湖北水库枢纽除险加固工程初步设计报告

湖北省黄石市铁山区水库除险加固工程初步设计报告(审定版)黄石市勘察设计有限公司二Ｏ一Ｏ水库工程特性表序号名称单位数量备注加固前加固设计一水文1水库控制流域面积km21.541.54(1)设计暴雨日降雨量(3.33%)mm290.0254.7(2)校核暴雨日降雨量(0.33%)mm444.9376.3(3)暴雨日降雨量(5%)mm262.6225.32代表性流量(1)设计洪峰流量(3.33%)m3/s47.9743.32(2)校核洪峰流量(0.33%)m3/s66.8154.94(3)洪峰流量(5%)m3/s44.5239.77二水库1洪水标准(1)设计洪水（重现期）年3030(2)校核洪水（重现期）年3003002水库水位(1)设计洪水位m218.15218.51(2)校核洪水位m218.42218.84(3)正常蓄水位m217.25217.25（4）死水位m201.83201.833水库容积(1)总库容10117.37121.21(2)防洪库容1010.6814.52(3)有效库容1091.0991.09(4)死库容1015.6015.604调节性能年调节年调节三下泄流量1设计洪水位下泄流量m3/s29.7121.082校核洪水位下泄流量m3/s43.5829.74320年一遇洪水下泄流量m3/s27.2018.91四主要建筑物及设备1主坝(1)坝型粘土斜墙坝粘土斜墙坝(2)坝顶高程m219.86219.90(3)粘土斜墙顶高程m218.86218.86(4)最大坝高m33.1733.21(5)坝顶长度m140140(6)坝顶宽度m7.607.10(7)坝体防渗粘土斜墙粘土斜墙充填灌浆(8)坝基防渗帷幕灌浆2溢洪道(1)型式开敞式宽顶堰开敞式宽顶堰(2)堰顶高程m217.25217.25(3)底宽m10.009.00(4)消能方式无消能底流消能3输水系统(1)型式钢筋砼圆管钢筋砼圆管内衬钢管(2)内径m0.800.63(3)管长m65.0063.30(4)进口底高程m201.00201.83(5)流量m3/s4.503.03(6)闸门扇11(7)起闭设备台5t手电两用螺杆式启闭机15t手电两用螺杆式启闭机五工程效益指标1防洪保护面积万亩0.160.162防洪保护人口万人0.250.253设计灌溉面积万亩0.300.304实际灌溉面积万亩0.100.30六主要项目及工程量1斜墙充填灌浆（钻/灌）m1857.90/1780.902坝基帷幕灌浆（钻/灌）m538.73/491.153土方开挖m33127.334石方开挖m3605.115土方回填m31387.436浆砌块石m3482.287干砌石m31998.618砼m31639.969钢筋T100.10七工程投资1枢纽工程(1)建筑工程万元304.55(2)机电设备及安装万元0.00(3)金属结构设备及安装万元22.28(4)临时工程万元20.83(5)独立费用万元79.49(6)基本预备费万元25.632环境保护及水土保持6.61(1)环境保护工程万元4.80(2)水土保持工程万元1.823工程静态投资万元452.784工程总投资万元459.39八国民经济评价指标1经济内部收益率％23.12经济净现值万元350.263经济效益费用比1.53九财务经济评价指标1财务内部收益率%20.42投资回收期年4.873财务净现值万元377.32综合说明绪言水库位于黄石市铁山区熊家境村东北角古竹槽，下陆区风景区西部，距武九铁路、106国道4km。水库水源主要是天然来水，属大冶湖水系，承雨面积1.54km2，安全鉴定复核总库容117.37万m3。大坝于1975年9月动工兴建，1984年5月竣工投入运行，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖、旅游等综合效益的小(1)型水库。水库运行到91年，输水管管壁出现多处渗水，后请省水利厅技术研究所的专家诊断，运用灌浆技术，堵住了大坝卧管渗漏。1988年至2003年期间分别对水库大坝边坡和溢洪道左帮边坡进行干砌石护坡护砌。水库枢纽工程主要由大坝、溢洪道、输水涵管及交通桥等组成。为彻底查清水库存在的安全隐患，做好除险加固的前期准备工作，铁山区农林水利局委托黄石市勘察设计有限公司根据《水库大坝安全鉴定办法》和《水库大坝安全评价导则》（SL258-2000）对该水库进行全面鉴定。限于建设当时的技术条件和技术水平，勘测、设计、施工等基础资料甚少，为客观、真实地反映本工程的工程质量状况，大坝安全评价阶段重新对坝区进行了地形测绘，并对大坝和其他主要建筑物进行了钻孔勘探和地质测绘。水文测区属亚热带季风气候，年平均气温16.80C，最高气温41.30C；最低气温在0.30C，期间有霜冻和降雪发生；区内雨量丰富，降雨多集中在6、7、8月，多年平均降雨量1395.0mm，年最大降雨量1934.7mm地质水库建库前及施工过程中未进行工程地质勘察工作，为了进一步查明库区、坝区水文地质和工程地质条件、坝体填筑土物质组成及工程特性、坝基岩土体水文地质和工程地质特性和分析水库存在的主要工程地质问题并进行评价，铁山区农林水利局委托湖北楚鹏工程勘察设计院对水库进行了初步设计地质勘察工作。根据勘探成果，主要结论如下：（1）工程区大地构造位于扬子准地台下扬子台坪之黄石台褶带。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306－2001），工程区地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s。相应的地震基本烈度为VI度。（2）库区由志留系砂岩及第四纪松散堆积层构成。库区岸坡稳定和水库封闭条件较好，不存在水库永久渗漏和水库淤积。库区无矿产分布，不存在淹没，库区工程地质条件较好。（3）坝基砂岩风化程度较深,多呈强风化和弱风化，全孔未揭穿弱风化层，岩体呈弱透水性。岩体抗渗性较好，坝基渗漏的问题不严重，但坝基接触带岩体风化裂隙发育,存在接触渗漏问题,应进行特别处理。工程任务与规模工程建设的必要性水库是最典型的“三边”工程，由于前期准备工作不足，未作地质勘探，设计标准低，施工条件差，且片面追求“快速、省钱、省料”，给工程留下很多安全隐患。