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1、1 工程概況1.1 概述1.1.1 基本情況涼城縣位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中南部，座落在內(nèi)蒙古高原東南端，屬西北黃土高原的東北邊緣，烏蘭察布市南部，地處陰山南麓，長城腳下，黃土高原東北邊緣，總土地面積3451平方公里，東鄰豐鎮(zhèn)市，南與山西省左云縣、右玉縣相鄰，北與卓資縣接壤，西與呼和浩特市和林格爾縣交界。地貌輪廓和結構主要受地質(zhì)構造的影響，大體上為四周環(huán)山，中間灘川，呈盆地地形，海拔高度在12052305之間。根據(jù)地貌形態(tài)、成因、地表組成等，全縣可劃分為中低山地、丘陵、灘川地三種地貌類型。總土地面積3451km2。全縣共轄5鎮(zhèn)2鄉(xiāng)， 140個行政村，總戶數(shù)90385戶，總人口246038人，其中城鎮(zhèn)人2、口35924萬人。涼城縣屬中溫帶干旱大陸性季風氣候，其氣候特點為冬季漫長、寒冷、多風、干燥；夏季短促，雨水集中、溫熱；春秋天氣變化劇烈。涼城縣流域面積在200km2以上的河流有七條，即: 弓壩河、五號河、天成河、步量河、永興溝、大榆樹溝溝和太平寨溝。七條河（溝）道中現(xiàn)有的防洪工程是50-80年代修建的，防洪標準低，大都是以干砌石堤防為主，總計長度2.0公里，平均高度不足2.0米。由于河床淤積，現(xiàn)大部分埋于河床底下，在加上年久失修，以很難發(fā)揮作用。本次設計的大榆樹溝位于涼城縣西北部，屬蠻漢鎮(zhèn)管轄。源頭在卓資山縣后房子鄉(xiāng)廠不浪南山頂，向北傾，即東經(jīng)11227，北緯4040。向東北流至廠不浪轉向西北3、至胡朗上村，又向西南至太平寨溝匯入處（東盂縣窯西），又轉向東北至二十家子從左側匯入大黑河。全溝在紅沙壩以上為干河，以下均有清水或間歇水。境內(nèi)集水面積231.0km2，境內(nèi)長度30km，境外集水面積247km2，海撥在1300-1900m之間，河床均寬100m，年徑流深40mm，溝道比降0.0087，年侵蝕模數(shù)為10003000T/ km2。1.1.2 前期工作情況及任務由來根據(jù)全國重點地區(qū)中小河流近期治理建設規(guī)劃工作大綱（2008年7月）文件精神，2008年11月，涼城縣水利局在對本地區(qū)中小河流進行了調(diào)查摸底，全面分析論證各河流基本情況、洪澇災害發(fā)生特點、危害程度、對區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展的影響及防4、洪工程現(xiàn)狀的基礎上，編制完成了內(nèi)蒙古涼城縣重點中小河流近期治理建設規(guī)劃（2008年11月），并上報烏蘭察布市水利局，確定涼城縣近期重點治理的河流區(qū)域為黃河流域內(nèi)的大榆樹溝，即：大榆樹溝中上游河段，治理工程措施主要為清淤疏浚和岸坡防護。2011年2月，受涼城縣水務局委托，烏蘭察布市欣源水業(yè)有限責任公司編制完成了內(nèi)蒙古涼城縣大榆樹溝防洪治理工程初步設計報告（以下簡稱原大榆樹溝初設報告）。圖 11 大榆樹溝防洪治理河段設計變更位置圖1.2設計變更發(fā)生的緣由 烏蘭察布市涼城縣大榆樹溝防洪治理工程，經(jīng)實地勘測與調(diào)查，由于從呼市到集寧的運煤專線途經(jīng)工程所在地河道，公路施工從河道內(nèi)取沙做路基，至使原本平整的5、河床形成很多深溝,部分河道被棄渣堵塞，且公路設計有穿堤建筑物橋梁一座，現(xiàn)正在施工。防洪工程設計重力墻的位置，經(jīng)放線多數(shù)在深溝內(nèi)，深溝與原設計河床高差在34米之間。因此施工單位無法按照設計圖紙施工，需對原設計進行變更。為解決河道被破壞，不能按原設計進行防洪治理的問題，涼城縣水利局經(jīng)與烏蘭察布市欣源水業(yè)勘測設計有限公司多次溝通，本著不降低河道設計防洪標準、減少征地拆遷與盡量不改變原設計思路的原則，結合大榆樹溝的現(xiàn)狀，由烏蘭察布市欣源水業(yè)勘測設計有限公司對原設計方案進行了設計變更。本次設計變更根據(jù)大榆樹溝的洪水特性，重新推算了設計洪水流量，進而對工程規(guī)模、橫斷面型式、施工組織設計、概算、經(jīng)濟評價等產(chǎn)6、生了一系列的影響和變化。1.3設計變更內(nèi)容1.3.1水文變更內(nèi)容（1）治理河段設計洪水因為防護工程向上游移動了4.2km，避開了后干溝這個較大的支流，10年一遇設計洪峰流量由347 m3/s變?yōu)?07m3/s。（2）泥沙分析成果變更治理河段年輸沙量由62.14萬t變?yōu)?9.71萬t。1.3.2工程地質(zhì)變更內(nèi)容設計變更前后本工程地質(zhì)情況未發(fā)生變化，現(xiàn)將地質(zhì)情況簡述如下：主要物理力學性質(zhì)指標： 第四系全新統(tǒng)沖洪積（Q4al+pl）低液限粉土：褐黃色，稍濕濕，稍-中密狀，可塑，含植物根系。基底高程在1302.23m1358.70m，厚度0.2m4.1m。天然容重：1.87g/cm3；干容重：1.817、 g/cm3；比重：2.91；內(nèi)摩檫角：20；壓縮系數(shù)：0.75Mpa-1；壓縮摸量：2.67MPa；詳見各土層物理力學性質(zhì)參數(shù)統(tǒng)計表，平均滲透系數(shù)3.710-5。