北洛河城区段橡胶坝初步设计.doc

北洛河城区段橡胶坝初步设计 1 北洛河城区段橡胶坝初步设计 北洛河城区段橡胶坝初步设计 2 目录 某县北洛河城区段橡胶坝初步设计 1 1 设计资料 7 2 水 文 7 2 1 流域概况 7 2 2 气象 8 2 3 年径流 8 2 4 暴雨洪水特性 8 2 5 泥沙 9 2 6 水面蒸发 9 3 工程地质 9 3 1 概述 9 3 1 1 地形地貌概况 9 3 1 2 地质构造 10 3 1 3 地层岩性 10 3 1 4 水文地质条件 11 3 1 5 地震设防烈度 11 北洛河城区段橡胶坝初步设计 3 3 2 工程地质条件 12 3 2 1 坝趾及库区工程地质条件 12 3 2 2 护堤工程地质条件 12 3 2 3 4 橡胶坝护堤工程地质条件 13 3 3 天然建筑材料 13 3 3 1 细骨料场 13 3 3 2 粗骨料场 13 4 工程任务和规模 14 4 1 社会经济发展状况及工程现状 14 4 1 1 社会经济发展状况和近期发展规划 14 4 1 2 库区段现状及存在的问题 14 4 1 3 排污设施 14 4 2 工程建设任务 14 5 工程选址 工程布置及主要建筑物 15 5 1 工程等别及主要建筑物等级 15 5 1 1 工程等别及主要建筑物级别 洪水标准 15 5 1 2 工程地震设防烈度 15 5 2 工程位置 15 5 3 工程布置和主要建筑物型式 15 5 3 1 布置原则 15 北洛河城区段橡胶坝初步设计 4 5 3 2 主要建筑物型式 16 5 4 橡胶坝袋及锚固设计 21 5 4 1 计算条件 21 5 4 2 坝袋计算 22 5 4 3 坝袋锚固设计 23 5 5 控制室工程 25 5 5 1 排水控制室结构设计 25 5 5 2 排水控制室结构计算 25 5 6 橡胶坝充排系统及水源 25 5 6 1 充排水方式选择 25 5 6 2 管路计算 26 5 6 3 橡胶坝的操作运用 26 6 电气设计 26 6 1 供电线路 26 6 2 电气照明 26 7 工程管理 27 7 1 管理机构定员 27 7 2 管理方法 27 7 2 1 工程调度管理 27 7 2 2 工程观测管理 27 北洛河城区段橡胶坝初步设计 5 7 2 3 管理范围 27 7 3 运行管理 28 7 3 1 泥沙 28 7 3 2 橡胶坝前清淤周期计算及其运行 28 7 3 3 水情监测 28 7 3 4 冬季运行 29 8 施工组织设计 29 8 1 工程任务 29 8 2 施工条件 29 8 2 1 自然条件 29 8 2 2 建设条件 30 8 3 施工导流 30 8 3 1 施工导流及施工围堰 30 8 3 2 基坑排水 30 8 3 3 施工方法 30 8 4 施工进度及技术供应 31 8 4 1 施工进度 31 8 4 2 技术供应 31 8 5 施工组织 32 9 环境影响评价 32 北洛河城区段橡胶坝初步设计 6 9 1 有利影响 32 9 2 不利影响 33 10 工业卫生与劳动安全评价 33 10 1 劳动安全 33 10 1 1 防火设计 33 10 1 2 防洪 防淹 33 10 2 采光与照明 33 10 3 防尘 防腐蚀 34 10 4 安全卫生管理机构及配置 34 11 节能节水评价 34 11 1 节水 34 11 2 节电分析 34 11 3 节燃料分析 35 12 工程安全评价 35 12 1 防洪安全评价 35 12 1 1 修建橡胶坝工程对县城安全评价 35 12 1 2 塌坝运行时河道安全评价 35 12 2 地下水位抬高对现状建筑物的影响及安全评价 35 12 3 现状河堤安全评价 36 12 4 库区内建筑物的影响及安全评价 36 北洛河城区段橡胶坝初步设计 7 12 5 控制电源安全评价 37 12 6 防洪预案 37 12 7 结论 37 1 设计资料 水洛河属渭河二级支流 上游分为南洛河和北洛河两条支流 两支 流于某县城处汇合 汇合后称下洛河 北洛河河长 31km 流域面积 278 2 km 年均径流量 2974 万 3 m 年均流量 0 943sm 3 南洛河河长 30 5km 流域面积 325 7 2 km 年均径流量 0 38 亿 3 m 年均流量 1 2 sm 3 水洛河总河长 99 5km 某县境内 89 5km 总流域面积 905 7 2 km 某县境内 836 7 2 km 年均径流量 0 84 亿 3 m 年均输沙量 395 万 t 4 橡胶坝坝址处无实测泥沙资料 故泥沙根据 甘肃省水文图集 法进行计算 查得橡胶坝坝址所处流域年土壤侵蚀模数为 0 5 万 2 kmt 则年悬移质输沙量 139 万t 推移质输沙量按悬移质输沙量的 20 计 则推移质输沙量 27 8 万t 故得坝址处年平均输沙量为 166 8 万t 折 合 128 3 万 3 m 现代河床漫滩经河堤治理后稳定河宽 100 108m 平 均高程 1616 5 1639m 左岸 级阶地宽 300 350m 平均高程 1619 6 1642m 级阶地缺失 右岸 级阶地宽 500 550m 平均高 程 1619 8 1642m 级阶地宽 50 100m 平均高程 1638 1650m 北洛河城区段橡胶坝初步设计 8 某县位于内陆腹地 属大陆性季风气候区 