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1、衡阳市城市防洪工程珠晖保护圈滨江新区段护岸工程（耒水以南湘江段）技施设计说明1 工程概况1.1 工程位置及现状本工程位于衡阳市珠晖防洪保护圈北面的湘江右岸及耒水汇入口两岸，耒水以南湘江段（K0+000K3+520）始于衡湘大桥、沿湘江右岸及耒水南岸、至于京广铁路桥，涉及堤防主要为东岸堤一部分、江东堤、东山堤的大部，长3.52km。工程现状：K3+520K0+000段为湘江河段，堤身虽较连续，但低矮单薄，且为当冲段，塌岸现象相当严重，大多深弘临岸，堤身遭受不同程度的破坏，并且多处两水夹堤，每当汛期，多处出现渗漏及管涌，此段大多缺失粉质粘土盖层，堤身直接修建在粉细砂层或淤泥质粉土层上，地质条件较差
2、。1.2 设计过程本公司受衡阳市滨江新区投资有限公司委托设计滨江新区护岸工程（耒水以南湘江段），自2014年3月接到设计任务开始，立刻组织设计人员进行现场勘察及有关数据的收集，于2014年6月通过衡阳市水利局专家评审，2014年7月完成评审后的修改稿。2气象、水文2.1 气象湘江流域处在亚热带湿润地区，受季风影响大。冬季多为西伯利亚干冷气团控制，气候较干燥寒冷；夏季为低纬海洋暖湿气团所盘据，温高湿重。春夏之交，锋面及气旋活动频繁，形成阴湿多雨的梅雨天气。全流域各地年降水量在1500mm左右，最多的湘东北个别地区达1700mm以上，而湘中衡、邵丘陵地区则小于1300mm。年降水多集中在37月，4
3、6月三个月降水一般占全年降水40%以上。衡阳市区地处湘江中游，气候温和，降水充沛，无霜期长；春夏之间，降水集中；秋季多旱，暑热期长，具有大陆性气候的特点。据衡阳气象站实测资料统计：（1）气温：多年平均气温18.0。极端最高气温40.5（1963年9月1日），极端最低气温为-7.9（1972年2月9日）。（2）降水：多年平均降水量为1334.9mm，时空分布不均，降水多集中于每年46月这三个月，46月降水占年降水的43%。就多年平均月降水而言，最多月为4月的201.1mm，最小月为12月份的49.5mm。最大一日降水量为217.4mm（1984年5月31日）。（3）湿度：多年平均相对湿度78%，
4、历年最小相对湿度为14%。（4）蒸发：多年平均蒸发量1416.8mm。蒸发与气温关系密切，68月气温高，蒸发量也大。多年平均月蒸发量最大月在7月份，达259.3mm。（5）风：多年平均风速1.9m/s；多年平均最多风向为NE，其频率为15%；最大风速25.0 m/s，相应风向为N，发生于1972年5月8日；汛期最大风速多年平均值为13.0m/s。2.2 水文滨江新区位于珠晖防护圈，属衡阳市城市防洪工程的一部分，本次设计采用湖南省水利水电勘测设计研究总院编制的衡阳市城市防洪规划报告（2004.7）、衡阳市城市防洪工程利用亚行贷款初步设计报告（2007.4）的设计洪水计算成果，其设计成果已经湖南省
5、水利厅批复，设计成果合理性符合本设计要求。本工程耒水以南湘江段百年一遇洪水位为61.26m-60.71m，正常洪水位为50.42m-50.28 m，两年一遇洪水位为54.00。3 工程地质本工程地质成果引用湖南省城乡建设勘测院编制的湘江东岸风光带及堤防工程详细设计阶段工程地质勘察报告。3.1 工程地质条件3.1.1地形地貌本次工作区位于位于湘江和耒水的级阶地之上。区内地势平坦，地面高程5060m，阶地前缘堤顶高程自上游至下游为58.8059.4058.80m。耒水河自上游谢家丁至下游红星村跨市街堤顶高程为60.0058.8060.00m，堤垸内高程一般为53.055.0m。河流两岸多冲积平原和
