堤防工程

第五章堤防工程p概述p堤防工程规划设计p堤防工程施工与管理p堤防工程除险加固---自学1、概述p堤防的定义Ø堤防是沿河流、湖泊、海洋的岸边或蓄滞洪区、水库库区的周边修筑的挡水建筑物p堤防的种类及作用Ø堤防按其所在位置不同，可分为河堤、湖堤、海堤、围堤和水库堤防工种。因彼此工作条件不尽相同，故其设计要求略有差别ü河堤位于河道两岸，用于保护两岸田园和城镇不受洪水侵犯。因河水涨落较快，高水位持续历时一般不长，其承受高水位压力的时间不长，堤内浸润线往往难以发展到最高洪水位的位置，故断面尺寸相对较小1、概述p堤防的分类及作用Ø河堤按其所在位置和重要性，又有干堤、支堤和民堤之分ü干堤修建在大江大河的两岸，标准较高，保护重要城镇、大型企业和大范围地区，由国家或地方专设机构管理ü支堤沿支流两岸修建，防洪标准一般低于同流域的干堤。但有的堤段因保护对象重要，设计标准接近甚至高于一般干堤，如汉江下游遥堤和武汉市区堤防，黄河支流渭河、沁河等堤防。重要支流堤防一般由流域部门负责修防，一般支堤则由地方修建、管理ü民堤又称民埝，民修民守，保护范围小，抗洪能力低，如黄河滩的生产堤，长江中下游洲滩民垸的围堤等1、概述p堤防的分类及作用Ø黄河上的特殊分类名称：遥堤、缕堤、格堤、越堤和月堤ü遥堤：遥堤即干堤，距河较远，堤高身厚，用以防御一定标准的大洪水，是防洪的最后一道防线ü缕堤：缕堤又称民埝，距河较近，堤身低薄，保护范围较小；多用于保护滩地生产，遇大洪水时允许漫溢溃决ü格堤：格堤为横向堤防，连接遥堤和缕堤，形成格状。缕堤一旦溃决，水遇格堤即止，受淹范围限于一格，同时防止形成顺堤串沟，危及遥堤安全ü越堤和月堤：越堤和月堤皆依缕堤修筑，成月牙形，其作用之差异是：当河身变动远离堤防时，为争取耕地修筑越堤；当河岸崩退逼近缕堤时，则筑建月堤退守新线1、概述p堤防工程防洪标准及其级别Ø堤防工程的防洪标准，又称堤防工程设计洪水标准。在堤防工程规划设计时，可按现行国家GB50201－94《防洪标准》，取防护区内要求较高的防护对象的防洪标准Ø堤防工程的级别，与其防洪标准有关，应符合我国现行GB50286－98《堤防工程设计规范》的规定防洪标准P/重现期（年）P≥10050≤P10030≤P5020≤P3010≤P20堤防级别12345µ《防洪标准》GB50201-94中规定城市应根据其社会经济地位的重要性或非农业人口的数量分为四个等级复习µ《防洪标准》GB50201-94中规定以乡村为主的防护区(简称乡村防护区)，应根据其人口或耕地面积分为四个等级复习1、概述p堤防工程防洪标准及其级别Ø在堤防工程设计中，设计洪水标准主要有两种方法确定ü一是以洪水的频率或重现期为设计标准。±通过代表站的洪水频率计算，定出某一频率的洪峰流量±据以推水面线，得出沿程的设计洪水位±如永定新河工程按50年一遇洪水开挖，堤距则按百年一遇洪水设计；长江荆江河段正在努力按百年一遇的洪峰流量87000m3/s（枝城）的防洪标准建设ü二是采用实际出现的某年洪水为设计标准。如目前黄河下游堤防的设计洪水标准是防御1958年型洪水；长江中下游堤防的防御标准是1954年型洪水2、堤防工程规划设计p堤防工程规划设计的主要内容Ø堤防规划Ø堤线布置Ø堤距和堤顶高程确定Ø堤身断面设计Ø渗透稳定计算和渗流控制措施设计Ø堤坡稳定分析2、堤防工程规划设计p堤防规划原则（1）堤防规划应纳入流域水资源综合利用规划中，并与其他工程防洪措施如水库、分蓄洪工程等协同配合，以达到最有效、最经济地控制洪水的目的。城市堤防规划，应考虑城市总体规划与布局，有的堤段还应结合考虑交通、环保、城市景观和市民娱乐、亲水休闲等。（2）堤防的上下游、左右岸、各地区、各部门必须统筹兼顾。根据河流、河段及其防护对象的不同，选定不同的防洪标准和不同的堤型、堤身断面。当所选防洪标准和堤型、堤身断面暂时难以达到时，可分期分段实现。（3）保证主要江河的堤防不发生改道性决口，并确保对国民经济关系重大的堤段不决口。