毕业设计（论文）-南阳市方城县史家庄水库除险加固工程设计报告.doc

第 1 页 共 75 页 目目 录录 1 1 综综合合说说明明. .5 5 1.1 绪 言.5 1.2 水 文.7 1.3 地 质.8 1.4 工程任务与规模 .12 1.5 工程布置及主要建筑物 .13 1.6 机电及金属结构 .15 1.7 消防设计 .15 1.8 施工组织设计 .15 1.9 节能设计 .16 1.10 工程占地 17 1.11 环境保护设计 17 1.12 水土保持设计 17 1.13 工程管理设计 18 1.14 工程投资概算 19 1.15 经济评价 19 1.16 工程特性表 19 2 2 水水 文文 .22 2.1 流域概况.22 2.2 设计洪水复核.22 2.3 施工期洪水.29 第 2 页 共 75 页 2.4 年径流及典型年.29 2.5 水库蒸发、渗漏损失.30 2.6 水库泥沙淤积.30 3 3 工工程程地地质质.31 3.1 概 述31 3.2 库区工程地质及水文地质条件.31 3.3 枢纽区工程地质条件.32 3.4 天然建筑材料.36 4 4 工工程程任任务务和和规规模模.37 4.1 工程概述.37 4.2 农业灌溉用水.37 4.3 水库调洪计算.38 4.4 水库坝顶高程复核.41 5 5 工工程程布布置置及及建建筑筑物物.45 5.1 设计依据.45 5.2 除险加固工程主要内容.46 5.3 大坝除险加固工程.47 5.4 溢洪道除险加固工程.57 5.5 输水洞加固工程.59 5.6 管理设施完善.60 6 6 机机电电及及金金属属结结构构.61 6.1 电气设计.61 第 3 页 共 75 页 6.2 金属结构.61 7 7 消消防防设设计计.62 7.1 消防设计依据及设计原则.62 7.2 工程消防设计.62 8 8 施施工工组组织织设设计计.63 8.1 施工条件.63 8.2 施工导流.64 8.3 主体工程施工.64 8.4 施工交通.71 8.5 施工工厂设施.71 8.6 施工总体布置.72 8.7 施工总进度.73 8.8 施工组织机构及主要技术供应.74 第 4 页 共 75 页 南阳市方城县史家庄水库工程位置图 史家史家 庄庄水库庄庄水库 第 5 页 共 75 页 1 1 综综合合说说明明 1.1 绪 言 1.1.1 工程概况 史家庄水库位于南阳市方城县拐河镇史家庄澧河支流上，属淮河流域沙颍 河水系。水库控制流域面积 0.4km2，坝址以上河道干流长度 1.5km，平均自然 比降 0.04。水库下游有下游共有人口 800 人，耕地 500 亩，地理位置重要。史 家庄水库是一座以防洪、灌溉为主，并可发展水产业等综合利用的小()类水 库。水库自建成以来，在改善当地农业生产条件，保护下游防洪安全等方面， 发挥了较大的社会效益和经济效益。 该水库于 1973 年 6 月兴建，12 月建成，本次初步设计复核水库总库容 10.76 万 m3，其中兴利库容 10.42 万 m3，死库容 0.38 万 m3，实际灌溉面积 200 亩。 水库枢纽工程由大坝、溢洪道和输水洞等组成。 大坝为均质土坝，现状坝顶高程为 232.00232.60m，最大坝高 10.8m，坝 顶全长 142m，为土路面，宽 3m，无防浪墙及路沿石。上游坝坡坡率 1:2.32.7，为干砌块石护坡，下游坝坡坡率 1:2.32.9，自然草皮护坡，无 排水沟、排水体。 溢洪道位于大坝右侧，紧邻坝端，为开敞式明渠。现状进口底高程 230.39m，底宽 13m，最大泄流量 14.4m3/s，总长 56m。目前，溢洪道左侧浆砌 石挡墙破损严重，基础岩性较差；右岸边坡不规整；底部为残坡积含砾粉质粘 土，未护砌，冲刷破坏严重，不能安全泄洪。 输水洞位于右坝肩下，为无压浆砌石拱涵，洞径 0.50.65m，进口底高程 224.85m，最大泄量 0.5m3/s。目前进口淤积，斜拉闸门启闭设施损坏，启闭机 房损毁严重，出口破损。 1.1.2 缘 由 大坝 1973 年建成至今已 40 年，在工程、管理和防汛等诸多方面存在问题， 水库带病运行，到目前为止在运行中发现许多问题急待解决。 2012 年 8 月，方城县水利局委托河南省沙颍河勘测设计院对大坝进行了地 第 6 页 共 75 页 质勘察和坝体质量检查，基本查清了存在问题。勘察成果表明： 史家庄水库所处位置为低山区，库区岩性主要为下元古界角闪片岩及第 四系残坡积含砾粉质粘土，库岸山体浑厚，分水岭以外无深切谷，无较大断裂 发育及通往库外的构造破碎带，不存在库水渗漏问题。 库区山体自然边坡多为 2040，未有大的滑坡、崩塌体等物理地质现 象，库岸处于稳定状态。 库区岩性为下元古界角闪片岩，表部多呈强风化状态，第四系堆积物在 库岸坡脚处以及缓坡上多有分布，山坡植被较差，固体迳流物来源广，水库存 在淤积问题。 大坝左坝段 0+0000+025 上部岩性为第四系残破积粉质粘土，渗透系数 k=8.1810-6cm/s，微透水，下部岩性为强-弱风化下元古界角闪片岩，岩石透 水率 4.75lu，弱透水；桩号 0+0250+060 坝段坝基岩性为下元古界强风化角 闪片岩，岩石透水率 4.08lu，弱透水；桩号 0+0250+060 段存在渗漏问题； 右坝肩坝基岩性为下元古界角闪片岩，岩石呈强风化状态，透水率 7.36lu，弱 透水；桩号 0+1100+140 段存在渗漏问题。 