某河上游重力式挡土墙护岸工程计算书

'某河上游重力式挡土墙护岸工程计算书某河上游护岸工程重力式挡土墙计算书**********勘测设计院2000年11月20日1.工程建设位置及建设的必要性×××××××引水枢纽工程位×××××县×××××××乡境内，该续建工程位于枢纽上游河道左岸，距泄洪闸约一公里左右。这段河岸自投入运行至今，只有上游109.5米圆弧段采用浆砌石护坡，以下700米左右段一直采用铅丝笼条流坝护坡，经过多年洪水的冲刷，圆弧段冲刷严重，年年在基础部位采取下四面体等临时防护措施，对该段进行防护。1999年东岸一号四面体挑流坝的修建完成，上段顶冲段（圆弧段）的水流加大，冲刷幅度加重。下段虽有铅丝笼挑坝，但河岸的冲刷依然较严重，并且铅丝笼挑坝的节节堵塞，严重影响到位于该段的水文站的施测工作。防洪期间还需投入大量人力物力，以保证该河段的正常运行，（该河段外20米处为防洪标准为7890立方米每秒的防洪坝，坝外为×××××××乡的耕地）考虑到诸因素，本次将该河岸进行续建整治。2.上游河岸整治措施（设计段）新护坡段总长度为819.5米，目前该段（圆弧段R=119.24米）109.5米为浆砌石护岸，下游601米以铅丝笼坝护岸。本设计针对710.5米河岸进行浆砌石砌护，对上游109.5米段护岸基础进行加固。因根据规范（GB50201-94）×××××××枢纽的建筑等级为大Ⅱ型，故将该护岸工程降低一个等级，防洪标准采用50年一遇洪水。 3.顺河堤冲刷深度计算：冲刷坑深度采用威孜果公式：t?qh；t—冲刷坑深度（m）q—设计单宽流量（m/s）；3h—设计水深（m）。在该河段选取一个断面进行计算：（位置在×××××××水文站，该断面相关数据由1999年实测资料得）50年一遇的洪水流量Q=6370立方米每秒（根据《××××河防洪规划》1999年版得出）；设计断面部分冲刷前平均水深H=2.889米；设计断面宽度B=474米。q?13.439（m/s）3得t?4.77（m）该断面为设计河岸段的顺直段，但考虑到工程整体稳定性，及该河段河床的具体情况，故将该深度加大到5米。又因，当丁坝长小于河宽的1/10，与水流方向不大于45度，坝头边坡系数大于0.5，则丁坝坝头局部冲刷坑的深度为同样条件下顺河堤冲刷深度的1.5-2倍。故顶冲段冲刷坑深度为7.155米。但考虑到流量集中和工程整体稳定性，将顶冲段冲坑深度加大到8.00米。4.方案选择：方案一：重力式挡土墙，枯水期水位既为挡土墙顶高程；护坡由该高程 开始，到50年一遇洪水水位处结束，详见下图。方案二：小重力式挡土墙，护坡由50年一遇洪水水位沿伸到原始河床，原始河床高程即为挡土墙顶高程。详见下图。由于×××××××枢纽上段河道推移质含量高，并且粒径大，如果用小重力式挡土墙作为基础，上段浆砌护坡在洪水期无法承受大粒径推移质的撞击，导致护坡破坏；而用重力式挡土墙，墙顶高程为枯水期水位（1.5米左右），在洪水期大部分推移质都撞击在挡土墙上，保护了浆砌护坡的稳定性。故而，选择重力式挡土墙的形式。4挡土墙稳定性计算挡土墙形式采用重力式，墙高（h）顺直段为5米，顶冲段墙高为8米；根据《水工钢筋混凝土结构》（下册），底宽（b）因为墙高的0.6-0.7倍；墙顶宽度（a）一般用30-50厘米；墙趾高（h’）和墙趾宽（c）的比例为2：1，墙趾宽常不小于20厘米。初定尺寸为：H1=5（m）；H2=8（m）；b1=3（m）；b2=4.8（m）；a=0.4（m）；h’=1（m）；c=0.5（m）。⑴断面一计算：（h1=5米）Ⅰ、选取施工期墙前无水压力，不考虑地下水情况：①主动土压力计算：（自DL5077–1997）Pa??H2Ka Ka—主动土压力系数，为φ、ε、β、δ的函数；φ—内摩擦角，该地实验得砂卵石摩擦角为40°；ε—墙背与铅直线的夹角，ε=15.27°；β—填土表面与水平面所成坡角，β=33.69°；δ—墙摩擦角，取δ=φ/2=20°。查库仑主动土压力系数：Ka1=0.613《土力学》H—挡土墙高度H1=5米；12?—容重，查得干容重1.59t/m；3Pa?12.183tPax?12.183?cos(15.27??20?)?9.947tPay?12.183?sin(15.27??20?)?7.035t②挡土墙自重计算：G???0.333?0.499?0.499?1.5??3.667???1?3?0.5?4??1?2.34?20.47t22??③墙后土重计算：G1?????1.501?0.5??3.667??1?1.59?5.833t2??④抗滑稳定计算：查规范（GBJ7-89）得摩擦系数为0.5,系数取1.3。Kc?f?G?0.5?7.035?20.47?5.833?1.676＞1.39.947P⑤抗倾稳定计算：查规范（GBJ7-89）系数取1.5；选取垂直墙角点A为坐标原点(0,0)。