堤防工程设计规范GB50286-2013培训教程-ANIU.ppt
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1、堤防工程设计规范GB50286-2013,NIUHEDAO制作。引用了部分网上资料,向相关作者致谢。,目录,l 总则2 术语3 堤防工程的级别及设计标准4 基本资料5 堤线布置及堤型选择6 堤基处理7 堤身设计8 护岸工程设计,9 堤防稳定计算10 堤防与各类建筑物、构筑物的连接11 堤防工程的加固、扩建与改建12 安全监测设计13 堤防工程管理设计,本培训格式说明本次修订补充修改内容,本培训格式说明,堤防工程设计规范(GB50286-2013)新增加的内容在黑体字加红色。原堤防工程设计规范(GB50286-98)去除内容加括号和删除线;如:(烈度7 度以上),本次修订补充修改内容,与原规范相
2、比,本次修订的主要技术内容包括:(1)增加第2 章术语、第12 章安全监测设计。(2)第6 章中增加堤基垂直防渗的内容。(3)第9 章中增加抗倾稳定计算的内容。(4)第13 章中增加管理体制和机构设置、工程管理范围和保护范围、工程运行管理的内容。(5)附录E 中增加堤基的排水减压沟、防洪墙底部渗流计算的内容。,l 总则,l 总则,堤防工程设计除应满足稳定、应力、变形、渗流控制等方面要求外,还应兼顾河道生态、周边环境及景观要求。位于地震动峰值加速度0.10g及以上地区的1 级堤防工程,经主管部门批准,应进行抗震设计。,抗震:堤防一般不做。建筑物要做。,2 术语,戗台为保障堤防工程安全,对堤身较高
3、的堤段,在堤坡适当部位设置的具有一定宽度的平台。,迎水侧:前戗备水侧:后戗,2 术语,2.0.6 治导线河道整治后在设计流量下的平面轮廓线。河道整治设计规范(GB50707-2011)中:2.02 河道整治规划拟定的满足设计流量要求尺度和控制河势的平面轮廓线。可选择制定洪水治导线、中水治导线或枯水治导线。洪水治导线应根据设计泄洪流量制定。有堤防的河段,应以堤线作为洪水治导线。中水治导线宜根据造床流量或排涝流量,经综合分析平滩水位制定。,黄河上:中水治导线,2 术语,2.0.10 决口堤防由于填筑物料、填筑质量、高程等缺陷在水流的作用下冲蚀坍塌,形成缺口,造成水流出的现象。漫决高程不足,水文资料
4、不准冲决弯道顶冲,堤沟河顺冲溃决渗透破坏,流土、管涌、接触冲刷挖决人为破坏,黄河花园口,堤防险情,1998年长江中下游堤防工程险情统计,f6,f7,98荆江大堤杨家湾重大管涌险情,f6,f7,f5,同马大堤排水沟内冒沙,f2,视图,荆江大堤堤内隐患,荆江大堤沙市巡司巷堤内隐沟、砖墙,f4,视图,堤身内取出的白蚁菌圃,3 堤防工程的级别及设计标准,3.1 堤防工程的防洪标准及级别 堤防工程保护对象的防洪标准应按照现行国家标准防洪标准GB50201的有关规定执行。堤防工程的防洪标准应根据保护区内保护对象的防洪标准和经审批的流域防洪规划、区域防洪规划综合研究确定,并应符合下列规定:1 保护区仅依靠堤
