水库除险加固工程初步设计书文档格式.docx
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第①层素填土:
水库坝体填筑土。
浅黄褐色、灰褐色,以粉质黏土为主,上部含中粗砂颗粒及少量碎石块等,黏性较差,湿,松散~稍压实,为近期人工堆填。
场地内均有分布,层顶标高为16.67~21.50m,层底标高为13.97~20.33m;
厚度0.80~7.50m,平均厚度3.75m,标贯击数N=4~8,平均标贯击数为5.3。
根据室内土工试验成果,该层土的物理力学指标平均值如下:
含水量w=17.2%,孔隙比e=0.764,比重Gs=2.69,质量密度ρ=1.79gcm-3,液性指数IL=-0.12,塑性指数IP=15.9,压缩系数av0.1~0.2=0.442Mpa-1,压缩模量Es0.1~0.2=4.44MPa,水平渗透系数(室内)Kh=0.120×
10-4cm/s,竖向渗透系数(室内)Kv=0.103×
10-4cm/s,直接快剪黏聚力Cq=24.3kPa,内摩擦角φq=21.4度,属中等压缩性土。
2、第四系全新统冲洪积相沉积层(Q4al+pl)
第②层中砂:
灰褐色、黄褐色,饱和,松散,含粉黏粒,级配一般。
主要分布于ZK1、ZK2、ZK4等孔所在地段,层顶标高为13.97~17.50m,层底标高为12.67~16.30m;
厚度0.90~1.30m,平均厚度1.13m,标贯击数N=7~8,平均标贯击数为7.5。
根据《工程地质手册》(第四版)193页Peck公式,快剪黏聚力Cq=0,内摩擦角φq=29.0度。
3、第四系残积层(Qel)
第③层砂质黏性土:
由花岗岩风化残积形成,灰褐色、浅黄褐色,湿,可塑,含中粗砂颗粒较多,黏性较差。
场地内均有分布,均未钻穿,层顶标高为12.67~20.33m,揭示厚度3.60~4.70m,标贯击数N=7~17,平均标贯击数为11.0。
含水量w=19.0%,孔隙比e=0.645,比重Gs=2.70,质量密度ρ=1.95gcm-3,液性指数IL=0.01,塑性指数IP=18.5,压缩系数av0.1~0.2=0.350Mpa-1,压缩模量Es0.1~0.2=5.10MPa,水平渗透系数(室内)Kh=0.042×
10-4cm/s,竖向渗透系数(室内)Kv=0.062×
10-4cm/s,直接快剪黏聚力Cq=25.1kPa,内摩擦角φq=23.2度。
㈣水库特性表
水库特性表表1—2
序号及项目
单位
数量或名称
备注
加固前
加固后
一、水文
1、集雨面积△
km2
0.5
2、设计洪水标准△
P(%)
10
3、设计洪水流量△
m3/s
4、校核洪水标准△
2
5、校核洪水流量△
二、水库
1、校核洪水位△
m
21.1
21.07
2、设计洪水位△
20.7
20.81
3、正常蓄水位△
20.1
4、死水位△
15
5、校核洪水位相应库容△
104m3
16.1
16
6、设计洪水位相应库容△
14.8
7、正常蓄水位相应库容△
11.6
8、死库容△
三、下泄流量
1、校核洪水下泄流量△
4.4
2、设计洪水下泄流量△
2.8
四、工程效益
1、捍卫人口
人
650
2、捍卫耕地
亩
550
3、灌溉面积
300
4、供水
m3/d
5、发电装机
kw
五、主要建筑物
(一)挡水建筑物
A、主坝
1、型式△
均质土坝
2、顶部(防浪墙顶)高程△
20.82~21.60
22.3
3、最大坝高△
5.45
4、坝顶宽度△
1.8~2.8
5
5、坝顶长度△
116.6
131.1
B、副坝
(二)输水建筑物
圆型
圆涵
2、断面尺寸△
φ0.2
0.8
3、长度△
14.832
24.1
4、闸门型式
无
平板
(三)泄水建筑物
开敞式
2、堰顶高程△
