xx水库除险加固工程初步设计.doc

*水库除险加固工程初步设计二OO*年*月目 录1 综合说明1.1绪言1.2水文、气象1.3地质1.4工程任务与规模1.5建筑物除险加固设计1.6电工及金属结构1.7施工组织设计1.8工程占地1.9工程管理设计1.10工程设计概算1.11工程效益1.12工程特征表2 水文、气象 2.1 流域概况2.2 历次设计洪水计算方法与成果2.3 本次设计洪水复核计算2.4成果合理性分析2.5施工期洪水3 工程地质3.1 概述3.2 水库区工程地质条件3.3 大坝工程地质条件3.3.1坝身工程地质条件3.3.2坝基工程地质条件3.4 泄水建筑物工程地质条件3.5天然建筑材料4 工程任务与规模4.1 工程概况4.2水库加固洪水标准4.3 水库洪水调节计算4.4 水库除险加固工程措施与建设内容5 建筑物除险加固设计5.1 设计依据5.2 挡水建筑物除险加固设计5.3 泄水建筑物除险加固设计5.4 灌溉输水建筑物除险加固设计5.5 白蚁防治5.6 防汛公路5.7工程观测5.8建筑物项目及工程量6 机电与金属结构6.1 工程现状6.1.1机电设备6.1.2金属结构6.2机电工程设计6.3 金属结构工程设计7 施工组织设计7.1施工条件7.2施工导流7.3料场的选择与开采7.4主体工程施工7.5 施工总布置7.5.1施工交通运输7.5.2施工布置7.6施工总进度8工程占地与移民9工程管理9.1 管理机构9.2 工程管理范围与保护范围9.3主要管理设施9.3.1 现状管理设施9.3.2配备管理设施9.4工程管理运行10 设计概算10.1编制说明10.1.1工程概况10.1.2主要经济指标10.2编制依据及基础资料10.2.1编制依据10.2.2基础资料(1)人工预算价格(2)材料预算价格(3)设备价格10.3费用构成及计算标准10.4概算编制10.4.1建筑工程10.4.2机电设备及安装工程10.4.3金属结构设备及安装工程10.5.4临时工程10.5.5独立费用10.6设计概算表11工程效益附件：1、大坝安全评估综合报告2、初步设计图册1 综合说明1.1 绪言*水库座落在趾凤乡*村，位于长江中下游华阳河流域*中上游，属于江淮浅山区，坝址以上控制来水面积为0.78km2。大坝系均质坝，坝轴线长49m。原设计标准为20年一遇洪水设计，可能最大洪水校核，相应设计洪水位102.03m（吴淞零点，下同），校核洪水位103.9m，兴利水位100.93m，总库容22万m3，其中兴利库容15万m3。本次除险加固洪水标准按20年一遇设计，300年一遇洪水校核。兴利水位为现状溢洪道进口底高程100.15m，较历史资料数据低0.78m。以此推求出设计洪水位101.46m，相应库容为16.23万m3；校核洪水位102.11m，总库容17.61万m3。依据防洪标准（GB5020194）及水利水电工程等级划分及洪水标准（SL2522000）的规定，本水库为小（2）型水库，枢纽工程等别为V等，相应枢纽主要建筑物级别为5级，次要建筑物为5级，临时性建筑物为5级。水库枢纽工程由大坝、溢洪道和放水涵组成。该工程于1964年动工建设，1965年初步发挥效益。该工程建设期处在特定的历史前景下，属典型的“三边”工程，存在较多的工程安全隐患。运用期间，虽对局部病害进行了应急处理，但没有根治。2008年3月，*小型水库安全评估专家组对*水库大坝进行了安全评估，评估结论为三类坝。因此，编制本*水库除险加固初步设计书。1.2 水文、气象本流域属于亚热带湿润季风气候区，气候温和，雨量充沛，无霜期长，日照充足，四季分明。多年平均气温15.8，极端最高气温40.4，极端最低气温12.5，年水面蒸发量为700800mm，多年平均无霜期为252天。多年平均降雨量1382.9mm，为降雨的年际变化为2.4倍，年内分配主要集中在汛期59月份，约占全年的6080%。