柳稍湾水库除险加固工程初步设计报告.doc

陕西省富县柳稍湾水库除险加固工程 初步设计报告 西北水利水电建筑工程勘察设计院 二一年四月咸阳 批 准：王正中 核 定：朱 林 审 查：辛全才 校 核：杨建国 杨 晓 编 写：杨 晓 康 静 马鹏峡 参加工作人员： 水 工： 王 玺 曹 卿 田 刚 张文跃 曹建清 金属结构： 慕爱军 水 文： 王双银 向友珍 电 气： 慕爱军 施工组织： 李军明 概 算：马鹏峡 经济评价：马鹏峡 目目 录录 1 综合说明 1 1.1 绪言 1 1.2 水文 5 1.3 工程地质 6 1.4 除险加固工程设计标准及规模 8 1.5 除险加固工程设计 9 1.6 金属结构及供电设计 .13 1.7 施工组织设计 .13 1.8 水库淹没及工程永久占地 .14 1.9 环境保护设计 .15 1.10 水土保持设计 15 1.11 工程管理 15 1.12 设计概算 15 1.13 工程特性表 15 2 水文 .19 2.1 流域概况 .19 2.2 基本资料 .20 2.3 降水 .22 2.4 蒸发 .22 2.5 径流 .23 2.6 洪水 .30 2.7 泥沙 .42 3 工程地质 .43 3.1 区域地质概况.43 3.2 库区工程地质条件.45 3.3 坝区工程地质条件.46 3.4 溢洪道及防汛桥工程地质条件.53 3.5 放水卧管的工程地质条件 .54 3.6 天然建筑材料 .55 3.7 结论及建议.60 4 除险加固工程任务和规模 .62 4.1 除险加固工程的任务 .62 4.2 除险加固工程设计原则 .62 4.3 除险加固工程的规模 .62 5 除险加固工程设计 .70 5.1 工程等别及标准 .70 5.3 工程布置 .71 5.4 大坝加固设计 .71 5.4.1 大坝稳定复核 .71 5.5 溢洪道加固设计 .78 5.6 跨溢洪道防汛桥设计 .81 5.7 放水设施改建设计 .82 5.8 管理设施改造 .86 5.9 大坝安全监测设计 .87 6 金属结构改造及电气改造设计 .89 6.1 金属结构 .89 6.2 供电设计 .89 7 施工组织设计 .91 7.1 施工条件 .91 7.2 施工导流 .92 7.3 主体工程施工 .93 7.4 施工交通运输 .95 7.5 施工工厂设施 .95 7.6 施工总布置 .96 7.7 施工总进度 .97 8 水库淹没及工程永久占地 101 8.1 水库淹没 101 8.2 工程永久占地 101 9 环境保护设计 102 9.1 工程环境影响评价 102 9.2 拟采取的环境保护措施 102 9.3 环境保护设计 103 9.4 环境保护投资概算 107 10 水土保持设计 .109 10.1 水土流失防治分区及总体布局 .109 10.2 水土流失防治分区措施设计 .110 10.3 水土保持工程量及实施进度安排 .112 10.4 水土保持投资概算 .113 11 工程管理 .115 11.1 管理机构 .115 11.2 管理办法 .115 11.3 管理设施更新 .116 12 设计概算 .117 12.1 工程概况 .117 12.2 编制原则及依据 .117 12.3 工程总概算表 .120 12.4 永久工程综合概算表 .120 13 国民经济评价及效益分析 .123 13.1 评价依据及参数 .123 13.2 费用估算 .124 13.3 效益计算 .125 13.4 国民经济评价 .126 附: 柳稍湾水库大坝安全鉴定报告书 1 1 综合说明 1.1 绪言 1.1.11.1.1 水库工程概况水库工程概况 柳稍湾水库位于北洛河一级支流的牛武川上游，兰宜公路、308 国道紧临水 库右岸。牛武川流域，川道广阔，森林茂密，植被良好，流域内有两大支沟，形 成扇状。坝址在柳稍湾村，距下游牛武镇 7.5km，距富县县城 18 公里处。坝址以 上河道长 35km，河道比降 9.8，控制流域面积 185km2。柳稍湾水库原设计标准 按 20 年一遇洪水标准设计，200 年一遇洪水标准校核，总库容 260 万 m3，其中 兴利库容 140 万 m3，滞洪库容 80 万 m3、死库容 40 万 m3。 该水库是一座具有防洪、灌溉，兼有养殖生产等综合利用的小型水库，承 担着下游 1500 亩农田灌溉和沿河 2 个乡镇和县城的防洪任务，一旦失事，将冲 毁 309 国道，直接危胁下游牛武镇、茶坊镇及富县县城安全，淹没耕地 1.2 万亩。 该水库工程于 1959 年 10 月动工兴建，于 1970 年 10 月竣工，枢纽由大坝、 放水工程和溢洪道三部分组成。 大坝为均质土坝，最大坝高 17m，坝顶长 388m，顶宽 5m，坝底宽 96.6m。 原设计上游坝坡为一级，坡比为 1:3；原设计下游坝坡分两级，分别为 1:2、1:2.5。根据 2010 年 3 月实测地形图，下游一级坡实际坡度为 1：3.8，二级 坡在下游土地平整局部被挖成陡坎。 开敞式溢洪道位于大坝右岸，由进口宽顶堰、明渠、陡坡段、消力池、尾水 渠五部分组成，原设计总长 288m，现只砌护 150m。溢洪道基础座落在砂岩上， 两侧墙为浆砌石砼结构，设计最大泄流量 123 m3/s。 