肥城市尚庄炉水库除险加固工程施工方案.doc

肥城市尚庄炉水库除险加固工程施工方案1.工程概况1.1工程基本情况尚庄炉水库位于肥城市安庄镇尚庄炉村北大汶河支流小汇河上，是一座以防洪为主兼顾灌溉、水产养殖等综合利用的中型水库，控制流域面积141km2。水库原设计死库容6万m3，兴利库容1014万m3，总库容2870万m3，灌溉面积4.1万亩。经本次设计复核，死库容6万m3，水库兴利库容1014万m3，总库容3422.51万m3，灌溉面积2.4万亩。水库枢纽工程现状包括大坝，溢洪道和东、西放水洞等。大坝为均质土坝，全长808m，坝顶宽6m，坝顶高程101.1m，防浪墙顶高程102.1m，最大坝高17.1m。大坝上游坡为干砌石护坡，坡度为1:3；下游坡为草皮护坡，在94.0m高程处设戗台一道，戗台以上坡度为1:2.75，戗台以下坡度为1:3.5，并设有预制砼板菱形排水沟，在戗台内侧和坝脚设两条浆砌石纵向排水沟。溢洪道位于尚庄炉水库大坝右端，为正槽开敞式溢洪道，由溢流堰和下游泄槽组成，总长399m，桩号以大坝轴线为0+000，溢洪道最大泄量863m3/s(三查三定标准)。溢流堰堰顶高程95.5m，堰长137m，堰上无交通桥，其中溢洪道东侧为80m长浆砌石实用堰，实用堰基础为花岗片麻岩，基础底高程91.5m，堰前地面高程93.0m，堰高2.5m，迎水面坡度1:0.1，背水面坡度1:0.8；西侧为57m长由基岩自然形成的宽顶堰。溢洪道下游无消能防冲设施，堰后即为下游泄槽段，泄槽覆盖层主要为壤土，表层已开垦为耕地，耕植深度一般在0.5m左右，覆盖层抗冲能力极差，溢洪道退刷严重，下游现已形成一条长70m、深4m的冲沟。水库设有东、西两个放水洞。东放水洞位于大坝桩号0180m处，为无压砌石拱涵洞，进口洞底高程90.5m，出口洞底高程90.1m，设计引水流量2.5m3/s，最大引水流量8m3/s，洞长58m，其中进水涵洞长16.80m，出水涵洞长41.20m，闸前涵洞宽1.5m，墩高1.8m，拱高0.75m，闸后涵洞宽1.5m，墩高2.1m，拱高0.75m，两段涵洞基础都为基岩。闸孔尺寸11m2，原为钢木闸门，2000年5月更新为1.21.2m2拱型铸铁闸门，设15T螺杆式手电两用启闭机，但启闭机房未改造。西放水洞位于大坝桩号0220m处，进口底高程86.3m，出口底高程86.0m，设计引水流量1.5m3/s，洞长85m，放水洞基础为基岩。竖井前为长31.5m无压砌石拱涵，断面10.8m2，拱高0.5m，拱厚0.6m。竖井以后为有压圆管，长53.5m，砌两层拱石，石厚0.3m，拱厚0.6m，管孔直径0.7m，在当时无条件做砼管形式下，因压力管水头较高，打算在坝后建水电站，经济南市水利指挥部、省水利勘察设计院批准，压力管上建3.6m厚砌石压顶，压顶顶宽3.0m，圆管涵洞下为浆砌块石，底宽6.5m。由于多次扩建，启闭机房被埋在大坝内，在坝顶留有洞口能进入启闭机房。放水洞闸门为钢木闸门，配7T螺杆式启闭机，1988年因闸门无法关闭，闸前用麦秸泥堵死，闸门与启闭机已彻底不能使用，现西放水洞处坝体漏水非常严重。水库建成以来发挥了较好的防洪、灌溉等社会效益和经济效益。但由于历史原因，水库工程标准低、质量差，运行以来，维修、加固资金加之长期不足，致使工程老化退化，存在严重隐患，影响防洪安全。1.2工程设计概况为确保水库安全，2002年5月，肥城市尚庄炉水库管理所委托泰安市水利勘测设计研究院编制肥城市尚庄炉水库安全鉴定报告。2002年8月，水利部大坝安全管理中心坝函20021235号文关于尚庄炉水库三类坝安全鉴定成果的核查意见，评定该水库为险库，大坝评定为三类坝。2002年10月，泰安市水利勘测设计研究院编制完成肥城市尚庄炉水库除险加固工程可行性研究报告。2003年4月，山东省发展计划委员会鲁计农经2003386号文关于肥城市上庄炉水库除险加固工程可行性研究报告的批复，批准除险加固工程立项，核定尚庄炉水库除险加固工程规模为中型，枢纽工程等别为三等，主要建筑物为3级，次要建筑物为4级；水库防洪标准为百年一遇洪水设计，设计洪水位98.50m，千年一遇洪水校核，校核洪水位100.23m；溢洪道消能防冲标准为三十年一遇洪水设计；水库兴利水位95.50m，死水位86.30m；总库容3422.51万m3，兴利库容1014.0万m3，防洪库容2402.51万m3。2003年10月，泰安市水利勘测设计研究院编制完成肥城市尚庄炉水库除险加固工程初步设计报告。2003年12月，水利部黄河水利委员会“黄规计函200344号关于发送山东省肥城市尚庄炉水库除险加固工程初步设计审查意见的函批准初步设计。依据审查意见的函批复意见，2005年5月，泰安市水利勘测设计研究院编制完成山东省肥城市尚庄炉水库除险加固一期工程施工图。