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1、1郑郑州州市市殡殡仪仪馆馆人人工工湖湖工工程程初步设计报告初步设计报告21 工程概况郑州市新殡仪馆位于郑州市西南 6km 三李村，规划面积 330 亩。为了创造优美、和谐人文环境及改善循环水质，郑州市殡仪馆，拟在新馆西南角建人工湖一座。2011 年 7 月，受业主委托，我公司开展了人工湖的初步设计工作。主要工作有：（1） 工程地形图 1：:500 测量；（2） 工程地质勘察；（3） 工程大坝设计。（4） 编写报告及完成设计图纸。经过两个多月的勘测设计，2011 年 9 月，完成初步设计报告及图纸。工程主要包括 4 部分：大坝、溢洪道工程、人工湖防护边坡、大坝下游护坡。主要建筑物为大坝、溢洪道工
2、程，最大坝高 6.5m，溢洪道宽度为 5m。次要建筑物为人工湖防护边坡、大坝下游护坡。初步估算，湖面面积约 4 亩，库容约 8000m3。根据水利水电工程等级划分及洪水标准 （SL252-2000）分等指标，本工程水库总库容和坝高，工程规模为小（2）型，建筑物级别为 5 级。根据国家防洪标准GB50201-94，按平原区滨海区的规定确定为 10 年一遇设计，20 年一遇校核。32 水文2.1 气象郑州市地处暖温带，属大陆性季风气候，四季分明，干湿明显，春季干旱多风沙，夏季炎热多雨，秋季凉爽，冬季干冷多风，雨雪稀少。郑州市的干燥度指数 k 值小于 1.5，属湿润区。a）气温:年平均气温 14.4
3、，极端最高气温 43，极端最低气温-19.7，年最高气温多出现在 7 月和 8 月。b）降雨：年平均降雨量 640mm，24 小时降雨量多年平均值 100mm，每年7、8、9 三个月的降雨量是全年降雨量的 55%。c）冻土深度：年平均地面结冰时间约为 60 天，标准冻深小于 60cm，地面以下 100mm 冻结平均为 55 天。d）风向及风速：冬季盛行西偏北，夏季盛行南偏东，春、秋季则交替出现；根据郑州市气象史了解，郑州市年平均风速约 3.2m/s，2004 年以前历史纪录最大风速为 24 米秒。2004 年 6 月 24 日最大风速刷新了历史纪录，瞬时最大风速达到了 26 米秒，风力为 10
4、 级。2.2 设计洪水2.2.1 计计算算公公式式根据城市排水工程规划规范GB 50318-2000，雨水量应按下式计算确定：Q=qF q雨强度；径流系数；F汇水面积（m2）表2.2-1 径 流 系 数区 域 情 况径流系数备注建筑稠密的中心区0.600.854建筑稀疏的居住区0.450.60建筑较稀疏的居住区0.200.452.2.2 参参数数选选取取2.2.2.1 径径流流系系数数工程位于城市郊区，建筑较稀疏的居住区，取径流系数 =0.45。2.2.2.2 汇汇水水面面积积330 亩，F=330667=220110m2。2.2.2.3 设设计计雨雨强强表2.2-2 设计频率雨量计算成果表t
5、时间Ht(mm)CvCsKp设计雨量(mm)K10%=1.6876K5%=2.03911 小时450.523.5CvK2%=2.481123.5CvK10%=1.721213.5CvK5%=2.0951476 小时700.553.5CvK2%=2.585181K10%=1.70170K5%=2.0520524 小时1000.533.5CvK2%=2.5152522.2.2.4 设设计计洪洪峰峰 流流量量计计算算为安全计，按照 t=1 小时计算，Ht=45mm。10 年一遇，Q=0.0760.45220110/3600=2.09m3/s；520 年一遇，Q=0.0910.45220110/360