大坝为均质土坝，坝顶上部有 4.5m 厚的风化砂，分布在坝顶高程 227.50m 以上。粘性土最优含水量为 19.15%，最大干密度为 1.720g/cm3；风化 砂最大干密度 1.836g/cm3，最小干密度 1.428 g/cm3。 坝体压实不均匀，按照现行规范要求，坝体粘性土干密度合格率为 27.3%，风化砂压实度合格率为 28.6%。建议对坝顶风化砂及桩号 0+0250+060 段，高程 230.50m 以下坝体采取合适的防渗处理措施。 输水洞周围坝体渗透系数 k=3.6110-4cm/s，中等透水，存在接触渗漏 问题；输水洞基础座于下元古界强风化角闪片岩上，岩石弱透水，承载力特征 值 500kpa。 溢洪道左岸岩性为坝体填土，护砌高度不足，且浆砌石挡墙损坏，建议 进行加固处理；底板岩性为含砾粉质粘土建议做硬化处理；右岸岩性为下元古 界强风化角闪片岩，岩石破碎、松动，边坡不稳定，底板冲刷重，建议对右岸 边坡进行衬砌。 该区地震动峰值加速度值小于 0.05g，相当于地震基本烈度小于度， 第 7 页 共 75 页 动反应谱特征周期 0.35s，应据此设防。 受方城县水利局委托，依据水利水电工程初步设计报告编制规程 dl502193 和方城县拐河镇史家庄水库工程地质勘察报告等，我院编制了 此次方城县史家庄水库除险加固工程初步设计报告 。 本次除险加固设计主要任务是针对水库目前存在的问题，根据有关地质、 测量资料及有关规范、规程，进行除险加固工程设计。 1.2 水 文 1.2.1 流域概况 史家庄水库位于南阳市方城县拐河镇史家庄澧河支流上，属淮河流域沙颍 河水系。控制流域面积 0.4km2，主河道长 1.5km，河道平均比降 0.04。水库上 游为浅山区，植被较差，水土流失较严重。 1.2.2 气 象 史家庄水库所在区域属温带向亚热带过渡地带，四季分明，气候变化受季 风影响，其特征为：夏季多雨、冬干晴燥、春旱多风、秋风细雨，冷暖及旱涝 变化较突出。多年平均气温 14.5，极端最低气温-16（发生在 1969 年） ， 全年平均日照时间 2147.6h，四季中夏季日照时间最长,冬季最少,全年无霜期 221d，初霜日最早出现在 10 月份，终霜时最晚出现在 4 月份。该区多年平均降 水量年际变化大，多年平均降水量为 850mm，年内降水不均，69 四个月的降 水量约占全年的 60%以上，冬季雨雪稀少，约占全年降水量的 5%左右。由于降 水时空分布不均，年内年际变化大，易发生洪涝和旱灾。 1.2.3 径 流 史家庄水库无径流资料，由河南省水资源 （河南省水文水资源局，2007 年）得史家庄水库多年平均径流深为 260mm，多年平均径流量为 1.04 万 m3。 1.2.4 洪 水 区内洪水主要由夏季降雨所形成，大洪水一般发生在 7、8 月份，洪水特点 为：洪峰高、洪量大、历时短、陡涨陡落。 （ （1） ）防防洪洪标标准准 属小型（）类水库，工程等别为等，永久性主要建筑物为 5 级，水库 第 8 页 共 75 页 上游位于山丘区、坝高为 10.8m，确定设计洪水标准采用 20 年一遇，校核洪水 标准采用 200 年一遇。 （ （2） ）设设计计洪洪水水计计算算复核复核 水库无实测水文资料，流域内邻近地区没有实测的洪水流量资料，水库控 制流域小于 200km2，本次设计暴雨洪水依据河南省中小流域设计暴雨洪水图 集 （1984 年）进行计算。经与 2005 年版河南省中小流域设计暴雨洪水图集 相比较(比较成果详见表 2-1)，洪峰流量及洪量值基本一致，且“84 图集”计 算结果略大于“05 图集” ，为安全起见，本次采用“84 图集”为计算依据，20 年一遇洪水总量为 11 万 m3，洪峰流量为 13m3/s；200 年一遇洪水总量为 21 万 m3，洪峰流量为 22m3/s。 （ （3） ）施施工工期期洪洪水水 根据水利水电工程施工组织设计规范 （sl-2004） ，该工程临时性水工建 筑物洪水标准为年一遇，设计采用已经批复的温庄水库施工期洪水资料，按 照面积倍比法计算，史家庄水库非汛期 5 年一遇洪水总量为 0.87 万 m3。 1.2.5 泥沙及水库淤积 水库目前坝前淤积高程 224.88m，40 年淤积量为 0.25 万 m3，平均每年淤 积量为 0.0063 万 m3，剩余死库容能够满足水库除险加固后再使用 30 年，因此 本次除险加固保持原死水位 225.19m。 1.3 地 质 1.3.1 库区工程地质及水文地质 1、工程地、工程地质质条件条件 史家庄水库所处位置为低山区，山体总体走向 nwse，地势北西高南东 低，自然边坡多在 2040之间，植被较差。海拔多为 222232m，相对高 差约在 520m 之间。 库区河流流向自北西流向南东，河宽 2040m 不等，多呈“u”型谷，河床 两岸分布第四系堆积物。 分布于库区的地层岩性主要为下元古界角闪片岩及第四系松散堆积层。 下元古界角闪片岩(pt1-jsc)：分布于整个库区，鳞片变晶结构，片状构 第 9 页 共 75 页 造。