全年盛行西北风 最大 风速 20sm 气候干燥 昼夜温差大 夏季气温高 多冰雹 雨洪 夏 秋季雨水集中 北洛河 城区段 河谷地貌以河漫滩 级阶地为主 级阶地零星发育 主要地层有第四系全新统粉土质砾 低液限粉土 新 第三系 N 棕红色 浅黄色泥岩 砂质泥岩石 泥质砂岩 工程区浅层 地下水资源贫乏 浅层地下水属第四系松散堆积物砂砾孔隙潜水类型 主要分布于北洛河干流河漫滩地及 级阶地底部 2 水 文 2 1 流域概况 水洛河属渭河二级支流 上游分为南洛河和北洛河两条支流 两支 流于某县城处汇合后称下洛河 南洛河发源于关山西麓某县韩店乡的灶 火沟 由东向西 流经韩店乡 南坪乡和水洛镇 河长 30 5km 流域 面积 325 7 2 km 年均径流量 0 38 亿 3 m 年均流量 1 2sm 3 北洛河发 源于宁夏回族自治区隆德县苏台乡马鹿沟和黄草沟 由东北流向西南 于某县通边乡佛崖湾峡流入某县境 流经通边乡 通化乡 良邑乡 水 洛乡和水洛镇等四个乡镇 河长 31km 流域面积 278 2 km 年均径流量 2974 万 3 m 年均流量 0 943sm 3 下洛河由东北向西南 流经朱店镇 万泉乡至徐家城纳入清水河 经静宁县周家峡口 出清水峡 至仁大川 高沟村注入葫芦河 水洛河总河长 99 5km 某县境内 89 5km 总流 域面积 905 7 2 km 某县境内 836 7 2 km 年均径流量 0 84 亿 3 m 年均 北洛河城区段橡胶坝初步设计 9 输沙量 395 万t 本次设计橡胶坝坝址位于北洛河末端 坝址以上控制流域面积 278 2 km 河床平均比降 1 年均流量 0 943sm 3 年均径流量 2974 万 3 m 2 2 气象 某县位于内陆腹地 属大陆性季风气候区 全年盛行西北风 历年 最大风速为 20sm 气候干燥 昼夜温差大 夏季气温高 多冰雹 雨 洪 夏秋季雨水集中 全年平均气温 7 9 最热月为 7 月 月平均气 温 19 9 历年最高气温 34 8 最冷月为 1 月 平均气温 5 5 极端最低气温 23 最大冻土深 63cm 多年平均无霜期 142 天 多年平均降水量 547 8mm 年内分布极不平衡 冬春降水稀少 10 月至次年 4 月降水仅占全年降水的 20 全年降水量 60 以上集中 在 7 9 三个月 年蒸发量 1310 2mm 口径 20cm 有关气象统计资料 见表 2 1 2 3 年径流 由于北洛河无实测水文资料 故利用 甘肃省水文图集 进行年径 流计算 按图勾绘出流域分水线 并定出流域中心位置 用直线内插法 求得北洛河流域多年平均径流深为 107mm 多年平均径流量 用公式 Q 1000 F R T 计算出平均流量 再由公式 W QT 计算多年平均径流量 北洛河城区段橡胶坝初步设计 10 式中 Q 多年平均流量 sm 3 F 流域面积 为 278 2 km R 多年平均径流深 为 107mm T 计算时段长 为 31 54 106s 由以上数据计算得坝址处多年平均流量分别为 0 943sm 3 并求得 多年平均径流量分别为 2974 万 3 m 2 4 暴雨洪水特性 水洛河流域年径流多由降雨补给 大多以暴雨形式出现 年内分配 极不均匀 多集中在 7 9 月 全年可分为 3 5 月为春汛期 由上游冰 雪融水和降雨补给 6 9 月为夏秋主汛期 以降雨补给为主 洪水多 历时短 洪峰流量大 且洪水的年际变化较大 10 11 月为秋季枯水 期 以地下水补给及河槽储蓄量为主 12 月至次年 3 月为冬季枯水期 以地下水补给为主 该流域除上游南部地区为植被较好的土石山林区外 中下游属黄土高原丘陵沟壑区 植被差 山体破碎 小范围的突降暴雨 强度大 冲刷力强 形成大量地表径流 对河道两岸冲刷严重 破坏性 较大 4 橡胶坝坝址处二十年一遇洪峰流量为 420sm 3 五十年一遇洪峰流 量为 570sm 3 北洛河城区段橡胶坝初步设计 11 2 5 泥沙 4 橡胶坝坝址处无实测泥沙资料 故泥沙根据 甘肃省水文图集 法进行计算 查得橡胶坝坝址所处流域年土壤侵蚀模数为 0 5 万 2 kmt 则年悬移质输沙量 139 万t 推移质输沙量按悬移质输沙量的 20 计 则推移质输沙量 27 8 万t 故得坝址处年平均输沙量为 166 8 万t 折 合 128 3 万 3 m 来砂量量逐月分配见表 2 2 单位 万 t 橡胶坝址处来沙量月分配表 表 2 2 坝 址 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 比 例 0 01 0 13 1 57 5 60 3 36 8 0 8 32 31 37 79 8 8 6 1 91 0 34 0 04 100 悬 移 质 0 01 0 17 2 01 7 18 4 31 10 37 41 45 48 48 11 37 2 45 0 43 0 05 128 3 2 6 水面蒸发 由于坝址无实测水面蒸发资料 故水面蒸发采用某县气象站水文气 象资料进行计算 坝址处多年平均降水量 547 8mm 年蒸发量 1310 2 mm 口径 20cm 北洛河城区段橡胶坝初步设计 12 3 工程地质 3 1 概述 3 1 1 地形地貌概况 水洛河属渭河水系一级支流葫芦河支流 水洛河在县城以上分北洛 河和南洛河 前者发源于宁夏隆德县六盘山脉西麓 