6、一、二级阶地，其他地势相对平坦、开阔，总体地形走向为现有土堤高而两边低，形成中间隆起向湘江和耒水倾斜的地形，大部分为居民集中区。工程区地貌类型主要为河流侵蚀堆积阶地地貌类型。河流侵蚀堆积阶地地貌主要由级阶地组成，阶面较为平坦，主要为稻田分布区及居民分布区。耒河左岸至河口地段见河漫滩。河漫滩宽度60180m，漫滩高程为5153m，主要由粉质粘土及淤泥质粉质粘土组成。3.1.2地层岩性根据本次勘探及工程地质调查与测绘，防护工程区内主要地层由第四系人工填土（Q4ml）、淤积层（Q4l）、第四系冲洪积层（Q4al+pl）及第三系车江组（E1C），现从新至老分述如下：1、第四系（Q）（1）第四系人工填土
7、（Q4ml）； 1种植土：灰褐色，松散，稍湿，含大量植物根系。仅ZK59、ZK81、ZK82孔有揭露，揭露厚度1.301.80m,层底标高为54.5555.83m。2填筑土：灰黄色，密实，稍湿，为原路堤填土，主要成分为粘性土及碎石。主要分布于K0+000K0+400位置，为原湘江东路路基或原堤岸填方，其它区域少量分布，层厚2.5012.50m，层底标高45.8556.40m；3杂填土：灰褐色，稍密，稍湿，主要成分为砖块及生活垃圾。主要分布于K0+400K2+500居民区，厚约0.612.00m，其它区域少量分布；12素填土；灰褐色，稍密，稍湿，局部夹少量泥岩碎块。主要分布于K2+500K3+5
8、20,及K5+600K6+970,分布于已有河堤上，分布较均匀，厚度1.212.3m，层底标高49.9056.30m。（2）第四系淤积层（Q4l）；4淤泥：黑灰色，软流塑，含植物腐质，有腥臭味。主要分布于沟塘之中，局部已回填，零星分布，厚度1.005.30m，层底标高45.5053.65m；5淤泥质粉质粘土；青灰色，软可塑状，含腐植质，有腥嗅味。主要分布于耒河口，其它区域零星分布，厚度1.1011.00m，层底标高39.6350.62m；（3）第四系冲洪积层（Q4al+pl）；1粉质黏土：褐黄色，硬塑，土质较均匀，刀切面较光滑，无摇振反应。该层在场区内分布较均匀，厚度1.2012.30m，层底
9、标高40.9554.00m；2粉砂：褐黄色，稍密，饱和，土质较均匀。除沿耒河一侧河堤未见分布外，其它区域均有分布，厚度0.508.80m，层底标高39.0549.69m；3圆砾: 灰褐色，中密，饱和，母岩成分主要为灰岩、砂岩，呈亚圆形，粒径一般220mm，最大50mm，间隙充填约30%黏性土及砂。该层在场区内均有分布，厚度0.9010.40m，层底标高36.0847.67m；2、第三系车江组（E1C）第三系车江组（E1C）岩性为红褐色泥岩，该层在区域内均有分布，埋深约9.8023.00m，埋深高程36.0841.04m。 2强风化泥岩：褐红色，中厚层状构造，泥质结构，节理裂隙发育，岩芯呈饼状、
10、块状，节长1020mm，岩质软，具弱透水。岩石质量等级级，吸水易软化，岩质极软，属软质岩石，层顶标高36.0841.04m。3中风化泥岩：褐红色，中厚层状构造，泥质结构，节理裂隙较发育，岩芯较完整，多呈柱状，节长1020cm，最长30cm，岩质较软，岩石质量等级级，属软质岩石。层顶标高22.8837.22m。3.2 水文地质条件3.2.1地下水类型及水文地质特征工程区内水文地质条件简单，根据地层岩性及地下水赋存条件与水力特征，地下水可分为松散岩类孔隙水、基岩裂隙水。1松散岩类孔隙水松散岩类孔隙水主要分布于河漫滩及两岸的级阶地中，赋存于第四系砂砾卵石层中，接受大气降水及地表水补给，径流条件一般，
