某水庫除險加固工程可行性研究報告.doc

xxxxxx水庫除險加固工程可 行 性 研 究 報 告xx市水利水電規(guī)劃設(shè)計院二o o 一年四月目 錄第一章 基本情況1第一節(jié) 自然概況1 一、地理位置1 二、水文、氣候 1 三、地質(zhì)、土壤1 第二節(jié) 社會經(jīng)濟(jì)2 第三節(jié) 工程概況2 一、工程規(guī)模2 二、主要建筑物情況3第二章 可行性研究的主要任務(wù)4 第一節(jié) 工程存在的主要問題4 第二節(jié) 工程主要任務(wù)4第三章 水庫防洪復(fù)核計算5 第一節(jié) 基本資料和依據(jù)5 第二節(jié) 防洪復(fù)核計算5 第三節(jié) 防洪復(fù)核計算成果及結(jié)論8第四章 整險加固設(shè)計8 第一節(jié) 樞紐布置8 第二節(jié) 大壩橫斷面尺寸擬定9 第三節(jié) 大壩 防滲10 第四節(jié) 壩體排水11 第五節(jié) 大壩穩(wěn)定計算11 第六節(jié) 溢洪道設(shè)計14 第七節(jié) 輸水剅 、啟閉機(jī)臺、工作橋及灌溉渠設(shè)計19第五章 施工組織設(shè)及計投資估算21 第一節(jié) 施工組織設(shè)計21 第二節(jié) 主要工程量23 第三節(jié) 投資估算24第六章 效益分析26 第一節(jié) 社會效益26 第二節(jié) 經(jīng)濟(jì)效益27 第三節(jié) 環(huán)境效益27第一章 基 本 情 況第一節(jié) 自然概況 一、 地理位置 xx水庫原名小貓兒沖水庫，地處三岔河流域上游，位于xx市城郊xxxxxx村。該村東與xx縣龍泉鎮(zhèn)接壤，西與窯灣鄉(xiāng)石板村毗鄰，南靠大樹灣村和東山開發(fā)區(qū)。 水庫壩址距xx城區(qū)10公里，水庫壩頂公路與朝陽公路相連，與城區(qū)和東山經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)相通，交通十分便利。二、 水文、氣候 流域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，四季分明，雨量充沛，主溪三岔河長3.5公里。流域多年平均降雨量1086毫米，年徑流總量295.4萬立方米，其降雨的特征是暴雨集中，約占全年降雨的70%，多集中在69月；年均氣溫16.9，極端最高溫度40.4，極端最低溫度-7.9，年有效活動積溫5115，無霜期278天，平均日照百分率38%。 三、 地質(zhì)、土壤 流域地勢東北高，西南低，由東北向西南傾斜，海拔最高點241.4米，最低點68米，相對高差173.7米，地貌類型為丘陵區(qū)。土壤以紫色土為主，成土母質(zhì)為紅砂巖，其巖體松脆，易于風(fēng)化，礦質(zhì)養(yǎng)分較豐富，加之水熱條件好，生物活動旺盛，土壤質(zhì)地較好。適宜的農(nóng)作物有水稻、油菜、蔬菜等，經(jīng)濟(jì)林樹種以柑桔為主。第二節(jié) 社會經(jīng)濟(jì) 流域轄大樹灣、xx2個村，面積6.8平方公里，總?cè)丝?029人，農(nóng)業(yè)勞動力1054個。現(xiàn)有耕地2670畝，其中水田1590畝，梯平田375畝，坡耕地705畝。 據(jù)2000年國民經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計資料，全流域工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值541萬元，其中農(nóng)業(yè)產(chǎn)值306萬元，農(nóng)業(yè)人均純收入2725元。 第三節(jié)、 工程概況 受xx市xx區(qū)窯灣鄉(xiāng)水利站委托，xx市水利水電規(guī)劃設(shè)計院承擔(dān)了xx水庫除險整治加固任務(wù)。2001年三月十八日至二十日用全站儀對水庫大壩測繪了1:200的地形圖，對庫區(qū)測繪了1:1000的地形圖。假定村委會路口的朝陽公路路面高程為100.00m，1點坐標(biāo)x = 100.000，y = 239.600；2點坐標(biāo)x = 100.000，y = 148.400。一、 工程規(guī)模 xx水庫壩址承雨面積0.56km2，1957年冬由大樹灣、xx兩村共同修建，1958年春建成。由于xx水庫沒有保存工程資料，根據(jù)實測情況和對在當(dāng)?shù)卣{(diào)查推算得知：水庫壩址河床高程約84m，壩頂高程在 91m左右，壩高約7m。運行期間，對當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物的灌溉用水起到了十分重要作用。為了進(jìn)一步提高灌溉效益，于1974年對水庫大壩進(jìn)行續(xù)建加高。