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1、堤防工程算例中山市水利水电勘测设计咨询有限公司2010年10月目 录1 基本资料11.1 工程概况11.2 设计依据11.3 设计标准22 堤顶高程计算32.1 波浪要素计算32.2 波浪爬高计算52.3 堤顶高程计算63 渗透稳定计算93.1 计算内容93.2 计算工况93.3 计算过程103.4 计算结果分析164 抗滑稳定计算174.1 计算内容174.2 计算工况174.3 计算过程184.4 计算结果分析305 挡墙稳定计算315.1 计算内容315.2 计算工况315.3 计算过程325.4 计算结果分析416 堤基沉降计算421 基本资料1.1 工程概况中珠联围位于广东省中山市的
2、南部，珠海市的西南部，地跨中山、珠海两市，现状总长约34km，分中山段和珠海段两段，其中中山段现状总长11.72km。中珠联围堤围属于海堤工程，北部起于中山市境内的马角山高地，沿磨刀门水道东岸、马骆洲水道北岸及前山河水道西岸，止于珠海境内的石角咀水闸。中山段处于珠海段的上游，位于中山市坦洲镇，珠海段位于珠海市南屏镇及湾仔镇。本项目为中珠联围中山段海堤的达标加固建设，主要建设内容为10.571km海堤加固。1.2 设计依据1.2.1 主要规范、规程（但不限于）1）防洪标准（GB50201-94）；2）水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）；3）广东省防洪(潮)标准和治涝标准(试行
3、)(粤水电总字19954号)；4）中山市水利工程防洪(潮)标准（中水 200355号）；5）堤防工程设计规范（GB50286-98）；6）水工挡土墙设计规范（SL379-2007）；7）广东省海堤工程设计导则（试行）（DB44/T182-2004）；8）水利水电工程土工合成材料应用技术规范（SL/T225-98）；9）西、北江下游及其三角洲网河河道设计洪潮水面线（广东省水利厅，2002）；10）其它有关的规范、规程、标准等。1.2.2 测量资料工程区1/1000地形图及断面图由中山市水利水电勘测设计咨询有限公司于2008年12月完成。图中高程系统采用珠江基面高程，坐标系统采用中山市统一坐标系。
4、1.2.3 地质资料设计所选用的各种参数取值均来自本院地勘队于2008年12月对本工程进行的地质勘察。详见中珠联围中山段海堤达标加固工程岩土工程勘察报告。计算断面所采用的设计参数见计算书相应章节。1.2.4 其它资料1）本工程的设计招标文件及合同书。2）与业主及上级主管部门的沟通意见。3）其它与本工程有关的资料。1.3 设计标准依据防洪标准（GB50201-94）、广东省防洪(潮)标准和治涝标准（试行）（粤水电总字19954号）、中山市水利工程防洪(潮)标准（中水200355号），及广东省人民政府办公厅文件转发国务院办公厅转发水利部关于加强珠江流域近期防洪建设若干意见的通知（粤府办200295
5、号），确定中珠联围为1级海堤，防洪（潮）标准为100年一遇。本工程区地震基本烈度为7度，抗震设防烈度为7度。2 堤顶高程计算2.1 波浪要素计算1）设计风速设计风速采用标准风速值，其重现期采用与设计高潮位相同的重现期。风向采用与堤线垂直的设计主风向。根据水文章节计算结果，工程区重现期为100年时不同风向的设计风速计算结果见表2-1或参照广东省海堤工程设计导则（试行）（DB44/T182-2004）（以下简称海堤设计导则）附录E选用。注意海堤设计风速与河湖堤防设计风速有所区别。表2-1 工程区100年一遇各方向设计风速成果表风向N-NNENE-ENEE-ESESE-SSES-SSWSW-WSWW
6、-WNWNW-NNW风速(m/s)39.642.347.440.636.538.038.744.02）风区长度和水域平均水深先选取典型的河道计算横断面，风区长度按设计主风向采用由计算点逆风向量到对岸的距离，依据计算断面的河道水下地形剖面图，计算P=1%设计洪（潮）水位时的风区长度和风区水域平均水深。计算成果见表2-2。表2-2 风区长度及水深计算表序号断面桩号风区长度水域平均水深备 注mm111+31537007.86磨刀门水道3）平均波高和平均波周期平均波高和平均波周期等风浪要素可按规范推荐的“莆田海堤试验站公式”计算确定，公式如下：式中：平均波高（m）； V设计风速（m/s）； F风区长度
7、（m）； d风区水域的平均水深（m）； 平均波周期（s）； g重力加速度（9.81m/s2）。4）波长不规则波对应平均波周期的波长可按下式计算：式中：L波长（m）； d风区水域平均水深（m）。5）不同累积频率波高HP不规则波的不同累积频率波高HP与平均波高的换算关系可按海堤设计导则表6.1.5确定或由下式计算确定：式中：累积频率为P的波高，m； 考虑水深因子的系数，其值为； P累积频率。2.2 波浪爬高计算波浪爬高计算应采用不规则波要素为计算条件，并以海堤堤前的波浪要素作为计算波浪要素。1）堤前水深d前堤前水深d前是指海堤堤脚前的水深：d前=hP-h滩式中：hP设计频率P的高潮位值，m； h滩
8、堤脚前海床高程，m。2）设计波浪爬高RP海堤设计导则附录J列出了计算波浪爬高几种组合型式。（1）单一坡度斜坡式m=15（分：规则波，不规则波）；（2）单一坡度陡坡式0m1；（3）带平台的复式斜坡堤，先确定折算坡度系数，再按单坡断面计算，适用于m上=14、m下=1.53，且dw/L-0.025+0.025、0.05B/L0.25条件（分：上下坡一致，上陡、下缓，上缓、下陡），如有夹角，乘以修正系数；（4）无平台的折坡式断面（下部斜坡、上部陡墙）和带有防浪墙的单坡断面，用假想坡度法近似计算；（5）带防浪墙的单坡式断面，可按上述（1）、（2）或（4）计算；（6）堤前有压载（镇压平台）时波浪爬高，先按
9、上述（1）（5）种方法分别计算无压载时的爬高，再将所计算的波浪爬高值乘以压载系数Ky，压载系数Ky根据、查附录J表J.0.8-1；（7）其他如堤前设潜堤、防浪林、加糙插砌条石护面等型式。本工程11+315断面为堤前有压载平台型式，先按（2）单坡结构计算，再用（6）压载系数进行折算。海堤为单坡结构型式，且当临水坡坡比0m1时，波浪的爬高RP按广东省海堤工程设计导则（试行）（DB/T182-2004）附录J.0.5进行计算。计算公式：式中：RP累积频率为P的波浪爬高值，根据规范，海堤按不允许越浪时取P=2%，按允许越浪时P=13%；与护面结构型式有关的糙渗系数，可根据不同的护面类型，按附录J表J.