11、水量中等，为相对含水层，上部为孔隙水，赋存于素填土、杂填土、填筑土、粉质粘土及淤泥质粉质粘土中，接受大气降水及地表水补给，径流条件差，水量微弱，根据现场注水试验，素填土层渗透系数K=4.510-4Cm/s8.910-4cm/s，渗透等级为弱透水，填筑土层渗透系数K=2.010-3Cm/s4.310-3cm/s，渗透等级为中等透水，杂填土层渗透系数K=2.110-2Cm/s5.310-2cm/s，渗透等级为强等透水，淤泥质粉质黏土层渗透系数K=0.1210-4Cm/s0.5210-4cm/s，渗透等级为弱透水，粉质粘土层渗透系数K=0.3210-4Cm/s0.8810-4cm/s，渗透等级为弱透
12、水为相对隔水层，粉砂层渗透系数K=2.5710-3cm/s6.5710-3cm/s，渗透等级为强等透水，渗透等级为中等透水，圆砾层渗透系数K=5.8710-2cm/s7.8510-2cm/s，渗透等级为强等透水。2基岩裂隙水基岩裂隙水赋存于人第三系车江组粉泥岩中，该地下水受地层岩性、构造发育强度的影响，因上部风化作用稍发育，裂隙多闭合状，且为泥质充填，含弱基岩裂隙水，地下水补给来源主要靠大气降水渗入补给和河流及同一地层侧向补给，径流方向为自基岩裂隙地带流动，径流条件差，地下水向附近低洼地带、河沟边缘以泉的形式排泄，再流入江中。3.3.2地下水位勘探期间，各勘探孔均遇见地下水，地下水位埋深较浅，
13、现场测定钻孔地下水水位埋深为1.5011.50m，相应地下水位高程为47.3551.12m，与河水位基本齐平。3.2.3不良地质现象在本次勘察深度范围内未发现滑坡、泥石流、岩溶地面塌陷、采矿塌陷、地裂缝及地面不均匀沉陷等不良工程地质作用。3.3 工程地质条件评价33.1堤基工程地质条件分类根据岸坡岩土体的地层结构、抗冲刷能力及河势、水流条件以及岸坡稳定现状和险情等，并按堤防工程地质勘察规程（SL188-2005）的规定，将本防护段岸坡划分为稳定性较差工程地质条件C类。3.3.2堤基工程地质条件分段评价根据本防护段岸坡各分段地质条件不同，将各岸坡工程地质特征及岸坡工程地质条件分类列表4.3-1所
14、示。由表4.3-1可知：本次治理段稳定性较差岸坡，工程地质条件为C类。3.4 主要工程地质问题评价根据勘察资料，结合近年来汛期资料统计，本河流防护段存在的主要工程地质问题有地基渗透稳定性、地基抗滑稳定性问题及岸坡抗冲刷稳定性问题。3.4.1地基渗透稳定性问题本防护工程修建挡水后，地基渗透稳定性问题主要为接触冲刷破坏。由于地基上部主要由透水性弱的细粒土组成，其力学性质一般，下部为砂砾卵石层，为中等强透水，河内无外滩或外滩狭窄，动水作用将产生管涌。汛期河水猛涨骤落，一旦水流渗透坡降大于细粒土层的允许渗透坡降，则极易产生渗透破坏。3.4.2地基抗滑稳定性问题本防护工程修建挡水后，地基抗滑稳定性问题主
15、要为局部岸坡坍塌。根据本次勘察可知，该段治理段堤基主要为大片农田分布区，地势较为平坦，地质环境条件相对较简单。地基地层结构主要为薄盖层双层结构，地基主要由第四系冲洪积粉质粘土层（Q4al+pl）组成，为弱透水层，物理力学性能差，承载力较低，在饱和条件下，地基抗滑稳定性降低，引起局部岸坡塌岸破坏。3.4.3岸坡抗冲刷稳定性问题根据现场勘察及工程地质测绘，经综合分析，由第四系冲洪积层（Q4al+pl）的粉质粘土或人工填土层（Q4ml）组成的土质岸坡，抗冲刷能力都较低，当长期处于河水浸泡状态下，力学强度更低，抗冲刷能力更弱，特别是汛期河水流速骤增，动能增大，在河流侧蚀及底蚀作用下，岸坡存在抗冲刷稳定
16、性问题。3.5岩土物理力学性质本次勘察采用了钻探取样、现场原位测试及室内试验等多种手段，对工程区各岩土层的物理力学性质进行综合评价。本次勘察施工过程中，分别对第四系人工填土12素填土、第四系淤积层5淤泥质粉质粘土、第四系冲洪积层1粉质粘土采取原状土样进行室内土工试验，试验结果详见附表5，对4淤泥、5淤泥质粉质粘土、12素填土、1粉质粘土层、2粉砂分别进行标准贯入试验，对2填筑土、3杂填土、3圆砾及2强风化泥岩分别进行重型动力触探（N63.5），试验结果详见附表3、附表4，同时对人工填土层素填土、杂填土及填筑土、第四系冲洪积层粉质粘土、淤泥质粉质粘土、粉砂、圆砾层进行了现场注水试验。3.5.1岩
