孔家庄胜龙水库设计说明书.docx
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孔家庄胜龙水库设计说明书
孔家庄胜龙水库设计说明书
莱芜高新区鹏泉街道办事处
孔家庄胜龙水库
设
计
说
明
莱芜高新区鹏泉街道办事处
二0一一年八月二十日
一、基本情况
1、工程特性
孔家庄胜龙水库位于高新区鹏泉街道办事处孔家庄村南沟内，控制流域面积0.67平方公里，总库容15.44万立方米，其中兴利库容8.43万立米，工程特性指标见下表。
设计指标表
项目
单位
指标
项目
单位
指标
控制流域面积
平方公里
0.67
总库容
万立方
15.44
多年平均径流
万立方
17.09
灌溉面积
亩
850
河底高程
米
18.87（假设）
坝顶高程
米
32.00
死水位
米
21.00
最大坝高
米
13.13
死库容
万立方
1.17
溢洪道堰顶高程
米
29.50
兴利库容
万立方
8.43
溢洪道堰顶宽
米
10.0
防洪库容
万立方
4.44
防洪最大泻量
米/秒
5.30
放水洞进口高程
米
22.00
校核最大泻量
米/秒
24.5
放水洞孔径
米
0.2
保坝最大泻量
米/秒
42.2
2、地形地貌
该水库位于孔家庄村南沟内，地面坡度多在30度以下，沟谷“V”字型冲沟发育，呈扇形分布。
库区内地形较为开阔，坝址在沟下游，坝轴较短，口小肚大，库区内为完整的花岗岩体，覆盖层较薄，两岸阶地，西坡较缓，土石交替，透水性微弱，东坡地势陡峻，岩石裸露。
地下水资源缺乏。
同时由于受地形、地貌、自然气候和人为活动的影响，沿沟植被资源覆盖率极低，保水保土能力差。
3、工程地质
该流域为砂石山区，地层出露为元古代前震旦纪泰山群变质岩，沟底为第四纪沉积松散物。
大坝工程地质评价：
坝址处为砂砾覆盖，厚度1-2m，两岸沟坡风化层，厚度1-2m，沟底覆盖以下及沟两岸边坡风化层以下均为完整坚硬岩石，弱透水性，可作为大坝基础。
库区内没有断层通过，也无其他不利地质构造，渗水能力极微弱，岸坡稳定，不存在塌岸、滑坡等地质灾害。
4、水文气象
该流域属暖温带半湿润季风性气候，四季分明，温差变化大。
据莱芜气象站1975—1997年观测资料统计，多年平均气温12.6℃，极端最高气温39.2℃，极端最低气温-22.5℃，冬半年受大陆西风控制，干冷少雨，夏半年受东南季风影响，暖湿多雨，六月下旬至九月下旬为雨季，多年平均降雨量为720毫米，四季雨量分配极不均匀，其中汛期占72%，由于本工程位于分支中上游，防洪压力较大。
区内
无建筑物，有生产路直接可以通到坝址处，河道内长年有水，施工取水方便。
该坝址处基础与两岸岩石较为完整，岩石为花岗片麻岩，弱风化，少有裂隙发育，渗水能力极微弱，且地势高，最理想的坝址。
2、坝型选择
该坝址处，土料资源丰富，基础良好，适宜建粘土心墙均质坝。
四、调洪演算
该水库为小
（二）型水库，其坝型为粘土心墙砂壳坝，故按20年一遇最大24小时降雨量进行设计，200年一遇最大24小时降雨量进行校核，其方法步骤如下：
1、流域综合特征参数计算
采用公式K=L/F2/5·J1/3
式中：
F=流域面积，由万分之一地形图量得F=0.67Km2
I=流域最大流程,由万分之一地形图量得L=670m.