5、防工程达到其防洪标准时,堤防工程的防洪标准应根据保护区内防洪标准较高的保防护对象的防洪标准确定。2 保护区依靠包括堤防工程在内的多项防洪工程组成的防洪体系达到其防洪标准时,堤防工程的防洪标准应按经审批的流域防洪规划、区域防洪规划中堤防工程所承担的防洪任务确定。3 蓄、滞洪区堤防工程的防洪标准应根据经审批的流域防洪规划、区域防洪规划的要求确定。,3.1 堤防工程的防洪标准及级别,根据保护对象的重要程度和失事后遭受洪灾损失的影响程度,可适当降低或提高堤防工程的防洪标准。当采用低于或高于规定的防洪标准时,应进行论证并报水行政主管部门批准。,3.1 堤防工程的防洪标准及级别,表3.1.3 堤防工程的级
6、别,堤防工程的级别应根据确定的保护对象的防洪标准(确定),按表 的规定确定。,堤防工程的防洪标准堤防工程保护对象的防洪标准,3.1 堤防工程的防洪标准及级别,堤防工程上的闸、涵、泵站等建筑物及其他构筑物的设计防洪标准,不应低于堤防工程的防洪标准。,3.2 安全加高值及稳定安全系数,堤防工程的安全加高值按表3.2.1 的规定确定。1 级堤防重要堤段的安全加高值,经过论证可适当加大,但不得大于1.5 m。山区河流洪水历时较短,可考虑适当降低安全加高值。表 堤防工程的安全加高值(m),常见的河堤、湖堤、城市堤防一般是不允许越浪的。海堤有的越浪。,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
7、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施工完成时的高程。,水位变化,3.2 安全加高值及稳定安全系数,防止渗透变形的允许水力比降应以土的临界比降除以安全系数确定,无粘性土的安全系数应为1.5 2.0,粘性土的安全系数不应小于2.0。无试验资料时,对于渗流出口无滤层情况,无粘性土的允许坡降可按表3.2.2 选用,有滤层情况可适当提高,特别重要的堤段,其允许坡降应根据试验的临界坡降确定。表 无粘性土的允许坡降注:Cu 为土的不均匀系数.,解释,Cud60/d10一般:CU5,非匀粒土,3.2 安全加高值及稳定安全系数,土堤边坡
8、抗滑稳定采用瑞典圆弧法或简化毕肖普法计算时安全系数不应小于表3.2.3 的规定。表 土堤边坡抗滑稳定安全系数,刚体极限平衡,当孔隙压力较大、和地基软弱时,瑞典法误差较大,4 基本资料,4.3.1 堤防工程不同设计阶段的地形测量资料应符合表4.3.1 的规定。表4.3.1 堤防工程设计各设计阶段的测图要求,5 堤线布置及堤型选择,5.1 堤线布置5.1.1 堤线布置应根据防洪规划,地形、地质条件,河流或海岸线变迁,结合现有及拟建建筑物的位置、施工条件、已有工程状况以及征地拆迁、文物保护、行政区划等因素,经过技术经济比较后综合分析确定。【做方案比选的要素】,堤线布置示意图,黄河下游堤防,黄河下游堤
9、防,5.1 堤线布置,堤线布置应遵循下列原则:1 河堤堤线应与河势流向相适应,并与大洪水的主流线大致平行。(一个河段两岸堤防的间距或一岸高地一岸堤防之间的距离应大致相等,不宜突然放大或缩小;)2 堤线应力求平顺,各堤段平缓连接,不应采用折线或急弯。3 堤线应布置在占压耕地、拆迁房屋少的地带,并宜避开文物遗址,同时应有利于防汛抢险和工程管理。4 湖堤、海堤堤线布置宜避开强风或暴潮正面袭击。5 城市防洪堤的堤线布置应与城市设施相协调。6 堤防工程宜利用现有堤防和有利地形,修筑在土质较好、比较稳定的滩岸上,并应留有适当宽度的滩地,宜避开软弱地基、深水地带、古河道、强透水地基。,5.2 堤距确定,5.
