禾峰水库除险加固设计报告

1、湖南省 望城县 禾峰水库除险加固工程 设计报告望城县水利水电勘察设计室二OO八年七月设计证等级：丙级 设计证号： 182617-sb 发证单位：湖南省建设委员会审查：朱小平校 核：余铁宏项 目 负 责 人 : 周 琳参 加设计人 员：余铁宏何 淼 张献望城县水利水电勘察设计室二OO八年七月目录1综合说明 11.1 基本情况 11.2 存在的主要问题和除险加固措施 11.3 工程量及工程造价 22基本资料 52.1 水文气象 52.2 工程地质 63工程设计 63.1 工程设计标准与依据 63.2 大坝除险加固设计 73.2.1 大坝上游砼预制块护坡设计 83.2.2 坝体排水设计 113.2.

2、3 坝体防渗设计 123.2.4 低涵启闭部分更新改造设计 134 工程施工及管理 144.1 施工条件 144.2 施工组织 154.3 主体工程施工 154.4 工程管理 165 工程概算 185.1 编制依据 185.2 基础价格 185.3 主要技术经济指标 195.4 工程概算表 191 综合说明为了全面落实省八件实事，真正把实事办实，经省、县各级政府研 究决定对望城县桥驿镇禾峰水库该座病险水库进行除险加固。受县水利 局委托，我室对该座水库进行了勘察设计，针对水库目前存在的问题， 与局主管领导及当地水库管理的同志研究了该座水库当前比较重要的险 情及处理方案，确保水库的基本运行。1.1

3、基本情况禾峰水库于 1958 年兴工， 1959年竣工，位于望城县桥驿镇望兴村， 是湘江流域沙河支流上的一座以灌溉为主，结合防洪、养殖等综合效益 的小（一）型水利工程。水库大坝距桥驿镇 5km，距京广铁路线2.7km, 其所处地理位置非常重要。禾峰水库枢纽工程由主坝、溢洪道、灌溉输水涵洞、引水渠等建筑 物组成。主坝为均质土坝，坝顶高程130.00m,最大坝高20m，面宽5.4m， 坝轴长132m，正常蓄水水深13m，总库容66.5万m3,灌溉面积为2000 亩，养鱼水面 70 亩。溢洪道位于大坝右岸，为岸边正槽式，溢流堰采用宽顶堰，堰顶高程127m，净宽4m，最大过水深为1.03m。灌溉输水涵

4、洞为砌石箱涵，全长 124m,断面尺寸为0.7x 0.8m，进 口底板高程114.00m,设计输水流量0.2m3/s，闸门为 0.25m卧管形式， 采用人力手摇启闭机启闭。1.2存在的主要问题和除险加固措施禾峰水库经过近五十年的运行，已暴露出一些险情，目前存在的最 严重问题是：大坝上游现浇砼护坡冲刷淘空，坝坡部分泥土被带出，形 成空洞；下游坝坡未建导滤体，坝体排水不畅，坝脚多处出现流土；原 启闭机房破损，屋面漏水；输水低涵启闭设施老化，锈蚀严重；启闭机 房梯级下方块石冲刷淘蚀严重，多处出现空洞；坝体渗漏严重，水库蓄 水经常无法得到保证。以上几方面严重影响水库大坝安全运行。针对水库存在的问题，本

5、次设计采取大坝上游砼预制块护坡、坝体 排水棱体设计、坝体黄泥劈裂灌浆以及低涵启闭部分更新改造四项除险 加固措施。1.3工程量及工程造价主要工程量及投资如下：土方开挖 1653.22m3 土方回填819.47m3砼及钢筋砼495.50m3砂石垫层230.73m3草皮护坡1693.76m2砌体拆除117.52m3钢筋 0.76T黄泥劈裂灌浆进尺655.90m工日2424个工程总投资61.65万元其中建筑工程费43.72万元附工程特性表水库工程特性表序号指标名称单位数量备注-一一水文1坝址控制流域面积km20.862干流长度km1.473干流平均坡降%o37.7_二水库1水库水位吴淞高程系统校核洪水

6、位m128.03设计洪水位m127.73正常畜水位m127死水位m1142库容总库容（校核洪水位以下）万m366.5正常畜水位库容万m357.2死库容万m31.2二下泄流量1设计洪水位时最大泄量m3/s3.81P=2%2校核洪水位时最大泄量m3/s6.5P=0.2%四工程效益指标水库工程特性表序号指标名称单位数量备注1灌溉面积亩20002养鱼水面亩703下游影响主要城镇及交通情况距桥驿镇km5距铁路京广线km2.7五主要建筑物及设备1主坝坝型均质土坝坝顶高程m130取大坝咼m20坝顶宽m5.4坝顶轴线长m1322泄水建筑物溢洪道型式宽浅式堰顶咼程m127堰顶宽度m4最大过水深m1.033输水建