即在原壩頂高程91m基礎(chǔ)上采用迎水面砌筑直立條石（最大塊約1.5噸）擋土墻方式，將大壩加高4.5m至現(xiàn)在的95.5m高程，壩頂寬度增加到12m14m，最大壩高達(dá)到11.5m。溢洪道橋涵寬4.0m，同時對大壩背水坡進(jìn)行了填土培厚處理。 根據(jù)xx市水資源調(diào)查評價及水利化區(qū)劃，84年實測水庫總庫容為10.0萬立方米，死庫容為0.3萬立方米，有效庫容9.7萬立方米，防洪安全標(biāo)準(zhǔn)：130mm/h。按水利水電樞紐工程等級劃分及sdj1278設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，屬五等工程?。ǘ┬退畮欤饕ㄖ餅槲寮?。 ?。ǘ┬退畮旌樗畼?biāo)準(zhǔn)：正常運用洪水重現(xiàn)期為20年，非常運用（土石壩型）洪水重現(xiàn)期為200年。二、 主要建筑物情況 水庫樞紐工程主要由大壩、溢洪道和輸水管等組成，其平面位置見“水庫大壩現(xiàn)狀地形圖”。 1、大壩 水庫大壩系均質(zhì)土壩，土料為壩址右岸山上的紅砂土，壩頂軸線長度從1：200地形圖量得總長為116m，壩頂寬12m14m，泥結(jié)石主路面寬約3.2m，溢洪道兩橋涵處路面寬4.0m。實測水面距壩頂5.78m6.28m，平均6.0m，即水面高程為89.50m，壩頂高程95.28m95.78m，壩頂高程平均為95.5m。上游面高程94.5m至93.5m為斜坡面，93.5m至91.4m為直立漿砌條石擋土墻，高程91.4m90.5m為兩階漿砌條石大方腳，90.5m以下約為1: 3干砌石護(hù)坡鎮(zhèn)腳。下游壩坡平均坡率為1: 2，坡腳高程85.3m，整個坡面長滿雜草，坡腳緊鄰兩處魚池，兩壩肩部分種植柑桔。 2、溢洪道 溢洪道位于大壩左岸，型式為開敞式，底板沒有護(hù)砌，堰頂高程約為94.1m。建設(shè)初期為寬3.2m的單孔漿砌拱涵（拱矢高1.6m，拱圈厚1.0m），后來擴(kuò)建成兩孔拱涵，使溢洪道過水凈寬達(dá)到6.2m。溢洪道出口兩側(cè)擋水墻干砌處理長度10m，陡坡段泄槽基本利用岸坡地形未作工程處理，沒有設(shè)置消能設(shè)施，行洪溝為土渠，斷面小且不規(guī)則，土渠兩側(cè)均種植了柑桔。 3、輸水管 輸水、放空管位于大壩右岸、左岸各一處，右岸輸水管為低剅，取水型式為斜坡笛管式，為砼方形斷面（5050cm），最低取水高程約為86.5m，出水口高程為85.5m，渠首高程為86.1m，為淹沒出流。灌溉引水渠渠床大多為土渠，部分為石渠，均未采取襯砌措施；左岸設(shè)有一處高剅，剅口高程為93.0m左右，為200mm的砼圓管，用于控制水庫蓄水位，兩處均未設(shè)啟閉設(shè)備。第二章 可行性研究的主要任務(wù) 第一節(jié) 工程存在的主要問題 xx水庫 1974 年續(xù)建加高至今，最高庫水位距溢洪道堰頂50cm左右，從未到達(dá)溢洪道堰頂高程，即溢洪道從未使用過。最近78年以來，蓄水位一直維持在91m左右，距離溢洪道堰頂高程94.1m差3m。據(jù)xx村委會介紹，該水庫半庫運行的主要原因是蓄水位抬高后大壩背水坡出現(xiàn)嚴(yán)重的散浸現(xiàn)象，不敢蓄水；再加上迎水面條石砌筑的直立堡坎受風(fēng)浪掏刷嚴(yán)重，最大掏深達(dá)1.2m，后將淘刷部位進(jìn)行了臨時處理，隨著蓄水位抬高會隨時出現(xiàn)內(nèi)堤坍塌，危及大壩安全。 另外，溢洪道堰頂后段陡坡泄槽和消力池均未采取工程措施，行洪溝斷面不足且不暢通，不能滿足泄洪要求，因此要限制蓄水；輸水剅管破損造成水庫漏水，且啟閉不靈，不僅給管理帶來不便，而且危及工程安全，嚴(yán)重影響工程效益。 第二節(jié) 整治主要任務(wù) 針對工程存在的主要問題，根據(jù)業(yè)主的要求，此次xx水庫除險整治加固設(shè)計的主要任務(wù)是：1、大壩迎水面防滲處理；2、壩面外形整治；3、壩體排水設(shè)備設(shè)置；4、輸水剅管更換、修建啟閉機(jī)房和交通橋；5、溢洪道和陡坡段泄槽及消能設(shè)計；6、右岸灌溉渠和左岸行洪渠改造設(shè)計。第三章 水庫防洪復(fù)核計算 xx水庫屬小（二）型水庫，五級建筑物，水庫洪水標(biāo)準(zhǔn)：正常運用洪水重現(xiàn)期為20年（即設(shè)計洪水頻率p=5%），非常運用（土石壩型）洪水重現(xiàn)期為200年（即校核洪水頻率p=0.5%）。第一節(jié)、 基本資料和依據(jù)一、 壩址承雨面積f = 0.56km2 設(shè)計風(fēng)力為6級，風(fēng)速v = 12.3m/s校核風(fēng)力為5級，風(fēng)速v = 9.35m/s 二、 流域類型判別1、 流域分類：j = h/l式中：h壩址河床與分水嶺的高差 l壩址河床到分水嶺的距離從1：5000地形圖上量得：h = 236.0121.1 = 114.9m，l = 1400m j = h/l = 114.9/1400 = 0.082 = 8.2% =515%，屬山丘區(qū)。 