施工期为本年10月次年3月，这期间降雨量为405.2mm，其中12月份和1月份最小，分别为38.7mm和44.3mm。由于施工期间降雨量不大，洪水对工程施工影响较小。1.3 地质因工程投资所限，本次小（2）型水库除险加固工程设计没有安排地质勘探工作，其地质资料只能根据地质出露、调查情况，参照其它水库地质资料判断。坝肩和坝基均分布有较厚的全风化基岩层，该层岩体为强透水岩体。大坝以砂壤土为主，局部坝壳呈松散态。溢洪道位于水库大坝东端，左岸为弱风化岩石。1.4 工程任务与规模*水库是一座具有防洪、灌溉、养殖等综合效益的小（2）型水库，原设计总库容22万m3。依据防洪标准（GB5020194）及水利水电工程等级划分及洪水标准（SL2522000）的规定，确定本水库为小（2）型水库。该水库的防洪标准取设计洪水20年一遇，校核洪水300年一遇。相应计算成果：设计洪峰流量为15.621m3/s，坝前最高水位101.46m，最大泄量9.754m3/s；300年一遇洪峰流量为30.022 m3/s，坝前最高水位102.11m，最大泄量20.92m3/s。本次除险加固工程任务为：1 大坝：内坡铺塑防渗；拆除外坡脚挡土墙建棱体排水。溢洪道：拆建进口人行桥及跨消力池机耕桥，右岸侧墙加高并建浆砌石消力池。放水涵：封堵原涵，在距离溢洪道左岸6m山体内新开隧洞。1.5建筑物除险加固设计1.5.1设计依据及建筑物级别设计采用防洪标准（GB5020194）、小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则（SL18996）、溢洪道设计规范（SL2532000）、水闸设计规范等相关规程规范。本次除险加固初步设计防洪标准为：挡、泄水建筑物采用20年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核；消能防冲建筑物按20年一遇洪水设计。1.5.2拦水建筑物加固设计 (1) 大坝断面整修结合铺塑防渗，大坝整修标准断面：坝顶设计高程104.2m，顶宽6m，内坡1:2.5，外坡1:3。大坝外坡加固设计拆除原坝脚干砌石挡土墙，沿坝脚全长建棱体排水，棱体顶高程90.15m，顶面宽1m，高2m，内坡1:1，外坡1:1.5。导渗体内坡及底面设置两层分级砂、砾石料反滤，反滤层由里至外分别铺设一层150mm厚的粗砂和150mm砂砾石垫层。大坝防渗加固设计拆除大坝内坡干砌石并清除内坡表层砾土，再将内坡表面开挖成台阶，每级高差为0.3m，水平宽根据现状坡比而定。开挖成形后，表面平整夯实，填土干容重不小于1.65t/m3。坡面铺塑在坡面验收合格后，从坝顶向坝脚沿垂直于坝轴线方向缓慢展铺到坡脚齿槽外顶处与库底土工膜丁字形相接，土工膜铺好验收后再铺800mm厚砂壤土保护层。坝基采用水平铺膜防渗，即在坝前库内15m范围内铺设规格为350g/0.5mm/350g的复合土工膜(PE膜)铺盖。在距坝脚15m的库底，开挖一防渗齿槽，槽深2m，开挖边坡1:1，口宽4m，库底铺塑在库底开挖验收合格后，从齿槽外顶向库内沿垂直于坝脚轴线方向缓慢展铺到库内15m处，再将复合土工膜嵌入齿槽内，并用粘土夯填。库内15m范围土工膜铺好验收后上铺800mm厚砂壤土保护层。1.5.3泄水建筑物除险加固设计溢洪道进口底高程100.15m，控制段长37m，纵坡0.017，矩形断面，底宽5.5m。泄槽段为15m，纵坡0.622，矩形断面，底宽5.5m。新建浆砌石消力池，长10m，池深0.5m。1.5.4 灌溉输水建筑物除险加固设计封堵原放水涵。拆除放水涵进口浆砌石结构，对坝下涵进出口两端凿毛后采用C20微膨胀砼予以封堵,并埋设回填注浆管，实施回填灌注水泥砂浆，考虑回填灌浆输送距离较远，灌浆压力选取0.4MPa。