投入运用后，暴露出实际防洪标准低，大坝局部渗漏，涵管漏水，白蚁危害等诸多险情与问题，虽在运行管理中采取了一些除险加固措施，对大坝白蚁也做过一些处理，但由于受资金等因素的制约，大坝的安全隐患仍末得到彻底根除。水库是地理位置重要，下游保护着多个村庄、大面积农田和人民的生命财产安全，担负着大片良田的灌溉任务，对铁山区的工农业建设和经济的发展起着重要的作用。水库洪水调节根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），水库工程等别为=4\*ROMANIV等工程，大坝、溢洪道等挡、泄水建筑物属于4级建筑物。根据《防洪标准》（GB50201-94），该水库洪水标准为30年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核。水库除险加固后的洪水调节成果，水库总库容121.21万m3，详细见表1-1。依据上述防洪调度规则进行调洪计算，各频率设计洪水的调洪主要成果列于表1-1。表1-1水库各频率洪水的调洪成果洪水频率溢洪道堰顶高程（m）溢流堰净宽(m)起调水位(m)入库洪峰流量（m3/s）最大泄流量（m3/s）相应最高库水位（m）水库最大滞蓄洪量P=3.33%217.259.00217.2543.3221.08218.5111.54P=0.33%217.259.00217.2554.9429.74218.8414.52P=5%217.259.00217.2539.7718.91218.4210.70因溢洪道为无闸控制，起调水位按正常蓄水位起调，堰顶高程为217.25m，溢流堰顶净宽9.00m（2孔，4.50m/孔）。水工建筑物加固设计设计依据水库承雨面积1.54km2，加固后的总库容为121.21万m3，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252－2000）的规定，工程等别为Ⅳ等，主要建筑物级别为4级，次要建筑物级别为工程存在的问题水库兴建至今，根据在运行中巡视检查、安全鉴定结论和本次调查发现存在的问题有：经调洪计算坝顶高程复核值为219.89m。现状实测坝顶高程为219.86m，防浪墙顶高程为220.50m，加固后坝顶高程219.90m，坝顶高程不欠高。坝体上游护坡局部损坏，下游堆石体表面局部不平整，无导滤设施。地勘成果表明，大坝大多数部位碾压符合要求，但局部欠密实，压实度不满足规范要求。坝存在白蚁危害。坝身填筑不密实，质量差，清基不彻底，防浪墙及上下游干砌块石护坡局部变形破损，下游坝脚无反滤设施，排水沟未衬砌，排水不畅；工程总体布置水库枢纽工程主要由大坝、溢洪道和输水管等建筑物组成。本次除险加固设计主要是按照国家有关的主要技术标准及规程规范的规定，依据大坝安全鉴定结论，对水库的功能和规模不作改变，对工程存在的病险项目进行加固，重点解决工程存在的安全隐患，并根据工程管理的有关要求，完善大坝安全监测、防汛等工程管理设施等。主要加固内容包括大坝加固、溢洪道加固、输水建筑物加固、交通桥及管理设施建设等。金属结构与电气金属结构水库加固工程金属结构部分主要包括输水管进水闸、启闭设备及内衬钢管。根据安全鉴定结论和本次输水管加固方案，水库原输水管金属结构设备全部报废并拆除。本次加固设计方案结合输水管重建方案进行金属结构设计，拟更换闸门1个及其1台15t手电两用螺杆式启闭机，配套相应启闭螺杆。电气水库目前供变电设施为村庄有农用电网线路。根据本次加固设计，供电电源从农用电网至水库采用LGJ-50钢心铝绞线架设380V配电线路，线路长1.00km。闸门启闭机室设动力配电箱，用VV0.6/1KV-3x95+1x50的电缆给启闭机送电。办公用房采用BV-1×1.5的绝缘导线为照明设备供电。工程占地及淹没处理水库除险加固设计包括大坝、输水管、溢洪道加固，需占用一定数量的土地。工程占地包括永久占地和施工临时占用地。根据《中华人民共和国土地管理法》对工程占地拆迁给予补偿。占地按农田考虑，临时占地1300元/亩/年。环境保护设计水库区位于铁山区境内，库区山地的植被绿化和水源涵养都较好，库区地处丘陵，人居稀散，坝区上游无工业污染源，库水水质良好；大气扩散条件较好，噪声环保背景值较低，故空气质量和声环境现状良好。施工期间，在该新建公路和工程土料开挖、运输、填筑施工中，将会产生一定数量的扬尘，燃油施工机械及运输车辆在运行中也将产生废气，可能造成表层土流失。另外，施工期间人员集中，疾病传播机会增加。水土保持设计水库除险加固施工开挖使植被破坏，表土层抗蚀能力减弱，加剧水土流失。施工中土石料堆积和弃渣，如果不采取拦挡措施，将产生严重的水土流失，就会威胁下游村庄、道路、农田，造成危害。根据水库整险加固工程的特点，新增水土流失的防治以工程措施为先导，对于大坝加固填筑，设置适当的导、排系统；溢洪道开挖时采取削坡开级措施，以防施工期水土流失；在公路两侧，采取修建挡土墙或块石护坡、草坪护坡等措施，保证近期内建设弃渣不出沟、不下河。工程管理设计水库由水库管理处负责管理，按照《工程运用管理制度》和《水库调度计划》进行合理调度运用，对发现的问题及时处理，确保大坝的安全。为适应现代化管理的需要，按照《水利工程管理单位编制定员试行》（SLJ705-81）的有关规定，水库管理处编制定员3人，其中生产人员2人，管理人员1人。水文测报配备1名专职管理人员。由专职人员进行安全观测、设备维修、观测数据的整编与分析。按《水库工程管理设计规范》（SL106-96）的有关规定，确定工程管理和保护范围。工程管理范围包括工程区和生产、生活区。工程保护范围为工程管理范围边界线外延，主要建筑物外延200m，一般外延50m。水库保护范围：坝址以上、库区两岸土地征用线以上至第一道分水岭脊之间的陆地。工程概算工程总工期为10个月。按《黄石建设工程造价信息》（2010年第4期）价格水平计算，本工程静态总投资452.78万元,其中建筑工程304.55万元、金属结构设备及安装工程22.28万元、施工临时工程20.83万元、独立费用79.49万元,基本预备费25.63万元，环境及水保专项费用6.61万元,合计工程总投资459.39万元。