林七水库除险加固毕业设计.docx

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林七水库除险加固毕业设计

林七水库流域结构毕业设计

工程概况

林七水库位于河南省商丘市民权县林七村南约1km的黄河故道子河上，地理位置在东经115°03′~115°19′，北纬34°38′~34°45′之间，是黄河故道上五座串联梯级水库中最上游一座，该水库是一座以城市供水为主，兼有防洪、灌溉和养殖等多种功能的中型水库。

水库于1959年建成蓄水，控制流域面积387km2（见图1-1、图1-2），多年平均径流量2710万m3，库区面积23.5km2，涉及民权县城关、胡集、王桥、孙六和林七五个乡镇，设计灌溉面积19万亩。

目前水库的主要作用是引黄调蓄，以保证商丘城市生活及工业用水，被誉为商丘经济发展的生命工程。

林七水库为大跃进的产物，开工于1958年的大跃进高潮之中，竣工于次年严重的自然灾害时期。

受建库时期历史条件所限，工程标准低、质量差，存在问题多：

副坝西端未封闭，坝脚无排水设施，坝后渗水严重；泄洪闸设计标准较低（现北泄洪闸），设计过流量仅为10年一遇洪水，校核过流量仅为20年一遇洪水，远不能满足防洪要求。

因此，1961年大水时，大坝被迫扒口放水，水库同时停止运用。

1974年随着农业生产的发展，农业灌溉需求增加，大坝缺口堵复，水库恢复运用。

为解决泄洪标准低的问题，1979年在北泄洪闸南115m处又建一座深孔泄洪闸，即南泄洪闸。

林七水库主要建筑物有主坝一座、副坝两座、溢洪道一个、泄洪闸两座。

主坝坝长920m，为均质土坝，坝顶高程66.80~67.20m（56黄海高程，下同），坝顶宽12m，上游坝坡1:

8，下游坝坡1:

10；第一座副坝与主坝右坝肩相接，为均质土坝，呈东西向分布，坝顶高程为67.30m~67.63m，坝长约210m，坝顶宽1.0~10m；第二座副坝在水库的上游，任庄附近，也为均质土坝，呈东西向分布，坝顶高程为69.00m，坝长约1915m，坝顶宽4.0m；溢洪道在主坝以北150m处，底高程61.70m，底宽25m，边坡1:

3；北泄洪闸在溢洪道上，6孔，每孔净宽3m，闸底板高程61.70m，南泄洪闸在主坝左肩上，2孔，每孔净宽5m，闸底板高程60.50m，两泄洪闸均为开敞式闸室结构，主要建筑物位置见库区平面图（图1-3）。

林七水库死水位61.70m，死库容300万m3，兴利水位64.00m，相应库容3489万m3，设计最高洪水位65.00m，相应库容5916.00万m3，校核最高洪水位65.51m，总库容7632.00万m3。

林七水库保护区有民权、宁陵及睢县县城，有国家主要铁路干线陇海铁路、京九铁路，有连霍高速公路、310国道、省级04公路，涉及71.38万亩耕地及66.34万人，水库防洪安全非常重要。

由于林七水库建在黄河故道上，黄河故道又为地上悬河，致使林七水库成为悬库，库水位高于两岸保护区地面6~8m，加之主要挡水、泄水建筑物存在较多安全隐患，严重威胁着下游保护区的安全，因此水库多年来一直低标准运行，很少达到正常蓄水位。

林七水库多年来实际灌溉面积仅9万亩左右，不及设计灌溉面积的50%，严重影响了水库效益的发挥，制约了商丘经济的发展。

为此，受商丘市水利局委托，商丘市水利建筑勘测设计院于2003年12月编制了《河南省民权县林七水库大坝工程安全鉴定报告》（以下简称《鉴定报告》）。

2003年12月31日由商丘市水利局组织，河南省水利厅专家组对《鉴定报告》进行了审定，并于当日下达了《林七水库安全鉴定报告书》（以下简称《报告书》）。

《报告书》认为:

《鉴定报告》确定的林七水库为三类库是合适的，同时规划的建筑物是必要的，同意所确定的工程等别和设计标准；对大坝本身的论证是符合规范要求的；泄水建筑物的论证也比较充分；提出的安全加固措施是可行的；并同意上报南京水利部大坝安全管理中心（以下简称管理中心）做最终核查。

2004年1月10日，商丘市水利局把省水利厅对《鉴定报告》的审定意见以及《鉴定报告》同时上报到管理中心，14日管理中心以坝函［2004］86号文对林七水库大坝的安全鉴定进行了核查，核查意见认为:

该水库大坝现有防洪能力虽已满足《防洪标准》（GB50201-94）要求，但主坝坝脚无反滤排水设施，坝后渗漏较为严重，存在渗流安全隐患；南泄洪闸闸身及下游段损坏较严重，闸室两侧绕渗破坏；南、北泄洪闸闸门及启闭设施陈旧老化；主坝上游坡破损，副坝坝体单薄，坝坡雨水冲蚀；主坝安全监测与管理设施不完善等。

同意三类坝鉴定结论意见。

根据省厅、管理中心对《鉴定报告》的核定意见，2004年1月16日，商丘市水利局再次委托我院负责编制《河南省民权县林七水库除险加固工程初步设计报告》（以下简称初设报告）。

初设报告于2004年3月份编制完成后，分别于2004年6月4日、9月22日经河南省水利厅专家组、淮河水利委员会专家组两级评审，同时河南省水利工程质量检测中心对南、北泄洪闸进行了质量检测，勘测队对新筑副坝区、土料场、朱刘沟闸进行了补充勘探，我院根据专家组提出的意见和质量检测报告、勘探补充报告，对初设报告进行了补充完善。

2006年2月21日河南省发展和改革委员会以豫发改设计【2006】173号文作出《关于民权县林七水库除险加固工程初步设计的批复》（以下简称批复），主要批复内容如下：

一、同意对民权县林七水库进行除险加固，防洪标准按照50年一遇设计、200年一遇校核。

二、原则同意商丘市水利建筑勘测设计院编制的工程初步设计。

核定主要建设内容为：

（一）主坝水泥土防渗墙防渗处理，长900m，上游坝坡拆除重建，下游坝坡采用干砌块石护坡，填平主坝下游老截渗沟，维修坝顶路面。

（二）1＃副坝，接长250m，顶高程66.5m，顶宽7m，坝顶设5m宽泥结碎石路面。

（三）泄洪闸：

南泄洪闸由2孔扩建为4孔，单孔净宽5m，墩厚0.8m，底高程60.5m。

（四）朱刘沟闸，进出口用砌石扭坡与钢筋混凝土箱式涵洞连接，箱涵高2m，宽1.5m，底高程62.15m。

（五）购置必要的设备；完善安全监控设施、整修管理用房等。

2006年12月河南省发改委、水利厅分别以豫发改投资【2006】1805号文和豫水计【2006】123号文下达《2006年病险水库除险加固工程中央预算内投资计划的通知》，本次年度投资计划共下达林七水库投资600万元，其中中央预算内专项资金300万元，地方配套300万元，主要建设内容为主副坝维修加固，泄洪闸加固，机电设备及金属结构改造。