流经隆德县苏台乡 于通边进入某县境 后者发源于六盘山脉的关山梁灶火沟一带 至某县 城南北洛河交汇后 向下游流经朱店 万泉至静宁县大河滩汇入葫芦河 本区总趋势是 东北高 西南低 东部受六盘山抬升影响形成白垩 系隆起带 西部第三纪以前为山间盆地 接受第三系沉积地层后卷入陇 西构成体系 并抬升形成了以第三世系红色地层为主的丘陵区 构成了 现代地貌的基本骨架 第四系中上更新世时期松散黄土层堆积继承了基 底构造骨架 它与第三系红粘土地形相吻合 形成了现代黄土地貌景观 河谷阶地 梁 峁 洼地 全新世时期经强烈的线状侵蚀而形成的水 洛河水文网 在原有黄土地形的基础上进一步切割 形成了水洛河树枝 状沟谷 河谷阶地及其它地形地貌形态 构成了现代起伏不平的低山丘 陵地貌类型 北洛河 城区段 河谷地貌以河漫滩 级阶地为主 级阶地零星 发育 现代河床漫滩经河堤治理后稳定河宽 100 108m 平均高程 1616 5 1639m 左岸 级阶地宽 300 350m 平均高程 1619 6 1642m 级阶地缺失 右岸 级阶地宽 500 550m 平均高 北洛河城区段橡胶坝初步设计 13 程 1619 8 1642m 级阶地宽 50 100m 平均高程 1638 1650m 总体上构成了宽阔的河谷地貌 河谷两侧为黄土丘陵山区 相对高差 150 260m 3 1 2 地质构造 本区大地构造位于祁吕贺山字型构造体系西侧马蹄形质地和陇西系 六盘山旋回褶皱带内 在山字型构造体系所控制的古地理区内大面积沉 积了新生代第三系地层 之后又受六盘山旋回褶皱带的挤压隆起所控制 形成了第三系某断陷盆地 某断陷盆地以某县城为中心 东以六盘山褶皱带为界 西以万泉石 门口 磨石峡挤压隆起带为界 北与静宁曹务断陷盆地相连 南与张川 龙山盆地连通 盆地内由第三系红色泥岩组成 厚度 150 350m 不整 合于元古界 古生界地层之上 岩层向西南平缓倾斜 呈单斜构造形式 的盆地 3 1 3 地层岩性 主要地层有第四系全新统粉土质砾 低液限粉土 新第三系 N 棕 红色 浅黄色泥岩 砂质泥岩石 泥质砂岩 1 粉土质砾 主要分布河漫滩地及 级阶地底部 由土工试验资料 现代河床 漫滩岩性均一 属粉土质砾 再由颗分资料 1 10 橡胶坝和河堤分布 区段内 岩性组成均匀 0 075mm以下泥质成份占 1 4 5 0 平均值 2 89 0 075 2 0mm各粒径组占 20 5 31 1 平均值 26 2 2 mm以上各粒径组占 55 2 65 6 平均值含细粒 60 3 现代河床地表 北洛河城区段橡胶坝初步设计 14 岩性属级配不良砾石和土砾石 呈淡红色 灰色 母岩为石英岩 花岗 岩 质地坚硬 厚度 0 50 4 50m 潜水位 0 5 1 0m 与现代河水位 大致持平 混合料比重 2 6 天然干重度 16 50 3 mKN 孔隙率 n 27 0 地基承载力 0 30 0 35MPa 饱和内摩擦角 26 29 混合料 平均粒径 d50 2 6 5 7mm 平均值 3 45mm d15 11 4 27 0mm 推荐值 19mm 渗透系数 K 15 35 0dm 根据堤基 d50 粒径选定 smv 9 0 允 2 低液限粉土 主要分布于 级阶地 厚度 0 5 2 5m 具有大孔隙性 含水量较 大 大于 20 孔隙比大于 1 0 天然状态下呈可塑 软塑状 3 新第三系 N 主要分布于某断陷盆地 县城橡胶坝分布区 被第四系松散堆积物 覆盖 岩石性为棕红色 浅黄色泥岩 砂质泥岩石 泥质砂岩 堤基范 围内无不良堤基土分布 地基抗滑稳定条件较好 干密度为 1 93 2 02 3 cmg 允许承载力 450KPa 级阶地厚度 0 5 2 5m 具 有大孔隙性 含水量较大 大于 20 孔隙比大于 1 0 天然状态下呈 可塑 软塑状 3 1 4 水文地质条件 工程区浅层地下水资源贫乏 浅层地下水补给条件较差 排泄条件 较好 浅层地下水属第四系松散堆积物砂砾孔隙潜水类型 主要分布于 北洛河干流河漫滩地及 级阶地底部 现代河床及河漫滩地地下潜 水位深 0 5 1 5m 级阶地潜水位埋深 3 5 5 50m 级阶地潜水 北洛河城区段橡胶坝初步设计 15 位埋深大于 15 0m 含水层岩性为含细粒土砾 厚度 0 5 1 50m 渗 透系数 K 15 35 0dm 下垫面第三系红色泥岩属于相对隔水层 补给类型主要有工程区上界面和河流明流线状入渗补给 大气降水 垂直入渗补给 排泄主要由微地貌及下垫面红色泥岩控制 并以 1 的 水力坡度向下游排泄 单井出水量 100 300dm 3 北洛河河谷浅层地下和北洛河河水水化学类型属 3 HCO Na 2 Ca 对普通硅酸盐水泥及其金属结构无侵蚀性 3 1 5 地震设防烈度 根据 中国地震动参数区划图 GB18306 2001 某县地震动峰值 加速度为 0 20g 相应地震设防烈度为 度 另据探孔揭露及土工试验资料 坝基 堤基位于泥岩体 粘粒含量较 大 初判不存在砂土液化现象 3 2 工程地质条件 3 2 1 坝趾及库区工程地质条件 4橡胶坝设计坝长 97m 河道中心线回水长度 442m 坝址和蓄水 区现代河床稳定河宽 101m 地质结构单一 层位稳定 河床漫滩分布 段地层岩性可划分为 2 层 表层为第四系全新统 al plQ4 1 3 河谷 冲洪积含细粒土砾 厚度 0 5 1 