水库除险加固工程初步设计说明书.docx
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水库除险加固工程初步设计说明书
水库除险加固工程
初步设计说明书
1综合说明5
1.1工程概况5
1.2大坝安全鉴定结论6
1.3工程水文特性8
1.4工程地质9
1.5工程设计10
1.6施工组织设计11
1.7施工安排12
1.8施工总体布置12
1.9水土保持与环境影响评价12
1.10除险加固工程建设的必要性13
2水库水文及调洪演算13
2.1流域概况13
2.2洪水设计计算标准14
2.3调洪演算14
2.3.1设计洪水计算14
2.3.2调洪计算16
2.3.3已成坝高情况下设计，校核水位的确定17
3工程设计19
3.1工程等级和设计依据19
3.2安全复核19
3.3大坝整治设计22
3.3.1下游坝坡整治设计22
3.3.2坝肩帷幕灌浆设计23
3.3.3溢洪道整治设计25
3.3.4涵卧管整治设计25
4施工组织设计26
4.1施工条件26
4.2天然建筑材料27
4.3施工组织27
4.4施工布置29
4.5施工计划30
4.6施工安全31
4.7主要工程施工方法31
5．水土保持与环境影响评价33
6水库运行管理33
6.1工程管理现状33
6.2工程建后管理34
6.3工程管理运用35
6.4工程监测36
6.5综合经营37
6.6供水管理章程37
6.7水费收取改革方案38
7．工程概算40
7.1编制原则和依据40
7.2主要项目及工程量40
7.3有关费率：
41
7.4调差41
7.5工程概算42
附：
1、某县三道咀水库除险加固整治设计图
2、某县三道咀水库大坝安全鉴定书
3、某县三道咀水库大坝整治工程土工试验报告
主要工程特性表
（一）
序号
名称
特性
备注
一
枢纽主要水文特征
1
坝址以上集雨面积
4.47km2
2
多年平均气温
17.4℃
3
多年平均降雨量
900mm
4
最大一日暴雨量
120mm
5
年最大风速多年平均值
20.7m/s
6
多年平均径流深
220mm
7
主河道长
1.75km
8
主河道平均比降
27.1‰
二
灌区特征
1
设计总灌面积（亩）
2100
2
有效灌面积（亩）
1600
3
灌溉时期
3～6个月
4
灌溉保证率
75%
三
特征水位及库容
1
设计洪水位
392.29m
2
校核洪水位
392.94m
3
正常蓄水位
391.60m
4
死水位
382.00m
5
总库容
103.5万立米
6
正常水位库容
74万立米
7
有效库容
63万立米
8
死库容
11万立米
主要工程特性表
（二）
序号
名称
特性
备注
四
大坝工程
1
坝型
土坝
2
坝顶长
103m
3
最大坝高
20.4m
4
坝顶宽度
4.5m
5
坝顶高程
394.076m
五
溢洪道
1
形式
正槽式
2
堰顶形式
宽顶堰
3
宽度
6.4m
4
长度
168m
六
放水设施
1
卧管
1.3×0.5m
宽×高
2
涵管
0.8×1.23m
宽×高
七
劳力（工日）
1.85万
八
工期
1
总工期
5个月
九
工程静态总投资
84.53万元
1
需国家补助
50万元
2
县财政补助
5万元
3
自筹
29.53万元
1综合说明
1.1工程概况
1.1.1枢纽工程
三道咀水库属涪江水系梓江支流雍江一级支流上的一座以灌溉为主，兼有旅游、防洪、养殖等综合效益的小<一>型水库。
某县金鸡镇嫘祖村，距金鸡场镇4公里，距某县城75Km，枢纽地理坐标东经105°39＇23，，，北纬31°26＇15，，，水库管理站公路、电源、通讯均通。
水库坝址处河床底部海拔高程约371.02m，坝址以上自然集雨面积4.47km2，总库容103.5万m3，正常库容63万m3，死库容11万m3，设计控制灌面2100亩，灌区为某县金鸡镇部分村社，现实际有效灌溉面积700亩。
洪水标准为30年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核。
枢纽工程由大坝、溢洪道、放水设备三部分组成。
1.1.2大坝
三道咀大坝为粘土心墙坝，坝顶高程为394.076m，最大坝高20.4m，坝顶宽4.5m，坝顶轴线长103m。
大坝上游边坡坡率为1:
3.0，坡面为砼预制块护坡。
大坝下游边坡坡率从坝顶至坝脚分别为1:
1.9、1：
1.6，坡面为草皮护坡，设置有一堆石排水体。
大坝基岩为棕褐色长石石英岩、粉砂质泥岩。
长石砂岩为砂、钙质胶结、较硬；粉砂质泥岩含钙质结核较少，泥钙质胶结为主，处于弱风化状态。
砂岩裂隙较为发育，溶蚀较严重。
1.1.3溢洪道
水库现有正槽式溢洪道一座，位于河床右岸，溢洪道为槽式，进口堰型为无闸控制宽顶堰，泄槽长168m，宽6.4m，堰顶高程391.463m，位于大坝右岸，由条石砌筑而成，1979年完成溢洪道工程，1980年、1986年先后两次对溢洪道进行过开挖整治。
1.1.4放水设施
水库放水设备位于大坝左岸，为阶梯式卧管，矩型涵管组成，卧管每级高0.3m，断面尺寸1.3×0.5m（宽×高），涵管断面尺寸1.3×0.8m（宽×高），最大放水流量0.29m3/s。
1.2大坝安全鉴定结论
1.2.1鉴定结论
2006年11月，由绵阳市水务局组织有关工程技术专家对三道咀水库进行了大坝安全鉴定，经大坝安全鉴定专家现场检查和对大坝原来有关资料进行审阅和论证，将该水库大坝定为“三类坝”。
1.2.2存在的主要问题
1.大坝：
一是通过对大坝稳定及渗漏计算，下游坝坡所有工况的抗滑稳定最小安全系数均小于规范允许值，不满足规范要求，存在不稳定因素；二左坝肩渗漏，主要原因是由于工程建设期间未能按正规的基本建设程序进行，施工时左坝肩截流槽未嵌入至设计深度，软弱岩层没有清除彻底，导致左坝肩与山体结合处并不紧密，由此产生左坝肩渗漏，经实测最大一处日漏水量达72.8立方米，渗漏量随库水位变化较大。
2.溢洪道:
洪水复核结果表明，现有坝顶高程不满足要求，溢洪道断面尺寸也不满足要求，三道嘴水库防洪能力不满足《中华人民共和国国家标准》GB50201—94及《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252—2000规定的30年一遇洪水设计和300年一遇洪水校核的标准，不利于安全泄洪和溢洪道的稳定，严重影响下游两岸的稳定，需要对其进行整治。
3.放水设施：
存在涵管渗漏，原因是由于工程建设时施工技术及施工质量差，所用石料强度不够，经过长时间的承重，部分侧墙变形断裂和压力水淘刷而形成漏水，涵管于2002年初开始出现漏水，由于该水库自身建设资金十分有限，一直就未予整治，运行之至今渗漏问题也日渐严重，经现场检查发现边墙和顶板已经变形，漏水已呈射流状，根据管理人员实地观测现在最大渗漏量已达63.25m3/小时，如任其发展，渗漏将会向坝体扩散，大坝坝体就会被漏水淘空，届时将有溃坝的危险。
1.2.3对出现的问题的处理意见
（1）整治坝下涵管漏水，改造放水设施；
（2）整治大坝左坝肩渗漏；
（3）对大坝下游坝坡进行加固处理；
（4）扩宽溢洪道，增设交通桥；
（5）完善水库管理设施。
1.3工程水文特性
1.3.1概述
三道咀水库位于涪江水系梓江支流雍江一级支流上，控制流域面积4.47Km2。
流域形状近似长条型。
流域区属浅丘陵区，植被较好，多年平均气温17.60C，最大风速20.7m/s，属亚热带湿润季风气候，夏长秋短，四季分明。
据某县气象站实测资料统计，多年平均降水量900mm，年最大降水量1296mm，最低降水量400mm，近年有呈逐年减少的趋势。
多年平均径流深220mm。
该流域处于某盆地西北暴雨边缘区，雨量充沛，暴雨大而且次数频繁，统计资料表明，最大暴雨多出现在7∽9月，流域内洪水主要由暴雨形成，陡涨陡落，单双峰均出现，一次洪峰过程小于12小时。
1.3.2泥沙
该水库建成初期，由于库内植被较差，致使库尾有部分淤积。
80年代以来，加强了库内植树造林和水土保持等措施，植被得到了很大改善，现在森林覆盖率已达45.5%，库内淤积减少。
1.3.3水库洪水复核
三道咀水库设计洪水防洪标准为30年，校核洪水标准为300年。
按推理公式计算洪峰流量，当P=3.33%时，洪峰流量为88.65m3/s，设计洪水位392.291m。
当P=0.33%时，洪峰流量为126.49m3/s，校核洪水位392.94m。
1.4工程地质
1.4.1工程地质条件
库区属浅丘陵地形，地质构造主要出露为中生界白垩系蓬莱镇组的黄褐色岩石层，以黄褐色长石砂岩为主，夹杂部分沙页岩互层，成为主要的垮塌和渗漏途径。
地层似斜南北，倾角3∽50，近似水平。
1.4.2渗漏问题