2006年12月，泰安市水利勘测设计研究院编制完成山东省肥城市尚庄炉水库除险加固溢洪道工程（二期）施工图。1.3设计依据1.3.1.依据文件及资料（一）二三年十二月，水利部黄河水利委员会“黄规计函200344号关于发送山东省肥城市尚庄炉水库除险加固工程初步设计审查意见的函； （二）二三年十月，泰安市水利勘测设计研究院编肥城市尚庄炉水库除险加固工程初步设计报告；（三）二二年十月，泰安市水利勘测设计研究院编的肥城市尚庄炉水库除险加固工程可行性研究报告；（四）二二年八月，水利部大坝安全管理中心坝函20021235号文关于尚庄炉水库三类坝安全鉴定成果的核查意见； （五）二三年四月，山东省发展计划委员会 “鲁计农经2003386号文关于肥城市上庄炉水库除险加固工程可行性研究报告的批复”（六）二二年二月，泰安市水利勘测设计研究院编肥城市尚庄炉水库安全鉴定现场安全检查报告；（七）二二年二月，泰安市水利勘测设计研究院编肥城市尚庄炉水库安全鉴定运行管理报告；（十）二二年五月，泰安市水利勘测设计研究院编肥城市尚庄炉水库安全鉴定设计洪水复核报告；（十一）二二年五月，山东省水利工程质量检测中心站、山东省水利科学研究院编肥城市尚庄炉水库安全鉴定大坝老化病害检测评估报告；(十二)二二年五月，山东省水利工程质量检测中心站、山东省水利科学研究院编肥城市尚庄炉水库安全鉴定溢洪闸、放水洞安全检测评估报告；（十三）二二年五月，山东省水利工程质量检测中心站、山东省水利科学研究院编肥城市尚庄炉水库安全鉴定大坝渗流、边坡稳定及变形分析报告；（十四）二二年一月，山东科技大学资源与环境工程学院肥城市尚庄炉水库大坝渗漏CT探测报告；（十五）二二年五月，泰安市水利勘测设计研究院编肥城市尚庄炉水库安全鉴定溢洪道与放水洞设计复核报告；（十六）二二年五月，泰安市水利勘测设计研究院编肥城市尚庄炉水库安全鉴定综合分析评价报告；（十七）二二年五月，泰安市水利勘测设计研究院编肥城市尚庄炉水库安全鉴定大坝安全鉴定报告书；（十八）二二年二月，泰安市水利勘察院编肥城市尚庄炉水库工程地质勘察报告；（十九）肥城市尚庄炉水库管理所提供的肥城市尚庄炉水库大坝、溢洪道、放水洞原设计资料。1.3.2. 规范依据（一）全国病险水库、水闸除险加固专项规划文件汇编；（二）水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）；（三）防洪标准（GB50201-94）；（四）国家标准GB18306-2001中国地震动参数区划图；（五）碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）；（六）溢洪道设计规范（SL253-2000）；（七）水闸设计规范（SL265-2001）；（八）水工建筑物抗震设计规范（DL5073-97）；（九）水工混凝土结构设计规范（SL/T191-96）；（十）水工建筑物荷载设计规范（DL5077-97）； （十一）水工建筑物抗冰冻设计规范（DL/T5082-1998）；（十二）砌体结构设计规范（GBJ3-88）；（十三）水利水电工程钢闸门设计规范（SL74-95）；（十四）水利水电工程启闭机设计规范（SL41-93）；（十五）水利水电工程钢闸门制造安装及验收规范（DL/T5018-94）；（十六）水利水电工程启闭机制造安装及验收规范（DL/T5019-94）；（十七）电气规程规范及标准大全。1.4工程等级及设计标准（1）工程等级依据防洪标准(GB50201-94)水利水电枢纽工程等级划分标准，尚庄炉水库枢纽工程等别为三等，大坝、溢洪道、放水洞等主要建筑物级别为3级，次要建筑物为4级。（2）防洪标准依据防洪标准，尚庄炉水库防洪标准为：正常运用（设计）洪水标准为百年一遇（P=1），非常运用（校核）洪水标准为千年一遇（P=0.1）。依据溢洪道设计规范（SL253-2000），溢洪道消能防冲标准为三十年一遇洪水设计，百十年一遇洪水校核。（3）地震烈度依据国家质量技术监督局2001年发布的中国地震动参数区划图，工程所在区域地震动峰值加速度为0.05g，按照水工建筑物抗震设计规范(DL5073-97)的规定，大坝、溢洪道（闸）、放水洞不进行抗震稳定安全复核计算。1.5 设计原则 （1）贯彻安全第一、经济高效、美观实用的设计方针。 积极采用新 技术、新材料提高工程的科技含量。按照技术先进、投资经济、施工方便， 有利于管理的方针，对工程进行设计。 （2）工程设计与当前行业规划相协调并遵循国家、行业的有关政策、 标准、规范。1.6 主要工程内容1.6.1 一期施工内容（1）坝体上部透水层处理：将桩号0+2250+300坝段，高程97.48m以上的含砾壤土和粗砂层全部挖除，用符合筑坝要求的新土重新回填、压实,其余坝段采用原土就地翻压,翻压厚度1.0m。