6、0=2.50m3/s；50 年一遇，Q=0.1120.45220110/3600=3.08m3/s。63 工程地质3.1 完成工作量本次地质勘察外业工作自 2011 年 7 月 20 日开始，共投入 HT-100 型钻机车 1 台，本次 勘察实际完成工作量见表 3.1-1。表 3.1-1 勘察完成工作量表 项 目工 作 量项 目工 作 量钻探进尺180 米/9 孔常规实验42 组原状土42 个渗透试验18 组标准贯入试验40 次颗分液塑限40 组扰动土40 个击实试验6 组定孔测高9 孔次3.2 工程地质条件3.2.1 地形地貌工程区位于 郑州市 西南约 6km 的三李村 ，S316 省道西侧
7、郑州市新殡仪馆西，紧邻郑州市新殡仪馆。处于郑州市西南低丘陵沟壑地带，地形 为一冲沟，人工湖 大坝 坐落在天然宽40m50m、长 50m60m冲沟内 。3.2.2 地震根据 建筑抗震设计规范 （GB50011-2010） ，郑州市抗震设防烈度为 7 度，设计基本地震加速度值为0.15g，设计地震分组为第二组。3.2.3 地层岩性根据本次勘探钻孔揭露情况，本区岩性为第四系全新统人工杂填土、7素填土及 第四系 上更新 统粉质黏土、粉土 ，各土层自上而下分述如下。杂填土（）：黄褐色、以 低液限粉土 为主，含 煤屑 、砖瓦碎片、陶片等 生活垃圾 ，含较多植物根系 。场区普遍分布，厚度：0.501.40m
8、，平均 0.79m；层底标高： 231.76234.56m，平均232.69m；层底埋深： 0.501.40m，平均 0.79m。素填土 （）：黄褐色、以 低液限粉土 为主 人工回填冲沟形成。混少量浅褐红色低液限黏土。分布在场区中部，局部缺失，厚度：1.609.40m，平均 6.57m；层底标高： 222.36230.84m，平均225.61m；层底埋深： 3.0010.40m，平均 7.50m。低液限黏 土（ +）：浅褐红色 ，坚硬 硬可塑， 含白色钙质网斑及少量钙质结核，粒径225mm。场区普遍分布，厚度：2.3012.90m，平均 7.44m；层底标高： 219.91221.66m，平均
9、220.88m；层底埋深： 11.7013.40m，平均 12.64m。低液限粉土（ +）：黄褐色 ，稍湿，密实，可见锈斑，含少量钙质结核，粒径530mm。场区普遍分布，厚度：2.603.90m，平均 3.17m；层底标高： 217.16218.36m，平均217.70m；层底埋深： 15.6016.70m，平均 15.81m。低液限黏 土（ +）：褐红色 ，坚硬 硬可塑， 可见黑斑，含少量钙质结核，粒径335mm。该层未穿透，最大揭露厚度14.60m 。各土层的空间分布见勘探点平面布置图及工程地质剖面图。3.2.4 岩土参数的统计、分析和选用岩土性质指标的统计，是按划分土层分别进行，在统计中
10、舍弃了个别薄夹层的指标和异常值；各类指标的统计成果中，按规范要求分别列出了参数的平均值、标准差、变异系数、数据分布范围、数据的数量和标准值。在岩土工程评价或设计计算时，可按不同要求分别选用平均值或标准值。83.2.5 室内试验指标统计场地内各层土物理性质指标统计时，仅对与工程有关的主要地层进行统计，对第 1 层杂填土不进行统计，统计结果见表3.2-1。表 3.2-1 物理力学性质指标统计表物理力学性质指标统计表表2.5.1层号岩 土 名 称含 水 率 w %比重 Gs-重度 kN/m3干 重 度 dkN/m3孔 隙 比 eO -饱 和 度 Sr %液限 wL %塑限 wP %塑性指数 IP -