岩层产状：倾向 230，倾角 65。 第四系堆积物：主要为第四系残坡积粉质粘土，分布于冲沟、坡脚及山 间平缓地段，可塑-硬塑状态，含少量碎石，粒径 2-3cm。 2、水文地、水文地质质条件条件 库区地下水类型为基岩裂隙水和第四系松散岩类孔隙潜水。 基岩裂隙水：主要储存于下元古界角闪片岩中，受构造及岩石裂隙发育 程度的控制，接受大气降水入渗补给，向分水岭两侧及低凹处运移排泄。该区 基岩裂隙水不甚发育，水质较好。 松散岩类孔隙潜水：主要为埋藏于残坡积含砾粉质粘土层中的潜水，水 文地质条件简单，蓄水条件较差，水量较少，与河水的水力联系密切。 3、 、库库区渗漏区渗漏 库区岩性主要为下元古界角闪片岩，库岸山体浑厚，分水岭以外无深切谷， 无较大断裂发育及通往库外的构造破碎带，故不存在库水渗漏问题。 4、 、库库岸岸稳稳定及固体径流定及固体径流 库区山体自然边坡多为 2040，未有大的滑坡、崩塌等物理地质现象， 库岸基本处于稳定状态。 库区山坡植被差，固体迳流物来源广，故水库存在淤积问题。 5、水、水库库地震地震 根据中国地震动参数区划图 ，该区地震动峰值加速度小于 0.05g，相当 于地震基本烈度小于度，动反应谱特征周期 0.35s。 1.3.2 枢纽区工程地质 坝址区地层岩性主要为下元古界角闪片岩及第四系松散堆积层。 下元古界角闪片(pt1-jsc)：分布于整个坝址区。风化面黄色、灰黄色， 新鲜面灰白、灰绿色，鳞片变晶结构，片状构造，主要矿物成份为石英、正、 斜长石、云母，其次为少量的绿泥石、角闪石及黄铁矿等，岩石节理裂隙发育。 岩层产状：倾向 230，倾角 65。 第四系残坡积粉质粘土(qel+dl)：主要分布于冲沟、坡脚及山间平缓地 段带。褐黄色，可塑硬塑状态，结构较密，含砾石、风化岩屑较多，砾石粒 第 10 页 共 75 页 径一般 210mm，坝轴线部位施工时右坝肩及河槽处已清除。 坝体土（rq） 砂性填土：该层主要分布在大坝桩号 0+0200+142 段高程 227.50228.10m 以上，填筑材料以砾砂为主，灰黄色，成分主要为含风化砂， 含少量砾石。 粘性填土：该层主要分布在高程 227.50228.10m 以下。填筑材料以粉 质粘土为主，褐黄色，可塑硬塑状态，含风化岩屑、砾石及铁锰结核。 1.3.3 坝基工程地质条件及评价 左坝肩自然坡度 40，上部岩性为第四系残破积粉质粘土，厚 5.9m，渗透 系数 k=8.1810-6cm/s，微透水，下部岩性为下元古界角闪片岩，强风化厚度 1.3m，以下为弱风化角闪片岩，岩石透水率 4.75lu，弱透水。 河槽段坝基岩性为下元古界角闪片岩，强风化厚度 2.2m，以下为弱风化岩 石，岩石透水率 4.08lu，弱透水。现场查看该段下游坝坡处有渗水明流，坝下 游形成沼泽及积水坑。通过进行野外钻孔注水试验，该段坝体土渗透系数 3.61104cm/s，属中等透水，存在渗漏问题。 右坝肩山体自然坡度 40，坝基岩性为下元古界角闪片岩，强风化厚度 1.82.7m，以下为弱风化岩石，岩石透水率 3.864.67lu，弱透水。现场查 看该段下游坝坡处有渗水明流，坝下游形成沼泽及积水坑。通过野外钻孔注水 试验，该段坝体土渗透系数为 2.79104cm/s，属中等透水，存在渗漏问题。 1.3.4 坝体质量检查及评价 该水库大坝为均质土坝，最大坝高 10.8m，坝长 142m。坝顶有 4.5m 厚的风 化砂，分布在坝顶高程 227.50m 以上。高程 227.5m 以下填筑材料为粉质粘土。 通过对坝体填筑材料取样进行击实试验和相对密度试验，粘性土最优含水量为 19.15%，最大干密度为 1.72g/cm3；风化砂最大干密度 1.836g/cm3，最小干密 度 1.428g/cm3。 根据小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范sl189-96，粘性土压实 度应为 9597%，非粘性土的相对密度不低于 0.70，因此粘性土质量评价以压 实度的 95%(1.634g/cm3)，风化砂以相对密度 0.70 进行评价。 第 11 页 共 75 页 本次大坝质量检查沿坝轴线布设钻孔 5 个，取原状土样 25 件，由室内土工 试验成果，粘性土填筑料干密度范围值 1.5591.662g/cm3，均值 1.620g/cm3，其中 d1.634g/cm3 的占 27.3%，1.634g/cm3d1.60g/cm3 的占 63.6%，d 1.60g/cm3 的占 9.1%。风化砂填筑料干密度范围值 1.6181.708g/cm3，均值 1.661g/cm3； 相对密度范围值 dr=0.5030.709，均值 0.606，dr0.7 的占总数的 28.6%。 综合评定坝体粘性土干密度合格率为 27.3%，风化砂压实度合格率为 28.6%，坝 体压实不均匀，达不到规范要求。 坝体土室内渗透试验，粘性土填筑料渗透系数 7.1010-6cm/s；钻孔注 水试验渗透系数 7.2610-5cm/s，属弱透水。桩号 0+025-0+060 段 230.50m 高 程以下坝体渗透系数为 3.6110-4cm/s，中等透水，该段坝体存在渗漏问题。 