该水库建成后不久左坝肩出现绕坝渗漏，1982年曾经进行过简单的灌浆处理，当时效果还是比较好。
但是由于缺乏整治资金，对渗漏部位未进行彻底的处理，经过20余年的渗透侵蚀，运行至2004年，左坝肩又开始出现渗漏，当库水位较高时，渗漏量随之严重，经实测现在最大日漏水量达72.8m3；再加之工程建成运行期间的管理未能跟上，通过多年的运行，涵管也出现了渗漏，经实测现在最大日漏水量达63.25m3，且有逐渐加剧的趋势，须进行彻底整治。
1.4.3稳定问题
该水库枢纽部份属蓬莱镇组中生界地层，倾向下游，倾角3∽50，为近似水平岩层，从地质条件分析，大坝不会因为地质原因发生失稳现象。
1.4.4工程地质结论
该水库无大的地质构造变化，地层结构单一，倾角较小，地质条件较好，无不良地质构造。
根据某省地震烈度分布图，该区域的地震烈度Ⅵ度。
1.5工程设计
1.5.1工程等级
三道咀水库是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合效益的小<一>型水库。
水库总库容103.5万m3，设计灌面2100亩。
按照《水利水电工程等级划分标准》SL252-2000之规定。
该水库为Ⅳ等工程，相应主要建筑物按四级建筑物设计，次要建筑物和临时建筑物按五级设计。
1.5.2洪水标准
水库工程永久性建筑物设计洪水标准重现期为30年，校核洪水重现期为300年。
1.5.3工程设计项目及方案
经现场勘察并结合《大坝安全鉴定论证报告》。
本次工程整治设计的项目及方案如下：
1.大坝加固
下游：
将坝坡先填筑至坡比（分别为1：
2.5；1：
2.75），原来堆石排水体将后移，并增设一马道，其宽度均为2米；坝坡两侧及马道均采用M7.5浆砌条石设置排水沟。
2.坝肩渗漏处理
对左坝肩渗漏采取帷幕灌浆处理，灌浆全部采用单排孔，孔距2m，灌浆深度为24米。
3、溢洪道处理
首先将溢流堰拓宽至10米，然后将溢洪道底板开凿1.55米深，再浇筑C20砼作封闭处理，泄槽段底板浇筑砼厚度为30cm，陡坡段底板砼厚度为40cm，消力池底板浇筑砼厚度为60cm，确保溢洪安全。
最后将溢洪道毁坏的边墙用条石重新砌筑，保证泄洪的稳定性，确保溢洪安全。
4、涵卧管整治
将涵管改造为现浇C20砼圆管，过水直径断面为1m，砼厚度为20cm；同时将卧管放水洞改为折悬臂阀门，便于运行管理。
5、新建机耕桥
为了保证汛期防洪抢险物资运输及行人安全，本次设计在溢洪道上方增设一机耕桥。
机耕桥为梁板式结构，采用C25钢筋砼现浇，桥面宽2.2米，桥板厚度为30cm，梁厚30cm，高度为50cm。
1.6施工组织设计
三道咀水库位于金鸡镇嫘祖村，距金鸡场镇4公里，距某县城75Km，水库至金鸡镇和某县城有高等级水泥道路相通，外购材料及设备从盐～绵二级公路直接运至工地，对外交通比较方便。
当地材料至工地有村道公路相通，坝区地形较为平坦，工程附近的采石场质量好，砼所用卵石在梓江河购买，砂用涪江砂，水泥用双马或者剑门水泥，均可直接运至工地。
施工用电可连接附近变压器，能满足施工用电及生活用电，施工用水采用以库内抽水。
1.7施工安排
水库主要承担灌溉用水，大坝加固既要保证工程顺利进行，又要不影响水库的灌溉和蓄水，下游坝坡基本不影响灌溉和蓄水，可以在春灌前进行；溢洪道整治涉及夏季行洪，须在洪水期来临前整治完工；帷幕灌浆为了保证质量，可以尽量安排在春灌后的低水位进行。
1.8施工总体布置
施工布置主要遵循因地制宜，易于管理施工，经济合理的原则。
本工程施工集中，应尽量避免相互间的干扰或影响，生活区布置在水库管理房处，施工用水在库内抽取，民工生活用水采用水库管理房供水设施，生活用电利用管理站设施供给，只需架设部份线路就可解决，施工料场主要在大坝两端390m高程布置。
1.9水土保持与环境影响评价
该工程为除险加固整治工程，需移动的土石方量不大，对水库功能的正常发挥和环境改善十分有利，不利的因素是帷幕灌浆可能会对下游鱼池产生一定污染，但都是局部和暂时的，抓紧施工可以避免不利的情况出现。
从环境分析，不存在影响工程的重大制约因素，整治工程从环境与水保方面评价是完全可行和有利的。
1.10除险加固工程建设的必要性
三道咀水库总库容103.5万m3，设计灌面2100亩，该水库是一座以农业灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合效益显著的小<一>型水库。