17、土物理力学参数统计与分析岩土层主要物理力学指标及原位测试统计时，根据水利水电工程地质勘察规范（GB50487-2008）附录E要求，首先按数理统计原则（即粗差数据剔除方法采用Grubbs检验法，双侧检验法，置信度值取0.05）去掉明显不合理或偏差过大的数据，然后按岩土层分别统计其范围值、算术平均值、标准差、变异系数、标准值、大值平均值、小值平均值，防护段各岩土层现场原位测试和室内测试成果统计列入表3.5.1-1。3.5.2岩土物理力学参数推荐值根据水利水电工程地质勘察规范（GB70487-2008）附录E及堤防工程地质勘察规程（SL188-2005）相关要求确定各岩土层物理力学参数如下表。（1
18、）原状土室内试验确定地基承载力特征值地层序号岩土名称液性指数平均值孔隙比平均值承载力特征值fak（kPa）备注4淤泥0.991.51750淤积层5淤泥质粉质粘土1.011.1280淤积层12素填土0.450.652100人工填土1粉质粘土0.20.688160冲洪积层（2）现场原位试验确定地基承载力特征值地层序号岩土名称原位测试方法平均值标准差变异系数标准值承载力特征值fak（kPa）备注2填筑土动探（原始击数）16.64.260.2615.660击/10cm3杂填土动探（原始击数）8.72.690.3860击/10cm4淤泥标贯（原始击数）350击/30cm5淤泥质粉质粘土标贯（原始击数）5
19、.71.060.185.780击/30cm12素填土标贯（原始击数）10.52.10.199.6100击/30cm1粉质粘土标贯（原始击数）12.61.430.1112.2160击/30cm2粉砂标贯（原始击数）101.130.119.6140击/30cm3圆砾动探（原始击数）11.53.50.310.9280击/10cm2强风化泥岩动探（原始击数）16.54.130.2515.6400击/10cm（3）其它物理力学参数及水文地质参数采用工程地质条件类比法提供。结合类似已建工程的实际情况进行综合分析，提出岸坡段各岩土层物理力学参数及水文地质参数建议值，如表3.5.2-1。表3.5.1-1 湘江
20、东岸沿江风光带及堤防工程物理力学性质试验及现场原位测试综合成果统计表岩土编号岩土名称统计项目天然含水量w(%)质量密度(g/cm3)饱和密度sat (g/cm3)干密度d(g/cm3)土粒比重Gs天然孔隙比e孔隙度n(%)饱和度Sr(%)液限Wl(%)塑限Wp(%)塑性指数IP液性指数IL固结试验抗剪强度（直剪）水平渗透系数(室内)Kx(*10-4cm/s)垂直渗透系数(室内)Ky(*10-4cm/s)渗透系数(原位)K(*10-4cm/s)标贯击数N（击/30cm）标贯修正击数N（击/30cm）重型动探N63.5（击/10cm）重型动探修正N63.5（击/10cm）备注压缩系数压缩模量内摩擦
21、角c(度)（固快）粘聚力Cc(KPa)（固快）内摩擦角c(度)（固慢）粘聚力Cc(KPa)（固慢）12素填土统计个数666666666666663315最大值27.102.720.7479934.623.913.20.640.3510.6820.63720445.44*10-55.47*10-514最小值16.62.710.4969023.713.310.40.240.055.3311.62211284.75*10-53.11*10-66平均值22.582.710.65293.528.617.511.20.450.237.1415.6321537.55.18*10-53.65*10-510.5
