某中型水闸初步设计报告.doc

1 1 综合说明综合说明 1.11.1 工程概况工程概况 原小屯节制闸位于邱县境内老沙河上，邯临公路桥下游约 70m，控制 排水面积 1424.2km。该闸于 1979 年建成，原设计过流量为 343 m3/s，相 应设计水位 35.14m，校核过流量为 473 m3/s，相应设计水位 36.24m。小屯 节制闸原设计灌溉面积 3 万亩。 老沙河是清凉江水系的上游河段，源由曲周县的南寺头起，经威县牛 寨汇入清凉江。为解决老沙河下游河道排水不畅问题，于 1979 年兴建小屯 节制闸。 该闸原设计共 6 孔，每孔净宽 8.0m，闸底板高程为 29.89m，采用分离 式底板。闸墩基础采用井柱桩基础，中墩下设单排 4 根直径 1m，长 16m 的钢筋混凝土井柱；边墩下设单排 3 根直径 1m，长 10m 的钢筋混凝土井 柱。闸室顺水流方向长 12.5m，中墩及边墩厚为 0.8m，高 9.11m，墩长 6.0m。闸门为升卧式钢闸门，启闭机为 6 台 qpq-216t 双吊点手电两用卷 扬式启闭机。机架桥宽 5.1m，每跨长 8.79m，高 1m，为预制梁结合现浇的 型钢筋混凝土结构，全长 72m。工作桥宽 3.24m，每跨长 8.79m，高 0.8m，为预制梁结合现浇的 型钢筋混凝土结构，全长 88m。 闸室上游设混凝土防渗底板长 30m、厚 0.4m，底板高程为 29.89m；防 渗底板上游设干砌石护底长 5m、厚 0.3m。 闸室下游设钢筋混凝土消力池，斜坡段坡比 1：4，消力池底高程为 28.39m，消力池池深 1.5m，池长 22m；消力池后设浆砌石海漫长 35m；海 2 漫末端设防冲槽深 1.5 m。两岸护坡采用浆砌石护坡。 2008 年 12 月受邱县水务局委托，我院完成了河北省邱县小屯节制闸 安全鉴定报告汇编 。2009 年 2 月，由邯郸市水利局组织，在邱县水务局召 开了邱县小屯节制闸安全鉴定审查会，成立了由地质、水工、金结、机电 及管理等相关专业组成的专家组。经专家组评定，小屯节制闸鉴定为四类 闸，建议报废重建。该闸现状存在的主要问题是：边墩摩擦桩承载力不满 足要求；闸室稳定不满足要求；防冲槽槽深不足，槽内抛石大部分已被冲 走，达不到消能防冲效果；启闭机房出现纵向裂缝，无法使用；启闭设备 老化等问题。 2011 年 12 月 8 日，河北省水利科学研究院对河北省邱县小屯节制闸安 全鉴定进行了核查，同意安全鉴定专家组将该水闸安全类别综合评定为四 类闸的鉴定意见。 2012 年 3 月受邱县水务局委托，我院编制了邱县小屯节制闸重建工 程初步设计报告 。 2012 年 8 月 23 日，河北省水利厅对邱县小屯节制闸重建工程初步设 计报告进行了审查，我院根据审查意见对初步设计报告进行了修改和完 善，编制了邱县小屯节制闸重建工程初步设计报告（报批稿） 。 1.21.2 水文水文 1.2.1 流域概况 老沙河原系漳河故道，隶属清凉江水系，是河北省黑龙港地区主要排 沥水系之一，上接东风渠来水，经邱县、于威县牛家寨汇入清凉江，全长 76.0 km。流域范围为漳河故道以北，黄口干渠、安寨支渠以南，民有渠、 3 东风灌区四分干与鲧堤之间地区。控制流域面积为 2622km2，其中东风渠 流域面积 765 km，安寨渠汇入口以上总控制面积为 1009.8km。1976 年扩 挖标准为定雨量 250mm，设计流量为 247m3/s。 1.2.2 洪水 本次分析，需要推求的水文成果主要涉及的是平原沥涝水，因此主要 依据 1993 年 12 月河北省平原地区设计暴雨图集 、 河北省平原地区中 小面积除涝水文计算修订成果报告 （简称“02 手册” ） 、以及水利水电工 程设计洪水计算规范sl 442006 进行计算，计算结果见下表。 老沙河设计流量计算成果表老沙河设计流量计算成果表 单位：m3/s 5 年一遇10 年一遇20 年一遇 设 计 断 面 i0-3区i1-6区加权后i0-3区i1-6区加权后i0-3区i1-6区加权后 小屯闸70.2118.993.7127.3192.9158.9212.7286.8248.4 1.2.3 城区沥水 根据魏县、广平县、肥乡县和邱县各县城市总体规划，上述 4 县城区 部分排水范围通过雨水管渠和排水口泄入老沙河排水区域，排沥标准均为 1 年重现期，城区排沥成果见下表。 4 县规划城区设计排沥流量（入老沙河）县规划城区设计排沥流量（入老沙河） 汇水面积 排水分区 （104m2） 一年重现期设计流量 （m3/s） 备注 魏县 11346.52 入东风渠一排支 广平县 12116.96 入东风渠 肥乡县 8504.88 入东风六排支 邱县 2201.26 入北干渠 1.2.4 设计流量 4 本次老沙河设计洪水由农田涝水和城区沥水两部分组成，两者叠加后 得到老沙河新建小屯闸以上控制断面的设计流量，成果见下表。 老沙河各控制断面设计排涝流量计算成果表老沙河各控制断面设计排涝流量计算成果表 不同重现期设计值（m3/s） 控制断面 控制面积 （km2） 20 年一遇10 年一遇5 年一遇 新建小屯闸 1555.6268.0178.5113.3 1.31.3 工程地质工程地质 拟定场地土层为第四系松散沉积的土层，为冲积而成，在勘探深度范 围内土层共分为 9 层：壤土（al q42） ，粉砂（al q42） ，壤土（al q42） ， 粘土（al q42） ，壤土（al q42） ，粉砂（al q42） ，中砂（al q42） ， 粘土（al q41） ，细砂（al q41） 。