《堤塘工程设计》PPT课件.ppt

堤塘工程的设计简介,章香雅浙江省钱塘江管理局,主要参照的规范：,水利水电工程等级划分及洪水标准SL252-2000防洪标准GB50201-94城市防洪工程设计规范CJJ50-92堤防工程设计规范GB50286-98浙江省海塘工程技术规定1999年水利水电工程水利计算规范SL104-95海堤工程设计规范SL435-2008,一、堤塘工程的设计,1、确定堤防工程建设标准2、堤线布置及堤身断面结构设计,1、确定堤防工程建设标准,防护对象的重要性（防护区社会经济状况：城市人口、农村面积、工矿企业规模）堤塘工程级别防洪、潮重现期、堤塘整体抗滑稳定安全系数、防洪墙抗滑、抗倾安全系数、堤塘安全加高值。,堤塘工程等级和设防标准,土堤整体抗滑稳定安全系数,防洪墙抗滑稳定安全系数,防洪墙抗倾覆稳定安全系数,堤塘工程的安全加高,2、堤线布置及堤身断面结构设计,基础资料：洪、潮水水力特性（水文、气象资料）堤塘地基物理、力学特性（地形、地质资料）筑堤材料的物理、力学特性（天然建材勘察资料）,解决的问题：,堤线布置堤距的确定堤顶高程确定堤身断面型式堤身整体抗滑稳定挡墙抗倾、抗滑稳定、基底压力验算堤身护面堤脚防冲结构设计堤身、堤基防渗 沉降计算,（1）堤线布置原则,以符合流域及城市防洪规划为前提1）应与河势流向相适应，并与大洪水的主流线大致平行，宜保留适当宽度的滩地。2）尽量避开软弱地基，古河道，强透水地层，应选择土质较好的地基填筑堤防。3）堤线力求平顺，不同堤段间应以平缓曲线相连接，不宜采用折线或急弯。4）同一河段两岸堤防的间距或一岸高地与一岸堤防间的距离应大致相等，不宜突然放大或缩小。5）堤线所在范围应尽可能拆迁量少。,堤线布置示意图,（2）堤距的确定,1）应根据河道的地形、地质条件、水文泥沙特性，河床演变特点，冲淤变化规律，不同堤距的技术经济指标、综合权衡有关自然因素和社会因素后分析确定。2）应根据社会经济发展的要求，现有水文资料系列的局限性，滩区长期的滞洪、淤积作用及生态环境保护等，留有余地。,堤距示意图,（3）堤顶高程的确定,堤顶高程Z=设计洪、潮水位Zp+堤顶超高H堤顶超高H=波浪爬高he+设计风壅增水高度h0+安全加高 临水侧设有稳定、坚固的防浪墙的土堤,墙顶高程也用上式计算，但土堤顶面高程应高出设计静水位0.5m以上防渗体的顶部应高出设计水位0.5m,设计洪水位Zp的确定：,各河段通过洪水的频率分析，计算出相应重现期的设计洪水的洪峰流量值Qmax实测当时河段的纵横断面并分析选用糙率值n通过推水面线的方法，得到该河段沿程的设计洪水位值Zp,设计高潮水位的确定：,常用统计法：采用不少于连续20年的实测资料，采用频率分析方法计算确定，一般较多地采用P-III型频率曲线分析。,P-III型频率曲线示意图,设置安全加高值的原因：,水文分析中观测资料系列的有限性河道冲淤变化主流位置改变堤顶磨损和风雨侵蚀注意：安全加高值不含施工预留的沉降加高。设计确定的堤顶高程不同于工程竣工时的高程。,（4）堤身断面型式,斜坡式堤直墙式堤复合式堤,（5）堤身整体抗滑稳定,建于土基上的堤塘整体抗滑稳定可采用瑞典圆弧滑动分计算法（总重力法、有效应力法）。采用的计算参数：堤身填土和地基土的物理力学指标（容重r和抗剪强度C、值）堤身内外设计水位（确定堤身浸润线的位置）。,（6）挡墙抗倾、抗滑稳定、基底压力验算,先计算墙后填土压力和水压力、墙体自重，然后：推算水平力总和和垂直力总和，求得抗滑稳定安全系数推算所有竖向和水平荷载对挡墙底板前趾处的抗倾覆力矩和倾覆力矩。求得挡墙的抗倾覆稳定安全系数。推算作用在挡墙上的全部竖向和水平向荷载对于基础底面形心轴的力矩，求得基底最大与最小应力，判断地基承载力是否满足要求。,土压力分布示意图,（7）堤身护面、堤脚防冲结构,堤身护面根据不同的水力、风浪条件，可采用草皮、抛石、砌石、砼、土工织物枕、铰链式砼土工织物沉排等。堤脚防冲结构，塘脚处有抛石、钢筋砼板桩、钢筋砼沉井等。塘脚外采用建丁坝、顺坝或丁顺坝等型式保滩防冲。图片,砼四脚空心块及螺母块护面,挂桩坝头丁坝,（8）堤身、堤基防渗,土体渗流破坏的四种类型：流土 管涌 接触冲刷 接触流土。,、流土,在渗透力的作用下，粘性土或无粘性土体中某一范围内的颗粒或颗粒群同时发生移动的现象。流土发生于渗流出逸处而不发生于土体内部。,、管涌,在渗透力的作用下，土体中的细颗粒（填料颗粒）沿着土体骨架颗粒间的孔道移动或被带出土体，这种现象叫管涌。它通常发生在砂砾石地层中。,、接触冲刷,渗流沿着两种不同介质的接触面流动并带走细颗粒的现象称为接触冲刷。