石门水库输水洞及渠首闸工程维修设计报告

伊通满族自治县石＞石＞门水•库输^^洞维＞修^^^E'渠首网改建工程设计报告证号编号：074016-Sb伊通满族自治县水利勘测设计院

二OO七年七月二十日1工程概况1.1工程概况伊通满族自治县石门水库是一座以防洪、灌溉为主，兼顾养鱼的中型水库，总库容2800万m3，位于伊通河的支流伊丹河的上游，二道镇石门村境内，西距伊通满族自治县城18km，北距长春市65km。水库始建于1958年，1959年运行；1970年进行续建配套；1987年除险加固，1988年底完工。防洪标准为100年设计，500年校核。水库由土坝、输水洞和溢洪道组成，主要作用是防洪和灌溉。水库控制的流域面积为124km2，多年平均径流量1674万m3。水库设计灌溉面积为2万亩。石门渠首闸为石门水库配套工程。始建于1959年，是石门灌区重要控制性建筑物之一。位于坝址下游150m处。渠首闸引水设计流量4m3/s。2工程现状及存在的问题1输水洞工程1）闸门石门水库输水洞为二扇平面定轮工作闸门，二扇木质检修闸门及四孔埋件，由伊通县大修厂于1970年生产。由于该厂是非专业的生产厂家，在闸门的制造和安装方面没有经验，经现场鉴定，存在下列问题。工作闸门面板的设计厚度为6mm，目前闸门锈蚀严重，最大锈蚀深度已达到3mm，闸门面板已不满足强度要求。工作闸门门叶的焊缝多为断续贴角焊缝，边梁翼缘与边梁腹板连接处的最大断焊长度达200mm，连接焊缝强度不够。工作闸门槽中心线位置不准，门槽倾斜，闸门在下落过程中不能自动入槽。工作闸门埋件工作面弯曲，止水不能与埋件很好接触，检修闸门埋件没有不锈钢止水座板，所以闸门漏水严重。二扇工作闸门的8个侧轮装置中已有5个锈死，8个主轮全部锈死。闸门的工作状态已由滚动摩擦变为滑动摩擦，启闭力增大，启闭机超载将达到30%以上。检修闸门为木质闸门，现已腐烂。2）启闭机输水洞二台5t螺杆式启闭机由郑州水工厂于1970年生产，由于没有专业人员维护和管理，设备损坏严重。二台工作闸门启闭机与水工结构仅有5个地脚螺栓固定，经多年运行铸造机座已出现4道裂纹，给启闭机启闭带来极大隐患。启闭机螺杆螺纹牙磨损严重，局部螺纹牙已折断，主要工作部位变形达到螺距的3%以上。启闭机螺母磨损十分严重，变形达到螺距的7%，启闭机启闭非常困难。现启闭运行仍为手工操作，对系统运行十分不便。根据《水利水电工程金属结构报废标准》（SL226-98），输水洞的金属结构设备已运行35年，超过设备折旧年限20年，目前是超限运行，“报废标准”2.0.4条规定超过折旧年限不能满足安全运行条件的设备应报废。3） 启闭机室及平台由于本工程为1970年续建，施工标准较低，未安装检修闸门启闭机，因而，启闭机室建设时内部尺寸过小，仅为8m2；同时在启闭平台外围悬臂端存在两处裂缝，其原因为当时悬臂配筋不足所致。4） 竖井和洞身竖井和洞身由于四周个别地方出现裂缝，洞内壁大部出现冲刷麻面，骨料裸露。洞内长年处于阴暗，更有流水通过，潮湿严重，并长有苔藓，青苔之类，在砼壁上挂有一层滑膜。5） 海漫海漫段自1988年除险加固以来，经长期运行，加之历年的雨水及输水洞放水等原因产生的淘刷，以及多年来冻胀的作用下，对两侧渠道造成不同程度的损坏。由于没有及时维修处理，现输水洞海漫段前8m混凝土护块已有80%以上出现隆起、断裂，甚至严重变形。后145m干砌石护坡，由于干砌石底部的反滤层已被淘空，干砌石护坡逐年下滑,现已凹凸不平，破烂不堪.再加上多年来的渠道淤积，使过水断面减小，严重影响着下游农田灌溉，大大降低了尾水渠的消能防冲能力。如不进行整修，将对整座水库构成严重威胁。2渠首闸工程石门渠首闸原为枢纽工程，由主干节制闸及分水闸组合而成，节制闸总长20m,分水闸总长28m，分别设有进口段、闸段、消力池段、海漫段。其作用有：一是保证1000公顷水田灌溉；二是伊丹拦河闸补水。1996年，根据拦河闸多年实际来水及用水分析，拦河闸来水满足用水需要，渠首分水闸已失去作用，其下游已开发为渔池。因此本次设计将其拆除，增设渔池分水闸。该闸始建于1959年，当时设计标准低，施工质量差，加之多年水流、冻胀的作用，目前该闸已无法正常输水。