某水库除险加固工程初步设计1

11综合说明1.1工程概况1.1.1地理位置及自然地理环境某水库位于某市太平镇北张庄村，东经112°59′，北纬32°3′，距某市城区25km，拦截泥河支流，承雨面积4.2km2，是一个以灌溉为主兼有防洪、水产养殖等综合效益的小(一)型水库。本次设计复核总库容188.1万m3，兴利库容116万m3，死库容4.5万m3，调洪库容67.6万m3。水库库区周围为低山丘陵地形,大坝两肩为云母岩、大理岩。库区上游系桐柏山系西南麓之余脉，库区下游为岗坡状平原，地面坡度10°以下，在地貌成因上，属风化剥蚀及水力侵蚀堆积共同作用的结果。库区地层主要分布有第四系中更新统冲洪积冲积粘土、壤土和太古应山群云母片岩和大理岩。水库枢纽及其灌区属亚热带季风气候区，具有四季分明、光照充足、气候温和、无霜期较长、严冬酷暑短、雨热同季和气候多宜等特点。据气象部门统计资料，年平均气温14.9℃，极端最高气温40.8℃，最低气温-15.1℃，无霜期229天，日照时数2100小时左右，年平均太阳辐射为108—114千卡/平方厘米。21.1.2枢纽工程现状某水库枢纽工程包括大坝、溢洪道和输水涵管等建筑物，现将主要基本建筑物情况分述如下：（1）大坝大坝为均质土坝，坝顶高程191.4m，坝顶长425m，坝顶宽3.0m～3.8m。大坝内坡1:2.7，外边坡较陡，外坡1:2.0。大坝内坡189.7m高程以下采用干砌块石护砌，外坡为草皮护坡。坝顶兼有交通功能，是北张庄村通往西袁庄的乡村公路。（2）输水涵管输水涵管位于大坝0+410处，为城门洞形现浇钢筋砼管，内径宽0.8m，高1.2m，管底进口高程181.90m，输水流量3.0m3/s。进口安装有直径0.8m的圆筒活塞闸门，启闭机为3T手摇螺杆启闭机。涵管出口紧接灌溉渠道，可灌溉下游2900亩的农田。（3）溢洪道溢洪道位于大坝右岸，系利用一处较低的山凹开凿而成，其泄流型式为开敞宽浅式明渠，进水渠渠首底部高程189.7m，底宽7m。溢洪道范围为强风化云母片岩及中-微风化大理岩，强风化云母片岩成状，抗冲刷能力极低，未衬砌，且洪水季节易冲毁。1.1.3工程设计与建设过程3某水库于1971年12月由太平人民公社自行组织修建。当时正值文革时期，建设程序极为混乱，规划、设计、施工极不规范，由农民技术人员负责设计和施工，在未做地质工作的情况下，仅从地形条件和工程量方面进行比较后选定了坝址，根据坝区附近土料和民工施工的特点决定大坝采用均质土坝的型式，县水利局派技术员现场指导。太平人民公社组织民工施工，采用机械碾压。该工程1974年5月建成并投入使用，由于该工程施工期间正处于动乱时期的原因，没有留下任何设计和施工等方面的资料。1.1.4水库的地位和作用某水库有着较大的经济效益和社会效益，一是控制灌溉面积2900余亩；二是防洪则保护下游2000多亩耕地和2个村1500多人的生命财产安全；三是有着一定的养殖效益。1.2工程地质由于本工程属于小型水利工程，建坝以来一直未做地质勘探工作。2007年4月—5月，为配合安全论证工作，某市水利局委托中南勘察基础工程总公司对水库大坝和溢洪道进行了必要的勘探、野外地质调查、现场及室内试验工作，从而为工程设计提供了可靠的基础资料。水库地处秦岭褶皱东段南部和扬子准地台北缘中段构4造体系的联合或复合地部位。区内岩浆活动、变质作用、沉积建造及新构造运动特征显著。枢纽及其库区为低山丘陵地形，侵蚀剥蚀地貌，总的地势呈现出自北东向西、西南逐渐降低的趋势。大坝两肩为云母岩、大理岩，坝基底下为云母片岩及大理岩，坝基下强风化云母片岩成砂状，透水性相对较好。溢洪道范围前部为云母片岩，后部为大理岩；与坝基底下揭露的地层基本一致。区域资料表明，坝址周围不存在大的活动性断裂，至今也无发生过强震的历史记录。根据《中国地震动参数区划图（GB18306-2001）》确定工程区地震动峰值加速度为0.05g,对应地震基本烈度为Ⅵ度。