水库除险加固工程初步设计.doc
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1、目 录1 综合说明11.1 绪言11.2 水文31.3 工程地质61.4 工程任务和规模81.5 工程设计91.6 机电、金属结构141.7 消防151.8 施工组织设计151.9 工程占地181.10 环境保护181.11 水土保持设计191.12 工程管理201.13 设计概算211.14 经济评价211.15 节能设计221.16 工程特性表222 工程水文262.1 流域概况262.2 气象概况262.3 设计洪水标准262.4 径流262.5 设计洪水分析272.6 合理性分析332.7 施工期洪水计算342.8 水质与泥沙343 工程地质363.1 概述363.2 库区工程地质条件
2、383.3 枢纽区工程地质条件393.4 天然建筑材料433.5 结论434 工程任务和规模454.1 地区社会经济状况454.2 水利计464.3 洪水调节474.4 水库除险加固后规划指标规模545 工程布置及建筑物595.1 设计依据595.2 工程总体布置615.3 大坝加固工程625.4 溢洪道防护工程设计815.5 输水洞工程845.6 其它工程906 机电、金属结构936.1 电气工程936.2 金属结构937 消防设计967.1 工程概况967.2 工程消防设计968 施工组织设计988.1 施工条件988.2 施工围堰998.3 料场1008.4 主体工程施工1018.5 施
3、工交通运输1078.6 施工总布置1078.7 施工总进度1098.8 主要技术供应1128.9 施工管理1129 水库淹没及工程占地1149.1 水库淹没1149.2 本次除险加固占地情况1149.3 工程占地费用及标准11410 环境保护设计11710.1 工程概况11710.2 设计依据11710.3 环境保护原则11810.4 可能造成的环境影响预测11810.5 环境保护设计11910.6 环境管理与环境监测12310.7 环境投资概算12411 水土保持设计12611.1 编制目的12611.2 编制依据12611.3 项目工程概况12711.4 项目建设造成的水土流失预测分析12
4、811.5 水土流失防治分区及措施总体布局12811.6 水土流失监测13011.7 水土保持投资概算13111.8 建议13412 工程管理设计13612.1 设计依据13612.2 管理机构13612.3 主要管理设施13712.4 工程管理运行13712.5 库区管理13813 工程概算14013.1 工程概况14013.2 投资主要指标14013.3 编制原则和依据14013.4 采用定额14114 经济评价14314.1 概述14314.2 国民经济评价14415 节能设计14915.1 节能设计依据及原则14915.2 电气节能的途径1501 综合说明1.1 绪言XX水库位于XX市
5、XX县XX乡,长江流域唐白河水系XX河支流上,水库控制流域面积1.0km2,上游河道全长1.6km,平均坡降0.033,总库容49.2万m3。是一座以防洪、灌溉为主,养殖为辅综合利用的小(2)型水库。XX水库1969年动工兴建,1972年蓄水。工程由XX县陈庄区组织当地群众施工。由于该工程建设于文革时期,设计前没有勘测资料,又缺乏整体规划设计,所以工程建成蓄水后不久便出现很多问题。“75.8”大洪水使XX水库水毁严重,1975年冬对水库进行了续建加固,重建输水洞、扩宽溢洪道。据参加施工者回忆,当时由于忙于赶任务,且受施工条件限制,施工质量较差,新老土结合面没有严格处理,对土料选用及碾压标准都没
