水库除险加固工程可行性研究报告 29页

'xxxxxx水库除险加固工程可行性研究报告目录第一章基本情况1第一节自然概况1一、地理位置1二、水文、气候1三、地质、土壤1第二节社会经济2第三节工程概况2一、工程规模2二、主要建筑物情况3第二章可行性研究的主要任务4第一节工程存在的主要问题4第二节工程主要任务4第三章水库防洪复核计算5第一节基本资料和依据5第二节防洪复核计算5第三节防洪复核计算成果及结论8第四章整险加固设计8-29- 第一节枢纽布置8第二节大坝横断面尺寸拟定9第三节大坝防渗10第四节坝体排水11第五节大坝稳定计算11第六节溢洪道设计14第七节输水剅、启闭机台、工作桥及灌溉渠设计19第五章施工组织设及计投资估算21第一节施工组织设计21第二节主要工程量23第三节投资估算24第六章效益分析26第一节社会效益26第二节经济效益27第三节环境效益27第一章基本情况-29- 第一节自然概况一、地理位置黑虎山水库原名小猫儿冲水库，地处三岔河流域上游，位于X市城郊xxxxxx村。该村东与X县龙泉镇接壤，西与窑湾乡石板村毗邻，南靠大树湾村和东山开发区。水库坝址距X城区10公里，水库坝顶公路与朝阳公路相连，与城区和东山经济开发区相通，交通十分便利。二、水文、气候流域属亚热带季风气候，四季分明，雨量充沛，主溪三岔河长3.5公里。流域多年平均降雨量1086毫米，年径流总量295.4万立方米，其降雨的特征是暴雨集中，约占全年降雨的70%，多集中在6~9月；年均气温16.9℃，极端最高温度40.4℃，极端最低温度-7.9℃，年有效活动积温5115℃，无霜期278天，平均日照百分率38%。三、地质、土壤流域地势东北高，西南低，由东北向西南倾斜，海拔最高点241.4米，最低点68米，相对高差173.7米，地貌类型为丘陵区。土壤以紫色土为主，成土母质为红砂岩，其岩体松脆，易于风化，矿质养分较丰富，加之水热条件好，生物活动旺盛，土壤质地较好。适宜的农作物有水稻、油菜、蔬菜等，经济林树种以柑桔为主。第二节社会经济流域辖大树湾、黑虎山2个村，面积6.8平方公里，总人口2029人，农业劳动力1054个。现有耕地2670亩，其中水田1590亩，梯平田375亩，坡耕地705亩。据2000年国民经济统计资料，全流域工农业总产值541万元，其中农业产值306万元，农业人均纯收入2725元。-29- 第三节、工程概况受X市X区窑湾乡水利站委托，X市水利水电规划设计院承担了黑虎山水库除险整治加固任务。2001年三月十八日至二十日用全站仪对水库大坝测绘了1:200的地形图，对库区测绘了1:1000的地形图。假定村委会路口的朝阳公路路面高程为100.00m，1点坐标X=100.000，Y=239.600；2点坐标X=100.000，Y=148.400。一、工程规模黑虎山水库坝址承雨面积0.56km2，1957年冬由大树湾、黑虎山两村共同修建，1958年春建成。由于黑虎山水库没有保存工程资料，根据实测情况和对在当地调查推算得知：水库坝址河床高程约84m，坝顶高程在91m左右，坝高约7m。运行期间，对当地农作物的灌溉用水起到了十分重要作用。为了进一步提高灌溉效益，于1974年对水库大坝进行续建加高。即在原坝顶高程91m基础上采用迎水面砌筑直立条石（最大块约1.5吨）挡土墙方式，将大坝加高4.5m至现在的95.5m高程，坝顶宽度增加到12m~14m，最大坝高达到11.5m。溢洪道桥涵宽4.0m，同时对大坝背水坡进行了填土培厚处理。根据X市水资源调查评价及水利化区划，84年实测水库总库容为10.0万立方米，死库容为0.3万立方米，有效库容9.7万立方米，防洪安全标准：130mm/h。按水利水电枢纽工程等级划分及SDJ12—78设计标准，属五等工程小（二）型水库，主要建筑物为五级。小（二）型水库洪水标准：正常运用洪水重现期为20年，非常运用（土石坝型）洪水重现期为200年。