1.3洪水复核与防洪调度方案按照国家《防洪标准》（GB50201-94）和水利部《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），本工程属Ⅳ等工程，主要建筑物属4级建筑物。其设计洪水标准按30年一遇，即P=3.33%；校核洪水标准按300年一遇，P=0.33%。由于某水库无实测水文资料，洪水计算只能采用暴雨途径推求水库坝址洪水。暴雨资料采用《湖北省暴雨径流查算图表》提供的流域暴雨参数进行推求。5据本次水文及调洪演算结果，在溢洪道进水渠渠首底部高程为189.70m条件下，30年一遇设计洪水位190.88m，相应洪水总量82.92万m3，经水库调节后下泄洪峰流量16.85m3/s；300年一遇校核洪水位191.56m，相应洪水总量123.98万m3，经水库调节后下泄洪峰流量36.08m3/s。根据溢洪道工程设计规范的相关规定，本工程溢洪道消能防冲设施按20年一遇洪水标准进行设计，按30年一遇洪水标准进行校核。本次调洪演算结果表明,在现状条件下,大坝欠高1.04m，水库防洪能力仅为10年一遇。在防洪调度方案选择时，根据水文及调洪演算结果，综合考虑工程量、投资、施工条件及工程安全等因素，权衡利弊，经过以下三个方案比较：（1）保持现有的溢洪道规模，加高培厚大坝，增加调洪库容；（2）保持现有的坝顶高程不变，增加和扩大溢洪道的泄洪能力;（3）完建现有溢洪道，坝顶新建防浪墙来满足水库防洪要求。推荐采用第三种方案即采取保持现有的溢洪道规模，在原坝顶上加0.2m厚的泥结石路面并在坝顶增设0.9m高的防浪墙的途径来解决水库防洪安全问题。1.4工程存在的主要问题和除险加固的必要性某水库建于文革时期，限于当时的政治背景和生产力水6平，规划设计的基础工作十分薄弱，建设管理混乱，缺乏完善的施工规程和质量检测措施，质量没有得到有效地控制，从而为水库枢纽留下了不少缺陷和隐患。水库建成运行后，几乎未做过维修工作，加上年久失修，管理手段落后，使得水库多年带病运行，严重影响工程的正常运用。根据防汛要求，因汛期实行限制蓄水而被迫弃水，造成水资源浪费并且影响工程效益的正常发挥。2004年4月9日，襄樊市水利局组织有关专家、工程技术人员组成了大坝安全鉴定专家组，对某水库大坝进行了现场安全检查。2004年8月,襄樊市水利规划设计院对水库大坝安全进行分析论证，并按水利部颁发的《大坝安全鉴定办法》将其定性为Ⅲ类坝。2005年5月，水利部大坝安全管理中心以坝函[2005]1027号文核查某水库为Ⅲ类坝。其存在的主要问题如下：（1）水库坝顶高程欠高，水库防洪能力不能满足《防洪标准》（GB50201-94）要求。大坝目前防洪能力仅10年一遇。（2）坝顶现有宽度小于规范要求的最小值，大坝坝基渗漏严重。坝基有强风化云母片岩层，透水率大于规范要求的10LU值，最大q=27.3Lu，超出了现行规范对坝基的要求。（3）大坝上游坡护砌块石厚度不够,风浪淘刷塌陷严重。大坝浸润线偏高，大坝坝体渗透坡降大于壤土允许渗透坡降值，坝体不满足渗透稳定要求。下游坡无反滤排水设施，7坝体含水量偏大。（4）溢洪道未衬砌，无消能防冲设施。（5）输水涵管闸门漏水严重，工作房和工作桥破坏严重，涵管出口未衬砌,启闭设备已超过规定使用年限,启闭不灵。（6）坝区防汛公路路况差，晴通雨阻。（7）水库无管理用房、交通工具，不得于日常管理。（7）大坝缺乏必需的观测设施。鉴于工程存在上述问题，并考虑工程在当地农业和国民经济发展中的地位和作用，工程的除险加固显得十分必要。1.5除险加固工程设计某水库除险加固工程包括大坝整治工程、输水涵管改造工程、溢洪道工程，分述如下：1.5.1大坝整治工程大坝整治工程包括坝基帷幕灌浆防渗、大坝上游坡砼衬砌、大坝下游坡坡面整治、新建大坝下游排水沟、坝顶防浪墙新建及坝顶泥结石路面工程。坝基有强风化云母片岩层，透水率大于规范要求的10LU值，计划采用帷幕灌浆防渗措施。上游坡面原为干砌块石护坡，厚度仅0.2m，由于坝体不均匀深陷和风浪淘刷形成大面积冲坑、浪坎，且干砌石护坡8兴建时采用风化严重的石料，计划将大坝上游坝坡原干砌块石护坡平整后,增设现浇砼护坡，底部铺0.1m厚砂砾石垫层反滤排水。