水文流域概况水库位于下陆区风景区西部，是一座以灌溉为主，兼有防洪、旅游等综合利用效益的小（1）型水库。水库承雨面积1.54km2，河道长度1.03km，复核干流河道比降J=144‰，流域形状参数为1.45，为山区扇形流域。本次初步设计使用1：10000地形图重新量测集雨面积，测量结果与原规划面积相差不大，故本次设计仍采用原来的集雨面积，即水文气象特征水库属于大冶湖流域，流域属亚热带气候，年平均气温16.80C，最高气温41.30C；最低气温在0.30C，期间有霜冻和降雪发生；区内雨量丰富，降雨多集中在6、7、8月，多年平均降雨量1395.0mm，年最大降雨量1934.7mm该水库没有水位观测项目，入库流量资料缺乏。表2-1黄石地区多年平均月降雨量单位：mm站名典型年年份月份1月2月3月4月5月6月合计黄石地区实测期多年平均1934－1938，1947－2008降水量48.779.2120.6162.6184.92381391月份7月8月9月10月11月12月降水量162.7132.183.672.564.341.8水文基本数据水库建库前，所在流域没有任何水文资料，不能直接用流量数据推求设计洪水，只能通过暴雨途径。考虑到编制《湖北省暴雨统计参数图集》使用测站较多，暴雨资料系列较长，反复进行地区协调和成果论证，成果较为可靠，本次设计暴雨采用《湖北省暴雨统计参数图集》方法推求。径流由入库实测枯水期降雨、径流资料分析，得水库流域枯水期分月径流系数取0.40；日降雨径流系数取0.50。洪水防洪标准根据国家《防洪标准》（GB50201-94）和部颁《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）等的有关规定，水库虽地处山区、丘陵区，本次初步设计的防洪标准采用30年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核。消能防冲设计洪水标准为20年一遇。设计暴雨根据水库防洪标准，需要推求30年一遇和300年一遇两种标准的24h设计暴雨。为了控制雨型，选择1h、6h二个控制时段，并选择计算时段△t=1h。根据《湖北省暴雨径流查算图表》，水库位于第2分区，查得水库所在流域最大1h、6h、24h点暴雨统计参数均值和CV，见表2-2。按全省统一标准CS=3.5CV，查皮尔逊Ⅲ型频率曲线模比系数（KP值）表,各种频率不同时段kP值见表2-3，按公式计算各历时点暴雨量。表2-2点雨量参数表时段t10min1h6h24h均值18.0045.0078.00116.00离势系数CV0.350.390.440.48偏态系数Cs=3.5Cv1.231.371.541.68表2-3皮尔逊Ⅲ型曲线模比系数Kp值成果表时段t10min1h6h24hKp频率P=3.33%1.751.912.052.20Kp频率P=0.33%2.202.422.913.25Kp频率P=5%1.671.751.861.95表2-4设计点雨量Ht,p点成果表时段t10min1h6h24hHt,p点频率P=3.33%31.5085.95159.90255.20Ht,p点频率P=0.33%39.60108.90226.98377.00Ht,p点频率P=5%30.1078.93145.08225.74该水库流域面积1.54km2，查《湖北省暴雨径流查算图表》中第2分区暴雨面深系数αt～历时t～集水面积F关系表，得各历时面深系数αt。表2-5暴雨面深系数表承雨面积F=1.54km2α24=0.998计算参数a=0.110b=0.0125时段t10min1h6h24h面深系数αt1.0000.9970.9980.998再按公式Ht，P面=αtHt,p点，计算各历时的设计面暴雨量Ht，P面，计算结果见表2-6。表2-6设计面雨量Ht,p面成果表时段t10min1h6h24hHt,p面频率P=3.33%31.4085.68159.52254.74Ht,p面频率P=0.33%39.48108.56226.43376.33Ht,p面频率P=5%29.9778.69144.73225.33设计面暴雨递减指数n0=1+0.558ln（适用10～60min），n1=1+0.558ln（适用1～6h），n2=1+0.721Ln（适用6～24h），雨力S=H1面。各历时雨量（适用）（适用）各时段雨量据此计算得：表2-7设计面暴雨递减指数递减指数n0n1n2频率P=3.33%0.440.650.66频率P=0.33%0.440.590.63频率P=5%0.460.660.68表2-8设计面雨量Ht,p面成果表（递减修正后）时段t1h6h24hHt,p面(mm)频率P=3.33%85.68159.55254.74Ht,p面(mm)频率P=0.33%108.56226.49376.33Ht,p面(mm)频率P=5%78.69144.76225.33工程地质概述根据水库加固工程需要，2009年3月，为了配合水库大坝安全评价工作，黄石市铁山区农林水利局委托湖北楚鹏工程勘察设计院进行了安全评价阶段的地质勘察工作。该工程收集的地质资料仅有相关的1：20万区域地质图及区域地质报告。完成的主要工作量见表3-1。表3-1水库初步设计地质勘察工作量统计表内容单位数量备注地质测绘Km20.11:1000精度坝区测绘m220001:1000精度钻孔m/个82.8/4原状土样组13注水试验段13压水试验段4常规土工试验组16渗透试验件4岩土力学试验组2区域地质概况地形地貌工程区地处鄂东南区、长江大冶湖水系，低山丘陵地形，地势上东南高西北低，区内水系发育；区内山脊延伸方向与构造线方向基本一致；以梁子湖为界，湖东部以剥蚀、侵蚀低山与丘陵为主，西部以剥蚀堆积微起伏垅岗地形为主。区内地面一般高程30～200m。地面相对高差50～150m左右。区域内最高峰山顶高程可达700m，山脉走向受构造控制，呈典型的构造剥蚀、侵蚀低山与丘陵地貌景观。