主要存在以下几方面的问题：渠首闸设计流量小。该闸建设前期，全灌区水田面积仅为780公顷，1969年扩大种植面积，灌区灌溉面积增至1000公顷，虽经续建配套，但受资金限制，该闸被列为遗留工程。目前该闸过流量仅为2.64m3/s。由于过流量小，因此，每年泡田期长达30天，严重影响了稻苗的返青，致使水稻产量减产27.2%。排洪闸已失去排洪作用。由于除险加回后增设了非常溢洪道，故原渠首闸中排洪闸部分已失去排洪作用。只负担水库下游60亩渔池和4公顷水田供水。故闸孔尺寸过大，有必要缩小闸孔尺寸。结构已经破坏。目前，渠首闸进口翼墙已倾斜，水流经翼墙背侧绕渗进入渠道，破坏了各连接段的土方；工作桥边墩浆砌石基础局部已塌落，现工作桥已成危桥，无法行车；闸段砼墙壁剥落破损严重，局部钢筋裸露。根据专家组建议：该部分设计标准低，带病运行，应拆除重建。闸门、启闭机石门渠首闸原为四扇平面木闸门及四孔埋件组成，由伊通县大修厂于1969年更改完成。现三扇补水闸门已废弃，仅灌溉闸门发挥作用。目前，该闸门木板已腐烂，主梁角钢、闸门埋件已锈蚀，最大锈蚀深度已达到3mm，已不满足强度要求。3t螺杆式启闭机由郑州水工厂于1969年生产，由于没有专业人员维护和管理，设备损坏严重，启闭机螺杆螺纹牙磨损严重，局部螺纹牙已折断，主要工作部位变形达到螺距的3%以上。启闭机螺母磨损十分严重，变形达到螺距的7%，启闭机启闭非常困难。根据《水利水电工程金属结构报废标准》（SL226-98），石门灌区渠首闸的金属结构设备已运行37年，超过设备折旧年限20年，目前是超限运行，“报废标准”2.0.4条规定超过折旧年限不能满足安全运行条件的设备应报废。综上，该工程已不可利用，应拆除重建。1.3工程建设的必要性1、防洪要求现输水洞海漫段已全部水毁，失去消能防冲能力，在水流的作用下，消力池出口刺墙已出现回淘现象。刺墙与渠堤连接处已出现1m深坑，无法保证水流平顺衔接，如再不进行维修，将直接回淘坝脚，危及大坝安全。2、灌溉的要求多年来，由于泡田期过长，导致全生育期相对缩短，渠首闸以下渠段受益群众饱受用水不及时之苦，农民每亩水田的产量仅为400kg左右，而丰产年为550kg左右。可见，由于此种现状的存在，1000公顷水田每年减产27.2%。每公斤水稻按1.2元计算，直接经济损失达270万元。如果此种状况再不进行根治，粮食的稳产高产将难以保障。为了保证灌区效益的正常发挥，保证粮食的稳产和高产，该工程的建设势在必行。3、 交通的要求渠首闸工作桥是60亩渔池与防汛抢险路相连接的主要建筑物，它的破坏，直接切断了渔池的对外交通，为了保证渔业的喂养、销售等环节的顺利实现，就必须增设工作桥工程，来满足正常的渔业生产。4、 降低管理资金，防止重复投资的需要由于水流沿着渠首闸进口翼墙侧向绕渗进入渠道，破坏了各连接段的土方，灌区管理所每年都要投入一定的资金进行维修加固。据管理所财务统计，从1985至2004年，平均每年投入达0.2万元，据此计算，从1969年扩大种植面积至今，灌区管理所共投入维修资金7.4万元，该项投入是较大的，而且是重复投入得不偿失的。2水文2.1气象该区域属于温带季风气候湿润地区，四季变化明显，春季风大干燥，夏季湿热多雨，秋季晴暖温差大，冬季漫长寒冷，多年平均降雨量为620.3哑，年最大降雨量833.7哑（1985年），汛期（6-9月）占全年降雨量的75.7%,一日最大降雨量为160.4哑，多年平均蒸发量为1401.7哑，历年最大风速为26m/s。无霜期为137天，日照时数为2510.6小时，最大冻土深度为1.6m。2流量设计根据灌区原设计资料可知：该闸址处渠道灌溉设计流量为4m3/s。3工程地质3.1地形地貌该工程位于我县东部，伊丹河右岸，地形为山前倾斜台地，地表呈5°-10°角向西北倾斜。海拔高程为250-280m，相对高差10-30m,土质肥沃，适于作物生长。3.2地层岩性根据1987年省水文地质勘探大队地层普查结果，该区域地层柱状图分析，该段地层为新生界第四系构成，按力学岩性可分4层。1、 耕植土：土质均匀，可塑状态，呈黑褐色，层厚为0.6-1.2m.2、 粉质粘土：土质均匀，可塑状态，呈褐黄色，层厚1.3-2.0m。