白芒山塘安全加固工程可行性研究报告.doc

第一章 综合说明1.1 绪言白芒山塘位于博罗县中部，象头山北麓，距柏塘镇约8公里，白芒洞水属柏塘河二级支流，发源于象头山之上嶂，该山塘上游集雨面积1.52km2，河流长1.89km，总库容为9.9万m3。山塘的任务以生活用水灌溉为主，主要受益区为白芒林场，受益人口800人，灌溉面积350亩。该地区田高河低，泉源缺乏，白芒山塘仅仅拥有一个3m高的破旧水陂。长期以来一年四季各种农作物的耕作都是等靠老天下雨，这350亩水田均是标准的“望天田”，收成极低，缺乏保障。为解决林场老百姓灌溉生活用水问题，特别需要对该山塘进行安全加固来保障下游灌溉和生活供水需求。山塘上游河道河床狭窄，地基表露是坚硬岩石，适合建坝，坝前地势平坦、峡长，库容比较理想。本工程集雨面积为1.52 km2，大坝溢流段最大坝高12m（非溢流段最大坝高15m），坝顶高程为422m，坝顶长度88m，溢流堰顶高程为419m，宽度为8m，正常蓄水库容为7万m3。主要建筑物有：浆砌石坝、放水涵闸和溢流归河渠等。2008年9月，受惠州市博罗县白芒林场的委托，本设计室承担了白芒山塘安全加固工程可行性研究报告的编制任务。本设计室抽调精干人员在惠州市水电工程地质勘测公司于2008年9月中旬完成的地质勘探报告基础上于2008年10月上旬完成该工程的可行性研究报告设计任务。白芒山塘安全加固工程可行性研究报告参照中华人民共和国水利水电工程可行性研究报告编制规程进行编写。1.2 水文、气象白芒洞水发源于象头山，上游处山高林密，雨量充沛，水土保持良好，气候宜人，多年平均降雨量2354毫米，多年平均径流深1648毫米，平均气温21.6。1.3 工程地质本区位于惠州盆地东北边沿，工程区域位于罗浮山山脉之东南部的象头山。工程区岩性主要由花岗岩、片麻岩、石英砂岩等硬质岩构成，岩石抗风化剥蚀能力强，地势较高峻，分水岭两侧陡峻，山脊型状及走向不规则，山脊线坡度起伏大。沿断裂发育及延伸的河谷总体上呈平直状，局部迂回弯曲，河流下切作用明显，局部地段出现跌水瀑布。坝址区为低山沟谷地貌，位于沟谷上游,河谷呈不对称的U型状，左岸坡度3040度左右，右岸坡度2030度，河床高程一般约为410m，河床宽约35m，左岸谷坡上部植被发育，为坡积土层所覆盖，左岸谷坡中、下部为基岩不规则状裸露，右岸植被发育，为坡积土层所覆盖。根据地表出露及钻孔揭露，坝址区的地层岩性单一，河床及两侧为第四系冲洪积层(Qal+pl)、坡积层(Qdl)、残积层(Qel)，基岩为燕山期中粗粒花岗岩。工程区位于相对稳定区域，区域性断裂活动微弱，区域稳定性良好，坝址区工程地质条件较好，不存在不良的地形地貌及地质现象，坝基及坝肩有良好的承载力及抗滑稳定性。1.4 工程规模和规模本工程任务是为下游提供灌溉生活用水，大坝溢流段最大坝高12m（非溢流段最大坝高13m），正常蓄水位为419m，相应库容为7万m3，放水涵管底高程为407.5m，相应死库容为0.5万m3；设计洪水位为421.05m，相应库容为9.2万m3；校核洪水位为421.6m，相应库容为9.9万m3。1.5 工程布置及主要建筑物山塘坝址选在上游河床峡谷，主要建筑物有大坝、放水涵闸和溢流归河渠道等。根据国家标准防洪标准（GB50201-94）及水利水电工程等级划分及洪水标准（SL2522000）的规定，确定白芒山塘为小（）型山塘，V等工程，枢纽建筑物为5级。山塘防洪标准按山区、丘陵考虑，取：设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准为200年一遇，消能工的洪水标准为10年一遇。