河道围堰设计验算与论证

河道围堰设计验算与论证一、河道围堰稳定性验算本计算书采用瑞典条分法进行分析计算因为围堰顶标高4.5m，故以今年汛期最高水位4m的最不利情况，还假定滑动面为圆柱面及滑动土体为不变形刚体，还假定不考虑土条两侧上面的作用力。（1）参数信息条分方法：瑞典条分法；围堰背水面水位标高：-1～2m围堰迎水面水位标高：3m围堰顶标高：4.5m（2）荷载参数：由于围堰上无恒载，故不考虑外部荷载。（3）土层参数：根据《桥梁施工常用数据手册》，P846砂土和粘土的物理性质指标：1）浸水容γb=γ-γw=17.7-9.8=7.9kN/m3；原状土容重γ：1.81*9.8=17.7(kN/m3)；2）浸润线以下内摩擦系数：fb=0.75*tgφ=0.40，砂土内摩擦角为φ=28°；3）浸润线以下粘聚力Cb=0.5*C=0.5*2=1kPa；（4）计算原理:根据土坡极限平衡稳定进行计算。自然界匀质土坡失去稳定，滑动面呈曲面，通常滑动面接近圆弧，可将滑裂面近似成圆弧计算。将土坡的土体沿竖直方向分成若干个土条，从土条中任意取出第i条，不考虑其侧面上的作用力时，该土条上存在着：将抗剪强度引起的极限抗滑力矩和滑动力矩的比值作为安全系数，考虑安全储备的大小，根据《水利水电工程施工组织设计规范》中第2.2.27条规定：当土石围堰为Ⅳ～Ⅴ级时，边坡稳定安全系数K≥1.05，安全系数要满足≥1.05的要求。按比例绘出土坡的剖面图。根据4.5H法及36°辅助线发，确定最危险滑动面圆心的位置。当边坡为1：1时，边坡倾角为45°，β1=28，β2=37。如图所示：汛期水位常水位将移动土体划分成竖直土条。把滑动土体划分成8个土条，从坡脚开始编号，土条参数计算见表:土条编号土条宽度土条面积土条重力XiRSinαicosαiWisinαiWicosαitgφWicosαimm2KNmmXi/RKNKNKN一浸润线上510.407.082.546.710.001.000.007.084.00610.5810.273.546.710.380.934.009.505.00710.6311.154.546.710.530.856.009.475.00810.457.975.546.710.680.745.005.863.0015.0017.00二浸润线下110.634.98-1.466.71-0.220.98-1.004.863.00211.7713.98-0.466.71-0.071.00-1.0013.957.00312.7721.880.546.710.081.002.0021.8112.00413.6128.521.546.710.230.977.0027.7615.00513.7629.702.546.710.380.9311.0027.4915.00613.2025.283.546.710.530.8513.0021.4711.00712.3818.804.546.710.680.7413.0013.847.00811.138.935.546.710.830.567.005.033.0051.0073.0066.0090.00滑裂面（圆弧）长度：∑Ib=81°*3.14*6.7065/180°=9.476m；水动力计算D：水的重力γw=9.8KN/m2浸润线坡度I：渗流的平均水力比降，计算时可近似地假定浸润线为一条高于正常水位0.5米的直线，其坡度即为渗流的平均水力比降，在无试验资料时I值可参考公路路基设计手册194页表2-1-1。取I=0.05。A：滑动土体在浸润线以下部分的面积；可通过CAD制图求得D=γwIA=9.8*0.05*19.24=9.4276KN稳定系数(将抗剪强度引起的极限抗滑力矩和滑动力矩的比值作为安全系数)：K=（tgφ∑Wicosαi+Cblb）/（∑Wisinαi+D）=(90+1*9.476)/(66+9.4276)=1.319≥1.05，所以最高水位4米时，边坡是稳定的。二、河道围堰抗冲刷能力设计为了保证汛期洪水河道围堰的稳定性，增强围堰的抗冲刷能力，河道围堰的迎水面和背水面分别增加麻袋围堰；并且在榆溪河与刘千河汇水处增加铁丝石笼，减少汇水处的冲刷。三、河道围堰土体与河床的锚固力设计为了增加河道围堰土体与河床的锚固力，在河道围堰的迎水面增设两排柳木桩，纵向间距0.5米，横向间距1米，两排木桩前后错开。三、河道围堰抗渗设计围堰施工中，边坡的内、外出现水位差，在挡水土堤内形成渗流场，浸润线在下游坡面逸出，这时，在浸润线以下，下游坡内的土体除了受到重力作用外，还受到由于水的渗流而产生的渗透力作用，因而使下游边坡的稳定性降低。为了提高河道围堰的抗渗能力，在迎水面和背水面的土体与麻袋中间分别敷设抗渗土工布。榆林市长盛集团路桥工程建设有限公司2016年3月31日