二、主要建筑物情况-29- 水库枢纽工程主要由大坝、溢洪道和输水管等组成，其平面位置见“水库大坝现状地形图”。1、大坝水库大坝系均质土坝，土料为坝址右岸山上的红砂土，坝顶轴线长度从1：200地形图量得总长为116m，坝顶宽12m~14m，泥结石主路面宽约3.2m，溢洪道两桥涵处路面宽4.0m。实测水面距坝顶5.78m~6.28m，平均6.0m，即水面高程为89.50m，坝顶高程95.28m~95.78m，坝顶高程平均为95.5m。上游面高程94.5m至93.5m为斜坡面，93.5m至91.4m为直立浆砌条石挡土墙，高程91.4m~90.5m为两阶浆砌条石大方脚，90.5m以下约为1:3干砌石护坡镇脚。下游坝坡平均坡率为1:2，坡脚高程85.3m，整个坡面长满杂草，坡脚紧邻两处鱼池，两坝肩部分种植柑桔。2、溢洪道溢洪道位于大坝左岸，型式为开敞式，底板没有护砌，堰顶高程约为94.1m。建设初期为宽3.2m的单孔浆砌拱涵（拱矢高1.6m，拱圈厚1.0m），后来扩建成两孔拱涵，使溢洪道过水净宽达到6.2m。溢洪道出口两侧挡水墙干砌处理长度10m，陡坡段泄槽基本利用岸坡地形未作工程处理，没有设置消能设施，行洪沟为土渠，断面小且不规则，土渠两侧均种植了柑桔。3、输水管输水、放空管位于大坝右岸、左岸各一处，右岸输水管为低剅，取水型式为斜坡笛管式，为砼方形断面（50×50cm），最低取水高程约为86.5m，出水口高程为85.5m，渠首高程为86.1m，为淹没出流。灌溉引水渠渠床大多为土渠，部分为石渠，均未采取衬砌措施；左岸设有一处高剅，剅口高程为93.0m左右，为φ200mm的砼圆管，用于控制水库蓄水位，两处均未设启闭设备。-29- 第二章可行性研究的主要任务第一节工程存在的主要问题黑虎山水库1974年续建加高至今，最高库水位距溢洪道堰顶50cm左右，从未到达溢洪道堰顶高程，即溢洪道从未使用过。最近7~8年以来，蓄水位一直维持在91m左右，距离溢洪道堰顶高程94.1m差3m。据黑虎山村委会介绍，该水库半库运行的主要原因是蓄水位抬高后大坝背水坡出现严重的散浸现象，不敢蓄水；再加上迎水面条石砌筑的直立堡坎受风浪掏刷严重，最大掏深达1.2m，后将淘刷部位进行了临时处理，随着蓄水位抬高会随时出现内堤坍塌，危及大坝安全。另外，溢洪道堰顶后段陡坡泄槽和消力池均未采取工程措施，行洪沟断面不足且不畅通，不能满足泄洪要求，因此要限制蓄水；输水剅管破损造成水库漏水，且启闭不灵，不仅给管理带来不便，而且危及工程安全，严重影响工程效益。第二节整治主要任务针对工程存在的主要问题，根据业主的要求，此次黑虎山水库除险整治加固设计的主要任务是：1、大坝迎水面防渗处理；2、坝面外形整治；3、坝体排水设备设置；4、输水剅管更换、修建启闭机房和交通桥；5、溢洪道和陡坡段泄槽及消能设计；6、右岸灌溉渠和左岸行洪渠改造设计。第三章水库防洪复核计算-29- 黑虎山水库属小（二）型水库，五级建筑物，水库洪水标准：正常运用洪水重现期为20年（即设计洪水频率P=5%），非常运用（土石坝型）洪水重现期为200年（即校核洪水频率P=0.5%）。第一节、基本资料和依据一、坝址承雨面积F=0.56km2设计风力为6级，风速V=12.3m/s校核风力为5级，风速V=9.35m/s二、流域类型判别1、流域分类：J=H/L式中：H——坝址河床与分水岭的高差L——坝址河床到分水岭的距离从1：5000地形图上量得：H=236.0－121.1=114.9m，L=1400mJ=H/L=114.9/1400=0.082=8.2%=5~15%，属山丘区。2、流域形状分类：f=f===0.28，属一般。流域类型属五级标准的第三种——山丘区一般。第二节防洪复核计算由暴雨资料推求洪峰流量采用原“湖北省X地区行政公署水利电力局文件，宜署水电（85）63号《关于水库防洪复核计算中若干具体问题的通知》，对我区小流域大多无实测水文资料建议：小型水库采用经验公式计算。