本水闸闸底板座落在第三层壤土层上, 褐 黄色，可塑，饱和，韧性中等，干强度中等，主要为中粉质壤土，可见褐 色斑块，壤土中含砂壤土和粘土层，该层壤土厚度为 1.60-1.70m，层底标 高为 26.50-26.75m。 1.41.4 工程任务和规模工程任务和规模 邱县小屯节制闸是一座以防洪为主兼顾蓄水灌溉的中型水闸，过去曾 发挥过良好的社会效益和经济效益。由于工程现状存在诸多安全隐患，目 前已不能满足安全运行要求。且随着近几年降雨量偏小和农业用水量逐年 增多，地下水位逐年下降，水环境逐步恶化，急需利用小屯闸蓄水供给当 地农业用水。因此为满足防洪、排涝同时兼顾蓄水灌溉，拟定在原闸址下 游约 6.5km 处重建。 5 该重建工程实施后可有效的利用和调配区域水资源，减少本地区地表 水的流失与地下水开采量，有利于当地水环境的改善，并且可以回补地下 水，改善水资源与环境状况，缓解地下水资源危机，遏止地下水位持续下 降的态势。 小屯节制闸设计洪水标准为 10 年一遇，设计排水流量为 178.5m3/s，设 计洪水位 33.30m；依据治理后老沙河河道最大过水流量，确定该闸校核标 准为不足 20 年一遇，校核排水流量为 247.06 m3/s，校核洪水位 34.5m，正 常蓄水位 33.89m，根据水闸设计规范sl2652001 规定，该工程规模 为中型，工程等别为等，主要建筑物级别为 3 级，次要建筑物级别为 4 级。 1.51.5 工程布置和主要建筑物工程布置和主要建筑物 拟建小屯节制闸位于邱县境内老沙河上，原闸下游约 6.5km 处，桩号 40+450m（安寨闸下游海漫段末端为 0+000 桩号） ，控制排水面积 1555.6 km，设计排水流量为 178.5m3/s，校核流量 247.06 m3/s，设计蓄水深 4.8m，设计蓄水位 33.89m。 闸室上游防护段长 35m，底板高程为 29.09m，前 15m 为砌石结构， 即 5m 长干砌石段和 10m 长 m10 浆砌石扭坡段，底宽 40m，干砌石段边坡 1:5，厚 0.5m，下设 0.1m 厚碎石垫层，后 20m 为 c25 钢筋混凝土结构，边 坡 1:3，铺盖厚度为 0.5m，护坡厚度为 0.4m，下设 0.1m 厚 c10 混凝土垫层。 闸室为 c30 钢筋混凝土开敞式结构，进口底高程为 29.09m，顺水流方 向长 11m，垂直水流方向长 37.4m，总净宽 30m，单孔净宽 6m，5 孔，中 6 间三孔一联,边孔为一孔一联。边墩厚 0.81m，中墩厚 1m，缝墩厚 0.8m， 底板厚 1m，下设 0.1m 厚 c10 混凝土垫层，中墩及缝墩长度均为 9m，墩顶 高程为 34.89m。墩顶设 c25 钢筋混凝土机架桥，机架桥高 6.4m，排架柱尺 寸为 0.60.4m，启闭平台上设启闭机房。工作闸门为 64.8m 平面直升式 滚轮钢闸门，启闭机选用 qp2125kn 双吊点手电两用卷扬式启闭机。 闸室下游消能防冲段长 64m，由消力池段、海漫段及防冲槽段等部分 组成。消力池段为 c25 钢筋混凝土结构，长 18m，池深 1m，底板厚 0.6m，下设 0.1m 厚 c10 混凝土垫层，两岸采用 c25 钢筋混凝土护坡，边 坡 1:3，厚 0.4m，下设 0.1m 厚 c10 混凝土垫层。消力池下游接海漫段，长 28m，厚 0.5m，下设 0.1m 厚碎石垫层，边坡为 1:3。海漫段后接 12m 长 2m 深防冲槽，防冲槽段护坡为干砌石扭坡，防冲槽下游接 6m 长 1:5 反坡 与原渠道相衔接。上下游挡墙平面布置均采用圆弧与直线组合式，结构形 式主要采用扶壁式和悬臂式 c25 钢筋混凝土挡墙。 1.61.6 电气及金属结构电气及金属结构 1.6.1 电气 小屯节制闸用电负荷包括： 5 孔工作闸门的启闭设备、启闭机房、管 理房的照明设备、检修，并预留备用回路。 本工程选用 s1180kva10/0.4kv 变压器 1 台，供电电源由附近 10kv 高压输电线路引来，长度约为 400m，低压侧采用 380/220v 动力与照 明公用中性点接地三相四线制系统。变压器采用室外杆上安装型式， xl21 动力照明配电箱安装于启闭机机房内。在 10kv 输电线路末端(配 电变压器的高压进线上)安装高压避雷器一组，型号为 hy5ws-17/50 型户 7 外式高压式避雷器。本工程接地型式采用 tn-c-s 系统。低压电气设备接地 与避雷接地共用一处接地装置，接地网的接地电阻不大于 4。 1.6.2 金属结构 小屯节制闸共 5 孔，闸室设 5 扇工作闸门。工作闸门启闭机为 qp2125kn 双吊点手电两用卷扬式启闭机，工作闸门尺寸为 64.8m（宽 高） 。 1.71.7 消防设计消防设计 根据建筑物消防设计规范的要求，电缆全部采用不燃电缆或阻燃电缆， 并采取阻火包、防火隔板、防火涂料、防火堵料等防火措施，配备手提式 mfzl4 型磷酸铵盐干粉灭火器等灭火器材。 