一种生态库堤设计方法技术

本发明专利技术涉及一种生态库堤设计方法，包括：生态库堤址选择，生态库堤结构型式，生态库堤身结构确定，堤顶高程确定，生态堤平面布置与结构设计，连通闸设计，堤顶结构布置，稳定性验算及基础处理，基础防渗计算。本发明专利技术给出了一套完整的生态库堤设计方法，为行业标准执行提供指导价值，值得借鉴和推广。值得借鉴和推广。值得借鉴和推广。

【技术实现步骤摘要】
一种生态库堤设计方法


[0001]本专利技术涉及一种生态库堤设计方法，属于水利工程建设、水生态环境保护


技术介绍

[0002]饮用水水源地的安全直接关系到公众的用水安全以及经济社会的可持续发展，近年来由于城市快速发展，人类活动产生的污染源的数量和浓度急剧增加，对水源地的水质保障带来了很大的压力。相比于其他类型的水源地如河流型水源地，水库型水源地因其水域广、汇流面积大且水动力条件弱，水质容易受到面源污染而发生恶化，影响到下游供水安全和水生生境健康。
[0003]近年来为解决大城市的水源型和水质型缺水现象，实施了许多引调水工程，因此都市“水缸型”水库成为大城市非常重要的饮用水供水水库，关系着数百万人的供水安全。然而高密度建成区水库现状水源保护区内往往会存在居民建筑和工业企业，生活、工业等点源污染、雨水溢流面源污染较严重，当上游河道来水出现突发性、大流量污染问题，水库应急处置突发性污染事故能力不足。
[0004]面对这一问题，对人口密集的雨源型大都市的水库水源地水质进行保护，成为当下的行业研究的一个方向。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种生态库堤设计方法，其具体技术方案如下：
[0006]一种生态库堤设计方法，包括如下步骤：
[0007]步骤一：生态库堤址选择：生态堤址的选择应考虑施工和工程布置等因素，首先确定交通主干道的位置，结合库区形状、两岸距离变化情况、生态库调蓄库容、泄水建筑物尺寸、以及工程造价等因素综合比选，除此之外还应考虑生态库水体转输隧洞的布置，尽量保证排出隧洞长度较短以减少后续施工和投资，最后通过调洪演算分析堤址选择的合理性；
[0008]步骤二：生态库堤结构型式：生态库除了传统的调蓄功能还注重景观效果，传统堤岸形式的景观效果并不理想，需要突破传统的堤岸形态，因此，采用钢筋混凝土结构，增加堤身结构稳定性，便于后续设计与周围景观相协调的生态堤岸，此外应根据地质勘察资料(基岩深度、岩石种类、土质)、土石料场位置、生态库水位变幅来确定土石料的来源和防渗反滤体的类型；
[0009]步骤三：生态库堤身结构确定：正常情况下水库一侧水压较大，当雨水溢流进入生态库使水位会出现高于水库水位的情况，此时生态库一侧水压较大，因此为提高生态库堤双面挡水的安全性，提出双“L”型钢筋混凝土重力式结构，生态堤上、下游挡墙临水面铅直，与底板组成类U型槽式断面，堤身内回填土料，大大提高了堤身结构稳定性；
[0010]步骤四：堤顶高程确定：结合水库洪水标准对应的水位、生态库区内控制水位和水
库区内正常蓄水位确定生态库设计洪水位；通过波浪要素、波浪爬高和风壅水面高度计算确定堤顶超高值，堤顶高程由水库区正常蓄水位加堤顶超高控制，由此确定生态堤顶高程；
[0011]步骤五：生态堤平面布置与结构设计：基于双“L”型钢筋混凝土重力式结构进行堤平面布置与结构设计，平面上，在邻水库一侧，生态堤主体物理隔离采用直线式的混凝土堤身结构将生态库与水源区隔离，在临生态库一侧考虑生态库设计库容，通过土方堆填进行生态堤地形塑造，既能就地消纳部分开挖土方又能在堆填区上部铺设草皮，提高生态堤的景观性，断面上，堤身内回填粘性土，粘性土上进行隔离带设计和堤顶道路铺设；
[0012]步骤六：连通闸设计：生态库除了集水汇水，还与主库能相互连通，一同发挥调蓄功能，因此在生态堤上设置连通闸，根据洪峰和洪水流量过程确定闸门开关；