a、面积Aa??0.333?0.499?0.083Xa?1??0.499?1.166 Ya?4.667??0.333?4.778b、面积Ab?0.5?4?2.0Xb?0.5??0.5?0.7512131312Yb?1??4?3c、面积Ac?0.449?3.667?1.646Xc?1??0.449?1.225Yc?1??3.667?2.834d、面积Ad??1.001?3.667?1.835Xd?1.449??1.001?1.783Yd?1??3.667?2.222e、面积Ae?3?1?3Xe??3?1.5Ye??1?0.5则：X?Y?0.083?1.166?2.0?0.75?1.646?1.225?1.835?1.783?3?1.5?1.3290.083?2.0?1.646?1.835?30.083?4.778?2.0?3?1.646?2.834?1.835?2.222?3?0.5?1.9430.083?2.0?1.646?1.835?31212131312121212墙后填土形心计算：21????1.835??1.449??1.001??1.834??2.5??0.5?32?????2.458Xt?1.835?1.834KC?MMy0?7.035?1.329?20.47?1.329?5.833?2.458?2.633＞1.59.947?1.943Ⅱ、选取墙后水压力最大，墙前无水情况：（地下水位为坝顶向下4米处）①主动土压力计算：（自DL5077–1997）Pa??H2Ka Ka—主动土压力系数，为φ、ε、β、δ的函数；φ—内摩擦角，该地实验得砂卵石摩擦角为40°；ε—墙背与铅直线的夹角，ε=15.27°；β—填土表面与水平面所成坡角，β=33.69°；δ—墙摩擦角，取δ=φ/2=20°。查库仑主动土压力系数：Ka1=0.613《土力学》H—挡土墙高度H1=5米；?—容重，查得饱和容重1.99t/m；312Pa?15.248tPax?15.248?cos(15.27??20?)?12.449tPay?15.248?sin(15.27??20?)?8.805t②挡土墙自重计算：G???0.333?0.499?0.499?1.5??3.667???1?3?0.5?4??1?2.34?20.47t22??③墙后土重计算：G1?????0.5?1.501??3.667?1.501?1.001??1?1.99?8.796t22??④上部荷载计算：G2??1.804?2.47??0.6?1?2.458?3.152t2⑤扬压力计算：（相隔15米有一道伸缩缝）1?G3???3?6.24??6.24??0.4?8.736t?2?⑥抗滑稳定系数计算：查规范（GBJ7-89）得摩擦系数为0.5,系数取1.3。Kc?f?G?0.5?8.805?20.47?8.796?3.152?8.736?1.305>1.312.449P ⑦抗倾稳定系数计算：查规范（GBJ7-89）该系数取1.5；选取垂直墙角点A为坐标原点(0,0)。墙后填土型心计算：22????1.835??1.499??1.001??1.834?2.75?0.751??1.499??1.501?33????Xt1?1.835?1.834?0.751?2.745上部荷载形心计算：?1?Xs?1.2495???2.47?cos33.69???2.277?2?KC?M??My08.805?1.329?20.47?1.329?8.796?2.745?3.152?2.277?8.736?1.32912.449?1.943?2.423大于1.5⑵断面一计算：（h1=8米）Ⅰ、选取施工期墙前无水压力，不考虑地下水情况：①主动土压力计算：（自DL5077–1997）Pa?1?H2Ka2Ka—主动土压力系数，为φ、ε、β、δ的函数；φ—内摩擦角，该地实验得砂卵石摩擦角为40°；ε—墙背与铅直线的夹角，ε=22.79°；β—填土表面与水平面所成坡角，β=33.69°；δ—墙摩擦角，取δ =φ/2=20°。查库仑主动土压力系数：Ka1=0.717《土力学》H—挡土墙高度H1=8米；?—容重，查得为饱和容重1.99t/m，干容重1.59t/m；33Pa?36.481tPax?36.481?cos(22.79??20?)?26.772tPay?36.481?sin(22.79??20?)?24.782t②挡土墙自重计算：??0.499?0.333??0.499?3.3??6.779?G?????4.8?1???0.5?7???1?2.3622???49.671t③墙后土重计算：??0.5?3.301??6.667?G1????1?1.59?20.147t2??④抗滑稳定系数计算：查规范（GBJ7-89）得摩擦系数为0.5,系数取1.3。Kc?f?G?0.5?24.782?49.671?20.147?1.767＞1.326.772P⑤抗倾稳定系数计算：查规范（GBJ7-89）系数取1.5；选取垂直墙角点A为坐标原点(0,0)。