J=河道干流平均坡降，采用加权平均法计算：
J=0.045
所以,流域综合特征参数：
K=L/K2/5·J1/3
=0.67/0.672/5×0.0451/3
=0.225
2、设计暴雨量的计算：
按20年一遇最大24小时降雨量设计，200年一遇最大24小时降雨量进行校核，根据工程所在地点，查辅助计算图得：
多年平均最大24小时降雨量：
H24=100mm
多年平均最大24小时降雨量变差系数：
CV=0.6,采用CS=3.5CV,由皮尔逊III型频率曲线KP值表查得：
K（1/20）=2.2
K（1/200）=3.62
则20年一遇最大24小时降雨量:
H24（1/20）=K（1/20）H24=2.2×100=220mm
200年一遇最大24小时降雨量:
H24（1/200）=K（1/200）H24=3.62×100=362mm
3、单位面积最大洪峰流量的查算
根据实地情况，河道比降为20.2‰，大于10‰，砂石裸露，土壤瘠薄，定为山区。
据已算的相应频率暴雨及综合流域参数，查太沂山南山区:
qm——H24—K关系曲线得：
qm（1/20）=24.5秒立方/KM2；
qm（1/200）=42.2秒立方/KM2；
4、最大洪峰流量的计算：
（面积小于1平方公里时加大10%）
Qm（1/20）=qm（1/20）×F×1.1=9.98m3/s
Qm（1/200）=qm（1/200）×F×1.1=17.17m3/s
5、洪水总量的计算：
20年一遇最大24小时降雨量H24（1/20）=220mm
200年一遇最大24小时降雨量H24（1/200）=362mm
P（1/20）=H24（1/20）·75%
=220×75%=165mm
P（1/200）=H24（1/200）·75%
=362×75%=272mm
前期影响雨量:
Pa=40mm
P（1/20）+Pa=165+40=205mm
P（1/200）+Pa=272+40=312mm
查山东省暴雨径流关系表得：
hR（1/20）=127mm
hR（1/200）=230mm
所以，洪水总量：
（面积小于1平方公里时加大10%）
W（1/20）=0.1hR（1/20）×F×1.1=5.17万m3
W（1/200）=0.1hR（1/200）×F×1.1=9.36万m3
6、洪水历时T的计算
洪水过程为三角形，底边为T,其最大洪峰出现在T/3时，则其洪水历时为：
T（1/20）=W（1/20）/（1800×Qm（1/20））
=51700/（1800×9.98）
=2.88小时
T（1/200）=W（1/200）/（1800×Qm（1/200））
=93600/（1800×17.17）
=3.03小时
7、调洪演算
由上述所得数值及水位—库容—泄量关系进行调洪演算。
调洪演算采用单峰图解法。
泄量公式采用：
q=1.5BH3/2公式，堰顶宽为10.0米。
溢洪道堰上水位—库容—泄量关系表
水位（m）
29.5
30.0
30.5
31.0
31.5
32.0
水深（m）
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
库容（万立米）
11.0
11.72
12.58
13.30
14.22
15.44
堰上库容（万立米）
0
0.72
1.58
2.30
3.22
4.44
泄量（m3/s）
0
5.30
15.0
27.56
42.43
59.29
调洪演算成果表
项目
Qm（m3/s）
W（万立米）
T（小时
q（m3/s）
△W（万立米）
溢洪水深（m）
相应水位（m）
波浪爬高（m）
安全加高（m）
核算坝顶高程（m）
设计（1/20）
9.98
5.17
2.88
24.5
0.72
1.5
31.0
0.442
0.5
31.94
校核（1/200）
17.17
9.36
3.03
