中小河流堤防工程設(shè)計(jì)工作總結(jié)

中小河流堤防工程設(shè)計(jì)工作總結(jié)人類早期的文明都是農(nóng)業(yè)文明，人類文明的發(fā)展和河道息息相關(guān)。人類生活，農(nóng)耕生產(chǎn)用水都離不開水，四大古文明都發(fā)源于河谷平原地區(qū)，依河而居，依河而建。堤防工程是人類活動(dòng)最早修建的水利工程，河谷灘地、平原土壤肥沃，灌溉便利，是人們理想的耕種場(chǎng)所，但易受洪水威脅，為了抵御洪水，保衛(wèi)家園，人們便開始筑堤，將洪水限制在河道內(nèi)，形成了早期的堤防工程。根據(jù)河段的劃分，中小河流一般為河流水系的河源段或上游段，多屬于山區(qū)河流，河床縱坡陡，河槽成“V”型，岸坡陡，主流歸一，灘槽不明顯，多存在沖刷，偶有的灘地多已被開墾為耕地，村莊沿兩岸階地分布，洪水多由瞬時(shí)暴雨產(chǎn)生，具有洪峰流量大，歷時(shí)短，破壞性大的特征。工程設(shè)計(jì)如同做鞋子，鞋子做的大還是小都可以穿著走路，但合不合腳很重要。設(shè)計(jì)一個(gè)好的堤防工程根本前提就是對(duì)河道特性的把握和洪水的了解，在充分了解河道沖淤演化分析的基礎(chǔ)上做到因地制宜，因勢(shì)利導(dǎo)，讓堤防和洪水“和諧共處”。目前堤防工程設(shè)計(jì)適用的規(guī)范為《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286-2013)，本人通過隴南地區(qū)甘泉河堤防工程的設(shè)計(jì)，依據(jù)此規(guī)范，以技術(shù)人員的角度在此和大家交流一下此類中小河流堤防工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及心得，總結(jié)了一下設(shè)計(jì)工作中重要內(nèi)容和易犯錯(cuò)誤，如存在技術(shù)上的錯(cuò)誤和不嚴(yán)謹(jǐn)，歡迎批評(píng)指正。一、現(xiàn)場(chǎng)踏勘現(xiàn)場(chǎng)踏勘是每個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)前期最基本最重要的工作，它是設(shè)計(jì)人員對(duì)工程區(qū)河道現(xiàn)狀和周邊環(huán)境最直觀的掌握；是工程設(shè)計(jì)前獲得的第一手基礎(chǔ)資料；是關(guān)乎工程設(shè)計(jì)能否貼合實(shí)際的關(guān)鍵因素。通過現(xiàn)場(chǎng)觀察，根據(jù)河道洪水留下的痕跡對(duì)河道洪水特性有一個(gè)直觀的了解，通過對(duì)河道沖刷情況的觀察能夠?qū)觿?shì)有一個(gè)準(zhǔn)確的把握，清楚的了解以上內(nèi)容，才能做到胸有成竹，符合實(shí)際，避免憑空設(shè)想，閉門造車，胡亂編造。很多設(shè)計(jì)人員在踏勘現(xiàn)場(chǎng)時(shí)腦中一片空白，不知道該看什么，該記什么，下面就我的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了以下踏勘現(xiàn)場(chǎng)需掌握的內(nèi)容：⑴調(diào)查清楚工程所在河道水系名稱及結(jié)構(gòu)分支；⑵調(diào)查清楚工程區(qū)防護(hù)對(duì)象行政區(qū)域劃分，道路分布及交通條件，村社名稱，學(xué)校、醫(yī)院、工廠等人口密集公益單位，防護(hù)對(duì)象規(guī)模（人口戶數(shù)、人口數(shù)量、耕地面積），明確防護(hù)對(duì)象與河道的關(guān)系；⑶查看河道現(xiàn)狀，拍攝詳細(xì)影像資料，包括河道兩岸邊坡岸坎，防護(hù)對(duì)象，植被，河床物質(zhì)類型，河勢(shì)變化及沖淤情況，已建防洪體系、阻洪建筑物及已建其他建筑物，兩岸支溝及排水通道，歷史洪水痕跡，測(cè)量水線與河道深泓線關(guān)系等情況。