1.6 工程管理本工程任务是为下游提供灌溉生活用水，根据工程的任务和特点，拟定山塘管理人员2名，财务等方面的管理由建设单位兼管。1.7 施工本工程位于象头山北麓，距柏塘镇约8公里，已有道路可通汽10以上的汽车，可直至坝址（但道路仅为3.5m宽左右，会车有困难），为工程交通运输提供了有利条件。本工程计划扩宽下游元音古寺至坝址的已有运输道路，长500米，路面宽5米，用于工程的施工运输和管理，待工程完工后铺设混凝土路面。计划水泥、钢材由博罗县城购买，块石、碎石在柏塘镇购买，河沙在泰美镇沙场购买。计划施工工期90天，2008年11月初动工，2008年12月下旬基本完成放水涵管以下工程；2009年2月上旬前，主体工程完工及山塘蓄水，2月下旬春节前工程竣工。本工程需要的施工机械设备主要有2m3单斗液压掘土机一台，风钻2台，5吨自卸汽车4辆，自卸农用运输车2辆，搅拌机2台，电焊机2台，振捣器4台，以及一批小型施工机械设备。1.8 山塘淹没处理和工程永久占地山塘水面面积4.3万平米，淹没范围内有少量旱地，目前已种有林果和竹木，没有文物古迹和居民，淹没补偿较小。工程永久占地主要是大坝和山塘淹没，业主已与当地政府和村民签订了工程占地及其附着物的补偿协议。1.9 环境影响评价本工程建设期对区内环境有一定的不利影响，主要是造成局部水土流失，但只要做好水土保持工程和生物防治措施，是不会对环境造成破坏。工程建成后，由于山塘起到了调洪剥峰的作用，减轻了洪水对下游河床冲刷，对下游生态环境起到了一定的保护作用。1.10 工程估算工程估算总投资462.56万元，其中建安工程费412.68万元，设备购置费5.4万元，独立费用23.25万元。工程特性表序号项目单位数量备注一、水文1、集雨面积km21.522、灌溉面积亩3503、供水人口人8004、设计洪水标准p(%)55、设计洪水流量m3/s58.16、校核洪水标准p(%)0.57、校核洪水流量m3/s79.1二、山塘1、校核洪水位m421.62、设计洪水位m421.053、正常蓄水位m4194、死水位m407.5 5、校核洪水位相应库容104m39.96、设计洪水位相应库容104m39.27、正常蓄水位相应库容104m378、死库容104m30.5三、下泄流量1、校核洪水位下泄流量m3/s66.12、设计洪水位下泄流量m3/s48.5四、主要建筑物挡水建筑物1、型式浆砌石重力坝2、坝顶高程 非溢流段m4223、最大坝高 溢流段m419最大坝高 非溢流段m154、坝顶宽度m15.15、坝顶长度m88输水建筑物1、型式预应力砼管2、断面尺寸mm12003、长度m304、闸门型式升降闸门泄水建筑物1、型式实用堰2、堰顶高程m4193、过水净宽m8第二章 水文水力计算2.1 流域概况白芒山塘位于博罗柏塘镇白芒林场境内，位于象头山北麓，与博罗抽水蓄能电站紧紧相连，属柏塘河白芒洞水水资源开发工程之一。白芒洞水属柏塘河二级支流，发源于象头山之别有洞天，集雨面积1.52km2，河流长1.89km，河床比降为0.165。2.2 洪水标准白芒山塘计划坝高为15m，总库容为9.9万m3。山塘下游有元音古寺及林场下洞村。根据国家防洪标准（GB50201-94）和水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）的工程等级划分标准确定白芒山塘为小（）型山塘、等工程，枢纽建筑物为5级。山塘防洪标准按山区、丘陵区考虑，设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准为200年一遇，消能工洪水标准为10年一遇。