1.81.8 施工组织设计施工组织设计 本工程施工安排在 2013 年 9 月初至次年 6 月底，施工安排在非汛期。 非汛期降雨量较小，基本不产流，同时工程施工时可将原小屯节制闸闸门 关闭。原小屯闸至新闸址区间内几乎不来水，为以防万一，本次施工时可 挖一小排水沟将水导向下游。 小屯节制闸重建工程位于老沙河上，原闸址下游约 6.5km 处，紧邻 106 国道，交通便利，施工材料及机械可以通过 106 国道和老沙河堤顶路运至 施工现场。 水泥仓库、砂石料场及混凝土拌和站、钢筋加工厂、木材加工厂以及 办公室生活及福利设施等均在右岸布置。 该工程施工总工期为 10 个月，分为工程准备期、主体工程施工期和工 8 程完建期三个阶段。 1.91.9 环境保护设计环境保护设计 小屯节制闸重建工程的实施，可实现汛期排涝，汛后蓄水满足农业灌 溉，回补地下水，缓解地下水资源危机。同时本项目实施有利于调节小气 候，对优化生态环境和保证水资源可持续利用具有积极促进作用。 工程建设对环境的影响利远大于弊，有利影响将长期发挥作用，不利 影响可通过相应的工程措施和有效的管理手段办法予以制约，对区域社会 经济的发展及生态环境的改善产生积极的影响。本项目有利影响占主导地 位，因此，本工程建设符合环境保护要求。 本工程环境保护投资为 3.49 万元。其中环境监测费 0.7 万元，环境保 护临时措施费 1.22 万元，独立费 1.4 万元，预备费 0.17 万元。 1.101.10 水土保持设计水土保持设计 本工程建设特点是施工场地集中，施工过程中，因工程开挖、填筑、 施工临时道路修建及施工作业活动等易产生水土流失。通过对本工程进行 综合分析，施工期是造成的水土流失的主要时段。根据工程的布局、施工 布置及工程施工分区的特点等，本工程水土保持防治分区为：建筑物施工 区、施工生产生活区、施工临时道路区及弃渣场。 根据本工程的布局、施工特点和水土流失特点，对施工区采取预防保 护措施；施工生产生活区在工程完建后恢复原地貌；工程建设产生的弃渣 及时运至弃渣场堆放，并压实恢复植被；施工临时道路单侧设临时排水沟， 施工结束后，恢复原地貌和植被。总之，在工程建设过程中工程措施、植 9 物措施、临时措施相结合，以发挥最佳效益。 本工程水土保持措施总投资为 3.4 万元，其中工程措施投资 0.22 万元， 植物措施投资 0.12 万元，临时措施投资 0.29 万元，独立费用 2.6 万元，基 本预备费 0.17 万元。 1.111.11 工程管理设计工程管理设计 小屯节制闸是老沙河上重要的控制性工程，担负着以防洪为主，兼有 蓄水、灌溉等功能。小屯闸建成后仍维持原管理机构及管理人员不变，管 理机构为小屯闸管理所，管理人员为 4 人。按照冀水管【2007】7 号文件精 神，对管理机构定性为准公益性事业单位，人员工资及维修养护经费全部 由财政列支。 1.121.12 安全与节能设计安全与节能设计 本工程主要工程项目为土建工程、金结机电工程等。节能设计主要考 虑：在设计中使用节能材料和设备，合理布局节约投资；在施工中采用合 理安排工序，缩短工期和选用节能机械等节能措施。 安全设计包括安全防护设计和安全卫生设计。安全管理要建立机构、 落实人员、建立制度，并注重工程的度汛安全和工程建设中的安全。安全 卫生设计的主要内容为劳动安全与卫生设计，安全卫生设施必须符合国家 规定的标准，安全卫生设施与主体工程同时施工、同时投入生产和使用。 1.131.13 设计概算设计概算 （1）本工程总投资为 838.6 万元，其中工程部分投资为 831.71 万元， 10 新增水土保持工程投资为 3.4 万元，环境保护工程投资为 3.49 万元。 （2）主要工程量为：土方开挖 7615.38m3，土方回填 18860.00m3，干 砌石 3540.38 m3，浆砌石 994.78m3，混凝土 3524.86m3，模板 3800.80m2， 钢筋制安 295.10 t。 （3）主要材料用量：水泥 1367.18t，钢筋 267.60t，木材 4.24 m3，柴 油 15.97t，汽油 3.12t，砂子 2351.94m3，块石 5126.54m3，碎石 4093.17m3。 （4）工程总用工：115162.70 工时。 （5）工资标准: 按六类地区计，工长为5.4元/工时，高级工为5.05元/ 工时，中级工为4.37元/工时，初级工为2.32元/工时。 1.141.14 经济评价经济评价 社会折现率按参数选定为 8%。 经济评价指标：经济内部收益率 8.57%，经济效益费用比 1.13，经济 净现值（is=8%）126.99 万元。 从经济内部收益率、经济效益费用比、经济净现值等国民经济评价指 标结果看出，该项目经济合理。 工程项目实施后可取得较好的社会效益和经济效益，对农业发展具有 促进作用。工程实施后可有效的利用和调配区域水资源，减少本地区地表 水的流失与地下水开采量，降低用水成本；同时有利于当地水环境的改善； 并且可以回补地下水，改善水资源与环境状况，缓解地下水资源危机。本 项目实施还有利于调节小气候，对优化生态环境和保证水资源可持续利用 具有积极促进作用。 