50m 天然状态下呈松散状 河漫滩 零星分布 向下为第三 N 红色泥岩 呈厚层状分布 强风化层厚度 0 2 0 5m 天然状态下呈密实状 根据 中小型水利水电工程地质勘 察规范 SL55 2005 第三系红色泥岩属极软岩 单轴饱和抗压强度 5MPa 岩体产状近似水平 层状分布 单层厚度变化不大 岩体无 北洛河城区段橡胶坝初步设计 16 断裂 节理裂隙不发育 无地下水活动 呈软塑 硬塑状 不存在坝基 渗漏水问题 地基承载力标准值为 260KPa 经现场勘探 左坝端现状河堤高 3 1m 其基础基岩埋深 0 2m 右坝端河堤高 4 1m 其基础基岩埋深 0 5m 左右护堤外自堤顶至下 伏基岩面为人工回填砂砾层 呈中密状 表层为硬化滨河路 堤基础与 泥岩结合部位可能存在渗漏水 需防渗处理 坝基开挖边坡 粉土质砾 1 0 75 红色泥岩 1 0 5 3 2 2 护堤工程地质条件 规划 2008 年实施 4橡胶坝分布段现状护堤工程始建于 1950 年 70 年代及 90 年代 由于修建年代的不同 因此在堤身结构 断面及防洪 标准相差较大 堤身接头较多 标准不一 堤顶宽度 0 3 0 8m 高度 4 5m 堤身填筑料来自就近的河漫滩砂砾石 填筑标准各异 普遍较 差 工程建成以来 未出现重大险情 但每年汛期因迎流顶冲和深弘逼 岸区均有可能崩岸 护坡滑塌 隐患 根据总体规划 4橡胶坝回水分布区内左护堤控制桩号 0 777 1 117 长 340m 右护堤控制桩号 0 791 1 147 长 356m 现状护堤为重力式结构型式 堤高 3 1 4 1m 堤基础位于第三系红色 泥岩之上 堤基础进入基岩 0 1 0 3m 现状堤基础与基岩结合部位及 分缝接头部位 局部堤身混凝土存在渗漏水 属强透水体 应考虑防渗 措施 并应加固处理 北洛河城区段橡胶坝初步设计 17 3 2 3 4 橡胶坝护堤工程地质条件 4 橡胶坝址处现代河床稳定宽度 106m 河床漫滩分布段底层岩性 可划分为 2 层 表层为第四系全新统 al plQ41 3 河谷冲洪积含泥细砾 土 厚度 0 2 0 6m 天人状态下为松散状 河漫滩零星分布 向下为 第三系 N 红色泥岩 呈厚层状分布 强风华厚度 0 2 0 5m 天然状 态下为密实壮 根据 中小型水利水电工程地质勘察规范 SL55 2005 第三系红色泥岩为极软岩 单轴饱和抗压强度 5MPa 岩体产 状近似水平 层状分布 岩体无断裂 节理裂隙较发育 呈软塑 硬塑 状 无地下水活动 不存在坝基渗漏问题 地基承载力标准值为 260 KPa 现状左右岸河堤基础与基岩结合部位存在可能漏水 须防渗处理 坝基开挖边坡 粉土 1 0 75 红色泥岩 1 0 5 3 3 天然建筑材料 3 3 1 细骨料场 根据地质勘探及混合料颗分试验资料 北洛河混凝土细骨料资源量 贫乏 细骨料料场选在南洛河南坪砂厂 砂厂细骨料资源总量大于 10 万 3 m 5mm以下细骨料占 31 96 但 0 075mm以下泥成分含量较低 平均值 3 28 细度模数 2 45 天然状态下呈淡红色泥质 砂 卵石 碎石混合状 需采筛 采筛率为 24 68 因此 细骨料选在南坪砂厂 集中购买 平均运距 10km 北洛河城区段橡胶坝初步设计 18 3 3 2 粗骨料场 粗骨料料场选在南洛河南坪砂厂 总资源量大于 20 万 3 m 平均采 筛率达 64 7 砾石母岩为石英岩 花岗岩等坚硬岩石 砾石干密度 19 0 3 mKN 比重 2 65 但含泥量为 2 61 不宜分散采筛 需在砂厂 集中购买 平均运距 10km 4 工程任务和规模 4 1 社会经济发展状况及工程现状 4 1 1 社会经济发展状况和近期发展规划 某县位于平凉市西南部 东邻华亭县 南与张家川回族自治县 秦 安县接壤 西依静宁县 北与宁夏隆德县相连 对外交通便利 根据 某县 2005 年年鉴 统计 某县人口 435449 人 其中 农业人口 411729 人 县城人口 23720 人 全县国民生产总值 10 44 亿元 工业 生产总值 1 15 亿元 农业生产总值 4 35 亿元 按照 某县城区段开发治理方案 在保障防洪安全的前提下 对 县城区段河道进行综合整治 北洛河某县城区段橡胶坝工程建设 营造 县城生态景观 提高城市居民的生活质量 该工程的建设将会带来显著 的社会效益 环境效益及经济联动增值效益 4 1 2 库区段现状及存在的问题 4 橡胶坝段河道规整 现状河道宽约为 100m左右 平均比降为 北洛河城区段橡胶坝初步设计 19 1 现状河堤为重力式 基础座落在基岩上 就现状而言 河堤基本稳 定 河堤断面形式为重力型塔型断面 高度 4 5m 顶宽 0 2m 为砼 现浇砼结构 基础座落在基岩上 运行多年 河堤稳定 局部地段有冲 刷现象 红色泥岩基础外露 但在橡胶坝蓄水和排空的过程中 对河堤的稳定有一定的影响 且 橡胶坝蓄水后 存在向河堤外侧渗漏的可能性 会造成河堤外侧地下水 位的抬高 危害周边建筑物等安全 4 1 3 排污设施 在工程区 城市污水工程已建成 投入运行 污水采用排污管道 直接输送污水至工程区下游的河道 不影响蓄水区水质 4 2 工程建设任务 工程的主要任务是在不影响河道原有功能的前提下 在县城城区段 修建橡胶坝工程及其附属工程 疏浚整治河道 加固河堤 工程建成后 可改善人居环境 增添游览区秀美景色 