6、有严格达到设计要求。XX水库为均质土坝,坝顶高程115.2m,无防浪墙,最大坝高为15.2m,顶宽4m,长315m。现状大坝桩号0+0000+136坝段上游坝坡坡比为1:2.7,死水位至正常蓄水位有损毁严重的块石护坡,下游坡比为1:2.5,为草皮护坡;其它坝段无任何护砌工程,其中大坝桩号0+1360+248坝段上游坡比为1:2.2,下游坡比为1:1.9,桩号0+2480+315坝段上游坡比为1:2.6,下游坡比为1:2.4。另外,大坝下游无任何排水设施,且白蚁危害严重。溢洪道是XX水库的主要泄水建筑物,位于大坝右岸,为开敞式,全长80m,现状底宽约15m,进口底部高程112.0m。现状两岸侧壁
7、风化严重,下游无消能工程。输水洞位于大坝左岸,进口分级卧管位于大坝桩号0+230处,洞身斜卧管位于大坝桩号0+248m处。现状进口底高程为104.7m,爬坡漏损坏严重,洞身为钢筋混凝土圆管,洞身直径0.4m。输水洞出口无消能设施。2007年3月,在市水务局的直接领导下,XX市水利勘测设计研究院承担了对该水库大坝的安全鉴定工作。按照水库大坝安全评价导则(SL2582000)进行了安全评价,在大坝和溢洪道勘探、测量成果基础上,结合水库施工及多年来的运行情况,对大坝防洪标准、工程质量、结构安全、渗流安全、大坝运行管理及安全检查等方面进行了评价,综合评价该水库大坝为三类坝,建议对其尽早进行除险加固。2
8、007年4月22日,XX市水务局组织有关专家对XX县XX水库大坝安全评价报告进行了评审,在此基础上,设计人员根据专家评审意见,对报告进行了修改,河南省水利厅组织有关专家对XX县XX水库大坝安全评价报告进行了复核,设计人员根据专家评审及复核意见,对报告进行了进一步的修改。工程存在以下问题:1坝体填筑质量差,干密度偏低,主、副坝结合处坍塌严重。经复核,坝体抗滑稳定不满足规范要求。2 大坝下游坝坡无排水设施,坡脚渗水;白蚁危害严重。3 大坝桩号0+0000+136坝段上游护坡干砌块石缺损、塌陷,无垫层;其他坝段上游无护砌,冲毁严重。4 溢洪道底及两岸未做护砌,无消能设施,岸墙坍塌严重。输水洞无进出口
9、闸门,斜卧管损坏,下游无消能设施。5 无安全监测设施,管理房破旧不堪。安全鉴定结论如下:1.XX水库位于长江流域唐白河水系XX河支流上,下游紧邻沪陕高速,保护人口4000余人,位置重要。2.经复核,水库防洪能力满足防洪标准(GB5020194)要求。3.大填筑质量差,坝体干容重低,干密度偏低,压实度不满足碾压式土石坝设计规范(SL2742001)要求,上游块石护坡损毁,斜卧管毁坏,工程质量不合格。4. 大坝桩号0+1640+248坝段渗水严重;白蚁危害严重。渗流安全性为C级。5.经复核,坝体抗滑稳定不满足碾压式土石坝设计规范(SL2742001)要求,坝体断面达不到设计要求,大坝桩号0+164
10、0+248坝段坍塌严重,下游坝坡无排水设施;溢洪道底及两岸岸坡未护砌,坍塌严重,无消能设施。结构安全性为C级。6. 无安全监测、管理设施。综上所述,XX水库大坝病险严重,属三类坝。1.2 水文1.2.1 流域概况XX水库位于XX市XX县XX乡,属唐白河水系XX河支流,控制流域面积1.0km2。该流域属山丘区,水库上游河道主干长度为1.6km,河底比降0.033,水源多系周围群山岗地汇入。坝址以上地面起伏大,河势陡,水流急,每遇汛期洪水猛涨,对下游威胁较大。1.2.2 气象概况水库控制流域属亚热带季风气候区,兼有暖温带气候特征,冬春季干燥少雨,夏秋季湿润多雨,多年平均气温15,极端最高气温41,
11、极端最低气温-13.6,多年平均降雨量为980mm,年内分配极不均匀,汛期降水量占全年60%,全年无霜期约226天,最大风力89级。1.2.3 洪水标准XX水库属小(2)型水库,工程等级为等。本次按30年一遇洪水设计,300年一遇洪水校核对XX水库进行设计洪水复核计算。1.2.4 径流根据XX水库所处地理位置,查河南省水资源(2007年)附图11“河南省19562000年平均径流深等值线图”,得该流域多年平均径流深为300mm,其多年平均径流量为30万m3。查1984年河南省地表水资源附图16“年径流变差系数CV等值线图”知CV=0.60,取CS=2CV。经计算,各频率径流总量计算成果见表1.
