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施工管理軟件

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關(guān)于城防工程防洪堤堤頂超高問題探討

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一、前 言     我國(guó)城市基本分散布置于沿海、沿湖、沿江及山區(qū)河谷盆地,洪澇水害較為嚴(yán)重。為治理城市洪澇災(zāi)害,保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,應(yīng)大力興建城市防洪工程。     城市防洪堤是城市防洪工程的重要組成部分。為保證堤防安全,堤防必須高出設(shè)計(jì)洪水位一定的超高值,但由于堤防主要分布于城區(qū),過高的防洪堤不僅影響工程投資,而且對(duì)城市的環(huán)境、交通和景觀等影響很大。因此,對(duì)關(guān)系城市防洪堤高度的重要因子之一,堤頂超高問題進(jìn)行研究很有必要。     二、規(guī)程規(guī)范關(guān)于堤頂超高的有關(guān)規(guī)定     近年來,國(guó)家和有關(guān)部門制定和頒布了各項(xiàng)規(guī)程規(guī)范,對(duì)堤防的工程等別、堤頂超高、安全加高等有關(guān)技術(shù)參數(shù)作了規(guī)定,主要的規(guī)程規(guī)范有:     1、《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB50201--94)     該規(guī)范由國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局和建設(shè)部于1994年6月2日發(fā)布?!斗篮闃?biāo)準(zhǔn)》第2.0.1條對(duì)城市的等級(jí)和防洪標(biāo)準(zhǔn)作了明確規(guī)定,根據(jù)城市的重要性或非農(nóng)業(yè)人口的數(shù)量將城市分為四個(gè)等級(jí)。具體規(guī)定見表1。 表1             城市的等級(jí)和防洪標(biāo)準(zhǔn) 等級(jí) 重要性 非農(nóng)業(yè)人口(萬人) 防洪標(biāo)準(zhǔn)(重現(xiàn)期·年) Ⅰ 特別重要的城市 ≥150 ≥200 Ⅱ 重要的城市 150~50 200~100 Ⅲ 中等城市 50~20 100~50 Ⅳ 一般城鎮(zhèn) ≤20 50~20       2、《堤防工程技術(shù)規(guī)范》(SL51--93)     該規(guī)范由水利部于1993年4月10日發(fā)布?!兜谭拦こ碳夹g(shù)規(guī)范》(SL51--93)對(duì)城市的堤防級(jí)別、防洪標(biāo)準(zhǔn)及安全加高的規(guī)定見表2。 表2        城市堤防工程級(jí)別及安全加高 項(xiàng)        目 堤  防  級(jí)  別 1 2 3 4 城鎮(zhèn)重要程度 特別重要城市 重要城市 中等城市 一般城鎮(zhèn) 城市非農(nóng)業(yè)人口(萬人) ≥150 150~50 50~20 ≤20 防洪標(biāo)準(zhǔn)(重現(xiàn)期·年) ≥100 100~50 50~30 30~20 安全加高(m) 1.0 0.8 0.7 0.6       該規(guī)范的5.2.1和5.2.2條對(duì)堤頂高程作了如下規(guī)定:     “5.2.1堤頂高程應(yīng)按設(shè)計(jì)洪水位加堤頂超高確定:     堤頂超高按(5.2.1)確定      Y=R+e+A            5.2.1     式中  Y——堤頂超高(m)      R——設(shè)計(jì)波浪爬高(m)      e——設(shè)計(jì)風(fēng)壅水面高(m)      A——安全加高(m)          ”     “5.2.2當(dāng)土堤臨水面設(shè)有穩(wěn)定、堅(jiān)固的防浪墻頂,高程可視為設(shè)計(jì)堤頂高程。