（2）上游坝坡加固：将上游88.0m高程以上护坡、垫层拆除，采用干砌方块石重新砌筑上游护坡，护坡下设垫层和复合土工膜防渗层。（3）下游排水体重建：0+2200+740坝段下游排水体重建。（4）拆除重建防浪墙、坝顶路面改建。（5）坝基混凝土板墙防渗。（6）东放水洞拱涵与坝体接触部位充填灌浆、拱涵内壁喷聚合物丙乳砂浆防渗；西放水洞内衬钢管，砌石涵管与坝体接触部位充填灌浆，高喷截渗环，放水洞出口闸阀、消力设施，原竖井回填。（7）附属及观测设施：管理用房、防汛路，位移、渗流、观测设施等。（8）库区建设：库区交通，供水，灌溉设施等。1.6.2 二期工程（1）溢洪道进口、大坝西裹头拆除重建；（2）新建溢洪闸及交通桥；（3）新建溢洪道消能防冲设施；（4）防汛码头和环境绿化等工程。1.7施工安排一期工程施工期为15个月：2003年3月至2004年5月底，其中施工期为11个月。二期工程施工期从2007年9月20日开始至2008年5月30日完成。1.8主要技术、经济指标本次设计，根据工程内容，编制了设计预算。 主要技术、经济指标如下： 1.8.1 主要技术指标 尚庄炉水库技术特性指标表 表1-1序号主 要 指 标单位数量备注1死水位m86.302正常蓄水位m95.503防洪高水位m97.303p=5%4相应泄量m3/s500.00控制泄量5相应防洪库容万m3680.286防洪高水位m97.653p=3.33%7相应泄量m3/s500.00控制泄量8相应防洪库容万m3830.969设计洪水位m98.50p=1%10相应泄量m3/s657.36控制泄量11设计调洪库容万m31226.5312校核洪水位m100.23p=0.1%13最大泄量m3/s936.5614校核调洪库容万m32402.5115总库容万m33422.5116兴利库容万m31014.0017死库容万m36.0018灌溉低水位m86.3019灌溉保证率5020灌溉面积万亩2.0尚庄炉水库大坝主要技术特性指标表 表1-2工程指标单位大坝坝型均质坝坝长m808最大坝高m17.1坝顶宽m6.0坝顶高程m101.1防浪墙顶高程m102.1迎水坡1:3.0背水坡1:2.75、1:3.5棱体排水长250m,高4.0m尚庄炉水库放水洞主要技术指标表 表1-3名 称单位东放水洞西放水洞备 注型式浆砌石涵洞浆砌石涵洞无 压设计流量m3/s2.51.5进口底高程m90.586.3断面尺寸m墩高2m，拱高0.75m墩高2m，拱高0.75m闸门型式尺寸m1.21.2m2拱型铸铁闸门11m2钢木闸门启闭机型式启门力(KN)15T螺杆式手电两用启闭机7T螺杆式启闭机 1.8.2 主要经济指标尚庄炉水库初设批复总投资5004.5万元，其中枢纽工程投资4521.31万元，环境工程投资483.19万元。尚庄炉水库除险加固一期工程施工图预算：3002.10万元。批复一期枢纽工程投资2383.44万元。其中建筑工程1665.09万元，机电设备及安装工程203.87万元，金属结构设备及安装工程4.52万元，临时工程137.43万元，其他费用372.53万元。批复环境工程投资450.86万元。其中移民征地补偿费430.86万元，环境影响补偿费20万元。尚庄炉水库除险加固溢洪道工程施工图预算静态投资：2295.58万元。核定二期工程预算投资2142.85万元。枢纽工程投资2090.03万元，其中建筑工程1371.02万元，机电设备及安装工程144.37万元，金属结构设备及安装工程153.77万元，临时工程77.19万元，其他费用343.68万元。水土保持工程投资52.82万元。2.水文复核2.1 流域简况尚庄炉水库地处津浦铁路以西，肥城市驻地南约18km处的小汇河上，区域内水系属大汶河水系，在形态上为树枝状水系，较大河流有康王河、汇河，水库所在的小汇河呈北南流向，于安庄镇南约8公里处汇入大汶河。水库三面环山，流域界限明确。水库流域面积141km2，河道干流坡度为0.0041。流域内有小（一）型水库5座，小（二）型水库13座，其兴利库容分别为740.3万m3、269.6万m3，总和为1009.9万m3。2.2兴利库容复核已建水库兴利调节计算的目的是按灌区的实际灌溉定额和实际面积，复核水库的现状兴利库容是否满足现有灌溉面积的需要。设计按现状实际有效灌溉面积为2.0万亩，灌区灌溉水的有效利用系数为0.65；灌区作物的复种指数1.75，灌区种植面积冬小麦占75%，夏玉米占70%，春玉米占30%，对水库的现状兴利库容进行了复核。经复核，按兴利库容1014万m3，兴利水位为95.5m计算，灌区灌溉面积可达2.4万亩，大于现有灌溉面积，因此现有兴利库容满足灌溉要求，兴利库容及水位保持不变。