12、1。表1.1 XX水库各频率年径流总量计算表频率50%75%90%R(mm)300300300Kp0.890.560.35Rp(mm)267168105F(km2)1.01.01.0Wp(万m3)26.716.810.51.2.5 设计洪水计算由于XX水库附近无实测流量资料,因此,设计洪水采用河南省水文水资源局2005年编制(以下简称“05”图集),并经水利部审查批准的河南省暴雨参数图集,及河南省水利勘测设计院1984年编制的河南省中小流域设计暴雨洪水图集(以下简称“84”图集)查取参数,利用小流域水文计算程序进行计算,以84图集与05图集得到的两种成果相互比较,并与邻近流域丰山水库进行对比。
13、洪峰流量计算成果见表1.2.表1.2 洪峰流量计算成果重现期(年)1030300洪峰流量(m3/s)2533501.2.6 施工期洪水计算根据水利水电工程等级划分标准及水利水电工程施工组织设计规范,永久性工程为5级的水工建筑物,其临时建筑物级别为5级,设计洪水标准为枯水期五年一遇洪水标准。根据工程施工总体安排,XX水库围堰施工期为非汛期的11月12月。由于XX水库无实测流量资料,本次设计参考邻近的丰山水库的计算结果,利用面积比求得。经计算,XX水库5年一遇非汛期总来水量为3.2万m3。因输水洞施工期不泄洪,不需调算,直接由入库洪水总量加死库容4.4万m3的合计值7.6万m3,查水库水位库容曲线
14、得XX水库施工期洪水位为105.96m。1.2.7 水质与泥沙XX水库上游为浅山区,无生活污水及点污染源,据现场观察,库水清洁透明,无杂物,能够满足农田灌溉、水产养殖及人畜饮水水质要求。XX水库运用至今,无详细的泥砂观测资料。根据本次安全评价阶段的现场实测,泥沙淤积高程为103.3m,查水位库容曲线知淤积库容为1.91万m3。XX水库运用40年,目前淤积量1.91万m3,则水库平均每年淤积量0.048万m3。水库死水位为104.7m,死库容4.4万m3,则此水库在不影响现状死水位及死库容情况下仍可运行近52年。1.3 工程地质1.3.1 库区工程地质条件地形地貌:库区地貌形态成因简单,以剥蚀形
15、成的低山丘陵、岗地地形为主,水库左岸为低山,山坡平缓,坡度一般为1530,组成物质为花岗岩。右岸为岗丘,岗坡平缓,坡度15,库区除风化剥蚀及水流冲蚀外,未发现大规模不良地质现象。地层岩性:库区出露地层主要为燕山晚期(r53)中粗粒斑状花岗岩及第四系松散覆盖层。地质构造:本区经历了中岳期、阿森特期、燕山期、喜山期等多期次地壳运动。受构造运动和混合岩化影响,岩层褶皱、扭曲及破碎强烈,裂隙产状变化较大。挽近期以来,构造运动渐趋微弱,本区构造稳定性属基本稳定区。地震动参数: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值为0.05g,相应地震基本烈度为度。水库区地处构造稳
16、定带,水库诱发构造型地震的可能性极小。根据有关规定,枢纽区建筑物可不进行抗震复核。水文地质条件:水库库区内水文地质条件较简单,地下水类型主要为第四系松散岩孔隙潜水及基岩裂隙水,主要接受库水及降水入渗补给。地下水向河谷及库区发生径流,消耗于库面蒸发及排向水库下游。由于库区地层岩性、地质构造等较简单,水库建成以来未发生过库区渗漏现象。根据本区环境水文地质资料,环境水对混凝土无腐蚀性。1.3.2 输水洞段工程地质条件及评价输水洞的主要工程地质条件如下:填筑土:岩性为中重粉质壤土,褐黄色,稍湿,软可塑状,压实度不合格率为64.5%,填筑质量差,分布于洞身左右两侧及洞身上部。中重粉质壤土:棕黄色、黄褐色
17、,可塑硬塑状,含铁锰质结核。分布于输水洞下部,为输水洞基础的天然地基土。坝体填筑土与洞身接合部位填筑质量差,压实度偏低,洞身变形毁坏,水库运行时造成接触渗漏病害。建议对输水洞进行拆除重建或维修加固,对填土进行加固处理。1.3.3 溢洪道工程地质条件及评价溢洪道工程区所分布地层岩性为全风化及强风化花岗岩。花岗岩:灰白色、淡红色,中粗粒结构,块状构造,岩体较完整,裂隙发育,表层全风化强风化,裂隙发育,岩石较破碎。1.3.4 天然建筑材料该水库除险加固工程所需天然建筑材料主要为粘性土、砂、碎石和块石,除粘性土料可在库区直接开采外,其它材料均需从外地采购。除险加固工程中,需一定量的防渗土料,经调查访问