第四系全新統(tǒng)沖洪積（Q4al+pl）級配不良礫：灰白色，濕，密實，次磨圓狀，以長石、石英為主，夾有卵石及漂石。據(jù)室內(nèi)滲透性試驗，滲透系數(shù)為2.210-2cm/s。本區(qū)位置處于陰山東西復雜構造帶的南緣，因受華夏系構造的干擾，形成北東東向構造形跡。主要特點為太古代早期褶皺構造即近東西向程家營-太平寨單斜構造，地層走向北東東，一般為80度，傾向北，傾角變化大，一般在48-72度左右。依據(jù)地震烈度分區(qū)圖和GB18306-2001中國地震動參8、數(shù)區(qū)劃圖；本區(qū)地震動峰值加速度為0.15g，相當于地震基本烈度度。料場變更情況：原設計料場運距分別為：土料場5km，石料場5km，砂礫料場沿河分布取用。本次設計變更后，因為治理河段上移，所以料場運距發(fā)生了變化：土料場運距仍為5km；石料場運距變?yōu)?0km，增加了5.0km；砂礫料場仍然是沿河分布取用。本次設計變更堤后防洪道路的填筑材料均采用本工程開挖棄料，開挖棄料能夠滿足工程的需要，沒有外運土方。1.3.3工程任務與規(guī)模變更內(nèi)容一工程規(guī)模大榆樹溝防洪治理工程原設計河道治理長度為5.12km，河道左側堤防長度為：4.821km，右側堤防長度為：5.227km，防洪堤單側總長為10.048km。本9、建設項目變更以后，河道治理長度變?yōu)?.23km，河道左側堤防長度為：2.975km，右側堤防長度為：5.410km，防洪堤單側總長為8.385km。左側堤防因為不連續(xù)分三段，其樁號分別標注為：0+0000+800，0+0001+922，0+0000+252.7；右側堤防分二段，其樁號分別標注為：0+0003+373.7，0+0002+035.5。設計變更后堤防長度（單側）雖然減少了1.663km，但穿堤建筑物比原設計增加了2個過水路面，4個固定斷面，1個引洪口，使得河道防洪治理設計更加合理。二、工程任務由于本工程治理范圍與防護對象未發(fā)生變化，故工程任務與原初設報告相同：保護農(nóng)田0.78萬畝，人10、口1600人，涉及1個行政村2個自然村，即上九號村、哈朗村、水磨村；因設計洪峰流量由347m3/s變?yōu)?07m3/s，故本次變更對河道水面線進行了重新推算。1.3.4工程布置及主要建筑物變更內(nèi)容1.3.4.1河堤堤距0+0000+686、2+0824+035、4+2004+520段為雙側護，堤距控制范圍由原來的100m變?yōu)?0m；0+6862+082、4+0354+200、4+5205+230段為單側護。1.3.4.2 防洪堤斷面變更前防洪堤橫斷面型式采用梯形斷面，漿砌石重力墻基礎深1 m。墻高2.1m，底寬2.1 m，重力墻迎水面為直立式，背坡10.3；變更后橫斷面型式亦采用梯形斷面，漿砌石11、重力墻基礎深1 m。墻高2.1m，底寬2.34 m，重力墻迎水面為直立式，背坡10.4。其余項目保持不變。1.3.4.3穿堤建筑物設計原設計已考慮穿堤建筑物，本次變更后河道兩側共設過水路面4處，固定斷面6處，護腳3處，引洪口1處。1.3.5設計概算變更內(nèi)容原概算審批投資1094.42萬元。本工程總投資為1094.03萬元。其中建筑工程860.80萬元，施工臨時工程31.31萬元，獨立費用120.54萬元，基本預備費51.38萬元；其中水土保持工程10萬元，環(huán)境保護工程5萬元。1.3.6經(jīng)濟評價變更內(nèi)容變更前本項目國民經(jīng)濟內(nèi)部收益率為10.2%，大于8%，國民經(jīng)濟凈現(xiàn)值為493.07萬元，大于012、，經(jīng)濟效益費用比為1.28，大于1。變更后本項目國民經(jīng)濟內(nèi)部收益率為10.8%，大于8%，國民經(jīng)濟凈現(xiàn)值為415.15萬元，大于0，經(jīng)濟效益費用比為1.31，大于1。說明該項目在經(jīng)濟上是合理的。1.4設計變更的依據(jù)（1）關于涼城縣大榆樹溝防洪治理工程設計變更的報告（2012涼水字第18號）；（2）烏蘭察布市水利局關于我市涼城縣大榆樹溝防洪治理工程設計變更的請示（烏水發(fā)201272號）。1.5設計變更總體影響分析本工程設計變更前后治理長度與防洪標準保持不變，工程規(guī)模與總投資未發(fā)生較大變化，設計變更造成的主要變化為：土方開挖與棄方減少，鋁鋅合金網(wǎng)石籠護腳的防護長度增加，防洪堤堤距減小，防洪堤背坡變13、緩，增設了2處過水路面及4處固定斷面，從而從整體提高了工程的經(jīng)濟性、安全性與可行性，基本達到了通過設計變更解決治理河道被破壞、不能施工的目的，故本次變更對工程總體影響是有利的。1.6設計變更方案的技術經(jīng)濟比較通過本次設計方案變更，在保持大榆樹溝河道防洪標準不變的情況下，通過向上游移動4.2km，避開了已經(jīng)被破壞的河道，有利于迅速開展工程施工。變更后方案增加了4個河道中的固定斷面，共計6個；增設了2個過水路面等穿堤建筑物，提高了工程的安全性與防洪效益，優(yōu)化縮短了工期，故本次變更技術經(jīng)濟上較為合理，方案可行。設計變更前后技術經(jīng)濟比較見表6-1。