2.3 设计洪水计算复核根据国家防洪标准GB50201-94确定该水库正常运用（设计）洪水标准为百年一遇（P=1%），非常运用（校核）洪水标准为千年一遇（P=0.1%）。尚庄炉水库临近有安临雨量站、安驾庄雨量站、肥城雨量站。为合理选用设计暴雨，对各雨量站实测最大24小时降雨量及地区综合降雨量资料进行了对比分析，其对比结果见表2-1。临近各雨量站降雨规律基本相近，其中安驾庄雨量站位于水库下游，肥城雨量站位于水库上游，距离比较远，有低山丘岭相隔，而安临雨量站基本位于流域中心位置，是国家常年观测雨量站，具有长系列实测降雨资料。由表2-1知，由安临雨量站实测降雨资料所推求的不同频率的暴雨设计值均大于其它站及地区综合暴雨设计值，而该水库流域面积只有141km2，且安临雨量站基本位于流域中心位置，因此采用由安临雨量站实测24小时设计暴雨推求设计洪水，并采用最大初损值为60mm的净雨。按矩法公式初估频率曲线的统计参数的均值X、变差系数CV，取偏态系数CS=3.5 CV，频率曲线的线型采用皮尔逊III型曲线，以理论频率曲线与经验频率曲线点拟合较好为原则，通过适线求得设计点雨量。各雨量站不同频率实测最大24小时降雨量对比表 表2-1雨 频率量站名5%3.3%2%1%0.1%备注安临雨量站221245274314447安驾庄雨量站184202224255353肥城雨量站193210234268375地区综合雨量219243271310438安临站历年各时段最大降水量表 表2-2 单位：mm 时段年份年最大24小时 时段年份年最大24小时1963123.4198682.71964145.51987135.2196548.8198873.9196640.51989107.9196758.81990116.9196841.81991101.61969136.9199253.51970161.9199398.3197184.11994164.4197282.31995105.11973240.31996110.2197451.41997185.8197567.41998125.71976141.6199958.8197787.6200054.61978238.7200178.9197974.5200260.01980123.02003119.5198145.12004140.51982109.1200588.51983103.2200678.5198470.9200756.01985142.9200863.5由于自2002年以来该水库流域内大暴雨，系列由原设计的2001年延长至2008年后，适线结果均值由104.4mm减小为101.7mm，而CV值不变，因此系列延长后24小时暴雨设计值减小，且与原设计相差较小，证明原设计值合理，仍采用原设计值。经洪水调节计算核定百年一遇设计洪水位为98.50m，千年一遇校核洪水位为100.23m，相应总库容为3420万m3。具体数据见表2-3 洪水调节计算成果表 表2-3名 称单 位数 量备 注死水位m86.30正常蓄水位m95.50防洪高水位m97.303p=5%相应泄量m3/s500.00控制泄量防洪高水位m97.653p=3.33%相应泄量m3/s500.00控制泄量相应防洪库容万m3830.96设计洪水位m98.50p=1%相应泄量m3/s657.36设计调洪库容万m31226.53校核洪水位m100.23p=0.1%最大泄量m3/s936.56校核调洪库容万m32402.51总库容万m33422.51兴利库容万m31014死库容万m36.002.5 水库调度尚庄炉水库新建溢洪闸后，为了充分发挥水库的防洪效益，减轻下游的洪涝灾害，应对下泄的洪水进行必要的控泄，因该水库是一座中型水库，其洪水调节宜采用一级控泄原则。水库的控泄标准为：对30年一遇洪水控泄500m3/s，超过30年一遇洪水敞泄。尚庄炉水库除险加固前下游用水由放水洞放水解决，除险加固工程对放水洞进行了加固，使下游用水得到了更好的保障，下闸蓄水后下游用水不受影响。3 除险加固设计3.1 工程存在的问题3.1.1 大坝坝体大坝历经1959年初建、1966年扩建、1976年加高，三期工程建设而成，在运行过程中又进行了多次续建才达到现有规模（大坝历次加高培厚断面见附图）。大坝坝体为多次加高培厚而成，新旧坝体结合部位多，且存在软弱夹层；大坝施工中，土料质量把关不严，碾压不实，形成坝体填筑质量的先天不足；1966年扩建时，溢洪道西移20m ,导流墙与原坝头之间用杂填土筑起，填筑质量差，造成大坝裹头绕渗严重；放水洞与坝体不是同时施工，放水洞周围为后填土，碾压不实，致使多次形成横向裂缝。大坝运行四十多年来，多次出现纵向裂缝，大坝坝坡凹陷等险情，坝体不密实导致坝体渗水严重，给大坝运行带来严重威胁。