根据此次下达的投资计划，权衡除险工程的轻重缓急，决定林七水库除险加固第一批实施以下工程：

（1）扩建南泄洪闸，

（2）新建朱刘沟闸。

工程布置见图1-4。

工程特性表见表1-1。

表1-1林七水库第一批实施工程特性表

序号

名称

单位

数量或型式

备注

一

水文

1

流域面积

km2

387.00

2

多年平均年径流量

万m3

2710.00

3

洪水标准

设计洪水重现期

年

50

核核洪水重现期

年

200

4

代表性流量

设计洪水流量

m3/s

610

核核洪水流量

m3/s

817

5

洪量

设计洪水洪量

万m3

9019

校核洪水洪量

万m3

12074

二

水库

1

水库水位

校核水位

m

65.51

设计水位

m

65.00

正常蓄水位（兴利水位）

m

64.00

死水位

m

61.70

防洪限制水位

m

64.00

2

正常蓄水位水库面积

km2

17.70

3

水库容积

总库容

万m3

7632.00

兴利库容

万m3

3489.00

死库容

万m3

300.00

三

下泄流量

1

校核洪水时下泄流量

m3/s

348.00

2

设计洪水时控制流量

m3/s

296.00

四

工程效益指标

1

防洪效益

保护面积

km2

475.87

保护人口

万人

66.34

2

灌溉效益

面积

万亩

19

续表1-1林七水库第一批实施工程特性表

序号

名称

单位

数量或型式

备注

保证率

%

75

灌溉定额

m3/亩

280

平均年用水量

万m3

3800

3

生活及工业用水

　平均年用水量

万m3

2212

　供水效益

万元

442

五

淹没损失及工程永久占地

工程永久占地

亩

53

六

第一批实施工程

1

南泄洪闸

闸底板高程

m

60.5

长度

m

131.7

总孔数

孔

4

闸孔净宽

m

5

墩顶高程

m

66.00

工作闸门

型式

平板定轮焊接钢闸门

尺寸

m

5×4.0

数量

扇

4

工作闸门启闭机

型式

卷扬式启闭机

容量

kN

2×80

数量

台

4

检修闸门

型式

浮箱式叠梁钢闸门

尺寸

m

5×1.0

数量

节

4

检修闸门启闭机

型式

电动葫芦

容量

kN

2×30

数量

台

1

设计最大泄洪流量

m3/s

296.00

校核最大泄洪流量

m3/s

348.00

2

朱刘沟闸

最大泄量

m3/s

5.5

续表1-1林七水库第一批实施工程特性表

序号

名称

单位

数量或型式

备注

地基特性

低液限粉土　

长度

m

51.7

工作闸门

型式

平面铸铁闸门

尺寸

m

1.5×2.2　

数量

扇

1

启闭机

型号

螺杆式启闭机

容量

kN

50

数量

台

1

七

年度工程施工

1

主体工程

土石方

万m3

5.74

砌体

万m3

0.12

砼及钢筋砼

万m3

0.21

金属结构安装

t

50.28

2

年度工程主要建筑材料

水泥

t

771

钢筋

t

61

块石

m3

1316

碎石

m3

1847

砂

m3

1722

3

劳动力

总工时

万个

11.55

4

施工临时房屋

m2

300

5

年度工程施工占地

亩

43.5

6

年度工程总工期

月

10

八

年度工程经济指标

1

总投资

万元

603.68

建筑工程

万元

267.71

机电设备及安装工程

万元

36.51

金属结构设备及安装工程

万元

64.05

临时工程

万元

92.27

独立费用

万元

143.14

2水文

2.1流域概况

2.1.1自然地理概况

林七水库位于河南省商丘市民权县林七村南约1km的黄河故道子河上，其所在区域属废黄河高滩地。

废黄河高滩地在商丘市北部，基本呈东西走向，沿河南、山东边界经过民权、宁陵、梁园、虞城四县区，呈条带状，最窄处仅2km，最宽处达30km。

由于历史上黄河携带大量泥沙经历年沉积的结果，地势较高，一般高出两侧地面6~8m。

滩地内受河流的切割影响，微地形起伏较大，具有明显的岗、坡、平、洼地貌，西高东低，自西而东高程70~52m，平均坡降1/8300，土壤以沙质、沙壤质褐土化潮土和潮土为主。

2.1.2流域及河流特性

黄河故道本干及其支流属淮河流域的南四湖水系，由于地处暖温带半湿润半干旱季风型气候区，多为季节性河流，平时流量很小，旱时干涸无水。

因商丘市严重缺水，制约了经济的发展，1958年开始利用黄河故道引黄济商，并在故道上节节筑坝蓄水，形成现在的林七、吴屯、郑阁、石庄、王安庄五座中型水库，林七水库是梯级水库的最上游一座。

由于流域内年内雨量分布不均，常形成滩区旱涝交替灾害型的气候特点，为此黄河故道先后进行了十余次清淤，目前除涝、防洪标准分别为五年一遇和二十年一遇洪水流量，河道坡降1/8300。

2.2气象

2.2.1气候

林七水库流域地处暖温带半湿润大陆性季风气候区，春、夏、秋、冬四季分明。

春季温暖干燥，夏季炎热多雨，秋季晴朗凉爽，冬季严寒少雪。

多年平均气温14℃左右，极端最低气温－16℃，出现在元月份；极端最高气温43.6℃，出现在七月份，日平均气温大于10℃的日照天数为216d。

无霜期213d，最长年份达220d，最短年份为206d，初霜期一般在10月30日前后，终霜期在3月30日前后。

该区夏季多偏南风，冬季多偏北风，春秋两季为过渡期，风向多变，年平均风速3.3m/s，最大风速24m/s。

2.2.2降水

根据区内雨量站统计资料，多年平均降水量为676.6mm，最大年降水量为1224.8mm（1957年），最小年降水量为324.8mm（1966年），降水量在年内分配极不均匀，一般7~8月份的雨量占全年降水量的50%左右，6~9月份的雨量占全年降水量的70%左右，且常以暴雨形式出现，而冬季至次年2月雨量较小，仅占全年降水量的5.8%左右。

2.2.3蒸发

该区多年平均水面蒸发量为1268.5mm，多年平均陆面蒸发量为622.2mm，水面蒸发量年内分配极不均匀，夏季蒸发量最大为478.5mm，占全年总蒸发量的37.8%，其次是春季为364mm，占28.7%，秋季蒸发量为297.7mm，占23.5%，冬季蒸发量最小为128.3mm，仅占全年总蒸发量的10%。