92設計變更發(fā)生的緣由大榆樹溝治理工程始終得到?jīng)龀强h縣14、委政府的高度重視，在工程設計初期，專門召集發(fā)改、城建、土地等部門專題召開項目設計會議，聽取設計單位的設計理念匯報，并與設計單位負責人交換建議和意見，集思廣益，明確了大榆樹溝治理工程設計的基本輪廓和架構。在工程初步設計批復后，為使大榆樹溝治理工程按照計劃能夠在今年開工，縣政府多次召開由水利、土地、城建等部門參加的會議，安排部署工程建設，協(xié)調(diào)各部門聯(lián)動形成合力推進工作，明確各部門的工作職責，聽取各部門工作開展情況匯報并研究解決工程建設涉及到的土地征用、城鎮(zhèn)居民房屋拆遷等問題。烏蘭察布市涼城縣大榆樹溝防洪治理工程，經(jīng)實地勘測與調(diào)查，由于從呼市到集寧的運煤專線途經(jīng)工程所在地河道，公路施工從河道內(nèi)取沙做15、路基，至使原本平整的河床形成很多深溝、棄渣，且公路設計有穿堤建筑物橋梁一座，現(xiàn)正在施工。防洪工程設計重力墻的位置，經(jīng)放線多數(shù)在深溝內(nèi)，深溝與原設計河床高差在34米之間。因此施工單位無法按照設計圖紙施工，需對原設計進行變更。為解決工程施工難的問題，涼城縣水利局經(jīng)與烏蘭察布市欣源水業(yè)勘測設計有限公司多次溝通，本著不降低河道設計行洪標準、減少征地與盡量不改變原設計思路的原則，結合大榆樹溝的洪水特性，由烏蘭察布市欣源水業(yè)勘測設計有限公司對原設計方案進行了設計變更。設計變更后的斷面既能保證防洪標準不降低，又能減少工程占用耕地，為工程能夠順利開工建設創(chuàng)造了良好的條件，為此涼城縣水務局以關于涼城縣大榆樹溝防16、洪治理工程設計變更的報告（2012涼水字第18號）向烏蘭察布市水利局進行了請示，烏蘭察布市水利局也對此進行了批復，同意對本工程初步設計報告進行變更。3 設計變更內(nèi)容3.1水文變更內(nèi)容3.1.1治理河段設計洪水變更內(nèi)容（1）變更前設計洪水計算在2011年3月由我公司完成的內(nèi)蒙古涼城縣大榆樹溝防洪治理工程初步設計報告中，治理河段設計洪水由渠首上游洪水及區(qū)間支溝（后干溝）的洪水匯入疊加而成。集水面積為290.0km2。根據(jù)內(nèi)蒙古自治區(qū)水文手冊（1977）中多年平均洪峰流量地區(qū)經(jīng)驗公式：Qm=6.14F0.55 100km2F2000km2計算的大榆樹溝治理河段20年、10年和5年一遇設計洪峰流量成果17、見表3-1。表3-1 變更前治理河段設計洪峰流量成果表 P50%20%10%5%2%KP0.451.462.53.685.34Q支溝匯入前55.26179.3307.0451.9655.8Q支溝匯入后62.46202.7347.0510.8741.2（2）變更后設計洪水計算由于變更后治理河段向上游移動了4.2km，避開了大榆樹溝的一條支流“后干溝”，治理河段的集水面積減少，為232km2。根據(jù)內(nèi)蒙古自治區(qū)水文手冊（1977）中多年平均洪峰流量地區(qū)經(jīng)驗公式：Qm=6.14F0.55 100km2F2000km2計算的大榆樹溝治理河段20年、10年和5年一遇設計洪峰流量成果見表3-2。表3-2 變18、更后設計洪峰流量成果表 P50%20%10%5%2%KP0.451.462.53.685.34Q支溝匯入前55.26179.3307.0451.9655.8由表3-1和表3-2對比可知，變更后治理河段避開了后干溝，則10年一遇設計洪峰流量由347 m3/s減少至307m3/s，減小了11.5%。（3）變更后設計洪水合理性印證根據(jù)專家審查意見，本次設計變更僅是積水面積減小，其它自然、水文等條件沒有變化，基于上述原因，認定利用內(nèi)蒙古自治區(qū)水文手冊（1977）中多年平均洪峰流量地區(qū)經(jīng)驗公式：Qm=6.14F0.55 100km2F2000km2，計算的設計洪水成果是較為合理的。3.2工程地質(zhì)變更內(nèi)容19、設計變更前后本工程地質(zhì)情況未發(fā)生變化，現(xiàn)將地質(zhì)情況簡述如下：第四系全新統(tǒng)沖洪積（Q4al+pl）低液限粉土：褐黃色，稍濕濕，稍-中密狀，可塑，含植物根系。基底高程在1302.23m1358.70m，厚度0.2m4.1m。天然容重：1.87g/cm3；干容重：1.81 g/cm3；比重：2.91；內(nèi)摩檫角：20；壓縮系數(shù)：0.75Mpa-1；壓縮摸量：2.67MPa；詳見各土層物理力學性質(zhì)參數(shù)統(tǒng)計表，平均滲透系數(shù)3.710-5。第四系全新統(tǒng)沖洪積（Q4al+pl）級配不良礫：灰白色，濕，密實，次磨圓狀，以長石、石英為主，夾有卵石及漂石。據(jù)室內(nèi)滲透性試驗，滲透系數(shù)為2.210-2cm/s。本區(qū)位置20、處于陰山東西復雜構造帶的南緣，因受華夏系構造的干擾，形成北東東向構造形跡。主要特點為太古代早期褶皺構造即近東西向程家營-太平寨單斜構造，地層走向北東東，一般為80度，傾向北，傾角變化大，一般在48-72度左右。依據(jù)地震烈度分區(qū)圖和GB18306-2001中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖；本區(qū)地震動峰值加速度為0.15g，相當于地震基本烈度度。料場變更情況：原設計料場運距分別為：土料場5km，石料場5km，砂礫料場沿河分布取用。