2、流域形狀分類：f = f = = = 0.28，屬一般。 流域類型屬五級標(biāo)準(zhǔn)的第三種山丘區(qū)一般。 第二節(jié) 防洪復(fù)核計算 由暴雨資料推求洪峰流量 采用原“湖北省xx地區(qū)行政公署水利電力局文件，宜署水電（85）63號關(guān)于水庫防洪復(fù)核計算中若干具體問題的通知，對我區(qū)小流域大多無實測水文資料建議：小型水庫采用經(jīng)驗公式計算。 一、按小流域洪峰流量經(jīng)驗公式計算 qm = kht式中：qm洪峰流量m3/s ht 造峰暴雨，為造峰歷時t內(nèi)的相應(yīng)于洪水標(biāo)準(zhǔn) 的暴雨量mm k 隨流域面積大小與地形變化的綜合系數(shù) 造峰暴雨指數(shù) 1、計算造峰雨量ht ht = hf24 式中：hf24 面雨量 n 暴雨遞減指數(shù)。除遠(yuǎn)安用0.7外其他各縣均用0.65 d 暴雨參數(shù)。一律采用0.2 t 造峰歷時。 采用山區(qū)扇形：t = 0.35f0.52 = 0.350.560.52 = 0.26 采用丘區(qū)長形 ：t = 0.5f0.52 = 0.50.560.52 = 0.37 采用山丘區(qū)一般：內(nèi)插t = 0.332、 計算綜合系數(shù)k 采用山區(qū)扇形：k = 0.026f0.75 = 0.0260.560.76 = 0.0167 采用丘區(qū)長形：k = 0.024f0.73 = 0.0240.560.73 = 0.0157 采用山丘區(qū)一般：內(nèi)插k = 0.01633、 計算造峰暴雨指數(shù) 采用山區(qū)扇形= 1.63(f+0.5)0.036 = 1.63(0.56+0.5)0.036 = 1.63 采用丘區(qū)長形= 1.55(f+0.5)0.034 = 1.55(0.56+0.5)0.034 =1.54 采用山丘區(qū)一般：內(nèi)插= 1.594、 暴雨點面系數(shù)24 24 = (1+bf)-a 式中：f承雨面積（km2） a、 b為常數(shù)，xx市水文分區(qū)屬第區(qū)a = 0.168 b = 0.0054 24 = (1+0.00540.56)-0.168 = 0.999 =1 面雨量hf24 =24 h24 = h24 查湖北省水文手冊“最大24小時點暴雨重現(xiàn)期表”：xx站20年重現(xiàn)期最大降水量為229.6mm，200年重現(xiàn)期最大降水量為386.1mm。 p = 5%情況： ht = hf24 = 229.6 = 37.8 qm = kht = 0.016337.81.59 = 5.26m3/s p = 0.5%情況： ht = hf24 = 386.1 = 63.6 qm = kht = 0.016363.61.59 = 12.01m3/s 二、按?。ǘ┬退畮斓暮樗畯?fù)核標(biāo)準(zhǔn)計算 考慮到我區(qū)已出現(xiàn)過時暴雨120mm的實際情況，仍按過去復(fù)核標(biāo)準(zhǔn)，即一小時暴雨120140mm，一小時泄完，其徑流系數(shù)取1.0，水庫上游來多少，溢洪道泄多少，作為非常運用標(biāo)準(zhǔn)，并考慮安全超高，其洪峰流量qm公式： qm= 0.278(120140)f 式中：f為承雨面積（km2） xx站一小時暴雨130mm代入： qm= 0.278130f = 0.2781300.56 = 20.24 m3/s 三、防洪復(fù)核計算成果及結(jié)論 根據(jù)上述兩種經(jīng)驗公式計算的洪峰流量qm比較后得出：非常運用標(biāo)準(zhǔn)采用“?。ǘ┬退畮斓暮樗畯?fù)核標(biāo)準(zhǔn)” 值（即qm=20.24 m3/s），正常運用標(biāo)準(zhǔn)采用“按小流域洪峰流量經(jīng)驗公式計算”值（即qm= 5.26 m3/s）。確定壩頂高程后用非常運用標(biāo)準(zhǔn)的洪峰流量qm=20.24 m3/s計算溢洪道寬頂堰高程，以確保大壩安全。用正常運用標(biāo)準(zhǔn)的洪峰流量qm=5.26 m3/s計算溢洪道行洪溝的斷面尺寸。第四章 整險加固設(shè)計第一節(jié) 樞紐布置 如前所述，xx水庫工程大壩上游邊坡存在不穩(wěn)定隱患，下游邊坡散浸嚴(yán)重，需對大壩進(jìn)行壩坡調(diào)整和防滲排水處理；壩坡調(diào)整時在滿足壩體穩(wěn)定的前提下要考慮以下三方面：一是應(yīng)盡量少占下游魚池，二是減少挖填方量，三是上游坡腳不宜向水中伸入太多，以利施工。 根據(jù)上述原則，通過比較，將原壩軸線向下游平移4.4m。新壩軸線由點kd1（x = 101.410，y = 228.860）和點kd2（x = 103.840，y = 114.940）控制，軸線長133.942m。 