地层岩性工程区地层发育较齐全，从元古界至新生界地层均有出露；岩相有沉积岩和侵入岩，出露地层主要有燕山期侵入岩、志留系浅海相碎屑岩、泥盆、石炭系滨海相碎屑岩和粘土岩、志留系碳酸岩、砂岩夹页岩和煤层、三叠系的碳酸盐岩、侏罗系碎屑岩及白垩系火山岩，地表广泛分布第四系冲洪积和残坡积松散堆积层。侵入岩有刘仁八石英闪长岩和灵乡杂岩侵入体，岩性以石英闪长岩、花岗闪长岩为主，具有多期活动的特征。主要沉积地层岩性由老至新分叙：1.志留系（S）：测区仅出露中、上志留统，分布汪仁—章山背斜的南翼，岩性主要由黄绿色砂岩、泥岩组成；底部为黑色炭质页岩，下部为粉砂岩，中部为粉砂质页岩，上部为粉砂岩、石英砂岩，总厚1884～3131m，是组成测区基底的主要地层。下统高家边群（S1gj）：本统在岩性上可分为上下两段：下段为炭质页岩，含炭质、粉砂质页岩；上段由石英砂岩、粉砂质页岩、泥质砂质长石石英砂岩组成，具微层理，厚762～1143m。中统坟头群（S2fn）：可分为三段：底部为夹数层不稳定的紫红色泥质粉砂岩、粉砂质页岩，夹含磷砂岩或灰岩透镜体；中部为粉砂质页岩与泥质粉砂岩互层；上段为黄绿色粉砂质页岩夹少许薄层砂岩、偶夹含磷的白云岩团块，产贝壳化石。总厚931～1618m。地质构造工程区大地构造位于扬子准地台下扬子台坪之黄石台褶带，是一个相当活动的构造区，在构造变动、岩浆活动、褶皱、断裂等诸方面都表现得比较强烈。工程区位于区域性大断裂——襄樊—广济断裂的西南侧、推测断裂梁子湖断裂的东侧，区内褶皱、断裂、岩浆活动均较发育，褶皱为古生代及早中三叠世地层紧密线状褶皱、中生代地层则形成宽缓褶皱；主要褶皱有汪仁—章山倒转背斜、狮子头向斜、黄石背斜；图区断裂较发育，但出露不佳，主要有北西西或近东西向走向断层，北东向平推断层，北西或近南北向正断层；以北西西走向断层规模最大，分布广，其次为南北向平推断裂（或逆断层）；其中南北向断裂的规模较小，但发育频率高，多横切褶皱的核部；其中广济断裂为深大断裂，并长期处于活动状态，见地质区域构造图3-1。图3-1区域构造图水库位于汪仁—章山倒转背斜之南翼上，岩层呈北西西或东西走向，倾向南，倾角50～60度。区域水文地质条件水库流域属亚热带季风气候，四季分明，日照充足，雨量充沛，温暖湿润。年平均气温16.80C，最高气温41.30C；最低气温在0.30C，期间有霜冻和降雪发生；区内雨量丰富，降雨多集中在6、7、8月，多年平均降雨量1395.0mm区内地表水极为丰富，大的地表水有大冶湖、梁子湖、保安湖等大小湖泊以及江河、溪沟；大小水系呈羽毛状网布测区;地表水主要接受大气降水和区域内高处地下水的补给。库区工程地质条件及评价地质概况水库拦蓄大治湖支流来水，水库两侧山顶高程150m左右。河谷呈开阔的“U”字形，岸坡较平缓，一般坡度小于30度，坡面植被发育，多被开垦为林场,缓坡带为耕地。水库地质问题评价（1）水库渗漏水库库岸山体雄厚，地表高程较高，不存在低于水库正常高水位的邻谷，库岸、库底均为粘性土。粘性土呈可～硬塑状，粘性强，厚度大，似在库底、库壁作了一层粘土铺盖。同时库壁岩层为志留系粉砂岩，透水性较差，故认为不存在向邻谷永久渗漏的问题。库区无区域性断裂通过，没有切割河谷间的分水岭，不存在沿断层向邻谷渗漏的可能。（2）库岸稳定水库库岸主要为岩质岸坡，坡度一般小于30度，少部分库岸为土坡，边坡较平缓，土质坚硬，目前水库周边未发现大的崩塌、滑坡等影响库岸稳定的不良地质现象。目前自然土质边坡分布范围主要在低地带，稳定坡度在1：3～1：5之间。库区内岩质岸坡分布广，边坡结构稳定。坝址区工程地质条件地形地貌水库大坝坝区地貌单元为构造剥蚀和构造侵蚀低山地貌，地表高程189-194m，谷底高程76.8-83.9m，河床宽约100m左右，区内河流流向总体为北东—南西向。河谷两侧为较宽阔的冲积阶地,河谷多呈“U”字形；边坡上陡下缓，坡角一般小于40度。地层岩性水库大坝坝基由第四系和志留系地层构成。现自新至老分述如下：1.第四系全新统人工堆积（Q4s）：分布在人类活动频繁地带，是公路、建筑等地方，成分以粘土为主，夹块石、砾石。最厚达2.70m。冲积堆积（Q4al）主要分布在河谷及两岸阶地，岩性以粉质粘土为主，中含砾石、粉砂；冲积堆积层岩性变化较大、分布不稳定，厚度1~2.7m。2.第四系中、上更新统残坡积堆积（Q2+3）粘土：褐黄色，含少量砾石，粘性较强，土质较纯，含少量砾石，呈可塑状。分布于坝基中间。地质构造坝区位于汪仁—章山背斜之南翼，地层褶曲严重,岩层走向近东西、倾向南，倾角55°；坝区地层为单斜构造，产状较陡，岩层倾向下游偏左岸。坝区裂隙较发育，没发现大的断层形迹，其表层多被风化残积层覆盖。水文地质条件水库区内地下水类型可分为第四系松散堆积物孔隙潜水和志留纪砂岩裂隙水，含水量均较小，其中孔隙水多补给基岩裂隙水，孔隙水也多沿基岩面渗出成泉；二者均接受库水(高水位时)和大气降水补给，向地势低洼处排泄。受岩性限制坝区岩溶不发育，未发现岩溶水。坝基工程地质条件及评价坝基工程地质条件为了查明坝基岩石物理力学性质，通过地质钻探取样，对岩样进行室内试验。经过统计分析，物理力学参数统计表见表3-2。表3-2岩石物理力学参数统计表岩石干密度湿密度孔隙率饱和吸水率单轴抗压强度(MPa)软化系数干湿g/cm3g/cm3%RcRc微风化2.670.7463.52.672.680.740.5441.12.672.680.740.5463.537.10.58弱风化2.670.7456.92.672.680.740.7126.92.672.680.740.7156.926.90.47坝基存在的主要工程地质问题为了查明坝基土层的渗透性质和基岩的透水率，本阶段对坝基土层和基岩进行了现场注水试验和压水试验以及室内对坝基土层的原状土样的渗透试验。坝基岩土层现场注水试验成果列表如表3-3。表3-3坝基岩土钻孔注水试验成果表位置试段编号土层岩性试段深度（m）渗透系数（cm/s）起止坝基SKK1-2泥质粉砂岩（弱风化层）1.4510.32.71E-04SKK1-3泥质粉砂岩（弱风化层）10.315.81.39E-04SKK3-1泥质粉砂岩（强－弱风化层）7.612.11.08E-04坝基砂岩风化程度较深,多呈强风化和弱风化，全孔未揭穿弱风化层，岩体呈弱透水性。岩体抗渗性较好，坝基渗漏的问题不严重，但坝基接触带岩体风化裂隙发育,存在接触渗漏问题,应进行帷幕灌浆处理。