10、0.1确定；与风速v及堤前水深d前有关的经验系数，根据，按附录J表J.0.5-1确定；R0不透水光滑墙上相对爬高，按附录J图J.0.5确定；H1%累积频率为1%的波高值，根据，从堤防工程设计规范附录C表C.1.3-1查得；KP爬高累积频率换算系数，按附录J表J.0.5-2确定，不允许越浪时P=2%，允许部分越浪时P=13%。对选取的典型断面（桩号11+315）进行计算。计算过程见表2-3。经计算，该断面处，按不允许越浪计算的波浪爬高值为2.71m；按允许越浪计算的波浪爬高值为2.22m。2.3 堤顶高程计算依据海堤设计导则，堤顶高程按以下公式计算：表2-3 中珠联围典型断面波浪爬高计算表式中：
11、 ZP设计频率的堤顶高程，m； 设计频率的洪（潮）水位，m；按设计波浪计算的累积频率为P的波浪爬高值；海堤按不允许越浪设计时取P=2%；按允许部分越浪时取P=13%； 安全加高，按1级堤防允许越浪时取0.50m；按1级堤防不允许越浪时取1.0m。根据水文资料（或按海堤设计导则附录B取用），中珠联围中山段设计频率P=1%的洪（潮）水位为2.52m2.46m（珠基高程，下同）。典型断面11+315的计算的堤顶高程（指防浪墙顶高程）为：不允许越浪时6.23m；允许部分越浪时5.24m。通过选取多个典型断面进行计算，并结合本工程实际进行分析，则中珠联围中山段堤围按照不允许越浪计算的设计堤顶高程（防浪墙
12、顶高程）取值6.50m，设计堤面高程5.50m；按照允许越浪计算的设计堤顶高程（防浪墙顶高程）取值为5.50m，设计堤面高程4.50m。本工程11+315计算断面按允许部分越浪考虑并设防浪墙，防浪墙顶高程取5.50m，设计堤面高程4.50m。说明：当海堤堤顶临海侧设有防浪墙且防浪墙稳定、坚固时，堤顶高程可算至防浪墙顶面，设计堤面高程应符合海堤设计导则11.3.1和11.3.3规定。对于允许部分越浪的海堤，应进行越浪量计算（附录K），规范规定的允许越浪量见海堤设计导则表8.1.2。本算例不详细介绍。3 渗透稳定计算3.1计算内容1）核算在设计高潮（洪水）持续时间内浸润线的位置，当在背海侧堤坡逸出
13、时，应计算出逸点的位置、逸出段与背海侧堤基表面的出逸坡降；2）当堤身或堤基土渗透系数K10-3cm/s时，应计算渗漏量；3）计算洪水或潮水水位降落时临水侧堤身内的自由水位。3.2计算工况海堤设计导则列出三种水位组合，即临海侧为设计潮位或台风期大潮平均高潮位，背海侧为相应水位、低水位或无水；以大潮平均高潮位计算渗流浸润线；以平均潮位计算渗流量。本工程根据实际情况，采用以下两种不利水位组合。1）工况1：设计洪（潮）水位期（发生稳定渗流）水位组合：临水侧为设计洪（潮）水位2.46m，背水侧水位0.50m（按无水考虑，与地面高程齐平）；2）工况2：设计高潮水位降落期（发生不稳定渗流）水位组合：临水侧从
14、设计高潮水位2.46m降至0.00m，背水侧水位0.5m（按无水考虑，与地面高程齐平）。对临水侧堤坡稳定最不利的情况。3.3计算过程3.3.1 地质参数采用所选计算断面的地质资料，各土层相关参数见表3-1所列。表3-1 渗透破坏形式和允许水力比降地质建议值序号堤基土质类别渗透破坏形式建议允许水力比降垂直渗透系数（cm/s）1填筑土流 土0.455.5810-62粉质粘土流 土0.505.3210-63淤泥质土流 土0.306.6310-73.3.2 计算模型本工程整治堤段总长10.57km，本次选取典型断面（10+300处横断面）进行计算。（图中高程为珠基高程）计算方法可参考堤防工程设计规范（GB50286-98）附录E进行，公式从略。计算简图如下：为简化计算，计算模型采用梯形断面，临水坡为1:2，背水坡为1:3。堤前滩涂面高程为0.00m。设计堤防为均质土堤，堤基土层为粉质粘土，地基中粉质粘土以下为淤泥质土，淤泥质土的渗透系数更小，计算模型可按透水堤基进行计算，透水层的相对深度算至粉质粘土层底。