溢洪道改造為開敞式正堰，溢流堰軸線與壩軸線正交，交點坐標(biāo)為jd1（x = 101.600，y = 222.700），經(jīng)陡坡段和消能池與排洪溝相連。為滿足右岸交通要求，在溢流堰頂設(shè)置鋼筋混凝土雙t形梁結(jié)構(gòu)的公路橋。 輸水管為壩下涵管，考慮到原輸水管放水設(shè)施落后，啟閉不便，為防止因涵管漏水而影響大壩安全及操作運行方便，此次設(shè)計將原高剅和低剅封堵，并在原低剅右側(cè)1m處布置新的輸水管線，管線軸線與壩軸線正交，交點坐標(biāo)為jd2（x = 103.010，y = 154.410）。輸水管由閘門控制，通過工作橋在閘室內(nèi)進(jìn)行啟閉，輸水管出口在下游kd4（x = 69.350，y = 152.720）處與渠道相連。 考慮到水庫的運行管理，利用大壩上游壩坡取土回填的機(jī)會，在庫內(nèi)右岸修建水庫管理用房100m2，高程96.0m，距壩軸線80m。第二節(jié) 大壩橫斷面尺寸擬定 大壩橫斷面尺寸應(yīng)滿足壩體穩(wěn)定要求，對一級均質(zhì)壩，碾壓容重為1.71.8t，取上游壩坡1:2.01:2.5，下游壩坡1:2.0。xx水庫大壩最大壩高11.5m，為一級均質(zhì)壩，加固設(shè)計確定上游壩坡為1:2.25，下游壩坡1:2.0。上游采用10cm厚c15砼預(yù)制塊護(hù)坡，下鋪20cm厚砂墊層；下游壩殼用草皮護(hù)坡，草皮應(yīng)選擇爬地矮草，也可采用植草護(hù)坡，在壩坡上先鋪腐植土，加肥料后再撒草籽。 確定壩頂高程時，考慮現(xiàn)狀壩頂左岸高，右岸低，并結(jié)合溢洪道公路橋的布置和壩頂公路與朝陽公路的平順連接，將壩頂高程劃分為四段：溢洪道處壩頂公路橋面高程為96.5m，樁號為0+000（kd1 點） 0+010，路面縱坡i = 0；0+0100+040段壩頂公路面高程從96.5m漸變到94.7m壩頂高程，路面縱坡i =2.7%；0+0400+133.94段壩頂公路面高程為94.7m；現(xiàn)狀壩頂公路到左壩頭朝陽公路由于縱坡太大需進(jìn)行改線，在kd1與kd3（x = 77.220，y = 257.700，高程97.0m）處作圓弧相連。轉(zhuǎn)角= 75，圓弧半徑r = 30m，圓弧長39.3m，圓弧段路面縱坡i =1.3%。圓心點坐標(biāo)為x = 228.300，y = 71.200，折線交點jd3坐標(biāo)為x = 100.700，y =252.100。 壩頂寬度按構(gòu)造對中低壩選用510m，確定壩頂寬度為6m，其中壩頂公路寬4.5m。在壩頂上游側(cè)設(shè)90cm高的防浪墻，防浪墻可防止浪花濺到壩頂并保障行人安全，用鋼筋混凝土修建。壩頂路面澆筑15cm厚c20砼，下鋪10cm厚碎石墊層，路面向下游側(cè)傾斜23%的坡度，以便排除雨水，下游側(cè)埋設(shè)混凝土邊石。 考慮從下游背坡到魚池、排洪溝和灌溉渠的交通要求，在下游背坡中部設(shè)置寬200cm的踏步，沿大壩橫斷面順踏步設(shè)置排水溝，將壩面雨水匯入下游坡腳縱向排水溝，最后排入灌溉引水渠。踏步和排水溝用漿砌石砌筑，用水泥砂漿抹面。 第三節(jié) 大壩防滲 防滲方案：土壩防滲的目的一是減少壩體滲漏量，二是降低下游壩坡浸潤線高度，保持大壩滲流水出流穩(wěn)定。根據(jù)本壩壩型及滲漏情況可考慮三種防滲方案。 1、水泥漿或水泥粘土漿灌漿：這一方案由于壩體填筑材料的d15和滲透系數(shù)k未取樣做物理力學(xué)試驗，因此它的可灌性和灌漿材料也無法確定。但從我市堤防堤身灌漿的實踐看，結(jié)合本壩實際，采用水泥粘土漿灌漿應(yīng)該是可能的，灌漿時可采用單排孔，孔距12m，總進(jìn)尺大約1100m。 2、砼剛性防滲墻：在壩頂上游側(cè)向下挖一深槽，成型槽底寬1.0m，然后澆筑厚1.0m、s4、c10砼，該方案需砼1500m3左右。 3、土工膜防滲：按照設(shè)計橫斷面預(yù)留出上游護(hù)坡（約10cm）和砂墊層厚度（20cm）后，將上游壩坡按1:2.25削坡修整，然后鋪設(shè)一布一膜土工布。其上鋪20cm厚粗中砂，表面為10cm厚c15預(yù)制砼塊護(hù)坡，該方案需土工布3500m2。 方案比較：上述三個方案中，方案二所需砼方量較大，投資大，且深槽開挖對壩體損傷大，不可取；方案一按其總進(jìn)尺，投資最少，但由于缺乏試驗資料，可灌性和灌漿材料難以確定；方案三即土工膜防滲，其防滲可靠，施工技術(shù)成熟、簡單，缺點是投資高于第一方案。根據(jù)上述各方案優(yōu)缺點比較，本階段推薦第三方案即土工膜防滲方案。 采用土工膜防滲防滲在施工中應(yīng)注意以下問題：土工膜的物理力學(xué)指標(biāo)必須符合設(shè)計要求；在上游壩坡中部應(yīng)設(shè)一道防滑槽，槽的截面尺寸為5050cm；土工膜的上部鋪至校核洪水位以上，下部和兩岸應(yīng)鋪設(shè)至基巖或粘土層；要保證土工膜的搭接長度和焊接質(zhì)量。 