42.2
2.92
2.0
31.5
0.275
0.3
32.075
注：
溢洪道底高程29.5m
8、坝顶高程核算
安全超高按公式d=hB+a+e计算
式中hB—波浪爬高
e—壅水高度，忽略不计
a—安全加高a设=0.5米a校=0.4米
设计波浪爬高
按规范A.1.12条，当上游坝坡为单坡且m=1.5-5时，平均爬高hB按公式
hB=3.2K（2h）tgα
式中：
K=0.77
tgα—--迎水面坡度，
2h—--波浪高。
2h＝0.0208V5/4D1/3
式中：
V—风速，根据莱芜气象资料，多年平均最大风速V=13.43m/s，则V设计＝13.43×1.5＝20.15m/s,V校核＝13.43m/s。
D--水面吹程，单位为km
（4）计算结果
根据上述公式计算胜龙水库，水库内坡tgα=1:
2.0,吹程D=0.2km。
2h设计＝0.0208×20.155/4×0.21/3＝0.5m
2h校核＝0.0208×13.435/4×0.21/3＝0.17m
hB设计=3.2×0.77×0.5×1/2.0＝0.69m
hB校核=3.2×0.77×0.17×1/2.0＝0.12m
所以d=hB+a
d设=1.19米d校=0.52米
则设计坝顶高程为H设=31+1.19=32.19m
校核坝顶高程为H校=31.5+0.52=32.02m
为方便施工取坝顶高程32.00m
五、水面积、库容计算
在实测的千分之一地形图上量得各等高线上的面积，然后计算库容，经计算该设计坝址以上最大库容为15.44万立方米。
水位库容曲线
水位
水面积（万m2）
相应库容（万m3）
19.0
0.09
0.135
21.0
0.39
1.17
22.0
0.72
2.52
24.0
1.02
3.74
26.0
1.34
6.7
28.0
1.53
7.65
29.0
1.61
9.6
30
1.66
11.72
31
1.78
13.30
32
1.86
15.44
六、特征库容的确定
1、死库容的确定
该坝址处输沙模数为250吨/平方公里·年，由万分之一地形图量得：
工程流域面积为0.67平方公里，年输沙量为250÷1.5×0.67=111.7方，按淤积年限20年计算，V死=111.7×20=2233.3方，死水位定为21.0米,则死库容为1.17万方。
2、兴利库容确定
该工程以流域面积内来水量确兴利库容。
该水库流域面积F=0.67平方公里，查《山东省水文图集》多年平均径流深等值线图得：
多年平均径流深hR=255毫米，由此算得该流域多年平均来水量：
W=0.1hR·F=0.1×255×0.67=17.09（万方）
拟定兴利水位29.0米,相应库容8.43万方。
3、防洪库容：
由调洪演算计算，经计算塘坝的防洪库容为4.44万m3。
总库容=死库容+兴利库容+防洪库容
=1.17+8.43+4.44=15.44万m3
查水位—库容曲线，死水位21.00m，兴利水位29.00m，防洪水位31.5m，安全超高0.5m。
坝项高程32.00m，最大坝高13.13m，死库容1.17万m3，兴利库容8.43万m3，防洪库容4.44万m3，总库容15.44万m3。
七、工程设计
（一）坝体
设计此水库坝身为粘土心墙砂壳坝，坝长123米，封顶宽4.0米，大坝内外坡度比为1：
2.0，最大坝高为13.13米，最大铺底宽56.52米，其中粘土心墙坡度比为1:
0.5，封顶宽3.0米。
设计坝顶高程为32.00米（BM点假设高程为20.00米）。
经计算，大坝坝身共需土方20150.9m3，其中粘土心墙6303.7m3，护坡块石452.4m3，碎石垫层226.2m3，棱体排水（长19.0米）干砌石62.5m3。
1、坝顶：
根据当地水文地质资料及流域控制面积，设计坝顶宽4.0米；坝顶护面材料采用级配碎石，以防止防渗体的干裂和雨水冲蚀，为排除雨水，坝顶向坝内倾斜，坡度为3%。