3、 粘土：土质均匀，可塑状态，呈黄色，层厚1.9-8.3m。4、 砾砂：土质不均，呈褐黄色、灰色，成分以石英、长石为主，呈稍密状态，最大揭露深度2m。3.3工程地质条件评价根据地勘成果表明，工程所在位置土层为粉质粘土和粘土组成，透水性弱。不存在渗漏问题。建筑物地基宜以第2层或第3层为持力层。4工程任务及规模工程的主要任务是：1、维修石门水库输水洞。2、新建渠首闸。5工程设计5.1设计依据1、 中华人民共和国《工程建设标准强制性条文》水利工程部分;2、 《堤防设计规范》（GB50286-98）；3、 《水闸设计规范》（SD133-84）；4、 《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）；5、 《水工建筑物荷载设计规范》（DL5077-1997）；6、 《城市道路与桥梁设计规范》；7、 《水利水电工程制图标准》（SL73-95）。8、 《水利水电工程金属结构报废标准》（SL226-98）。5.2工程级别及设计标准输水洞等级为3级。渠首闸等级为4级，设计流量为4m3/s。工作桥设计荷载按汽车一10级，验算荷载按履带一50级。5.3工程设计5.3.1输水洞工程1、 新更换的二扇工作闸门尺寸均为0.7mX1.3m-8m（宽X高一水头），闸门为PYHM系列平面铸铁闸门；每扇闸门用一台5T手电两用螺杆启闭机操作。2、 新更换的二扇检修闸门尺寸均为1.2mX1.3m-8m（宽X高一水头），闸门为木质闸门；每扇闸门用一台5T手电两用启闭机操作。3、 增设开关柜及0.5km永久性配电线路。4、 原启闭机室拆除改建，平面面积为10m2,2.7mX3.6m。墙体为砖混结构，屋盖为钢筋混凝土结构，并在上部做琉璃瓦。室内、外墙均采用砂浆抹面，并刷乳胶漆两遍。窗户采用塑钢窗，大门为铁大门。5、 原启闭平台拆除，改建启闭平台平面面积24m2，4.5mX5.4m。钢筋混凝土结构，混凝土强度等级七。6、 竖井及洞身凿毛抹面处理。洞内施工要关闭闸门，停止放流，用吸水布擦净水珠和青苔，进行全部凿毛冲洗，之后进行烘干，先用塑料胶泥浇筑止水缝，而后用树脂胶混凝土抹面，抹面时先抹洞顶，后抹墙壁，而后抹底板。养生一周即可使用。7、 原海漫拆除，重新砌筑混凝土护块，长度为154.3m。混凝土护块厚10cm，混凝土强度等级为C20，抗冻等级为F200。两侧边坡长6.26m，高2.8m，边坡比均为1：2。渠底宽由5.8m渐变为3.0m。每块护块尺寸为1.25mX1.0m。护块与护块之间用涂有沥青的木板条分缝，并错缝浇筑混凝土护块，木板条规格为宽10cm，厚1cm。护块下设粗砂垫层，垫层厚度为15cm。粗砂垫层下设无纺布一层，规格为300g/m2。具体尺寸详见图纸。5.3.2渠首闸工程1、水利计算根据渠道设计流量及工程实际，确定本闸采用宽顶堰流。1）、确定堰上水深计算渠道正常水深：上游为明渠渠道，按明渠均匀流确定水深。已知：b=3m，m=2,Q=4.5ma/s，i=1/2000，n=0.030按以下公式计算：Q=wc.国=K£；K=WC确；Q 流量（m3/s）；W 断面面积（m2）；C 谢才系数（mi/2/s）；R 水力半径（m）；X——湿周；K——流量模数（m3/s）；用试算法求上游渠道正常水深h:0计算K。=Q/丁=201.25按K=W^R，假设几个水深h值，求出相应的K值与K0比较，计算过程见表1：表1 上游正常水深试算表h(m)W(m2)X(m)R(m)C(m1/2/s)K(m3/s)结论1.05.007.470.6731.18127.61小于K01.26.488.370.7731.91181.45小于K01.59.009.710.9332.93285.81大于K01.266.968.630.8132.18201.25等于K0从试算表中可以得出，相应于K值时的正常水深h=1.26m。0