11 2 水文水文 2.12.1 流域概况流域概况 老沙河原系漳河故道，隶属清凉江水系，是河北省黑龙港地区主要排 沥水系之一，上接东风渠来水，经邱县、于威县牛家寨汇入清凉江，全长 76.0 km。流域范围为漳河故道以北，黄口干渠、安寨支渠以南，民有渠、 东风灌区四分干与鲧堤之间地区。控制流域面积为 2622km2，其中东风渠 流域面积 765 km，安寨渠汇入口以上总控制面积为 1009.8km。1976 年扩 挖标准为定雨量 250mm，设计流量为 247m3/s。 拟新建小屯闸以上老沙河共有几条较大的支渠汇入，分别为西支渠、 东呈孟渠、沙东干渠、波流固渠、傅辛庄渠、北干渠等，总长度 97.86km， 总控制面积 681.94km。老沙河主要支渠基本情况见表 2-1。 老沙河支渠基本情况统计表老沙河支渠基本情况统计表 表 2-1 支流名称起止位置 长度 （km） 流域面积 （km2） 底宽 （m） 边坡纵坡 原设计流量 （m3/s） 西支渠 东贤店 至西呈孟 17.24111.35 820 1:21/4000 1872.5 东呈孟渠 西杨固 至东呈孟 8.524.9361:21/350029 沙东干渠 邯馆路 至安寨渠 37.02414.4 7.53.51:31:4 1/6000 54.7165.5 波流固渠 孟固 至波流固 12.152.556.51:21/500017.2 傅辛庄渠 梁二庄 至小临河 1149.821:21/600013 北干渠 柳辛庄 至小临河 1228.91 12 2.22.2 气象气象 邱县属北暖温带亚湿润大陆性气候，四季分明。春季多风少雨，夏季 多雨高温，秋季天高气爽，冬季寒冷干燥。年均气温 13.0，其中最热月 平均气温 26.8，极端最高气温 42.7，最冷月平均气温-2.8，极端最低 气温-20.1；无霜期 207 天，平均初霜日 10 月 25 日左右，年均降雨量 524.6mm，多集中在 78 月份，平均终霜日 4 月 5 日左右；年均气压 1011.8hpa，室外相对湿度 66%，冬季最大积雪度为 29cm，夏季最大日降雨 量 245.9mm；年主导风向为东南西北向，夏季多偏南风，冬季多偏北风， 平均风速为 3.1m/s，平均日照小时为 2539.2h。雨热同季，宜于多种植物生 长。 2.32.3 水文基本资料水文基本资料 流域内有肥乡、广平、平固店、邱城、南辛店、邱县等雨量站，无水 文测站。 2.42.4 洪水洪水 本次新建小屯闸以上老沙河设计洪水由农田涝水和城区沥水两部分组 成，两者叠加后得到老沙河各控制断面的设计流量。 2.4.1 平原排水渠暴雨洪水特性 （1）暴雨特性 工程所在区域属平原区，暴雨特性受太行山地形影响，时空分布很不 均匀，对于长历时暴雨，则具有降雨强度大、持续时间长、笼罩范围广的 13 特点。 本区域的暴雨特点表现为：暴雨量值沿区域变化较山区缓慢。24 小 时暴雨平原等值线变化范围为 80120mm，三日暴雨平原大部地区等值线 值变化范围为 110120mm。平原不同地区年最大 24 小时、三日暴雨量 的年际变化规律性较强，即年最大暴雨的离势系数 cv变化小，年最大 24 小时暴雨 cv值在 0.60.65 之间，年最大三日暴雨的 cv值均为 0.5。 （2）洪涝水特性 该流域为平原易涝区域，本地区的洪涝灾害主要为本流域降水产生的 涝灾。平原地区的涝水具有以下特点：平原排水区域及排水河道坡度平缓， 涝水表现形式为峰小量大，持续时间长；涝水造成的灾害主要表现为耕地 受淹以及由此造成的地下水位抬高和耕地的盐渍化；平原除涝标准较低； 受人类活动影响较大，排水河道开挖前后，同样的暴雨，造成的流量相差 很大；水文测站较少，测验资料年限较短，且测验成果易受人类活动影响。 与其它流域相比，本流域涝水的突出特点为：流域大范围涝灾往往是 连续几场大暴雨所致，例如 1977 年涝灾，是由自 7 月下旬至 8 月上旬连续 几场大雨造成；随着水资源利用程度的提高，淡水区地下水位连年下降， 同样暴雨造成涝灾有逐渐减少的趋势。 2.4.2 平原地区设计涝水计算 拟建小屯闸所在位置位于邱县境内 106 国道下游约 50m 处，小屯闸以 上老沙河总控制流域面积为 1555.6km，其中涉及农田除涝面积为 1521.51 km。 2.4.2.1 计算标准 14 拟建小屯闸设计防洪标准为 10 年一遇，本次设计沥水共分析计算了 5 年一遇、10 年一遇和 20 年一遇 3 个标准。 2.4.2.2 计算方法 关于河北省平原地区设计涝水的计算，由于实测资料短缺，大多采用 由暴雨按经验公式途径推求。我省平原地区中小面积除涝水文计算一般采 用“手册法” ，本次计算采用河北省平原地区中小面积除涝水文修订报告 （2002 年）中的方法推求。主要环节简述如下： （1）设计暴雨 设计暴雨时段采用年最大三日雨期控制。设计雨型为三日雨量分二 次计算，一次为年最大 24 小时雨量，位于第三日，占年最大三日雨量的 80%； 一次为年最大三日雨量的 20%，两次间隔 12 小时。 设计点雨量计算，采用河北省水利厅 1993 年 12 月出版的河北省 平原地区设计暴雨图集中“年最大三日暴雨多年平均值等值线图”与 “年最大三日暴雨变差系数（cv）等值线图” 。由等值线图中查得各区年最 大三日点平均雨量均值和 cv值，采用 cs=3.5 cv，按 p型频率曲线即可 计算各区不同频率的年最大三日点雨量。 