2、护坡：
坝体上游面（内坡）为防止波浪淘涮及漂浮物的损害、顺坝水流的冲刷等对坝坡的危害，必须进行护坡。
本坝设计内坡进行干砌石护坡，其中干砌石护坡厚度为30cm，碎石垫层厚15cm。
外坡利用草皮护坡。
3、坝顶路面：
用150mm厚泥灰结石路面，下设100mm厚碎石垫层，路面横坡坡比2%。
（二）坝基
筑坝前要完全清除表层的腐殖土，包括较薄的细砂层、稀泥、草皮及树根、乱石和松动的岩块等，平均深度为0.3米，则坝基清除土石方1657.13m3；同时开挖深槽至不透水层或基岩，槽内回填粘土（或灰土）形成截水槽，平均深度均为2.0米，则截水槽开挖土石方1764m3，截水槽回填粘土1644m3、灰土120m3。
（三）溢洪道
设在大坝东端距坝体5米处，基础为风化砂基岩，型式为开敞式，堰顶高程为29.5米，堰顶宽10.0米。
保坝最大溢洪水深2.0米，高程32.0米以下为矩形槽，以上为1：
0.5边坡，矩形槽块石浆砌，墙厚30cm，铺底厚25cm，长10米，堰长30米，陡坡段为自然山沟，砂岩裸露不用护砌，共需开挖土石方450方，砌石27m3。
（四）放水洞
放水涵管为Φ200钢管，预埋在坝右侧，进口高程为22.00m，距坝底3.83m，坡降1%，在坝外放水涵管末端采用Φ200闸阀控制。
放水管水力计算：
按管嘴出流公式Q=VcW（2gH）1/2计算，式中Vc=0.8w=πr2=3.14×0.12=0.0314（m2）
Q=0.8×0.0314×√2×9.8×H1/2==0.083·H1/2（m3/s）
放水洞流量与水位关系表
水位（m）
22.0
23
24
25
26
27
28
29
水深（m）
0
1
2
3
4
5
6
7
流量（m3/s）
0
0.083
0.117
0.144
0.166
0.186
0.203
0.219
七、施工组织设计
1、施工测量：
（1）根据设计图纸要求用经纬仪放样确定坝轴线，以此为基准确定坡顶线和坡脚线，并作好埋设固定。
（2）用平水仪由有关基准点引测各控制高程，稳固标注。
（3）以一定的控制距，按标准断面的设计坡度放样施工坡度，并用木桩测设控制，以便施工复核。
2、坝基清理：
（1）坝基清理的范围包括坝身、坝顶及坝坡后载的基面，其边界在设计基面线外0.3~0.5m。
（2）坝坡表层的淤泥、腐殖土、泥炭等不合格土及草皮、树根、建筑垃圾等杂物必须清除干净。
（3）基面处理质量控制：
基面处理属于隐蔽工程，施工时安排专职质检人员现场监理，并按设计要求落实好不同的基面处理措施，按相应的技术标准，作各项质量检测，以保证工程施工质量。
（4）坝基清理的施工工艺流程图：
3、坝身土料填筑：
3.1.测量放样
（1）、按照设计图纸的要求，将坝体的断面尺寸、填筑轮廓，并预留一定的沉降量，相隔5-10m的距离设立样架，并测设高程控制点。
平面位置允许偏差±30mm-±50mm，高程允许偏差±30mm，坝轴线点±30mm。
（2）坝身放样时，应根据设计要求预留一定的沉降量，一般按经验取值。
施工中可根据已知预留沉降率及坝顶加宽率，一般根据土质、压方式、铺土厚度以及含水量等因素确定，可参考工程经验取值：
实施坝坡率参考值
土壤类别
坝高（m）
α（%）
沙质土壤
各种高度
3
粘质土壤
<3
10
粘质土壤
3–5
8
粘质土壤
5–8
5
粘质土壤
>8
3
3.2.铺料作业：
（1）、坝身填筑时，应从坝脚开始水平分层由低至高逐层填筑，不得顺坡铺填。
（2）、铺料厚度和土块直径的限制尺寸，宜通过碾压试验确定，在缺乏试验资料时可参照下表规定取值：
铺料厚度和土块直径限制尺寸表
压实功能类型
压实机具种类
铺料厚度（cm）
土块限制直径（cm）
轻型
人工量、机械量
15~20
≤5
5T~10T平碾
20~25
≤8
中型
12T~15T平碾
