淤平衡段。
5.4 河堤设计 5.4.1设计洪水位计算
根据防洪标准为十年一遇设计洪水及确定的个河段稳定河宽,采用《水力计算手册》P497式断面河道水面线逐段计算法。
采用公式:Z2+a2v22/2g=Z1+a1v12/2g+hf+ hj 式中:Z1,Z2-----为上断面和下断面水位高程
v1,v2-----为上、下游断面平均流速 a1,a2-----为动能改正系数,取1.0 hf,hj-----为该流段沿程和局部水头损失。
以确定的河堤断面为控制断面,采用各段设计流量、河宽值,假定一系列的Z1值,从中求得满足该公式的Z1值,此值为所求的上(下)断面控制水位,然后逐次求下(上)断面水位高程,并且通过用下游河道控制断面来复核,计算结果见下表:
水面曲线计算成果表表
流域名称 桩号 左岸 0+040 各峪水沟 0+100 深泓线 设计洪水位高程(m) 1677.42 1657.11 1657.08 1641.50 2184.06 2151.91 2161.60 2124.42 0.99 4.5 3.91 1.01 4.5 3.97 0.98 4.5 3.97 0.99 4.5 3.94 6.48 6.52 6.16 6.48 0.60 20.05 0.61 20.14 0.64 19.31 0.61 20.00 0.3389 0.3389 0.3389 0.3389 0.1608 0.1608 0.2323 0.2323 0.046 0.046 0.048 0.046 35.4 36.3 35.8 35.7 H B A χ R C J n Q 右岸 高程(m) 1676.43 1656.10 0+000 1656.10 0+046 1640.51 0+020 2182.68 0+220 2150.52 尕布沟 阿亚沟 1.38 14 19.32 16.96 1.14 17.70 1.39 14 19.46 16.78 1.16 17.56 1.39 2.5 3.48 1.38 2.5 3.45 5.28 5.26 0.66 37.31 0.66 37.28 0.058 146.4 0.058 147.6 0.025 0.025 50.7 50.2 0+040 0+200 2160.21 2123.04 - 26 -
5.4.2设计堤顶高程 堤顶超高:Y=R+e+A 式中R—设计波浪爬高(m); e—设计风壅水面高度(m) A——安全加高(取0.5m);
e=(3.6?10?6W2D/2gH)cos?,其值很小忽略不计; R=K?K?KpR0H;
K?—斜坡的糙率及渗透系数,取0.80;
K?—经验系数,取1;
,取2.07; Kp—累积频率为p的波浪爬高(m)
R0—无风情况下光滑不透水护面(K?=1)、H=1m时的爬高值(m)取2.5。
而平均波高H的计算根据《堤防工程设计规范》(GB50286-2013)风浪要素公式(C.1.2-1、 C.1.2-2、 C.1.2-3)三式解方程而得,式中:
V设—设计风速,按最大风速的1.5倍,取1.5V=18m/s; F—吹程,按规划河宽计(km) ,取值见波浪爬高计算表 d —水域的平均水深,取值见波浪爬高计算表 波浪爬高计算成果见下表:
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护岸波浪爬高计算
流域名称 各峪水沟 尕布沟 阿亚沟 K△ 0.8 0.8 0.8 K 1 1 1 Kp 2.07 2.07 2.07 Ro 1.45 1.45 1.45 H 0.024 0.040 0.019 R 0.06 0.10 0.04 堤顶超高值Y=0.5+0.1=0.6m
因此堤顶高程确定值:河堤堤顶高程=设计洪水位+0.6(超高值)。 堤顶高程设计成果见下表:
堤顶高程计算表
桩号 流域 名称 左岸 0+040 各峪水沟 尕布沟 阿亚沟 0+100 右岸 深泓线高程(m) 设计洪水位高程(m) 堤顶超高(m) 计算堤高(m) 计算堤顶高程(m) 设计堤身高度(m) 设计堤顶高程(m) 设计纵坡 1676.43 1677.42 0.6 1.59 1678.02 1.60 1678.02 1656.10 1657.11 0.6 1.61 1657.71 1.60 1657.69 0.3389 0+000 1656.10 1657.08 0.6 1.58 1657.68 1.60 1657.69 0+046 1640.51 1641.50 0.6 1.59 1642.10 1.60 1642.10 0.3389 0+020 2182.68 2184.06 0.6 1.98 2184.66 2.00 2184.66 0+220 2150.52 2151.91 0.6 1.99 2152.51 2.00 2152.52 0.1607 0+040 0+200 2160.21 2161.60 0.6 1.99 2162.20 2.00 2162.20 2123.04 2124.42 0.6 1.98 2125.02 2.00 2101.78 0.2627
表中设计堤顶高程为调坡后的高程。 5.4.3冲刷深度计算
冲刷度的计算采用《堤防工程设计规范》P74D.2.2-1和D.2.2-2式计算堤防局部冲刷深度。
??U????hs=H0??cp??1??Uc?????n
Ucp=U
2? 1??- 28 -
式中:hs— 为局部冲刷深度(m);
H0— 冲刷处的水深(m); Ucp — 近岸垂线平均流速(m/s)
n — 系数、与防护岸坡在平面上的形状有关,一般取n=1/4; ε — 水流流速不均匀系数。
Uc=1.08gd50?s????H0??? d?50?17U—行进流速 (m/s); Uc—泥沙启动流速 (m/s); d50—床沙的中值粒径 (m); γs、γ—泥沙与水的容重 (KN/m3); g—重力加速度 (m/s2)。
将各控制断面的流速及最大水深代入上式计算结果见表5.4。 计算结果见下表:
冲刷深度计算表
流域名称 局部冲左岸 右岸 刷水深hs(m) 0+040 各峪水沟 0+100 桩号 0+000 0+046 0+020 0+220 0.59 0.60 0.58 0.59 0.69 0.70 冲刷处水深H0(m) 0.99 1.01 0.98 0.99 1.38 1.39 近岸垂线平均流速Ucp(m/s) 10.07 10.16 10.03 10.08 8.42 8.43 行进流速U(m/s) 9.06 9.14 9.02 9.08 7.58 7.58 泥沙起动流速Uc(m/s) 1.43 1.44 1.43 1.43 1.50 1.50 流速不均匀系数ε 1.25 1.25 1.25 1.25 1.25 1.25 岸坡形状系数(取1/4)n 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 5.4.4基础深度确定
基础深度应由冲刷深度决定。本次工程设计结合当地已建河堤基础埋置深度及近年来该河段现有河床下切造成河堤基础出露情况,以及河流形状等
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