22、标准差3.890.0040.093.734.434.041.050.150.122.393.295.353.35.432.1变异系数0.170.0020.140.040.150.230.090.30.30.30.210.170.220.140.19修正系数1.1411.121.031.131.191.081.281.420.7230.8260.8630.8180.880.908标准值25.802.710.72896.632.320.8120.580.325.1712.927.912339.63杂填土统计个数35最大值13最小值4平均值8.7标准差2.69变异系数0.3修正系数0.910标准值8
23、2填筑土统计个数25最大值25最小值10平均值16.6标准差4.26变异系数0.26修正系数0.937标准值15.64淤泥统计个数1111111111113最大值47.92.741.5178748.129.418.70.990.534.754253最小值3平均值3标准差变异系数修正系数标准值表3.5.1-1 湘江东岸沿江风光带及堤防工程物理力学性质试验及现场原位测试综合成果统计表岩土编号岩土名称统计项目天然含水量w(%)质量密度(g/cm3)饱和密度sat (g/cm3)干密度d(g/cm3)土粒比重Gs天然孔隙比e孔隙度n(%)饱和度Sr(%)液限Wl(%)塑限Wp(%)塑性指数IP液性指数
24、IL固结试验抗剪强度（直剪）水平渗透系数(室内)Kx(*10-4cm/s)垂直渗透系数(室内)Ky(*10-4cm/s)渗透系数(原位)K(*10-4cm/s)标贯击数N（击/30cm）标贯修正击数N（击/30cm）重型动探N63.5（击/10cm）重型动探修正N63.5（击/10cm）备注压缩系数压缩模量内摩擦角c(度)（固快）粘聚力Cc(KPa)（固快）内摩擦角c(度)（固慢）粘聚力Cc(KPa)（固慢）5淤泥质粉质粘土统计个数888888888888553310最大值52.72.731.42110052.135.216.91.060.845.537276.4374.22*10-53.15
25、*10-57最小值43.32.721.0039333.71912.60.930.372.914.8144.5340.484*10-54.13*10-64平均值40.42.721.12797.440.325.414.91.010.474.535.821.35.3352.26*10-51.78*10-55.7标准差6.320.0050.143.26.675.121.870.060.1510.8451.06变异系数0.160.0020.130.030.160.20.130.050.30.220.150.230.18修正系数1.111.11.021.111.141.081.041.220.850.90
26、10.8410.891标准值44.72.721.2299.544.828.816.21.050.573.865.1817.851粉质粘土统计个数353535353535351635353535996342最大值31.42.730.8641003823.814.50.370.3623.2418.44518485.65*10-55.33*10-515最小值20.12.710.558924.812.610.20.10.075.2710.4219.8211.83*10-64.54*10-69平均值23.992.720.68894.833.421.112.40.20.1710.4815.431.413.
