某水库除险加固工程可行性研究报告

xxxxxx 水库除险加固工程 可 行 性 研 究 报 告 XX 市水利水电规划设计院 二 O O 一年四月 目 录 第一章 基本情况 1 第一节 自然概况 1 一、地理位置 1 二、水文、气候 1 三、地质、土壤 1 第二节 社会经济 2 第三节 工程概况 2 一、工程规模 2 二、主要建筑物情况 3 第二章 可行性研究的主要任务 4 第一节 工程存在的主要问题 4 第二节 工程主要任务 4 第三章 水库防洪复核计算 5 第一节 基本资料和依据 5 第二节 防洪复核计算 5 第三节 防洪复核计算成果及结论 8 第四章 整险加固设计 8 第一节 枢纽布置 8 第二节 大坝横断面尺寸拟定 9 第三节 大坝 防渗 10 第四节 坝体排水 11 第五节 大坝稳定计算 11 第六节 溢洪道设计 14 第七节 输水剅 、启闭机台、工作桥及灌溉渠设计 19 第五章 施工组织设及计投资估算 21 第一节 施工组织设计 21 第二节 主要工程量 23 第三节 投资估算 24 第六章 效益分析 26 第一节 社会效益 26 第二节 经济效益 27 第三节 环境效益 27 - 1 - 第一章 基 本 情 况 第一节 自然概况 一、 地理位置 XX 水库原名小猫儿冲水库，地处三岔河流域上游，位于 XX 市城郊 xxxxxx 村。该村东与 XX 县龙泉镇接壤，西与窑湾乡石板村毗邻，南靠大树湾村和东山开发区。 水库坝址距 XX 城区 10 公里，水库坝顶公路与朝阳公路相连，与城区和东山经济开发区相通，交通十分便利。 二、 水文、气候 流域属亚热带季风气候，四季分明，雨量充沛，主溪三岔河长 3.5公里。流域多年平均降雨量 1086 毫米，年径流总量 295.4 万立方米，其降雨的特征是暴雨集中，约占全年降雨的 70%，多集中在 69 月；年均气温 16.9，极端最高温度 40.4 ， 极端最低温度 -7.9，年有效活动积温 5115，无霜期 278天，平均日照百分率 38%。 三、 地质、土壤 流域地势东北高，西南低，由东北向西南倾斜，海拔最高点 241.4米，最低点 68 米，相对高差 173.7 米，地貌类型为丘陵区。土壤以紫色土为主，成土母质为红砂岩，其岩体松脆，易于风化，矿质养分较丰富，加之水热条件好，生物活动旺盛， 土壤质地较好。适宜的农作物有水稻、油菜、蔬菜等，经济林树种以柑桔为主。 第二节 社会经济 流域辖大树湾、 XX2 个村，面积 6.8 平方公里，总人口 2029 人，农业劳动力 1054 个。现有耕地 2670 亩，其中水田 1590 亩，梯平田- 2 - 375 亩，坡耕地 705亩。 据 2000 年国民经济统计资料，全流域工农业总产值 541 万元，其中农业产值 306 万元，农业人均纯收入 2725元。 第三节、 工程概况 受 XX 市 XX 区窑湾乡水利站委托， XX 市水利水电规划设计院承担了 XX 水库除 险整治加固任务。 2001 年三月十八日至二十日用全站仪对水库大坝测绘了 1:200 的地形图，对库区测绘了 1:1000 的地形图。假定村委会路口的朝阳公路路面高程为 100.00m， 1 点坐标 X = 100.000， Y = 239.600； 2 点坐标 X = 100.000， Y = 148.400。 一、 工程规模 XX 水库坝址承雨面积 0.56km2， 1957 年冬由大树湾、 XX 两村共同修建， 1958 年春建成。由于 XX 水库没有保存工程资料，根据实测情况和对在当地调查推算得知：水库坝址河床高程约 84m，坝顶高程在 91m左右，坝高约 7m。运行期间，对当地农作物的灌溉用水起到了十分重要作用。为了进一步提高灌溉效益，于 1974 年对水库大坝进行续建加高。即在原坝顶高程 91m 基础上采用迎水面砌筑直立条石（最大块约 1.5 吨）挡土墙方式，将大坝加高 4.5m 至现在的 95.5m 高程，坝顶宽度增加到 12m14m，最大坝高达到 11.5m。溢洪道桥涵宽4.0m，同时对大坝背水坡进行了填土培厚处理。 根据 XX 市水资源调查评价及水利化区划， 84 年实测水库总库容为 10.0 万立方米，死库容为 0.3 万立方米，有效库容 9.7 万立方米， 防洪安全标准： 130mm/h。按水利水电枢纽工程等级划分及 SDJ12 78设计标准，属五等工程小（二）型水库，主要建筑物为五级。 小（二）型水库洪水标准：正常运用洪水重现期为 20 年，非常运用（土石坝型）洪水重现期为 200 年。 - 3 - 二、 主要建筑物情况 水库枢纽工程主要由大坝、溢洪道和输水管等组成，其平面位置见“水库大坝现状地形图”。 1、大坝 水库大坝系均质土坝，土料为坝址右岸山上的红砂土，坝顶轴线长度从 1： 200 地形图量得总长为 116m，坝顶宽 12m14m，泥结石主路面宽约 3.2m，溢洪道两桥涵处路面宽 4.0m。实测水面距坝顶5.78m6.28m ，平均 6.0m ，即水面高程为 89.50m ，坝顶高程95.28m95.78m，坝顶高程平均为 95.5m。上游面高程 94.5m 至 93.5m为斜坡面， 93.5m 至 91.4m 为直立浆砌条石挡土墙，高程 91.4m90.5m为两阶浆砌条石大方脚， 90.5m以下约为 1: 3 干砌石护坡镇脚。下游坝坡平均坡率为 1: 2，坡脚高程 85.3m，整个坡面长满杂草，坡脚紧邻两处鱼池，两坝肩部分种植柑桔。 2、溢洪道 溢洪道位于大坝左岸，型式为开敞式，底板没有护砌，堰顶高程约为 94.1m。建设初期为宽 3.2m 的单孔浆砌拱涵（拱矢高 1.6m，拱圈厚 1.0m），后来扩建成两孔拱涵，使溢洪道过水净宽达到 6.2m。溢洪道出口两侧挡水墙干砌处理长度 10m，陡坡段泄槽基本利用岸坡地形未作工程处理，没有设置消能设施，行洪沟为土渠，断面小且不规则，土渠两侧均种植了柑桔。 3、输水管 输水、放空管位于大坝右岸、左岸各一处，右岸输水管为低剅，取水型式为斜坡笛管式，为砼方形断面（ 50 50cm），最低取水高程约为 86.5m，出水口高程为 85.5m，渠首高程为 86.1m，为淹没出流。灌溉引水渠渠床大多为土渠，部分为石渠，均未采取衬砌措施；左岸- 4 - 设有一处高剅，剅口高程为 93.0m 左右，为 200mm 的砼圆管，用于控制水库蓄水位，两处均未设启闭设备。 第二章 可行性研究的主要任务 第一节 工程存在的主要问题 XX 水 库 1974 年续建加高至今，最高库水位距溢洪道堰顶 50cm左右，从未到达溢洪道堰顶高程，即溢洪道从未使用过。最近 78 年以来，蓄水位一直维持在 91m 左右，距离溢洪道堰顶高程 94.1m 差3m。据 XX 村委会介绍，该水库半库运行的主要原因是蓄水位抬高后大坝背水坡出现严重的散浸现象，不敢蓄水；再加上迎水面条石砌筑的直立堡坎受风浪掏刷严重，最大掏深达 1.2m，后将淘刷部位进行了临时处理，随着蓄水位抬高会随时出现内堤坍塌，危及大坝安全。 另外，溢洪道堰顶后段陡坡泄槽和消力池均未采取工程措施，行洪沟断面 不足且不畅通，不能满足泄洪要求，因此要限制蓄水；输水剅管破损造成水库漏水，且启闭不灵，不仅给管理带来不便，而且危及工程安全，严重影响工程效益。 第二节 整治主要任务 针对工程存在的主要问题，根据业主的要求，此次 XX 水库除险整治加固设计的主要任务是： 1、大坝迎水面防渗处理； 2、坝面外形整治； 3、坝体排水设备设置； 4、输水剅管更换、修建启闭机房和交通桥； 5、溢洪道和陡坡段泄槽及消能设计； 6、右岸灌溉渠和左岸行洪渠改造设计。 第三章 水库防洪复核计算 - 5 - XX 水库属小（二）型水库，五级建筑物，水库洪水标准：正常运用洪水重现期为 20年（即设计洪水频率 P=5%），非常运用（土石坝型）洪水重现期为 200 年（即校核洪水频率 P=0.5%）。 第一节、 基本资料和依据 一、 坝址承雨面积 F = 0.56km2 设计风力为 6 级，风速 V = 12.3m/s 校核风力为 5 级，风速 V = 9.35m/s 二、 流域类型判别 1、 流域分类： J = H/L 式中： H 坝址河床与分水岭的高差 L 坝址河床到分水岭的距离 从 1： 5000地形图上量得： H = 236.0 121.1 = 114.9m， L = 1400m J = H/L = 114.9/1400 = 0.082 = 8.2% =515%，属山丘区。 2、流域形状分类： f = 2LFf = 2LF = 24.156.0 = 0.28，属一般。 流域类型属五级标准的第三种 山丘区一般。 第二节 防洪复核计算 由暴雨资料推求洪峰流量 采用原“湖北省 XX 地区行政公署水利电力局文件，宜署水电（ 85） 63 号关于水库防洪复核计算中若干具体问题的通知，对我区小流域大多无实测水文资料建议：小型水库采用经验公式计算。 