增加旅游收入 5 工程选址 工程布置及主要建筑物 5 1 工程等别及主要建筑物等级 5 1 1 工程等别及主要建筑物级别 洪水标准 4 橡胶坝坝高为 3m 最大蓄水体积为 4 万 3 m 依据 水利水电工 北洛河城区段橡胶坝初步设计 20 程等级划分及洪水标准 SL252 2000 该工程为 等工程 主要建筑 物为 4 级 次要建筑物为 5 级 现状河堤建成于 90 年代 工程设计完成于 1988 年 8 月 河堤洪标 准为 20 一遇 维持原河堤设计标准 5 1 2 工程地震设防烈度 根据 中国地震动参数区划图 建筑抗震设计规范 GBJ50011 2001 某县城区地震动峰值加速度为 0 2g 基本地震烈度 度 故本次设计按 度设防 5 2 工程位置 4橡胶坝位于某县北河桥上游 38m处 以 3坝的护坦以上 0 3m的水 平线与右岸堤顶线降低 0 7m的斜线相交处作为 4坝的坝址位置 根据 某县北洛河橡胶坝工程总体规划 4橡胶坝的坝址位置为 1 117 桩号 5 3 工程布置和主要建筑物型式 5 3 1 布置原则 根据相关规程 规范 结合已治理段河道特点 按照某县城区段开 发治理方案及县城景观等相关要求 工程布置遵循以下原则 1 不降低原有河道行洪能力的原则 确保治理后原有河堤以内的过洪能力不低于治理以前的过洪能力 即 20 年一遇水面线以下河床过流能力不小于 420sm 3 北洛河城区段橡胶坝初步设计 21 2 按 100m堤距进行布置的原则 根据 某县水洛河治理总体规划及第一期工程初步设计报告 北 洛河某县城区段堤防堤距不小于 100m 经初步计算 本工程治理后 100m堤距河床断面能够满足河道行洪要求 3 不采用碍洪建筑物的原则 现有防洪堤以内的河槽均为行洪区 根据国家 防洪法 规定 在 行洪区内不得修建碍洪建筑物 4 与两岸景观协调衔接的原则 根据某县城区规划 本工程作为整个景观工程中的水利工程部分 工程布置坚持在满足河道行洪能力 不布置碍洪建筑物的前提下 左右 两岸根据景观美化要求整治成自然起伏的边坡等等 使水利工程设计与 两岸滨河路 绿化等景观浑然一体 5 3 2 主要建筑物型式 工程主要建筑物包括左右岸堤防 橡胶坝主体工程 消能防冲设施 控制室工程 5 3 2 1 左右岸堤防 4橡胶坝库区现状河堤总长度 695 5m 其中左岸 340m 右岸 355 5m 均为重力式塔型结构 顶宽 0 2m 底宽 1 2m 总高度 4 5 m 为 C15 砼现浇 本次设计需加固改造河堤总长度为 750m 河堤断面采用现浇 C15 砼复合式护堤 堤顶向下 1 5m范围内 以原重力式护堤为基础 采用 北洛河城区段橡胶坝初步设计 22 钢丝网锚固贴面 厚 0 3m 以下为斜坡式结构 镶入河床面以下 1 0 m 斜坡厚度 0 2m 坡比 1 1 5 基础为 0 8 0 8m 均采用 C15 砼 现浇 每 5m护堤设一道 2cm厚闭孔泡膜板伸缩缝 加固后河堤 经稳定计算 抗滑稳定系数满足规范要求 5 3 2 2 橡胶坝 1 方案比较 维持现状河堤防洪及景观要求 可选择的主要建筑物型式是水闸和 橡胶坝 水闸与橡胶坝比较 有以下几方面的不同 阻水与否比较 橡胶坝结构特点是其受力荷载仅与坝高有关 与 坝袋长度无关 其经济跨度为 100m 150m 跨度较大 中墩较少 泄 洪时 坝袋塌平在底板上 基本不阻水 水闸相对来说跨度较小 需要 较多中墩 相同宽度的河道上存在一定的阻水问题 漏水 止水比较 常言道 十闸九漏 无论是平板门或弧形 闸门 都存在一定的漏水问题 橡胶坝周边密封紧贴在底板上 两侧堵 头紧贴边墩 不存在漏水问题 抗震性比较 橡胶坝袋为柔性薄壁结构 重量轻 富有弹性 没 有很高的启闭机架 工作桥等 其抗震性能好 水闸需要很高的启闭机 架 工作桥 抗震性 稳定性要求高 本工程为 8 度地震区 若采用水 闸型式 将增加抗震措施和投资 对地基要求比较 常规水闸对地基基础 承载能力 两岸连接工 程 护砌工程要求较高 而本工程地质条件和抗冲能力较差 不利于建 北洛河城区段橡胶坝初步设计 23 闸 而橡胶坝由于其材料和结构特殊性 对地基要求相对较低 运行管理比较 橡胶坝外露防腐构筑物少 尤其是橡胶坝袋比水 闸耐腐蚀性强 维修简单 后顾之忧少 橡胶坝充排控制设备一般可多 跨共用 在岸边控制室集中控制 设备简单 操作简便 灵活 水闸岁 修任务大 主体和附属设施复杂 根据有关统计资料 其每年运行维护 费比橡胶坝高出 4 5 景观效果比较 橡胶坝已被广泛应用于城区 园林风景区河道内 既可发挥挡水 泄洪等综合效益又可因地制宜发展水上娱乐项目及旅游 业 水闸为钢筋混凝土及金属结构 景观效果较差 本工程为城区河道 综合整治项目 无疑橡胶坝型式将会为景观增辉 更适合本工程 坚固性 耐久性比较 橡胶坝与以钢筋混凝土及金属结构为主的 水闸相比 坚固性较差 容易被刺伤和磨损 需要采取相应保护措施 橡胶坝存在老化问题 一般坝袋使用寿命为 20 年左右 但坝袋投资占 土建比例一般为 15 20 所占比例较小 及时更换坝袋 投资不 多 工程仍可正常运行 排沙防淤比较 当上游流量较小时 水闸闸下出流 排沙防淤效 果较好 橡胶坝坝顶溢流 没有水闸排沙防淤效果好 但大洪水来临时 闸门全部打开泄洪与坝袋全塌泄洪 二者排沙防淤效果相当 施工难易和工期比较 坝袋为薄壁结构 重量轻 