一、按小流域洪峰流量经验公式计算Qm=KHtβ式中：Qm——洪峰流量m3/sHt——造峰暴雨，为造峰历时t内的相应于洪水标准-29- 的暴雨量mmK——随流域面积大小与地形变化的综合系数β——造峰暴雨指数1、计算造峰雨量HtHt=HF24××式中：HF24——面雨量n——暴雨递减指数。除远安用0.7外其他各县均用0.65d——暴雨参数。一律采用0.2t——造峰历时。采用山区扇形：t=0.35F0.52=0.35×0.560.52=0.26采用丘区长形：t=0.5F0.52=0.5×0.560.52=0.37采用山丘区一般：内插t=0.331、计算综合系数K采用山区扇形：K=0.026F0.75=0.026×0.560.76=0.0167采用丘区长形：K=0.024F0.73=0.024×0.560.73=0.0157采用山丘区一般：内插K=0.01632、计算造峰暴雨指数β采用山区扇形β=1.63×(F+0.5)－0.036=1.63×(0.56+0.5)－0.036=1.63采用丘区长形β=1.55×(F+0.5)－0.034=1.55×(0.56+0.5)－0.034=1.54采用山丘区一般：内插β=1.593、暴雨点面系数α24α24=(1+b×F)-a式中：F——承雨面积（km2）a、b为常数，X市水文分区属第Ⅷ区a=0.168b=0.0054α24=(1+0.0054×0.56)-0.168=0.999=1-29- 面雨量HF24=α24H24=H24查湖北省《水文手册》“最大24小时点暴雨重现期表”：X站20年重现期最大降水量为229.6mm，200年重现期最大降水量为386.1mm。P=5%情况：Ht=HF24××=229.6××=37.8Qm=KHtβ=0.0163×37.81.59=5.26m3/sP=0.5%情况：Ht=HF24××=386.1××=63.6Qm=KHtβ=0.0163×63.61.59=12.01m3/s二、按小（二）型水库的洪水复核标准计算考虑到我区已出现过时暴雨120mm的实际情况，仍按过去复核标准，即一小时暴雨120~140mm，一小时泄完，其径流系数取1.0，水库上游来多少，溢洪道泄多少，作为非常运用标准，并考虑安全超高，其洪峰流量Qm公式：Qm=0.278×(120~140)×F式中：F为承雨面积（km2）X站一小时暴雨130mm代入：Qm=0.278×130×F=0.278×130×0.56=20.24m3/s三、防洪复核计算成果及结论根据上述两种经验公式计算的洪峰流量Qm比较后得出：非常运用标准采用“小（二）型水库的洪水复核标准”值（即Qm=-29- 20.24m3/s），正常运用标准采用“按小流域洪峰流量经验公式计算”值（即Qm=5.26m3/s）。确定坝顶高程后用非常运用标准的洪峰流量Qm=20.24m3/s计算溢洪道宽顶堰高程，以确保大坝安全。用正常运用标准的洪峰流量Qm=5.26m3/s计算溢洪道行洪沟的断面尺寸。第二章整险加固设计第一节枢纽布置如前所述，黑虎山水库工程大坝上游边坡存在不稳定隐患，下游边坡散浸严重，需对大坝进行坝坡调整和防渗排水处理；坝坡调整时在满足坝体稳定的前提下要考虑以下三方面：一是应尽量少占下游鱼池，二是减少挖填方量，三是上游坡脚不宜向水中伸入太多，以利施工。根据上述原则，通过比较，将原坝轴线向下游平移4.4m。新坝轴线由点KD1（X=101.410，Y=228.860）和点KD2（X=103.840，Y=114.940）控制，轴线长133.942m。溢洪道改造为开敞式正堰，溢流堰轴线与坝轴线正交，交点坐标为JD1（X=101.600，Y=222.700），经陡坡段和消能池与排洪沟相连。为满足右岸交通要求，在溢流堰顶设置钢筋混凝土双T形梁结构的公路桥。输水管为坝下涵管，考虑到原输水管放水设施落后，启闭不便，为防止因涵管漏水而影响大坝安全及操作运行方便，此次设计将原高剅和低剅封堵，并在原低剅右侧1m处布置新的输水管线，管线轴线与坝轴线正交，交点坐标为JD2（X=103.010，Y=154.410）。