输水洞位于大坝左岸，由卧管、涵洞、明渠和消力池四部分组成，放水洞最 2 大泄流量 0.6 m3/s，卧管为矩形盖板式浆砌石结构,为双排孔,孔径 0.3m，共 11 台， 每台高 0.35m，内坡比为 1:2。消力池长 4m，宽 1m，高 2.2m。浆砌石涵洞长 60m，断面呈城门洞型，宽 0.8m，高 1.2m。 水库蓄水运行至今已 38 年，由于坝体质量原因渗漏严重，一直处于低水位 运行。最高蓄水高程 1083.0m。水库蓄水得不到有效的利用，造成水资源严重浪 费。水库安全监测工作从未开展，大坝建成至今未安装入库、出库流量观测设施。 1.1.21.1.2 存在的主要问题存在的主要问题 柳稍湾水库工程于 1959 年 10 月动工兴建，于 1970 年 10 月竣工。由于原设 计标准低，施工质量差，运行 38 年后整个工程的病险状况严重。2008 年 12 月， 西安理工大完成了柳稍湾水库大坝安全论证报告。2009 年 2 月 23 日，延安市水 利水保局组织有关专家对柳稍湾水库大坝进行安全鉴定，鉴定结论为三类坝，并 建议“尽快完成除险加固，使大坝能够安全、正常运行” 。受富县水利局委托， 我院于 2010 年 4 月完成了初步设计任务。 依据安全论证报告，目前水库大坝主要存在以下问题： 1上游坝坡无砌石护坡，风浪淘刷严重，多处悬坎。下游坝坡坡面不够平 整。 2背水坡无排水渠道，坝后反滤排水体工作不正常，坝体渗漏严重，根据 长期观察，在上游水位 1083.2m 时，在下游距溢洪道 30.2m，高程 1078.00m 处有 渗漏，其渗漏量约为 50m3/d； 3溢洪道原设计 288m，现只砌护 150m，浆砌石侧墙局部出现裂缝、剥落 现象，溢洪道位于大坝右岸，紧靠 309 国道，上部无交通桥，泄洪时交通中断， 无法到达大坝； 3 4卧管和输水涵洞有渗漏水严重，部分段砌石移位； 5无安全监测观测设施。 6管理设施破旧，防汛、通讯设备配置不全，坝区道路不能满足抢险要求。 以上问题，若不及时采取措施解决，一旦溃坝，将冲毁 309 国道，直接危胁 下游牛武镇、茶坊镇及富县县城安全，淹没耕地 1.2 万亩。损失巨大。 1.1.31.1.3 除险加固的必要性除险加固的必要性 必要性主要表现在以下四个方面： （1）防洪减灾的需要 柳稍湾水库位于北洛河一级支流的牛武川上游，靠兰宜公路，坝址在柳稍湾 村，距下游牛武镇 7.5km，距富县县城 18 公里处。一旦水库溃坝，将冲毁 309 国 道，直接危胁下游牛武镇、茶坊镇及富县县城安全，淹没耕地 1.2 万亩。经济损 失巨大，因此水库在防洪减灾方面有积极作用。 （2）水库正常运行的需要 柳稍湾水库原设计总库容总库容 260 万 m3，其中兴利库容 140 万 m3，滞洪 库容 80 万 m3、死库容 40 万 m3。工程于 1959 年 10 月动工兴建，于 1970 年 10 月竣工。因工程设计标准低，施工质量差，且多年来工程管理和维护不到位，枢 纽建筑物多处存在安全隐患，使水库一直带病低水位运行，没有发挥应有的工程 效益。根据安全鉴定结论和本次复核结果：大坝填筑土压实度不满足规范要求。 渗透系数总体上小于 1.010-4cm/s，但由于填筑不均，分层现象明显，局部地段 渗透系数偏大。坝体填筑质量不符合碾压式土石坝设计规范 （SL274-2001） 要求。背水坡无排水渠道，坝后反滤排水体工作不正常；溢洪道原设计 288m， 4 现只砌护 150m，溢洪道浆砌石侧墙局部出现裂缝、剥落现象，进口段坍塌、崩 岸、淤堵现象，直接制约洪水排泄，严重威胁大坝安全运行；卧管和输水涵洞有 渗漏水严重，部分段砌石移位；大坝监测、运行管理等软硬设施不健全。 由于这些问题的存在，水库多年来一直低水位运行，工程效益受到制约。 （3）满足工程安全运行的需要 柳稍湾水库属等小型水库，主要建筑物 4 级，地震基本裂度为 VI 度。 因水库属“三边”工程，工程建设标准低，质量差。水库原按 20 年一遇洪水设 计，50 年一遇洪水校核，按国家防洪标准(GB50201-94)，其相应防洪标准应 为 30 年一遇洪水设计，300 年一遇洪水校核。现有坝坡背水坡二级坡在下游土地 平整局部被挖成陡坎，坝坡稳定性不满足规范要求，给下游人口、耕地及公路交 通带来潜在的威胁，严重影响当地农业、工业及交通运输业的发展。 （4）水资源充分利用的需要 柳稍湾水库灌溉面积 0.15 万亩，主要农作物为粮食和苹果及其他经济作物， 农业是当地农民生活的主要收入来源。当灌区旱情严重时，下游灌区基本无水可 用。为充分利用有限的水资源，提高灌区供水保证率，有效促进灌区经济发展和 社会稳定，尽快实施柳稍湾水库除险加固是十分必要和紧迫的。 1.1.41.1.4 设计依据和任务设计依据和任务 1.1.4.1 设计依据 （1）主要规范及规程 水利水电工程初步设计报告编制规程 （DL5021-93） ； 防洪标准(GB50201-94)； 水利水电工程等级划分及洪水标准(SL252-2000)； 水利水电工程水文计算规范(SL278-2002)； 5 水利水电工程设计洪水计算规范(SL44-2006)； 水利工程水利计算规范(SL104-95)； 水利水电工程地质勘察规范 （GB50287-1999） ； 中小型水利水电工程地质勘察规范 （SL55-2005） 碾压式土石坝设计规范(SL274-2001)； 溢洪道设计规范(SL253-2000) ； 土石坝安全监测技术规范(SL60-94) ； 水利水电工程施工组织设计规范(SL303-2004)； 开发建设项目水土保持方案技术规范 （SL204-98） 水利水电工程环境影响评价规范 （试行） （SD302-88） 。 （2）主要设计文件及手册 柳稍湾水库大坝安全论证报告 （2008 年 12 月，西安理工大） ； 大坝安全鉴定报告书 （2009 年 2 月，陕西省延安市水利水保局） ； 陕西省富县柳稍湾水库除险加固工程地质勘察报告 （2010 年 2 月，陕西 交通公路设计有限公司） ； 延安市实用水文手册 。 1.1.4.2 设计任务 本次设计的主要任务是根据大坝安全鉴定报告书中提出的问题，按照水 利水电工程设计的相关规范、标准进行除险加固工程设计。 (1) 加固坝体，对上游坝坡进行整修砌护，整理加固下游坝坡，增建下游坝 坡排水系统，改建坝后反滤排水体。 (2) 整修溢洪道，增建 309 国道至大坝的防汛道路交通桥。 (3) 改建放水建筑物。 6 (4) 增设大坝安全监测、通讯设施。 (5) 增设管理机构，新建管理设施，美化管理环境 1.2 水文 1.2.11.2.1 流域概况流域概况 柳稍湾水库位于北洛河一级支流的牛武川上游，兰宜公路、308 国道紧临水 库右岸。牛武川流域，川道广阔，森林茂密，植被良好，流域内有两大支沟，形 成扇状。坝址在柳稍湾村，距下游牛武镇 7.5km，距富县县城 18 公里处。坝址以 上河道 35km，河道比降 9.8，控制流域面积 185km2。 水库所在地属大陆性暖温带半干旱气候，光照充足、四季分明，库区上游及 区间植被优良，森林覆盖率高。年平均气温 8.1，极端最高气温 35.7，极端 最低气温-20.8，平均日照时数 2159 小时，相对湿度 66%，平均风速 1.7 m/s， 多年平均降雨量 580mm，其中最大降雨量 613mm，最小降雨量 347mm，年降雨 多集中在 7、8、9 三个月，占年降水量的 70以上。 1.2.21.2.2 设计洪水复核设计洪水复核 柳稍湾水库属等小（1）型水库，防洪标准按 30 年一遇洪水设计，300 年 一遇洪水校核。流域洪水采用洪峰面积相关法、综合参数法及推理公式法分别进 行了计算。采用的设计洪水成果为：P=3.3%洪峰流量 137.1m3/s，洪水总量 93.2 万 m3；P=0.33%洪水流量 273.3m3/s，洪水总量 224 万 m3。 1.3 工程地质 1.3.11.3.1 区域地质概况区域地质概况 工程区位于鄂尔多斯台向斜南部子午岭次级向斜以东，区内地质构造简单， 岩层产状平缓，为向北西缓倾的单斜构造，仅南部有一些规模不大的褶皱和断层。 工程区周围 40km 范围内历史上曾发生过 2 级以下地震 2 次，2 级以上地震 2 次， 7 最大地震为 1633 年洛川 5.5 级地震，无 6 级以上地震记录。根据地质调查资料分 析，历史地震对工程区影响不超过度。 工程区构造活动性微弱，属构造相对稳定地区。据中国地震动参数区划图 （GB18306-2001） ，本区地震动峰值加速度为 0.05g，相应的地震基本烈度为度。 1.3.21.3.2 工程区地质条件工程区地质条件 库区河谷呈“U”型，宽 60320m，左岸坡面较陡，右岸为黄土台地，上部 较为平缓。左岸山顶高程大于 1092m，右岸山顶高程大于 1099m。库区地形封闭， 两岸河间地块宽厚，库盆由 Q2eol+pl 黄土状土组成，渗透系数 K110- 4cm/s，属弱透水地层。按照吕荣值防渗标准，水库相对不渗漏。库岸自然坡角 3070，整体基本稳定。库水位升降范围内，地质测绘未见大的滑坡与崩塌现象。 死库容 40 万 m3，截止 2009 年水库总淤积量 17 万 m3，占总库容 6.5%。库水位 以上两岸坡高大于 20m，且地下水位埋深较大，故不存在浸没问题。 1.3.31.3.3 坝址工程地质条件坝址工程地质条件 （1）坝体质量评价 坝体土渗透系数 Kv=0.6310-4cm/s，KH=0.5010-4cm/s，弱透水，但由于坝 体填土不均匀，分层现象明显，局部地段渗透系数可能偏大 坝体填筑土料质量符合碾压式土石坝设计规范 （SL274-2001）对均质土 坝上坝土料的质量要求，但大坝填筑土压实度没有达到碾压式土石坝设计规范 (SL274-2001)（SL274-2001）规范要求的填筑标准，质量差。 （2）坝基、坝肩工程地质条件 坝基地层由 Q4al 砂砾石层（强透水）及 T3h 灰灰绿色长石砂岩、泥岩、 砂质泥岩互层构成（中厚层厚层状，强弱风化） 。由钻孔压水试验可知：弱风 8 化 T3h 地层透水率 q=2.25.6Lu，为弱透水（强风化基岩，强弱透水） 。该水库 经过尽管经过近四十年的淤积，形成一定的水平铺盖，但由于水库建设初期，坝 基清基不彻底，基底局部存在砂砾石层及强风化岩体（属强弱透水） ，导致库 区水位达到一定高程后，出现渗漏，并随着水位的抬高，渗漏量不断加大，对大 坝的安全运行构成了威胁，因此建议对坝基采用高压喷射灌浆进行防渗处理（在 施工前，应进行灌浆试验，以确定合理灌浆参数） ，防渗帷幕应深入弱风化基岩 510m 为宜。 