结构简单 锚 固结构和锚固施工工艺相对简单 坝袋安装时间较短 由于整个工程的 结构相对简单 工期可大大缩短 北洛河城区段橡胶坝初步设计 24 投资比较 橡胶坝与水闸相比 节省三材 造价低 橡胶坝依靠 坝袋充水或充气挡水 减少了闸室上部结构 节省大量钢材和水泥 根 据国内外许多工程经验 橡胶坝与同规模的闸坝相比 节省钢材 30 70 木材 40 60 水泥 30 60 节约投资 30 40 例如 北京顺义县河南村橡胶坝 长 300m 坝高 2 7m 工程投资约 1500 万 元 包括橡胶坝工程和其它附属工程 若采用闸坝方案 则需投资 3000 万元 橡胶坝与水闸优缺点对比见表 5 1 橡胶坝与水闸优缺点对比表 表 5 1 序号比较项目橡胶坝水闸 1 是否阻水不阻水有一定阻水 2 是否漏水不漏水漏水 3 抗震性好要求高 4 地基要求相对较低较高 5 运行管理简便 灵活相对复杂 6 景观效果好相对较差 7 坚固性 耐久 性 较差较好 8 排沙防淤效果 水闸闸下出流比橡胶坝坝顶溢流 排沙 防淤效果好 但闸门全部打开泄洪与坝 袋全塌泄洪 二者排沙防淤效果相当 9 施工难易简单相对复杂 北洛河城区段橡胶坝初步设计 25 10 工期短长 11 投资少多 通过上面的比较 参考已建工程经验 工程设计选择橡胶坝作为挡 水建筑物 2 橡胶坝结构设计 坝底板高程确定 根据某县水洛河整体防洪规划要求 橡胶坝塌坝后底坎高程 长度 既满足过流要求又严格按照水利部 橡胶坝技术规范 SJ227 98 有关 规定 坝址处河床现状高低不平 根据土方挖填平衡计算及基本维持河道 自然比降综合考虑 同时和北洛河城区段河道比降协调 确定 4坝址处 河床整平高程为 1628 7m 为防止山区河道泄洪期间推移质过坝对坝袋 磨损及底板检修需要 将坝底板抬高 0 2m 则橡胶坝底板高程初拟为 1628 9m 橡胶坝长度确定 坝长应与河道宽度相适应 塌坝时满足河道设计行洪要求 单跨坝 长满足坝袋制造 运输 安装 检修以及管理要求 结合北洛河整体防 洪规划要求 拟定坝体为单跨 4橡胶坝净长 106m 坝高确定 根据北洛河城区段总体规划要求 尽量增加水深和蓄水量 4 橡胶 坝控制水面洄水至 3橡胶坝 经综合考虑 确定 4橡胶坝坝底板高程 北洛河城区段橡胶坝初步设计 26 1628 9m 坝顶高程 1631 9m 坝高 3m 按照 橡胶坝技术规范 SL227 98 要求 坝顶高程宜高于上游 正常水位 0 1 0 3m 在运行过程中 4橡胶坝正常挡水位为 1631 9m 最高挡水位为 1632 2m 左右岸堤顶高程分别 1632 6m 1632 95m 结构设计 4 橡胶坝坝基座落在新鲜岩石上 承载力为 260KPa 属弱透水性 底板厚度 1 7m 采用 C20 钢筋砼现浇 底板以下为 C15 混凝土基础 坝底板顺水流方向长度为 10m 坝底板分缝间距为 10 6m 共分 10 段 缝宽 2cm 采用 651 型止水带止水 止水带前后镶嵌 2cm厚闭孔泡沫板 4橡胶坝最大坝高 3m 内压比为 1 4 坝袋采用双锚固线型式锚 固 锚固槽设置为暗槽 锚固槽回填后与坝底板齐平 以减小塌坝时夹 裹泥沙对坝袋的磨损 坝袋上下游及堵头均采用外锚固 橡胶堵头与墩 墙接触部位用细石砼做成斜坡状 以利接触紧密 不从接缝处渗漏水 该锚固形式施工方便 止水效果良好 左右岸边墙 左 右岸边墙结构型式完全相同 均为重力式挡土墙结构 墙高 5 4m 顶宽 0 5m 右岸底宽 1 91m 左岸底宽 1 4m 采用 C20 钢筋 混凝土现浇 上下游边墙长分别为 10 0m 14 0m 基础座于基岩上 4橡胶坝左右岸基础高程均为 1628 2m 顶部高程均为 1632 6m 3 稳定及结构计算 北洛河城区段橡胶坝初步设计 27 坝体稳定及结构计算如下 5 5 控制室工程 5 5 1 排水控制室结构设计 为了节约投资和方便交通 控制室布置在 4橡胶坝的左岸坝端 为 矩形结构 平面轴线间尺寸为 2 24 2 24m 共两层 一层为闸室层 主要安置控制闸阀 地板厚 0 5m 墙高 5 4m 一面同河堤一起现浇 厚 0 2m 其他三面临河 壁厚 0 6m 均采用钢筋混凝土现浇 室顶 采用厚 0 15m的 150钢筋砼现浇封顶 靠河堤一边预留通向底部的出入 口 二层为管理层 墙厚 0 24m 采用砖混结构 高 2 8m 屋顶为仿 古式三角顶 顶高 1 5m 在一层设内置悬臂式钢筋混凝土楼梯通向二 层地面 梯宽 0 7m 5 5 2 排水控制室结构计算 控制室承受的外部荷载主要为土压力和水压力 墙体按三边固结 一边自由的双向板计算 最大负弯矩发生在墙体与地板中间连接处 弯 矩为 125 17mKN 最大正弯矩发生在墙体跨中处 为 48 98mKN 地 板按倒置梁法计算内力 底板最大负弯矩发生在垂直水流方向的中心处 为 208 4mKN 最大正弯矩发生在墙体处 为 161 4mKN 按以上计 算结果选配受力钢筋 北洛河城区段橡胶坝初步设计 28 5 6 橡胶坝充排系统及水源 供排水系统是橡胶坝工程的主要组成部分 根据本工程坝袋为单袋 式结构的实际情况 选定坝袋适宜的充排方式 并能适应北洛河防汛期 时能快速排空下坍坝袋 主要做好设备的选型 进出水装置 超压溢流 空气排除和观测装置设计 力求做到因地制宜 操作运用方便 既经济 合理又安全可靠 