在距离溢洪道左岸6m山体内新开隧洞，隧洞主体部分开挖断面高2.1m、宽2.1m，其中顶拱开挖半径为1.05m，竖墙开挖高度为1.05m。顶拱、竖墙和底板各衬砌300mm砼，洞身每隔8m分一缝，缝内填沥青麻丝。进口建2.5m长涵箱，涵箱顶为斜面板，在斜面板上预留400mm400mm进水孔。选用400mm400mm铸铁闸门，3T启闭机控制放水。1.5.5 白蚁防治在大坝下游坡及周边50m范围区域布置诱杀坑，坑内放置带药的诱饵条消灭白蚁。诱杀坑尺寸为0.30.30.25m间距10m，梅花形布置。1.5.6 防汛道路村级道路已通达坝顶，但不能满足防汛要求。因投资有限，本次不考虑防汛道路建设。1.5.7工程观测大坝没有观测设施，本次安装库水位观测尺1道。1.6机电与金属结构本次加固设计无机电工程；金属结构工程主要是放水涵进口控制，放水涵选用0.4m0.4m铸铁闸门， 3t手动螺杆启闭机。1.7 施工组织设计1.7.1施工导流导流建筑物级别为5级，施工导流标准采用5年一遇，施工期选择在10月至次年的3月。施工前在放水涵前填筑高1m的围堰，采用袋装土填筑,堰顶宽2.0m，底宽5m，迎水面边坡1:1、背水面边坡1:0.5。围堰长30m,填筑袋装土100m3。1.7.2主体工程施工主要工程项目有：1 大坝：内坡铺塑防渗；外坡面建排水沟，拆除坝脚挡土墙建棱体排水。溢洪道：拆建进口人桥及跨消力池机耕桥，建浆砌石消力池。放水涵：封堵原涵，在距离溢洪道左岸6m山体内新开隧洞。1.7.3施工总进度本次加固工程施工分期主要为：筹建期、准备期、主体工程施工期。筹建期为第一年78月份，主要完成工程的招投标、征地赔偿工作，确定施工单位；准备期为第一年9月月份，主要完成施工机械设备的进场和施工临时设施的布置以及施工前的材料准备工作。主体工程施工计划10月份开工，次年的3月底完工，工期为6个月。具体安排如下： 10月次年1月，施工围堰填筑、完成放水涵拆建；次年的12月，完成大坝内坡铺塑防渗；次年3月完成溢洪道人行桥和机耕桥拆建及工程扫尾工作。1.8工程占地与移民*水库除险加固不新增永久占地，无居民拆迁安置。工程施工需临时用地8亩，赔偿标准按国家及*现行有关标准执行。1.9工程管理设计在保持水库所有权、管理单位隶属关系不变的情况下，对管理机构重新设置，管理人员增至3人。管理设施仅安装库水位观测尺1道。1.10工程概算工程总投资144.4万元。其中：建筑工程106.8万元, 金属结构设备及安装工程3.54万元，临时建筑工程11.63万元, 独立费用15.5万元，基本预备费6.87元。1.11工程效益通过对本水库的除险加固，防洪能力得到进一步的增强，蓄水保水能力得到提高，水库可以正常、安全运行。确保了水库下游520人生命及财产安全，保护耕地800亩；可为*村500亩耕地提供有效灌溉，确保农业增产丰收；可确保水库在干旱年份不干库，水产养殖不减产；生态环境比以前更优美。综上所述，水库除险加固后，下游群众得以安居乐业，有利于促进当地经济的发展，其社会效益和经济效益十分明显。1.12工程特性表表1.1 *水库除险加固工程特性表序号名 称单 位数 量备 注一水文1流域面积Km20.782水文资料系列年限年3多年平均降雨量mm1382.94多年平均径流量万m35洪水设计标准洪峰m3/s15.621校核标准洪峰m3/s30.0226实测最高库水位m101.95发生在1998年。吴淞零点(下同)。