风化砂填筑料渗透系数 4.4310-4cm/s；钻孔注水试验渗透系数 3.8910- 4cm/s，中等透水。 由室内试验得出，粘性土填筑料饱和固结快剪指标算术平均值 c=32.7kpa、=17.7，小值平均值 c=31.4kpa、=17.0。风化砂填筑料 自然快剪指标算术平均值 c=0.0kpa、=30.8，小值平均值 c=0.0kpa、=29.4。 坝体土现状呈中等压缩性。 1.3.5 溢洪道及输水洞工程地质条件及评价 溢洪道右岸山体岩性为下元古界角闪片岩；左岸与坝体连接段为浆砌石挡 墙，破损严重，墙基和溢洪道底部岩性为残坡积含砾粉质粘土，未硬化，不能 安全泄洪。 输水洞顶部坝体填料含砾粉质粘土，干密度平均值 d=1.62g/cm3，压缩 系数 v1-2=0.24mpa-1，中等压缩性；洞周坝体渗透系数 k=2.7910-4cm/s， 中等透水。输水洞基础座于强风化角闪片岩上，岩石透水率 4.67lu，弱透水， 岩体稳定，岩石承载力特征值 fak=500kpa。 1.3.6 天然建筑材料 土料场位于大坝下游左岸，土层厚 3m，可采量达 2.5 万 m3。开采条件良好， 人工或机械开采均可，运距 1km。 第 12 页 共 75 页 因当地无粗砂，石料达不到使用要求，故设计砂、石料外购。砂料选自拐 河镇白湾村砂场，运距约 10km；石料选用杨集乡大河口石料场石料，运距约 15km，交通便利，储量及质量满足要求。 1.4 工程任务与规模 1.4.1 工程概况 史家庄水库位于南阳市方城县拐河镇史家庄澧河支流上，属淮河流域沙颍 水系。水库控制流域面积 0.4km2，坝址以上河道干流长度 1.5km，平均自然比 降 0.04。总库容 10.76 万 m3，是一座以防洪、灌溉为主，兼顾水产养殖等综合 开发利用的小型()类水库。 水库下游有 0.08 万人和 0.05 万亩耕地，水库地理位置重要，安全问题关 系重大。水库实际灌溉面积 200 亩，灌溉效益显著。 1.4.2 农业灌溉用水 史家庄水库设计灌溉面积 200 亩。灌区内主要农作物有小麦、玉米等，复 种指数 1.7，其中小麦 70%，玉米 75%，其它作物及蔬菜 25%。 按照灌溉与排水设计规范 （gb50288-99）规定，本次设计灌溉保证率取 75%。根据灌溉制度和灌水定额分析，75%年份灌溉需水量为 5.21 万 m3。 根据水量调节计算，除险加固后，保证率 75%时水库来水量为 5.82 万 m3， 扣除损失后尚有 5.22 万 m3，基本满足灌溉要求。 1.4.3 洪水调节计算 根据防洪标准gb50201-94 和水利水电工程等级划分及洪水标准 sl252-2000，本次加固标准为：20 年一遇设计和 200 年一遇校核。 水库溢洪道位于大坝左侧，为开敞式短明渠。现状溢洪道底高程 230.39m，底宽 13m，总长度 56m。溢洪道过流能力按宽顶堰流公式计算。 洪水调节计算根据水量平衡方程，用试算法逐时段作调洪演算，经计算， 水库 20 年一遇设计洪水位为 231.16m，最大下泄流量 7.1m3/s；200 年一遇校 核洪水位为 231.65m，最大下泄流量 14.4m3/s。 1.4.4 坝顶高程复核 史家庄水库现状坝顶高程为 232.50m，设计修建防浪墙顶高程为 233.10m。 第 13 页 共 75 页 按照小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则有关规定，坝顶高程等于水 库静水位与超高之和，经计算各工况水库静水位加坝顶超高后高程均小于防浪 墙顶高程。因此，史家庄水库坝顶高程定为 232.50m，防浪墙顶高程为 233.10m 是合理的。 1.4.5 工程规模 水库经除险加固后，校核洪水位 231.65m，水库总库容 10.76 万 m3；设计 洪水位 231.16m；兴利水位 230.39m，兴利库容 7.5 万 m3；死水位 225.19m，死 库容 0.38 万 m3。 1.5 工程布置及主要建筑物 1.5.1 工程等别及建筑物级别 史家庄水库总库容 10.76 万 m3，按照防洪标准 （gb50201-94）及水 利水电工程等级划分及洪水标准 （sl252-2000）规定，属小()型水库，工程 等别为等，其主要建筑物水库大坝、溢洪道、输水道及次要建筑物均为 5 级， 施工围堰等临时建筑物为 5 级。 根据防洪标准 （gb50201-94）的有关规定，水库大坝、溢洪道等设计洪 水标准为 20 年一遇，校核洪水标准为 200 年一遇；临时导流建筑物的防洪标准， 土石围堰按非汛期 5 年一遇洪水标准设计。 1.5.2 工程存在的主要问题 （1）大坝迎水坡干砌石护坡块石粒径小，风化、松动、脱落严重，无垫层， 坡面局部凹陷；坝顶凹凸不平，无防浪墙及路沿石；背水坡有渗水现象，坡面 排水设施不完善，坝脚排水体不能满足要求。 （2）溢洪道进口不规整，护砌不完善，地质条件差，不能安全泄洪。 （3）输水洞进口淤积，出口损毁，启闭设备损坏，闸房破坏，不能正常使 用。 （4）无大坝安全监测及管理设施。 1.5.3 除险加固工程设计 （1）大坝除险加固设计 坝顶改造 第 14 页 共 75 页 此次加固坝顶高程为 232.50m，全长 142m，坝顶宽度规整为 3m。