[0013]步骤七：堤顶结构布置：生态库堤顶建成后不作为主要交通通道，但为了景观设计以及后期管理检修时车辆通行应设计道路与左右岸环库道路相接，综合考虑环库道路宽度、景观设计要求以及检修车辆情况确定堤顶宽度和道路宽度并在堤顶道路与水库之间预留绿化区兼作隔离带，在生态堤中部结合景观设计方案增设人行观景挑台，两侧通过人行坡道连接堤顶路；
[0014]步骤八：稳定性验算及基础处理：根据结构受力分析，采用最不利的工况进行抗滑稳定分析，即选用施工期的荷载组合来计算生态堤稳定，通过抗滑移稳定计算及抗倾覆稳定性计算来进行稳定性验算，当开挖至建基面后，与地基承载力比较，考虑是否需要采用扩大基础进行地基处理；
[0015]步骤九：基础防渗计算：根据地质纵剖面确定素砼地下截渗墙的长度和防渗线总长，选择计算软件针对正常运行、调蓄过程进行二维有限元渗流计算，计算得出两个断面最大水头流速及所对应地下连续墙截面的流量，对比各土层最大渗透比降均小于其允许渗透比降判断是否会发生渗透破坏。
[0016]进一步的，所述步骤二和三中生态堤的堤身采用钢筋混凝土结构，由上、下游两个悬臂挡墙组成类似“U”型槽式的结构剖面，内部回填粘性土，具体结构为：包括钢筋混凝土浇筑而成的悬臂挡墙和将其连接的底部，底部的两外侧超出悬臂挡墙，形成一个直角转角区域，悬臂挡墙外侧与底部垂直，内侧壁从底部到顶部，向外倾斜，堤身内部形成倒梯形的填土空间，底部铺设砂砾石，且在砂砾石覆盖的深度内，至少一侧悬臂挡墙开设排水槽，沿其长度方向分布，砂砾石上方填满回填土，直到两个悬臂挡墙顶面。
[0017]进一步的，所述堤身外侧底部设置有竖直向下的素砼地下截渗墙，堤身底部外侧朝向主水库一侧设置有抛石护脚，抛石护脚的纵向截面为顶部向前延伸过程后，弧形向下过渡，从过渡的端部朝向堤身直线延伸，在靠近堤身时，直线延伸到堤身底部。
[0018]进一步的，所述堤身朝向生态水库的一侧铺设有回填土，坡度过渡到底部，坡面上铺设三维土工网和草皮护披，底部设置有石笼挡墙，
[0019]沿着堤身底部外侧朝向生态水库还平铺有渗流层，渗流层从上到下依次为土工布、砂砾石和土工布，
[0020]钢筋混凝土结构堤身朝向生态水库一侧与底部垂直拐角处还设置有防渗反滤体，防渗反滤体贴附在堤身外侧。
[0021]进一步的，所述步骤四堤顶高程确定方法如下：
[0022]1)计算工况
[0023]生态堤需双向挡水，比较水库区内50年一遇洪水标准对应的水位，和生态库区内控制水位和水库区内正常蓄水位，取水位高的数值，记为H
基础水位
，
[0024]2)风速、吹程
[0025]记录生态库区气象资料中记载的50年来平均年最大风速和有效吹程。
[0026]3)波浪要素计算
[0027][0028][0029][0030]式中：
‑
平均波高，m；
[0031]‑
平均波周期，s；
[0032]V
‑
计算风速，取当地的气象资料记载的50年来平均年最大风速，m/s；
[0033]F
‑
风区长度，m；
[0034]d
‑
水域的平均水深，m；
[0035]g
‑
重力加速度，取9.81m/s2；
[0036]t
min
‑
风浪达到定常状态的最小风时，s。
[0037]不规则波的周期可采用平均波周期表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生态库堤设计方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：生态库堤址选择：生态堤址的选择应考虑施工和工程布置等因素，首先确定交通主干道的位置，结合库区形状、两岸距离变化情况、生态库调蓄库容、泄水建筑物尺寸、以及工程造价等因素综合比选，除此之外还应考虑生态库水体转输隧洞的布置，尽量保证排出隧洞长度较短以减少后续施工和投资，最后通过调洪演算分析堤址选择的合理性；步骤二：生态库堤结构型式：生态库除了传统的调蓄功能还注重景观效果，传统堤岸形式的景观效果并不理想，需要突破传统的堤岸形态，因此，采用钢筋混凝土结构，增加堤身结构稳定性，便于后续设计与周围景观相协调的生态堤岸，此外应根据基岩深度、岩石种类、土质、土石料场位置、生态库水位变幅来确定土石料的来源和防渗反滤体的类型；步骤三