坝体工程地质条件及评价坝体地质概况水库坝型为粘土斜墙坝，坝顶高程219.86m，防浪墙顶高程220.50m，最大坝高33.17m，顶宽7.6m，坝长140m，上游坡比自上而下依次为1:1.8、1:2.75、1:3，高程208.36m、198.36m处分别设有宽1.0m、2.0m的马道，下游坡比自上而下依次为1:1.3、1:1.7、1:2，高程212.30m、199.96m处设有宽2m的马道。大坝上、下游均为干砌块石护坡，坝脚无反滤设施，排水沟未衬砌。粘土斜墙部分1.坝体粘土斜墙物质组成区内土料主要来源于场区周围中、低山山体表面及山坳低洼地段残坡积风化粘性土，该类土粘粒含量普遍偏低，多呈壤土状，普遍含角砾、碎石等。本次地质勘察对粘土斜墙共布置了3个钻孔，对不同高程填土分层采取了一定数量原状料，对填土自上而下分层做了详细描述，室内原状样分别进行了天然状态指标、稠度指标、压缩指标、抗剪指标、渗透性指标测定。2.填土物理力学性质坝体填土含水量17.2%～32.1%，平均值23.1%，局部含水量较大；孔隙比0.533～0.974之间，平均0.760；塑性指数10.3～12.7,平均值11.35，土体岩性为壤土；液性指数-0.20～0.88,平均值0.30,土体呈可塑偏硬塑状。表3-5坝体土物理力学性质指标土层统计指标含水率ω(%)重度土粒比重GS孔隙比e孔隙率n(%)饱和度Sr(%)液限ωL(%)塑限ωP(%)塑性指数IP液性指数IL压缩系数a1-2(MPa-1)压缩模量Es(MPa)直剪渗透系数k20(cm/s)湿重度γ(kN/m3)干重度γd(kN/m3)粘聚力C(kPa)内摩擦角Φ(度)粉质粘土样本数128888881212121288224最小值17.217.813.52.710.53334.87629.318.710.3-0.220.154.32716.11.6×10-6最大值32.120.417.42.720.97449.392.333.621.412.70.880.4610.23717.64.3×10-6平均值23.1818.7915.212.720.7642.8485.4631.0919.7411.350.300.316.3632.0016.852.8×10-6标准差2.720.610.820.000.093.033.791.020.580.650.200.091.805.000.75变异系数0.120.030.050.000.120.070.040.030.030.060.650.290.280.160.04建议值23.1818.7915.212.720.7642.8485.4631.0919.7411.350.300.316.3632.0016.852.20×10-6粉土样本数22222222222111最小值18.119.316.22.70.60237.6812718.48.6-0.070.179.61.7×10-5最大值18.919.516.52.70.6338.781.227.918.79.20.060.179.6平均值18.519.416.352.70.61638.1581.127.4518.558.9-0.0050.179.6标准差变异系数建议值18.519.416.352.70.61638.1581.127.4518.558.90.060.179.63.86×10-33.坝体土的透水性本次地质勘察为研究填土渗透性质，不仅分层、取样进行了室内原状土渗透试验，而且在填土部分自上而下分段进行了钻孔注水试验。表3-6坝体填土钻孔注水试验成果统计表位置试段编号土层岩性试段深度（m）渗透系数（cm/s）起止大坝SKK1-1表层碎石质土01.454.83E-03SKK1-2粉质粘土1.4510.302.71E-04SKK1-3粉质粘土10.3015.801.39E-04SKK2-2填土5.212.21.99E-04SKK2-4填土15.923.32.13E-04SKK2-5粉质粘土23.3028.602.11E-04SKK3-2填土07.605.63E-04SKK3-3粉质粘土7.6012.805.78E-04SKK4-1填土07.12.88E-03过渡层部分1）过渡层物质组成及性质从钻孔资料揭示：细砂夹粉质粘土含水量18.1%～18.9%，平均值18.5%，孔隙比0.602～0.630之间，平均0.616；塑性指数8.9,土体岩性为粉土（砂壤土）；压缩系数0.17,压缩模量9.6MPa。2）过渡层渗透性指标以钻孔注水试验渗透性指标反映过渡层渗透性。现场注水试验渗透系数2.71×10-4cm/s。下游代料部分1）筑坝代料构成当时工程施工本着就地取材、降低成本、便于施工的原则，坝体代料绝大部分采用周围山体上的风化残积土，少部分采用河床内的砂卵石，场区符合代料的天然料源较少。2）代料渗透性指标本次地质勘察为研究填土渗透性质，在下游探坑中作了简易坑中注水试验，探坑注水试验渗透系数1.42×10-3m/s,建议坝体上游坝坡代料渗透系数取1.42×10-4m/s，代料渗透性中等,局部偏小。处理建议本次勘探查明：大坝土体斜墙渗透性指标偏大，远超过规范规定渗透系数不大于1×10-5

cm/s的要求，建议塑性防渗墙进行截渗处理。结合坝基局部进行帷幕灌浆处理。溢洪道工程地质条件溢洪道位于大坝右坝肩与山体相接处，为开敞式宽顶堰，堰顶宽10.00m，堰顶高程217.25m，设计最大下泄流量43.58m3/s。溢洪道仅进口及左侧边墙局部浆砌石护砌，右侧山体岩石风化垮塌严重，出口堵塞，无消能防冲设施及出水渠，不能安全泄洪。进口处有斜跨14m双孔公路桥，桥墩为浆砌石结构，钢筋砼结构桥面宽5m、顶高程220.29m。输水管工程地质条件输水涵管位于大坝左侧，为钢筋砼圆管，进口底高程201.83m，管长65.0m，管径800mm，设计流量4.50m3/s，管身有裂缝，多处漏水。进水口闸门为斜拉式铸铁球阀闸门，止水损坏、漏水严重，启闭机为手电两用5T螺杆式启闭机，供电设施老化，不满足安全运行要求。输水管出口接1.0m宽灌溉渠道，无消能设施。