计算行近流速：v=Q/w=0.65m/s计算行近流速：v=Q/w=0.65m/s,所以堰上水头为H=h+v2/2g=1.28mo02）确定闸孔宽度下游河道水深的计算已知：Q=4ma/s,b=4m,m=1.5,i=1/2000,n=0.012,K=QA■'i0I二178.88m3/s，按K=W^.'7，假设几个水深h值，求出相应的K值与K0比较，计算过程见表2：表2 下游正常水深试算表h(m)w(m2)X(m)R(m)C(m1/2/s)k(m3/s)结论1.05.507.600.7278.89368.72大于K00.52.385.800.4171.83109.46小于K00.62.946.160.4873.74150.20小于K00.633.126.270.5074.24178.88等于K0从试算表中可以得出，相应于K值时的正常水深h=0.63m。0淹没系数6s由于下游水深为h=0.63m，渠内水位253.81m，堰顶高程为254.17m，不产生淹没，故6「1.0。闸门宽度初拟闸宽为3m，则b/b0=1，则圆弧形翼墙m'=0.385，则B=Q/6m^J^gH*/2=1.6m。与原设B不符，重设b=1.8m，则m'=0.363，则B=Q/6m'巨7H*/2=1.8m。根据工程实际与计算值之间存在一定差异，应适当扩大1.1系数，则选择闸孔宽为2.00m。消能防冲设计判断是否需修消力池：闸前流速 v「1.59m/s,上游总水头E=P+H+V2/2g=2.39m，单宽流量q=2m/s，^=0.95。0E0=h+qz/2g?2h02，经试算:h=0.33m,h〃=1.42m。h〃>t=0.63m,需修消力池。消力池计算：下游流速v=q/t=3.17m/s〉3m/s，所以，先假定池深s=h〃-t=0.8m，此时E0'=3.19m,h^=0.74m,经查得g=4.31m,已知？=0.95,查得g〃=h〃/h=2.13,h//=(h〃/h')0 Cc k c c kXh^'=1.58m,Az=q2/(2XgX^2Xt2)-q2/(2XgXh//2)=0.49m。o=(t+s+Az)/h〃=1.21,不满足要求，需重新假设池深s。计算见表3：表3 消力池池深计算试算表sE0g0g〃Ch//△zo结论0.62.994.042.070.290.481.11大于1.100.52.893.912.050.481.06小于1.10经试算消力池深度为0.50m时，1.05<o<1.10,满足要求。此时h//=1.52m,h=0.29m。池长的确定已知：H°=1.39m,P1=1.50m则根据堰流公式：l1=1.7^.H0(P10.24h0)=2.8m,选择lj3.00m。l'=0.75l=0.75X6.9(h//-h)=6.4m,选择l'=7.0m。j j cc j海漫长度的确定已知：上下游水位差△H=1.64m，则L=s：H=7.9m。选择L=8.0m。2、闸室稳定计算基本荷载组合时，挡土墙受力为自重、水压力、水重、扬压力、土压力。具体受力情况见下图1，计算见下表4。图1挡土墙受力计算简图表4 闸室稳定计算表何载计算式垂直力(t)水平力(t)力臂(m)力矩(t.m)t——kV (m)(+)(-)自重G 1—(0.2X0.2X2+0.2X2.2)X2.6X2.53.38620.38G——2—0.25X0.4X2.3X2X2.5X22.30613.8G——3—(0.04X3+0.16X0.08X5.2)X2.50.472.251.06G 4—(0.45X0.5X2+0.2X3.5)X2.6X2.57.482.2516.83G——5—0.4X8X2X2.5X2.3337.284149.12G0.5X8X3X2.5304120G 7—0.3X0.5X2X2.5X32.2549G 8—0.5X0.5X0.3X2X3X2.51.1344.52水重W1.28X2X2X15.12735.84水扬力P水0.5X1X1.282X21.640.430.71扬压力U1X0.5X1.28X8X315.365.381.41合计135.515.361.64370.4582.12抗倾稳定安全系数计算：K=EM逆/EM顺=370.45/82.12=4.51〉1.0满足要求。抗滑稳定安全系数计算：K=fEW/EH=0.3X(135.49—15.36)/1.64=22〉[Kc]=1.25满足要求。