第四節(jié) 壩體排水 排水設(shè)備應(yīng)設(shè)置在壩的下游部靠近壩體和壩基相接的地方。排水設(shè)備應(yīng)在任何時候都具有充分的排水能力，以保證排走全部滲水。表面式排水設(shè)備的用途是防止在滲流逸出表面時發(fā)生流土，同時還起著保護(hù)壩坡的作用。本壩采用土工膜防滲效果較好，壩體排水采用表面式排水設(shè)備。因為表面式排水設(shè)備是最簡單的排水設(shè)備，尤其是當(dāng)缺乏足夠數(shù)量的石料時更為適宜。表面式排水設(shè)備易于觀察和檢修，當(dāng)壩體中浸潤線位置不高，沒有必要降低下游壩體中的浸潤線時，應(yīng)采用這種排水設(shè)備。 為了防止下游壩坡雨水沖刷而形成雨淋溝，應(yīng)設(shè)置縱橫排水溝，匯集徑流，排到壩腳。順著踏步在壩坡的橫向設(shè)置兩條排水溝，與縱向排水溝連接。沿著壩坡與岸坡的連接線，必須設(shè)置排水溝，溝的最小寬度不應(yīng)小于30cm，以利清淤。第五節(jié) 大壩穩(wěn)定計算 一、穩(wěn)定計算的目的 穩(wěn)定計算的目的是保證壩體在自重、各種情況的空隙壓力和外荷載的作用下，具有足夠的穩(wěn)定性，不致發(fā)生通過壩體或壩體和地基的整體剪切破壞。由于土壩體積很大，沒有傾復(fù)的問題，也沒有受水壓力、浪壓力而發(fā)生滑動的問題，因此不必對這些作用力加以計算。但是滲透壓力能降低壩坡的穩(wěn)定性。 土壩中的滲透壓力主要有以下兩種滲透形式：在正常運行情況下，當(dāng)滲流自上游流向下游時所產(chǎn)生的穩(wěn)定滲流；當(dāng)水庫水位下降時，上游壩體產(chǎn)生不穩(wěn)定滲流，壩體孔隙中所含的水自坡面上流出，同時壩體中水位隨著逐漸下降。 xx水庫大壩為均質(zhì)壩，本次除險加固上游面坡率為1：2.25，迎水面采用一布一膜土工布防滲處理，壩體浸潤線位置低，加上水庫消落水位小，因此穩(wěn)定計算只復(fù)核在正常運行情況的穩(wěn)定滲流所產(chǎn)生滲透壓力下的壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)，以此復(fù)核確定的下游壩坡是否滿足要求。 二、計算壩體浸潤線 雖然迎水面采用一布一膜土工布防滲處理后壩體浸潤線位置低，但是在計算壩體浸潤線時，不考慮土工布的作用，按在不透水地基上土壩滲流水力學(xué)解法中的均質(zhì)壩下游無排水設(shè)備情況進(jìn)行復(fù)核。 1、基本資料 設(shè)計溢洪道堰頂高程為94.0m，正常水位94.0m，河床高程約為84.0m，上游坡率 m1 = 2.25，下游坡率 m2 = 2.0。 2、壩體浸潤線確定 一個下游無水也無排水設(shè)備的均質(zhì)土壩由于上游三角形壩體的阻滲作用，使浸潤線進(jìn)入壩體的一段向上游彎曲，見下圖。 上游正常水位到河床高差h = 94.084.0 = 10.0m 土壩的滲徑= (95.794.0)2.25+6.0+(95.784.0)2.0 =33.225m 查值表： = =3.32 m1 = 2.25 得 = 0.244 向上游彎曲長度=h = 0.24410.0 = 2.44m l = += 33.225+2.44 = 35.67m 查表確定浸潤線在下游壩坡的出逸點高度： m2 = 2.0，= 3.567， 得 = 0.473， = 4.73m 按達(dá)塞定律q = kja ，則單位壩長的滲流量為： = 壩體內(nèi)浸潤線各點的高度，根據(jù)該點與出逸點的水平距離x由下式算得： 浸潤線如下圖所示 三、穩(wěn)定計算結(jié)果 穩(wěn)定計算采用水電部天津勘測設(shè)計院編制的“k1 土石壩邊坡穩(wěn)定分析程序”，程序在計算方法方面采用了瑞典條分法和考慮土條水平側(cè)向力的簡化畢肖甫法。程序適用于均質(zhì)壩、心（斜）墻壩和土石混合壩的壩坡穩(wěn)定計算。采用混合法連續(xù)計算方式，即計算一個指定的滑弧，就是先用網(wǎng)格法以給定滑弧圓心為中心，以大步長向四周布設(shè)49個點逐一計算，找出安全系數(shù)最小的點，轉(zhuǎn)入優(yōu)選法計算，向最小安全系數(shù)逼近，找出該滑弧深度的最小安全系數(shù)。 按程序建立坐標(biāo)系、節(jié)點編號、線條編號、編區(qū)域號，將原始數(shù)據(jù)編寫數(shù)據(jù)文件輸入程序進(jìn)行計算，結(jié)果如下：見浸潤線圖，最危險滑弧的滑弧深度dp = 13.80m，最危險滑弧的圓心坐標(biāo)x0 = 15.90m ，y0 = -10.30m，最大滑弧深度的最小安全系數(shù)為 a1 = 1.285大于規(guī)范允許的最小安全系數(shù)k = 1.05，滿足要求，下游壩坡設(shè)計合理。第六節(jié) 溢洪道設(shè)計 本次改造設(shè)計仍采用河岸式溢洪道，由進(jìn)口段、陡坡段和出口消能段組成。