但堤身頂高程應(yīng)高出設(shè)計(jì)水位0.5m以上。”     3、《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286--98)     該規(guī)范由國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局和建設(shè)部于1998年10月8日聯(lián)合發(fā)布?!兜谭拦こ淘O(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)堤防工程的安全加高值的規(guī)定見表3。     表3         堤防工程的級(jí)別及安全加高值 防洪標(biāo)準(zhǔn) (重現(xiàn)期·年) ≥100 <100且≥50 <50且≥30 <30且≥20 <20且≥10 堤防工程的級(jí)別 1 2 3 4 5 安  全 加高值 (m) 不允許越浪的堤防工程 1.0 0.8 0.7 0.6 0.5 允許越浪的堤防工程 0.5 0.4 0.4 0.3 0.3       規(guī)范第6.3.1、6.3.3條對(duì)堤頂高程作了說明:     “6.3.1堤頂高程應(yīng)按設(shè)計(jì)洪水位或設(shè)計(jì)高潮位加堤頂超高確定。堤頂超高應(yīng)按下式計(jì)算確定。1、2級(jí)堤防的堤頂超高值不應(yīng)小于2.0m。     Y=R+e+A     式中  Y——堤頂超高(m)      R——設(shè)計(jì)波浪爬高(m)      e——設(shè)計(jì)風(fēng)壅水面高(m)      A——安全加高(m)              ”     “6.3.3當(dāng)土堤臨水側(cè)堤肩設(shè)有穩(wěn)定、堅(jiān)固的防浪墻時(shí),防浪墻頂高程計(jì)算應(yīng)與第6.3.1條堤頂高程計(jì)算相同,但土堤頂面高程應(yīng)高出設(shè)計(jì)靜水位0.5m以上。”     4、《城市防洪工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ50--92)     該規(guī)范由建設(shè)部和水利部于1993年2月8日聯(lián)合發(fā)布?!冻鞘蟹篮楣こ淘O(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)城市等別、防洪標(biāo)準(zhǔn)、堤防工程級(jí)別及安全超高的規(guī)定見表4。 表4   城市等別、防洪標(biāo)準(zhǔn)、堤防工程級(jí)別 城市等別 重要程度 人口 (萬人) 防洪標(biāo)準(zhǔn)(重現(xiàn)期·年) 堤 防 級(jí) 別 安全超高 (m) 江洪、海潮 山洪 泥石流 一 特別重要城   市 ≥150 ≥200 100~50 >100 1 1.0 二 主要城市 150~50 200~100 50~20 100~50 2 0.8 三 中等城市 50~20 100~50 20~10 50~20 3 0.6 四 小城市 ≤20 50~20 10~5 20 4 0.5       該規(guī)范的5.1.4、5.1.5條對(duì)堤頂和防浪墻頂高高程作出了如下規(guī)定:     “5.1.4堤頂和防浪墻頂標(biāo)高按下式確定       Z=ZP+he+Δ= ZP +ΔH     式中   Z——堤頂或防浪墻頂標(biāo)高(m);       ZP——設(shè)計(jì)洪(潮)水位(m);       he——波浪爬高(m);       Δ——安全超高(m);       ΔH——設(shè)計(jì)洪(潮)水位以上超高(m)。”     “5.1.5當(dāng)?shù)添斣O(shè)置防浪墻時(shí),堤頂標(biāo)高應(yīng)不低于設(shè)計(jì)洪(潮)水位加0.5m。”     經(jīng)比較上述各項(xiàng)規(guī)范,可以看出:《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》、《堤防工程技術(shù)規(guī)范》和《城市防洪工程設(shè)計(jì)規(guī)范》主要區(qū)別在于:     (1)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》分別規(guī)定了不允許越浪和允許越浪堤防的安全加高值。允許越浪堤防的安全加高值可適當(dāng)降低;     (2)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》特別規(guī)定了1、2級(jí)堤防堤頂超高不應(yīng)小于2.0m。 以上規(guī)程規(guī)范中,由于《防洪標(biāo)準(zhǔn)》和《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》屬國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),發(fā)布時(shí)間又相對(duì)較晚。因此,城市防洪堤工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)建議按這兩個(gè)規(guī)范的規(guī)定執(zhí)行。各項(xiàng)規(guī)范分別有安全超高或安全加高的不同說法,建議統(tǒng)一采用“安全加高”。     三、**省部分城市堤防工程情況調(diào)查     **省各地的城市防洪工程建設(shè)已全面展開,防洪規(guī)劃已基本完成,部分城市已做好防洪工程的設(shè)計(jì)工作。經(jīng)對(duì)部分城市防洪工程規(guī)劃和設(shè)計(jì)的調(diào)查,列出調(diào)查情況見表5。  表5        城市防洪堤工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)調(diào)查表 城市 名稱 防洪標(biāo)準(zhǔn) (重限期年) 堤防 級(jí)別 洪水位高出地面高度(m) 堤頂 寬度 (m) 堤防高度 (含防浪 墻)(m) 防浪墻 高  度 (m) 波浪 爬高 (m) 安全 加高 (m) 堤防 超高 (m) 備注 ** 50 2 6 6 8 0.7     2.0 規(guī)劃 ** 50 3 3-4 6 4-5 0.9 0.7 0.7 1.4 可研 ** 50 4 3.5 5 6 0.9     1.4 初設(shè) ** 50 2 4-5 >5 5-6 0.9 0.2 0.8 1.0 規(guī)劃 ** 50 3 3 8 4 0.8     0.8 初設(shè) ** 50   2.5-5.5   3-6       0.7 規(guī)劃 ** 50 3 0.5 4 1.0       0.5-1.0 可研 ** 50 3 3 7 4 0.9 0.43 0.7 1.13 初設(shè) ** 50   4-5 7 5-6       1.1 規(guī)劃 ** 100 3 0.3   0.5       0.2 可研 ** 50 3 0   1 1 0.3 0.7 1 設(shè)計(jì)