⑷對(duì)于已建堤防加固工程，要詳細(xì)掌握已建堤防結(jié)構(gòu)形式，量取舊堤堤頂寬度、護(hù)坡坡比，堤后空間關(guān)系，調(diào)查推測(cè)出舊堤堤高，基礎(chǔ)埋深，分縫填縫等重要數(shù)據(jù)；⑸調(diào)查清楚主要建筑材料來源、價(jià)格，料場(chǎng)分布，運(yùn)輸距離，運(yùn)輸方式；⑹調(diào)查清楚工程區(qū)已建堤防常用堤型，結(jié)構(gòu)形式，舊堤主要破壞形式，作為方案比選依據(jù)；二、 確定堤防長度中小河流堤防工程主要任務(wù)是護(hù)村護(hù)地，由于村莊耕地的分散分布，導(dǎo)致堤防跟隨村莊耕地插點(diǎn)式分布，不可能形成完整系統(tǒng)的堤線分布，因此堤線布置段落多，單段堤防長度短，河段分布范圍廣，內(nèi)容繁雜，需進(jìn)行詳細(xì)統(tǒng)計(jì)分類，明確各段堤線長度，行政區(qū)域、水系歸屬。同時(shí)一般情況下在踏勘現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，業(yè)主會(huì)在現(xiàn)場(chǎng)指定每個(gè)村落治理范圍，設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)水力計(jì)算，對(duì)防洪必要性不足的段落進(jìn)行刪減，合理確定治理長度。三、 堤線布置堤線布置是堤防工程設(shè)計(jì)中很重要的問題，關(guān)乎到工程具體實(shí)施可造作性，工程造價(jià)，占地情況以及泄洪安全等重要問題，在布置過程中應(yīng)反復(fù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，主要注意問題有以下幾點(diǎn)：⑴留足行洪寬度，這是堤線布置的核心原則，目前行洪預(yù)留寬度的確定是依據(jù)阿爾圖寧公式計(jì)算的穩(wěn)定河寬，主要由兩個(gè)數(shù)據(jù)確定，一個(gè)是造床流量，另一個(gè)是穩(wěn)定河寬系數(shù)。造床流量大小涉及到洪水設(shè)計(jì)成果計(jì)算和選取頻率的問題，我建議造床流量選取常用的2年一遇洪水，不要進(jìn)行調(diào)整，主要調(diào)整穩(wěn)定河寬系數(shù)。根據(jù)規(guī)范要求，穩(wěn)定河寬系數(shù)取值范圍為1~1.7，平原河流取1.3以上大值，山區(qū)河流取小值，取值范圍相對(duì)較大，對(duì)計(jì)算結(jié)果影響大，在大原則的基礎(chǔ)，我認(rèn)為具體取值與現(xiàn)狀河寬的吻合程度為依據(jù)。中小河流人河爭(zhēng)地情況較為嚴(yán)重，河道中的灘地、階地一般均會(huì)被開墾為耕地，泄洪寬度被擠壓，均會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)定河寬在最小值時(shí)也無法滿足的情況。對(duì)于由于開墾耕地嚴(yán)重占用泄洪寬度的，在堤線布置時(shí)根據(jù)計(jì)算河寬該留足行洪寬度，該征就征，該占就占，保證設(shè)計(jì)安全。對(duì)于村莊或已建堤防等建筑物將河道束窄，無法滿足計(jì)算泄洪寬度的，應(yīng)考慮雍水問題，堤高加高。