10、2.1 新建或改建河堤的堤距应根据流域防洪规划分河段确定,上下游、左右岸应统筹兼顾。,防洪规划设计流量、堤防防洪标准及级别,分河段:汇水面积、支流变化导致设计流量的变化,地形地质导致的河床抗冲蚀能力的变化,社会因素的影响:比如重要城市、企业,5.2 堤距确定,5.2.2 河堤堤距应根据河道的地形、地质条件,水文泥沙特性,河床演变特点,冲淤变化规律,经济社会长远发展、生态环境保护要求和不同堤距的技术经济指标,并综合权衡有关自然因素和社会因素后分析确定。宽:堤低;保护区面积小;流速小,水位低;防护量小;槽蓄量大,利于生态窄:堤高;保护区面积大,流速大,水位高;防护量大;槽蓄量小,不利生态。安全风险
11、偏大建议:适当堤距,(尽量维持历史行洪断面)考虑生态需求,方案比选!,堤距与水位关系示意图,5.3 堤型选择,5.3.1 堤防工程的型式应根据堤段所在的地理位置、重要程度、堤址地质、筑堤材料、水流及风浪特性、施工条件、运用和管理要求、环境景观、工程造价等因素,经过技术经济比较,综合确定。,方案分析或比选!,最重要影响因素:1当地材料造价2位置与防护对象占地与外形3地质条件与水流条件安全与造价,5.3 堤型选择,5.3.2 加固、改建、扩建的堤防,应结合原有堤型、筑堤材料等因素选择堤型。5.3.3 城市防洪堤应结合城市总体规划、市政设施建设、城市景观与亲水性等选择堤型。,不同结构的连接,城市特殊
12、要求,6堤基处理,堤基处理应符合下列要求:1 渗流控制应保证堤基及背水侧堤脚外土层的渗透稳定;2 堤基应满足静力稳定要求。按抗震要求设计的堤防还应满足抗震动力稳定要求;3 竣工后堤基和堤身的总沉降量和不均匀沉降量应不影响堤防的安全和运用。,渗流稳定、静力稳定、变形,组合几率小,不多见,几类地基,软弱堤基沉降、变形,滑动稳定透水堤基渗量、渗透破坏多层堤基渗透、稳定岩石堤基防渗,接触冲刷,6.2软弱堤基处理,软弱堤基处理应研究软黏土、湿陷性黄土、易液化土、膨胀土、泥炭土和分散性粘土等软弱堤基的物理力学特性和渗透性(抗渗强度),并应分析对工程可能产生的影响。,软土,e孔隙比,孔隙体积与土粒体积比。砂
13、土,粘性土,含大量有机质时可达5W-含水量,土体中水土质量比。砂土040,粘性土3100,泥炭土甚至600Wl液限,可塑态与液态的界限,软粘土堤基处理措施,湿陷性黄土,在湿陷性黄土地基上修筑堤防,可采用预先浸水法或表面重锤夯实法处理。在强湿陷性黄土地基上修建较高或重要的堤防,应专门研究处理措施。轻微湿陷中等湿陷强烈湿陷,概念:黄土在自重或外荷载作用下,受水浸湿后结构迅速破坏发生突然下沉的性质水利水电工程地质勘察规范(GB50487-2008)附录T“黄土湿陷性及湿陷起始压力的判定”,轻微湿陷中等湿陷强烈湿陷,易液化土,6.2.9 对于必须处理的可液化的土层,当挖除有困难或挖除不经济时,可采取人
14、工加密的措施处理。对于浅层的可液化土层,可采用表面振动压密等措施处理;对于深层的可液化土层,可采用振冲、强夯、设置砂石桩加强堤基排水等方法处理。,饱和无粘性土和少粘性土,6.3 透水堤基处理,6.3.1 表层透水堤基处理可采用截水槽、铺盖、地下防渗墙及灌浆截渗等方法处理。条,6.5节浅层透水堤基:宜采用黏性土截水槽截渗。透水层较厚且临水侧有稳定滩地的堤基:宜采用铺盖防渗措施。或垂直截渗砂砾石:灌浆截渗,或垂直截渗岩石地基:灌浆截渗,6.4 多层堤基处理,6.4.1 对多层堤基,可采用堤防临水侧垂直截渗,堤背水侧加盖重、减压沟、减压井等处理措施,也可多种措施结合使用。垂直截渗可靠性好。减压沟、减
15、压井注意年久堵塞失效问题。,6.6 堤基垂直防渗,防渗墙宜布置在堤基中心区或临水侧堤脚附近处,当堤基和堤身均需采取渗控措施时,防渗墙应结合堤身防渗要求布置。防渗墙可采用悬挂式、半封闭式或封闭式等形式。防渗墙的具体形式应在分析渗流控制效果和对地下水环境的影响后结合确定。黏土、水泥土、混凝土、塑性混凝土、自凝灰浆、固化灰浆和土工合成材料等,均可作为防渗墙墙体材料。采用土工合成材料时,其厚度不应小于O.5mm,采用其他材料时,墙体的厚度可按下式计算,并应结合施工要求综合分析确定:,悬挂式:防渗墙未截断透水层、未达到弱透水层或相对弱透水层。分析计算表明,对长江堤防而言,因其地层结构的特点,悬挂式防渗墙