2.3 洪水计算 1. 计算方法因山塘没有径流观测资料和实测降雨资料，故洪水计算按广东省暴雨径流查算图表查算，其中暴雨参数采用广东省水文局2003年编制的广东省暴雨参数等值线图。白芒山塘集雨区域位于东江中下游右岸，为4号区，主要暴雨参数列表如下：区域主要暴雨参数表 表2.3-1 历时(h)项目10分钟162472备注Ht(mm)2060110160220=1.89/J1/3 =1.89/0.1651/3 =3.44查图表m=0.93Cvt0.30.340.460.460.5t11111Ktp(p=10%)1.4021.4561.6111.6111.661Ktp(p=5%)1.5661.6491.9031.9031.988Ktp(p=0.5%)2.062.242.842.843.052. 计算过程采用电算程序“TL-1A”进行计算，计算的过程和相关参数详见附件(一)白芒山塘洪水计算稿。3. 计算成果按推理公式进行洪水计算，计算成果见表2.3-2。设计洪水计算成果表表2.3-2重现期N（年）1020200备注频率P（）1050.5洪峰Q（m3/s）50.158.179.1洪水总量（万m3）3745762.4 调洪演算1、调洪原则初定白芒山塘大坝采用浆砌石重力坝，山塘泄流设施设在大坝中央，为开敞式无闸控制自由泄流渠道型式，在山塘调洪演算时亦按无限泄要求的方式，起调水位按最不利情况（库水位平溢洪道堰顶）考虑。2、基础资料溢流堰宽8m，采用驼峰堰型式，查得流量系数M=0.45。从图2-1中得以下水位库容关系曲线表。水位库容关系曲线表表2.4-1水位 （m）414416418419420421422相应库容（万m3）3.54.86.277.8910.4洪水过程线直接取用以上设计洪水计算成果的洪水过程线,详见附件(二) 白芒山塘调洪演算稿。3、调洪演算结果调洪演算采用广东省水利厅推广使用的调洪演算 TH3GD微机程序，分别计算山塘20年一遇和200年一遇设计洪水的调洪演算，计算过程详见附件(二) 白芒山塘调洪演算。计算成果列于表2.4-2。调洪演算成果表表2.4-2项目工况洪水重现期（年）最高水位 （m）相应库容 （104m3）最大泄量 （m3/s）10420.93941.2设计20421.059.248.5校核200421.69.966.1第三章 工程地质3.1 概述工程地质钻探由惠州市水电工程地质勘测公司承担，本次勘察工作于2008年9月2日开始，9月11日结束，共计完成钻孔5个，总进尺114.6m，压水试验14段，注水试验2段，完成的各项工作量如下表3.1-1。完 成 实 物 工 作 量 表表3.1-1钻孔数量(个)进 尺(m)压水试验(段次)压水试验(段次)孔口高程测量(个)5114.61425通过本次勘察，基本查明了坝址场地的工程地质与水文地质条件，达到了预期目的。3.2 区域地质本区位于惠州盆地东北边沿，工程区域位于罗浮山山脉之东南部的象头山。地形陡峻，地貌形态复杂。各时期地质构造运动均波及本区，并留有岩体及各种变质作用下的变质岩。3.2.1 地形地貌工程区属低山地貌，以中低山为主，高程一般为40O1000m，最高为1073m，外围低山高程一般为300500m，沟谷及沟谷盆地高程为100200m。地貌构成以构造为主，受长期强烈剥蚀作用，地形陡峻，地貌形态复杂。工程区岩性主要由花岗岩、片麻岩、石英砂岩等硬质岩构成，岩石抗风化剥蚀能力强，地势较高峻，分水岭两侧陡峻，山脊型状及走向不规则，山脊线坡度起伏大。沿断裂发育及延伸的河谷总体上呈平直状，局部迂回弯曲，河流下切作用明显，局部地段出现跌水瀑布。