输水管由闸门控制，通过工作桥在闸室内进行启闭，输水管出口在下游KD4（X=69.350，Y=152.720）处与渠道相连。-29- 考虑到水库的运行管理，利用大坝上游坝坡取土回填的机会，在库内右岸修建水库管理用房100m2，高程96.0m，距坝轴线80m。第一节大坝横断面尺寸拟定大坝横断面尺寸应满足坝体稳定要求，对一级均质坝，碾压容重为1.7~1.8t，取上游坝坡1:2.0~1:2.5，下游坝坡1:2.0。黑虎山水库大坝最大坝高11.5m，为一级均质坝，加固设计确定上游坝坡为1:2.25，下游坝坡1:2.0。上游采用10cm厚C15砼预制块护坡，下铺20cm厚砂垫层；下游坝壳用草皮护坡，草皮应选择爬地矮草，也可采用植草护坡，在坝坡上先铺腐植土，加肥料后再撒草籽。确定坝顶高程时，考虑现状坝顶左岸高，右岸低，并结合溢洪道公路桥的布置和坝顶公路与朝阳公路的平顺连接，将坝顶高程划分为四段：溢洪道处坝顶公路桥面高程为96.5m，桩号为0+000（KD1点）——0+010，路面纵坡i=0；0+010——0+040段坝顶公路面高程从96.5m渐变到94.7m坝顶高程，路面纵坡i=2.7%；0+040——0+133.94段坝顶公路面高程为94.7m；现状坝顶公路到左坝头朝阳公路由于纵坡太大需进行改线，在KD1与KD3（X=77.220，Y=257.700，高程97.0m）处作圆弧相连。转角=75°，圆弧半径R=30m，圆弧长39.3m，圆弧段路面纵坡i=1.3%。圆心点坐标为X=228.300，Y=71.200，折线交点JD3坐标为X=100.700，Y=252.100。坝顶宽度按构造对中低坝选用5~10m，确定坝顶宽度为6m，其中坝顶公路宽4.5m。在坝顶上游侧设90cm高的防浪墙，防浪墙可防止浪花溅到坝顶并保障行人安全，用钢筋混凝土修建。坝顶路面浇筑15cm厚C20砼，下铺10cm厚碎石垫层，路面向下游侧倾斜2~3%的坡度，以便排除雨水，下游侧埋设混凝土边石。考虑从下游背坡到鱼池、排洪沟和灌溉渠的交通要求，在下游背坡中部设置宽200cm-29- 的踏步，沿大坝横断面顺踏步设置排水沟，将坝面雨水汇入下游坡脚纵向排水沟，最后排入灌溉引水渠。踏步和排水沟用浆砌石砌筑，用水泥砂浆抹面。第三节大坝防渗防渗方案：土坝防渗的目的一是减少坝体渗漏量，二是降低下游坝坡浸润线高度，保持大坝渗流水出流稳定。根据本坝坝型及渗漏情况可考虑三种防渗方案。1、水泥浆或水泥粘土浆灌浆：这一方案由于坝体填筑材料的D15和渗透系数K未取样做物理力学试验，因此它的可灌性和灌浆材料也无法确定。但从我市堤防堤身灌浆的实践看，结合本坝实际，采用水泥粘土浆灌浆应该是可能的，灌浆时可采用单排孔，孔距1—2m，总进尺大约1100m。2、砼刚性防渗墙：在坝顶上游侧向下挖一深槽，成型槽底宽1.0m，然后浇筑厚1.0m、S4、C10砼，该方案需砼1500m3左右。3、土工膜防渗：按照设计横断面预留出上游护坡（约10cm）和砂垫层厚度（20cm）后，将上游坝坡按1:2.25削坡修整，然后铺设一布一膜土工布。其上铺20cm厚粗中砂，表面为10cm厚C15预制砼块护坡，该方案需土工布3500m2。方案比较：上述三个方案中，方案二所需砼方量较大，投资大，且深槽开挖对坝体损伤大，不可取；方案一按其总进尺，投资最少，但由于缺乏试验资料，可灌性和灌浆材料难以确定；方案三即土工膜防渗，其防渗可靠，施工技术成熟、简单，缺点是投资高于第一方案。根据上述各方案优缺点比较，本阶段推荐第三方案即土工膜防渗方案。采用土工膜防渗防渗在施工中应注意以下问题：土工膜的物理力学指标必须符合设计要求；在上游坝坡中部应设一道防滑槽，槽的截面尺寸为50×50cm-29- ；土工膜的上部铺至校核洪水位以上，下部和两岸应铺设至基岩或粘土层；要保证土工膜的搭接长度和焊接质量。