二水库1洪水标准设计标准P(%)5校核标准P(%)0.332特征水位m校核洪水位m102.11设计洪水位m101.46正常蓄水位m100.15汛期限制水位m100.15死水位m92.533库容总库容万m317.61正常蓄水位以下库容万m313.68死库容万m33.2三大坝1坝型均质坝2地基特性风化岩3最大坝高m15.84坝顶长度m495坝顶宽度m6续表1.1 *水库除险加固工程特性表序 号名 称单 位数 量备 注6坝顶高程m101.47防浪墙顶高程m四溢洪道（正常、非常）1型式开敞明渠2地基特性风化岩3堰顶高程m100.154溢流段长度m525设计流量m3/s9.7546校核流量m3/s20.92五放水涵1结构型式城门型隧洞2进口高程m3断面尺寸M22.1m2.1m4洞身长度m5设计流量m3/s0.1六加固处理措施1大坝内坡铺塑防渗；拆除外坡脚挡土墙建棱体排水；2溢洪道拆建进口人行桥和跨消力池机耕桥；建浆砌石消力池。3放水涵洞封堵原涵，在距离溢洪道左岸6m山体内新开隧洞。七工程占地与拆迁1临时占地亩202拆迁房屋亩3其它八经济指标1工程总投资万元144.42工程效益保护耕地面积亩800保护人口人520灌溉面积亩500发电装机容量kw年供水量万m32水文、气象2.1 流域概况2.1.1流域基本情况*水库位于*上游，属于江淮浅山区，坝址以上控制流域面积 0.78km2，流域呈扇形，平均长1.0km、宽0.6km，流域形状系数为0.5,主河道长0.58km，平均坡度76.7，坝址处河床面高程80m左右。库区上游无其它水利工程，植被覆盖率较高，水土流失较小。2.1.2水文、气象本流域属于亚热带湿润季风气候区，气候温和，雨量充沛，无霜期长，日照充足，四季分明。多年平均气温15.8，极端最高气温40.4，极端最低气温12.5，年水面蒸发量为700800mm，多年平均无霜期为252天。流域年降雨量1382.9mm，为降雨的年际变化为2.4倍，年内分配主要集中在汛期59月份，约占全年的6080%。2.2历次设计洪水计算方法与成果2.2.1暴雨洪水特征本区暴雨多由梅雨峰、台风以及冷峰低槽、低涡切变等天气系统形成。梅雨发生在每年的5月早旬7月中旬，个别年份也有由台风暴雨形成的洪水，多出现在9、10月份。此类雨型降雨集中，笼罩面广，降水量大。流域内洪水主要由暴雨形成，洪水发生时间与降水基本一致，集中发生在59月份，流域洪水年际变化大，也与降雨情况相似，属降水高值区。2.2.2基本资料坝址以上流域没有雨量站，缺少建库以来入库水量的记录资料，也无出库水量记录。水库年径流的分布和年际变化，也与降雨情况相似，径流的年内分配依赖于气候变化过程，因流域内无水文站，水库没有径流测量成果。2.2.3 设计洪水流域内无实测洪水资料，邻近地区也无较长系列的实测洪资料可以参照，据其它水库洪水计算资料记载，历次洪水计算都是通过查算暴雨参数，用经验公式三点法推算洪峰流量，再根据同频率放大法来推求入库洪水过程线。2.2.4 历次设计洪水计算成果 在*水利局资料室现存*水库资料中，没有水库洪水及调洪演算记录。 “75.8”特大暴雨后，1976年水库规模按设计标准20年一遇，可能最大洪水校核，溢洪道底高程为100.93m，底宽5.5m，泄流能力按堰流计算。溢洪道拓宽后设计洪水计算成果见表2.1。表2.1 1980年历史资料调洪演算成果表(起调水位:100.93m) 重现期（1/年）最 大24小时暴雨(mm)最大入库流量(m3/s)最大出库流量(m3/s)最高库水位(m)1/20（设计）可能最大洪水100062.847103.92.3本次设计洪水复核计算2.3.1 计算方法本次设计洪水复核采用*、水利部淮委水利科学研究院编制的*小型水库设计洪水计算软件程序计算。2.3.2 流域特征参数复核利用1:1万地形图对水库集雨面积、流域河道长度、平均宽度及河道平均坡度进行了复核，流域特征参数复核结果见表2.2。表2.2 流域特征参数表 参数原成果本次复核成果采用成果流域面积F(km2)0.780.780.78流域平均宽度B(km)0.60.6河道长道L(km)0.580.58河道平均坡度J()76.776.72.3.3 暴雨参数因流域内没有实测洪水资料，附近也没有可用的水文实测洪水资料系列，无法由实测流量计算设计洪水。