一、按小流域洪峰流量经验公式计算 Qm = KHt - 6 - 式中： Qm 洪峰流量 m3/s Ht 造峰暴雨，为造峰历时 t内的相应于洪水标准 的暴雨量 mm K 随流域面积大小与地形变化的综合系数 造峰暴雨指数 1、 计算造峰雨量 Ht Ht = HF2424t ndtd 24 式中： HF24 面雨量 n 暴雨递减指数。除远安用 0.7外其他各县均用 0.65 d 暴雨参数 。一律采用 0.2 t 造峰历时。 采用山区扇形： t = 0.35F0.52 = 0.35 0.560.52 = 0.26 采用丘区长形 ： t = 0.5F0.52 = 0.5 0.560.52 = 0.37 采用山丘区一般：内插 t = 0.33 2、 计算综合系数 K 采用山区扇形： K = 0.026F0.75 = 0.026 0.560.76 = 0.0167 采用丘区长形： K = 0.024F0.73 = 0.024 0.560.73 = 0.0157 采用山丘区一般：内插 K = 0.0163 3、 计算造峰暴雨指数 采用山区扇形 = 1.63 (F+0.5) 0.036 = 1.63 (0.56+0.5) 0.036 = 1.63 采用丘区长形 = 1.55 (F+0.5) 0.034 = 1.55 (0.56+0.5) 0.034 =1.54 采用山丘区一般：内插 = 1.59 4、 暴雨点面系数 24 24 = (1+b F)-a 式中： F 承雨面积（ km2） a、 b 为常数， XX 市水文分区属第区 - 7 - a = 0.168 b = 0.0054 24 = (1+0.0054 0.56)-0.168 = 0.999 =1 面雨量 HF24 = 24 H24 = H24 查湖北省水文手册“最大 24 小时点暴雨重现期表”： XX 站20 年重现期最大降水量为 229.6mm， 200 年重现期最大降水量为386.1mm。 P = 5%情况： Ht = HF2424t ndtd 24 = 229.62433.0 65.02.033.02.024 = 37.8 Qm = KHt = 0.0163 37.81.59 = 5.26m3/s P = 0.5%情况： Ht = HF2424t ndtd 24 = 386.12433.0 65.02.033.02.024 = 63.6 Qm = KHt = 0.0163 63.61.59 = 12.01m3/s 二、按小（二）型水库的洪水复核标准计算 考虑到我区已出现过时暴雨 120mm 的实际情况，仍按过去复核标准，即一小时暴雨 120140mm，一小时泄完，其径流系数取 1.0，水库上游来多少，溢洪道泄多少，作为非常运用标准，并考虑安全超高，其 洪峰流量 Qm公式： Qm= 0.278 (120140) F 式中： F 为承雨面积（ km2） XX 站一小时暴雨 130mm代入： Qm= 0.278 130 F = 0.278 130 0.56 = 20.24 m3/s 三、防洪复核计算成果及结论 - 8 - 根据上述两种经验公式计算的洪峰流量 Qm 比较后得出：非常运用标准采用“小（二）型水库的洪水复核标准” 值（即 Qm=20.24 m3/s）， 正常运用标准采用“按小流域洪峰流量经验公式计算”值（即Qm= 5.26 m3/s）。确定坝顶高程后用非常运用标准的洪峰流量 Qm=20.24 m3/s 计算溢洪道宽顶堰高程，以确保大坝安全。用正常运用标准的洪峰流量 Qm=5.26 m3/s 计算溢洪道行洪沟的断面尺寸。 第四章 整险加固设计 第一节 枢纽布置 如前所述， XX 水库工程大坝上游边坡存在不稳定隐患，下游边坡散浸严重，需对大坝进行坝坡调整和防渗排水处理；坝坡调整时在满足坝体稳定的前提下要考虑以下三方面：一是应尽量少占下游鱼池，二是减少挖填方量， 三是上游坡脚不宜向水中伸入太多，以利施工。 根据上述原则，通过比较，将原坝轴线向下游平移 4.4m。新坝轴线由点 KD1（ X = 101.410， Y = 228.860）和点 KD2（ X = 103.840， Y = 114.940）控制，轴线长 133.942m。 溢洪道改造为开敞式正堰，溢流堰轴线与坝轴线正交，交点坐标为 JD1（ X = 101.600， Y = 222.700），经陡坡段和消能池与排洪沟相连。为满足右岸交通要求，在溢流堰顶设置钢筋混凝土双 T 形梁结构的公路桥。 输水管为坝下涵管，考虑到原输水管放水设施落后，启闭不便，为防止因涵管漏水而影响大坝安全及操作运行方便，此次设计将原高剅和低剅封堵，并在原低剅右侧 1m处布置新的输水管线，管线轴线与坝轴线正交，交点坐标为 JD2（ X = 103.010， Y = 154.410）。