第四节坝体排水排水设备应设置在坝的下游部靠近坝体和坝基相接的地方。排水设备应在任何时候都具有充分的排水能力，以保证排走全部渗水。表面式排水设备的用途是防止在渗流逸出表面时发生流土，同时还起着保护坝坡的作用。本坝采用土工膜防渗效果较好，坝体排水采用表面式排水设备。因为表面式排水设备是最简单的排水设备，尤其是当缺乏足够数量的石料时更为适宜。表面式排水设备易于观察和检修，当坝体中浸润线位置不高，没有必要降低下游坝体中的浸润线时，应采用这种排水设备。为了防止下游坝坡雨水冲刷而形成雨淋沟，应设置纵横排水沟，汇集径流，排到坝脚。顺着踏步在坝坡的横向设置两条排水沟，与纵向排水沟连接。沿着坝坡与岸坡的连接线，必须设置排水沟，沟的最小宽度不应小于30cm，以利清淤。第五节大坝稳定计算一、稳定计算的目的稳定计算的目的是保证坝体在自重、各种情况的空隙压力和外荷载的作用下，具有足够的稳定性，不致发生通过坝体或坝体和地基的整体剪切破坏。由于土坝体积很大，没有倾复的问题，也没有受水压力、浪压力而发生滑动的问题，因此不必对这些作用力加以计算。但是渗透压力能降低坝坡的稳定性。土坝中的渗透压力主要有以下两种渗透形式：在正常运行情况下，当渗流自上游流向下游时所产生的稳定渗流；当水库水位下降时，上游坝体产生不稳定渗流，坝体孔隙中所含的水自坡面上流出，同时坝体中水位随着逐渐下降。黑虎山水库大坝为均质坝，本次除险加固上游面坡率为1：2.25，-29- 迎水面采用一布一膜土工布防渗处理，坝体浸润线位置低，加上水库消落水位小，因此稳定计算只复核在正常运行情况的稳定渗流所产生渗透压力下的坝坡抗滑稳定最小安全系数，以此复核确定的下游坝坡是否满足要求。二、计算坝体浸润线虽然迎水面采用一布一膜土工布防渗处理后坝体浸润线位置低，但是在计算坝体浸润线时，不考虑土工布的作用，按在不透水地基上土坝渗流水力学解法中的均质坝下游无排水设备情况进行复核。1、基本资料设计溢洪道堰顶高程为94.0m，正常水位94.0m，河床高程约为84.0m，上游坡率m1=2.25，下游坡率m2=2.0。2、坝体浸润线确定一个下游无水也无排水设备的均质土坝由于上游三角形坝体的阻渗作用，使浸润线进入坝体的一段向上游弯曲，见下图。上游正常水位到河床高差H=94.0－84.0=10.0m土坝的渗径=(95.7－94.0)×2.25+6.0+(95.7－84.0)×2.0=33.225m查β值表：==3.32m1=2.25得β=0.244向上游弯曲长度=βH=0.244×10.0=2.44mL=+=33.225+2.44=35.67m查表确定浸润线在下游坝坡的出逸点高度：m2=2.0，=3.567，得=0.473，=4.73m按达塞定律q=kJA，则单位坝长的渗流量为：=坝体内浸润线各点的高度，根据该点与出逸点的水平距离x-29- 由下式算得：浸润线如下图所示三、稳定计算结果稳定计算采用水电部天津勘测设计院编制的“K—1土石坝边坡稳定分析程序”，程序在计算方法方面采用了瑞典条分法和考虑土条水平侧向力的简化毕肖甫法。程序适用于均质坝、心（斜）墙坝和土石混合坝的坝坡稳定计算。采用混合法连续计算方式，即计算一个指定的滑弧，就是先用网格法以给定滑弧圆心为中心，以大步长向四周布设49个点逐一计算，找出安全系数最小的点，转入优选法计算，向最小安全系数逼近，找出该滑弧深度的最小安全系数。按程序建立坐标系、节点编号、线条编号、编区域号，将原始数据编写数据文件输入程序进行计算，结果如下：见浸润线图，最危险滑弧的滑弧深度Dp=13.80m，最危险滑弧的圆心坐标X0=15.90m，-29- Y0=-10.30m，最大滑弧深度的最小安全系数为A1=1.285大于规范允许的最小安全系数K=1.05，满足要求，下游坝坡设计合理。第五节溢洪道设计本次改造设计仍采用河岸式溢洪道，由进口段、陡坡段和出口消能段组成。