16、对堤基的防渗作用不大,隐蔽工程中多用作堤身防止散浸及堤身堤基的接触渗透。研究还表明,悬挂式墙不能阻止渗透破坏的产生,但对渗透破坏的发展有一定的遏制作用。,垂直薄防渗墙,半封闭式:在多层地基中,截断上部透水层并达到中部相对弱透水层的谓之半封闭防渗墙。隐蔽工程中半封闭防渗墙应用最多且效果好,并且对地下水环境一般不会产生大的影响。,全封闭式:截断透水层直达基岩的防渗体谓之全封闭防渗墙。应该说所谓全封闭也只是一个相对概念,因为基岩并非不透水,而墙体轴线长度也是有限的。全封闭墙体深度一般都较大,并有可能对地下水环境带为影响。,垂直防渗对地下水环境影响的研究(李思慎,长江水利委员会长江工程建设局)研究成果
17、:(1)防渗墙建设对堤线附近地下水环境有无影响及影响的程度与堤防区的地形、水网分布以及区域地下水的补给、径流、排泄条件,防渗墙的结构型式、长度、深度等密切相关。(2)对典型堤段的水文地质勘察、地下水监测及地下水环境调查,尚未发现防渗墙对地下水环境的影响。(3)防渗墙建设一般也不会造成或加剧渍害。在某些条件下堤线附近潜水含水层的水位可能会抬高到区域地下水位的水平,理论分析其影响范围仅限于离堤300m范围以内,如果发生或加剧渍害,增加一些排渍设施或改种耐渍能力强的作物是可能解决的。(4)半封闭防渗墙一般不会对合法水源地产生影响。全封闭防渗墙对地下水水源地产生的影响一般仅限于离堤1.5km范围内。(
18、5)环境问题通常都要较长时间方能显现,本项研究所得出的一些初步结论还需要时间的检验。建议下一步还应继续监测、研究。,防渗墙材料物理力学指标,资料来源:网上,长江堤防资料。,几种成墙施工技术,抓斗法射水法锯槽工法气举(导管)反循环法深层搅拌法 振动挤密法 高压喷射法,抓斗工法 按工作原理抓斗斗体可分液压式和机械式两种,液压式在土、砂地层中工效较高,而机械式可进行冲抓作业,较适用卵石和软岩地层。薄型抓斗成墙最大深度可达40m,其工效一般在100150m2/台日,但若遇密实粉细砂工效仅50m2/台日。隐蔽工程中,抓斗工法多用于深度大于20m的防渗墙施工,浅墙则因其造价高而不具竞争力。,意大利抓斗,射
19、水法施工 最大深度可达30m。射水法是利用成型器的重力冲击作用及成型器底部喷嘴射出的泥浆射流破坏土层结构,使槽孔底部碴浆经反循环管抽排至沉碴池,同时成型器不断修整槽形。其成型槽孔厚为2245cm。抓斗法、射水法造墙质量一般都可得到保证,但因其都采取序槽、序槽的施工程序,因此也不可避免地存在接缝,接缝质量的好坏将直接影响墙体质量,应予注意。,射水机,锯槽工法 锯槽工法锯槽法源自东北及黄河流域,隐蔽工程第一次将其引入长江堤防建设。锯槽法可实现真正的连续开槽,成槽质量好,但浇筑混凝土时仍需进行隔离以分割槽段。隔离方法有刚性隔离及土工布袋隔离两种,隐蔽工程多用后者,施工方便、造价便宜,质量也有保证。锯
20、槽法造价和射水法基本一致,但工效较低,对粘性较大的土层工效更低;若遇砂卵石层或溃口段等部位,锯槽甚至难以进行。锯槽法在隐蔽工程中,墙深一般在25m以内,墙厚(0.220.4)m。,链斗式锯槽机,气举(导管)反循环法,气举反循环工法可实现真正的连续成槽,且适用砂卵石等多种地层。其成槽深度与抓斗同,但工效更高。该工法所用设备简单,这有利于降低造价。隐蔽工程引入该工法在安徽无为大堤、湖北咸宁长江干堤试验约5000m2防渗墙施工,最大深度达到37m,取得了良好效果。,气举反循环工法示意图,墙深已达22m,厚2030cm;搅拌机具也由3头发展到4头、5头、6头。深层搅拌的工效随不同土性变化较大,实际实施
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