输水管由闸门控制，通过工作桥在闸室内进行启闭，输水管出口在下游 KD4（ X - 9 - = 69.350， Y = 152.720）处与渠道相连。 考虑到水库的运行管理，利用大坝上游坝坡取土回填的机会，在库内右岸修建水库管理用房 100m2，高程 96.0m，距坝轴线 80m。 第二节 大坝横断面尺寸拟定 大坝横断面尺寸应满足坝体稳定要求，对一级均质坝，碾压容重为 1.71.8t，取上游坝坡 1:2.01:2.5，下游坝坡 1:2.0。 XX 水库大坝最大坝高 11.5m，为一级均质坝，加固设计确定上游坝坡为 1:2.25，下游坝坡 1:2.0。上游采用 10cm 厚 C15 砼预制块护坡，下铺 20cm 厚砂垫层；下游坝壳用草皮护坡，草皮应选择爬地矮草，也可采用植草护坡，在坝坡上先铺腐植土，加肥料后再撒草籽。 确定坝顶高程时，考虑现状坝顶左岸高，右岸低 ，并结合溢洪道公路桥的布置和坝顶公路与朝阳公路的平顺连接，将坝顶高程划分为四段：溢洪道处坝顶公路桥面高程为 96.5m，桩号为 0+000（ KD1 点） 0+010，路面纵坡 i = 0； 0+010 0+040 段坝顶公路面高程从96.5m渐变到 94.7m坝顶高程，路面纵坡 i =2.7%； 0+040 0+133.94段坝顶公路面高程为 94.7m；现状坝顶公路到左坝头朝阳公路由于纵坡太大需进行改线，在 KD1 与 KD3（ X = 77.220， Y = 257.700，高程97.0m）处作圆弧相连。转角 = 75 ， 圆弧半径 R = 30m，圆弧长39.3m，圆弧段路面纵坡 i =1.3%。圆心点坐标为 X = 228.300， Y = 71.200，折线交点 JD3坐标为 X = 100.700， Y =252.100。 坝顶宽度按构造对中低坝选用 510m，确定坝顶宽度为 6m， 其中坝顶公路宽 4.5m。在坝顶上游侧设 90cm 高的防浪墙，防浪墙可防止浪花溅到坝顶并保障行人安全，用钢筋混凝土修建。坝顶路面浇筑15cm 厚 C20砼，下铺 10cm 厚碎石垫层，路面向下游侧倾斜 23%的坡度，以便排除雨水，下游侧埋设混凝土边石。 - 10 - 考虑从下游背坡到鱼池、排洪沟和灌溉渠的交通要求，在下游背坡中部设置宽 200cm 的踏步，沿大坝横断面顺踏步设置排水沟，将坝面雨水汇入下游坡脚纵向排水沟，最后排入灌溉引水渠。踏步和排水沟用浆砌石砌筑，用水泥砂浆抹面。 第三节 大坝防渗 防渗方案：土坝防渗的目的一是减少坝体渗漏量，二是降低下游坝坡浸润线高度，保持大坝渗流水出流稳定。根据本坝坝型及渗漏情况可考虑三种防渗方案。 1、水泥浆 或水泥粘土浆灌浆：这一方案由于坝体填筑材料的 D15和渗透系数 K 未取样做物理力学试验，因此它的可灌性和灌浆材料也无法确定。但从我市堤防堤身灌浆的实践看，结合本坝实际，采用水泥粘土浆灌浆应该是可能的，灌浆时可采用单排孔，孔距 1 2m，总进尺大约 1100m。 2、砼刚性防渗墙：在坝顶上游侧向下挖一深槽，成型槽底宽1.0m，然后浇筑厚 1.0m、 S4、 C10砼，该方案需砼 1500m3左右。 3、土工膜防渗：按照设计横断面预留出上游护坡（约 10cm）和砂垫层厚度（ 20cm）后，将上游坝坡 按 1:2.25 削坡修整，然后铺设一布一膜土工布。其上铺 20cm 厚粗中砂，表面为 10cm 厚 C15 预制砼块护坡，该方案需土工布 3500m2。 方案比较：上述三个方案中，方案二所需砼方量较大，投资大，且深槽开挖对坝体损伤大，不可取；方案一按其总进尺，投资最少，但由于缺乏试验资料，可灌性和灌浆材料难以确定；方案三即土工膜防渗，其防渗可靠，施工技术成熟、简单，缺点是投资高于第一方案。根据上述各方案优缺点比较，本阶段推荐第三方案即土工膜防渗方案。 - 11 - 采用土工膜防渗防渗在施工中应注意以下问题 ：土工膜的物理力学指标必须符合设计要求；在上游坝坡中部应设一道防滑槽，槽的截面尺寸为 50 50cm；土工膜的上部铺至校核洪水位以上，下部和两岸应铺设至基岩或粘土层；要保证土工膜的搭接长度和焊接质量。 第四节 坝体排水 排水设备应设置在坝的下游部靠近坝体和坝基相接的地方。排水设备应在任何时候都具有充分的排水能力，以保证排走全部渗水。表面式排水设备的用途是防止在渗流逸出表面时发生流土，同时还起着保护坝坡的作用。