斗容2.5m3铲运机
5T~8T振动碾
25~30
≤10
重型
斗容大于7m3铲运机
10T~16T振动碾
加载气胎碾
30~50
≤15
（3）、铺料至坝边时，应在设计边线外侧各超填一定余量；人工辅料为10cm，机械辅料为30cm。
（4）、已铺土料表面在压实前被晒干时，应洒水湿润。
在新层铺料前，应对压光层面作刨毛处理。
填筑层检验合格后因故未继续施工，因搁置较久或经过雨淋干湿交替使表面产生疏松层时，复工前应进行复压处理。
3.3压实作业：
（1）施工前应先做碾压试验，验证碾压质量能否达到设计干密度值，上坝土料的土质及其含水率应符合设计和碾压试验确定的要求。
填筑作业面平料完成后，振动碾采用进退错距法进行碾压。
碾压机械平行于坝轴线方向进行碾压，不得垂直坝轴线方向碾压。
相邻作业面碾压搭接宽度在顺碾压方向上为0.5米，垂直碾压方向上为1.5米。
碾压时碾压机行车速度控制在1-2档车速。
碾压不到的部位，利用蛙式打夯机采用连环套打法夯实。
各施工段的相邻作业面均衡上升，以减少施工缝。
土料压实后，根据规范规定的检测频率，采用环刀法进行压实度的检测，并报请监理工程师监督检测部位、检测过程及成果计算，合格后方可进行下一步填筑作业。
（2）、调整土料含水量
a、降低含水量
挖装运卸过程中自然蒸发：
当土料含水量稍高于施工控制含水量，又有合适的气候条件时，应尽量在土料开挖、运输及装卸过程中采用平面分层取土、适当提高卸土高度加快水分蒸发，降低土料含水量。
翻晒法：
采用翻晒法时，做好全面规划，分区分层翻晒、取土，以做到连续均衡生产。
开采土料时，采用推土机平面开采。
在利用旱季或高温季翻晒以备雨季使用时，采用堆“土牛”的备料措施。
“土牛”的形状尺寸符合受雨面积与土方之比最小，排水通畅，并做好防雨措施。
施工期间应经常检查，作业时用挖掘机立面开采。
b、提高含水量：
开采土料含水量仅稍高于施工控制含水量下限时，首先应在开挖、运输过程中采取立面开挖，减少倒运次数，缩短取土、运输、铺筑时间。
如采取上述措施后，土料压实前含水量低于施工控制含水量下限时，应采用加水措施。
加水措施采用开挖、装料、运输过程中加水，在料场开挖掌子面喷水，这样既增加了土料的含水量又缩短了土料加水工期。
（3）土坝填筑压实作业施工工艺流程：
4、干砌石护坡：
（1）坡面清理：
采用人工精确削坡至设计土坝边坡线，人工开挖脚槽土方，并清除坡面杂物。
（2）反滤层铺筑：
采用人工由下至上铺筑，振动碾进行碾压，边角处蛙式打夯机补边夯，确保反滤层达到设计厚度及质量标准。
（3）干砌石护坡：
1）精确测量定位，沿坝轴线方向每隔10m设一道坡顶、坡中及坡脚的纵向护坡表面高程控制桩，用22号铁线进行拉线控制护坡铺砌。
铺筑时横向采用两道纵向控制线之间挂线控制砌石表面平整度（用2m靠尺量测不超过±5cm）。
2）干砌石砌体铺砌前，先铺设碎石垫层，垫层与砌体相配合随铺随砌。
干砌石护坡以一层与一层错缝锁结方式砌筑，石块咬合紧密，石块前后的明缝用小片石料镶嵌添塞平稳。
3）护坡表面砌缝的宽度不应大于25mm，砌石边缘应顺直、整齐牢固。
砌体外露面选用较整齐的石块砌筑平整。
块石无风化，岩石表面新鲜，砌筑后表面平整度2m直尺不超过±5cm，无通缝，缝宽不超过2.5cm。
5、浆砌石施工
采用铺浆法分块作业，砂浆稠度30-50mm，边墙分块10m一块。
两块相邻边墙间分缝用膨胀止水条填塞。
砌筑时采用顺丁错缝砌筑，上层砌块压在下层砌块的1/3处，同砌块不能同时上升部位，留临时间断处，砌成斜搓，砌缝宽度不大于20mm。
砌缝灌浆饱满，不留孔洞。
砌体在砌筑后12-18h之间及时养护，养护采用洒水养护并经常保持外露面湿润，养护时间14天。
6、坝顶道路
（1）下承层（土坝顶面）：
大坝土方填筑完成后，人工配合机械进行坝顶表面清除杂物并精确整平形成1.5%的横坡。