点面折减系数，根据流域面积，从“河北省平原地区点面折减系数 表”中查取。 流域平均面雨量，通过点雨量与点面折减系数计算得出。 设计暴雨计算成果见表 2-2。 设计暴雨成果表设计暴雨成果表 表 2-2 单位：mm 统计参数不同重现期设计值备注 15 均值cvcs/cv20 年10 年5 年 1100.503.5218.7182.6145.8点雨量 205.6177.7137.1面雨量 （2）前期影响雨量 pa 根据设计雨型，第一次雨量的前期影响雨量 pa1为： pa1=0.96pa； 第二次雨量（最大 24 小时）的前期影响雨量 pa2为： pa2=0.96（pa1+0.2p3-r1） 式中：pa1第一次雨量的前期影响雨量（mm） ； pa设计前期影响雨量（mm） ； p3设计三日降雨量（mm） ； r1第一次降雨产生的径流深（mm） ； pa2第二次雨量的前期影响雨量（mm） 。 （3）暴雨径流关系 根据老沙河控制流域所在位置，在河北省平原地区水文分区图上查的 流域位置跨越 i0-3和 i1-6两个分区，径流深计算时需要分别查 i0-3和 i1-6两个 分区的暴雨径流关系（p+ par）曲线。 （4）最大排水流量 根据平原地区最大排水流量公式（具体公式如下） ，分别计算出不同分 区时最大排水流量，然后在根据面积加权计算出全流域面积的最大排水流 量。面积加权系数见表 2-3。 一般平原区：q = 0.022r0.92f0.80 式中：q最大排水流量（m/s） ； 16 r设计径流深（mm） ； f计算面积（km） 。 老沙河设计流量面积加权计算表老沙河设计流量面积加权计算表 表 2-3 面积权重 设 计 断 面 i0-3区i1-6区总面积i0-3区i1-6区总面积 小屯闸787.58733.661521.510.520.481.0 2.4.2.3 计算成果 计算成果见表 2-4。 老沙河设计流量计算成果表老沙河设计流量计算成果表 表 2-4 单位：m3/s 5 年一遇10 年一遇20 年一遇 设 计 断 面 i0-3区i1-6区加权后i0-3区i1-6区加权后i0-3区i1-6区加权后 小屯闸70.2118.993.7127.3192.9158.9212.7286.8248.4 2.4.3 设计涝水成果的合理性分析 将本次计算的设计涝水流量与黑龙港流域防洪除老规划报告老沙 河除涝设计流量（见表 2-5）比较，本次计算结果偏小，原因在于本次计算 不包含流域内县城城区的排沥面积；又本次设计排涝流量是按照河北省 平原地区中小面积除涝水文修订报告 （2002 年）中的方法计算的，基本上 能反映本流域平原地区现状条件下涝水产汇流的实际情况，故此次设计涝 水计算成果是比较合理的。 老沙河除涝设计流量老沙河除涝设计流量 17 表 2-5 不同重现期设计值（m3/s） 控制断面 控制面积 （km2） 20 年一遇10 年一遇5 年一遇 牛寨 2622278181107 2.4.4 城区沥水计算 根据魏县、广平县、肥乡县和邱县各县城市总体规划，上述 4 县城区 部分排水范围通过雨水管渠和排水口泄入老沙河排水区域，排沥标准均为 1 年重现期。上述 4 县城区沥水汇入情况见表 2-6。 4 县城区沥水汇入情况统计表（入老沙河）县城区沥水汇入情况统计表（入老沙河） 表 2-6 县城名称 流域面积 （km2） 受水体 （河/渠道名称） 径流系数 魏县 11.34 东风一排支 0.5 广平县 12.11 东风渠 肥乡县 8.5 东风六排支 0.5 邱县 2.2 北干渠 0.45 根据室外排水设计规范gb50014-2006 中规定，暴雨强度公式是确 定雨水设计流量的基本依据。公式为： n bt pca q )( )lg1 (167 1 式中： 设计降雨强度（升秒公顷） ；q 设计降雨重现期（年） ；p 重现期为年的设计降雨的雨力； 1 a 雨力变动参数，是反映设计降雨各历时不同重现期强度变c 化 的参数之一； 降雨历时（分钟） ；t 18 历时附加参数；b 历时指数。n 上述 4 县城市总体规划中采用的公式均为邯郸市暴雨强度公式，形式 如下： 681 . 0 )3 . 8( )lg96 . 0 1 (1862 t p q 上述 4 县城区排沥均按 1 年重现期设计，地面集水时间采用 1020 分 钟，主城区内径流系数为 0.450.5，大片绿地与城区外地区取 0.2。但由于 缺乏各县城区雨水系统、雨水管网资料，有关计算参数无法确定，而通过 对比上述 4 县与邯郸市高新技术产业开发区沥水入邯临沟的区域范围在硬 化比例、径流系数等相关参数，认为可以参照邯郸市高新技术产业开发 区工程规划中邯临沟设计排沥流量有关计算参数进行计算，最终得出各 县城区排入老沙河的设计流量见表 2-7。 4 县规划城区设计排沥流量（入老沙河）县规划城区设计排沥流量（入老沙河） 表 2-7 汇水面积 排水分区 （104m2） 一年重现期设计流量 （m3/s） 备注 魏县 11346.52 入东风渠一排支 广平县 12116.96 入东风渠 肥乡县 8504.88 入东风六排支 邱县 2201.26 入北干渠 2.4.5 设计流量及其合理性分析 本次老沙河设计洪水由农田涝水和城区沥水两部分组成，两者叠加后 得到老沙河新建小屯闸以上控制断面的设计流量，见表 2-8。 