左坝肩斜坡由 Q2eol+pl 黄土状土夹有数层古土壤组成，灰黄、浅棕黄色，坡 高大于 20m，坡面倾角 4045左右，含有零星钙质结核。中密密实，含水 量低，硬塑。土质较为均匀，弱透水。坝肩山体浑厚、较完整，未发现不良地质 现象，稳定性好，坝肩以上坡面植被良好。 右坝肩斜坡由 Q2eol+pl 黄土状土夹有数层古土壤组成，灰黄、浅棕黄色，坡 高大于 30m，坡面倾角 45左右，含有零星钙质结核。黄土状土为弱透水。坝肩 山体浑厚、较完整，未发现不良地质现象，稳定性好，溢洪道由右坝肩平台通过， 坝肩以上坡面植被良好。 （3）放水建筑物的工程地质条件 放水洞位于左坝肩，放水卧管基础地层由 Q2eol+pl 黄土状土组成，卧管下部 高程 1076.50m 以下为 T3h 砂岩夹泥岩组成。卧管与涵洞砌石老化，灰缝大部分 脱落，石块移位漏水比较严重；放水卧管进口密封不严，若遇较大洪水，库内水 位升高，放水洞流量将超过设计流量，直接威胁大坝安全。所以必须进行加固改 建。 （4）溢洪道及防汛工程地质条件 溢洪道及防汛桥桥基地层由 T3h 砂岩夹泥岩组成，强弱风化。 9 溢洪道原设计 288m，现只砌护 150m，自建成至今未曾泄洪，浆砌石侧墙局 部出现裂缝、剥落现象，进口段无坍塌、崩岸、淤堵现象，直接制约洪水排泄， 严重威胁大坝安全运行，建议对溢洪道进行整修改造。 防汛桥桥基可直接建在 T3h 基岩上，基底应深入弱风化 35m。基岩承载力 基本容许值 fa01000kPa，可满足要求。 1.4 除险加固工程设计标准及规模 1.4.11.4.1 设计标准设计标准 根据水利水电工程等级划分及洪水标准(SL252-2000)，柳稍湾水库属 等小（1）型工程，主要建筑物 4 级，次要建筑物 5 级。防洪标准为 30 年一遇洪 水设计，300 年一遇洪水校核。 1.4.21.4.2 工程规模工程规模 经水利调节计算，水库除险加固后，维持原正常蓄水位为 1087.7m，放水洞 进口高程维持 1082.00m 不变。30 年一遇设计洪水位为 1088.60m，300 年一遇校 核洪水位为 1089.82。根据调洪计算成果，设计洪水(P=3.3%)情况下溢洪道最大下 泄流量为 18m3/s，校核洪水(P=0.33%)情况下溢洪道最大下泄流量为 62m3/s。 1.5 除险加固工程设计 1.5.11.5.1 大坝加固工程大坝加固工程 大坝加固工程主要包括大坝背水坡加固、坝体排水改建，坝顶加固、大坝上、 下游护坡加固、坝面排水改建等工程。 （1）培厚加固下游坝坡，在高程 1054.15m 处设有 2.0m 宽戗台，本次设计 下游坝坡从上向下坡比依次为 1：3.5、1：3.0。 （2）原排水体已掩埋失效，改建坝体排水设施。新设排水体为贴坡式排水， 顶高程 1079.15 m，顶宽 1.9m，坡比为 1：3.0，底高程 1077.15，底宽 2m。反滤 10 层由里向外依次为 200g/m2无纺土工织物一层及 30cm 厚砂砾层，外面为 30cm 厚 干砌块石保护层。排水体下游设 M7.5 浆砌石导渗排水沟，渠底高程 1076.55m， 底宽 1.0m，并通过 120m 长排渗渠将水排到下游河道，其中前 40m 为 M7.5 浆砌 石渠道，排渗渠底宽 1.0m，深 1.0m，坡比 1：1。 （3）本次设计维持原坝顶顶高程 1091.15m，宽 5.0m 不变，局部高程不足回 填土方至设计坝顶高程。防汛道路坝顶段铺设 3.5m 宽 C20 砼路面，路基为 10cm 厚砂砾石垫层。坝顶路为了坝顶排水和交通安全，路面向下游设 1%坡度，两侧 埋设 20cm60cm 路缘石各一排。 （4）清理上游坝坡浮土和杂草，回填压实局部塌坑，按设计断面回填压实 土方，整理边坡。为保护上游土质坝坡，采用干砌石护坡，下设 15cm 厚砂砾石 保护垫层，后设 200g/m2无纺土工织物一层作为反滤，防止土体颗粒被冲淘。干 砌石护坡从死水位高程开始砌至坝顶，护坡底部为宽 1.0m、深 1.2m 干砌石齿墙。 干砌石层厚度为 30cm，石块的平均粒径宜在 20cm 左右。大坝下游坡清除表层浮 土和杂草树丛等，按设计断面回填压实土方，整理下游坡面，种植草皮护坡。 （5）拆除破损坡面排水渠，在两坝肩及坝中新建三道横向排水渠，沿戗台 内侧新建两道纵向排水渠，排水渠为 C15 砼预制板砌筑，底宽 0.3m，深 0.3m， 上口宽 0.83m，预制板厚 60mm，采用 M10 水泥砂浆安砌。 1.5.21.5.2 溢洪道加固设计溢洪道加固设计 本次对溢洪道进口段、控制段、泄槽陡、陡坡段、消能段及尾水渠六部分进 行如下加固处理。 1）进口段 进口段为明渠（桩号 0+000.00m0+053.80m） ，为平流段，渠底宽 2412m，渠底高程 1087.70m。本次加固，拆除原底板，采用 30cm 厚砼现浇，经 11 水利计算，边墙高程为 1090.42m，原边墙高度不够，需加高至 1090.42m。并对 内墙损坏部位进行修补。 