天然建筑材料本次勘察对粘土料、砂砾料及块石料进行了查勘、钻探、挖坑、取样试验，基本上查明了各种料场的储量、开采条件及物理力学性质。结论根据本阶段和安全鉴定阶段对水库进行地质勘和评介分析结论如下：（1）工程区大地构造位于扬子准地台下扬子台坪之黄石台褶带。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306－2001），工程区地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s。相应的地震基本烈度为VI度。（2）库区由志留系砂岩及第四纪松散堆积层构成。库区岸坡稳定和水库封闭条件较好，不存在水库永久渗漏和水库淤积。库区无矿产分布，不存在淹没，库区工程地质条件较好。（3）坝基砂岩风化程度较深,多呈强风化和弱风化，全孔未揭穿弱风化层，岩体呈弱透水性。岩体抗渗性较好，坝基渗漏的问题不严重，但坝基接触带岩体风化裂隙发育,存在接触渗漏问题,应进行特别处理。工程任务和规模工程建设的必要性工程概况水库位于铁山区熊家境村东北角古竹槽，水库承雨面积1.54km2，总库容为121.21m3，兴利库容91.09万m3，调洪库容14.52万m3，死库容15.60万m3水库枢纽工程主要由大坝、溢洪道、输水涵管及交通桥等组成。大坝为粘土斜墙坝，坝顶高程为219.86m，坝顶宽度为7.60m，坝长140.00m，粘土斜墙顶高程218.86m，防浪墙顶高程220.50m，最大坝高33.17m。大坝上游均为干砌块石护坡，下游为干砌堆石坝，坝脚无反滤设施，排水沟未衬砌。大坝有蚁害。存在的主要问题及安全鉴定结论1、存在的主要问题经调洪计算坝顶高程复核值为219.58m。现状实测坝顶高程为219.86m，防浪墙顶高程为220.50m，现状坝顶高程不欠高。坝体上游护坡局部损坏，下游堆石体表面局部不平整，无导滤设施。地勘成果表明，大坝大多数部位碾压符合要求，但局部欠密实，压实度不满足规范要求。坝存在白蚁危害。坝身填筑不密实，质量差，清基不彻底，防浪墙及上下游干砌块石护坡局部变形破损，下游坝脚无反滤设施，排水沟未衬砌，排水不畅；2、安全鉴定结论水库枢纽由大坝、溢洪道、输水管等建筑物组成。省水利厅对该水库进行了安全鉴定审定，其主要意见简述如下：经复核，大坝为粘土斜墙坝，斜墙填土渗透系数偏大。大坝坝顶及斜墙顶均不欠高，但溢洪道不能安全泄洪，防洪能力不满足要求。大坝上下游坝坡抗滑稳定安全系数满足规范要求。坝顶宽7.6m，浆砌石防浪墙高0.64m，局部破损；大坝上、下游坝坡均为块石护坡，局部破损。除险加固的必要性水库位于铁山区熊家境村。2009年省水利厅对该水库进行了安全鉴定审定，根据水利部《大坝安全鉴定办法》和《水库大坝安全评价导则》（SL258-2000）以及水库大坝运行和安全评价过程中发现的问题，水库大坝安全鉴定结论属三类坝，一旦失事，将造成给下游人民的生命财产造成巨大的经济损失，因此，为了确保工程运行安全和下游人民生命财产安全除险加固的任务及规模本次水库除险加固设计以使水库脱险为原则，主要任务是找准病症，按照国家有关的主要技术标准及规程规范的规定，依据大坝安全鉴定结论，不改变水库的功能和规模，对症下药，对工程存在的病险项目实施加固，通过实施除险加固工程，重点解决工程存在的险情，消除水库建筑物的安全隐患，使水库脱险，恢复水库正常兴利功能，并根据工程管理的有关要求，完善大坝安全监测、防汛等工程管理设施等。调洪演算调洪演算基本数据1、设计洪水设计洪水采用本次瞬时单位线法推求的设计洪水成果。2、库容曲线鉴于近年来水库以上流域无重大人类活动的影响，经过复核，本次设计库容曲线仍沿用以前成果。库容曲线见表4-1。表4-1水位—库容关系曲线水位（m）库容（万m3）水位（m）库容（万m3）187.860.00203.8622.76188.860.05204.8626.72189.860.17205.8630.98190.860.29206.8635.52191.860.49207.8640.36192.860.96208.8645.48193.861.73209.8651.04194.862.62210.8657.19195.863.67211.8663.78196.864.86212.8670.82197.866.31213.8678.31198.868.13214.8686.21199.8610.20215.8694.54200.8612.63216.86103.12201.8615.63217.86112.28202.8619.06调洪演算结果1.计算工况本次洪水计算，对大坝按现行《防洪标准》（GB50201-94）确定的设计洪水及校核洪水进行调洪演算。本次调洪演算拟按以下调度原则进行：eq\o\ac(○,1)局部服从总体，兴利服从防洪。在调度运用中，整体要照顾局部，防洪要兼顾兴利，统一领导，全面安排，把灾害降低到最小范围，最大限度地发挥水库的综合效益。eq\o\ac(○,2)水库正常水位为起调水位217.25m，当库水位上升到217.25m时，溢洪道自由溢流,不考虑输水管泄洪。2.计算原理及方法试算法调洪是一种概念清楚，适用面较广的水库调洪计算方法，尤其是计算时段不固定和多种泄流设施组合使用时，试算法更具有其灵活性。虽试算工作量较大，因有计算机作为计算工具，使操作计算快捷而准确。水库来水时，超过正常蓄水位时开始下泄。水库能消减洪峰流量和延长泄洪时间，溢洪道的下泄流量受到堰顶水头的限制，而堰顶水头又受到水库蓄洪量的控制，水库蓄洪量的大小，则取决于入库和出库水量之差。NEXT按上述防洪调度规则进行调洪计算，各频率复核设计洪水的调洪过程见表4-3～表4-5。