老沙河各控制断面设计排涝流量计算成果表老沙河各控制断面设计排涝流量计算成果表 表 2-8 19 不同重现期设计值（m3/s） 控制断面 控制面积 （km2） 20 年一遇10 年一遇5 年一遇 新建小屯闸 1555.6268.0178.5113.3 本次设计流量由流域内的农田涝水和汇入的城区沥水组成，考虑全面， 计算结果较为合理。 2.52.5 施工洪水施工洪水 本工程施工期拟安排在 2013 年 9 月至次年 6 月，但是工程施工主要是 在 2013 年 10 月至次年 5 月，因此施工时主要计算主体施工期的洪水。 由于流域内没有实测流量资料，非汛期施工设计洪水通过暴雨途径推 求。根据流域内肥乡、广平、平固店、邱城、南辛店、邱县等雨量站 10 月 至次年 5 月的实测降水资料经分析多年平均 1 日降雨量为 28.5mm，降雨量 较小，基本不产流。 20 3 工程地质工程地质 3.13.1 概述概述 本工程野外工作于 2012 年 5 月 23 日开始，2012 年 5 月 24 日结束。 勘探累计完成工作量如下：钻探孔 2 孔，钻探进尺 72.0m，探坑 3 孔， 探坑进尺 9.0m，标准贯入试验 16 次，取土样 37 件，土工试验：常规试验 25 个，直剪试验 8 个，颗粒分析试验 37 个，渗透试验 7 个，水质全分析试 验 1 组。 3.23.2 地质概况地质概况 3.2.1 地形地貌 拟建场地为平原地貌，老沙河两岸地面标高为 35.56-37.87m，老沙河 河底高程为 28.36m。场区地层为第四系冲积形成的松散土层。 3.2.2 地层岩性 根据 1:1000 地质测绘和勘探资料表明，工程区地表出露及钻探揭露的 地层岩性主要为第四系全新统冲积（al q4）粘土、粉质壤土、粉砂和细砂； 第四系全新统人工堆积（r q4）的河道堤防。根据时代的不同和沉积的由老 至新的顺序对地层分述如下。 （1）第四系全新统冲积（al q41）: 细砂（al q41）：褐黄色，密实，饱和，主要成分为石英和长石，含少 量云母，砂层中含砂壤土。该层主要在钻孔的底部有揭露。 粘土（al q41）：灰黄色，可塑，硬塑，饱和，韧性较高，干强度较高， 21 土中可见褐色斑点，该层粘土主要为粉质粘土，土层中夹中粉质壤土。 （2）第四系全新统冲积（al q42）: 粉砂、中砂（al q42）：粉砂为棕红色，褐黄色，中密，湿，主要成分 为石英和长石，层中含砂壤土；中砂为黑灰色，中密，湿，主要成分为石 英和长石，层中含砂壤土，河道边坡主要由粉砂组成。 壤土（al q42）：褐黄色，黑灰色，褐灰色，可塑，饱和，韧性中等， 干强度中等，壤土中含砂粒和姜石，表层的壤土主要为轻粉质壤土，含较 多砂粒。 粘土（al q42）：棕黄色，可塑，饱和，韧性高，干强度高。 （3）第四系全新统人工堆积（r q4）： 该层土为河道的堤防，褐黄色，稍密，中密，稍湿，干，主要为砂壤 土和粉砂等组成，由于人为的开挖损坏，该层堤防部分地段已经损毁。 3.2.3 地质构造 工程区位于中朝地台东部，基底隆起，华北平原沉降带的南部，为新 生代的强烈拗陷区。区内第三系、第四系地层厚达千米，基底构造以断裂 为主，主要可分为北东向和北西向两组，地震分布与基底断裂构造有关。 该区域发育有较多断裂构造，邢台安阳深断裂，北东 10 度左右，为 继承性正断层，形成于晚侏罗世末期；沧州大名断裂为平原区的一条重 要隐伏断裂，走向北东 30 度左右，为中、新生代继承性活动的正断层；临 漳魏县隐伏断裂，走向北东 70 度左右，为中、新生代继承性活动的正断 层。 根据中国地震动参数区划图 （gb18306-2001） ，该工程所在的邱县地震 动峰值加速度为 0.05g，抗震设防烈度为度。 22 3.2.4 水文地质条件 工程区内地层主要为河流冲积形成的松散堆积物，地表水径流较少， 地下水持续多年的超采导致了多年平均水位持续下降，地下含水层主要为 壤土、砂壤土和砂层的孔隙水，河道沿线潜水稳定地下水位深度在 8.0m， 地下水主要受河水补给和大气降水补给，地下水主要以人工开采和地下渗 流的方式排泄， 本次勘察时由于处于灌溉期，老沙河内有少量的水，河水位高程为 30.24m，钻孔中地下水位为 27.75m。 本次在小屯闸闸址处采取钻孔水样一组，进行了水质分析，见表 3 1。 23 zk1zk1 水质分析结果表（单位：水质分析结果表（单位：mg/lmg/l） 表 31 检验项目 ca2+mg2+nh4+ cl - so42-hco3-co32-oh- 分析结果 40502083234.36mmol/l0.00.0 检验项目ph 值 侵蚀性 co2 游离 co2 矿化度 分析结果 7.3605.31136 环境水对砼腐蚀性评价 腐蚀性类型判定依据界限指标实际含量腐蚀程度备注 重碳酸型 hco3- (mmol/l) 1.074.36无腐蚀 一般酸性型ph 值6.57.36无腐蚀 分解类 碳酸型侵蚀 co2(mg/l)co216 结构主钢筋可靠焊接成基础接地网，并与边中墩、排架柱内三根16 结 构主钢筋可靠焊接引上与启闭机平台接地网可靠焊接。 