干旱指数为1.87。

2.3径流

林七水库控制流域范围内无实测径流资料，查《河南省地表水资源》（1984年12月编制），得该地区多年平均径流深R=70mm，多年平均径流量W=2710万m3，离差系数Cv=1.0，偏态系数Cs=2.0Cv。

设计频率年径流深、年径流量由下式计算:

Rp=Kp×R；Wp=0.1×Rp×F

式中:

Kp—模比系数，可由P-Ⅲ曲线查得；

Wp—设计年径流总量（万m3）；

F—流域面积（km2）；

Rp—设计年径流深（mm）；

R—多年平均径流深（mm）。

各种频率下径流总量计算成果见表2.3-1。

表2.3-1

林七水库各频率下径流总量计算表

频率

5%

10%

20%

50%

75%

90%

R（mm）

70

70

70

70

70

70

Kp

3

2.3

1.61

0.69

0.29

0.11

Rp（mm）

210

161

112.7

48.3

20.3

7.7

F（km2）

387

387

387

387

387

387

Wp（万m3）

8127

6230.7

4361.49

1869.21

785.61

297.99

根据水库兴利调节计算，50%频率年在保证城市供水和农业灌溉的情况下，水量有富余，可不必引用过多的黄河水；75%频率年在满负荷引用黄河水时，刚好能保证城市供水和农业灌溉，这与《三义寨灌区86规划》所确定的灌区的设计灌溉保证率为75%是相适应的，因此确定兴利水位为64.00mm是合理的，相应库容3489万m3，兴利库容3189万m3。

2.4洪水

本次年度工程设计对原初设阶段采用的暴雨成果和计算的净雨量进一步进行了复核，与原初设成果一致，见表2.4-1、2.4-2。

表2.4-1林七水库设计暴雨采用成果表

时段

均值（mm）

Cv

Cs/Cv

设计暴雨量（mm）

2％

0.5％

1日

86

0.55

3.5

222

287

3日

115

0.55

3.5

297

384

表2.4-2林七水库设计净雨量表单位:

mm

方法

2％

0.5％

P3

Pa

R

P3

Pa

R

豫东涡、惠河线

297

100

233

384

100

312

万南新河线

297

100

233

384

100

312

设计洪峰流量计算采用排涝模数公式:

式中:

—峰量关系综合系数，

（与淮委院1982年计算采用值相同）；

—3日净雨深（mm）；

—流域面积，

。

计算的50年和200年一遇设计洪峰流量分别为610m3/s和817m3/s。

由于黄河故道子河没有堤防，两侧大堤为洪水的天然屏障，在超标准洪水下不存在分流的问题，因此计算出的洪峰流量不再打折，可直接采用。

2.5施工期设计洪水

根据施工分期要求，除跨汛期施工的采用已计算的年最大设计洪水外，还需要计算非汛期的分期设计洪水。

非汛期分为10～次年4月，3～5月，4～5月三种分期，分别计算5年一遇设计洪水，供施工设计选用。

由于林七水库流域内无实测流量资料，采用与林七水库紧邻的惠济河上游大王庙水文站资料。

根据大王庙站历年非汛期实测流量资料，分别统计10～次年4月、3～5月、4～5月三个施工期最大洪峰、1日、3日洪量，统计系列从1964～2001年，共计38年。

经过频率分析计算，求得大王庙站各施工期设计洪峰流量和时段洪量，按面积比缩放为林七水库施工期设计洪水。

林七水库非汛期各施工期设计洪水成果见表2.5-1。

表2.5-1林七水库5年一遇施工期设计洪水成果表

施工期

洪峰流量（m3/s）

1日洪量（万m3）

3日洪量（万m3）

10～次年4月

26

125

295

3～5月

28

150

346

4～5月

27

149

344

3工程地质

3.1概述

勘察区为黄淮冲积平原，微地貌单元为平原悬河河谷，水库库区为黄河故道河床，呈开阔浅槽状，库面宽800-1000m，水库两侧库岸为黄河故道高漫滩，地势平缓，呈缓坡状向库内倾斜，除局部产生坡流冲刷外，据踏勘与调查，坝址区无大的不良地质现象发育。

黄河故道南北两堤保存基本完好，堤内滩地高于堤外地面6~8m，堤外为开阔的黄淮冲积平原，地势较低，地形平坦。

3.2地层岩性

3.2.1概述

在勘察范围内地层全部为第四系全新统文化期洪积相沉积物，据有关资料判定，本区堆积层厚度大于30m。

1855年黄河故道改道前，区内黄河水反复的冲荡淤决，形成了现在故道滩区的地貌轮廓及沉积土层的复杂紊乱状况。

在勘探深度范围内，地层主要为洪积相沉积地层，土类一般为砂壤土、粉砂、粉质粘土。

3.2.2地层

a.泄洪闸段

根据各层土的沉积年代、岩性、性状及工程地质条件，闸址区勘探深度范围内，钻孔揭示地层共划分为五个工程地质单元，自上而下分别描述如下:

①低液限粉土（alQ545轻砂壤土）:

浅灰—灰色，稍密—中密状，饱和，层状结构，层理清晰，振摇反映迅速，韧性低，夹薄层粘土透镜体，含腐植质，含水量大于流限，钻进中缩径，塌孔现象严重，标贯击数3—19击，平均6.7击，最小平均值4.9击，属中等（偏高）压缩性土层，水库大坝、副坝大部分座落于该层之上。

②低液限粉土（alQ544轻砂壤土）:

褐黄—灰黄色，稍密—中密状，湿—饱和，层状结构，土质不均匀，夹薄层软可塑状棕红色粘土，地下水位以下，其含水量大于流限，振摇反映迅速，韧性低，标贯击数2—7击，平均5.4击，最小平均值4.2击，属较松软土层，该层厚0.5—7.6m，底面高程59.30—65.97m，分布于水库两岸坝肩。

水库北泄洪闸溢洪道，南泄洪闸溢洪道北侧边坡均由该层构成，两泄洪闸闸基表层均为该层。

③粘土层（alQ543）:

棕灰色，软塑状，层理不清晰，含腐植质，夹微薄层状低液限粉土，较细腻，切面光滑，韧性高，标贯击数3—5击，平均值4.0击，最小平均值3.5击，厚0.5—2.9m，底面高程57.82—57.33m，分布于桩号0-153—0+047之间。

④低液限粉土（alQ542轻粉质壤土）:

灰黄—浅灰色，稍密—中密状，层状结构，层理清晰，振摇反映迅速，韧性低，夹薄层及中厚层透镜体状低液限粘土，粘土呈棕灰色，软塑状，单层厚0.1—0.4m；该层标贯击数2—11击，平均6.1击，最小平均值4.8击，该层分布于整个坝段，厚1.9—7.0m，底面高程56.00—52.40m，属较松软土层。

⑤低液限粉土（alQ541砂壤土）:

褐黄色，中密状，层状结构，饱和含水，振摇反映迅速，韧性低，振动析水，含水量大于流限，标贯击数6—18击，平均11.1击，最小平均值9.2击，属中密—密实土层，该层未钻穿，钻孔揭示最大厚度2.5m。

b朱刘沟闸段

朱刘沟位于副坝西端，南北方向延伸，沟形窄浅，沟口宽约3～5m，沟底宽约1～2m，沟底高程63.16～63.27m，地面高程64.4～65.3m。

闸址区地基持力层为第②单元低液限粉土（轻砂壤土），灰黄色，可塑～流塑状，夹薄层棕灰色软塑状低液限粘土。

土质松软不均匀，标贯击数范围值1～6击，平均3.3击，比贯入阻力范围值1.3～3.8MPa，平均2.6MPa，压缩系数a1-2为0.27MPa-1，地基承载力特征值105kPa，属中压缩性土层，地基受力层为第④单元低液限粉土（轻粉质壤土），该层土质较均匀，比贯入阻力平均值3.4MPa，标贯击数平均值6.4击，相应地基承载力130kPa，属中压缩性的中硬土层。

c土料场

坝址区附近周边半径5km以内，土质主要为粘粒含量较低的低液限粉土（砂壤土），副坝南侧为村落，库区范围内，除淹没区外，坝前安全取土范围内，没有能满足副坝延长段要求的土源区。

根据查勘选区的土料场位于朱刘沟西侧（详见图3-1），取土边线距朱刘沟约50m，料场地形平坦开阔，土料场东西长300m，南北宽200m，清除地表土层后可开采平均深度1.5m，可采土方量约9.5万m3，土质为低液限粉土（砂壤土），土质较均匀，含水量偏高（W=17%～29%）。

据击实试验资料，料场土料最优含水量为W=18%～20%，而料场土料天然含水量大部分超过塑限，接近液限，无法直接碾压，需晾晒后方可上坝。

3.3水文地质条件

工程区地下水为第四系松散覆盖层孔隙潜水，含水层为低液限粉土，其厚度大于15m（本次勘探深度未见隔水层），坝基土渗透系数为3.51~9.18×10-4cm/s，属中等透水层。

据库区两岸地下水调查，地下水一般受库水及大气降水补给，地下径流排泄，一般年份，两岸井水位深3.0～4.0m，高程约60.00～61.00m，

地下水类型为重碳酸钙型水，