2）控制段 控制段为宽顶堰（桩号 0+053.80m0+068.00m） ，堰顶高程为 1087.70m，堰 长 14.2m，堰宽 12.0m，拆除原浆砌石底板，高程不足处，采用砂砾料回填，底 板采用 C25 钢筋砼衬砌 30cm，底板与浆砌石边墙间夹沥青刨花板，同时对边墙 根据水利计算结果进行加高，并维修破损部位。 3）泄槽段及陡坡段 泄槽段（桩号 0+068.00m0+200.00m） ，纵坡 1/75，底宽 1214m，陡坡段 （桩号 0+200.000m0+246.00m） ，纵坡 1/4，底宽 14m,。经过水力复核计算，泄 槽段原边墙高程满足要求，拆除原浆砌石底板，新浇 C25 钢筋砼底板，新修溢洪 道边墙，断面采用顶宽 0.6m，背坡 1:0.2，并对原边墙损坏部位进行修补。新建 底板，采用 C25 钢筋混凝土衬砌，泄槽段底板厚 0.30m，陡坡段底板厚 0.5m， 每 15.0m 设一道伸缩缝，砼与砼之间采用 651 型橡胶止水带，砼与浆砌石、浆砌 石与浆砌石之间夹沥青刨花板，底板下设两道纵向排水沟，横向排水沟与底板横 缝隙相应，于桩号 0+246.00 处排至河道。 4）消力池 消力池（桩号 0+246.000+255.00） ，池长 8.5m，池深 0.8m，底板厚 0.5m， 边墙采用 M7.5 浆砌石砌筑，断面形式同陡坡段。 5）尾水渠 尾水渠（桩号 0+255.00m0+265.0m） ，纵坡为 1/500，矩形断面 141.22m，底板为 M7.5 浆砌石，厚 50cm，边墙断面形式同泄槽段。 1.5.31.5.3 跨溢洪道防汛桥设计跨溢洪道防汛桥设计 12 跨溢洪道防汛桥位于溢洪道桩号 0+154.08 处，桥长 20m,桥面宽度 4.5+2*0.5m，设计荷载：公路二级，桥面中心线与溢洪道中线呈 60斜交，防汛 桥铺装层采用 C40 砼，厚度 130mm；桥面板采用 C40 预应力砼空心板；板高 0.95m，基础采用直径 1.0m 的 C25 砼灌注桩；桩长为 11.0m 和 8.0m， 1.5.41.5.4 放水设施改建设计放水设施改建设计 1.5.4.1 放水塔设计 放水塔采用圆形断面，塔底部设置孔口尺寸均为 0.8m0.8m 的事故检修闸 门和工作闸门，两门井距为 1.5m。在塔内设置检修平台和工作平台，高程分别为 1088.00m 和 1091.20m。在工作平台上安装两台 30kN 螺杆启闭机，行程为 0.8m。放水塔筒在检修平台以上内径 2.5m，塔壁厚 25cm，塔筒高 2.3m，在检修 平台以下内径 2.4m，塔壁厚 30cm，塔筒高 4.4m，放水塔筒外径 3.0m，塔筒采用 C20 钢筋砼。放水塔闸室为方形结构，断面尺寸为 3.0m3.0m，闸室顶高程 1083.60m，底高程 1082.00m，闸室下设 4.04.01.5m 的承台，材料均为 C20 钢筋砼。承台以下设有 4 根直径为 0.8m、长为 6m 的 C20 砼灌注桩，桩顶高程 1080.50m，桩底高程 1074.50m。放水塔采用竖向喇叭形进口，曲线半径为 0.5m 的半圆形。工作闸门前为矩形断面，闸门后为矩形到马蹄形的渐变段，渐变段长 3.0m。根据金属结构闸门要留置一定门槽高度的要求，在放水塔闸门以上设置一 厚度同闸门高度相当的 C20 钢筋砼顶板，板顶高程为 1083.60m。为方便检修， 工作平台至塔底部设有爬梯。 1.5.4.2 输水洞加固设计 本次设计只对输水洞进行局部加固维修，对裂缝、石块移位、漏水严重洞段 进行全断面拆除重筑，对裂缝、石块移位、不严重洞段只进行局部填缝或拆除修 补，然后整个输水洞进行 M10 水泥砂浆抹面处理。 13 1.5.4.3 放水塔工作桥设计 本次放水设施改造设计，拆除卧管新建放水塔，放水塔中线距大坝 29.0m， 需新建工作桥。新建工作桥中线与大坝轴线垂直，共 2 跨，工作桥全长 24.0m， 桥面宽 2.45m，跨度均为 12.0m，采用 C25 砼双“T”型简支梁方案，梁高 0.7m，桥面高程 1091.20m。桥中间设 C25 砼排架一个，排架高度为 5.0m，顶高 程 1090.42m，排架基础采用现浇 C25 砼放大基础，基础底高程 1084.42m，下设 10cm 厚 C15 砼垫层。 1.5.51.5.5 管理设施改造管理设施改造 本次计划改建管理和仓库用房 104.46m2，管理和仓库用房共计 5 间，采用砖 砼平房结构，同时建设围墙、大门等附属设施。 1.5.61.5.6 大坝安全监测工程大坝安全监测工程 本次除险加固设计根据大坝实际地形增设 4 排变形观测桩，设置三角量水堰 观测渗流，同时在塔壁增设水尺。 1.6 金属结构及供电设计 1.6.11.6.1 金属结构金属结构 柳稍湾水库除险加固工程金属结构部分主要项目:放水塔工作闸门、检修闸门 及其相应启闭设备。 闸门均选用整体式平面铸铁钢闸门，型号为 PGZ0.80.8-15，配套启闭机为 QL-30-SD 型螺杆启闭机。 1.6.21.6.2 供电设计供电设计 电气设计包括：稍湾水库放水塔启闭设备采用手电两用螺杆启闭机，手动作 为启动备用，不需设柴油发电机组备用电源。电源由附近村庄引接输电线路 800m，电压等级为 380v，不设专用变压器。配套动力配电箱（型号 XL-21）1 台， 14 照明配电箱（型号 PxT-3-34）1 面。 