（4）规划中应考虑当堤防遭遇超标准大洪水袭击时的对策措施。2、堤防工程规划设计p堤线布置原则（1）堤线走向应大致与洪水流向平行，并且照顾中水河槽岸线走向。堤线随中水河岸线的弯曲而弯曲，但应避免急弯或局部突出。两岸堤线应尽量平行，不可突然收缩与扩大。（2）堤外应留一定范围的外滩。一则以预防河道演变或因堤身自重引起河岸坍塌而危及堤防安全，二是便于营造防浪林和修堤取土之用。对于蜿蜒性河段，堤线位置应选在蜿蜒带以外。（3）堤线宜选经高阜地形，以减小堤身高度和节省工程量。尽量避开湖塘沟壑、软弱地基和透水性较强的沙质地带，否则应对堤基进行专门处理。（4）堤线选择要尽量照顾两岸城镇规划、工农业生产布局和群众利益。在不影响泄洪安全前提下，尽量少占耕地，少迁民房，避开重要设施和文物遗址，注意与已建水工建筑物、交通路桥、港口码头的妥善衔接。在跨越支流、沟道时，应考虑干流的洪水倒灌及干支流洪水的遭遇问题（5）在越建或退建堤防时，越建堤防不能使过流断面显著减小，妨碍水流畅泄。退建堤防切忌形成袋状，造成水流入袖之势，引发新的险情2、堤防工程规划设计p堤距和设计洪水位确定的一般方法方法一：在确定堤防的设计标准以后，即确定了设计洪水流量，采用水力学方法来确定堤距及设计洪水位，或者在已知的堤距前提下，确定设计洪水位对于某一断面，在设计流量下，先选定一个堤距B，再假设一个洪水位，将主槽和两侧滩地划分为三部分，并假定滩槽水面比降相同，然后按下式计算流量35/31/211iiiiiQQBhJn-==ååManning公式式中：Q为设计流量，m3/s；J为水面比降；ni为糙率；Bi为宽度，m；hi为平均水深，m；脚标i=1、2、3，代表主槽和两侧滩地。滩槽各部分糙率ni河道实际情况定出比降J2、堤防工程规划设计p堤距和设计洪水位的确定Ø选取不同的堤距B，按上述方法，便可求得相应的一组洪水位，从而可建立该断面设计洪峰流量下的堤距与洪水位的关系Ø类似地，可以得到设计洪峰流量下的其他断面的堤距与洪水位的关系。最后，按照堤线选择原则，并从当地的实际情况出发，考虑上下游、左右岸的要求，选定各计算断面的堤距，作为推算水面线的初步依据Ø堤距与洪水位确定之后，还须对堤防临水坡及外滩进行冲刷校核。设滩地流速（i＝2，3），当Ui小于冲刷流速U0（对于堤坡，取斜坡起动流速）时，堤防安全；否则应采取防护措施或重新确定堤距/iiiiUQBh=2、堤防工程规划设计p堤距和设计洪水位的确定Ø上述计算结果只是参考，实际上堤距的最终确定，还需综合考虑工程的投资、效益及其他因素Ø黄河下游大堤堤距达15～23km，远远超出计算所需堤距，这是因为考虑到洪水河槽除容泄洪水外，还有滞洪滞沙、淤沙作用Ø长江下荆江的堤距，也远大于其计算堤距，除考虑特大洪水行洪滞洪需要外，还考虑到堤防应建在河段的蜿蜒带以外2、堤防工程规划设计p堤距和设计洪水位的确定方法二：已知堤距以及控制站的设计洪水位时，利用拟确定设计洪水位的断面距离控制站的距离内插求出设计洪水位，是常用方法Ø采用枝城通过80000m3/s流量（约相当于40年一遇）作为设计防洪标准，以此按沙市水位45.0m，城陵矶水位34.4m，武汉水位29.73m，黄石27.50m，九江23.35m，湖口22.50m（冻吴基面）长江干流堤防间距确定，首先确定控制站设计洪水位，然后线形内插方法给出其间其他断面设计洪水位2、堤防工程规划设计p堤顶高程的确定Ø从安全考虑，堤顶高程Z应按设计洪水位Y加堤顶超高△确定，即Z=Y+△其中ØR为波浪爬高，m，按实测资料确定。无实测资料时，可按GB50286—98《堤防工程设计规范》中的公式计算Øe为风壅增水高度，m。可按GB50286—98的公式计算RedD=++δ为安全加高，m，按下表选定堤防工程的级别12345安全加高值（m）1.00.80.70.60.50.50.40.40.30.32、堤防工程规划设计p堤顶高程的确定Ø关于堤顶超高Δ的数值，原则上应按规范公式计算得出。