本坝采用土工膜防渗效果较好，坝体排水采用表面式排水设备。因为表面式排 水设备是最简单的排水设备，尤其是当缺乏足够数量的石料时更为适宜。表面式排水设备易于观察和检修，当坝体中浸润线位置不高，没有必要降低下游坝体中的浸润线时，应采用这种排水设备。 为了防止下游坝坡雨水冲刷而形成雨淋沟，应设置纵横排水沟，汇集径流，排到坝脚。顺着踏步在坝坡的横向设置两条排水沟，与纵向排水沟连接。沿着坝坡与岸坡的连接线，必须设置排水沟，沟的最小宽度不应小于 30cm，以利清淤。 第五节 大坝稳定计算 一、稳定计算的目的 稳定计算的目的是保证坝体在自重、各 种情况的空隙压力和外荷载的作用下，具有足够的稳定性，不致发生通过坝体或坝体和地基的整体剪切破坏。由于土坝体积很大，没有倾复的问题，也没有受水压力、浪压力而发生滑动的问题，因此不必对这些作用力加以计算。但是渗透压力能降低坝坡的稳定性。 土坝中的渗透压力主要有以下两种渗透形式：在正常运行情况- 12 - 下，当渗流自上游流向下游时所产生的稳定渗流；当水库水位下降时，上游坝体产生不稳定渗流，坝体孔隙中所含的水自坡面上流出，同时坝体中水位随着逐渐下降。 XX 水库大坝为均质坝，本次除险加固上游面坡率 为 1： 2.25， 迎水面采用一布一膜土工布防渗处理，坝体浸润线位置低，加上水库消落水位小，因此稳定计算只复核在正常运行情况的稳定渗流所产生渗透压力下的坝坡抗滑稳定最小安全系数，以此复核确定的下游坝坡是否满足要求。 二、计算坝体浸润线 虽然迎水面采用一布一膜土工布防渗处理后坝体浸润线位置低，但是在计算坝体浸润线时，不考虑土工布的作用，按在不透水地基上土坝渗流水力学解法中的均质坝下游无排水设备情况进行复核。 1、基本资料 设计溢洪道堰顶高程为 94.0m，正常水位 94.0m，河床高程约为84.0m，上游坡率 m1 = 2.25，下游坡率 m2 = 2.0。 2、坝体浸润线确定 一个下游无水也无排水设备的均质土坝由于上游三角形坝体的阻渗作用，使浸润线进入坝体的一段向上游弯曲，见下图。 上游正常水位到河床高差 H = 94.0 84.0 = 10.0m 土坝的渗径 l = (95.7 94.0) 2.25+6.0+(95.7 84.0) 2.0 =33.225m 查值表：Hl= 0.10225.33=3.32 m1 = 2.25 得 = 0.244 向上游弯曲长度 l = H = 0.244 10.0 = 2.44m L = l + l = 33.225+2.44 = 35.67m 查表确 定浸润线在下游坝坡的出逸点高度0a： m2 = 2.0，Hl= 3.567， 得Ha0= 0.473， 0a= 4.73m - 13 - 按达塞定律 q = kJA ，则单位坝长的渗流量为： )(2 02202amllaHkq = 48.1)73.40.267.35(273.40.10 22 坝体内浸润线各点的高度xh，根据该点与出逸点的水平距离 x 由下式算得： 4.2296.273.448.122 220 xxaxkqhx浸润线如下图所示 三、稳定计算结果 稳定计算采用水电部天津勘测设计院编制的“ K 1 土石坝边坡稳定分析程序”，程序在计算方法方面采用了瑞典条分法和考虑土条水平侧向力的简化毕肖甫法。程序适用于均质坝、心（斜）墙坝和土石混合坝的坝坡稳定计算。采用混合法连续计算方式，即计 算一个指定的滑弧，就是先用网格法以给定滑弧圆心为中心，以大步长向四周布设 49 个点逐一计算，找出安全系数最小的点，转入优选法计算，向最小安全系数逼近，找出该滑弧深度的最小安全系数。 - 14 - 按程序建立坐标系、节点编号、线条编号、编区域号，将原始数据编写数据文件输入程序进行计算，结果如下：见浸润线图，最危险滑弧的滑弧深度 Dp = 13.80m，最危险滑弧的圆心坐标 X0 = 15.90m ，Y0 = -10.30m，最大滑弧深度的最小安全系数为 A1 = 1.285 大于规范允许的最小安全系数 K = 1.05，满足要求，下游坝坡设计合理。 第六节 溢洪道设计 本次改造设计仍采用河岸式溢洪道，由进口段、陡坡段和出口消能段组成。 一、 宽顶堰设计 现状溢洪道进口段两桥涵拱脚之间宽 8.2m，拱涵净宽 6.2m，溢洪道进口段底板距涵洞拱顶 2.6m（拱矢高 1.6m，拱圈厚 1.0m），底板未做衬砌处理。 1、堰顶高程确定 设计进口段采用宽顶堰型，过堰流量采用 Qm = 20.24 m3/s，以此计算过堰流量所对应的堰上水头。 