一、宽顶堰设计现状溢洪道进口段两桥涵拱脚之间宽8.2m，拱涵净宽6.2m，溢洪道进口段底板距涵洞拱顶2.6m（拱矢高1.6m，拱圈厚1.0m），底板未做衬砌处理。1、堰顶高程确定设计进口段采用宽顶堰型，过堰流量采用Qm=20.24m3/s，以此计算过堰流量所对应的堰上水头。Q=式中：ε—侧收缩系数m—流量系数b—溢流前缘长度H0—堰上水头，水库流速水头取为0取P/H≥3时，m=0.36不同长度的堰顶溢流前缘所对应的堰顶水头如下：溢流前缘长度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-29- 非溢流坝顶安全超高下限值按以下标准确定：正常（设计洪峰流量）情况：△h=0.5m非常（校核洪峰流量）情况：△h=0.3m根据上述计算可以得出：溢洪道结构形式应由双孔拱涵改为单孔箱形涵，上部为双梁式钢筋混凝土结构公路桥，公路桥截面高拟定为，此次设计以溢洪道顶部过坝公路桥面高程96.5m（溢洪道以右坝顶路面高程为95.7m）来控制宽顶堰顶部高程。不同长度堰顶溢流前缘所对应的宽顶堰顶部高程如下：溢流前缘长度公路桥截面高桥高+安全超高宽顶堰顶部高程上限b=8.0m0.8m1.1m94.039mb=7.0m0.7m1.0m94.012mb=6.0m0.6m0.9m93.951mb=5.0m0.5m0.8m93.838m现状溢洪道进口段堰顶高程为94.1m，从上述表中比较后看出，当溢流前缘长度b=8.0m，堰顶高程为94.039m时，公路桥面高程为96.5m，溢洪道以右的坝顶高程为95.70m，满足坝面高程要求，因此确定进口段堰顶高程为94.0m。2、进口段结构设计根据上述计算结果得出：现状溢洪道进口段两桥涵拱脚之间宽8.2m，拱涵净宽6.2m，涵洞拱矢高1.6m，断面不能通过Q=20.24m3/s的流量，危及大坝安全。加上右侧拱圈断面已经剪断破坏，此次设计拆除现有的双孔拱涵，将溢洪道进口段宽顶堰改建为单孔箱形涵。堰顶公路桥采用C25双梁式钢筋混凝土结构，截面高0.8m，宽8.0m-29- 。将现状堰底板开挖到设计高程，下部采用40cm厚80#砂浆砌石，上部浇筑15cm厚C20钢筋混凝土。进口圆弧面导水墙根据上游坝坡确定高程，宽顶堰段进出口两侧边墙顶高程为96.5m，采用80#砂浆砌石挡土墙梯形断面，外层为15cm厚C15钢筋混凝土。二、陡坡段和出口消能段设计根据实测地形图得知：现状底板落在红砂岩基础上，从拱涵出口30m处，高程由94m下降到88m左右，在30m处形成陡坡，高程由88m下降到86.5m，后接排洪渠道。根据地形条件，确定陡坡长30m，采用坡度i=0.23。即泄水陡槽紧接宽顶堰末端，陡槽进口高程为94.0m，经30m陡坡段后高程降为87.0m，后接消力池，消力池底板高程为85.0m。溢洪道下泄流量Q=20.24m3/s，以此进行陡坡段设计。1、陡坡段水面曲线及边墙高度确定临界水深计算：hk===0.895m式中：q——单宽流量，q===6.75m3/s/m——1.1正常水深计算：陡坡段泄槽采用矩形断面，底宽B=3.0m，混凝土衬砌，n=0.017i=0.23，按明渠流公式计算正常水深h0=0.496mσ=1.05×2.86=3.003m池深满足要求，根据计算结果最后确定消力池深1.0m，池长12.0m。陡坡段边墙采用80#砂浆砌石挡土墙梯形断面，外层为15cm厚C15钢筋混凝土。消力池底板下层采用80#砂浆砌石，面层为15cm厚C15钢筋混凝土。三、排洪沟设计对溢洪道行洪沟断面尺寸确定：采用砼衬砌梯形过水断面，设计过水流量Q=5.26m3/s，糙率n=0.017，拟定纵坡i=1/500~1/1500。采用均匀流公式计算过水断面水深-29- 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对现状溢洪道排洪沟纵断面实测：从溢洪道拱涵出口至三岔河入汇口长度为325m，土渠断面底宽在60cm~120cm之间，土渠断面右侧紧邻鱼池，渠深在50cm~80cm，土渠断面左侧为山坡，为半挖半填式渠道，渠堤种植柑桔树。