    從調(diào)查資料看,所調(diào)查的城市基本為中等城市,防洪標(biāo)準(zhǔn)除**市為100年一遇外,其它均為50年一遇。但堤防工程級(jí)別差別很大,如:**和**為2級(jí)堤防,**為4級(jí)堤防,其它城市為3級(jí)堤防;堤防超高的差別也較大,最高的達(dá)2.0m(**),最低的僅為0.2m(**)。存在同一種標(biāo)準(zhǔn),不同級(jí)別;同一級(jí)別,不同安全加高,甚至高一級(jí)別堤防安全加高低于低一級(jí)別堤防安全加高的現(xiàn)象,沒有統(tǒng)一的說法和合理的確定方法。這對(duì)規(guī)劃、設(shè)計(jì)和審查帶來了不必要的麻煩。表中出現(xiàn)的情況,據(jù)分析,其主要原因:一是各設(shè)計(jì)單位所選用的規(guī)范不一致;二是對(duì)規(guī)范中規(guī)定的上下限取法不一;三是對(duì)城市所處的地理位置因素考慮不一。因此,如何按照所確定的防洪標(biāo)準(zhǔn),來確定城市防洪堤的級(jí)別和安全加高,以規(guī)范項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)已顯得十分必要。     從表5中可以看出:
    (1)堤防超高值與堤防高度及擋水的水頭有一定的關(guān)系。堤防高度及洪水位高出堤后地面高度越大,堤防超高也越大,反之較小。如****市****江設(shè)計(jì)洪水位高出城市地面6m,堤防高度達(dá)8m,堤頂超高取2m;****市河道洪水位高出地面高程3~4m,堤高4~5m,堤防超高1.4m。而****市屬平原河河網(wǎng)地區(qū),河網(wǎng)設(shè)計(jì)洪水位僅高出城市地面高程0.3m,堤防高度僅0.5m,堤防超高0.2m;****市設(shè)計(jì)洪水位高出地面高程0~0.5m,堤防高度1.0m,堤防超高0.5~1.0m。     (2)堤防超高與堤防斷面尺寸大小有關(guān)。堤防斷面尺寸大的堤防安全超高相對(duì)較小,如****堤防高度達(dá)5~6m,洪水位高出地面高程4~5m,但其堤防采用路堤結(jié)合的斷面型式,一般堤頂寬度都在7m以上,因此堤防超高為1.1m,比****等城市低。     (3)堤防超高與洪水位變幅有關(guān)。如****市因處平原河網(wǎng)地區(qū),河網(wǎng)最高洪水位100年一遇為5.29m,50年一遇為5.16m,兩者相差僅0.13m,變幅較小,因此其堤防超高較小。     (4)堤防超高與近遠(yuǎn)期工程結(jié)合程度有關(guān)。如****市城市防洪規(guī)劃近期堤防工程達(dá)20年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn),遠(yuǎn)期通過上游興建流域性防洪控制工程(水庫(kù)),下游河道疏浚等工程措施達(dá)到50年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn),其堤頂高程依據(jù)下列三種情況的大者選定:     1、規(guī)劃近期20年一遇洪水位+1m超高;     2、規(guī)劃遠(yuǎn)期50年一遇洪水位+0.7m安全超高;     3、規(guī)劃百年一遇洪水位。     這樣選取,既保障了該城市一定標(biāo)準(zhǔn)的防洪安全,又考慮了城市所處的特殊位置適當(dāng)降低了堤防高度。     三、關(guān)于城市堤防堤頂超高的建議     (一)堤防工程級(jí)別     按國(guó)家有關(guān)規(guī)定、省政府意見并參考水利部規(guī)劃總院、中國(guó)國(guó)際咨詢公司在評(píng)估和審查****江干堤加固工程項(xiàng)目時(shí)的意見,建議省內(nèi)的縣級(jí)城市防洪標(biāo)準(zhǔn)一般采用50年一遇,地市級(jí)城市防洪標(biāo)準(zhǔn)一般采用100年一遇。建議****省的一般縣城以上城市(除****、****外)防洪堤工程定為3級(jí)建筑物。     (二)堤頂超高