1.7 施工组织设计 1.7.11.7.1 施工条件施工条件 柳稍湾水库位于富县北洛河一级支流的牛武川，距下游牛武镇 7.5km，距富 县城 18km，水库右岸为 309 国道，对外交通方便，能满足本工程所需材料及大 量货物运输的要求。 工程所需水泥、钢筋、木材等物资材料拟从富县城购进；所需石料须从距坝 址 7.5km 的牛武镇碾沟石料厂外运；混凝土粗骨料采用铜川市石料场的灰岩经人 工粉碎后使用，质量指标均满足要求，运距较大；细骨料采用西安灞桥砂料，质 量指标均满足要求，运距较大 坝体填筑可就近左坝肩斜坡土料。 该工程砼量不大，用水量相对较小，施工用水可从水库取水，生活用水可从 附近村通过水管接引至工地。 施工用电接入当地电力线路即可满足施工需要。 通讯线路在施工期间可向当地邮电部门申请接入工地。 1.7.21.7.2 施工导流施工导流 上游护坡和放水塔施工时可在枯水期修筑挡水围堰，其余工程项目不存在施 工导流问题。 1.7.31.7.3 主体工程施工主体工程施工 此项工程包括坝上游干砌石护坡、改建下游排水棱体、改建排水沟、下游坝 坡平整并种植草皮、坝下游排水沟维修理。工程施工以机械为主，人工为辅。 1.7.41.7.4 施工总布置及总进度施工总布置及总进度 本工程项目可多处同时施工，施工辅助企业、仓库及生活区可分散布置在大 15 坝左坝肩和坝后管理站内。施工临时建筑总面积 980m2，施工总占地面积 3940m2。 施工进度计划拟定总施工期 12 个月，其中施工准备期 3 个月，主体工程施 工期 8 个月，竣工验收 1 个月。 1.8 水库淹没及工程永久占地 本次除险加固设计，维持原正常蓄水位 1087.7m。淹没范围均在原征地范围 内，故本次除险加固设计不再考虑水库的淹没问题。 水库除险加固都在原有工程占地范围内进行，没有新的永久占地。 1.9 环境保护设计 环境保护设计重点突出施工期的污染防治，针对本工程对环境可能产生的不 利影响，采取防治措施主要有：（1）工程建设期生态保护措施；（2）施工废水、 大气、噪声污染等防治措施；（3）施工期固体废弃物处理措施；（4）施工期人 群健康保护措施；（5）水库库岸保护措施等。 1.10 水土保持设计 工程水土流失防治责任范围总面积为 2.76hm2，划分为“枢纽防治区、弃渣 场区、取土场区、临时生产生活区、道路防治区”共 5 个区。根据各分区特点， 按照工程措施和植物措施相结合的原则进行综合治理，有效防治水土流失。 1.11 工程管理 根据水利部 1981 年颁布的水库工程管理单位编制定员试行标准(SLJ705- 81)中的有关规定,结合目前柳稍湾水库的实际情况，水库除险加固后必须建立管 理站、配备通讯设备、健全管理机制，遵循现行的规范、规程，补充完善水库管 理制度，使水库的管理工作走向科学化、规范化和制度化，以确保水库长期、安 全运行。但为了提高水库管理工作的效率，减少水库的管理成本，水库运行设管 16 理人员 4 人，其中站长 1 人，工程管理 3 人。 1.12 设计概算 工程静态总投资 682.66 万元，总投资 682.66 万元。 工程主要工程量：土方开挖 17601m3，土方回填 23790m3，砌筑干砌石 3307m3，砌筑浆砌石 964m3，浇筑砼 1294m3。 。 主要材料用量：水泥 671t，木材 17m3，钢材 74t，砂子 1340m3，碎石 1964m3，块石 5964m3，柴油 42t，共需工日 2.37 万个。 1.13 工程特性表 17 柳稍湾水库除险加固工程特性表柳稍湾水库除险加固工程特性表 序号及名称序号及名称单位单位数量数量备注备注 一、洪水 1、控制流域面积km2185 2、设计洪水流量(P=3.3%)m3/s137 3、校核洪水流量(P=0.33%)m3/s273 二、水库 1、设计洪水位m1088.6 2、校核洪水位m1089.82 3、正常蓄水位m1087.7 4、死水位m1082.0 5、总库容万 m3255 6、滞洪库容万 m375 7、兴利库容万 m3140 8、死库容万 m340 三、大坝 1、坝型均质土坝 2、坝高m17 3、坝顶长度m352 4、坝顶高程m1091.15 四、溢洪道 1、型式开敞式宽顶堰 2、堰长m14.2 3、堰宽m12.0 4、堰顶高程m1087.7 5、溢洪道长度m265 18 柳稍湾水库除险加固工程特性表柳稍湾水库除险加固工程特性表 序号及名称序号及名称单位单位数量数量备注备注 6、最大下泄流量m3/s62 五、跨溢洪道防汛桥 1、长度m20 2、宽度m5.5 3、型式预应力空心板 六、放水塔 1、型式圆形 2、尺寸m3.0外径 3、闸门尺寸0.8m0.8m 4、闸底高程m1082.0 七、放水塔工作桥 1、型式 双“T”梁简支 梁 2、梁高m0.7 3、桥长m24.0 4、桥宽m2.45 5、桥面高程m1091.2 八、放水洞 1、长度m60 2、型式m0.81.2 城门洞型 3、最大泄流量m3/s0.6 19 柳稍湾水库除险加固工程特性表柳稍湾水库除险加固工程特性表 序号及名称序号及名称单位单位数量数量备注备注 九、主要工程量 1、土方开挖m317601 2、土方回填m323790 3、砌筑干砌石m33307 4、砌筑浆砌石m3964 5、浇注砼m31294 6、金属结构安装t1.32 十、主要材料量 1、水泥t671 2、钢材t74 3、木材m317 4、砂子m31340 5、碎石m31964 6、块石m35964 7、柴油t42 十一、劳动工日万工日2.37 十二、施工期限月12 十三、总投资万元682.66 20 2 水文 2.1 流域概况 柳稍湾水库位于北洛河一级支流的牛武川上游，兰宜公路、308 国道紧临水 库右岸。