如穿堤管道等建筑物与堤身土体的结合面发生的渗透破坏等。,、接触流土,渗流垂直于两种不同介质的接触面运动，并把一层土的颗粒带入另一土层的现象称为接触流土。这种现象一般发生在颗粒粗细相差较大的两种土层的接触带，如反滤层的机械淤堵等。,防渗应从两方面入手：一方面提高堤身和堤基本身抵抗渗透破坏的能力、如提高堤身密实度、消除堤身、堤基隐患等。另一方面是降低渗流破坏的能力，即降低渗流出口比降和堤身浸润线。这方面应遵循“前堵后排，反滤料保护渗流出口”的渗流控制原则。“前堵”就是在临水侧采取防（截）渗措施，如防渗铺盖、防渗斜墙和防渗心墙等。“后排”即在背水侧采取导渗和排水减压措施，如导渗沟、排水 厚垫、减压井等。,粘土防渗斜墙,粘土防渗铺盖与心墙,砼防渗墙,（9）沉降计算,最终沉降量采用分层总和法计算：,二、堤塘工程设计及施工注意事项,1、清基要求：生活及建筑垃圾、腐殖土、草皮、植物根茎是堤基渗漏隐患。,2、堤身填筑料料场的选择与土石料土工试验：,堤身稳定计算，挡墙后土压力防渗等计算，参数的选择都与填料土性有关，设计与实际差距大的会产生较大设计变更,不利于造价控制。,3、填料压实参数的选择、填筑土料含水量控制等：,粘性土土堤的填筑标准应按压实度确定，压实度值应符合下列规定：（1）1级堤防不应小于0.94；（2）2级和高度超过6m的3级堤防不应小于0.92；（3）3级以下及低于6m的3级堤防不应小于0.90。,无粘性土土堤的填筑标准应按相对密度确定：1、2级和高度超过6m的3级堤防不应小于0.65；低于6m的3级以下堤防不应小于0.60。,压实度、相对密度计算式,4、反滤排水垫层的设置及施工要求,（1）反滤层的用途反滤层是排水设备的主要组成部分，其作用是滤土排水，防止渗流逸出处遭受渗透破坏以及渗流造成的表面水流冲刷，对有承压水的地层还起压重作用。,（2）反滤层必须满足下列条件被保护的土层颗粒不应穿过反滤层被带走；反滤层粒径较小一层的颗粒不应穿过粒径较大一层的颗粒孔隙；每一层内的颗粒不应发生移动；特小的颗粒可以允许通过反滤层的孔隙被带走，但不得堵塞反滤层，同时不破坏原土料的结构。,（3）反滤层的设置反滤层是由二层至四层不同粒径的砂石料组成，层次大体与渗流方向正交，粒径顺着水流方向由细到粗。,不同材料的背水坡贴坡反滤导渗,5、土工膜拼接铺设技术要求：,防渗用热烘焊法（较普遍）胶粘法，粘接部位必须干净，否则降低粘结强度。随铺随压防风吹。,6、混凝土施工缝的处理,水工建筑物混凝土浇筑时，为了保证其整体性良好，每个结构构件最好一次浇筑完毕，中间不停歇。如果因构件混凝土量大，中间需要停歇，则停歇的时间应尽量缩短，应在前层混凝土凝结前将次层混凝土浇捣完毕。规范规定一般停歇时间不得超过2小时，否则，应当待混凝土抗压强度不低12千克每平方厘米时，才能继续浇捣。因为混凝土拌和物中的水和水泥经拌和后2小时开始初凝，但还不具备强度，如继续浇捣会使已浇捣好的混凝土因受震动而破坏凝结作用，所以必须待混凝土能够抵抗外来震动时，允许继续浇捣，这时两层混凝土之间就产生了施工缝。施工缝如不加处理，势必影响基础与上部结构的整体性和防渗性。因此，施工规范规定：对施工缝应认真处理。,过去对施工缝的处理，都采取人工凿毛、刷毛、冲毛、高压水枪冲刷等办法。这些办法都行之有效，但是冲毛的时间随气温而异，春秋季节，在浇筑完毕后1016小时开始；夏季掌握在610小时；冬季则在1824小时后进行。如果时间掌握得不好，过早会使混凝土表面松散或冲击表层混凝土；过迟则混凝土已硬化，不仅增加工作难度，而且不能保证质量，也加大了凿毛、排清和清洗的工作量，影响施工进度。,在多年的施工实践中，工程技术人员总结出用“栽石法”处理施工缝。具体做法是：当基础混凝土浇捣完之后，应立即在基础与上部墙接触面的部位，将事先洗好浇筑混凝土用的碎石子栽到已浇捣好的混凝土里面，石子栽深为碎石子直径的23左右，栽石面积约占接触面的23以上。等待混凝土终凝后（夏季一般在1420小时），用铁钩钩去栽石缝之间混凝土表面的乳皮，使其露出沙粒。在支模板之前，将其冲洗干净，在浇筑上层混凝土时，先铺一层23厘米与混凝土同号的水泥砂浆，以利于上下层新老混凝土之间黏结，保证构件的整体性和防渗性。,7、混凝土耐久性：砂粗细、水灰比等,砂细、水灰比大、振捣不密实影响耐久性砼碳化：砼遭受空气中CO2的侵蚀，使碱性降低而逐步中性化的过程。,8、施工过程中对诸如排水孔、变形缝等细部结构，施工各工序顺序及间歇时间控制问题。,9、堤顶排水问题。排水不畅堤顶结构易遭破坏、堤坡失稳,海塘后坡滑坡,