 

   
    堤頂超高由風(fēng)浪爬高、風(fēng)壅水面高度及安全加高值三者組成(見圖)。     城市堤防堤頂超高Y的計(jì)算應(yīng)按《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.3.1條執(zhí)行,即堤頂超高應(yīng)按下式計(jì)算      Y=R+e+A      式中  Y——堤頂超高(m)      R——設(shè)計(jì)波浪爬高(m)      e——設(shè)計(jì)風(fēng)壅水面高(m)       A——安全加高(m)          (三)安全加高     《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》條文說明第2.2.1條對(duì)安全加高值有如下說明:     “2.2.1  在堤防工程設(shè)計(jì)中,由于水文觀測(cè)資料系列的局限性、河流沖淤變化、主流位置改變、堤頂磨損和風(fēng)雨侵蝕等,設(shè)計(jì)堤頂高程需有一定的安全加高值。……考慮到堤防高度較土壩低,加上堤防加高一般比水利樞紐或土壩容易,本規(guī)范采用比土壩低一級(jí)的數(shù)值(安全加高)……”     《城市防洪工程設(shè)計(jì)規(guī)范》條文說明的第2.3.1條對(duì)堤防安全超高說明如下:     “2.3.1  防洪建筑物的安全超高是指防洪建筑物擋水部分的頂標(biāo)高高出設(shè)計(jì)水位加上風(fēng)浪爬高后的富余高度,安全超高是考慮由于洪水位計(jì)算中可能存在的誤差;泥沙淤積造成水位的暫時(shí)抬高;以及其它因素可能出現(xiàn)的水位抬高。總之是為了避免各種不利因素對(duì)防洪安全的影響,而采取的一種措施……”     “防洪建筑物的安全超高應(yīng)較不允許過水的土壩、堆石壩為小,因其事故后的危害也較水庫(kù)大壩事故造成的危害小……”     從這兩個(gè)規(guī)范的條文說明可知,堤防安全加高主要是由于一些不能考慮的因素引起水位抬高或計(jì)算誤差引起水位的抬高所留的安全余度,總之是由水位不能精確計(jì)算所致。而且安全加高的規(guī)定參考了土壩設(shè)計(jì)規(guī)范的土壩安全超高值,認(rèn)為堤防高度比土壩低,失事后造成的危害比土壩小,因此取比土壩低的安全加高值。     根據(jù)以上分析及***省部分城市防洪堤設(shè)計(jì)的堤防超高調(diào)查分析可得出如下結(jié)論:     1、堤防安全加高值與堤防失事后的危害程度有關(guān)。堤防越高,失事后的危害越大,堤防的安全加高宜取大值;堤防越低、失事后的危害較小,堤防的安全加高可適當(dāng)降低。如平原河網(wǎng)堤防,設(shè)計(jì)洪水位高出地面有限,堤防安全加高可取小一些。     2、堤防安全加高與堤防斷面結(jié)構(gòu)的安全度有關(guān)。若堤防高度較高,而堤身較單薄的土堤,洪水位一旦超過堤頂高程,堤防即會(huì)因漫頂潰決,則堤防的安全加高值應(yīng)取大值;若堤防堤頂寬度較大(如堤路結(jié)合堤防),或堤后地面(路面)高程較高或堤防背水坡較緩,即使洪水位超過堤頂也不會(huì)造成堤防潰決,則堤防安全加高值可適當(dāng)減小。     3、堤防的安全加高值與設(shè)計(jì)洪水位的精度有關(guān),一般相鄰兩個(gè)級(jí)別防洪標(biāo)準(zhǔn)所計(jì)算的洪水位差值大,洪水位的絕對(duì)計(jì)算誤差一般較大,堤防的安全加高應(yīng)取大值;而一些平原城市堤防的設(shè)計(jì)洪水位與高一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)洪水位相差不多,則洪水位的計(jì)算絕對(duì)誤差一般不會(huì)很大,因此安全加高值可適當(dāng)降低。     根據(jù)以上分析結(jié)論,結(jié)合有關(guān)的堤防設(shè)計(jì)規(guī)范,建議我省城市堤防安全加高值2級(jí)堤防按表6選用,三級(jí)堤防按表7選用。