表4-3P=3.33%调洪演算成果表时段入库流量(m3/s)泄流量(m3/s)水库库容(m3)水库水位(m)00.050.00106.69217.250.53.750.26107.01217.2914.320.78107.64217.351.54.661.29108.27217.4225.231.80108.88217.492.56.832.74109.56217.56311.304.25110.56217.673.526.018.25112.79217.92443.3217.24116.74218.354.511.5521.08118.23218.5155.8516.42116.42218.315.54.1512.39114.73218.1363.709.53113.46217.996.50.507.34112.32217.8670.265.29111.25217.757.50.234.09110.45217.6680.243.17109.84217.598.50.252.47109.38217.5490.261.94109.02217.519.50.281.69108.75217.47表4-4P=0.33%调洪演算成果表时段入库流量(m3/s)泄流量(m3/s)水库库容(m3)水库水位(m)00.060.00106.69217.250.56.440.45107.24217.3117.411.34108.32217.431.57.972.46109.37217.5428.913.88110.32217.652.510.725.30111.26217.75317.567.91112.62217.903.533.2413.59115.25218.19454.9425.25119.69218.674.516.9429.74121.21218.8459.0022.77118.82218.575.56.9717.06116.67218.3466.3113.32115.13218.176.50.779.98113.67218.0170.347.16112.23217.857.50.295.17111.18217.7480.304.01110.40217.668.50.313.13109.81217.5990.332.46109.37217.549.50.341.95109.03217.51表4-5P=5%调洪演算成果表时段入库流量(m3/s)泄流量(m3/s)水库库容(m3)水库水位(m)00.040.00106.69217.250.53.370.23106.98217.2813.880.70107.55217.341.54.181.16108.11217.4024.701.61108.66217.462.56.042.31109.27217.53310.013.67110.18217.633.523.857.19112.25217.86439.7715.22115.96218.264.510.3418.91117.39218.4255.1914.75115.76218.245.53.7211.24114.22218.0763.328.76113.06217.956.50.466.73112.00217.8370.244.93111.02217.727.50.223.81110.27217.6480.232.96109.70217.588.50.242.31109.27217.5390.251.84108.94217.509.50.261.62108.67217.473计算成果汇总调洪演算成果汇总见表4-6。表4-6频率3.33%、0.33%和5%的调洪演算成果表洪水频率P（%）洪峰流量（m3/s)下泄流量（m3/s)库容（m3）水位（m）0.33%54.9429.74121.21218.843.33%43.3221.08118.23218.515%39.7718.91117.39218.42金属结构及电气金属结构基本情况水库加固工程金属结构部分主要指输水管进水闸门、启闭设备、内衬钢管等。存在的主要问题根据安全鉴定检查情况，球门锈蚀锈蚀，螺杆变形，止水老化破损导致进口关闭不严漏水，启闭机启闭力不够，致使无法正常启闭。电气基本情况目前该水库有管理用房和供电电源，办公及其他用电设施配套不齐全，无专用开关控制柜。工程占地及淹没处理水库淹没处理范围该水库除险加固内容为大坝、输水管、溢洪道加固，需占用一定数量的土地。工程占地主要为施工临时占用土地。水库淹没损失及处理根据《中华人民共和国土地管理法》对工程占地拆迁给予补偿。本工程不考虑永久占地，临时占地按农田考虑，临时占地1300元/亩/年，环境保护设计设计依据有关法律、法规1、《中华人民共和国环境保护法》；2、《建设项目环境保护管理条例》（国务院第253号令）；3、《中华人民共和国环境影响评价法》；4、《中华人民共和国水土保持法》；环评导则、规范1、《水利水电工程环境影响评价规范》（SDJ302-88）(试行)；2、《环境影响评价技术导则非污染生态影响》（HJ/T19-1997）；3、《环境影响评价技术导则总纲、大气环境、地面水环境》（HJ/T2.1～2.3-93）；采用标准1、《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）；2、《生活饮用水卫生标准》（GB5749－85）；3、《污水综合排放标准》（GB8978－1996）；环境状况生态环境该水库区位于铁山区熊家境村。水库所在流域气候温和，处于亚热带季风气候区，光照充足，气候温和，无霜期长，雨量充沛，雨热同季。雨水多集中在4～8月，一般占全年降雨量的60%～80%，而且多系暴雨。社会环境该水库保护下游0.25万人的生命财产安全，设计灌溉0.30万亩耕地，保护耕地面积0.16万亩。环境影响评价环境空气质量虽然在该工程土料开挖、运输、填筑施工中，将会产生一定数量的扬尘，燃油施工机械及运输车辆在运行中也将产生废气，但是，工程施工区地处库区、山区，大气扩散条件好，环境空气污染背景值很低，因此，除对交通道路两侧等局部地区的环境空气质量有短暂不利影响外，不会对大范围的大气质量产生明显影响。水质1、悬浮物根据工程情况，在土方开挖过程中，部分土料就近堆放，土料可能随地表径流进入水库，但由于施工主要安排在枯水期，雨水较少，随地表径流入库的土料量很少，对水质影响很小。2、碱性废水在钢管内衬、大坝和溢洪道等加固工程施工中，帷幕灌浆、钢筋砼浇筑等产生碱性废水，PH值可达到9-12。废水若排入水库，将对水库岸边产生不利影响。由于工程分散，工期不长，产生的废水较少，对水库PH值影响轻微。噪声影响施工区不同声级的噪声主要来自施工机械设备及运输车辆。