a、面积Aa?1?0.333?0?0.083213Xa?1??0.499?1.166Ya?7.667??0.333?7.778d、面积Ab?0.5?7?3.5Xb?0.5??0.5?0.75 1312Yb?1??7?4.5c、面积Ac?0.499?6.667?2.993Xc?1??0.499?1.25Yc?1??6.667?4.334d、面积Ad??2.801?6.667?9.337Xd?1.499??2.801?2.433Yd?1??6.667?3.222e、面积Ae?4.8?1?4.8Xe??4.8?2.4Ye??1?0.5则：X?Y?0.083?1.166?3.5?0.75?2.993?1.25?9.337?2.433?4.8?2.4?1.9650.083?3.5?2.993?9.339?4.80.083?7.778?3.5?4.5?2.993?4.334?9.337?3.222?4.8?0.5?2.9860.083?3.5?2.993?9.339?4.81212131312121212墙后填土形心计算：2?1?????0.5?4.3??3.334??1.499??2.801??9.33723???Xt???3.6783.334?9.337KC?MMy0?24.782?1.965?49.671?1.965?20.147?3.678?2.757＞1.526.772?2.986Ⅱ、选取墙后水压力最大，墙前无水情况：①主动土压力计算：（自DL5077–1997）Pa?1?H2Ka2Ka—主动土压力系数，为φ、ε、β、δ的函数；φ—内摩擦角，该地实验得砂卵石摩擦角为40°；ε—墙背与铅直线的夹角，ε =22.79°；β—填土表面与水平面所成坡角，β=33.69°；δ—墙摩擦角，取δ=φ/2=20°。查库仑主动土压力系数：Ka1=0.717《土力学》H—挡土墙高度H1=8米；?—容重，查得为饱和容重1.99t/m，干容重1.59t/m；33Pa?45.659tPax?45.659?cos(22.79??20?)?33.507tPay?45.659?sin(22.79??20?)?31.017t②挡土墙自重计算：??0.499?0.333??0.499?3.3??6.779?G?????4.8?1???0.5?7???1?2.3622???49.671t③墙后土重计算：??3.301?0.5??6.6673.301?2.201?G1?????1?1.99?32.445t22??④上部荷载计算：G2??3.967?4.633??0.6?1?2.458?6.342t2⑤扬压力计算：（相隔15米有一道伸缩缝）1?G3???4.8?9.24??9.24??0.4?19.589t?2?⑥抗滑稳定系数计算：查规范（GBJ7-89）得摩擦系数为0.5,系数取1.3。Kc?f?G?0.5?31.017?49.671?32.445?6.342?19.589?1.491＞1.333.507P⑦抗倾稳定系数计算：查规范（GBJ7-89）系数取1.5；选取垂直墙角点A为坐标原点(0,0)。 墙后填土型心计算：?2??2?3.633???3.301?1.499??3.334?4.55?9.337???2.801?1.499??3??3?Xt1?3.633?3.334?9.337?3.683上部荷载形心计算：Xs?1?1?3.8?2.92KCM??My?1.965?31.017?1.965?49.671?3.683?32.445?2.9?6.342?1.965?19.5892.986?33.507?2.578大于1.55施工导流施工期渠首仍然有过水要求，因此该工程应解决施工期导流问题，先初拟以下方案：在大河汛期过后，即十月份上下当流量下降至200立方米每秒时，立即组织施工，即进行导流围堰堆筑。根据实地勘测发现，靠东岸高坎处河床有一条地势较底的河槽，可沿河床做一条围堰拦住大河枯水期的主流，该围堰上端筑于距西岸裹头400米的河滩上（该河滩高程1459.00米），下端接至西岸3号浅堰坝肩，这样就可将施工场地圈在围堰内了，而将主流导向东岸。设计流量为320立方米/秒（按规范SL260-98）,频率分析见表（5-1；5-2）。河道天然纵坡为1/380，河道糙率n=0.033，设计流速v=2米/秒。 设计导流渠断面为宽度100米，渠深1.6米，边坡采用1：1，复核过流能力：Q?vA?2??96.8?100??1.6?314.88m3/s2超高按规范（SDJ338-89）,围堰级别为Ⅳ级，超高为0.5米，截流段超高加大到1米。即堰高从现地形图水面高程（导流渠中线上游点1457.0米）向下1.6米（1456.4米）为设计导流渠渠底高程，从该高程起向上2.1米（1458.5米）为堰顶高程。（下游按纵坡向下推）围堰顶宽7米，边坡迎水面1：2，背水面1：1.5，围堰最高处为4.6米。（详见下图）6工程量估算：根据工程量计算规定（DL/T5088-1999）；⑴土方工程：（未加大）①基础：土方开挖122568.87立方米；压水回填97727.70立方米；②围堰：填方15865.21立方米；③导流渠：挖方137351.58立方米；④垫层：（浆砌石下30厘米）2019.75立方米；⑤C15Ⅲ砼：10062.8立方米；C15Ⅰ细粒砼：2858立方米；⑥抽水台班：2.2千瓦水泵120工天；7.5千瓦水泵120工天；⑦铅丝笼拆除：6808.1立方米；⑧四面体：4399.9立方米；⑨两毡三油：899.79平方米。 '