3.2.2 地层岩性本区域内分布地层有沉积岩、岩浆岩、变质岩。沉积岩包括自震旦系至第四系地层，岩浆岩包括加里东、印支和燕山期的侵入岩及次火山岩，变质岩包括各时期侵入作用和构造作用下的变质岩。1 沉积岩：区内分布的沉积岩地层包括元古界震旦系(Z)、下古生界寒武奥陶系(O1)、上古生界泥盆石炭系(D1-2C1)、中生界三迭系侏罗系(T3-J)、新生界(EQ)，地层由老至新分述如下:(1) 元古界震旦系(Z)：系浅海相类复理石建造的一套深变质岩，主要岩性为石英片岩、片麻石英岩、云母片岩。(2) 下古生界寒武奥陶系( O23)：包括寒武系八村群(bc)及奥陶系上中统(O2+3),由滨海浅海相浅变质的变质细粒石英砂岩、变质石英粉砂岩和绢云母页岩等组成。1) 寒武系八村群( bc)：为灰绿色浅变质细粒石英砂岩、变质石英粉砂岩及灰绿色页岩与千枚岩互层。2) 奥陶系下黄坑组(O1xh)：浅变质的变质细粒石英砂岩、变质石英粉砂岩及灰色千枚状绢云母页岩。3) 奥陶系上中统(O2+3)：细粒石英砂岩、石英粉砂岩及灰色千枚状绢云母页岩。(3) 上古生界泥盆系石炭系(D1-2C1)：由滨浅海相陆源碎屑岩建造、内源碳酸盐岩建造组成，沉积地层有泥盆系中下统桂头群(D1-2gt)、鼎湖山群(Dadh)、泥盆系中统老虎坳组（D2l）、帽子峰组(D3m)。 1) 泥盆系中统桂头群(D2gt)：包括桂头群下亚群(D1-2gta)及桂头群上亚群(D1-2gtb)。其中下亚群(D1-2gta)岩性为紫红色、浅棕红色砾岩、含砾粗砂岩、中细粒石英砂岩；上亚群(D2gtb)为灰绿、灰白色细粒石英砂岩、细砂岩，靠下层夹多层石英砾岩或含砾粗砂岩，靠上层稍含钙质绢云母粉砂岩，含页岩夹层增多。2) 泥盆系中统鼎湖山群(D2dh)：为石英砾岩、石英砂岩。3) 泥盆系中统老虎坳组（D2l）：灰白色石英质砂岩，石英砂岩。4) 泥盆系上统帽子峰组(D3m)：为浅海相碎屑岩建造，岩性以紫红色页岩、粉砂岩、灰绿色石英砂岩为主。(4) 中生界三迭系侏罗系(T3J)：由滨海、浅海相碎屑岩建造和陆相碎屑岩、火山碎屑岩建造组成，主要地层有三迭系下统良口组(T3gn):保罗系下统金鸡组(J1j)、上统高基坪群(J3g)。1) 三叠系下统良口组(T3gn)：底砾岩、石英砂岩、页岩夹透镜状煤层。2) 侏罗系下统金鸡组(J1j)：为不等粒砂岩及泥质页岩、含砾石英砂岩、石英砂岩。 3) 侏罗系上统高基坪群(J3g)：出露上统高基坪群上亚群(J3gb)，为陆相碎屑岩、火山碎屑岩建造组成，主要岩性为凝灰熔岩、石英霏细斑岩、凝灰岩、流纹岩及泥质页岩夹层。该岩组厚度巨大，沿断裂带呈串珠状分布，岩体整体抗压强度较高，抗风化能力较强，呈较突出地形产出。 2.岩浆岩区内岩浆岩主要为侵入岩，其次为极少量次火山岩。侵入岩极为发育，可划分为加里东、印支和燕山等三个侵入旋回。(1) 加里东期侵入岩(Pr3)：为该期侵入岩受区域变质和混合岩化作用形成的一套片麻岩，具体可分为黑云母花岗片麻岩、黑云母花岗闪长片麻岩和黑云母斜长花岗片麻岩，三者构成岩体中心至边缘相，但在空间上无明显界线，为逐渐过渡关系。(2) 燕山期侵入岩：燕山期岩浆活动最为强烈，区内主要分布燕山三期(52(3)和燕山四期(53(1)侵入的花岗岩。其中燕山三期侵入岩体(52(3)主要由粗、中粒黑云母花岗岩、细粒斑状花岗岩及中粒斑状角闪石黑云母花岗岩等组成，侵入于加里东期花岗片麻岩(Pr3)和震旦系石英片岩(Z)中。燕山四期侵入岩体(53(1)由早期的细粒、中细粒、粗粒花岗岩，中期的细粒斑状花岗岩、花岗斑岩以及晚期的纳长石化细粒花岗岩等组成。