（2）现场储料：
由自卸汽车直接运料卸至现场。
（3）摊铺碎石
采用人工配合机械进行全断面满铺法，先摊铺一段进行试验，反复进行检测虚厚高度，确定施工参数。
摊铺时，将粒径超过设计要求的石块捡出。
（4）碾压：
1）、用12-15t光轮压路机碾压，后二轮每次重叠轮宽的1/2。
2）、由路拱低处向路拱高处碾压，随压随检测纵横断高程。
3）、随压随洒水，碾压至表面平整无明显轮迹，压实度合格。
4）、碾压过程中，从稳压至碾压成活前要完全中断交通。
严禁机动车等在面上调头、转弯、刹车以防表面松动。
（5）养护
保持湿润状态下养生，当表面过于干燥时，可洒水养生（禁止用水管直接冲水）养护期宜在5～7天。
养护期间内严禁车辆在道路上进行急刹车或调头。
7、质量管理组织机构
为了按工期、保质保量完成工程施工任务，组建强有力的生产调度、技术组织、质量控制、经营管理机构，以保证工程施工的顺利进行。
特成立工程建设项目部，全面负责工程实施的各项工作，严格现场施工操作，工程建设应建立如下质量管理体系组织机构：
8、质检
质量控制要控制好施工的全过程，重点把好填筑材料质量、上土厚度、干容重以及平整度等几个指标。
施工质检人员，必须对质量负责，做好质量管理工作，实行自检、互检和检查制度。
施工单位必须设立专职质量检查机构，质检人员和施工单位必须树立“预防为主”和“质量第一”的意识，双方密切配合，控制每一道工序的操作，防止发生质量事故。
质量控制必须按照国家和部颁标准，以及设计技术要求制定的规程进行，检验结果应如实记录，质检资料要妥善保存，特别是隐蔽工程应详细记录工程质量情况。
对出现的质量问题处理经过及遗留问题，必须由主管技术负责人签署，作为施工质检的原始记录。
9、施工进度安排
施工准备期20天，工程施工期40天。
总工期计划为60天。
八、工程管理
为确保整个工程安全运行，充分发挥工程效益，在工程建成后，应建立健全管理机构，加强工程管理。
本工程建成后属于孔家庄村委管理。
1、建立健全各项管理制度
建立健全各项管理制度，工程管理部门按照国家有关法令、条例和上级主管部门有关要求，结合本单位实际情况，制订一系列规章制度。
2、加强工程观测，搞好工程维护
工程运行期间，进行经常的、系统观测和分析，以了解工程内部状态变化和工作情况，以便及时清除各种隐患，保持整个工程的良好状态和正常运行。
二、工程预算
（一）编制依据
1、山东省鲁水定字[2004]1号文发布的《山东省水利水电工程设计概（估）算费用构成及计算标准》；
2、山东省鲁水定字[2001]1号文颁布的《山东省水利水电建筑工程预算定额》；
3、施工机械台班按鲁水定字[2001]3号文颁布《山东省水利水电工程施工机械台班费定额》。
（二）基础单价编制
1、直接工程费
（1）、直接费
人工预算单价取44.1元/工日；
主要材料与机械台班价格按当地实际价格。
（2）、其他直接费
土石方工程取直接费的5.9%；
砼取直接费的6.3%；
其它工程取直接费的6.3%。
2、间接费
土石方工程取直接费的5.4%；
砼取直接费的4.1%；
其它工程取直接费的6.3%。
3、企业利润
按直接费与间接费之和的5%计算；
4、税金
按直接费、间接费和企业利润之和的3.22%计算。
5、其他费
（1）建设管理费
按工程项目第一至四部分建安工作量的3%计算。
（2）工程监理费
工程监理费按工程项目一至四部分的概算投资×2.5%。
（3）生产管理单位准备费
按一至四部分建安工作量的0.4%取。
（4）勘测设计费
按规定取工程费用的4%。
（三）工程预算
经测算该项目工程总投资55.88万元，其中坝身工程投资44.91万元，防护工程投资8.13万元，安装工程投资1.78万元,坝顶道路工
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