Q = 2/302 Hgmb式中： 侧收缩系数 m 流量系数 b 溢流前缘长度 H0 堰上水头，水库流速水头取为 0 取 P/H 3 时， m = 0.36 不同长度的堰顶溢流前缘所对应的堰顶水头如下： 溢流前缘长度 Q = 5.26m3/s Q = 20.24m3/s - 15 - b=8.0m H0 =0.554m H0 = 1.361m b=7.0m H0 = 0.606m H0 = 1.488m b=6.0m H0 = 0.671m H0 = 1.649m b=5.0m H0 = 0.758m H0 = 1.862m 非溢流坝顶安全超高下限值按以下标准确定： 正常（设计洪峰流量）情况： h = 0.5m 非常（校核洪峰流量）情况： h = 0.3m 根据上述计算可以得出：溢洪道结构形式应由双孔拱涵改为单孔箱形涵，上部为双梁式钢筋混凝土结构公路桥，公路桥截面高拟定为10b，此 次设计以溢洪道顶部过坝公路桥面高程 96.5m（溢洪道以右坝顶路面高程为 95.7m）来控制宽顶堰顶部高程。 不同长度堰顶溢流前缘所对应的宽顶堰顶部高程如下： 溢流前缘长度 公路桥 截面高 桥高 +安全超高 宽顶堰顶部高程上限 b=8.0m 0.8m 1.1m 94.039m b=7.0m 0.7m 1.0m 94.012m b=6.0m 0.6m 0.9m 93.951m b=5.0m 0.5m 0.8m 93.838m 现状溢洪道进口段堰顶高程为 94.1m，从上述表中比较后看出，当溢流前缘长度 b=8.0m，堰顶高程为 94.039m 时，公路桥面高程为96.5m，溢洪道以右的坝顶高程为 95.70m，满足坝面高程要求，因此确定进口段堰顶高程为 94.0m。 2、进口段结构设计 根据上述计算结果得出：现状溢洪道进口段两桥涵拱脚之间宽- 16 - 8.2m，拱涵净宽 6.2m，涵洞拱矢高 1.6m，断面不能通过 Q = 20.24m3/s的流量，危及大坝安全。加上右侧拱圈断面已经剪断破坏，此次设计拆除现有的双孔拱涵，将溢洪道进口段宽顶堰改建为单孔箱形涵。堰顶公路桥采用 C25双梁式钢筋 混凝土结构，截面高 0.8m，宽 8.0m。将现状堰底板开挖到设计高程，下部采用 40cm 厚 80#砂浆砌石，上部浇筑 15cm 厚 C20 钢筋混凝土。进口圆弧面导水墙根据上游坝坡确定高程，宽顶堰段进出口两侧边墙顶高程为 96.5m，采用 80#砂浆砌石挡土墙梯形断面，外层为 15cm厚 C15钢筋混凝土。 二、陡坡段和出口消能段设计 根据实测地形图得知：现状底板落在红砂岩基础上，从拱涵出口30m 处，高程由 94m 下降到 88m 左右，在 30m 处形成陡坡，高程由88m下降到 86.5m， 后接排洪渠道。 根据地形条件，确定陡坡长 30m，采用坡度 i = 0.23。即泄水陡槽紧接宽顶堰末端，陡槽进口高程为 94.0m，经 30m 陡坡段后高程降为87.0m，后接消力池，消力池底板高程为 85.0m。 溢洪道下泄流量 Q = 20.24m3/s，以此进行陡坡段设计。 1、 陡坡段水面曲线及边墙高度确定 临界水深计算： hk= 32gq = 3 281.9 53.21.1 = 0.895m 式中： q 单宽流量， q = BQ= 324.20= 6.75 m3/s /m 1.1 正常水深计算： 陡坡段泄槽采用矩形断面，底宽 B = 3.0m ，混凝土衬砌， n=0.017 i = 0.23，按明渠流公式计算正常水深 h0 =0.496m ch= 1.05 2.86= 3.003m 池深满足要求，根据计算结果最后确定消力池深 1.0m，池长 12.0m。陡坡段边墙采用 80#砂浆砌石挡土墙梯形断面，外层为 15cm厚 C15钢筋混凝土。消力池底板下层采用 80#砂浆砌石，面层为 15cm厚 C15钢筋混凝土。 - 18 - 三、排洪沟设计 对溢洪道行洪沟断面尺寸确定：采用砼衬砌梯形过水断面，设计过水流量 Q = 5.26m3/s，糙率 n = 0.017，拟定纵坡 i = 1/5001/1500。 