 

Z0.5%-Z1%   表6   城市堤防安全加高建議值       單位:m

 

 

Δh  

 

≥0.8 <0.8且≥0.3 <0.3 ≥3 0.8 0.7 0.5 <3且≥1.5 0.6 0.4 0.3 <1.5且≥0.5 0.4 0.3 0.2 <0.5 0.3 0.2 0.2  

 

Z1%-Z2%   表7   城市堤防安全加高建議值       單位:m

 

 

Δh  

 

≥0.8 <0.8且≥0.3 <0.3 ≥3 0.7 0.6 0.5 <3且≥1.5 0.5 0.4 0.3 <1.5且≥0.5 0.4 0.3 0.2 <0.5 0.3 0.2 0.2 注:(1)表中Z0.5%、Z1%、Z2%分別為200年、100年、50年一遇標(biāo)準(zhǔn)洪水位。       (2)Δh為設(shè)計(jì)洪水位與堤后地面高程的差值。若堤后緊貼有寬度不小于10m的填高道路,計(jì)算Δh值時(shí)堤后地面高程可取道路路面高程。     表6建議的城市堤防安全加高值從表中看與兩個(gè)因素有關(guān)。一是堤防擋水的高度,隨著堤防擋水的高度降低,失事后的危害程度減小,堤防安全加高值也逐步減小,這與有關(guān)的規(guī)范條文說明符合;再是與比堤防設(shè)計(jì)洪水位高一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)洪水位與該堤防的設(shè)計(jì)洪水位差值有關(guān),ΔZ越小,一般計(jì)算的設(shè)計(jì)洪水位絕對(duì)誤差越小,其安全加高值也可取小,這也符合有關(guān)規(guī)范的條文說明。     (四)堤防安全加高值選用的幾點(diǎn)說明     1、對(duì)于一些特別寬的堤防、堤路結(jié)合防洪堤,其路面寬不小于10m的,或堤防背水坡緩于1:5的防洪堤,由于堤防斷面較大,不易潰決失事,其堤防安全加高值可取低一些,建議取用低一檔Δh的安全加高值。如堤后有寬度大于10m,高出地面的道路,在計(jì)算Δh時(shí),堤后地面工程可取道路路面高程。     2、表6、表7適用于堤防設(shè)計(jì)水位由洪水控制的城市堤防,對(duì)于設(shè)計(jì)水位由潮位控制的海塘,建議按《海塘技術(shù)規(guī)范》取用。     3、對(duì)于平原圩區(qū)地區(qū),建議城市防洪堤的安全加高值比農(nóng)村圩堤高0.3m以上。     4、表6、表7的安全加高值A(chǔ)為不允許越浪的堤防工程的安全加高值?!兜谭拦こ淘O(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定允許越浪的三級(jí)堤防工程安全加高值比不允許越浪堤防安全加高值低0.3m。由于****省的一般城市防洪堤波浪爬高值較小,若按規(guī)范執(zhí)行,安全加高值偏小。因此,建議對(duì)于允許越浪的城市防洪堤安全加高A仍按表6、表7選用,而堤頂超高Y按下式計(jì)算:          Y=R′+e+A       式中 當(dāng)R≤0.3m時(shí),R′=0        當(dāng)R>0.3m時(shí),R′=R-0.3     即當(dāng)波浪爬高R≤0.3m時(shí),允許越浪堤防堤頂超高不計(jì)波浪爬高;當(dāng)波浪爬高R>0.3m時(shí),計(jì)算允許越浪堤防的堤頂超高時(shí),波浪爬高R′按計(jì)算的波浪爬高R減0.3m考慮。     (五)關(guān)于對(duì)波浪爬高和風(fēng)壅水面高計(jì)算建議意見        波浪爬高和風(fēng)壅高度值的大小也直接關(guān)系到堤防超高值的大小。因此,在城市防洪堤設(shè)計(jì)中對(duì)這兩項(xiàng)值的選取也應(yīng)引起重視。由于城市所處的特殊位置,波浪爬高和風(fēng)壅高度值的計(jì)算有一定的不準(zhǔn)確性。為此,提出建議意見如下:     1、計(jì)算一般采用《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》的附錄C“波浪計(jì)算”規(guī)定的堤防波浪計(jì)算的方法和公式。     2、在設(shè)計(jì)洪水位時(shí),對(duì)于河道流速較大的河段,同樣的風(fēng)力使水面產(chǎn)生橫向波浪爬高比靜止水面要小,實(shí)際計(jì)算中無法考慮此因素,計(jì)算值會(huì)偏大,建議對(duì)于流速大于2.0m3/s的河段,取用時(shí)適當(dāng)減小。     3、對(duì)于非感潮河道,由于風(fēng)壅水面高很小,在堤防設(shè)計(jì)時(shí),可以忽略不計(jì)。     4、對(duì)于局部處于河道彎道凹岸的堤防,在計(jì)算設(shè)計(jì)洪水位時(shí),應(yīng)計(jì)算凹岸設(shè)計(jì)洪水位的壅高值,并計(jì)入河道設(shè)計(jì)洪水位中。
發(fā)布:2007-07-28 10:43    編輯:泛普軟件 · xiaona    [打印此頁(yè)]    [關(guān)閉]
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