3.1.2 大坝坝基据尚庄炉水库管理所提供的资料，水库初建时为典型的“三边工程”，既无勘测亦无钻探，就仓促上马。大坝主河槽段，桩号0280m0530m段，宽250米，按原设计应清基至风化岩0.2米，因施工中截流坝被冲毁，截水槽被淤平，因工期紧，未清槽就运土料筑坝，因此主河槽段大坝与基础间有透水砂层，致使截水槽失去作用。大坝右侧主河槽以西桩号05300808段，宽278米，位于小汇河弯道右岸，因覆盖层堆积厚，开挖难度大，建坝时仅做表层处理，未进行清基。经地质钻探知：坝基主要为砾沙层。砾砂在整个河槽段广泛分布，厚度在0.88.8m间，平均为5.0m。此层密度为2.0g/cm3，含水量为22，干密度为1.65g/cm3。由其颗粒大小分配曲线来看，其控制粒径d60为1.7mm，属砾砂范畴，无粘粒，粉粒含量在5.97.2间，砂粒含量51.365.4%，砂样级配不良，不能同时满足不均匀系数Cu5和曲率系数Cc13的条件，说明坝基渗漏已将粘、粉粒冲蚀殆尽。由于以上三方面的原因，坝基存在严重渗漏，多处出现渗透破坏，危机大坝安全。3.1.3 溢洪道溢洪道为开敞式溢洪道，溢流坝、岸墙存在严重质量问题，严重影响工程安全运行。无闸控制，不利于汛期洪水调度及水资源的充分利用；溢洪道无通桥，不利于防汛抢险要求；溢洪道下游无消能防冲设施，退刷严重； 3.1.4 放水洞东放水洞：东放水洞浆砌石涵洞渗漏，溶蚀严重，影响正常运行。引水渠砌筑标准低，块石松动、老化、坍塌严重。西放水洞：西放水洞为坝内浆砌石涵洞，未做截渗环，且砂浆强度不满足要求，已形成渗漏通道，导致坝体沉陷裂缝，危及大坝安全。另外大坝扩建时闸室被埋在大坝内，未作防渗处理，也是工程的一大隐患。3.1.5 管理设施目前水库管理单位为尚庄炉水库管理所，为库灌合一的管理单位，属肥城市水利局下设的股级单位，共有正式管理人员32人，仅有2名工程技术人员。水库管理所现有的办公室、职工宿舍及防汛备料仓库，都是六、七十年代修建的，均为简易平房，老化陈旧、坍塌漏雨，已完全不能满足现代化工程管理的需要。坝体沉降位移观测设施简陋，无精密观测仪器；测压管多已淤堵损坏，无法构成完整观测断面。坝后测渗流工程已损坏不能使。变电设备及防汛线路已运行多年，老化、短路现象十分严重。由于水库地处偏远山区，汛期高压供电难以保证，而原配发电机组老化已不能使用。3.2 除险加固的任务水库运行42年来发挥了重要的社会效益和经济效益，今后随着国民经济的发展及水资源需求的日益增长，特别是该水库将作为南水北调工程向肥城市供水的调蓄水库，水库的地位将日趋重要。由于建库时设计标准低，施工质量差，加上长期以来维修加固资金不足，工程老化退化严重，存在严重安全隐患。本次除险加固的任务就是要确保水库安全，充分发挥水库效益，为当地的社会、经济发展提供防洪安全和水资源保障。尚庄炉水库枢纽工程包括：大坝、溢洪道、放水洞三部分，其中大坝、放水洞两部分的除险加固在一期工程中完成，溢洪道的除险加固在二期工程完成。一期工程具体任务有以下方面：（1）对坝体、坝基的渗漏部位进行防渗加固处理，构筑完善的防渗体系，确保大坝安全。（2）对放水洞及其与坝体接触部位进行加固和防渗处理，对损毁和影响安全的结构进行修复和改建，确保大坝安全和放水洞的正常使用。（3）对上、下游护坡，下游排水体，防浪墙，坝顶道路等损毁结构进行重建。（4）按规范要求，配套完善水库管理、安全检测、水文观测、防汛指挥调度系统和防汛道路等,（5）按规范要求，对管理单位的设施进行改建和更新。（6）对因水库加固后蓄水位提高而淹没的库区村的生产和生活进行改建和补偿。二期工程具体任务有以下方面：（1）对大坝西裹头进行防渗加固处理，构筑完善的防渗体系，确保大坝安全。（2）新建溢洪闸及交通桥，对洪水进行有效控制，充分发挥水库的效益；（3）新建溢洪道消能防冲设施，保证大坝和下游的防洪安全；（4）完善环境保护和绿化工程。3.3 大坝加固设计3.3.1 坝顶防浪墙防浪墙部分勾缝砂浆已与砌体剥离，勾缝砂浆剥落处其内部的砌筑砂浆已松动，经检测防浪墙勾缝砂浆强度和砌筑砂浆强度均不满足要求，必须拆除重建。新建防浪墙共计785.2m，墙顶高程102.10m，采用M10水泥砂浆砌筑，基础采用块石，高1.0m、底宽1.3m；墙身采用粗料石，高1.3m（坝顶以上0.8m）、宽0.5m；墙顶采用细料石压顶，厚0.2m、宽0.6m。为防止不均匀沉降，墙体设伸缩缝，间距20m，缝宽2cm，采用沥青油毛毡止水。3.3.2 坝顶路面大坝坝顶原为土路面，每逢降雨道路泥泞，冲沟多处，严重影响了防汛交通安全，为此本次加固将坝顶路面改为泥结碎石路面。根据尚庄炉水库的实际运用情况，坝顶宽仍为6m，总长825m。