经过对上述过水断面进行比较，选用排洪沟梯形断面尺寸为：底宽b=1.2m，左右边坡系数m=1.25，糙率n=0.017纵坡i=1/500，渠道过水深h=1.096m。排洪沟渠道采用砼三面光衬砌，衬砌厚度为10cm，考虑到溢洪道使用机率少，渠道高度确定为1.2m，出现超设计洪水时允许漫渠顶。根据现有的土渠断面，渠道尽量邻山坡布置为半挖半填式，以增加渠道边坡的稳定。排洪沟右侧堤顶高程在85m~76m之间，渠床高程多在84m~75m之间，桩号230m断面到桩号250m断面土渠沟底高程相差近2.4m，要布置一级跌水，排洪沟在桩号325m断面转弯进入河道。第五节输水剅、启闭机台、工作桥及灌溉渠设计一、输水剅设计-29- 此次设计将左岸一处高剅（位于溢洪道进口，剅口高程为93.0m左右，φ200mm的砼管）废除，只在右岸设置一处输水管。将右岸现有斜坡笛管取水型式改造为螺杆启闭式铸铁闸门，根据现有渠首高程86.1m确定闸室底板高程为87.0m，输水采用砼圆管。1、输水管径确定设计灌溉引水渠引用流量Q=0.3m3/s，采用有压管道恒定流公式计算输水管径。Q=μc式中：μc——管道流量系数，μc=ω——管道断面面积d——管道直径——管道计算段长度——管道计算段中各局部损失系数之和H——作用水头——动能改正系数，直管=1.05~1.10——沿程阻力系数根据试算结果：H=2.5m，=60m，即水库输水高程为88.6m时，采用管径40cm的混凝土管能通过引用流量Q=0.3m3/s。当库水位高于88.6m时，引水流量大于Q=0.3m3/s，可以通过控制闸门开度来调节引水流量；当库水位低于88.6m时，引水流量小于Q=0.3m3/s，库水位平管顶（高程87.4m）时，引水流量为Q=0.22m3/s。2、剅管结构设计引水灌溉剅管由八字型上游连接段、闸室段、洞身段和出口连接段组成。闸室布置：闸室顺水流方向长度L=1.5m，闸室宽度考虑采用0.5×0.5m的铸铁平板闸门（选用LQ—1.0T-29- 螺杆式启闭机），取闸室净宽为0.8m。闸室边墙、胸墙和进口八字墙结合上游坝坡平顺布置，底板浇筑20cm厚C15钢筋混凝土。洞身段采用顶管施工方法，避免破堤抽槽，但要注意混凝土顶管的进口封堵处理，避免管内有压水流掏刷坝体，危及坝身安全。洞身段出口设置3m的扭曲翼墙与灌溉渠道相连。二、启闭机台、工作桥设计为方便闸门启闭，将启闭机台高程同坝顶95.7m，设置工作桥连接坝顶和启闭机房。启闭机台和工作桥均采用排架式，排架支柱为Φ300mm圆柱截面，支柱基础根据平面布置埋入上游坝坡1.0m，基础底面为二阶大方脚。工作桥面宽1.2m，两边设置钢管栏杆；启闭机台为直径3.0m的圆形结构，周围设置钢管栏杆，上部设置直径1.5m的圆形结构启闭机房，房顶为六角亭结构。上述结构均采用C20钢筋混凝土，启闭机房采用砖墙围护。三、灌溉渠设计对灌溉渠断面尺寸确定：采用砼衬砌梯形过水断面，设计考虑右岸坝坡汇流排入渠道，因此，渠道设计流量为Q=0.5m3/s，糙率n=0.017，拟定纵坡i=1/500~1/1500。采用均匀流公式计算过水断面水深Q=bmnih0.8m1.00.0171/10000.485m1.0m1.00.0171/10000.437m1.0m1.00.0171/15000.487m1.5m1.00.0171/15000.398m0.5m1.00.0171/5000.483m-29- 0.8m1.00.0171/5000.401m对现状灌溉渠纵断面实测：从引水剅出口渠首至三岔河入汇口长度为435m，土渠断面底宽多在80cm~100cm之间，土渠左侧堤顶高程在86m~75m之间，渠床高程上段在85m~83m左右，下段在81m左右。