本次設計變更后，因為治理河段上移，所以料場運距發(fā)生了變化：土料場運距仍為5km；石料場運距變?yōu)?0km，增加了5.0km；砂礫料場仍然是沿河分布取用。本次設計變更堤后防洪道路的填筑材21、料均采用本工程開挖棄料，開挖棄料能夠滿足工程的需要，沒有外運土方。3.3工程任務與規(guī)模變更內(nèi)容由于本工程治理范圍與防護對象未發(fā)生變化，故工程任務與原大榆樹溝初設報告相同：即保障1600人，農(nóng)田0.78萬畝的防洪安全；因設計洪峰流量由347m3/s變?yōu)?07m3/s，故河道水面線需重新推算，重新推算后的成果如下：3.3.1水面線推算3.3.1.1糙率確定本次變更糙率保持不變，即整治前采用0.03，整治后仍采用0.03。 3.3.1.2計算方法（1）計算方法與原大榆樹溝初設報告相同，采用河道恒定非均勻流計算公式的主要理論依據(jù)是伯努利能量守恒方程式，從下游斷面向上游推算水位，得到整個河段的不同流量對22、應的水位。（2）河道洪水位計算的起推水位計算方法不變，采用均勻流法計算。水面線推求控制下游末端水位為1303.89m。3.3.1.3現(xiàn)狀洪水位由于設計洪峰流量發(fā)生變化，故本次變更對現(xiàn)狀洪水位進行了重新推算：在實地測量的斷面數(shù)據(jù)的基礎上結合1萬地形圖進行修正，大榆樹溝洪水計算標準為10年一遇，設計洪峰流量307m3/s。通過計算，現(xiàn)狀河道發(fā)生122 m3/s的洪水即出槽漫溢，主槽斷面流速為： 3.01m/s。3.3.1.4設計洪水位由于設計洪峰流量發(fā)生變化，故本變更對設計洪水位進行了重新推算：設計洪水位按本次工程設計斷面進行計算。10年一遇的設計洪水位（水面線推求）計算成果見表3-3。表3-3 23、河道設計洪水位（水面線）成果表序號樁號河底高程(m)水深(m)設計洪水位(m)流速(m/s)左岸地面高程(m)右岸地面高程(m)左岸堤頂高程(m)右岸堤頂高程(m)10+0001362.021.11363.123.411362.621362.371364.601364.6020+2001359.361.21360.563.261360.391360.571362.351362.3530+4001356.4811357.483.451356.661356.801358.611358.6140+6001354.4211355.423.361354.841354.961356.781356.785024、+8001351.761.321353.084.131351.801354.0761+0001349.661.321350.98 4.251350.931353.2671+2001346.821.11347.923.701347.261349.1781+4001345.561.41346.964.271345.671348.1491+6001342.781.491344.274.431342.971345.53101+8001340.681.581342.264.501340.831343.42112+0001338.881.11339.983.671339.841341.94122+200125、336.7311337.733.411336.951336.841339.941339.94132+4001333.9811334.983.401334.171334.211336.311336.31142+6001331.8411332.843.401331.781331.851333.891333.89152+8001329.7711330.773.381330.221330.101332.201332.20163+0001327.820.791328.612.991328.181328.141330.271330.27173+2001325.480.591326.072.481325.926、21325.621327.701327.70183+4001322.910.71323.612.741323.011323.171325.261325.26193+6001320.551.061321.613.571321.461323.54203+8001318.290.771319.062.271319.191321.24214+0001316.240.851317.093.121317.101319.03224+2001314.620.831315.452.791314.921317.01234+4001312.5511313.553.361312.611312.641314.6913127、4.69244+6001310.500.831311.333.061310.391312.49254+8001308.291.021309.313.501309.121311.00265+0001305.361.601306.964.611306.761308.80275+2301303.160.731303.892.791303.561305.55313.4 工程布置及主要建筑物變更內(nèi)容由于設計洪水流量成果及工程規(guī)模的變化，本次變更對河堤堤距、橫斷面型式、堤防穩(wěn)定、河道沖刷深度、堤腳防護型式等重新進行了設計與計算，并根據(jù)專家審查意見，對堤防填筑設計、穿堤建筑物設計等內(nèi)容進行了優(yōu)化設計，現(xiàn)分述28、如下：3.4.1河堤堤距大榆樹溝屬于蠻汗山區(qū)狹窄河床，兩岸分布有帶狀農(nóng)田，為了減少占地，選擇漿砌石重力式堤防為主較為合適。