坝顶路面采用泥结碎石路面，路面结构自下而上依次为：碾压坝顶、250mm厚灰土垫层（石灰含量12%）、250mm厚泥灰结碎石层（石灰、水泥、碎石配合比为5:3:92，集料压碎值小于35%），坝顶路面采用2.0%的坡倾向下游，下游坝肩设花岗岩路沿石，每隔30m设一排水口。3.3.3 上游护坡加固设计 将原上游护坡拆除到死水位，将拆除的护坡石、防浪墙和片石垫层等抛填到上游护坡88.0m高程以下作为抛石护坡，高程88.0m以上采用干砌方块石护坡。 依据碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）计算干砌方块石护坡粒径和厚度，经计算块石在最大局部波压力作用下所需的直径D=21cm，平均粒径D50=25cm。砌石护坡厚度计算值t=27.3cm，取t=28cm。护坡共分3层，第1层为砂垫层，厚15cm，第2层为碎石垫层(粒径24cm)，厚15cm，第3层为干砌方块石护坡，厚28cm。3.3.4 坝体加固坝体存在的问题主要有两方面：一是坝体上部存在透水层，透水层迎水面底高程为97.4899.6m，顶高程为98.8100.27m，属高压缩性高渗透性土层，不符合防渗体要求。二是下部坝体土质混杂，内部大量存在含砾壤土等夹层、透镜体，多处存在软弱面。针对以上问题，本次坝体加固的主要目的是提高坝体密实度和防渗能力，有效的减少渗漏损失，防止不均匀沉陷和裂缝的产生。（一）坝体上部加固本次加固将坝体高程97.48m以上含砾壤土和砂层透水段全部挖除，重新换土碾压，同时为了该坝段与其他坝段的连接及结合坝顶路面建设，将其余坝段进行翻压。（二）下部坝体加固针对该坝的特点，坝体防渗加固可采用翻压加固、防渗墙、复合防渗膜三种方案。通过对技术、经济、施工等方面的对比，本次坝体加固采用复合防渗膜方案。由于坝体土质混杂、施工质量差、碾压不实，加之护坡损毁严重，在风浪的作用下，上游坝面多处产生塌陷，已起伏不平。为了防止在防渗膜施工后，上游坝坡由于浸润线降低，坝体排水而引起进一步的不均匀沉陷，同时也为了平整上游坝坡，在铺设防渗膜前，对上游坝坡按垂直坝体1m的厚度进行翻压，同时对凹陷的部位进行复土。复合防渗膜膜厚0.5mm，两侧复合300g/m2的土工布。为了保护防渗膜，在防渗膜与护坡碎石垫层之间设15cm厚的砂垫层。3.3.5 下游坝坡加固设计（一）下游坝坡下游坝坡由于沉陷，坝面起伏不平，护坡草皮疏密不匀，质量较差，需对坝坡进行覆土整平，对草皮护坡进行更新。（二）坝后排水体将0+2800+740段的原棱体排水体拆除重建，其中0+2800+530段为棱体排水，排水体与坝体接触部位铺设300g/m2无纺土工布一层，其上铺设0.2m厚的粗砂垫层，再铺设0.2m厚粒径2040mm的碎石层作为过渡层，排水体外表面设30cm厚的干砌方块石护面，排水体内部为干砌乱石填腹；0+5300+740段为贴坡排水，底部铺设300g/m2无纺土工布一层，其上铺设0.2m厚的粗砂垫层，再铺设0.2m厚粒径2040mm的碎石层作为过渡层，排水体外表面设30cm厚的干砌方块石护面。3.3.6 坝基防渗设计本次坝基防渗加固的目的就是阻止坝基和坝后覆盖层进一步渗透破坏，减少水库渗漏损失，保证坝体的安全。参考大坝高密度电法CT探测报告结合类似工程经验，依据碾压式土石坝设计规范的要求，研究确定防渗体深度为深入基岩强风化面以下1.0m。（一）防渗方案选择针对该坝的特点，坝基防渗可采用垂直铺塑、高压旋喷防渗墙、高压摆喷防渗墙、薄型混凝土防渗墙四种方案，在初步设计阶段对四种方案做了详细的技术经济比较。认为：薄型混凝土防渗墙方案与其它方案相比，具有防渗可靠、耐久性强、施工质量容易控制和检测等优点，且方案投资相差不多，因此决定采用薄型混凝土防渗墙方案作为尚庄炉水库坝基防渗处理方案。（二）薄型混凝土防渗墙设计影响防渗墙厚度的因素有很多，主要考虑两个：一是墙体的允许比降；二是施工设备和施工技术条件；三是溶蚀速度。按混凝土防渗墙的允许的水力坡降上限计算墙厚为27cm，且作为目前我省的混凝土防渗墙施工设备、技术条件和抗溶蚀性，砼防渗墙墙厚30cm是比较可靠的，因此本次设计确定砼防渗墙墙厚为30cm。桩号0+2250+767.9段坝基需进行砼板墙防渗，其中0+3000+650段防渗墙按平行坝轴线布置，两侧坝肩部位沿坝肩布置，长度范围包括整个大坝沙砾石覆盖层，共计551.1m。大坝防渗墙施工按2005年11月份开始2006年1月底结束，在此期间最大月来水量为13.5万m3，按当月来水全部拦蓄计算最高蓄水位为87.0m，考虑1.0m的安全超高，确定防渗墙顶高程为88.0m。考虑到基岩防渗，墙底部深入至基岩面以下2.5m。尚庄炉水库为老坝加固，后期变形较小，而且坝和防渗墙高度较低，因此，基岩内的防渗墙采用C15素混凝土，基岩以上部分采用C10塑性混凝土，墙顶0.5m深采用粘土封顶，形成一个从坝基直到坝体的完整的防渗体系，彻底解决坝基渗漏问题。