坝顶路面 改造宽度 2.45m，采用泥结碎石路面，厚 20cm，坡向下游；上游侧修建 c20 砼 防浪墙，宽 30cm，高出坝顶 60cm，墙顶高程 233.10m；下游侧设 c20 砼路沿石， 宽 20cm，高出坝顶 20cm，埋深 40cm。 迎水坡护砌 采用 c20 现浇砼板对迎水坡死水位至坝顶间进行护砌，每块板平面尺寸 2.02.0m，厚度 12cm，板间填无沙砼，板下铺碎石垫层厚 20cm。 下游坝坡加固 对下游坡进行整平处理，并植草皮护坡。增设 c20 砼岸坡排水沟，底宽 30cm，深 30cm，边坡 1:1。坝脚设贴坡排水体，顶高程 228.07m，由外到内设 干砌石厚 40cm、卵石层 20cm、碎石层 20cm。 大坝观测设施完善 变形观测选择 2 个观测横断面，在桩号 0+050 和 0+100 断面下游坝坡高程 232.00m 处各一处，设变形观测点位 2 处。大坝右岸岸坡设 1 个工作基点和 1 个校核基点，其位置与观测点共线。 防渗处理 采用粘土斜墙防渗，回填粘土的压实度不小于 0.96，回填时严格控制含水 率。 （2）溢洪道加固设计 本次除险加固对溢洪道进行疏浚，规整进口段，对岸坡及底板进行护砌。 溢洪道加固设计分进口段、控制段、出水渠段三部分，总长 16m，设计最大泄 量 14.4m3/s。 进口段（0+0000+002）底部高程 230.09m，底宽 13m，矩形断面，底板采 用 c20 砼护砌，厚 20cm；右岸导流墙采用 c20 砼重力式挡墙，与右岸山坡间回 填至坝顶高程。对左岸现状挡墙采用 c20 砼护砌，厚 20cm，基础埋深 50cm，护 砌高度以现状挡墙高度为准。 控制段（0+0020+006）底板高程 230.39m，底宽 13m，矩形断面，底板采 用 c20 砼护砌，厚 50cm；右岸侧墙采用 c20 砼重力式挡墙，顶部高程 232.50m。左岸现状挡墙采用 c20 砼护砌，厚 20cm，基础埋深 50cm，护砌高度 第 15 页 共 75 页 以现状挡墙高度为准，但不得低于坝顶高程。控制段起端及末端设齿墙。 出水渠段（0+0060+016）纵坡 1:15，起始端底板高程 229.89m，末端底 板高程 229.22m，底宽 13m；左岸现状挡墙采用 c20 砼护砌，厚 20cm，基础埋 深 50cm，护砌高度以现状挡墙高度为准；底板和右岸不护砌，只整修疏浚。 出水渠下游为自然沟道，已远离大坝，不再进行处理。 溢洪道底板、侧墙及护坡分缝处填闭孔低发聚乙烯泡沫板。出水渠段设排 水孔，采用 50mmpvc 排水管，外包反滤布，间距 2m，呈梅花形布置。 （3）输水洞加固设计 对输水洞出口按原断面进行修复加固。更新斜拉闸门，配套启闭设施，新 建启闭机房，面积 12.44m2。 （4）管理设施完善 水库目前无管理用房和防汛仓库，不能满足运行管理要求，需新建管理用 房面积 40m2。 1.6 机电及金属结构 1.6.1 电气 为方便管理房和启闭机房用电，从史家庄村上引低压线路供电即可。 为防止直击雷侵害，在管理房屋顶明敷避雷带，利用建筑物的柱中的主钢 筋作为防雷引下线，不再专设接地线。 1.6.2 金属结构 史家庄水库输水洞进口设斜拉闸门，闸门选用 pgz0.50.5m，启闭机选用 ql 型 2t 手电两用螺杆启闭机。 1.7 消防设计 消防设计贯彻“预防为主、防消结合”和确保重点、兼顾一般的原则，分 清主次，以易引起火灾部位为重点，采取措施加以预防。 史家庄水库除险加固工程消防范围包括管理所、防汛仓库等。管理所建筑 面积 40m2，按民用建筑防火要求设置消防器材，采用承重墙隔离，并配备手提 式泡沫灭火器。防汛仓库储藏有防汛物质，火灾危险性类别按丁类，因其为重 要的防汛物资储藏场所，耐火等级应按二级设计。采用承重墙隔离，并配备手 第 16 页 共 75 页 提式干粉灭火器。 1.8 施工组织设计 1.8.1 施工条件 有乡村路通往史家庄水库坝区。工程施工所需施工设备、建筑材料均可经 此运到工地。施工用水可由水库引用，用电可就近从村上接线，用房可在水库 右岸空地修建。生活用水就近从村上引用。 史家庄水库属暖温带大陆性季风气候，四季分明，冬长春短，一年的施工 期较长，对工程施工有利。 1.8.2 施工导流 史家庄水库控制流域面积较小，除险加固工程施工尽量安排在枯水期，修 筑临时导流围堰。 1.8.3 主体工程施工 大坝加固主要内容及施工顺序为：粘土心墙防渗加固；上游坝坡砼板 护坡；下游坝坡铺设草皮护坡，增设排水沟和贴坡排水；坝顶改造，重建 防浪墙和路沿石；增设观测设施；其它工程。 溢洪道主要是土石方开挖及底板、侧墙护砌等。土石方开挖要准确放样， 确定开挖起始边线，施工中须注意边坡，严防塌滑危及安全，挖至基底要组织 验槽，做到位置正确、尺寸准确。开挖废弃料运至指定弃渣场。 重建斜拉闸门是在原建筑物的基础上进行，构拆除设备时尽可能减少对保 留部分的震动和冲击，以免造成不应有的损失。要严格按照设计要求进行施工， 确保新、老建筑物接合部的施工质量。 1.8.4 施工总体布置 施工总布置遵循“因地制宜、因时制宜，有利生产、方便生活、易于管理， 安全可靠、经济合理”的原则，妥善处理施工场地内外关系，为确保工程质量、 加快工程进度、提高经济效益创造良好条件。 