一、 寬頂堰設(shè)計 現(xiàn)狀溢洪道進(jìn)口段兩橋涵拱腳之間寬8.2m，拱涵凈寬6.2m，溢洪道進(jìn)口段底板距涵洞拱頂2.6m（拱矢高1.6m，拱圈厚1.0m），底板未做襯砌處理。 1、堰頂高程確定 設(shè)計進(jìn)口段采用寬頂堰型，過堰流量采用qm = 20.24 m3/s，以此計算過堰流量所對應(yīng)的堰上水頭。 q = 式中： 側(cè)收縮系數(shù) m 流量系數(shù)b 溢流前緣長度 h0 堰上水頭，水庫流速水頭取為0 取p/h 3時，m = 0.36 不同長度的堰頂溢流前緣所對應(yīng)的堰頂水頭如下：溢流前緣長度q = 5.26m3/sq = 20.24m3/sb=8.0mh0 =0.554mh0 = 1.361mb=7.0mh0 = 0.606mh0 = 1.488mb=6.0mh0 = 0.671mh0 = 1.649mb=5.0mh0 = 0.758mh0 = 1.862m 非溢流壩頂安全超高下限值按以下標(biāo)準(zhǔn)確定： 正常（設(shè)計洪峰流量）情況： h = 0.5m 非常（校核洪峰流量）情況： h = 0.3m 根據(jù)上述計算可以得出：溢洪道結(jié)構(gòu)形式應(yīng)由雙孔拱涵改為單孔箱形涵，上部為雙梁式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)公路橋，公路橋截面高擬定為，此次設(shè)計以溢洪道頂部過壩公路橋面高程96.5m（溢洪道以右壩頂路面高程為95.7m）來控制寬頂堰頂部高程。不同長度堰頂溢流前緣所對應(yīng)的寬頂堰頂部高程如下：溢流前緣長度公路橋截面高橋高+安全超高寬頂堰頂部高程上限b=8.0m0.8m1.1m94.039mb=7.0m0.7m1.0m94.012mb=6.0m0.6m0.9m93.951mb=5.0m0.5m0.8m93.838m 現(xiàn)狀溢洪道進(jìn)口段堰頂高程為94.1m，從上述表中比較后看出，當(dāng)溢流前緣長度b=8.0m，堰頂高程為94.039m時，公路橋面高程為96.5m，溢洪道以右的壩頂高程為95.70m，滿足壩面高程要求，因此確定進(jìn)口段堰頂高程為94.0m。 2、進(jìn)口段結(jié)構(gòu)設(shè)計 根據(jù)上述計算結(jié)果得出：現(xiàn)狀溢洪道進(jìn)口段兩橋涵拱腳之間寬8.2m，拱涵凈寬6.2m，涵洞拱矢高1.6m，斷面不能通過q = 20.24m3/s的流量，危及大壩安全。加上右側(cè)拱圈斷面已經(jīng)剪斷破壞，此次設(shè)計拆除現(xiàn)有的雙孔拱涵，將溢洪道進(jìn)口段寬頂堰改建為單孔箱形涵。堰頂公路橋采用c25雙梁式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，截面高0.8m，寬8.0m。將現(xiàn)狀堰底板開挖到設(shè)計高程，下部采用40cm厚80#砂漿砌石，上部澆筑15cm厚c20鋼筋混凝土。進(jìn)口圓弧面導(dǎo)水墻根據(jù)上游壩坡確定高程，寬頂堰段進(jìn)出口兩側(cè)邊墻頂高程為96.5m，采用80#砂漿砌石擋土墻梯形斷面，外層為15cm厚c15鋼筋混凝土。 二、陡坡段和出口消能段設(shè)計 根據(jù)實測地形圖得知：現(xiàn)狀底板落在紅砂巖基礎(chǔ)上，從拱涵出口30m處，高程由94m下降到88m左右，在30m處形成陡坡，高程由88m下降到86.5m，后接排洪渠道。 根據(jù)地形條件，確定陡坡長30m，采用坡度 i = 0.23。即泄水陡槽緊接寬頂堰末端，陡槽進(jìn)口高程為94.0m，經(jīng)30m陡坡段后高程降為87.0m，后接消力池，消力池底板高程為85.0m。 溢洪道下泄流量q = 20.24m3/s，以此進(jìn)行陡坡段設(shè)計。1、 陡坡段水面曲線及邊墻高度確定 臨界水深計算：hk= = = 0.895m 式中：q 單寬流量，q = = = 6.75 m3/s /m 1.1 正常水深計算： 陡坡段泄槽采用矩形斷面，底寬b = 3.0m ，混凝土襯砌，n=0.017i = 0.23，按明渠流公式計算正常水深h0 =0.496m = 1.052.86= 3.003m 池深滿足要求，根據(jù)計算結(jié)果最后確定消力池深1.0m，池長12.0m。陡坡段邊墻采用80#砂漿砌石擋土墻梯形斷面，外層為15cm厚c15鋼筋混凝土。消力池底板下層采用80#砂漿砌石，面層為15cm厚c15鋼筋混凝土。 三、排洪溝設(shè)計 對溢洪道行洪溝斷面尺寸確定：采用砼襯砌梯形過水?dāng)嗝?，設(shè)計過水流量q = 5.26m3/s，糙率n = 0.017，擬定縱坡i = 1/5001/1500。 