3.3.7 防洪安全复核（一）基本资料（1）风速：尚庄炉水库水域上空10m处多年平均最大风速为16m/s。（2）风区长度：根据尚庄炉水库水域情况，在库区1/10000地形图上量得：设计洪水位98.50m，风区长度为3.0km；千年校核洪水位100.23m，风区长度为3.2km。（3）水深：取水域平均深度。设计情况Hm=13.34m，校核情况Hm=15.09 m。（4）依据国标GB18306-2001中国地震动参数区划图本区地震动峰值加速度为0.05g,，按水工建筑物抗震设计规范不进行设防。（二）波浪爬高计算（1）风浪要素：按碾压式土石坝设计规范SL274-2001（附录一）莆田试验站公式进行计算式中：g重力加速度，取9.8m/s2平均波高（m）平均周期（s）平均波长（m）W风速(m/s)，设计洪水位取满库期多年平均最大风速的1.5倍，校核洪水位取满库期多年平均最大风速。Hm水域平均水深（m） D风区长度（m）计算成果见表3-1。 风浪要素成果表 表3-1设计情况风速W(m/s)风区长度D (m)平均水深Hm(m)平均波高hm (m)平均周期Tm (s)平均波长Lm (m)P=1%水位98.50 m24300013.340.603.4318.40P=0.1%水位100.23m16320015.090.402.8012.28（2）波浪爬高计算莆田试验站公式：式中：Rm波浪在斜坡上的平均爬高（m） K斜坡的糙率渗透性系数，砌石护坡取 K=0.77KW经验系数，由风速W，坡前水深H，重力加速度g所组成的无维量W/查附表得设计洪水情况时KW =1.096，校核洪水情况时KW =1.01m大坝坝坡率（m=3.0）波浪爬高RP=KP.式中：Kp由/H查碾压式土石坝设计规范附表得累积概率P=1%时的Kp=2.23，计算结果见表3-2。 波浪爬高成果表 表3-2 设计情况hm(m)Lm(m)Rp/RmRm (m)RpP=1%水位98.50m0.6018.402.230.8861.976P=0.1%水位100.23m0.4012.282.230.5451.215（三）风壅水面高度计算式中：e计算点处的风壅水面高度（m） K综合摩阻系数，取K=3.610-6 Hm水域平均水深(m) 风向与水域中线的夹角（度）计算结果见表3-3。 风壅水面高度成果表 表3-3 设计情况W(m/s)D(m)Hm(m)(度)e(m)P=1%水位98.50m24300013.3400.024P=0.1%水位100.23 m16320015.0900.011（四）坝顶超高计算根据碾压式土石坝设计规范坝顶超高按下式确定：Y=RP+e+A式中：Y坝顶超高（m）Rp在坝坡上波浪最大爬高（m）e最大风壅高度（m）A安全加高（m），设计A=0.7m,校核A=0.4m。计算结果见表3-4。 坝顶超高计算表 表3-4 设计情况RP(m)e(m)A(m)Y(m)P=1%水位98.50 m1.9760.0240.702.700P=0.1%水位100.23m1.2150.0110.401.626(五)坝顶高程复核坝顶高程等于水库静水位与超高之和，按以下情况取其最大值。（1）设计洪水位+设计情况下的坝顶超高 98.50+2.700=101.200(m)（2）校核洪水位+校核情况下的坝顶超高 100.23+1.626=101.856(m)（六）复核结论经防洪安全复核，尚庄炉水库加固后坝顶高程101.10m，防浪墙顶高程102.10m，高于以上设计和校核洪水位情况下要求的坝顶高程，复核说明水库大坝现状坝顶高程满足规范要求。3.3.8 坝坡稳定复核（一）计算参数边坡静力稳定计算参数列入表3-5。大坝边坡静力稳定计算土工指标 表3-5断面桩号位置干密度0(g/cm3)湿密度(g/cm3)饱和密度sat(g/cm3)直剪饱和、固结三轴剪备 注C/(kPa/度)C/(kPa/度)C/(kPa/度)0+300坝体1.651.982.0419.7/26.823.3/22.925.9/21.41、抗剪强度参数均采用小值平均值。2、C/、C/分别为三轴饱和固结不排水剪的总应力和有效应力参数。坝基1.682.052.070.0/30.24.0/ 29.00.0/ 31.00+500坝体1.631.992.0332.8/16.727.9/16.529.2/18.5坝基1.772.062.100.0/ 29.62.0/ 29.60.0/ 30.0坝坡稳定计算采用北京勘测设计研究院和天津勘测设计研究院编制的软件“土坝坝坡稳定计算程序”（98版）。程序以满足力矩平衡的瑞典条分法计算公式和考虑土条水平侧向力的简化毕肖普法计算公式为计算模型，逐一计算各土条中不同土质的抗滑力和滑动力，抗滑力总和与滑动力总和的比值即为稳定安全系数。