本工程施工场区总体布置分散安排，统一管理，充分利用水库管理范围内 的场地，布置施工临建工程，主要分区为生活区和施工生产区。 1.8.5 施工总进度 第 17 页 共 75 页 根据本次除险加固工程规模和施工场地条件，计划总工期为 8 个月。 1.9 节能设计 在加固措施中优化设计方案，降低能源使用量。施工中根据工程量多少、 负荷大小分别使用功率不同的施工机械，避免空载、空负荷运转等情况，减少 能源浪费。运行管理期日常办公充分利用自然光，在满足照明质量的前提下， 优先选用高效发光的荧光灯，采用节能型开关或装置。 在管理房的设计中，科学确定建筑朝向、平面形状、空间布局、外观 体型、间距层高，选用节能型建筑材料和节能技术措施。 1.10 工程占地 本次工程占地主要为临时占地，包括溢洪道、坝下游、右坝头、输水洞进 口斜拉闸门施工临时挖压占地、修建临时施工道路占地以及施工生活区、生产 加工区占地等，共占地 1 亩。 1.11 环境保护设计 1.11.1 环境影响评价 史家庄水库除险加固工程对促进当地经济社会发展，改善区域生态环境并 促使其实现良性循环起着积极作用，有利影响主要表现在所获得的显著的社会 效益、经济效益和环境效益；而不利影响主要表现在施工期会造成小范围水土 流失以及工程废渣堆放、施工噪声和扬尘等。施工期的影响是时段性的，可通 过科学的管理减小施工对环境的不利影响。总体来说，该工程从环境影响角度 来看是可行的。 1.11.2 施工期环境保护设计 通过施工区生活污水、含油废水、砼拌和系统废水处理，环境空气质量保 护，噪声防护，固体废弃物处理及施工区人群健康防护等方面进行环境保护设 计，对影响区水环境、大气环境、声环境及生态环境进行保护，最大限度地降 低施工期对环境的影响。 1.12 水土保持设计 1.12.1 水土流失防止范围与分区 第 18 页 共 75 页 史家庄水库除险加固工程主要是对已建工程存在的问题进行加固处理，对 库区外部环境没有直接影响，故其水土保持防治责任范围主要在项目建设区： 包括上下坝游坡、溢洪道、输水洞斜拉闸门、场内道路、弃渣场以及施工生活 区等。 根据本次工程项目分布和水库水土保持现状，将项目区水土保持防治分为 如下几个区域：（1）主体工程建设区；（2）取土场；（3）弃渣场；（4）施 工管理生活区及水库管理区。 1.12.2 项目区水土流失预测与分析 本次加固设计预测破坏水土保持设施面积共计 4380m2，扰动地表土新增水 土流失预测量为 340m3。 1.12.3 项目区水土流失防治措施 防治措施选定的原则为:防治并重，恢复为主，生态优先，工程措施与植物 措施相结合，安全经济。 主体工程采取工程措施与植物措施相结合；防汛公路工程以植物措施为主， 做好排水、护砌；拌和系统、附属企业、施工管理生活区、水库管理区及取土 区以生态恢复为主；弃渣场以植物措施为主。 1.13 工程管理设计 1.13.1 管理机构 (1)管理机构管理机构 史家庄水库没有专门的管理机构，由拐河镇政府代管。按照水库工程管 理设计规范相关规定，拟设立“方城县史家庄水库管理所” ，由方城县政府负 责组建，隶属方城县水利局。 (2)人员编制及工程管理用房 根据水利工程管理单位定岗标准 、 水利工程维修养护定额标准有关 规定，经分析测算，共需生产和管理人员 2 人。 管理用房包括两部分，直接用于生产和办公用房及仓储用房。按照水库 工程管理设计规范有关规定，办公用房和仓库用房合计建筑面积 40m2。 1.13.2 主要管理设施 第 19 页 共 75 页 (1)工程管理范围和保护范围 为保障枢纽安全及正常运用，根据水库大坝安全管理条例和水库工 程管理设计规范相关规定，结合本工程重要性划定管理和保护范围。 工程、水库保护区范围内的土地不征用，但为保证工程安全，应参照有关 法规制定保护区的管理办法。 (2)工程管理区规划 水库管理区规划在左坝头下游侧。管理所占地 40m2，生产用水由水库引用， 生活用水和管理用电就近引自村庄。 1.14 工程投资概算 1.14.1 主要工程量及主要材料 主要工程量如下：土石方明挖 12178m3，土石方填筑 10312m3，砌体 810m3，混凝土及钢筋混凝土 759 m3。 主要材料用量：水泥 268.65t，钢筋 1.52t，汽油 0.75t，柴油 24.31t，砂 718.03 m3，碎石 1507.11m3，块石 789.27m3。总工时数量为 4.2 万个（以上工 程量、材料量、工时均不含管理房工程） 。 1.14.2 工程投资概算 史工程概算总投资 172 万元。其中：建筑工程 92.52 万元，材料价差 23.83 万元，机电设备及安装工程 0.06 万元，金属结构及设备安装工程 2.51 万元，施工临时工程 7.46 万元，独立费用 59.12 万元，水土保持及环境投资 2.24 万元，基本预备费 8.08 万元。 1.15 经济评价 依据国民经济效益分析计算，史家庄水库除险加固工程经济内部收益率 eirr=10.3%8%，经济净现值 enpv=37.84 万元0，经济效益费用比 ebcr=1.191。国民经济评价满足规范要求，切实可行，在经济上是合理的。 1.16 工程特性表 工程主要特性指标见表 1-16-1。 