⑵堤線布置應(yīng)根據(jù)已有岸坎，耕地邊緣地埂布置，最大限度減少土方挖填，降低造價(jià)；⑶堤線布置應(yīng)遵循“藏頭裹尾”原則，堤頭堤尾要保證安全可靠，防止洪水繞后沖刷，盡量與已建建筑物，舊堤相接，完善防洪體系，保證接頭牢固可靠；⑷堤線在平面上應(yīng)符合幾何美觀，直線應(yīng)與弧線相切，盡量保持順直，順應(yīng)河勢(shì)變化，減少乖點(diǎn)及弧線段，便于施工。⑸最大限度減少占地，降低施工難度。四、 堤型選擇堤型選擇的原則是因地制宜，根據(jù)當(dāng)?shù)睾恿靼镀潞秃樗匦裕捎卯?dāng)?shù)爻Ｓ媒Y(jié)構(gòu)形式。采用當(dāng)?shù)馗挥械慕ㄖ牧?，降低工程造價(jià)，采用少占耕地的堤型結(jié)構(gòu)，降低實(shí)施難度。隨著現(xiàn)代化的治河理念改變，堤防工程應(yīng)結(jié)合生態(tài)功能，注重環(huán)境改善和環(huán)境美化功能，在滿足防洪功能的前提下具有美學(xué)的結(jié)構(gòu)外表，與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)，積極大膽采用新型材料新型結(jié)構(gòu)，提升水利工程的價(jià)值。五、 水力計(jì)算水力計(jì)算是堤防工程計(jì)算的核心內(nèi)容，是一切設(shè)計(jì)成果的依據(jù)來源，它的計(jì)算合理性直接決定堤高和工程造價(jià)以及防洪安全性，是工程設(shè)計(jì)合理性與否及安全性的決定因素，必須予以重視。水力計(jì)算是水面線推求的過程，主要計(jì)算成果數(shù)據(jù)是水深和流速，水深是決定堤高的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，流速是決定基礎(chǔ)埋深的主要數(shù)據(jù)，采用合理的方法才能計(jì)算出合理的結(jié)果。目前規(guī)范要求計(jì)算采用的公式為能量公式，即確定一個(gè)下游水深，采用能量守恒公式依次向上選取斷面推算上游水深，逐步推求水面線過程。下面是我總結(jié)的水面線推求經(jīng)驗(yàn)，供大家參考：⑴能量公式計(jì)算要逐斷面進(jìn)行推求，工作量較大，過程繁瑣，目前有較多款計(jì)算軟件，采用軟件推求，通過斷面建模后，可大大降低工作量，提高效率，同時(shí)非常便于編輯和修改，在此向大家推薦由美國陸軍工程兵團(tuán)水文工程中心開發(fā)的水面線計(jì)算軟件HEC-RAS，它適用于河道穩(wěn)定和非穩(wěn)定流一維水力計(jì)算,其功能強(qiáng)大，可進(jìn)行各種涉水建筑物（如橋梁、涵洞、防洪堤、堰、水庫、塊狀阻水建筑物等）的水面線分析計(jì)算，同時(shí)可生成橫斷面形態(tài)圖、流量及水位過程曲線、復(fù)式河道三維斷面圖等各種分析圖表，使用起來十分方便簡(jiǎn)捷。該軟件會(huì)自動(dòng)考慮雍水、灘槽過流、無效過流斷面，河道平面變化引起的能量損失等因素，計(jì)算結(jié)果基本滿足設(shè)計(jì)要求。⑵能力公式推求水面線斷面選取很重要，其選取合適與否直接影響計(jì)算成果。對(duì)于中小河流一般100~200m選取一個(gè)計(jì)算斷面，斷面選取河道順直，河勢(shì)變化小的漸變流斷面上為宜。⑶中小河流水力計(jì)算受邊界條件影響較為敏感，為保證計(jì)算符合性，應(yīng)按照工程建成后的斷面進(jìn)行計(jì)算。⑷水力計(jì)算受糙率影響大，關(guān)于糙率的取值，簡(jiǎn)便起見，根據(jù)水力計(jì)算手冊(cè)和現(xiàn)場(chǎng)河道的特征和植被情況選取確定，一般取值范圍為0.35~0.38之間。⑸水力計(jì)算陳果為水深和流速，計(jì)算完成后應(yīng)進(jìn)行復(fù)核，對(duì)水面高程與歷史洪水痕跡、周邊路面、耕地岸坎、村莊等進(jìn)行比較，確定合理性，對(duì)離異較大的水深和流速進(jìn)行調(diào)整，使水面線光滑平順。