燕山期侵入岩体以整体块状构造产出，抗风化能力强，地貌上多呈岭脊形式，岩石节理不发育。3.2.3 地质构造本区在大地构造上地处增城凸起的东南边缘，增城凸起以博罗大断裂为界，东部为横沥凸起，东南部为紫(金)惠(州)凹陷，属IV级构造单元。区内地质构造以断裂为主，表现为一系列北东走向的断裂和褶皱，次为东西向和北西向及北北西向的断裂。北东向断裂规模宏伟，地表形迹明显；东西向断裂地表形迹不如北东向断裂明显，但在深部构造上反映清晰；而北西北北西向断裂规模较小，生成时代相对较晚，是一组挽近期有明显活动的年轻构造。这三组断裂和同向的褶皱一起共同构成了全区构造的基本骨架。1.区域性断裂工程区位于粤中坳陷带的紫金惠阳凹褶断束的西北侧，本区构造以北东向断裂为主，主要区域性大断裂有北东向博罗大断裂、莲花山断裂带五华深圳断裂，分述如下：（1）博罗大断裂：博罗大断裂是紫金博罗断裂带的主干断裂。紫金博罗断裂带北自五华，往南西经紫金、博罗，穿越珠江至台山、广海湾延入南海。大陆部分长达360km，宽约30km，断裂带总体走向呈NE，倾向SE，倾角4070。沿断裂带角砾岩、糜稜岩化岩石发育，普遍见强烈硅化、片理化、片麻理化构造，宽达数十米。断裂旁侧派生构造显示南东盘向NE扭动，并为NW向断裂所横切。博罗断裂北自三洲，往SW方向经小金附近延到博罗县城附近，再往龙溪、铁岗方向延伸。在小金口附近，博罗断裂在平面上形成一个向SE凸出的弧形。西段呈近EW向，东段呈NEENE向。前者以汤泉附近的广惠高速公路断面出露最清晰，断层面产状为N80E/SE80，构造破碎带宽30m以上；后者以小金附近出露明显，断层面沿着山坡展布。上述两处均未发现博罗断裂切割错动上覆的第四系残坡积层，博罗断裂在全新世期间无明显的活动。 (2) 五华深圳断裂：总体走向N5070oE，倾向NW为主，局部倾SE，倾角7080o，断裂主破碎带宽50100m，由糜棱岩带、片理化带和断层角砾岩带组成。两侧有宽度数百米的动力变质带，为构造碎裂岩、构造硅化岩等。2、区域稳定性评价(1) 新构造运动特征本区新构造运动特征总体表现为幅度不大的差异性抬升，断块山地以较大幅度抬升，抬升幅度一般300400m。工程区位横沥凸起地块中部，新构造运动幅度小于30Om，块断活动微弱，抬升幅度不大，进入剥蚀萎缩发育阶段。 (2) 主要断裂活动性评价工程区位于博罗大断裂之东南与莲花山断裂之间，距离博罗大断裂2040km。据有关资料表明，整个东南沿海地区活动断裂的现代活动量普遍较小，一般小于1mm/a，例如河源活动断裂的垂直和水平运动速率均为0.05mm/a，政和海丰活动断裂的垂直运动速为0.010.12mm/a，属于四级活动断裂(即平均年速率V 1.05校核工况K校C=7.52 1.04坝基应力计算y=W/B6M/B2W作用于1米长坝段所有垂直力的总和，经计算本工程为 经计算本工程为设计工况W设 =6005 KN，校核工况W校 =5934 KN；B坝底宽度，本工程B=29.2m；M所有荷载对于坝底截面形心的力矩之和，经计算本工程为设计工况M设 =-9019 KN。m，校核工况M校 =-9800 KN。m。则坝基上下游边缘应力：设计工况：坝基上游边缘应力上y=142.2KN/m2500 KN/m2；坝基下游边缘应力下y=269 KN/m2500 KN/m2。校核工况：坝基上游边缘应力上y=134.2KN/m2500 KN/m2；坝基下游边缘应力下y=272.2KN/m22，对坝脚影响不大，基本安全。5.4.2 放水涵闸放水涵闸设置在坝右侧，采用20t手电两用螺旋启闭升降闸，放水涵管用1200预应力混凝土管，管底高程为407.5m，管顶高程为409.0m，启闭房为2.8m3.2m砖结构房。