11、液性指数 IL -剪切试验 qCkPa度压缩试验 天然a1-2MPa-1EsMPa0.0750.005mm=46.253。故土可能11004(1)n发生的渗透变形属于流土。临界水力比降的确定，根据水工设计手册第十五章第九节确定临界水力比降的理论，所以采用流土计算方法确定。下面采用两种公式进行计算。22（1）太沙基公式（5.2-6）)1)(1(nJs c（2）南京水利科学研究所公式（5.2-7）)1)(1(17. 1nJs c式中 土粒容重（当不能直接测定时，一般可采用=2.65g/cm3）;ss水容重，取=1.0g/cm3；n土体孔隙率，以小数计。运用公式()经计算，坝体填土 n=e/(1+e
12、)=0.459/(1+0.0.459)=0.315，临界坡降 Jc=0.46。2 渗流分析a）设计水位设计水位工况下，理正软件得出的浸润线见下图。图图 5.2-35.2-3 设计水位浸润线设计水位浸润线坝基透水，沿渗出坡面的渗流比降公式：，其中 m2为25. 002211J yhm边坡，h0 是水头，计算所得的最大坡降 J=0.060Jc, 下游边坡不会出现渗透破坏。b）校核水位校核水位工况下，理正软件得出的浸润线见下图。23图图 5.2-35.2-3 校核水位浸润线校核水位浸润线计算所得的最大坡降 J=0.069Jc,土体稳定。上述计算结果表明，大坝渗流稳定满足要求。5.2.1.5 土坝边坡
13、 稳定分析（1）依据资料a）坝体土的物理、力学指标根据室内试验及现场标贯试验，结合郑州市西南区域地层经验资料，经综合分析后提供各层土的承载力特征值及各土层 100200KPa 压力段的压缩模量值，并据此对各层土的压缩性做出评价见表 5.2-4。表表 5.2-45.2-4 各层土承力特征值及压缩性评价表各层土承力特征值及压缩性评价表层号fak(KPa)110220230250压缩模量Es(Mpa)6.18.716.010.2压缩性评价中中低中根据经验提供场地土的压实性有关指标如下见表 5.2-5表表 5.2-55.2-5 各土层压实性指标建议值表各土层压实性指标建议值表物理指标层号最优含水量 W
14、opt (%)最大干重度 dmax (g/cm3)压实后的渗透系数 垂直 KV （cm/s）16.51.74110-52417.01.80110-616.51.75110-5说明：其中层为素填土（） ，层为低液限黏土（+） ，层为低液限粉土（+） ，冲沟两侧陡坎上部黄褐色低液限粉土有关指标参照第、低液限粉土有关指标选用。土的压实指标仅为经验数值，实际回填土的有关指标需有试验确定并参照执行。b）坝体断面资料对水库大坝进行稳定安全分析，应选择稳定状态最不利的典型断面进行分析，大坝中部即天然冲沟出口处，冲刷严重又沉降最大，因此选取该处最高断面进行稳定分析。大坝上游边坡为 1：2.0，下游边坡为 1：
15、2.0，坝顶宽3.0m，最大坝高 6.54m。计算选取断面见图 5.2-4，大坝结构计算断面图。5.2-45.2-4 大坝结构计算断面图大坝结构计算断面图（2）计算参数选取由地质勘探及土工实验,得出各种材料的力学指标采用情况见下表。表表 5.2-65.2-6 材料的力学指标材料的力学指标 C C、 值值非饱和固结快剪饱和固结快剪 部位 C(Kpa)(度)C(Kpa)(度)坝体15221117坝基2216.3218坝体各种材料的重度见下表表表 5.2-75.2-7 坝体土料的重度坝体土料的重度部 位重度（g/cm3）饱和重度（g/cm3）坝体16.3718.81坝基18.819.0125（3）坝坡稳定分析a）计算原理及依据根据碾压式土石坝设计规范 （SL2742001） ，对大坝采用瑞典圆弧法和Bishop 法进行抗滑稳定计算。计算方法：采用北京理正软件设计研究院编制的理正岩土系列软件边坡稳定分析程序 。按有效应力圆弧滑裂面法计算大坝边坡稳定，浸润线数据采用大坝渗流稳定分析计算结果，土料强度浸润线以下采用饱和固结快剪平均值，浸润线以上采用原状土不饱和快剪平均值。有效应力圆弧滑裂面法是把空隙压力作为滑裂面上的作用力，以计算坝坡的稳定。其公式为：（5.2-8）