在原坝顶上加0.2m厚的泥结石路面并在坝顶上游侧增设悬臂式钢筋砼防浪墙,墙净高0.9m,全长425m。坝下游坡面为草皮护坡,但下游坝坡已出现不同程度的沉陷和毁坏，造成坝坡面凹凸不平。坡面最低洼处下陷达0.6m，且草皮养护不好，出现损毁坡面不平整,无排水沟,计划对坡面用透水性强的代料进行培厚整治,完善其排水沟系统。由于坝顶兼有交通功能，但是现有坝顶宽度过窄且不一致，因此在培厚大坝时，将坝顶统一扩宽至5m，并修建成泥结石路面，大坝下游侧增设砼坝肩石。另外增设大坝渗流量观测设施等。1.5.2输水涵管改造工程输水涵管原为现浇钢筋砼城门洞形涵管，进水口设有水箱、工作台及启闭机房，工作台与大坝坝顶之间有钢筋砼工作桥连接。目前工作房及工作桥破坏严重，启闭设备已超过规定使用年限，启闭失灵。计划对工作房及工作桥进行彻底修复，将现有启闭设备进行维修、更换，涵管出口连接段因大坝培厚需拆除重建。1.5.3溢洪道工程现有溢洪道基础为强风化的云母片岩，未衬砌，且无消能防冲设施，水毁严重。根据地形条件，溢洪道宽度仍采用97m，呈正堰布置，采用明渠泄流的衬砌型式，其组成部分有进水渠段、泄水槽、消力池、尾水渠连接段。进水渠段全长120m，底宽7m，边坡1:1.0，纵坡1/500；泄水槽全长63.63m，采用等宽矩形过流断面，泄槽宽7m，纵坡比降1:6，侧墙高度2.2m—2.7m;消力池长9m，深0.7m，底板厚0.5m，边墙高2.7m。泄水槽与消力池底板均为钢筋砼，边墙采用C20砼重力式挡土墙结构。尾水渠采用梯形断面，底宽15m，边坡1:1.5，纵坡1/500，总长300m，其中紧接消力池后设一长20m的M7.5浆砌石扭面墙连接段，断面底宽由7m渐变为15m。扭面墙连接段后再接一段10m长M7.5浆砌石海漫段。扭面墙和海漫护砌高2.0m，护底厚30cm。在进水渠直墙段北张庄村与西袁庄村民要从此通过，因此需建一座跨溢洪道交通桥，并改造坝顶至交通桥的连接道路，以保证过往行人及车辆的安全。此桥也为坝右端至寺沙公路之间的防汛道路的交通要道。考虑到工程管理和防汛需要，新建150m2管理房。1.5.4新建观测设施根据某水库大坝的实际情况，在大坝下游纵向排水沟处布置1个直角三角形量水堰进行监测，在大坝右岸输水涵管旁布置1组水位尺。1.6金属结构及电气设备10根据安全鉴定报告的结论，拟更换输水涵管的闸门和启闭设备。更新原圆筒活塞铸铁闸门为定型铸铁闸门，闸门型号为PGZ0.6×0.6-20；更换原手摇螺杆启闭机为手电两用螺杆启闭机，启闭机型号为QL—3。由于某水库原输水涵管启闭机为人工手动操作，本次加固拟架设一条10kV、1.0km长的输电线路至大坝右端，并安装一台容量为50kVA的变压器，型号为S9—50／10，对坝区防汛照明、日常生产生活与办公以及施工提供电力，并对其防汛、日常工程管理及施工需要安装布置相应的配电设备与电气设备。1.7施工组织设计1.7.1施工条件某水库距某市城区25km，工地距寺沙公路省道3km，从寺沙公路省道向南经太平镇至某为沥青路面，路况较好，交通方便，能够满足本次施工的运输要求。明渠式溢洪道位于大坝右侧，距右坝肩约30m。本工程属加固工程，大坝的坝顶和坝肩的开敞地带、溢洪道进出口及右岸平地均可作为施工场地之用，完全满足工程要求。该加固工程所需碎石可由附近唐梓山碎石场购运，块石11可在2km以内的山坡上开采，岩石为大理岩。土料可在近处岗地上取土，其土料粘粒含量大于30%，塑性指数17，最大干密度为1.65g/cm3，质量满足要求。其它建筑材料如钢筋、水泥、黄砂等均需到某城区购买,运距25km。施工及生活用水，均可以从水库架设临时水泵抽取，其现有水质符合生产及生活用水标准。施工用电可从北张庄村架设10kV高压线1km至大坝右端终端杆，安装一台容量为50kVA的变压器，铺设500米输电线路来解决施工用电问题。1.7.2施工导