采用均匀流公式计算过水断面水深 Q = imhbnhmhb3/223/512 b m n i h 1.5m 0.5 0.017 1/1000 1.556m 1.0m 1.0 0.017 1/1000 1.459m 1.5m 0.5 0.017 1/1500 1.744m 1.5m 1.0 0.017 1/1500 1.427m 1.5m 0.5 0.017 1/500 1.276m 1.0m 1.0 0.017 1/500 1.236m 1.5m 1.0 0.017 1/500 1.078m 1.5m 1.25 0.017 1/500 1.020m 1.2m 1.25 0.017 1/500 1.096m 1.0m 1.25 0.017 1/500 1.152m 对现状溢洪道排洪沟纵断面实测：从溢洪道拱涵出口至三岔河入汇口长度为 325m，土渠断面底宽在 60cm120cm 之间，土渠断面右侧紧邻鱼池，渠深在 50cm80cm，土渠断面左侧为山坡，为半挖半填式渠道，渠堤种植柑桔树。 经过对上述过水断面进行比较， 选用排洪沟梯形断面尺寸为： 底宽 b = 1.2m ，左右边坡系数 m = 1.25 ，糙率 n = 0.017 纵坡 i = 1/500 ，渠道 过水深 h = 1.096m。 排洪沟渠道采用砼三面光衬砌，衬砌厚度为 10cm，考虑到溢洪道使用机率少，渠道高度确定为 1.2m，出现超设计洪水时允许漫渠顶。根据现有的土渠断面，渠道尽量邻山坡布置为半挖半填式，以增加渠道边坡的稳定。排洪沟右侧堤顶高程在 85m76m 之间，渠床高程多在- 19 - 84m75m之间，桩号 230m断面到桩号 250m断面土渠沟底高程相差近2.4m，要布置一级跌水，排洪沟在桩号 325m断面转弯进入河道。 第七节 输水 剅 、启闭机台、工作桥及灌溉渠设计 一、 输水剅设计 此次设计将左岸一处高剅（位于溢洪道进口，剅口高程为 93.0m左右， 200mm 的砼管）废除，只在右岸设置一处输水管。将右岸现有斜坡笛管取水型式改造为螺杆启闭式铸铁闸门，根据现有渠首高程86.1m确定闸室底板高程为 87.0m，输水采用砼圆管。 1、 输水管径确定 设计灌溉引水渠引用流量 Q = 0.3m3/s，采用有压管道恒定流公式计算输水管径。 Q = c gH2 式中： c 管道流量系数， c = dl1 管道断面面积 d 管道直径 l 管道计算段长度 管道计算段中各局部损失系数之和 H 作 用水头 动能改正系数，直管 =1.051.10 沿程阻力系数 根据试算结果： H = 2.5m ， l = 60m，即水库输水高程为 88.6m时，采用管径 40cm的混凝土管能通过引用流 量 Q = 0.3m3/s。当库水位高于 88.6m 时，引水流量大于 Q = 0.3m3/s，可以通过控制闸门开度来调节引水流量；当库水位低于 88.6m 时，引水流量小于 Q = 0.3m3/s，库水位平管顶（高程 87.4m）时，引水流量为 Q = 0.22m3/s。 - 20 - 2、 剅管结构设计 引水灌溉剅管由八字型上游连接段、闸室段、洞身段和出口连接段组成。闸室布置：闸室顺水流方向长度 L = 1.5m，闸室宽度考虑采用 0.5 0.5m 的铸铁平板闸门（选用 L Q 1.0T 螺杆式启闭机），取闸室净宽为 0.8m。闸室边墙 、胸墙和进口八字墙结合上游坝坡平顺布置，底板浇筑 20cm厚 C15钢筋混凝土。 洞身段采用顶管施工方法，避免破堤抽槽，但要注意混凝土顶管的进口封堵处理，避免管内有压水流掏刷坝体，危及坝身安全。 洞身段出口设置 3m的扭曲翼墙与灌溉渠道相连。 二、启闭机台、工作桥设计 为方便闸门启闭，将启闭机台高程同坝顶 95.7m，设置工作桥连接坝顶和启闭机房。启闭机台和工作桥均采用排架式，排架支柱为300mm 圆柱截面，支柱基础根据平面布置埋入上游坝坡 1.0m，基 础底面为二阶大方脚。工作桥面宽 1.2m，两边设置钢管栏杆；启闭机台为直径 3.0m 的圆形结构，周围设置钢管栏杆，上部设置直径 1.5m 的圆形结构启闭机房，房顶为六角亭结构。上述结构均采用 C20 钢筋混凝土，启闭机房采用砖墙围护。 三、灌溉渠设计 对灌溉渠断面尺寸确定：采用砼衬砌梯形过水断面，设计考虑右岸坝坡汇流排入渠道，因此，渠道设计流量为 Q =0.5m3/s，糙率 n = 0.017，拟定纵坡 i = 1/5001/1500。 采用均匀流公式计算过水断面水深 Q = imhbnhmhb3/223/512 b m n i h - 21 - 0.8m 1.0 0.017 1/1000 0.485m 1.0m 1.0 0.017 1/1000 0.437m 1.0m 1.0 0.017 1/1500 0.487m 1.5m 1.0 0.017 1/1500 0.398m 0.5m 1.0 0.017 1/500 0.483m 0.8m 1.0 0.017 1/500 0.401m 对现状灌溉渠纵断面实测 ：从引水剅出口渠首至三岔河入汇口长度为 435m，土渠断面底宽多在 80cm100cm 之间，土渠左侧堤顶高程在 86m75m 之间，渠床高程上段在 85m83m 左右，下段在 81m 左右。