第 20 页 共 75 页 表 1-16-1（1） 史家庄水库工程特性表史家庄水库工程特性表 序号及名称单位数量备 注 一、水文 1.流域面积 km20.4 2.代表性流量: 设计洪水标准及洪峰流量 （p=5%) m3/s13 校核洪水标准及洪峰流量 （p=0.5%) m3/s22 除险加固工程采用 标准 3.洪量 设计洪水总量万 m3 11 校核洪水总量万 m3 21 二、水库 1.水库水位 校核洪水位 m231.65 设计洪水位 m231.16 正常蓄水位 m230.39 死水位 m225.19 2.水库库容 总库容万 m3 10.76 正常蓄水位以下库容万 m3 7.68 兴利库容万 m3 7.30 死库容万 m3 0.38 三、溢洪道下泄流量 1.设计洪水时最大泄量 m3/s7.1 2.校核洪水时最大泄量 m3/s14.4 四、工程效益指标 1.灌溉面积亩 500 2.保护人口人 800 五、主要建筑物及设备 1.挡水建筑物大坝 坝型均质土坝 第 21 页 共 75 页 坝顶高程 m232.50 表 1-16-1（2） 史家庄水库工程特性表史家庄水库工程特性表 序号及名称单位数量备 注 最大坝高 m10.8 坝顶长度 m 142 2.泄水建筑物溢洪道 底宽 m13 梯形断面，边坡 1:1.5 长度 m56 进口底高程 m230.39 溢流堰堰顶 出口底高程 m226.56 泄槽段出口 3.输水建筑物 斜拉闸门放水孔 m0.50.5 输水洞孔径 m0.50.65 （宽高） 长度 m45 进口底高程 m225.19m 第 22 页 共 75 页 2 2 水水 文文 2.1 流域概况 2.1.1 流域特征 史家庄水库位于南阳市方城县拐河镇史家庄澧河支流上，属淮河流域沙颍 河水系。水库控制流域面积 0.4km2，坝址以上河道干流长度 1.5km，平均自然 比降 0.04。澧河发源于南阳市东北部的伏牛山东南麓方城县七峰山，全长达 163km，流域面积有 2707km2，在方城县境内有 20 多条支流，这些支流大多在拐 河镇汇入澧河，流域面积 198km2。澧河流经南阳市、平顶山市、漯河市，在漯 河市内与沙河相汇称为沙澧河，后汇入淮河后进入洪泽湖。 澧河上游是河南省的暴雨多发区，来水峰高量大，河道流程短，坡陡流急， 常形成暴雨中心，是澧河洪水的主要来源。2004 年 7 月中旬，澧河流域发生特 大洪灾，使澧河沿岸的叶县和舞阳县 20 多个乡（镇） 、100 多万群众严重受灾。 史家庄水库坝址所处位置为低山区，两岸山体基本对称，山体走向近于 sn，地势北高南低，山体自然坡度约 2040，山顶高程高于 230.00m。 坝址区河流方向 146，坝轴线方向 236，河流与坝轴线正交，河床宽 40m 左右，为“u”型河谷。 2.1.2 气象特征 史家庄水库所在区域属温带向亚热带过渡地带，四季分明，气候变化受季 风影响，其特征为：夏季多雨、冬干晴燥、春旱多风、秋风细雨，冷暖及旱涝 变化较突出。多年平均气温 14.5，极端最低气温-16（发生在 1969 年） ， 全年平均日照时间 2147.6h，四季中夏季日照时间最长,冬季最少,全年无霜期 221d，初霜日最早出现在 10 月份，终霜时最晚出现在 4 月份。该区多年平均降 水量年际变化大，多年平均降水量为 850mm，年内降水不均，69 四个月的降 水量约占全年的 60%以上，冬季雨雪稀少，约占全年降水量的 5%左右。由于降 水时空分布不均，年内年际变化大，易发生洪涝和旱灾。 第 23 页 共 75 页 2.2 设计洪水复核 2.2.1 防洪标准 史家庄水库库容为 10.76 万 m3，按照水利部水利水电工程等级划分及洪 水标准 （sl252-2000）和防洪标准 （gb50201-94）的规定，属小型（） 类水库，工程等别为等，主要建筑物大坝、输水洞、溢洪道为 5 级建筑物， 防洪标准为：设计洪水 2030 年一遇，校核洪水 200300 一遇。由于史家庄 地理位置和作用重要，本次除险加固设计，史家庄水库防洪标准为：设计洪水 20 年一遇，校核洪水 200 年一遇。 2.2.2 设计洪水计算方法 水库无水文观测资料，流域内邻近地区没有实测的洪水流量资料，本次设 计暴雨洪水依据河南省中小流域设计暴雨洪水图集 （1984 年）(以下简称 图集)进行计算。经与 2005 年版河南省中小流域设计暴雨洪水图集相 比较(比较成果详见表 2-1)，两版本中变差系数 cv 基本一致，1 小时、6 小时、 24 小时点雨量均值相差在 09.5%之间，洪峰流量及洪量值基本一致，认为两 者差别不大，且利用 1984 年图集计算结果略大于利用 2005 年图集，为安全期 间，计算结果取较大值。本次采用 1984 年图集为计算依据。 2005 年版与 1984 年版暴雨参数比较表 表 2-1 量 值 图集 版次参 数 1 小时 6 小时 24 小时 洪峰 流量 (m3/s) 洪 量 (万 m3) 变差系数 cv 0 .55 0 .64 0. 65 点雨量均值 5 0 1 00 13 8.3 p=5% 1 04.7 2 28.4 31 8.7 1311 1984 年版 点 雨量 p=0.13542221 第 24 页 共 75 页 5%66.786.22.4 变差系数 cv 0 .55 0 .7 0. 