该水库位置比较重要，水库上方即是我县著名旅游景点嫘祖陵，该水库不仅承担其取水需要，同时也是通往嫘祖陵的必经之路，其下游涉及金鸡镇多个村社2万多人口，水库一旦溃坝失事，不仅严重影响了旅游、交通，而且将会对下游的居民及建筑物造成极大的威胁，造成重大的经济损失和不利的社会影响。
所以，整治水库大坝、溢洪道、坝肩渗漏，保证其安全运行是十分必要的。
2水库水文及调洪演算
2.1流域概况
三道咀水库位于涪江水系梓江支流雍江一级支流上，集雨面积F=4.47Km2，主河道流域长度L=1.75Km，流域比降i=27.1‰，以上资料由万分之一航测图量得。
现有坝顶高程为394.076米，溢流堰宽6.4米，多年平均径流深H＝220mm，多年平均蒸发量E20＝1157mm，最大24小时暴雨均值100mm，短历时暴雨指数公式的参数a2＝0.64，b2＝0.0055。
2.2洪水设计计算标准
根据水利部SL252－2000防洪标准，工程防洪标准为30年一遇设计，300年一遇洪水校核，即设计P=3.33%，校核P=0.33%。
2.3调洪演算
2.3.1设计洪水计算
集雨面积F=4.47Km2，主河道流域长度L=1.75Km。
流域比降i=27.1‰。
以上资料由万分之一航测图量得。
通过推理公式计算：
当p=3.33%时，Qp=88.65m3/s，当P=0.33%时，Qp=126.49m3/s
1）设计洪峰流量计算
本库流域无实测洪水资料，但有长系列暴雨资料，故采用推理公式法由暴雨推求设计洪峰流量。
推理公式为：
Qp=0.278ψSF/τn=f（F、L、J、S、n、μ、m）
式中：
Qp——最大流量（m3/s）；
ψ——洪峰径流系数；
τ——流域汇流时间（h）；
F——流域集雨面积（km2）；
L——自出口断面沿主河道到分水岭的河流长度（km）；
J——河道平均坡度；
S——暴雨雨力，即最大一小时暴雨量（mm/h）；
n——暴雨公式指数；
μ——产流参数（mm/h）；
m——汇流参数。
推求设计洪峰流量，必须确定上式右端的如下三组参数：
（1）流域特征参数F、L、J；
（2）暴雨参数S、n；
（3）产流参数μ和汇流参数m。
流域特征参数用原量算数据。
暴雨参数由《某省中小流域暴雨洪水计算手册》（1984年6月版）（以下简称《手册》）上的等值线图查算。
产流参数μ和汇流参数m基本上按《手册》上推荐的方法计算。
各参数计算成果见表2—1
表2—1
F（km2）
L（km）
J（‰）
J1/3
F1/4
Q=L/J1/3F1/4
m
Cv
Cs
4.47
1.75
27.1
0.3004
1.454
4.007
0.531
0.50
3.5Cv
P（%）
H24pmm
n
S（mm/h）
s1/4
0.383Q/（m/s1/4）
τ0
τ0n
μ
（mm/h）
μ/sτ0n
ψ
ψ-1/（4-n）
τ
τn
Q
验算
Q1/4
m，
5
199
0.644
64.19
2.831
1.021
1.025
1.016
5.068
0.080
0.912
1.028
1.054
1.034
70.355
2.896
0.5306
2
242
0.642
77.57
2.968
0.974
0.969
0.980
5.449
0.069
0.924
1.024
0.992
0.995
89.515
3.076
0.5307
0.333
324
0.637
102.22
3.180
0.909
0.893
0.930
6.135
0.056
0.938
1.019
0.910
0.942
126.485
3.354
0.5306
0.2
348
0.636
109.44
3.234
0.894
0.875
0.919
6.325
0.053
0.942
1.018
0.891
0.929
137.90
3.427
0.5304
2）设计洪水过程线推求
设计洪水过程线推求也采用《手册》方法。
（1）设计洪水总量
设计洪水总量Wp，按下式计算：
Wp=0.1αHTPF（万m3）
式中：
F——流域面积（km2）；
α——洪量径流系数；
HTP——历时T的设计暴雨量；
T=12.8F1/4（单峰型时）
HTP=SPt1-n2p（T/24）1-n3。
上式中α查《手册》确定，H24P由表2—1给出。
设计洪水总量计算成果见表2—2。