20.56
3、过水净宽△
3
4、溢流段长度
80.7
43.57
5、消能方式△
底流消能
6、闸门型式
无
1.2、工程存在的主要问题
根据省有关精神,组织技术人员对该水库进行了安全检查,通过现场检查和观察,发现该水库存在的主要问题有以下几点:
1、水库大坝:
主坝上游坝坡受风浪淘刷,原砼防渗护坡老化、崩塌严重,护坡表面长满杂草、杂木;
下游坡坡面杂草丛生,并不同程度地滋生蚁患,下游坡脚反滤体老化崩塌,下游坡面出现渗漏现象。
副坝上游坡无设护坡防渗,受风浪淘刷,水土流失较严重。
下游坡坡面杂草丛生,并不同程度地滋生蚁患,下游坡脚无设反滤体,下游坡面出现渗漏现象。
③大坝无观测设施,影响安全监测。
分析其原因,主要是当时设计时标准低,为“三边”工程,土法上马,施工质量难以保证,且经过三十多年的运用,长期遭受洪水及台风的袭击,使土坝坝体冲刷严重。
2、溢洪道:
溢洪道为开敞式浆砌石溢洪道,两侧侧墙浆砌石老化,局部有脱落,堰顶段砼护底老化,溢洪道出水口杂草、杂木丛生,阻水严重,且没有设置防冲消能措施,严重影响水库正常排洪。
3、放水涵:
放水设施均为启闭平板闸门放水,主坝输水涵截面尺寸为0.7×
0.75m,副坝输水涵直径为0.3m的低标号砼砂浆包瓦涵结构,断面尺寸为φ0.3m。
经现场检查,涵身已老化漏水,主坝输水涵工作桥下沉约10cm,原因主要是长期的运用,结构老化和人为损坏等。
4、其它:
水库进库公路坎坷不平、窄小,没有管养房、通讯设施、观测设备,也没有备用的防汛砂石料。
1.3、工程等级和洪水标准
根据国家《防护标准》(GB50201-94)及《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)规定,该水库属Ⅴ等小
(二)型水库,主要建筑物为5级,洪水标准为:
按10年一遇洪水设计,50年一遇洪水校核;
施工洪水按5年一遇计算。
1.4、工程除险加固项目及措施
针对安全检查发现的该水库存在的安全隐患,水库除险加固项目及措施主要为:
1、针对大坝存在的安全隐患,提出大坝除险加固的措施是:
(1)坝体:
①主坝按坝顶高程21.60m,防浪墙顶高程22.30m,坝顶宽度按稳定计算要求为5.0m,迎水坡、背水坡按前削后补原则,迎水面坡比为1:
2.5、背水面坡比为1:
2.5进行坝坡修整,上游坡采用砼护坡,底铺级配碎石垫层;
下游坡种草皮护坡,设坡面排水沟;
坝脚0+12.1~0+106设排水棱体和纵向排水沟,坝体全坝段进行劈裂灌浆防渗,坝顶泥结石路面。
加固溢洪道。
堰段侧墙、溢流堰及消力池均为混凝土,陡坡段侧墙为浆砌石结构,池后铺浆砌石护底和干砌石海漫。
主坝原输水涵破坝重建,新建预应力钢筋砼压力管,管内径0.8m。
整修防汛公路1.987km,配套管养房80m2,电话一台(套),设置水位及位移变形观测设备,按有关规定备足防汛砂石料并作料场。
1.5、加固后工程规模
1、水库加固后各水位及库容如下表
表1—3
水位(m)
库容(万m3)
死水位
16.69
正常水位
20.10
12
设计水位(10%)
校核水位(2%)
2、挡水建筑物:
加固后挡水建筑物的特性如下表:
表1—4
单位
备注
一、主坝
1、坝型
2、坝顶高程
21.60
3、防浪墙顶高程
22.30
4、坝高
5、坝顶长
131.10
6、坝顶宽
5.0
7、上/下游坝坡比
1:
2.5/1:
2.5
8、护坡型式
砼护坡
9、反滤排水
排水棱体
10、坝顶路面结构
泥结石
3、泄水建筑物:
加固后溢洪道的特性如下表
表1—5
1、溢洪道型式
座
开敞式宽顶堰
2、堰顶高程
3、溢洪道宽
4、消能方式
底流
5、最大下泄流量
m3/s
4.40
4、输水建筑物:
加固后放水涵的特性如下表
表1—6
主坝
1、放水涵型式
2、放水涵基本尺寸