牛武川流域，川道广阔，森林茂密，植被良好，流域内有两大支沟，形 成扇状。坝址在柳稍湾村，距下游牛武镇 7.5km，距富县县城 18 公里处。坝址以 上河道 35km，河道比降 9.8，控制流域面积 185km2。 水库所在地属大陆性暖温带半干旱气候，光照充足、四季分明，库区上游及 区间植被优良，森林覆盖率高。年平均气温 8.1，极端最高气温 35.7，极端 最低气温-20.8，平均日照时数 2159 小时，相对湿度 66%，平均风速 1.7 m/s， 多年平均降雨量 580mm，其中最大降雨量 613mm，最小降雨量 347mm，年降雨 多集中在 7、8、9 三个月，占年降水量的 70以上。 水库控制流域地貌为黄土高塬丘陵沟壑区，梁峁相间、地形破碎，区内以次 生林为主，森林覆盖面积占 65%以上，水土流失轻微。多年径流总量 444 万 m3，径流深 24mm，年侵蚀模数约为 500T/km2。 该水库工程于 1959 年 10 月动工兴建，于 1970 年 10 月竣工，总库容 260 万 m3，其中兴利库容 140 万 m3，滞洪库容 80 万 m3、死库容 40 万 m3。水库现淤积 量约为 17 万 m3。是一座具有供水、防洪、灌溉，兼有养殖生产等综合利用的小 型。水库原设计标准按 20 年一遇洪水标准设计，200 年一遇洪水标准校核，总 库容 260 万 m3，其中兴利库容 140 万 m3，滞洪库容 80 万 m3、死库容 40 万 m3。枢纽工程属等工程，主要建筑物为 4 级。 水库蓄水运行至今已 38 年，由于坝体质量原因渗漏严重，一直处于低水位 运行。最高蓄水高程 1083.0m。水库蓄水得不到有效的利用，造成水资源严重浪 费。水库安全监测工作从未开展，大坝建成至今未安装入库、出库流量观测设施。 21 该水库承担着下游 1500 亩农田灌溉和沿河 2 个乡镇和县城的防洪任务，一 旦失事，将冲毁 309 国道，直接危胁下游牛武镇、茶坊镇及富县县城安全，淹没 耕地 1.2 万亩。 2.2 基本资料 柳稍湾水库控制流域内无气象站、雨量站和水文站。根据“延安地区实用水 文手册” （以下简称“手册” ） ， 柳稍湾水库控制流域位于黄土林区（水文分区） ， 与该水库处于同一水文分区的水文站有葫芦河的张村驿、沮河黄陵和云岩河临镇 水文站，三个水文站的位置见图 1，基本情况见表 1。 水文站基本情况 表 1 站名河名 控制面积 （km2） 地理位置经度纬度设站年月 张村驿葫芦河4715富县张村驿镇旗杆沟1090835541952.7 临镇云岩河1121延安市临镇乡临镇1095736211958.10 黄陵沮河2266黄陵县城关镇1091635351966.6 22 图 1 牛武川流域水文站与雨量站分布图 柳稍湾水柳稍湾水库库 23 2.3 降水 由“延安地区实用水文手册”提供的多年平均降雨量等值线图和年降水量变 差系数 Cv 等值线图，查得柳稍湾水库控制流域多年平均降雨量 580mm，Cv0.25，以 Cs=2Cv 计算的频率为 20、50、75、95的年 P 降水量分别为 697.2mm、568.0mm、464.5mm、363.8mm。以张村驿站作为代表 站，计算的各频率降水量的年内分配如表 2。 柳稍湾水库控制流域不同频率年降水量年内分配表 表 2 频率项目1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月合计 月分配（） 00.7 3.75.1 3.27.1 41.8 11.2 19.6 5.71.90100 20% 降水量（mm） 0.0 4.9 25.8 35.6 22.3 49.5 291.4 78.1 136.7 39.7 13.2 0.0 697.2 月分配（） 1.1 1.0 3.9 8.3 4.9 10.6 15.9 22.5 14.8 16.8 0.2 0.0 100 50% 降水量（mm） 6.2 5.7 22.2 47.1 27.8 60.2 90.3 127.8 84.1 95.4 1.1 0.0 568 月分配（） 0.1 2.6 2.6 8.4 16.3 8.5 18.1 19.4 18.0 5.4 0.1 0.5 100 75% 降水量（mm） 0.5 12.1 12.1 39.0 75.7 39.5 84.1 90.1 83.6 25.1 0.5 2.3 464.5 月分配（） 5.0 2.6 1.2 19.8 10.5 11.2 33.0 3.6 3.8 2.3 7.0 0.0 100 95% 降水量（mm）18.2 9.5 4.4 72.0 38.2 40.7 120.1 13.1 13.8 8.4 25.5 0.0 363.8 2.4 蒸发 由“延安地区实用水文手册”提供的多年平均陆面蒸发量等值线图，查得柳 稍湾水库控制流域多年平均陆面蒸发量550mm。