7、筑物型式石箱涵断面尺寸（宽x高）m0.7X 0.8水库工程特性表序号指标名称单位数量备注输水管长度m124进口底板高程m114闸门尺寸m 0.25园型启闭机台1人力斜拉六除险加固工程1主要工程量开挖土方m31653.22回填土方m3819.47砼及钢筋砼m3495.50砂石垫层m3230.73草皮护坡m21693.76砌体拆除m3117.52钢筋T0.76黄泥劈裂灌浆进尺m655.902材料技术供用水泥T79.88砂m3350.79卵石m3503.75劳动总工日个2424七经济指标静态总投资万元61.652基本资料2.1水文气象望城县地处亚热带温暖湿润气候区，雨量充沛，日照充足，冬季干 燥寒冷

8、，夏季温高湿重，雨季集中于春夏两季，具有副热带大陆季风性 湿润气候特点。根据“望城县综合农业气候区划及指标”资料，平均温度162C； 年 中以一月最冷，平均气温4.4 C,极端最低气温1972年曾出现12 C;七月最热，平均气温29 C,极端最高气温1953年8月13日曾出现40.6 C。根据多年观测，出现在本地区的风主要有三种：一是寒潮南下引起 的偏北大风，范围广，持续时间长，出现在冬春之际，这种风发生在坝 低水位期间，淘刷坝坡坝脚；二是雷雨大风，夏季常见，间有龙卷风出 现，虽持续时间短，但破坏力强；三是受登陆台风影响而形成的大风， 夏秋出现较多， 特别是第二、 三种风发生在汛期， 对防洪安

9、全极为不利。2.2工程地质因水库未做地质勘探， 查找该水库档案资料， 坝基为强风化花岗岩， 坝基以上为人工填土。3 工程设计3.1工程设计标准与依据3.1.1设计依据执行的国家现行标准、规范、规程有：防洪标准(GB50201 94)水利水电工程等级划分及洪水标准( SL2522000)碾压土石坝设计规范 (SL2742001)水工建筑物抗震设计规范 SL203-97水工设计手册第 4 册土石坝，1982 年版； 湖南省病险土石坝工程治理研究 ，1991 年版。其它相关参考资料3.1.2 设计标准(1)工程等级及防洪标准 禾峰水库位于山丘区，水库主坝为均质土坝，总库容66.5 万 m3，根据水利

10、水电工程等级划分及洪水标准(SL252-2000)第2.1.1条及防 洪标准(GB20201-94)第6.1.2条和6.2.1条的规定，确定禾峰水库为小(1)型水库，属W等工程，主要建筑物按4级建筑物标准设计；次要建 筑物按 5 级建筑物标准设计。 考虑到禾峰水库上游为另一座小 ( 1 )型水 库楠竹山水库，水库地理位置重要，水库枢纽主要建筑物设计洪水标准 为 50 年一遇，校核洪水标准为 500 年一遇，溢洪道消能防冲和泄洪渠设 计洪水标准为 20 年一遇。( 2)抗震设计标准禾峰水库位于地震动峰值加速度为 0.05g 地区，相应地震基本烈度W度地区，按水工建筑物抗震设计规范(SL203-9

11、7)规定，本工程大坝等建筑物不必采取抗震措施。3.2大坝除险加固设计 由于禾峰水库建库年代早，当时施工技术简单，多为人工施工，水 库填料土压实不均，填筑质量差，大坝运行过程中已出现多种问题：坝 坡迎水面冲刷严重，坝体、坝面排水不畅，坝体渗漏，启闭机房破旧漏ghmW20.13th 0.7gHmW20.7th0.450.0018 卑w0.70.13th 0.7w(A.1.5-1)水、启闭设施老化严重、难以启闭，检修梯级冲刷空洞严重等，对水库 进行除险加固已势在必行。321大坝上游砼预制块护坡设计禾峰水库大坝迎水面为现浇砼护坡，经多年运行，上游坡面冲刷损毁 严重，坝身多处填土被冲刷带出，现浇砼下方出

12、现多处空洞。为了抵御风 浪侵蚀，减轻风浪对大坝的危害和其它生物破坏，需重新对大坝迎水面进 行护砌。（1）防护范围在拆除原现浇砼护坡的基础上重新护砌，护坡范围根据碾压式土石 坝设计规范（SL274-2001）确定：高程121.80m至127.50m为砼预制块护 坡，高程127.50m以上至坝顶采用草皮护坡。（2）护坡型式择大坝护坡采用砼预制块护坡型式，护坡所需要用的砂、卵、砾石料均 可在湘江河道中开挖，选取在靖港砂砾石料场购买，该料场可供应各级配 的砂砾石料，储量丰富，质量好，开采运输方便，砼护坡美观大方，施工 简单，推荐上游面护坡采用砼预制块护坡和方格网草皮护坡结合方式。（3）护坡厚度计算波浪