18、,大坝左侧下游300500m处的岗地为中重粉质壤土,为类土料场,可开采储量可达到10万m3,可满足设计要求。本次除险加固工程所需石料为碎石及块石。经调查,距水库20km西部山区有多处石料场,岩性为石英砂岩,品质纯正,储量丰富,是较好的块石料,同时也可轧成碎石,作为混凝土粗骨料。工程区无砂料场,经调查,距离工程区20km的XX河分布有多处砂厂,可充分满足工程需要。1.4 工程任务和规模1.4.1 防洪标准根据防洪标准(GB5020194)和水利水电工程等级划分及洪水标准(SL2522000)的规定,水库总库容10110万m3,属小(2)型水库,工程等别为等,根据水库下游保护对象的重要性,结合XX
19、水库的实际规模和防洪任务,取防洪标准为:30年一遇洪水设计,300年一遇洪水校核。溢洪道消能防冲建筑物的洪水标准按10年一遇设计。1.4.2 工程规模水库死水位104.7m,死库容4.4万m3,兴利水位112.0m,相应库容39.6万m3,设计洪水位112.87m,相应库容46.6万m3;校核洪水位113.2m,相应库容49.2万m3;工程规模属小(2)型,工程等别为等,主要建筑物级别为5级,次要建筑物级别为5级,临时建筑物为5级。水库起调水位为112.0m,调洪演算成果见下表:表1.3 XX水库现状调洪演算成果汇总表重现期(年)洪峰流量(m3/s)起调水位(m)最大下泄量(m3/s)最高洪水
20、位(m)相应库容(万m3)1025112.013.8112.7245.43033112.019112.8746.630050112.030.5113.249.21.4.3 工程任务1) 对大坝进行培厚加固;重建上游护坡,新建下游排水设施。2) 拆除重建输水洞进、出口控制设施。3) 新建溢流堰,对溢洪道进出口底板进行护砌,拆除重建左岸导水墙。4) 完善管理设施,增设大坝监测设备。5) 防治白蚁。1.5 工程设计1.5.1 设计依据XX水库除险加固工程依据XX县XX水库大坝安全评价报告和XX市水务局出具的三类坝鉴定成果认定表、鉴定报告及省水利厅的核查意见,按照有关设计规范文件进行设计。1.5.2
21、大坝加固工程1.5.2.1 大坝工程存在问题1.大坝坝基处理不彻底,坝体填筑质量差,坝基下全风化强风化,属中等透水性,建坝时未进行防渗处理,存在坝基渗漏问题,坝顶中段路面出现不均匀沉陷。2. 上游块石护坡无垫层及反滤层,风浪淘刷坝体细颗粒被带出,导致护坡块石损坏。下游坝坡无护坡,雨淋沟较多,致使水土流失,造成坝坡凹凸不平。桩号0+1360+248段上、下游坝坡滑塌严重。3.大坝存在白蚁危害,1986年对白蚁进行了药物治理,但目前坝体白蚁活动迹象十分明显,严重危害着大坝的安全。1.5.2.2 大坝工程设计(一)坝体防渗加固工程坝体防渗采取水泥土搅拌桩加固处理方案,设计灌浆范围为大坝桩号0+206
22、0+315;水泥土搅拌桩布置在大坝轴线上,采用一机一头,直径0.45m,桩与桩之间搭接长度为0.15m;灌浆深度初步定为深入中重粉质壤土3m,具体深度由施工时试验确定。(二)大坝培厚加固工程本次设计大坝全坝段的上游坝坡、大坝桩号0+0000+136及0+2480+315段的下游坡当现状坡度缓于1:2.5时,不需处理,当坡度陡于1:2.5时,按1:2.5的坡度来整平坝坡;在大坝桩号0+1360+248段下游坡高程108m处新建1m宽马道,按坝顶至马道坡度为1:2:25、马道以下坡度为1:2.5来培厚加固坝坡。(三)大坝上游护坡工程大坝桩号0+0000+136段迎水坡死水位至正常蓄水位设有干砌石护
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