因此，本次设计洪水仍按暴雨来推求，暴雨参数根据*暴雨参数等值线图、山丘区产汇流分析成果和山丘区中、小面积设计洪水计算办法中编制的暴雨等值线图查算。如表2.3。表2.3 设计暴雨参数表序号参数名称参数符号参数值备注1年最大24h点暴雨量均值H24115mm由计算办法中等值线图查算。2年最大1h点暴雨量均值H145mm3年最大24h点暴雨量的变差系数Cv240.554年最大1h点暴雨量的变差系数Cv10.455偏差系数Cs3.5Cv65%频率下24h、1h面暴雨量模比系数Kp24、Kp12.1、1.8870.33%频率下24h、1h面暴雨量模比系数Kp24、Kp13.55、2.9485%、0.33%频率下24h、1h点面暴雨量折扣系数A24、a11、1流域面积小，不考虑点面折扣系数。95%频率下24h、1h面暴雨量P24 、P1241.5mm、84.6mm面雨量扣除损失量及地下水量算得。100.33%频率下24h、1h面暴雨量P24 、P1408.3mm、132.3mm115%频率下24h、1h面净雨量R24、R1161.5mm、4.6mm120.33%频率下24h、1h面净雨量R24、R1348.3mm、72.3mm2.3.4设计洪水流域特征参数和暴雨参数确定后，输入*小型水库设计洪水计算软件程序，并输入设计洪水频率及地区类型， 得出5%、0.33%频率下设计洪水过程如表2.4。 *水库20年一遇和300年一遇设计洪水过程线表 表2.4 时段t=1h ；流量单位：m3/s频率时段5%0.33%10.6021.35220.6681.4730.6681.96740.8892.02350.9162.02360.9163.38171.5243.49881.5983.5291.5987.826103.77830.0221115.6214.812122.3142.241131.0022.414141.0962.414151.0961.665160.7621.609170.7281.246180.5611.196190.5481.196200.5481.196210.5481.1962.3.5水位泄量关系根据本次实测的溢洪道纵横断面图成果：进口控制段为轴长37m明渠，纵坡0.017，底宽5.5m，矩形断面，进口底高程100.15m。控制段后接纵坡为0.62泄槽，泄槽下接2m长消力池。 溢洪道为明渠流，计算通过不同流量下的hk、ik和正常水深ho因iik，hohk，判断该溢洪道渠内水面曲线为b2型落水曲线。因此以变坡衔接处（溢洪道进口处）断面为控制断面，特征断面参数b=5.5m，矩形断面。控制断面水深为临界水深hk。采用分段求和法推求水面曲线，进口水深加相应流量时的流速水头得库水位。hk根据公式计算。ik根据公式计算。分段求和法采用计算公式：s=J平= 式中：s流段长度（m）Es流段两端断面上断面比能差值（m）Esd流段下游断面的断面比能（m）Esu流段上游断面的断面比能（m）i流段坡降J平流段的平均水力坡度V平断面平均流速（m/s）进水明渠渠首水深加上渠首底板高程，流速水头及进口水头损失值即为库水位。即H= 式中局部阻力系数取0.1本次计算*水库水位泄量关系见表2.5。表2.5 *水库水位泄量关系表序号水位(m)泄量q(m3/s)序号水位(m)泄量q(m3/s)1100.1508101.753152100.0912.59101.922183100.074410102.023204101.165511102.272255101.3127.512102.503306101.5091013102.734357101.5951214102.943402.3.6调洪演算成果复核水库调洪演算复核起调水位100.15m，洪水调节演算成果复核见表2.6。