：生态库堤身结构确定：正常情况下水库一侧水压较大，当雨水溢流进入生态库使水位会出现高于水库水位的情况，此时生态库一侧水压较大，因此为提高生态库堤双面挡水的安全性，提出双“L”型钢筋混凝土重力式结构，生态堤上、下游挡墙临水面铅直，与底板组成类U型槽式断面，堤身内回填土料，大大提高了堤身结构稳定性；步骤四：堤顶高程确定：结合水库洪水标准对应的水位、生态库区内控制水位和水库区内正常蓄水位确定生态库设计洪水位；通过波浪要素、波浪爬高和风壅水面高度计算确定堤顶超高值，堤顶高程由水库区正常蓄水位加堤顶超高控制，由此确定生态堤顶高程；步骤五：生态堤平面布置与结构设计：基于双“L”型钢筋混凝土重力式结构进行堤平面布置与结构设计，平面上，在邻水库一侧，生态堤主体物理隔离采用直线式的混凝土堤身结构将生态库与水源区隔离，在临生态库一侧考虑生态库设计库容，通过土方堆填进行生态堤地形塑造，既能就地消纳部分开挖土方又能在堆填区上部铺设草皮，提高生态堤的景观性，断面上，堤身内回填粘性土，粘性土上进行隔离带设计和堤顶道路铺设；步骤六：连通闸设计：生态库除了集水汇水，还与主库能相互连通，一同发挥调蓄功能，因此在生态堤上设置连通闸，根据洪峰和洪水流量过程确定闸门开关；步骤七：堤顶结构布置：生态库堤顶建成后不作为主要交通通道，但为了景观设计以及后期管理检修时车辆通行应设计道路与左右岸环库道路相接，综合考虑环库道路宽度、景观设计要求以及检修车辆情况确定堤顶宽度和道路宽度并在堤顶道路与水库之间预留绿化区兼作隔离带，在生态堤中部结合景观设计方案增设人行观景挑台，两侧通过人行坡道连接堤顶路；步骤八：稳定性验算及基础处理：根据结构受力分析，采用最不利的工况进行抗滑稳定分析，即选用施工期的荷载组合来计算生态堤稳定，通过抗滑移稳定计算及抗倾覆稳定性计算来进行稳定性验算，当开挖至建基面后，与地基承载力比较，考虑是否需要采用扩大基础进行地基处理；步骤九：基础防渗计算：根据地质纵剖面确定素砼地下截渗墙的长度和防渗线总长，选择计算软件针对正常运行、调蓄过程进行二维有限元渗流计算，计算得出两个断面最大水头流速及所对应地下连续墙截面的流量，对比各土层最大渗透比降均小于其允许渗透比降判断是否会发生渗透破坏。2.根据权利要求1所述的生态库堤设计方法，其特征在于：所述步骤二和三中生态堤的堤身采用钢筋混凝土结构，由上、下游两个悬臂挡墙组成类似“U”型槽式的结构剖面，内部回填粘性土，具体结构为：包括钢筋混凝土浇筑而成的悬臂挡墙和将其连接的底部，底部的
两外侧超出悬臂挡墙，形成一个直角转角区域，悬臂挡墙外侧与底部垂直，内侧壁从底部到顶部，向外倾斜，堤身内部形成倒梯形的填土空间，底部铺设砂砾石，且在砂砾石覆盖的深度内，至少一侧悬臂挡墙开设排水槽，沿其长度方向分布，砂砾石上方填满回填土，直到两个悬臂挡墙顶面。3.根据权利要求2所述的生态库堤设计方法，其特征在于：所述堤身外侧底部设置有竖直向下的素砼地下截渗墙，堤身底部外侧朝向主水库一侧设置有抛石护脚，石护脚的纵向截面为顶部向前延伸过程后，弧形向下过渡，从过渡的端部朝向堤身直线延伸，在靠近堤身时，直线延伸到堤身底部。4.根据权利要求1所述的生态库堤设计方法，其特征在于：所述堤身朝向生态水库的一侧铺设有回填土，坡度过渡到底部，坡面上铺设三维土工网和草皮护披，底部设置有石笼挡墙，沿着堤身底部外侧朝向生态水库还平铺有渗流层，渗流层从上到下依次为土工布、砂砾石和土工布，钢筋混凝土结构堤身朝向生态水库一侧与底部垂直拐角处还设置有防渗反滤体，防渗反滤体贴附在堤身外侧。5.根据权利要求1所述的生态库堤设计方法，其特征在于：所述步骤四堤顶高程确定方法如下：1)计算工况生态堤需双向挡水，比较水库区内50年一遇洪水标准对应的水位，和生态库区内控制水位和水库区内正常蓄水位，取水位高的数值，记为H
基础水位
，2)风速、吹程记录生态库区气象资料中记载的50年...

【专利技术属性】
技术研发人员：许真，王俊，蔡玉明，郑于浩，郑欢，蒲枞阳，
申请(专利权)人：中电建生态环境集团有限公司，
类型：发明
国别省市：