采用均勻流公式計算過水?dāng)嗝嫠?q = bmnih1.5m0.50.0171/10001.556m1.0m1.00.0171/10001.459m1.5m0.50.0171/15001.744m1.5m1.00.0171/15001.427m1.5m0.50.0171/5001.276m1.0m1.00.0171/5001.236m1.5m1.00.0171/5001.078m1.5m1.250.0171/5001.020m1.2m1.250.0171/5001.096m1.0m1.250.0171/5001.152m 對現(xiàn)狀溢洪道排洪溝縱斷面實測：從溢洪道拱涵出口至三岔河入?yún)R口長度為325m，土渠斷面底寬在60cm120cm之間，土渠斷面右側(cè)緊鄰魚池，渠深在50cm80cm，土渠斷面左側(cè)為山坡，為半挖半填式渠道，渠堤種植柑桔樹。 經(jīng)過對上述過水?dāng)嗝孢M(jìn)行比較， 選用排洪溝梯形斷面尺寸為： 底寬b = 1.2m ，左右邊坡系數(shù)m = 1.25 ，糙率 n = 0.017 縱坡i = 1/500 ，渠道 過水深h = 1.096m。 排洪溝渠道采用砼三面光襯砌，襯砌厚度為10cm，考慮到溢洪道使用機(jī)率少，渠道高度確定為1.2m，出現(xiàn)超設(shè)計洪水時允許漫渠頂。根據(jù)現(xiàn)有的土渠斷面，渠道盡量鄰山坡布置為半挖半填式，以增加渠道邊坡的穩(wěn)定。排洪溝右側(cè)堤頂高程在85m76m之間，渠床高程多在84m75m之間，樁號230m斷面到樁號250m斷面土渠溝底高程相差近2.4m，要布置一級跌水，排洪溝在樁號325m斷面轉(zhuǎn)彎進(jìn)入河道。 第七節(jié) 輸水剅 、啟閉機(jī)臺、工作橋及灌溉渠設(shè)計一、 輸水剅設(shè)計 此次設(shè)計將左岸一處高剅（位于溢洪道進(jìn)口，剅口高程為93.0m左右，200mm的砼管）廢除，只在右岸設(shè)置一處輸水管。將右岸現(xiàn)有斜坡笛管取水型式改造為螺桿啟閉式鑄鐵閘門，根據(jù)現(xiàn)有渠首高程86.1m確定閘室底板高程為87.0m，輸水采用砼圓管。1、 輸水管徑確定 設(shè)計灌溉引水渠引用流量q = 0.3m3/s，采用有壓管道恒定流公式計算輸水管徑。q = c 式中：c 管道流量系數(shù)，c = 管道斷面面積 d 管道直徑 管道計算段長度 管道計算段中各局部損失系數(shù)之和 h 作用水頭 動能改正系數(shù)，直管=1.051.10 沿程阻力系數(shù) 根據(jù)試算結(jié)果：h = 2.5m ，= 60m，即水庫輸水高程為88.6m時，采用管徑40cm的混凝土管能通過引用流量q = 0.3m3/s。當(dāng)庫水位高于88.6m時，引水流量大于q = 0.3m3/s，可以通過控制閘門開度來調(diào)節(jié)引水流量；當(dāng)庫水位低于88.6m時，引水流量小于q = 0.3m3/s，庫水位平管頂（高程87.4m）時，引水流量為q = 0.22m3/s。2、 剅管結(jié)構(gòu)設(shè)計 引水灌溉剅管由八字型上游連接段、閘室段、洞身段和出口連接段組成。閘室布置：閘室順?biāo)鞣较蜷L度l = 1.5m，閘室寬度考慮采用0.50.5m的鑄鐵平板閘門（選用l q1.0t螺桿式啟閉機(jī)），取閘室凈寬為0.8m。閘室邊墻、胸墻和進(jìn)口八字墻結(jié)合上游壩坡平順布置，底板澆筑20cm厚c15鋼筋混凝土。 洞身段采用頂管施工方法，避免破堤抽槽，但要注意混凝土頂管的進(jìn)口封堵處理，避免管內(nèi)有壓水流掏刷壩體，危及壩身安全。 洞身段出口設(shè)置3m的扭曲翼墻與灌溉渠道相連。 二、啟閉機(jī)臺、工作橋設(shè)計 為方便閘門啟閉，將啟閉機(jī)臺高程同壩頂95.7m，設(shè)置工作橋連接壩頂和啟閉機(jī)房。啟閉機(jī)臺和工作橋均采用排架式，排架支柱為300mm圓柱截面，支柱基礎(chǔ)根據(jù)平面布置埋入上游壩坡1.0m，基礎(chǔ)底面為二階大方腳。工作橋面寬1.2m，兩邊設(shè)置鋼管欄桿；啟閉機(jī)臺為直徑3.0m的圓形結(jié)構(gòu)，周圍設(shè)置鋼管欄桿，上部設(shè)置直徑1.5m的圓形結(jié)構(gòu)啟閉機(jī)房，房頂為六角亭結(jié)構(gòu)。上述結(jié)構(gòu)均采用c20鋼筋混凝土，啟閉機(jī)房采用磚墻圍護(hù)。 三、灌溉渠設(shè)計 對灌溉渠斷面尺寸確定：采用砼襯砌梯形過水?dāng)嗝?，設(shè)計考慮右岸壩坡匯流排入渠道，因此，渠道設(shè)計流量為q =0.5m3/s，糙率n = 0.017，擬定縱坡i = 1/5001/1500。 采用均勻流公式計算過水?dāng)嗝嫠?q = bmnih0.8m1.00.0171/10000.485m1.0m1.00.0171/10000.437m1.0m1.00.0171/15000.487m1.5m1.00.0171/15000.398m0.5m1.00.0171/5000.483m0.8m1.00.0171/5000.401m 對現(xiàn)狀灌溉渠縱斷面實測：從引水剅出口渠首至三岔河入?yún)R口長度為435m，土渠斷面底寬多在80cm100cm之間，土渠左側(cè)堤頂高程在86m75m之間，渠床高程上段在85m83m左右，下段在81m左右。