该流域的水面蒸发量采用 陆 E 张村驿站的观测值，根据“延安地区实用水文手册” ，其多年平均水面蒸发量 978.3mm（E601 型） ，其年内分配如表 4。蒸发器折算系数采用黄委会巴彦 水 E 高勒蒸发实验站的值（表 3） 。 柳稍湾水库控制流域多年平均情况下水面蒸发量与陆面蒸发量的差值（蒸发 增量）194.1mm，其年内分配采用张村驿站多年平均水面蒸发 E 水 E 陆 E 量年内分配，结果如表 3。 24 柳稍湾水库控制流域多年平均水面蒸发量及年内分配表 表 3 项目1 月 2 月 3 月 4 月 5 月6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 合计 月分配（） 33.8 7.21214.5 15.4 13.3 11.4 6.963.82.7100 E601蒸发量（mm） 29.3 37.2 70.4 117.4 141.9 150.7 130.1 111.5 67.5 58.7 37.2 26.4 978.3 折算系数 0.73 0.73 0.74 0.80.76 0.77 0.81 0.86 0.91 0.92 0.8 0.73 水面蒸发量（mm）21.4 27.1 52.1 93.9 107.8 116.0 105.4 95.9 61.4 54.0 29.7 19.3 784.2 蒸发增量（mm） 5.8 7.4 14.0 23.3 28.1 29.9 25.8 22.1 13.4 11.6 7.4 5.2 194.1 2.5 径流 由于柳稍湾水库所在流域内无水文测站，本次采用以下几种方法对径流进行 分析。 2.5.12.5.1 径流深等值线图法径流深等值线图法 由“延安地区实用水文手册”提供的多年平均径流深等值线图（清水）和年 径流深变差系数 Cv 等值线图，查得柳稍湾水库控制流域多年平均径流深 24mm，Cv0.45，以 Cs=3Cv 计算不同频率的径流深及径流量见表 4。 R 柳稍湾水库不同频率入库径流量计算表 表 4 不同频率年径流量 项目均值 20%50%75%95% 径流深（mm） 2431.7 21.6 16.1 11.2 径流量(104m3) 444 586 400 297 207 2.5.22.5.2 水文比拟法水文比拟法 （1）以张村驿站为参证站 张村驿水文站在葫芦河流域，该站有 19572008 年实测的径流资料。以 P型曲线作为理论频率曲线，对张村驿站水文站 19572008 共 52 年实测径 流资料按照水利年（9 月至次年 8 月）进行适线（图 2） ，得张村驿站水文站多年 25 平均流量为1.05108m3，CV0.43，CS2CV=0.86，不同频率年径流量如 W 表 6。 由于张村驿水文站的控制流域面积是柳稍湾水库控制流域面积的 25.5 倍，根 据水利水电工程水文计算规范 （SL278-2002 ） ，当工程地址与设计依据站的集 水面积相差超过 15%，应考虑区间与设计依据站以上流域降水、下垫面条件的差 异，推算工程地址的径流量。从延安地区实用水文手册提供的多年平均降水 量等值线图上发现水文站和水库控制流域的降水量基本相同，故采用水文比拟法 将参证站成果折算至柳稍湾水库时，可只考虑流域面积修正，但本次同时考虑了 面积和降水修正，如下式： （1） 参 参参 柳 柳 柳 W P P W F F 式中：、柳稍湾水库和参证站的径流量； 柳 W 参 W 、柳稍湾水库和参证站控流域面积； 柳 F 参 F 、柳稍湾水库和参证站控流域的多年平均降水量，查水文手册得 柳 P 参 P 580mm， 570mm。 柳 P 张村驿 P 以张村驿站为参证站计算的柳稍湾水库不同频率的入库径流量如表 5。 参证站和柳稍湾水库径流量表 表 5 单位：104m3 站名均值CvCs/Cv20%50%75%95% 张村驿站10500 0.432 140009860 7210 4330 柳稍湾水库419 559394288173 （2）以临镇站为参证站 云岩河上临镇水文站有 19592007 年实测的径流资料。以 P型曲线作为 理论频率曲线，对临镇水文站 19592007 共 49 年实测径流资料按照水利年（9 月至次年 8 月）进行适线（图 3） ，得临镇水文站多年平均流量为 26 2000104m3，CV0.40，CS2.5CV=1.0，不同频率年径流量如表 6。 W 由于临镇水文站的控制流域面积是柳稍湾水库控制流域面积的 6 倍，根据 水利水电工程水文计算规范 （SL278-2002 ） ，当工程地址与设计依据站的集水 面积相差超过 15%，应考虑区间与设计依据站以上流域降水、下垫面条件的差异， 推算工程地址的径流量。故采用水文比拟法要同时考虑面积和降水修正，如 （1）式。以临镇站为参证站计算的柳稍湾水库不同频率的入库径流量如表 6（ 565mm） 。 临镇 P 参证站和柳稍湾水库径流量表 表 6 单位：104m3 站名均值CvCs/Cv20%50%75%95% 临镇站20200.42.52630 1890 1430 956 柳稍湾水库34