但规范也同时要求，1级、2级堤防的值一般不应小于2.0m。黄河下游艾山以上干堤超高为2.5～3.0m；长江中下游干流1级堤防为2m，2级、3级堤防为1.5m，其他堤防为1.0mØ在堤防运行过程中，还应该根据河床演变特点及可持续发展要求，合理地修改防洪设计水位，加高加固堤防ü例如长江中下游干流堤防，原设计水位按1954年实际洪水位控制，即采用沙市45.00m，城陵矶34.40m，汉口29.73m，湖口22.50m。对于城陵矶河段，鉴于1996年、1998年的最高洪水位分别高出设计洪水位0.61m和1.40m的实际情况，为不影响武汉市及荆江防洪安全，近期规划考虑尽快在城陵矶附近先行建设能及时妥善容纳100亿m3超额洪水的分蓄洪区，同时将堤顶高程增加约0.5m2、堤防工程规划设计p堤身断面设计Ø对于土质堤防，堤身断面一般呈梯形，断面设计主要是确定其顶宽和内外边坡Ø先据经验或参照已建堤防拟定堤顶宽度和边坡，再对重点堤段进行渗流计算和稳定校核，以满足相应等级水工建筑物的安全系数要求为原则。否则，应修改边坡或加筑戗台重新计算，使断面尺度达到安全系数要求Ø堤顶宽度的确定，应考虑洪水渗径、交通运输及防汛物料堆放的方便ü汛期水位较高，若堤面较窄，渗径短，渗透流速大，渗透水流易从背水坡逸出，造成险情ü规范要求：1级堤防的堤顶宽度不宜小于8m；2级堤防不宜小于6m；3级及以下堤防不宜小于3mü长江荆江大堤、南线大堤、无为大堤、汉江遥堤及武汉、南京等沿江重要城市堤防的堤顶面宽为8～12m；黄河下游两岸临黄大堤，新中国成立以来经过三次大复堤，顶宽已达到7～12m2、堤防工程规划设计p堤身断面设计Ø边坡设计重点考虑的是边坡的稳定。影响边坡稳定的因素主要有筑堤土质、洪水涨落频度及其持续时间、流速和风浪等ü国内外土质堤防的坡度，一般为1：2.5～1：3.0，且临水坡较背水坡为陡；我国堤防工程设计规范要求：1级、2级土堤的堤坡不宜陡于1：3ü若使用壤土或砂壤土筑堤，洪水持续时间不太长，堤高小于5m时，内、外边坡可采用1：2.5～1：3.0；堤高超过6m的堤防，为增加其稳定性和利于排渗，背水坡应加设戗台或压浸台，其宽度一般不小于1.5m；或将背水坡设计成变坡形式ü荆江大堤加固后外坡1：3.0，内坡1：4.0；黄河大堤外坡1：2.5～1：3.0，内坡1：3.0～1：3.5；汉江遥堤外坡1∶3.0，内坡上部3m范围内，边坡1：3.0，3m以下为1：5.02、堤防工程规划设计p堤身断面设计Ø堤坡防护ü对于一般河堤，除在堤坡种植草皮和在外滩种植防浪林外，坡面可不作专门防护ü对于1级、2级土堤，背水坡可采用水泥土或草皮护坡；临水坡特别是险工段坡面，应考虑流速、风浪等因素，采用砌石、混凝土或混凝土预制块护坡，并在其下部铺设反滤垫层和在坡面布设排水孔与集水沟ü特别重要的堤段，为了增强抗洪能力，可修筑土石结构堤防，或在临水侧修筑重力式混凝土或钢筋混凝土防洪墙2、堤防工程规划设计p渗流及渗透稳定计算Ø渗流及渗透稳定计算的涵义ü平原地区的河湖堤防多为均质土堤，堤基表层一般为透水性较弱、较薄且厚度不均的粘性土覆盖层，其下为透水性较强的砂层、砂砾石层。汛期堤外水位较高或堤防着水时间较长时，水流渗入堤身或堤基透水层，在一定条件下，渗水会从背水面堤坡或堤脚附近地面逸出，严重时将发生散浸或翻砂鼓水险情，威胁堤防安全ü所谓渗透稳定，是指堤防在渗流作用下发生渗透变形而不致影响堤防的安全要求ü因此，堤防设计必须进行渗流与渗透稳定计算，并采取有效的渗流控制措施。散浸：在汛期高水位下，堤坝背水坡及坡脚附近出现土壤潮湿或发软并有水渗出的现象。2、堤防工程规划设计p渗流及渗透稳定计算Ø渗流计算ü堤防渗流计算的任务是，确定堤身浸润线的位置、渗流场内的水头、压力、坡降和渗流量等水力要素。ü堤防的挡水季节一般不长，挡水期间不一定能形成稳定渗流的浸润线。因此，堤防渗流计算可根据实际情况考虑按不稳定渗流或稳定渗流计算。对于重要堤防或重要堤段，从偏安全方面考虑，应按稳定渗流计算