7 点雨量均值 5 0 1 00 12 5 p=5% 1 04.7 2 40.7 30 0.9 1211 2005 年版 点 雨量 p=0. 5% 1 66.7 4 23.1 52 8.9 2120 p=5%0 5 .2 5. 6 7.60 两版本点雨量差 值比（%） p=0. 5% 0 9 .5 2. 5 4.54.7 2.2.3 设计暴雨计算 1、设计点雨量 设计点雨量采用下列公式计算： pttp khh 式中：t 时段设计频率为 p 的点雨量(mm)； tp h t 时段点雨量均值(mm)； t h 设计频率为 p 的模比系数。 p k 2、设计面雨量 根据图集中的水文分区，本地区为水文区。根据图集各历时暴 雨参数等值线图由流域重心查得，偏差系数 cs选用 3.5c v。因本流域面积小于 50km2，根据图集中有关规定，可以采用点雨量代替面雨量，点面折算系数 为 1。 本次计算流域内各频率短历时设计暴雨参数及设计雨量见表 2-2。 水库流域设计暴雨和设计雨量成果 第 25 页 共 75 页 表 2-2 项目10 分 钟 1 小 时 6 小 时 24 小 时 点雨量(mm) 17.550100138.3 cv0.40.550.640.65 cs/cv3.53.53.53.5 点面折减系数 1111 10%面雨量(mm) 26.986181. 9 253 5%面雨量(mm) 31.1104. 7 228. 4 318.7 0.5%面雨量(mm) 44.3166. 7 386. 2 542.4 2.2.4 产流计算 1、暴雨递减指数 根据图集中 5、6、7 公式计算： （1h 以内） p p p h h lgn 10 1 1 285 . 1 1 （16h） p p p h h lgn 1 6 2 285 . 1 1 （624h） p p p h h lgn 6 24 3 661 . 1 1 式中：为点面折算系数，、分别为 p h 10 p h1 p h6 p h24 10min、1h、6h、24h 在设计频率下的设计点雨量。计算成果见表 2-2。 2、设计雨型 24h 设计雨型采用长短历时雨量同频率相包形式。各时段雨量由下式计算： t=16h， 2 1 1 n pp thh t=624h， 33 11 24 24 nn pp thh 式中：、设计 1、24h 雨量(mm)； p h1 p h24 t设计历时(h)； 、设计面雨递减指数。 2 n 3 n 3、设计净雨 第 26 页 共 75 页 24h 净雨由次降雨径流关系曲线 p+par 求得，6h 净雨由计算。 p p h h r 24 6 24 其中 p 为 24h 设计雨量，pa 为前期影响雨量。本流域 50 年一遇以上 imax 值采 用 40mm。50 年一遇以下，各频率时段净雨量计算成果见表 2-3。 max 3 2 ipa 各设计频率下 24h 净雨深计算成果表 表 2-3 单位： mm 频 率 10%5%0.50% p255321.3546.7 pa272740 p+pa282348.3586.7 r217.7283.3521.7 2.2.5 设计洪水计算 1、设计洪峰计算 本工程流域面积小于 200km2，根据图集要求，洪峰流量采用推理公式 计算： f s 278 . 0 q n m n s 1 4 1 m 3 1 qmj l 278. 0 式中：设计洪峰流量（m3/s）; m q 洪峰径流系数； 洪峰汇流时间； 流域面积（km2） ； f 2 4 . 0 kmf 河道河道平均坡降；坡降； j04 . 0 j 设计频率 1h 雨强（mm/h） ，见表 2-2； s 平均入渗率（mm/h） ，取； 5 第 27 页 共 75 页 汇流参数； m 设计暴雨递减指数，见表 2-2； n 河道干流长度（km） ，=1.5km。 ll 各设计频率洪峰流量计算成果，见表 2-5。 2、设计洪量 24h 设计洪量计算公式： rfw1000 24 式中：24h 净雨深(mm)；r 流域面积，=0.4km2；ff 24h 设计洪量(m3)。 24 w 各设计频率洪量计算成果，见表 2-4。 史家庄水库各设计频率下洪水成果表 表 2-4 项 目 10%5%0.50% s(mm/h)86104.7166.7 n10.3510.3220.26 n20.5820.5650.531 n30.7620.760.755 m0.950.950.95 (mm/h)555 0.9490.9580.974 (h)0.70.70.6 q(m3/s)101322 w(万 m3) 91121 3、设计洪水过程线 根据图集使用说明中表（3）对设计频率 24h 净雨进行概化分配后， 采用概化过程线叠加方法，按以下步骤计算： (a)由次降雨径流关系查算出 24h 设计净雨量，计算 24h 设计洪量 24 r 。 24 w (b)以设计暴雨递减指数 n2、n3 为参数，按 24h 暴雨时程分配表，计算 第 28 页 共 75 页 逐时降雨量，以计算逐时净雨。 tht (c)将设计洪峰(主峰)的和，对应时段的最大平均净雨强度，绘