經(jīng)過對上述過水?dāng)嗝孢M(jìn)行比較， 選用梯形斷面尺寸為： 底寬b = 0.8m ，左右邊坡系數(shù)m = 1.0 ，糙率 n = 0.017 縱坡i = 1/1000 ，渠道 過水深h = 0.485m。 設(shè)計渠線仍采用現(xiàn)有斷面，若過水?dāng)嗝娌蛔?，則盡量鄰山坡側(cè)布置。其中，在樁號210m和樁號390m兩段渠床為巖石，水流在渠道樁號435m處左轉(zhuǎn)彎注入河道。渠道考慮襯砌超高0.15m，確定渠道高度為0.65m，渠道斷面為8cm厚c15砼三面光襯砌。第五章 施工組織設(shè)計及投資估算 第一節(jié) 施工組織設(shè)計1、 交通、水電及通訊 xx水庫交通便利，距城區(qū)中心10公里，水庫壩頂公路與朝陽路相連。水庫緊鄰xx村委會，與外界通訊聯(lián)絡(luò)方便。施工及生活用水取自東山運河，若遇運河檢修停水，可在庫內(nèi)臨時筑堤蓄水；施工及生活用電采用大網(wǎng)電源，保證率高。施工中主要建筑材料如水泥、砂、骨料塊石、和管材等可直接從城區(qū)采購；大壩回填用料可以利用削坡后的土料 ，不足部分從庫內(nèi)右岸取土，即能解決土源不足，又能增加水庫庫容。2、 施工布置與技術(shù)要求 施工布置：遵循因地制宜、統(tǒng)籌安排、易于管理、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的原則，以保證工程施工質(zhì)量，加快施工進(jìn)度。水泥倉庫、鋼筋加工廠和施工人員辦公、生活用房可以利用水庫左壩頭閑置的村幼兒園，不足部分則就近解決。砼拌合設(shè)備布置在水庫右岸，周圍平整出場地堆放砂石料。 技術(shù)要求：xx水庫除險加固工程根據(jù)資金籌措情況，對工程可一次施工，也可分年施工。若分年實施，則先安排溢洪道和大壩下游背坡的施工。根據(jù)設(shè)計圖紙要求，拆除現(xiàn)有的兩孔漿砌石橋涵，對寬頂堰、陡坡段和消力池底板開挖到設(shè)計高程后，完成上述底板和側(cè)墻的漿砌，修建鋼筋混凝土雙t形梁結(jié)構(gòu)壩頂公路橋，恢復(fù)交通要求，最后澆筑溢洪道面層鋼筋混凝土；對下游壩坡進(jìn)行削坡整治，盡量保留左岸柑桔，根據(jù)溢洪道的布置要求和左岸壩頂公路的降坡改線要求，對設(shè)計范圍內(nèi)兩側(cè)柑桔進(jìn)行移栽，按設(shè)計坡度進(jìn)行削坡修整，然后安排表面式排水設(shè)備的施工，要按圖紙要求，最下層緊靠土壩鋪筑厚20cm砂，第二層為20cm卵石，面層為40cm塊石；最后完成下游排水溝和臺階的砌筑。 大壩上游迎水面壩坡施工要選擇冬季或春季，將水庫放空，拆除上游直立漿砌堡坎。清除設(shè)計壩坡線內(nèi)的淤泥和雜物，對壩坡回填壓實整平到設(shè)計要求后，鋪設(shè)一布一膜土工布，然后在其上鋪筑20cm厚的中粗砂保護(hù)層，再在保護(hù)層上鋪設(shè)10cm厚c15預(yù)制砼塊護(hù)坡。土工布下墊層土粒越細(xì)，土工布斜墻抗水壓的能力越大，在坡面中部設(shè)置一道防滑槽，可以預(yù)防壩體沉陷將土工布拉壞，在鋪設(shè)土工布時還要避免土工布的刺破，還要保證土工布的搭接長度和焊接質(zhì)量；同時完成過堤管的頂管施工及輸水預(yù)制砼管的安裝、止水處理，剅管閘室、排架、啟閉機(jī)房和工作橋的施工。 完成溢洪道、下游坡整治和上游防滲及坡面整治后，對排洪溝和灌溉引水渠進(jìn)行砼三面光整治。第二節(jié) 主要工程量1、 下游壩體：挖方79m3 ，填方1027m3 ， 削坡修整1728m2 ，草皮護(hù)坡1728m2 ，排水溝和踏步漿砌石144 m3 ，排水體塊石333m3，卵石159m3，砂167m3。 2、上游壩體：挖方1935m3 ，漿砌石拆除346 m3 ，填方820 m3 護(hù)坡墊層中粗砂450 m3 ，護(hù)坡c15砼：225 m3 ，土工膜（一布一膜，200g/m2）3220 m2 。 3、壩頂：填方109 m3，公路墊層（混合料）99 m3 ，c20砼公路路面117 m3 ，防浪墻c20砼79m3 ，鋼筋2240kg。 4、溢洪道：80#漿砌石93 m3，c15砼21 m3，鋼筋1350kg，挖方（風(fēng)化巖石）57 m3 ，漿砌石拆除32 m3。 5、陡坡段：80#漿砌石126 m3，c15砼27 m3，鋼筋2370kg，挖方（風(fēng)化巖石）52 m3 。 6、消力池：80#漿砌石135 m3，c15砼14 m3，鋼筋1490kg，挖方（風(fēng)化巖石）25 m3。 7、排洪溝：挖方605 m3 ，填方1083 m3 ，c15砼232 m3 ，邊坡修整1625m2。 8、灌溉引水渠：挖方193 m3 ，填方210m3 ，c15砼81 m3 ，邊坡修整1148m2。 9