水位差为0.05mo闸室总净宽按淹没宽顶堰公式计算：式中：B—闸室总净宽(m)；Q—泄流量(n?/s)；g—重力加速度,取g-9.8m/s2；m0—流量系数，取mo=0.368;%—计入行近流速水头的堰上水头(m)；”一淹没系数，取c二0.317。算得闸室总净宽为27.06mo根据水力计算结果，确定闸室设3孔，每孔净宽9.0m,设计闸室总净宽为27.0mo3.3.2消能防冲设计(1)消力池该闸位于**与&&北大堤的交汇处，下游接&&滞洪区，滞洪区内无水年份居多，消力池设计按上游水位8.03m,下游无水，闸门局部开启考虑。①池深计算 消力池深度按下式进行计算：d=(y^hc-hs-AZ式中：〃一消力池深(m)；