防洪工程過去修了簡陋單側重力式漿砌石防洪堤約200m，其余地段均為自然沖刷形成的溝，溝寬80-120m，平均溝深0.8 m左右。經(jīng)計算過水能力為184.0m3/s。根據(jù)確定的防洪標準為十年一遇，洪峰流量為307.0 m3/s。結合河道實際情況，確定適當?shù)牡叹啵摰叹酁殡p側護的堤距。1.當?shù)叹酁?0.0m，水深1.0m時，最大過流能力為278.0 m3/s。這時許多河道將被縮窄，當遭遇十年一遇以上的洪水時，河流的行洪能力不足，不能滿足河道治理的要求。2.當?shù)叹酁?00.0m，29、水深1.0m時，最大過流能力為349.7 m3/s。這時部分河段將被拓寬，河道的行洪能力雖然大幅提升，但河岸邊的農(nóng)田將被占用，也不能滿足河道治理的要求。3.當?shù)叹酁?0.0m，水深1.1m時，最大過流能力為314.2 m3/s。此時河道拓寬和縮窄的地段都很少，河道的行洪能力也能滿足河道治理的要求。經(jīng)分析確定大榆樹溝河道治理段的雙側護河段的堤距為90.0m。由于變更后縮窄河道，雙側護段0+0000+686、2+0824+035、4+2004+520段堤距控制范圍由100.0m變?yōu)?0.0m；單側護段為0+6862+082、4+0354+200、4+5205+230，堤距控制范圍變?yōu)?5.022530、.0m。3.4.2 堤型選擇 為了實現(xiàn)該河保護農(nóng)田和村莊的目的，力求在設計洪水的情況下既保護了農(nóng)田、村莊，又經(jīng)濟適用，少占農(nóng)田。大榆樹溝的實際情況是河道狹長，兩岸就是寶貴的農(nóng)田。1.如果采用土質(zhì)堤防，那么以堤頂寬3.0m，迎、背水邊坡均為1:2.5，堤高為2.0m時，一側堤防底寬就是13.0m,在保證行洪要求的同時，堤防將占用大量的農(nóng)田土地，雖然經(jīng)濟上比較合理，但現(xiàn)實中不可行，農(nóng)民有限的寶貴土地不會允許被占用的。2.如果采用漿砌石重力堤防，那么墻基礎深1.0m，墻高2.1m，底寬2.1 m，重力墻迎水面為直立式，背坡10.4時，工程占地少，而且在治理河段在山區(qū)，石料可就地取材，價格也低廉，而且31、漿砌石堤防經(jīng)久耐用，維護簡單。此次防洪治理河段堤防總長為7.84km，以漿砌石堤防為標準，土質(zhì)堤防和漿砌石護坡式堤防比其分別多占地314畝。因該河道兩岸均為農(nóng)田，特別是右側大部分為水澆地，土地十分珍貴。考慮到九號村到水磨村已形成窄深式的河道，河道比降較陡，沖刷嚴重，同時為了減少占地，經(jīng)方案比較按照技術可行，經(jīng)濟合理的原則，在這里全部堤防將采取重力式漿砌石結構。3.4.3 堤身設計3.4.3.1堤頂高程的確定1.設計洪水根據(jù)洪水計算結果, 該河十年一遇洪峰流量為307.0m3/s 。 2.堤頂高程計算公式： Z=Z0+R+e+A式中：Z堤頂高程(m)；Z0設計水面高程(m)；R設計波浪爬高(m)32、；e設計風雍增高(m)；A安全超高 (m) 按堤防工程設計規(guī)范GB50286-98，確定5級堤防的安全超高為0.5m。以上各項計算如下：根據(jù)堤防工程設計規(guī)范GB5028698附錄C計算確定。 重力式漿砌石擋土墻：當m1.25時按下式計算式中：Rp 累積頻率為P的波浪爬高(m)：斜坡的糙率及滲透系數(shù)，砌石護面取0.75； Kv 爬高累計頻率換算系數(shù)，取1.75； KP 經(jīng)驗系數(shù)，可根據(jù)風速V(ms)、堤前水深d(m)、 重力加速度g(ms2)組成的無維量，查表得l.26；R0 無風情況下，光滑不透水護面()、 時的爬高值(m)，按堤防工程設計規(guī)范表C.3.14確定。取l.24； 堤前波浪的平均波33、高(m)，由波浪要素公式計算確定。 式中：平均波周期(S)： V 計算風速(ms)；取涼城縣汛期多年最大風速平均值9.3m/s的1.5倍，14.0ms； F 風區(qū)長度(m)； g 重力加速度(ms2)。經(jīng)計算：m1.25時，計算波浪爬高為0.38。 (2)風雍增水高度 根據(jù)堤防工程設計規(guī)范GB5028698附錄C公式21計算確定。 式中：e設計點的風雍水面高度(m)； K綜合摩阻系數(shù)，可取K=3.6106： V設計風速，按計算波浪的風速確定，V=14.0ms； F由計算點逆向量到對岸的距離(m)：100m； D水域的平均水深(m)1.1m； 風向與垂直于堤軸線的法線的夾角(度)。計算得風雍增水34、高度為0.O08m，均小于0.Olm，可忽略不計。經(jīng)計算大榆樹溝堤防安全超高為0.5m，考慮波浪爬高作用，加高0.38m,確定總加高1.0m,設計水深1.1m。堤高確定為2.1m。3.4.3.2堤防斷面設計1、堤頂寬度 根據(jù)堤防工程設計規(guī)范GB50286-98中的規(guī)定，并考慮汛期防洪交通要求，5級堤防堤頂寬度為3.0m。 2、堤坡 按照堤防工程設計規(guī)范GB5028698中的規(guī)定，漿砌石重力式擋土墻堤防迎水坡采用0，背水坡采用10.4。3、防洪堤斷面尺寸按確定的防洪標準，結合考慮現(xiàn)河道斷面確定堤寬b=90m ，平均i=1/88，n=0.03，h=1.1m，計算得最大行洪能力為314.2m3/s，35、大于十年一遇洪水307.0 m3/s，滿足行洪設計標準。