程序通过变换圆心座标位置和滑弧深度（或圆弧半径）自动寻找出最危险（安全系数最小）的滑弧。（二）静水位条件下上、下游坝坡稳定计算对0+300和0+500两个断面在兴利水位(95.50 m)、P=1%的设计洪水位(98.50m)、P=0.1%的校核洪水位(100.23m)三种工况时的上、下游坝坡稳定分别用瑞典条分法和简化毕肖普法进行了计算，计算得到的各工况下最小抗滑稳定安全系数见表3-6 。由规范可知：级建筑物正常运用条件下，瑞典条分法计算的坝坡抗滑稳定最小安全系数为1.20，简化毕肖普法计算的坝坡抗滑稳定最小安全系数为1.30；非常运用条件下，瑞典条分法计算的坝坡抗滑稳定最小安全系数为1.10，简化毕肖普法计算的坝坡抗滑稳定最小安全系数为1.20；从表3-6中可以看出：两断面在各种工况下计算出来的静水位条件下的上、下游坝坡最小抗滑稳定安全系数均大于规范值。 静水位条件下坝坡最小抗滑稳定安全系数 表3-6桩 号工 况瑞典条分法简化毕肖普法上游坡下游坡规范规定值上游坡下游坡规范规定值0+300兴利水位2.4132.2091.202.5992.2721.30P=1%2.8211.8832.9822.080P=0.1%2.8991.8331.102.9432.0221.200+500兴利水位2.3411.8921.202.4642.0511.30P=1%2.6171.7422.6231.852P=0.1%2.7291.6981.102.8311.7801.20（三）水位骤降时上游坝坡稳定计算计算工况有两种，分别为：(1)上游P=1%设计洪水位98.50m，经17小时骤降至兴利水位95.50m；(2)上游P=0.1%校核洪水位100.23m，经22小时骤降至兴利水位95.50m。两断面在以上两种水位骤降工况下，用瑞典条分法计算出的上游坝坡的最小抗滑稳定安全系数见表3-7。计算数据表明：由于受坝基透水性影响，库水位骤降时，坝体内浸润线跟降较快，两种工况、两个断面用瑞典条分法计算出的水位骤降时上游坝坡最小抗滑稳定安全系数均大于1.10(非常运用条件下的规范值)。水位骤降时的上游坝坡最小抗滑稳定安全系数 表3-7桩 号水 位工 况降至95.50m规范规定值0+300P=1%2.3511.10P=0.1%2.3140+500P=1%2.236P=0.1%2.203（四）坝坡稳定复核结论在各种工况下坝坡稳定均满足规范要求，坝坡复核满足要求。3.4 放水洞加固设计本次放水洞除险加固的目的：一是充填阻塞洞身与坝体之间的接触冲刷形成渗漏的通道；二是解决洞身的防渗和补强问题；三是更新闸门及启闭设备。在初设阶段，通过方案比较，确定对东放水洞采用由洞内向外充填灌浆的方法，对西放水洞采取洞外充填灌浆的方法，阻塞放水洞与坝体接触部位的渗漏通道。东放水洞为浆砌石结构，渗漏的主要原因是砌筑质量差，在长期的冻融和溶蚀作用下，砌缝渗漏、溶蚀严重，因此采用聚合物砂浆勾缝及抹面防渗。西放水洞渗漏的主要原因是管身质量差，因此采用内衬钢管法加固。3.4.1 放水洞与坝体接触灌浆设计东放水洞采用由洞内向外充填灌浆的方法，按垂直管轴线环形布孔，第一排孔位置在距竖井边缘约0.6m处，设3个灌浆孔；第二排在第一排下游2.0m处，设2个灌浆孔，与第一排的灌浆孔呈梅花形交错布置；依此顺序向下游诸排布设。单排孔在施工过程中按两序孔进行灌浆，先钻灌第I序孔，然后钻灌第II序孔。灌浆检查孔间距8m。西放水洞采取洞外充填灌浆的方法，按平行管轴线布置4排，第一排孔位置在管轴线右侧0.9m处，第二排孔位置在管轴线左侧0.9m处，第三排孔在管轴线右侧3.6m处，第四排孔位置在管轴线左侧3.6m处，排距1.8m，孔距2.0m。第一二排孔深入压顶砌石1.0m；第三、四排钻孔深度至基岩面以下1.0m。单排孔在施工过程中按两序孔进行灌浆，先钻灌第I序孔，然后钻灌第II序孔，I序孔间距4m，II序孔间距2m，灌浆检查孔间距8m。灌浆浆液均采用水灰比为0.8：1的水泥浆。3.4.2放水洞加固设计（一）东放水洞（1）聚合物砂浆勾缝洞身砌体在勾缝前需将原砌体勾缝的砂浆踢除，踢除深度3cm以上，冲洗干净后方可勾缝，勾缝一律采用凹缝，在勾缝完成后进行抹面；（2）竖井内壁墙增设厚20cm的钢筋网砼防渗层；（3）出口洞周与坝坡接触区增设无纺土工布反滤排水设施；（4）拆除重建启闭机房。（二）西放水洞西放水洞为浆砌石有压圆管结构，断面小、高程低，因渗漏险情严重，长时间封闭不用，已对坝体构成重大隐患，必须彻底加固处理。（1）西放水洞进水渠及尾水渠设计 西放水洞位于大坝桩号0+220处，加固后总长99.00m，主要由五部分组成：放水洞进水渠段、检修闸门段、洞身段、闸后阀室、尾水渠消力池。除放水洞原洞身段为加固、补强、