为防范感应雷击波的侵入，确保高低电杆设备的安全，即在 10kv 输 电线路末端(配电变压器的高压进线上)安装高压避雷器一组，型号为 hy5ws17/50 型户外式高压式避雷器。本工程接地型式采用 tncs 系统。所有电气设备金属外壳、电缆金属外皮、穿线钢管、进出建筑物的 金属管路等均以最短的路径与接地网连接。低压电气设备接地与避雷接地 共用一处接地装置，接地网的接地电阻不大于 4。 6.1.2 电气二次 （1）测量 按照电力部门要求装设计量装置，进线回路安装交流电流表、有功功 率表。每孔闸门配闸门荷重测控仪、闸门开度检测仪，并应满足监测卷扬 式启闭机的要求，如需转换设备则由闸门厂家配套提供。 （2）控制 本工程采用集中控制的方式。操作人员可以在 xl21 动力照明配电 箱上的仪表和按钮进行监控、操作。 56 6.26.2 金属结构金属结构 （1）工作闸门及启闭机选择 动水启闭闸门启闭力计算应包括以下内容: 1）闭门力计算 tgzszdt pgnttnfw)( 计算结果为“正”值时，需要加重（如加重块、水柱或机械下压力等） ； 计算结果为“负”值时，依靠自重可以关闭。 2）启门力计算 sjgxzszdtt wggnpttnf )( 式中：摩擦阻力安全系数，采用 1.2； t n 计算闭门力用的闸门自重修正系数，采用 1.1； g n 闸门自重，kn，计算闭门力时采用浮重； g 作用在闸门上的水柱压力，kn； s w 加重块重量，kn； j g 上托力，kn； t p 下吸力，kn； x p 滑动轴承滚轮摩阻力，kn ，=； zd t zd t )( 1 frf r p r滚轮半径，mm，r=300mm； r滚轮轴半径，mm，r=75mm； 作用在闸门上的总水压力，kn； p 、滑动摩擦系数, f1=0.25，f3=0.7； 1 f 3 f 滚动摩擦力臂，mm，f=1mm； f 57 止水摩阻力，kn ，； zs t zszs pft 3 作用在止水上的压力，kn。 zs p 经计算得：闭门力为：-3.23kn，启门力为：238.13kn。根据计算结果， 启闭机选用 qp2125kn 双吊点手电两用卷扬式启闭机。 本次设计工作闸门采用直升式平面滚轮钢闸门，闸门尺寸为 64.8m（宽高），每扇闸门重8t，每孔埋件重3t。闸门主材为 q235b， 埋件主材为 q235b。 （2）检修工况 由于老沙河为排沥渠道，汛期闸门开启，因此可利用汛期闸门开启时 对闸门进行检修，本次设计不设检修闸门。 （3）钢闸门及埋件的防腐设计 钢闸门及埋件验收合格后，应用喷砂抛丸清除铁件表面油污、灰尘、 铁锈、氧化皮及焊渣等，使之露出金属光泽，并具有适当的粗糙度 （by=60100m） ，然后喷锌。喷锌镀层应力求均匀，总厚度为 0.15mm， 分两次施喷，最后用涂料封闭。喷锌封闭层的保护用漆：底层为干后 80m 厚环氧富锌防锈底漆，中间层为干后 100m 厚环氧云铁防锈漆， 面层为干后 80m 厚环氧沥青防锈漆。 （4）闸门防冰冻设计 水利水电工程钢闸门设计规范规定，闸门不得承受冰的静压力， 为防止冰荷载对钢闸门的破坏，寒冷地区的钢闸门在冬季运行时，必须采 取防冰冻措施。因此，在钢闸门的设计中，必须配套进行钢闸门防冰冻设 计。在冰冻期间，为了使钢闸门能正常工作，采用潜水泵法、开凿冰沟或 其它方法，使闸门与冰层隔开。 58 7 消防设计消防设计 7.17.1 消防设计原则及主要依据消防设计原则及主要依据 7.1.1 设计原则 小屯节制闸重建工程消防设计应贯彻“预防为主，仿效结合”和确保 重点，兼顾一般的原则。本工程引起火灾的主要部位是电气设备及电缆等。 因此，应以上述设备为消防重点部位。 考虑到火灾多为短时、突发性，消防设计应满足自救为主，外援为辅 的要求。 消防设备器材选择经消防检测部门检验合格的产品，且安全可靠，使 用方便，技术先进，经济合理。 7.1.2 主要规程规范 水利水电工程设计防火规范 （sdj278-90） 建筑设计防火规范 （gb50016-2006） 建筑灭火器配置设计规范 （gb50140-2005） 7.27.2 消防设施消防设施 本工程的消防范围主要包括启闭机室、管理房、电缆等。 对于上述消防范围内的建筑按消防设计规范的要求，确定其耐火等级 与火灾危险性类别。配备手提式 mfzl4 型磷酸铵盐干粉灭火器等灭火器材。 59 电缆全部采用难燃电缆或阻燃电缆，并采取防火涂料、防火堵料等防 火措施。 7.37.3 防火管理防火管理 本工程需作消防设计范的围主要是启闭机室、管理房及电缆等。现阶 段各大型建筑物及附属建筑物的消防设备及材料的设计均是按照面积进行 配置的。 按照水利水电工程设计防火规范 （sdj278-90）的规定，划分了本 工程各类建筑物、构筑物的火灾危险性类别、耐火等级和火灾危险等级。 见表 7-1。 表 7-1 火灾危险性类别、耐火等级、火灾危险等级表 建筑物名称耐火等级火灾危险性类型火灾危险等级 启闭室三戊轻危险级 7.3.1 灭火器配置 本工程的消防范围主要包括启闭机室、管理房等。 根据建筑灭火器配置设计规范 ，启闭机室及管理房内各配置 2 只手 提式 mfzl4 型磷酸铵盐干粉灭火器。 7.3.2 电缆消防 因电缆着火延燃造成的火灾事故，遍及整个启闭机室，往往造成重大 经济损失，是消防设计的重点。 