本次河道治理河段在土石山區(qū)，綜合考慮占地、拆遷、投資及挖填方的要求，排除了使用土堤的可能性，而治理河段周邊有許多采石場，塊石價格低廉，儲藏量能夠滿足施工需求，所以在這里選擇堤型為漿砌石重力式堤防，其占地少，堅固耐用，符合設計的要求。堤型為漿砌石重力式護岸。重力式漿砌石超高取1.0m，則斷面尺寸為堤距90m，設計水深1.1m，堤高2.1 m，堤頂寬0.5m。堤防背側采用河道挖方棄土填筑寬3.0m，距堤頂1.0m高的防洪應急通道,為砂礫石路面。防洪堤結構見圖。3.4.3.3堤身結構設計穩(wěn)定計算（1）抗滑穩(wěn)定計算大榆樹溝防洪堤所處的河道屬于季節(jié)36、性河流，只在汛期有幾次洪水下泄，平時為河干。防洪堤的抗滑穩(wěn)定最不利時是在堤前無水的情況下，因此抗滑穩(wěn)定計算按河道無水與河道洪水位為設計水位1.1m時的2種工況時考慮。式中：Ki抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)（規(guī)范要求5級提防為1.15）W作用于墻體上的全部垂直力的總和P作用于墻體上全部水平力的總和f底板于堤基礎之間的摩擦系數(shù)(本區(qū)基礎為沙壤土，0.4)工 況W（KN）P（KN）fKi標準備注堤前堤背1無水填土131.1217.540.42.841.15滿足要求2設計水位1.1m填土131.1212.150.44.321.15滿足要求兩種工況分別計算得Ki為2.99和4.32，均大于1.15，均滿足要求。（237、）抗傾穩(wěn)定計算式中：K0抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)（規(guī)范要求5級提防為1.40）MV抗傾覆力矩（計算得69.79KNM）MH傾覆力矩（計算得10.99KNM）工 況MV（KNM）MH（KNM）K0標準備注堤前堤背1無水填土69.7910.996.351.40滿足要求2設計水位1.1m填土78.1410.997.111.40滿足要求兩種工況分別計算得K0為6.35和7.11，均大于1.40，均滿足要求。（3）重力墻基地應力計算式中：基礎的最大和最小壓應力G垂直荷載A底板面積M荷載對底板形心軸的力矩W底板的截面系數(shù)經(jīng)計算得最大66.27Ka,最小40.65 K，遠小于地基砂礫石的允許承載能力120K。同時也38、充分考慮了防洪堤沿線地基不均勻性的安全儲備（=max/min=1.632.0）。3.4.3.4防洪堤防護設計 1、沖刷計算（1）堤岸沖刷深度計算不沖流速校核：根據(jù)河床土質(zhì)及河道行洪斷面，其允許不沖流速為1.1m/s，而河道設計流速為1.73.12m/s，大于允許不沖流速，故需要計算水流對河槽造成的沖刷深度。沖刷深度計算根據(jù)堤防工程設計規(guī)范GB5028698并結合本河道的堤線布置情況，堤防直線段采用平順護岸沖刷深度公式計算沖深，在彎道處采用斜沖護岸公式計算沖刷深度。a、水流平行于岸坡產(chǎn)生的沖刷按下式計算：=式中:hB 局部沖刷深度(m)，從河底算起；hp 沖刷處的水深(m)；1.2 mVcp平均39、流速(m/s)；3.00m/sV允河床面上允許不沖流速，取1.1(m/s)；N與防護岸坡在平面上的形狀有關，取n=1/4；經(jīng)計算，平行水流的沖刷深度為0.342m。b 水流斜沖防護岸坡產(chǎn)生的沖刷按下式計算：式中：hp從河底算起的局部沖深(m)；水流流向與岸坡交角15；m迎水面邊坡系數(shù)0；d坡角處土壤粒徑0.0025(m)；Vi水流局部沖刷流速(m/s)，Vi的計算按無灘地河床考慮。 式中：Q設計流量(m3/s)；Wp設計河道過水斷面積；斜沖沖刷深度計算表位置流量Q(m3/s)(度)m均d(m)Vi(m/s)hp(m)2+0243071500.00253.674.104+3913071500.040、0253.363.424+4623071500.00253.363.42計算結果顯示，河道局部沖刷深度在4.10m。防洪堤基礎深1.0m，故在彎道處需進一步防護。本設計變更在彎道轉折處墻腳采用鉛絲石籠防護，其護寬按23倍最大沖深值計算，設計防護尺寸為：寬8.0m，長60.0m，厚50cm的鉛絲網(wǎng)石，網(wǎng)石下面為15.0cm厚的砂礫墊層和一層土工布。3.4.4堤防橫斷面設計變更前防洪堤橫斷面型式采用梯形斷面，漿砌石重力墻基礎深1 m。墻高2.1m，底寬2.1 m，重力墻迎水面為直立式，背坡10.3；根據(jù)專家審查意見，考慮到防洪堤背面不全部填土，為了增加防洪堤的安全穩(wěn)定性，將漿砌石重力墻的背坡改為141、:0.4，相應地重力墻基礎底寬變?yōu)?.34m，其余項目保持不變。則原設計抗滑穩(wěn)定系數(shù)Ki為2.44，抗傾穩(wěn)定系數(shù)K0為3.78，變更后抗滑穩(wěn)定系數(shù)Ki為2.84，抗傾穩(wěn)定系數(shù)K0為6.35。 3.4.5穿堤建筑物設計為了為了保持河道較陡地段的河床不被嚴重沖刷下切，也為了在河道上淤積被采砂后遺留下的大坑，增設漿砌石固定斷面4處，共計6處。固定斷面的技術參數(shù)與變更前的一致，為：寬8米，深0.5米，迎水面設1.2米深的齒墻，墻厚0.8米，下游面設1.5米深的齒墻，墻厚1米，固定斷面為鉛絲籠網(wǎng)石結構，軸線樁號分別為：0+434、0+889、1+254、2+228、3+600、4+520。