5.4.2.1 拉杆强度校核计算涵管的新建放水设施为垂直升降闸门，闸门宽1.6m，高1.6m，闸门全闭时，闸门中点高程为408.4m，闸门启闭力计算工况按设计洪水位（421.05m）时启闭（属动水中启闭）。采用近似公式估算（平面滑动闸门）：闭门力：Fw= nT（Tzd+Tzs）nGG+Pt 启门力：Ft=nT（Tzd+Tzs）+Ps+nGG+Gj+Ws式中 nT磨擦阻力安全系数，取1.2； nG闭门力的闸门自重修正系数，取1.0； nG启门力的闸门自重修正系数，取1.0；Ws 作用在闸门上的水柱重。 Ws=（421.05408.4）0.181.69.8=35.7KN；Gj 加重块重量，取0；Pt 上托力，结合本闸门实际，近似取0； Ps 下吸力，取0；Tzd 支承摩阻力，滑动支承Tzd =f2P=0.3（421.05408.4）1.61.69.8=95.2KN；Tzs 止水摩阻力，Tzsf3Pzs0.65（1.62+1.62）0.0312.659.8=15.5KN； G闸门自重，G=8KN。 由于上述公式和数据可计算得： 闭门力Fw=124.84KN； 启门力Ft =176.54KN。因此启闭机启闭力需选用20t手电两用启闭机，配套选用110mm螺杆，螺纹长度3m。5.4.2.2 消力池结构尺寸的选用白芒山塘设计灌溉田亩面积为350亩，按经验1万亩农田需要引用流量为1m3/s,即白芒山塘灌溉引水流量为0.035m3/s。考虑到灌区的渠道损失及结构的调整，涵管供水能力按加大30考虑，即涵管的正常供水流量为0.046m3/s。因流量较小,消力池尺寸按类似工程经验构造设置。消力池长7米，出口宽3米，深0.5米，采用C20砼边墙衬砌。第六章 工程管理6.1工程管理范围和保护范围根据山塘工程管理设计规范SL10696的有关规定，工程管理范围和保护范围包括以下方面：工程管理范围： 大坝管理范围:上游从坝轴线向上不少于100m，下游从坝脚线向下不 少于150m，大坝两端距坝端不少于100m，且上、下游均与坝头管理范围端线相衔接。 溢洪道管理范围为：沿溢洪道两侧轮廓线向外各不少于100m，及消能以下不少于150m。 其他建筑物管理范围：从建筑物外轮廓线向外不少于50m。 生产、生活区管理范围：不少于房屋建筑面积的3倍。山塘工程管理范围的土地应征用，并办理确权发证手续，移交山塘管理单位。保护范围：工程保护范围：按工程管理范围的外边界线外延，主要建筑物不少于200m，一般建筑物不少于50m。山塘保护范围：按坝址以上，库内两岸（包括干、支流）土地征用线以上第一道分水岭脊线之间的陆地。工程和山塘保护范围内的土地不需征用，但应根据工程管理的要求和有关法规制定保护范围的管理办法。6.2 工程管理机构及运行白芒山塘为林场管理的小型山塘，由白芒林场负责管理。山塘管理人员有2人，主要负责山塘日常运行的管理。白芒山塘的管理经费来源主要靠收取下游灌区的灌溉水费、水资源费收费，所收经费基本能满足山塘正常运行所需费用。如遇特殊情况，经费不足部分由白芒林场补贴。6.3 工程管理制度工程的主要任务是为下游提供灌溉生活用水，工程运行管理的主要目的是在确保山塘工程安全的前提下，合理利用水资源，为下游受益区更好地服务，使工程发挥更大效益，促进区域经济的发展。为此，在工程管理上特制订如下制度：1. 对工程，特别是主体工程及其设施，按规范要求进行经常和定期检查观测，发现问题及时处理并上报主管部门备案，不能自行处理的应及时上报由上级主管部门处理。2. 对工程设施、设备定期进行养护、维修，确保工程设施、设备完好和安全运行。3. 对水工