27、8363.44*10-53.35*10-512.6标准差2.070.0050.053.453.462.880.950.070.062.971.656.32.88.951.43变异系数0.080.0020.070.040.10.140.080.30.30.280.10.20.20.240.11修正系数1.0311.021.011.031.041.021.151.091.080.9690.9410.8710.8450.969标准值24.592.720.70295.834.521.912.60.230.1911.3414.929.61230.712.22粉砂统计个数19最大值13最小值8平均值10标
28、准差1.13变异系数0.11修正系数0.954标准值9.63圆砾统计个数115最大值19最小值5平均值11.5标准差3.5变异系数0.3修正系数0.951标准值10.9表3.5.1-1 湘江东岸沿江风光带及堤防工程物理力学性质试验及现场原位测试综合成果统计表岩土编号岩土名称统计项目天然含水量w(%)质量密度(g/cm3)饱和密度sat (g/cm3)干密度d(g/cm3)土粒比重Gs天然孔隙比e孔隙度n(%)饱和度Sr(%)液限Wl(%)塑限Wp(%)塑性指数IP液性指数IL固结试验抗剪强度（直剪）水平渗透系数(室内)Kx(*10-4cm/s)垂直渗透系数(室内)Ky(*10-4cm/s)渗透
29、系数(原位)K(*10-4cm/s)标贯击数N（击/30cm）标贯修正击数N（击/30cm）重型动探N63.5（击/10cm）重型动探修正N63.5（击/10cm）备注压缩系数压缩模量内摩擦角c(度)（固快）粘聚力Cc(KPa)（固快）内摩擦角c(度)（固慢）粘聚力Cc(KPa)（固慢）2强风化泥岩统计个数90最大值26最小值9平均值16.5标准差4.13变异系数0.25修正系数0.955标准值15.6表3.5.2-1湘江东岸沿江风光带及堤防工程岩土物理力学指标推荐值表岩性名称地质时代物理力学指标承载力特征值（Kpa）允许抗冲流速（m/s）允许渗透坡降（J0）临时开挖坡比（高宽比）永久开挖坡比
30、（高宽比）基底摩擦系数(砼/土)天然含水量（%）天然密度(g/cm3)天然孔隙比比重（GS）渗透系数K（cm/s）压缩系数av(MPa-1)压缩模量Es（Mpa）固结快剪固结慢剪内摩擦角（）凝聚力C（Kpa）内摩擦角（）凝聚力C（Kpa）填筑土Q4ml3.3310-3600.50.51：1.251：1.500.3杂填土Q4ml3.7210-2600.50.51：1.251：1.500.3素填土Q4ml25.819.70.7282.717.610-40.325.1712.927.912331000.50.51：1.251：1.500.3淤泥Q4l47.916.11.5172.740.534.75
31、425500.40.251：1.251：1.500.2淤泥质粉质粘土Q4l44.717.71.222.720.4510-40.573.865.1817.85.335800.450.31：1.251：1.500.25粉质粘土Q4al+pl24.5919.80.7022.720.7210-40.1911.3414.929.61230.71600.650.651：1.01：1.250.3粉砂Q4al+pl6.0710-31400.40.251：1.251：1.500.35圆砾Q4al+pl7.4010-22801.20.41：0.751：1.00.4强风化泥岩E1C抗剪强度f岩/岩=0.250.30
32、，抗剪断强度f岩/岩=0.300.35,C岩/岩=3050KPa。40031：1.01：1.250.4中风化泥岩E1C抗剪强度f岩/岩=0.350.40，f砼/岩=0.320.35，抗剪断强度f岩/岩=0.450.48,C岩/岩=0.300.35MPa, f砼/岩=0.480.55,C砼/岩=0.300.35MPa。120041：0.751：1.00.54 工程任务及规模4.1 工程任务根据衡阳市滨江新区防洪工程现状及存在的问题，结合衡阳市城市整体防洪规划，确定本项目区防洪治涝工程的任务为：通过加固堤防护岸、整修接长穿堤建筑物、新建改建排涝设施、河道清障等工程措施，建设和完善项目区的防洪排涝体系，提高防洪治涝标准，增强抗