表2.6 洪水演算复核成果表(起调水位:100.15m) 重现期（1/年）最 大24小时暴雨(mm)最大入库流量(m3/s)最大出库流量(m3/s)最高库水位(m)1/20（设计）241.515.6219.754101.461/300(校核)408.330.02220.92102.112.4 成果合理性分析*水库自运用40多年来，期间进行几次除险加固，防洪标准也有所变化，每次采用的水文资料系列和计算方法不尽相同，但洪水计算成果相差不大。本次洪水计算，采用最新的地形图,对流域参数进行了详细的复核，暴雨参数根据*暴雨参数等值线图、山丘区产汇流分析成果和山丘区中、小面积设计洪水计算办法查算。洪水调节计算采用经*水利厅认可的*小型水库设计洪水计算软件程序(*、水利部淮委水利科学研究院)计算。经综合分析，本次洪水复核成果是合理的。2.5 施工期洪水根据施工组织设计，其施工期安排在10月至次年3月，这期间降雨量为405.2mm，其中12月份和1月份最小，分别为38.7mm和44.3mm。水库除险加固前，将水库水位放至死水位92.53m，并在坝前建施工围堰，即可满足大坝加固工程施工导流要求。3 工程地质3.1 概述因工程投资所限，本次小（2）型水库除险加固工程没有安排地质勘探工作，其地质资料只能根据出露、调查情况并参照其它水库地质资料判断。3.2 水库区工程地质条件工程区岩层为前震旦纪变质岩系，其中片岩类分布最广泛，属结晶岩类的有黑云母石英片岩，白云母石英片岩，二云母石英片岩，属粒岩类的有细粒长石和石英等。岩浆岩在库区分布，以粗面岩为主。工程区第四纪地质成因类型有残积层、坡积层、坡积、残积层、冲积层和崩积层。根据中国地震动参数规划图（GB18306-2001），工程区地震动峰值加速度为0.05g，地震基本烈度值为6度。工程区雨量充沛，水资源丰富，多年平均降雨量1382.9mm。地下水主要为基岩裂隙水和第四系松散覆盖层的孔隙潜水。3.3大坝工程地质条件3.3.1坝身工程地质条件大坝以粉质砂壤土为主，具有中等透水性，但整体填筑质量有所欠缺，局部坝壳呈松散态，易发生渗透变形，发生塌陷等险情。3.3.2坝基工程地质条件坝肩和坝基均分布有较厚的全风化基岩层，该层岩体为强透水岩体，这是造成大坝渗漏的主要原因。3.4 溢洪道工程地质条件溢洪道位于大坝东端山体，为风化岩石，接近于土，力学强度较低。3.5 放水涵工程地质条件放水涵基础为自然土，力学性能一般。3.6 天然建筑材料 砂料选在太湖县花凉亭水库滚石坝。碎石料场选在*凿山采石场，块石在当地开采，所选块石料石质坚硬，岩石成型性较好，且料区内块石储量丰富。4工程任务与规模4.1工程概况4.1.1地区社会经济情况*水库座落在*乡*村，该地以传统农业生产为主，农业生产以种植水稻为主，并有少量的油菜、小麦等作物。受益区社会总产值230万元，农民人均年收入为1190元，其中农业生产收入占七成以上，家庭养殖及其他途径也有一定经济收入。4.1.2工程现状及任务*水库位于*华阳河流域*水系，坝址以上控制流域面积0.78km2。该水库大坝工程于1964年10月开工，年底完成了清基和放水涵的安装， 1965年3月大坝加高到102.88m高程，同期完成了溢洪道配套工程。1976年，按河南型暴雨标准将溢洪道拓宽至5.5m，并建右侧干砌石导水墙和浆砌石泄槽。1978年大坝加高至104.15m高程。1987年新建跨溢洪道泄槽段交通石拱桥，在坝外坡填筑了通往库后的公路。1993年将放水涵进口斜卧管控制改为高低控制,低处用块石封堵,高处建铸铁闸门启闭机台控制。水库枢纽工程由大坝、溢洪道和放水涵组成。是一座以防洪为主，兼有灌溉、养殖等综合效益的小（2）型水库，原设计标准为20年一遇洪水设计、可能最大洪水校核。设计总库容22万m3，其中兴利库容15.1万m3，调洪库容6.9万m3，死库容0.1万m3。设计洪水位102.03m，校核洪水位103.9m，正常蓄水位100.93m