5 6 1 充排水方式选择 4 橡胶坝坝袋的有效容积为 1443 3 m 其充水水源来自 1橡胶坝库 区 利用去年建成的供排水系统 再铺设 DN250 供水管道自流向 4坝充 水 橡胶坝的排水计划在 5 6橡胶坝建设过程中安装动力系统和自动 控制系统 本次设计利用自然地势 用闸阀控制 自流排水 5 6 2 管路计算 供排水管路计算以自流为控制条件 排水干管在坍坝时同时自流排 空各坝段的水体 管内流量逐渐由远及近分别通过控制室排至坝下游 经计算 充水管道选用 DN250upvc 硬塑管 348m DN250 钢管 30m DN400 冲排水钢管 160m 5 6 3 橡胶坝的操作运用 为提高控制室的自动化 减轻管理人员的劳动强度 升坝充水和坍 坝排空均采用电动蝶阀控制 由管理人员在控制屏上操作 北洛河城区段橡胶坝初步设计 29 1 升坝操作 升坝前 关闭各排水阀门 打开所要冲水的坝段的排气阀及通向充 水坝袋的阀门 然后对坝袋进行充水升坝 在升坝过程中 观察坝体的 变化 如发生异常现象 应立即关闭相应的阀门进行检修 当超压溢流 管向外溢水时 关闭控制阀门 2 坍坝操作 根据洪水预报及调度指令 提前检查设备的完好情况和进出水阀门 的关闭情况 如有问题应及时检修 及时作好坍坝前的准备工作 6 电气设计 6 1 供电线路 高压供电线路计划在 5 6橡胶坝建设中一并考虑 本次设计考虑 在 3橡胶坝的变压器 T 接低压线路 400m 6 2 电气照明 控制室设备层安装 2 60W 壁灯 1 套 在顶部安装 4 只 100W 防尘防 水灯 在配电层及管理层分别安装 2 40W 荧光灯 4 只 三叶吊扇各 1 台 北洛河城区段橡胶坝初步设计 30 7 工程管理 7 1 管理机构定员 北洛河城区段橡胶坝工程去年已建成了 3 座 县上成立了某县北洛 河城区段橡胶坝工程管理所 核定管理人员 6 人 今年建成的 4橡胶坝 并归橡胶坝工程管理所 增设管理人员 2 人 7 2 管理方法 该水库管理所由某县政府领导 业务隶属于县水务局 管理所负责 工程安全调度 工程维修 水工观测及资料整编等工作 管理方法上实行定岗 定员 定责 该工程投资较大 必须保证工 程自身及运行安全 需按照国家有关技术规范及操作规程的要求 制定 工程管理细则 并进行专业技术和职业道德培训 7 2 1 工程调度管理 橡胶坝的调度运用 要适时进行坝袋充排水 控制坝袋高度 控制 坝顶溢流水深 橡胶坝控制运行原则是升坝蓄水 满足挡水 用水 游 乐需要 在汛期河道发生洪水时 要塌坝泄洪 避免洪水灾害 并保障 橡胶坝安全度汛 某县北洛河水量丰富 夏季当气温超过 30 时 为 防曝晒 应适当塌坝 保证坝顶有一定的溢流水深 北洛河城区段橡胶坝初步设计 31 7 2 2 工程观测管理 定期对工程进行观测 主要是坝体及坝基的变位观测 坝体沉陷 坝体水平变位 坝基及坝体渗漏 坝基扬压力 坝体的应力和应变 坝 袋变形 老化 接缝观测及地震观测等 对出现的异常情况应及时地进 行分析 并作出处理 确保工程本身安全 7 2 3 管理范围 某县北洛河城区段 4橡胶坝工程管理工作范围 橡胶坝工程及两岸 堤防 橡胶坝上游全部水域及两岸堤坊 橡胶坝下游 500m及两岸堤防 等 7 3 运行管理 7 3 1 泥沙 在水洛北河上游建有红崖湾水库 流域面积 47 2 km 水库坝址处 多年平均来沙量为 2 94 万t 橡胶坝坝址处流域面积为 278 2 km 北洛河橡胶坝坝址处计算坝址处年平均输沙量为 166 8 万t 泥沙 容重按 1 3 3 mt计 折合 128 3 万 3 m 输沙量逐月分配见表 7 1 单位 万 3 m 橡胶坝泥沙月分配表 表 7 1 坝 址 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 比 例 0 01 0 13 1 57 5 60 3 36 8 0 8 32 31 37 79 7 8 6 1 91 0 34 0 04 100 北洛河城区段橡胶坝初步设计 32 悬 移 质 0 01 0 17 2 01 7 18 4 31 10 37 41 45 48 48 11 37 2 45 0 43 0 05 128 3 由上表看出 在主汛期 泥沙总淤积量为 101 3 万 3 m 非汛期泥沙 淤积量为 26 98 万 3 m 7 3 2 橡胶坝前清淤周期计算及其运行 橡胶坝在主汛期 7 8 9 月 塌坝运行 不蓄水 保证河道的原 有泄洪能力 同时宣泄的洪水带走 101 3 万 3 m泥沙 一 二 三 四 五 六 十 十一 十二月份泥沙总淤积量 26 98 万 3 m 悬移质为 22 48 万 3 m 推移质为 4 5 万 3 m 悬移质随坝顶溢流排走 推移质全部 淤积在库内计算 基本占去了 1坝前蓄水库容 4 1 万 3 m 为保持坝 前水面面积不减少 每年在非汛期应清淤一次 清淤量在 4 万 3 m以上 以保证河道河态 河势不会发生变化 7 3 3 水情监测 从徐家碾大桥至河马大桥 全长 2435m 总体规划 10 级橡胶坝 为保证运行安全 在橡胶坝上游 应设水情预报站 水情站与橡胶坝管 理站保持专线通讯联系 且进入当地气象部门信息网 工程运行初期 结合本地暴雨特征 通过观测 分析逐步掌握河流洪水上涨速度及其规 北洛河城区段橡胶坝初步设计 