固定声源中，砼搅拌机噪声最大，最大声级为88dB（A），在周围30m处可衰减至48dB（A），其它固定声源的噪音最大声级较小。流动声源强弱与车流量、车型、船只大小及路况有关。推土机最大声级为86dB（A）（测点距离施工机械5m），而一般车辆行驶大都处于匀速行驶状态，噪声级低于推土机的最大声级。交通运输本工程无重大运输，材料、设备运输及对外交通则以公路为主。施工期间，改、扩建道路可能引起交通运输临时不便，经合理调度，则施工对公路交通影响不大。人群健康施工期间，施工人员集中，生活条件简易，疾病传播机会增加。施工人员易染细菌性痢疾、腹泻、伤寒等水介传染病。此外，施工中所产生的噪声、扬尘和燃油废气对周围人群健康也有不良影响。水土流失本工程土方开挖3127.33m3，土方回填1387.43m3。大坝、溢洪道、输水管等工程开挖石方605.11m3，工程在开挖、取土范围内的地表土层、地貌和植被将变动或改变，可能造成表层土流失。此外，工程在拆除块石、加固坝体的施工中，将扰动附近地貌。地貌被扰动地带，由于土质变松，植被破坏，地表易受冲刷，遇暴雨径流，会引起水土流失。环境空气质量保护1、保护目标施工区主要为农村地区，按环境空气质量功能区分类，为二类区。施工期间，环境空气质量执行《环境空气质量标准》(GB3095—1996)中二级标准。2、污染源工程施工对环境空气的影响主要表现在料场开挖、交通运输、土方填筑、水泥装卸、混凝土拌和等施工活动中产生的粉尘以及各类施工机械产生的燃油废气等，其主要污染物有TSP、SO2、CO及NOX等。由于工程区地势开阔，大气扩散条件较好，施工区内居民住地相对分散，区内无大的环境敏感点，故工程施工对环境空气质量的影响较小，且影响的时间和范围有限，一旦施工结束，污染源即不复存在。噪音控制1、保护目标施工区周围环境噪声参照《城市区域环境噪声标准》(GB3096—93)的2类标准控制，运输干线两侧按4类标准控制。施工场界噪声按《建筑施工场界噪声限值》(GB12523—90)控制。2、污染源施工区噪声主要来自施工机械设备和运输车辆。根据噪声影响预测，混凝土拌和机影响范围白天为100m，夜间为300m，施工交通干道交通噪声影响范围约50-100m。根据现场查勘和调查，施工机械设备产生的噪声对周围环境影响较小，但对现场施工人员影响较大，需采取劳动保护措施。交通噪声对公路两侧居民区和施工人员办公生活区有一定的影响。水土流失问题对于大坝坝顶拆挖和填筑，应设置适当的导、排系统，边填筑、边压实，以防施工期水土流失。弃渣尽量回用。其它在施工区尽量避免破坏植物资源，能够移植的树种尽量移至另处栽培。施工中若发现国家重点保护植被、古树等，要划定保护区挂牌保护。施工期间，要加强保护水生生物，禁止施工人员任意滥捕和伤害各种水生生物。环境管理与监测水库除险加固工程管理部门安排专人负责施工中的环境管理工作。参与工程建议的各专业施工单位应配备环保工作人员，配合工程管理部门作好施工中环保工作。贯彻国家及有关部门的环保政策及法规条例，落实污染防治规划，对工程施工中各项环保措施执行情况进行监督检查。环境保护投资为了保证环境措施的落实，工程环保投资仅计入环保专项费4.80万元，主要包括环境保护设施、设备及安装费用、环境管理费、环境监测费、环境监理费及水土保持等项费用，各项投资详见表9-2。表9-2环境保护投资概算表项目经费构成（万元）简要说明单位数量单价合计投资来源公共卫生施工生活区进场清理和消毒m214000.30.04施工生活区垃圾处理垃圾桶个65000.30工程费中施工区临时厕所个15000.05其他项垃圾类便清运费月105000.50小计0.89人群健康保护50%施工人员检疫费月501200.60施工区医务诊疗费人.月80*12151.08环保施工人员免疫人90600.54专项费定期杀鼠、蝇、蚊费用人.年3050.02小计2.24环境管理费环境管理、监理费人.年130000.30工程费中其他项环境监测费水质监测点次1110001.10环境空气质量监测点次68000.48环保噪声监测点次86000.48专项费水生生物人.月105000.50小计2.56合计4.80环保专项费水土保持设计编制目的水库除险加固工程主要项目有大坝加固、输水管、溢洪道加固和工程观测等。本工程在施工期将产生一定量弃土弃渣，损坏现有林草植被，如果任意让地表裸露或弃土渣随意倾倒、堆放在河边、河滩、耕地中，将造成严重的水土流失、淤积河道，同时对土地资源也将造成不容忽视的破坏和浪费。依据《中华人民共和国水土保持法》和《中华人民共和国水土保持法实施条例》的有关规定，对开发建设项目编制水土保持方案编制依据法律法规及指导意见1、《中华人民共和国水土保持法》（1991年2、《中华人民共和国水土保持法实施条例》（1993年3、《开发建设项目水土保持方案管理办法》；4、《湖北省实施〈中华人民共和国水土保持法〉办法》；5、《水土保持生态环境监测网络管理办法》；技术规范与标准1、《开发建设项目水土保持方案技术规范》（SL204-98）；2、《水土保持综合治理规划通则》（GB/T15772-1995）；3、《水土保持综合治理技术规范》（GB/T16453-1996）；4、《水土保持综合治理效益计算方法》（GB/T15774-1995）；5、《水土保持监测技术规程》（SL277-2002）；技术文件及数据1、《湖北省黄石市水库大坝安全鉴定评价报告》；2、《湖北省铁山区水库除险加固工程初步设计报告》有关章节。项目概况水库位于湖北省黄石市铁山区熊家境村，铁山城区约8km，属大冶湖水系，是一座以灌溉为主，兼有防洪、旅游等综合利用的小（1）型水库，总库容121.21万m3水库属于大冶湖流域，流域属亚热带季风气候，光照充足，气候温和，无霜期长，雨量充沛，雨热同季。年平均气温16.80C，最高气温41.30C；最低气温在0.30C，期间有霜冻和降雪发生；由于季风影响雨量变化大且不稳定，区内雨量丰富，降雨多集中在6、7、8月，而且多系暴雨，乃致山洪。多年平均降雨量1395.0mm，年最大降雨量1934.7mm（1983年），月最大降雨量468.7（1997年6月），日最大降雨量215.5mm（1969年6月24日）。降雨年内分配极不均匀。多年