13、要素采用碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）中附录A公式 计算：Lm0 5Tm 4.438hm(A.1.5-2)2gT.th 乙H2LmKW2Decos2gHm(A.1.5-3)(A.1.10)K Kwm L m1 m2(A.1.12-1)式中：hm平均波高，m；Tm 平均波周期，S；W计算风速，取1.5X 12.5 m/s;D-风区长度，m;Hm水域的平均水深，m;g 重力加速度，取9.81m/s；Lm 平均波长，m;H 坝迎水面前水深，m;计算点的风壅水面高度，m;K-综合摩阻系数，可取K =3.6 X 10-6;计算风向与坝轴线法线的夹角，。;Rm-平均波浪爬高，m;K 斜坡的糙

14、率渗透性系数，按规范附表A.1.12-1确定为0.90; Kw经验系数，取1.10;单坡的坡度系数，取2.5计算结果见下表计算结果见下表:表3.1波浪要素计算表参数名重力加速度（g）平均水深 （d）计算风速（V）河面宽（F）值9.817.518.75132参数名综合摩阻系数风向与堤轴线法线的夹角斜坡的糙率及渗透性系数经验系数值0.0000036510.91.1参数名爬高累积频率换算系数斜坡坡率风壅水面咼度（m）波浪爬高（m）值1.962.50.0011.630参数名波高（H）波周期（T）波长（L）值0.6523.5837.846根据碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）,护坡按下列公（A

15、.2.3）计算：ILJm2 1t 0.07 hp3 Lmwm I* b cwm式中：t砼板的厚度（m）;n 系数，对装配式护面板取1.1;b 沿坝坡向板长，采用边长为 0.3m的正六边形砼预制块时，b=0.52m;P w_-水密度，P w =1t/m3;P c- 砼密度，p c=2.4t/m3;hp累积概率P=1%的波高m%=0.652m;Lm平均波长Lm=7.846m。经计算，预制砼块护坡厚度为0.095m，采用砼预制块护坡厚度为0.10m,下设0.10m厚砂卵石反滤层，设1m宽、0.2m厚现浇砼封顶，下设0.1m厚砂卵石反滤层，坡脚设宽 0.5m、高0.8m现浇砼基座（4）护坡工程量大坝坡

16、比1:2.5,护坡长度为100m。每10m设一条伸缩缝，缝宽20mm, 缝内填塞沥青杉木板。大坝迎水面护坡高程121.80m至127.50m采用厚度为0.10m的预制砼块（边长为0.3m）护坡，下设0.10m厚的砂石反滤层， 高程127.50m以上至坝顶采用方格网草皮护坡，详见大坝护坡横断面图。经计算，护坡工程量：护坡100 m，现浇砼拆除85.50 m3，开挖土方349.39m3、回填土方81.10m3、砼214.60m3、砂石反滤层163.30m3、沥青杉 木板伸缩缝19.31m3、方格网草皮护677.20m2。3.2.2坝体排水设计（ 1 ）坝体排水设计 坝体排水采用棱体排水方式,排水棱

17、体布置在大坝内坡坝脚处,长85.7m。下游最高水位高程111.50m,根据碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）及水工建筑物（中国水利水电出版社）设计规范，排水棱体 为干砌堆石,下铺 200mm 厚砂垫层和 200mm 厚卵石垫层。堆石内坡 1:1 , 外坡1:1.5,顶宽1m，顶高程113.00m,底部高程111.00m。堆石体顶以回 填土与坝坡连接,坡比 1:5,回填部分采用草皮护坡,底部开挖边坡 1:1 再 与原地形连接。经计算工程量：土方开挖 667m3、土方回填677m3、块石堆体646m3、 粗砂反滤层154m3、卵石反滤层167m3、草皮护坡1017 m2。（ 2）低涵接长

18、及分水渠改建设计由于坝体排水设计布置排水棱体在下游坝脚处,须将低涵接长以 及分水渠改建。低涵接长4.6m,采用盖板涵，横断面采用原低涵尺寸， 底板高程111.00m低涵上方填土至排水棱体平台高程 113.00m, 1: 3 放坡，出口设0.5m高、0.2m厚的现浇砼挡土墙；分水渠改建，改建 渠道长15.5m，采用现浇砼浇筑，宽1.7m，高1m，渠底高程111.00m, 坡降1/10至原渠道相接。3.2.3坝体防渗设计水库修建年代久远，当时多为人工施工，水库填料土压实不均， 填筑质量差，水库渗漏严重。根据以往实际经验，对坝体渗漏采取劈 裂灌浆的办法，能达到较好的防渗效果，且施工技术简单。(1)