表2—2三道咀水库设计洪水总量计算成果表
P（%）
H24P（mm）
α
F
Wp（万m3）
5
181.766
0.815
4.47
66.2183
2
220.943
0.83
4.47
81.9721
0.333
295.441
0.855
4.47
122.9131
0.2
317.235
0.865
4.47
122.6605
2.3.2调洪计算
采用公式：
q1=1.48BH3.2B＝6.4m
q2=Qp（1-Va/Wp）
假设Va用试算法使q1=q2即为正确，即为所求得堰上水深。
见下表:
三道咀水库库容曲线表
高程
面积（万m2）
库容（万m3）
高程
面积（万m2）
库容（万m3）
375
0.04
0.09
386
4.00
22.50
376
0.25
0.80
387
4.50
28.50
377
0.50
1.80
388
5.25
36.00
378
0.80
3.00
389
6.25
45.00
379
1.09
4.50
390
7.50
51.00
380
1.50
6.60
391
8.75
60.00
381
2.00
8.70
392
10.25
75.00
382
4.00
10.50
393
12.25
93.00
383
2.70
12.60
394
15.00
105.00
384
3.10
15.00
395
17.75
126.00
385
3.50
18.00
三道咀水库调洪演算计算表
P（%）
5
2
0.33
0.2
Va（万m3）
33.90
42.00
55.00
H（m）
2.37
2.77
3.61
Qp（m3/s）
70.3550
89.5150
126.4850
137.000
Wp（万m3）
66.2183
81.9721
112.9131
122.6605
q（m3/s）
34.5590
43.6680
64.9680
2.3.3已成坝高情况下设计，校核水位的确定
现有大坝坝顶高程：
394.076米堰顶高程：
391.463米
相应库容：
66.6万立米
吹程：
D＝0.37公里多年平均最大风速：
Vf=20.7米/秒
设计风速：
V1＝1.5Vf＝1.5*20.7＝31.05米/秒
校核风速：
V2＝Vf设计超高：
0.5米校核超高：
0.3米
水库安全加高公式：
d=hB+a式中hB＝3.2K（2hL）tgaK=0.75
a＝26。
57，
设计时：
2hL＝0.0166Vf5/4*D1/3=0.874米
校核时：
2hL＝0.0166*20.75/4*0.371/3＝0.526米
水库相应的设计、校核洪水位及坝顶加高值如下表：
项目
2hL
hB
a
d
H
坝顶高程
设计
0.874
1.067
0.5
1.567
2.59
395.620
校核
0.526
0.642
0.3
0.942
3.61
396.015
根据计算得出：
防洪标准按30年设计，300年校核得设计洪水位为394.053米，相应库容104.1万立米；校核洪水位395.073米，相应库容121.5万立米。
因此现有大坝坝顶高程（394.076米）不能满足防洪要求，需加高坝顶至396.015米，增加1.94米。
如不将防浪墙增加过高，则应将现有溢流堰拓宽至10米，重新进行调洪演算见下表：
P（%）
5
2
0.33
0.2
Va（万m3）
27.15
33.50
44.01
47.70
H（m）
1.99
2.34
3.01
3.175
Qp（m3/s）
70.355
89.515
126.485
137.0
Wp（万m3）
66.2183
81.9721
112.9721
122.6605
q（m3/s）
41.547
52.977
77.288
83.729
拓宽溢流堰到10米则所需坝顶高程如下表：
项目
2hL
hB
a
d
H
坝顶高程
设计
0.874
1.067
0.5
1.567
2.185
395.215
校核
0.526
0.642
0.3
0.942
3.01
395.415
根据现有坝顶高程（394.076米），还需加高1.339米，或开挖溢洪道底板，方能满足防洪标准。
同时相应的设计洪水位393.648米，相应库容97.05万立米；校核洪水位394.
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