3、结构设计根据《水闸设计规范》及《水工建筑物》选择各部分尺寸如下:进口一字墙：边墙顶宽0.3m，底宽0.5m，基座厚0.5m,下设素砼垫层0.1m,采用一字型断面，钢筋混凝土结构，墙长2X5.16m。闸段：采用U型断面，钢筋混凝土结构，边墙顶宽0.3m,底宽0.5m，底板厚0.5m。下设素砼垫层0.1m。闸顶设闸台，闸台采用板梁结构，板厚0.2m，梁断面采用0.2mX0.4m，闸段长8m，配置2.1mX2m铸铁闸门1扇，5吨启闭机1台。工作桥桥面板厚0.25m，两侧设置桥台，桥台断面尺寸为0.5mX0.2m，并设拦杆。工作桥为钢筋混凝土结构。陡坡段：采用U型断面，钢筋混凝土结构，边墙顶宽0.3m，底宽0.5m，底板厚0.5m。下设素砼垫层0.1m。陡坡段水平长3.0m。消力池段：采用U型断面，钢筋混凝土结构，边墙顶宽0.3m，底宽0.5m，底板厚0.5m。下设素砼垫层0.1m。消力池长7.0m。海漫段：采用梯形断面，以砼护块护坡护底，边坡护至254.90m；出口设一字墙，顶宽0.3m，底宽0.5m，墙长2X2.6m。护块厚0.1m，护坡底设防渗膜，规格为400kg/m2。防渗膜下设0.15m河砂，海漫段长8m。具体尺寸详见图纸。6施工组织设计6.1施工道路该地交通运输十分方便，距离国家三级公路伊丹至二道段仅2km，且有库区抢险道路直达施工现场。施工期根据运输需要，施工车辆均可上堤，无需设施工道路。6.2施工排水建筑物基础开挖后，在基础尺寸外围0.5m，布设集水坑，采用两台水泵进行强排，备用1台水泵，以防延误施工。共360台时。6.3施工用电施工用电从管理所接入，需0.5km临时供电线路。6.4施工用水就地就近取用水库水。6.5临时房屋仓库及工作棚150m2。6.6施工工期及进度为保证石门灌区正常运行，本工程工期安排在2007年8月11日至10月30日，总工期为80天。该工程施工期间，各工序采用交叉流水作业。具体进度安排如下：1、输水洞工程8月10日——8月20日，施工备料，闸门制作。8月21日——9月5日，检修闸门关闭，停止供水，组织工作闸门、启闭机室施工。9月6日一一10月20日，洞身凿毛抹面；下游海漫段施工。2、渠首闸工程8月20日——9月5日，原渠首闸拆除。9月6日一一10月25日，闸室段、陡坡段、消力池段、海漫段、渔池分水闸施工。10月26日一一10月28日，闸门及启闭机安装及调试。10月29日——10月31日，竣工清理。7工程量综合工程量为3829.4m3。其中：1、 输水洞工程钢筋混凝土6.5m3，砼护块234m3，粗砂垫层350m3，挖方500m3,填方200m3。拆除钢筋混凝土4.4m3,干砌石390m3,砼护块24m3,反滤层400m3。无纺布铺设2338m2，沥青木板472m2，新建启闭机室10m2，更换闸门4扇，启闭机4台。拆除闸门4扇，启闭机2台。拆除启闭机室8m2。2、 渠首闸工程钢筋混凝土132.1m3；素砼垫层9m3；挖方503m3；填方738m3；砼护块11.4m3；透水料64m3；河砂垫层88m3；防渗膜98m2；橡胶止水15m；钢管栏杆15m；沥青木板25m2。闸门2.1mX2.0m一扇；0.8mX1.3m一扇；启闭机5t一台，3吨一台；拆除钢筋混凝土148m3；拆除浆砌石27m3；拆除闸门4扇；启闭机4台。9、经济效益本工程建设完成后，对满足下游1000公顷水田的灌溉，具有十分重要的意义；对全灌区的粮食的稳产和高产，将起到极大的保证作用。根据灌区每年给农民造成的损失可知：农民由于减产而产生的损失为270万元。可见，此项工程的经济效益是十分显著的。因此，我们希望该工程项目能尽早立项，付诸实施。TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1工程概况 11工程概况 1\o"CurrentDocument"2工程现状及存在的问题 1\o"CurrentDocument"1、 3工程建设的必要性 52水文 6\o"CurrentDocument"2、 1气象 6HYPE