19、灌浆孔布置及钻孔深度劈裂灌浆采用单排孔，沿坝左端线布孔，间距为3m，分二序孔施工，钻孔深入坝基1m，达到弱透水岩层顶部，单孔灌浆深度 18.74m。(2) 灌浆压力计算灌浆压力是指灌浆孔口压力表所指压力，压力计算采用公式：P 0.2H rhP2(1.5 2) RB 3 P2计算分起始劈裂压力、单孔压力和屈服压力，成果见表3-2。表3-2禾峰水库黄泥劈裂灌浆压力计算表孔口压力(kg/cm2)灌浆 方式孔深(m)起始劈 裂压力单孔最 大压力屈服压 力水土比1:入渗透 坡降1极限力2kg/cm安全系数K劈裂灌浆18.740.4820.9642.8921: 0.750.51.82.4(3)泥浆土料的选

20、取表3-3灌浆土料要求物理性能指标与颗粒组成、项目灌浆、方式粘粒含量颗粒0.005(mm)粘粒含量颗粒0.050.005(mm)粘粒含量颗粒20.05(mm)土粒比重塑性指数劈裂灌浆40%50%40%70%20%2.652.751620%(4)灌浆工程量根据工程实地勘察，灌浆总长度为 102m，钻孔35个，灌浆总进 尺为655.90m。坝体土质为220 m的人工填土，坝基土质依次为人 工填土、强风化花岗岩。由于人工填土密实度不高，预计灌浆单位孔 深干土灌入量约在0.51.0t/m之间。3.2.4低涵启闭部分更新改造设计(1 )金属结构更新改造设计由于水库灌溉输水低涵建于建库年代，水库运行多年，

21、低涵闸门存 在老化破损现象，如拉杆锈蚀、闸门漏水等。本次设计金属结构设备更 新一套，为输水低涵的闸门和拉杆，闸门型式为0.25m卧管，人力启闭，拉杆长30m。详细安装尺寸见厂家说明书。(2) 启闭机房重建设计原启闭机房自修建以来经过多年运行，破损不堪，屋面漏水严重， 已成为危房，急待改建。本次除险加固工程设计将原启闭机房拆除重建， 重建机房位置不变，宽2m,长3m,高2.6m，启闭机房作简单装修，室 内墙和天棚涂888,贴白色外墙瓷砖。具体设计详见低涵启闭部分更新 改造设计图。(3) 梯级重建设计原启闭机房梯级下方块石冲刷淘蚀严重，已多处出现空洞，不利于管理人员检查输水低涵工作情况， 梯级重建

22、列入本次除险加固工程设计拆除原已空洞梯级，回填土方后重建梯级。 重建梯级自高程 126.47m 至低涵进口高程114.00m,坡比1 21，共101级。单级梯级长1m,宽 0.25m。梯级施工完毕设一现浇砼直墙，宽 0.2m,高0.65m,以防挡风 浪对梯级的冲刷淘蚀。具体设计详见低涵启闭部分更新改造设计图。4 工程施工及管理4.1施工条件4.1.1工程施工条件（ 1）施工场地、交通条件本工程位于望城县桥驿镇,区域内有长湘公路以及京广线通过。水 库 3m 宽水泥路连通坝顶至乡镇公路,可与长湘公路及京广线连通,交 通十分便利,大坝坝顶面宽为 6m 左右,允许车辆行驶,能满足施工物 料运输要求。大

23、坝右岸地势空旷平坦,可根据施工需要设置回车场、料 场等施工场地。（2）材料供应 砂卵石料：可从工程附近砂场购得,其数量和质量均可满足要求。石料：在本县丁字湾镇采石场,花岗岩贮量丰富,质量好,且有一 定开采加工规模,能满足本工程石料用量和强度要求。水泥：可由公路从望城县水泥生产基地购得。钢材：由湖南省金属公司或省水利厅物资仓库供货。木材：由长沙市木材公司或当地供货。水：水库内蓄备水，可满足施工的水质和水量要求。 电：工程附近有变压器，可由此接入国家电网。4.1.2 自然条件本地气候温和，年平均气温在15C以上。降雨主要集中在310月， 主汛期为49月，此期间水位较高，且水流较急，不利于施工；10月到次年 3 月为枯水季节，水位低，同时此期间晴天多，是工程施工的最 好时段。4.2施工组织本工程主要是砼和黄泥劈裂灌浆工程，另外有部分土方开挖回填工 程。开工前要通过招投标，由项目法人组织具有一定的水利工程建设经 验的专业队伍施工，施工过程中由质监单位负责质量检查监督，同时应 委托具有相应资质的监理公司对施工全过程进行质量跟踪管理。4.3主体工程