為了方便村民出42、行及田間耕作的需要，在村莊附近的過河道路上增設置交叉工程漿砌石過水路面2處,共計4處。因治理河段兩側重載運煤專線公路仍在修建中，每天均有大量重載車輛通過河道上的過水路面，所以為了防止剛修好的過水路面被破壞掉，向?qū)⑦^水路面的漿砌石路面厚度由原設計的30cm，變?yōu)?0cm，其余的技術參數(shù)與變更前一致：其長度為分別為：90.0m, 125.0m, 125.0m, 100.0m，寬度均為5.0m，路面為60cm厚的漿砌石結構，其路面在岸邊的坡度為1:10。其軸線樁號分別為：0+468、1+080、4+709、5+230。在河道的轉彎處設置護腳，以防止洪水流速太大沖刷堤防，防洪護腳的具體尺寸原來為：寬843、m，長10m，厚50cm的鉛絲網(wǎng)石。為了更加合理地防止洪水沖刷堤防，現(xiàn)變更為寬5m，長60m，厚50cm的鉛絲網(wǎng)石。樁號分別為：2+024, 4+391, 4+462。在防洪堤兩側同樣布置上堤坡道5處，坡道的設計參數(shù)不變，仍然是：坡度為1:10,邊坡坡度為1:2.5，寬度為4m。樁號分別為：1+000, 2+600（雙側）, 4+000, 5+000。在樁號為0+368處的左岸，有一條小的洪水溝匯入，在溝口布置一處喇叭形的引洪口，使溝里的洪水能夠順利匯入大榆樹溝中。引洪口的重力式漿砌石擋墻的設計尺寸為：堤高1.5m，頂寬0.5m,底寬2.0m，基礎深1.0m。堤防迎水面邊坡直立，背水面為10.44、3。引洪口：在樁號為0+368處的左岸，有一條小的洪水溝匯入，在溝口布置一處喇叭形的引洪口，使溝里的洪水能夠順利匯入大榆樹溝中，該溝集水面積為2.2km2。引洪口依山勢，其寬度為18.0m，其十年一遇洪峰流量為20.35m3/s。引洪口的重力式漿砌石擋墻的設計尺寸為：堤高1.5m，頂寬0.5m,底寬2.0m，基礎深1.0m。堤防迎水面邊坡直立，背水面為10.3。3.5 施工組織設計變更內(nèi)容3.5.1棄方為節(jié)省工程投資，將挖方土就近回填到堤防的背面，作為防洪道路的部分材料。運距很短。不需要專門將挖方土運至棄渣場。3.5.2土方平衡本工程設計變更前土方開挖4.0109萬m3（自然方），土方回填3.45、9936萬m3（實方），經(jīng)土方平衡后需要取土0.0173萬m3（實方），從土料場運至施工河段進行填墊，運距5.0km。變更后土方開挖4.1036萬m3（自然方），土方回填4.0983萬m3（實方），經(jīng)土方平衡后需要棄土0.0053萬m3（實方），從施工現(xiàn)場運至附近河段的采砂大坑中進行填墊。變更后土方平衡表見表3-10。表3-10 土方平衡表 單位：m3序號工程項目土方開挖 （自然方）土方回填 （實方）棄土 （實方）1主體工程4103640983533.6 設計概算變更內(nèi)容3.6.1 投資指標原概算審批投資1094.42萬元，變更后總投資1094.03萬元。各部分投資變化見表3-12：表3-1246、 大榆樹溝初步設計概算變更投資表 單位：元序號工程或費用名稱審批投資 變更投資增（減）變更備注第一部分 建筑工程86462638607976-38287一主體建筑工程86462638607976-38287（一）疏浚工程85591481462551挖方8559148146255（二）堤防工程80816687678018-4036501土方開挖9024473966-162782土方填筑21408421938753033土方填筑4漿砌石66331546388419-2447355瀝青杉板427841400137-277046砂墊層263276244751-185257頂層C20砼19687016447、232-326388砂礫石路面256201187125-69076（三）固定斷面1651754463932812181土方開挖1901524433432土方回填34412408963鉛絲石籠162929439909276980（四）護腳58206154406962001土方開挖77717079302土方回填41396-3173鉛絲石籠46163124460782974砂礫墊層47401347387335土工布(400g/m2)6113146708557（五）過水路面工程1418413129481710991土方開挖1978371517372土方回填661459-2023砂墊層19336329348、3135974漿砌石護底1181372689271507905干砌石172969145185（六）上堤交通坡道60913987891土方填筑6091398789第二部分 機電設備及安裝工程1500001500000一管理設備15000015000001防汛用車1500001500000第四部分 臨時工程26712631307645950一臨時道路工程450007500030000二施工圍堰2671142510157991圍堰土方填筑2050532635121302圍堰土方拆除620598763671三施工房屋建筑工程1510701511821121施工倉庫200002000002辦公生活福利建49、筑131070131182112四其他臨時工程443454438338第五部分 獨立費用一建設管理費31.7331.730萬元二科研勘測設計費45.3244.360.04萬元三材料價差44.6343.46-1.17萬元一至五部分合計1028.021027.65-0.37萬元基本預備費51.4051.38-0.02萬元I靜態(tài)總投資1079.42 1079.03 -0.39萬元II水土保持費10100萬元III環(huán)境保護費550萬元投資總計1094.42 1094.03 -0.39萬元3.6.2概算編制變化說明（1）主要材料價格：原概算采用2011年第二季度涼城縣市場價格，變更概算仍采用2011年第50、二季度涼城縣市場價格。