⑹對(duì)于不滿足泄洪要求的已建橋涵等阻洪建筑物，應(yīng)考慮上游雍水問題。⑺在水力計(jì)算之前應(yīng)進(jìn)行河道深泓線的復(fù)核，根據(jù)水線高程確定各個(gè)斷面實(shí)際深泓高程，保證基礎(chǔ)埋深。六、堤高確定堤防工程最終設(shè)計(jì)成果就是堤高的確定，堤高由水深，基礎(chǔ)埋深、超高三要素確定。水深由水力計(jì)算確定，基礎(chǔ)埋深由沖刷深度計(jì)算公式確定，中小河流在計(jì)算的沖刷深度加一定的安全深度（一般為0.5m）取整后為基礎(chǔ)埋深，計(jì)算出的基礎(chǔ)埋深應(yīng)當(dāng)與鄰近區(qū)域內(nèi)已建堤防的基礎(chǔ)埋深進(jìn)行比較，一般來說不能小于已建工程基礎(chǔ)埋深。超高由風(fēng)浪爬高公式和安全超高確定，一般來說中小河流堤防工程計(jì)算超高不大于1m，堤高確定需注意一下幾點(diǎn)要求：⑴各個(gè)斷面堤高確定以后，對(duì)堤頂和基礎(chǔ)進(jìn)行調(diào)坡，使堤頂和基礎(chǔ)平順;⑵對(duì)于計(jì)算堤高相差不大時(shí)，為了便于施工，建議將堤高取成等高；⑶計(jì)算出的堤高應(yīng)與鄰近已建堤防、兩岸道路、村莊進(jìn)行比較，如高程相差太大，應(yīng)進(jìn)行復(fù)核調(diào)整，使兩者進(jìn)行擬合。七、圖紙堤防圖紙主要有平布置圖、縱斷面圖、標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖和大斷面圖，圖紙內(nèi)容比較簡(jiǎn)單，繪制過程中要求簡(jiǎn)潔明了，美觀大方。對(duì)于繪制縱斷面圖在這里向大家推薦一款國產(chǎn)水利設(shè)計(jì)CAD輔助軟件ZDM，該軟件在進(jìn)行水利工程線性建筑物設(shè)計(jì)制圖時(shí)可以大大提高繪圖效率，尤其是對(duì)于縱斷面在導(dǎo)入樁號(hào)高程數(shù)據(jù)后可以一鍵生成圖紙，極大提高出圖效率，具體應(yīng)注意以下細(xì)節(jié)：⑴平面布置圖應(yīng)要求簡(jiǎn)潔，美觀，能夠突出地形特點(diǎn)和河道特性，標(biāo)識(shí)清楚新建堤線、已建堤線、村莊、耕地、道路等，防護(hù)對(duì)象和范圍明確。標(biāo)識(shí)清楚指北針、村莊名稱、河道名稱、河流流向及與工程有關(guān)的橋涵及水利建筑物，配附工程相關(guān)的特性表格、坐標(biāo)及有針對(duì)意義的圖紙說明，在圖幅滿足的情況下，盡量滿足河流流向從左至右，從上至下；⑵線性建筑物縱斷面圖繪制，在初設(shè)和可研階段橫向比例一般采用1:1000，縱向比例根據(jù)坡降采用1:100和1:200兩種比例?？v斷面圖一般而言可以采用加長圖幅，但由于加長圖幅在中間臨時(shí)出圖時(shí)不方便，建議將縱斷面圖斷開，采用不加長圖。根據(jù)1:1000橫向比例計(jì)算，一張標(biāo)準(zhǔn)A3圖幅可繪制300~350m長的堤防縱斷面圖。ZDM繪制的縱斷面圖比較簡(jiǎn)單，出圖后應(yīng)進(jìn)行修改，增加地質(zhì)說明，地質(zhì)填充，平面特性等內(nèi)容。⑶標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖要反應(yīng)堤防斷面結(jié)構(gòu)形式和細(xì)節(jié)，采用1:50、1:100小比例尺繪制，重點(diǎn)突出堤防細(xì)節(jié)部位，詳細(xì)標(biāo)準(zhǔn)尺寸單位；⑷大