㎜
Ф800
3、进/出口底高程
16.69/16.69
4、设计输水量
2.34
5、控制型式
平板闸门
1.6、工程投资概算
本概算工程量根据水利工程工程量计算规则进行计算,按粤水基[2006]2号文予以发布的《广东省水利水电工程设计概(估)算编制规定(试行)》、《广东省水利水电建筑工程概算定额(试行)》、《广东省水利水电设备安装工程概算定额(试行)》、《广东省水利水电工程施工机械台班费定额(试行)》,运用广东省水利水电工程概预算软件(2006)进行计价。
主要材料单价采用2011年8月份《湛江建设工程造价信息》中公布的参考价加上实际扩大运距运杂费而成,次要材料价采用省厅公布的2011年次材价。
本工程总投资253.11万元,其中建筑安装工程费192.30万元,设备费3万元,独立费用39.06万元,预备费18.75万元。
总需土方明挖2062.26m3,土石方填筑4973.07m3,砼728.30m3,钢筋1吨,劳动力4689.70工日,水泥360.67吨,碎石3139.28立方,块石747.39方。
本工程设计概算投资253.11万元。
由上级按有关规定给予补助外,其余由地方自筹。
1.7、工程效益
该水库设计灌溉面积300亩,由于现坝体渗流严重,不能有效的挡蓄洪水,威胁到下游农田的正常生产,实际灌溉面积不足200亩。
同时,由于不能正常蓄水,也影响了养殖业和农村人畜生活用水。
加固后,水库挡蓄洪水的能力提高,能充分发挥它的灌溉效益;
另外,水面面积增加,也可促进养殖业的发展,达到社会效益和经济效益的双丰收。
2水文水利计算
2.1、等级及洪水标准
根据国家《防洪标准》(GB50201-94)及《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000),确定本水库为小
(二)型水库,工程等级为Ⅴ等,主要建筑物为5级,洪水标准确定为:
按十年一遇洪水设计,五十年一遇洪水校核。
2.2、工程水文计算
1、基本情况:
该水库位于营仔镇多浪坡村委屋背塘村东北角约0.3Km,集雨面积0.5Km2,坝址以上河流长度1.12km,河流平均坡降0.005,库区内植被良好。
建库以来,库区没有任何水文和气象观测资料,因此,水文计算的各种参数须查有关资料。
2、水文参数
由于该水库没有任何水文和气象观测资料,因此,水利水文计算参数采用2003年广东省水文局编制的《广东省暴雨参数等值线图》查得,采用综合单位线法计算洪水。
各设计频率暴雨参数及洪水成果见表2-1、表2-2。
设计暴雨参数表表2-1
表2-1-1(P=20%)
T(小时)
1
Hα
59.3
Cvt
0.26
Kpt
1.199
α
表2-1-2(P=10%)
1.348
表2-1-3(P=2%)
1.651
各设计频率洪水成果表2-2
计算方法
Qm(m3/s)
W24(104m3)
P=20%
P=10%
P=2%
综合单位线法
4.42
5.85
2.3、水库调洪演算
1、调洪原则:
本水库以灌溉为主,起调水位定为正常水位20.10m,溢洪道为开敞式宽顶堰,无闸控制,堰底高程20.10m。
当需要泄洪时,来多少泄多少。
水库水位~库容关系曲线如下表。
屋背塘水库水位~库容曲线
2、泄流参数:
根据溢洪道形式和进口段尺寸,根据水利水电出版社的《运行管理》溢洪道计算,确定溢流参数以及各水位对应的下泄流量,结果如上表。
3、调洪演算成果:
调洪演算采用广东省水利厅编制的调洪演算程序(Th-3.GD),根据上面确定的泄洪参数进行调洪。
各频率洪调洪演算成果见下表:
表2—4
洪水计
算方法
频率
P
起调水位
(m)
洪峰流量
(m3/s)
库容
(万m3)
泄洪流量
水位H
综合单
位线法
10%
2%
4、施工渡汛