如表3-13。表3-13 主要材料價格變化表材料名稱單位原概算價格變更概算價格塊石m35454汽油t80008000水泥t365365碎石m36060柴油t86008600砂m33838（2）稅金：仍然采用原概算稅金3.35%。（3）建設單位人員經(jīng)常費：原概算根據(jù)建設單位定員、費用指標和經(jīng)常費用計算期進行計算，變更概算根據(jù)116號文并結合工程實際情況進行計算。3.7 經(jīng)濟評價變更內(nèi)容由于投資的變化，經(jīng)濟評價需要變更的內(nèi)容如下：3.7.1 固定資產(chǎn)投資固定資產(chǎn)投資為由1094.42變?yōu)?094.03萬元。3.7.2年運行費年運行費由56.974萬元變?yōu)?4.702萬元。3.51、7.3 經(jīng)濟盈利能力指標計算變更前本項目國民經(jīng)濟內(nèi)部收益率為11%，大于8%，國民經(jīng)濟凈現(xiàn)值為493.07萬元，大于0，經(jīng)濟效益費用比為1.28，大于1。變更后本項目國民經(jīng)濟內(nèi)部收益率為11%，大于8%，國民經(jīng)濟凈現(xiàn)值為415.15萬元，大于0，經(jīng)濟效益費用比為1.41，大于1。說明該項目在經(jīng)濟上是合理的。4 設計變更的依據(jù)（1）關于涼城縣大榆樹溝防洪治理工程設計變更的報告（2012涼水字第18號）；（2）烏蘭察布市水利局關于我市涼城縣大榆樹溝防洪治理工程設計變更的請示（烏水發(fā)201272號）。5 設計變更總體影響分析本工程變更前后治理長度與防洪標準保持不變，工程規(guī)模與總投資未發(fā)生較大變化，設52、計變更造成的主要變化為：防護河段的位置向上游移動4.2km。土方開挖由4.0109萬m3變?yōu)?.1036萬m3，增加了0.0927萬m3，設計需外運土方0.0173萬m3，變更后變?yōu)闂壏?.0053萬m3。鋁鋅合金網(wǎng)石籠由原來的5個變?yōu)楝F(xiàn)在的3個，減少了2個，但防護總長度由50m變?yōu)?80m ，增加了130m。固定斷面由原來的2個變?yōu)?個，增加了4個。過水路面由原來的2個，變?yōu)楝F(xiàn)在的4個，增加了2個。路面漿砌石厚度由原來的30cm變更為60cm。漿砌石堤防的背坡坡度由原來的1:0.3，變更為1:0.4.增加了一個引洪口，以利于將堤外的洪水引入治理河道中。護腳的順水流長度由原設計的10m，變更為53、長60m。上述變更從而從整體提高了工程的經(jīng)濟性、安全性與可行性，基本達到了通過設計變更解決河道被毀后保證能夠開展施工的目的。6 設計變更方案的技術經(jīng)濟比較本次設計變更結合大榆樹溝目前的河道現(xiàn)狀，重新推算了設計洪水流量，進而對工程規(guī)模、橫斷面型式、施工組織設計、概算、經(jīng)濟評價等產(chǎn)生了一系列的影響，設計變更前后技術經(jīng)濟比較見表6-1。表6-1 東河設計變更前后技術經(jīng)濟比較表序號名 稱單 位變更前變更后備注一、水文1河流名稱大榆樹溝大榆樹溝2河流全長km57.657.63治理段以上流域面積km229023240+0004+600標 準P(%)10%10%5流 量m3/s347.0307.06多年平均54、輸沙量萬t62.1449.71二、工程任務和規(guī)模保護人口萬人0.160.16保護農(nóng)田及草場萬畝0.780.78治理長度km5.245.23堤距m10090三、工程設計主要內(nèi)容1主要建筑物級別5級5級2堤防及穿堤建筑物等級5級5級3地震基本烈度/設防烈度度7/77/74整治段河道長度m524052305河底縱坡8.7011.36四、工程占地hm25.285.28臨時占地hm25.285.28五、施工1主體工程數(shù)量土方開挖萬m34.014.10堤防填筑萬m33.994.10漿砌石萬m34.243.952施工期限月88六工程投資概算1靜態(tài)總投資萬元1079.421079.032工程部分萬元3建筑工程55、萬元864.63860.804臨時工程萬元26.7131.315獨立費用萬元121.68120.546基本預備費萬元51.4051.387水土保持工程萬元10108環(huán)境保護工程萬元55七經(jīng)濟評價1國民經(jīng)濟內(nèi)部收益率%10.210.82經(jīng)濟費用比1.281.31注：表中加粗數(shù)量為變更前后產(chǎn)生變化的量 由上表可以看出，通過本次設計方案變更，在保持東河河道防洪標準不變的情況下，防洪治理河段通過向上游移動4.2km，避開了已經(jīng)被破壞的河道，有利于迅速開展工程施工。變更后方案增加了4個河道中的固定斷面，共計6個；增設了2個過水路面，共計4個過水路面；加長了3個防洪護腳的長度及增設1處引洪口等穿堤建筑物，提高了工程的安全性與防洪效益，優(yōu)化縮短了工期，故本次變更技術經(jīng)濟上較為合理，方案可行。