33 律 对工程设计提出的坝袋排水时间进行修正 7 3 4 冬季运行 橡胶坝冬季采用低水位运行的方式 4坝坝高 3m 坝高降到 2 5 m左右运行 气温低于 0 以下 水面结冰 但由于坝袋为彩色硫化氯丁橡胶材 料制成 能够吸收大量的太阳热能 在坝袋上游 1 2cm宽度范围内 水体未结冰 不会直接影响 但为避免上游冰碴对坝袋的破坏 管理人 员每天应对靠近坝袋的冰面进行破冰处理 保证橡胶坝冬季安全运行 8 施工组织设计 8 1 工程任务 某县北洛河城区段 4橡胶坝工程主要内容为 坝长为 106m 边墙 及左右岸护岸工程 控制室工程 河道疏浚工程 供水管路工程 安全 防护栏及灯光等附属工程 8 2 施工条件 8 2 1 自然条件 气候条件 某县城每年日平均气温大于 0 的天数一般在 289 天左 右 每年冬至至立春平均气温较低 一般都在 0 以下 河道上的橡胶 坝工程需安排在枯水季节 2 月 6 月 完成 该时间内大于 5mm降雨 北洛河城区段橡胶坝初步设计 34 的雨日为 15 20 天 影响正常施工的大风 六级以上 天数为 10 天左 右 交通条件 工程位置交通便利 工程施工地点对外交通条件较好 河道左右堤堤防道路通畅 只需修建简易的进场道路 原材料可进入现 场 左岸滩地及堤上场地平整开阔 可作为工地仓库 料场和生活办公 区 供水 供电 北洛河干流常年不会断流 水资源丰富 可保证工程 建设施工用水 施工工地距离县城不足 1km 用电可直接从县城附近引 进 建筑材料 砂石骨料在南洛河砂厂采购 运距 10km 水泥在县水泥厂采 购 运距 5km 县城有专业建材市场 可提供所需的各种钢材及其它的 建筑材料等 8 2 2 建设条件 某县城建设橡胶坝将形成较大水面面积的人工湖 可以美化环境 改善县城小气候 提高地下水位 符合环保要求 群众拥护 县领导对 本工程极为重视 为工程创建了极为有利的外部环境条件 某县城经济发展较快 建设该坝有一定的经济基础 且有丰富的设 计 建设橡胶坝经验 建设橡胶坝经济 技术条件成熟 北洛河城区段橡胶坝初步设计 35 8 3 施工导流 8 3 1 施工导流及施工围堰 某县防洪治理均在河道里进行 尤其是在主河槽施工 施工导流及 施工围堰工作量较大 为减少排水工作量 拟在非汛期施工 施工安排 在枯水季节 洪水标准为非汛期 2 月 6 月 重现期为 5 年频率的洪 水 以此流量为标准做施工导流设计 施工导流采用两期围堰导流 施 工中先进行左侧施工 再进行右侧施工 上下游施工围堰堰高程为 1628 9m 顶宽 2 0m 边坡 1 2 5 围堰迎水面用 30cm厚编织袋压 坡 下设土工膜防渗 背水坡设 30cm厚编织袋压坡 在上下游围堰末 端设集水池 集中抽排 8 3 2 基坑排水 本工程位于河道内 坝基为中粗砂 含泥 砾石 压水实验渗透系 数每昼夜 300m 因此施工中基坑排水工作量很大 应重点考虑 主要 采用水泵抽排 井点降低地下水位 并在建筑物轮廓线外侧设明沟排水 或集水池排水 8 3 3 施工方法 由于该工程位于主河槽上 受气候条件限制较大 且经常性排水费 用较高 需在枯水期很短时间内突击完成 施工过程中一定要加强组织 管理 协调各工序之间关系 原则上以机械化施工为主 人工施工为辅 助 专业队伍施工为主 民工施工为辅 北洛河城区段橡胶坝初步设计 36 1 基础处理 大面积基槽开挖 场地平整等 上部砂卵石及泥 岩适宜用挖掘机开挖 自卸汽车运输 也可用推土机 拖拉机等 而齿 槽及底板部位在接近设计尺寸修整边坡及开挖时 可采用人工开挖办法 施工 基坑开挖应呈梯形断面 施工边坡不宜太陡 弃土边缘和建筑物边 缘不小于 2m 且不影响交通 基坑完成后 设排水沟加强排水 对基 础原土进行分层分段平整夯实 2 砼工程 运至工地上的水泥必须有制造厂的品质试验报告 必须在实验室进行复验 必要时还应进行化学分析 存期不得超过三个 月 为确保砼质量 工程所用的砼配合比必须通过试验决定 经济合理 地确定水泥 砂 石料用量 在浇筑第一层砼前 必须先铺一层 2 3 cm的水泥砂浆 砼的浇筑 应按一定的厚度 次序 方向 分层进行 保证密实性好 强度高 和易性好 砼工程均用机械拌和 斗车运输 脚手架进仓 机械振捣 3 机电设备及金属结构设备安装工程 严格按照设计及机电 金属结构有关施工规范施工 8 4 施工进度及技术供应 8 4 1 施工进度 某县北洛河城区段橡胶坝工程安排的施工工期短 受季节性影响较 大 施工单位应在施工进度布置上有步骤 有目的地进行 科学地安排 北洛河城区段橡胶坝初步设计 37 进度计划 合理调配劳动力 在分项工程施工中互不干扰 争取在 6 月 30 日以前竣工并投入运用 主体工程施工进度安排 2 至 3 月完成工地三通一平 左岸两坝段基坑开挖 工程围堰填筑 等 施工材料和部分设备基本到位 进行基础工程施工 4 月完成橡胶 坝基础开挖及砼浇筑 4 月 5 月完成橡胶坝袋安装 开挖左右岸河堤 基础 完成河堤浇筑 6 月完成控制室工程 6 月 30 日以前必须全部竣 工 不影响河道安全行洪 按照以上施工安排 科学调配劳力 层层把关 确保施工质量 避 免返工和窝工 按期全面竣工 8 4 2 技术供应 施工技术供应工作是保证工程顺利进行的关键 必须根据技术要求 及施工进度计划 做好技术供应工作 一 物资及机械供应 工程所需主要