该水库因缺乏施工时段水文计算有关资料,无法对施工洪水(五年一遇洪水)进行计算。
根据廉江市水库施工习惯做法,选择在每年的枯水期施工,放水涵施工根据实际适当围筑土围堰,围堰高度一般选择2.50m,堰面宽2.50m,按1:
2放坡。
3工程地质
3.1、概述
为查明坝体、坝基(岩)土层的结构、物理力学性质,水文地质及工程地质特征,为设计提供依据,福建省地质工程研究院受廉江市水务局的委托,承担了屋背塘水库安全加固阶段的工程地质勘察任务。
通过野外收集资料、踏勘、工程地质调查、勘探、原位测试和室内试验,初步查明水库区内及各构筑物的地形地貌、工程地质条件,岩土层的物理力学性能,对坝体、坝基稳定、渗透变形等工程地质问题作出评价,并提出相应处理措施的建议,为水库除险加固设计、施工提供可靠的工程地质资料。
3.2、库区地形地貌特征和地质条件
本次勘察完成的工作量如下:
勘探孔4个,总进尺35.05m,标贯试验15次,钻孔内注水试验5段,砂土样8个,水样1个。
3.3、地形地貌
坝区原地貌为低山丘陵地貌,场地周边地势起伏较大,地表植被茂盛。
勘察场区地势相对较为平整,位于主坝顶部的钻孔孔口地面标高为21.13~21.50m,坝基下部勘探孔的孔口标高为16.67m。
3.4、工程地质特征
3.5、结论与建议
1、该水库的主坝坝体填筑土(第①层素填土)含砂粒、粉粒较多,局部地段上部含较多中粗砂颗粒及碎石块等,总体渗透性为中等透水;
压缩性较高,属于中等压缩性土;
土质结构较松散,土体易吸水饱和软化,强度较低。
此外,在主坝坝体部分地段分布有透水性较好第②层中砂,为可液化饱和砂土层,液化等级为轻微,对坝体渗漏影响较大,建议采取高压旋喷、劈裂灌浆、充填灌浆等措施对该水库的主坝坝体填筑土及坝基土(主要是第②层中砂)进行加固防渗处理,同时做好坡面防渗加固。
3.6、天然建筑材料
在材料场取样一组土样进行室内重型击实试验,击实试验结果为:
含砂低液限黏土,最大干密度2.00g/cm3,最优含水量w=9.5%。
材料场土量储量充足,可满足加固坝体需求。
4工程加固设计
4.1、工程总体布置
该水库位于营仔镇多浪坡村委屋背塘村,工程主要布置有主坝坝顶长131.1m的土坝一座,最大坝高5.45m,坝顶平均宽5.0m;
在水库的右侧山坡处布置开敞式溢洪道一座,堰顶高程20.10m,净宽3.0m;
在主坝上布置Ф800预应力压力管各一座,涵身长为24.1m。
由于该水库为小
(二)型水库,工程等级为Ⅴ等,主要建筑物为5级,则工程按十年一遇洪水设计,五十年一遇洪水校核标准进行除险加固。
4.2、大坝工程加固设计
1、大坝高度复核分设计和校核两种情况复核坝体高度
⑴波浪爬高计算
水库波浪爬高计算根据当地的风速资料和水库的风区长度,采用莆田公式计算波浪爬高和水面壅高(具体计算见计算书)。
风速资料采用廉江市气象台提供的36年(1971~2006年)风速资料进行计算,风速换算及水库风区长度计算按《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)要求进行(详见计算书)。
⑵坝顶超高计算
坝顶超高计算公式:
Y=R+e+A
式中:
Y―坝顶超高,R―风浪爬高
e―最大风壅水面高度,A-安全超高
4、5级建筑物:
A设=0.5m,A校=0.3m
坝顶高程计算成果见下表
坝顶高程成果表表4-1
名称
运用条件
静水位
爬高R
雍高e
安全加高A
所需坝顶高程
正常运用1
0.773
0.019
砼护坡情况
正常运用2
0.816
0.014
非常运用1
0.890
0.003
0.3
非常运用2
0.849
0.004
0.3+0.5
⑶坝顶高程确定:
最大坝顶高程为22.263m,
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