经过对上述过水断面进行比较， 选用梯形断面尺寸为： 底宽 b = 0.8m ，左右边坡系数 m = 1.0 ，糙率 n = 0.017 纵坡 i = 1/1000 ，渠道 过水深 h = 0.485m。 设计渠线仍采用现有断面，若过水断面不足，则尽量邻山坡侧布置。其中，在桩号 210m 和桩号 390m 两段渠床为岩石，水流在渠道桩号 435m 处左转弯注入河道。渠道考虑衬砌超高 0.15m，确定渠道高度为 0.65m，渠道断面为 8cm厚 C15砼三面光衬砌。 第五章 施工组织设计及投资估算 第一节 施工组织设计 1、 交通、水电及通讯 XX 水库交通便利，距城区中心 10 公里，水库坝顶公路与朝阳路相连。水库紧邻 XX 村委会，与外界通讯联络方便。施工及生活用水取自东山运河，若遇运河检修停水，可在库内临时筑堤蓄水；施工及生活用电采用大网电源，保证率高。施工中主要建筑材料如水泥、- 22 - 砂、骨 料块石、和管材等可直接从城区采购；大坝回填用料可以利用削坡后的土料 ，不足部分从库内右岸取土，即能解决土源不足，又能增加水库库容。 2、 施工布置与技术要求 施工布置：遵循因地制宜、统筹安排、易于管理、安全可靠、经济合理的原则，以保证工程施工质量，加快施工进度。水泥仓库、钢筋加工厂和施工人员办公、生活用房可以利用水库左坝头闲置的村幼儿园，不足部分则就近解决。砼拌合设备布置在水库右岸，周围平整出场地堆放砂石料。 技术要求： XX 水库除险加固工程根据资金筹措情况，对工程可一次施工，也可 分年施工。若分年实施，则先安排溢洪道和大坝下游背坡的施工。根据设计图纸要求，拆除现有的两孔浆砌石桥涵，对宽顶堰、陡坡段和消力池底板开挖到设计高程后，完成上述底板和侧墙的浆砌，修建钢筋混凝土双 T 形梁结构坝顶公路桥，恢复交通要求，最后浇筑溢洪道面层钢筋混凝土；对下游坝坡进行削坡整治，尽量保留左岸柑桔，根据溢洪道的布置要求和左岸坝顶公路的降坡改线要求，对设计范围内两侧柑桔进行移栽，按设计坡度进行削坡修整，然后安排表面式排水设备的施工，要按图纸要求，最下层紧靠土坝铺筑厚20cm砂，第二层为 20cm卵石，面层为 40cm块石；最后完成下游排水沟和台阶的砌筑。 大坝上游迎水面坝坡施工要选择冬季或春季，将水库放空，拆除上游直立浆砌堡坎。清除设计坝坡线内的淤泥和杂物，对坝坡回填压实整平到设计要求后，铺设一布一膜土工布，然后在其上铺筑 20cm 厚的中粗砂保护层，再在保护层上铺设 10cm 厚 C15预制砼块护坡。土工布下垫层土粒越细，土工布斜墙抗水压的能力越大，在坡面中部设置- 23 - 一道防滑槽，可以预防坝体沉陷将土工布拉坏，在铺设土工布时还要避免土工布的刺破，还要保证土工布的搭接长度和焊接质量；同时完成过堤管的顶管施工及输水预制 砼管的安装、止水处理，剅管闸室、排架、启闭机房和工作桥的施工。 完成溢洪道、下游坡整治和上游防渗及坡面整治后，对排洪沟和灌溉引水渠进行砼三面光整治。 第二节 主要工程量 1、 下游坝体：挖方 79m3 ，填方 1027m3 ， 削坡修整 1728m2 ， 草皮护坡 1728m2 ，排水沟和踏步浆砌石 144 m3 ，排水体 块石 333m3，卵石 159m3，砂 167m3。 2、上游坝体：挖方 1935m3 ，浆砌石拆除 346 m3 ，填方 820 m3 护坡垫层中粗砂 450 m3 ，护坡 C15砼： 225 m3 ，土工膜（一布一膜，200g/m2） 3220 m2 。 3、坝顶：填方 109 m3，公路垫层（混合料） 99 m3 ， C20 砼公路路面 117 m3 ，防浪墙 C20砼 79m3 ，钢筋 2240kg。 4、溢洪道： 80#浆砌石 93 m3， C15 砼 21 m3，钢筋 1350kg，挖方（风化岩石） 57 m3 ，浆砌石拆除 32 m3。 5、陡坡段： 80#浆砌石 126 m3， C15砼 27 m3，钢筋 2370kg，挖方（风化岩石） 52 m3 。 6、消力池： 80#浆砌石 135 m3， C15砼 14 m3，钢筋 1490kg，挖方（风化岩石） 25 m3。 7、排洪沟：挖方 605 m3 ，填方 1083 m3 ， C15砼 232 m3 ，边坡修整 1625m2。 8、灌溉引水渠：挖方 19