电缆火灾发生的原因主要有三种情况。一是属于电缆本身的情况，如 在过负荷及短路电流长时间作用下，电缆绝缘老化着火，电缆接头接触不 良局部发热导致着火等；二是属于外部情况，如含油设备的漏油着火殃及 60 电缆，意外失火等；三是属于电缆火灾扩大延燃的情况，如电缆贯穿墙壁、 楼板孔洞未作封堵，多根电缆垂直敷设未采取防火措施等。需针对不同情 况采取相应措施。 本工程消防措施如下： （1）采用阻燃电缆 阻燃电缆的主要特点是不易着火或着火后延燃仅局限在一定的范围内。 （2）防火涂料 防火涂料具有防止初起火灾和减缓火灾蔓延扩大的作用。故确定本工 程电缆穿越墙壁和楼板的孔洞以及进出电气装置的出入口等处，均在一定 范围内喷刷防火涂料。本工程选用膨胀型过氯乙烯防火涂料，其特点是： 遇火膨胀生成致密的蜂窝状隔热层，有良好的隔热防火效果，并具有耐水、 耐油和耐候性，且能调配成多种颜色。该涂料喷刷均可。 （3）防火堵料 采用防火堵料能有效的阻止电缆火灾沿孔洞向邻室蔓延。因此，在本 工程中涉及管口，电缆穿越楼板、墙壁的孔洞和进出配电箱等的孔洞，均 采用 dfd防火堵料封堵严密。该堵料使用后不影响电缆载流能力并具 有耐水、耐油、无毒、无气味，施工方便，更换、增减电缆容易，可重复 使用的特点。 61 8 施工组织设计施工组织设计 8.18.1 施工条件施工条件 8.1.1 自然条件 工程所在地多年平均气温 13.0，其中最热月平均气温 26.8，极端 最高气温 42.7，最冷月平均气温-2.8，极端最低气温-20.1；无霜期 207 天，平均初霜日 10 月 25 日左右，年均降雨量 524.6mm，多集中在 78 月份，平均终霜日 4 月 5 日左右；年均气压 1011.8hpa，室外相对湿度 66%，冬季最大积雪度为 29cm，夏季最大日降雨量 245.9mm；年主导风向 为东南西北向，夏季多偏南风，冬季多偏北风，平均风速为 3.1m/s，平 均日照小时为 2539.2h。 8.1.2 建筑材料来源 施工所需石料从武安石料场购进，砂子从邢台沙河砂场购进，水泥、 钢材、木材、汽油、柴油等均从邱县当地购进。本工程开挖出来的土方全 部用于回填，不够的土方外购。 8.1.3 施工用电、用水 施工用电考虑与永久供电线路相结合，从永久供电线路上取用，施工 用水及生活用水可从附近村庄内取水，在工地设临时储水池。 8.1.4 施工场地 本工程位于 106 国道下游约 50m 处，闸址右岸地势平坦开阔，可布置 砂石料场、混凝土加工厂、钢材加工厂、木材加工厂、机械修配厂、水泥 和建材仓库等。 62 8.28.2 施工导流施工导流 本工程施工期安排在 2013 年 9 月初至次年 6 月底，施工安排在非汛期。 非汛期降雨量较小，基本不产流。同时工程施工时可将原小屯节制闸闸门 关闭。原小屯闸至新闸址区间内几乎不来水，为以防万一，本次施工时可 挖一小排水沟将水导向下游。 8.38.3 工程施工工程施工 8.3.1 施工方案规划 根据各单项工程的施工难易程度以及对工程总工期的影响，工程按照 先主体，后附属的方式安排施工。主要工程施工顺序为基坑土方开挖，闸 墩、闸底板、机架桥等混凝土工程，上游连接段及下游消能段混凝土及砌 石等，可相机安排与主体工程同时施工。 8.3.2 土方工程 （1）土方开挖 建筑物土方开挖指闸室、挡墙及上下游连接段等工程的土方开挖。 1）施工单位应根据设计图纸定出建筑物和渠道的轴线，并将开挖前实 测地形和放样剖面图报送监理工程师复核，经批准后方可进行开挖。 2）施工场地地表植被清理，必须延伸至最大开挖线或填筑坡脚线外侧 至少 1m。 3）土方开挖应从上到下分层分段依次进行，边坡坡度应适当留有修坡 余量，人工修整后，应满足施工要求的坡度和平整度。冬季不允许边坡修 整及其护面。 63 4）对于不能马上进行建筑物施工的建基面上要预留不小于 50cm 的保 护层，以免扰动原状土，建筑物施工前，再进行保护土层的开挖。 5）在场地开挖和施工过程中，应做好临时性排水设施。 6）土方开挖采用 1m3挖掘机开挖，8t 自卸汽车运输，开挖出的土方部 分运至临时堆土场，以备回填用。 （2）土方填筑 1）土方回填前对各种建基面均要经过验收合格后才能填筑；对于混凝 土建筑物周围的填土还要待混凝土的强度达到设计强度的 70%且龄期超过 7d 后方可填筑。 2）回填土根据工程区土层开挖料情况确定各建筑物填土材料，要求分 层回填碾压夯实。 3）进出口和闸室段土方回填选择开挖出的土料，用 8t 自卸汽车运输， 74kw 推土机分层平土，履带拖拉机压实，局部采用蛙式夯。 8.3.3 土方平衡 土方平衡设计的目的是尽量利用开挖料，减少总挖填量，按照环保要 求，选择堆料、弃料场地，合理调配。本工程开挖出来的土方全部用于回 填，不够的土方外购。 土方平衡表土方平衡表 土方开挖（m3）土方回填（m3）外购土方（m3） 76151886014640 8.3.4 砌石工程 1）材料 64 砌体石料采用块石，要求所选石料必须质地坚硬、新鲜、完整、无缝 化、上下两面大致平整，无尖角。块石厚度一般为 2030cm，宽度、长度 分别为厚度的 11.5 倍和 1.53 倍。砂的质量应符合有关规范的规定。砂 浆采用的砂料为中粗砂。水