经过对上述过水断面进行比较，选用梯形断面尺寸为：底宽b=0.8m，左右边坡系数m=1.0，糙率n=0.017纵坡i=1/1000，渠道过水深h=0.485m。设计渠线仍采用现有断面，若过水断面不足，则尽量邻山坡侧布置。其中，在桩号210m和桩号390m两段渠床为岩石，水流在渠道桩号435m处左转弯注入河道。渠道考虑衬砌超高0.15m，确定渠道高度为0.65m，渠道断面为8cm厚C15砼三面光衬砌。第五章施工组织设计及投资估算第一节施工组织设计1、交通、水电及通讯黑虎山水库交通便利，距城区中心10公里，水库坝顶公路与朝阳路相连。水库紧邻黑虎山村委会，与外界通讯联络方便。施工及生活用水取自东山运河，若遇运河检修停水，可在库内临时筑堤蓄水；施工及生活用电采用大网电源，保证率高。施工中主要建筑材料如水泥、砂、骨料块石、和管材等可直接从城区采购；大坝回填用料可以利用削坡后的土料，不足部分从库内右岸取土，即能解决土源不足，又能增加水库库容。2、施工布置与技术要求-29- 施工布置：遵循因地制宜、统筹安排、易于管理、安全可靠、经济合理的原则，以保证工程施工质量，加快施工进度。水泥仓库、钢筋加工厂和施工人员办公、生活用房可以利用水库左坝头闲置的村幼儿园，不足部分则就近解决。砼拌合设备布置在水库右岸，周围平整出场地堆放砂石料。技术要求：黑虎山水库除险加固工程根据资金筹措情况，对工程可一次施工，也可分年施工。若分年实施，则先安排溢洪道和大坝下游背坡的施工。根据设计图纸要求，拆除现有的两孔浆砌石桥涵，对宽顶堰、陡坡段和消力池底板开挖到设计高程后，完成上述底板和侧墙的浆砌，修建钢筋混凝土双T形梁结构坝顶公路桥，恢复交通要求，最后浇筑溢洪道面层钢筋混凝土；对下游坝坡进行削坡整治，尽量保留左岸柑桔，根据溢洪道的布置要求和左岸坝顶公路的降坡改线要求，对设计范围内两侧柑桔进行移栽，按设计坡度进行削坡修整，然后安排表面式排水设备的施工，要按图纸要求，最下层紧靠土坝铺筑厚20cm砂，第二层为20cm卵石，面层为40cm块石；最后完成下游排水沟和台阶的砌筑。大坝上游迎水面坝坡施工要选择冬季或春季，将水库放空，拆除上游直立浆砌堡坎。清除设计坝坡线内的淤泥和杂物，对坝坡回填压实整平到设计要求后，铺设一布一膜土工布，然后在其上铺筑20cm厚的中粗砂保护层，再在保护层上铺设10cm厚C15预制砼块护坡。土工布下垫层土粒越细，土工布斜墙抗水压的能力越大，在坡面中部设置一道防滑槽，可以预防坝体沉陷将土工布拉坏，在铺设土工布时还要避免土工布的刺破，还要保证土工布的搭接长度和焊接质量；同时完成过堤管的顶管施工及输水预制砼管的安装、止水处理，剅管闸室、排架、启闭机房和工作桥的施工。完成溢洪道、下游坡整治和上游防渗及坡面整治后，对排洪沟和灌溉引水渠进行砼三面光整治。-29- 第二节主要工程量1、下游坝体：挖方79m3，填方1027m3，削坡修整1728m2，草皮护坡1728m2，排水沟和踏步浆砌石144m3，排水体——块石333m3，卵石159m3，砂167m3。2、上游坝体：挖方1935m3，浆砌石拆除346m3，填方820m3护坡垫层中粗砂450m3，护坡C15砼：225m3，土工膜（一布一膜，200g/m2）3220m2。3、坝顶：填方109m3，公路垫层（混合料）99m3，C20砼公路路面117m3，防浪墙C20砼79m3，钢筋2240kg。4、溢洪道：80#浆砌石93m3，C15砼21m3，钢筋1350kg，挖方（风化岩石）57m3，浆砌石拆除32m3。5、陡坡段：80#浆砌石126m3，C15砼27m3，钢筋2370kg，挖方（风化岩石）52m3。6、消力池：80#浆砌石135m3，C15砼14m3，钢筋1490kg，挖方（风化岩石）25m3。7、排洪沟：挖方605m3，填方1083m3，C15砼232m3，边坡修整1625m2。8、灌溉引水渠：挖方193m3，填方210m3，C15砼81m3，边坡修整1148m2。9、剅管：闸室C15砼4.8m3，φ40cm过堤顶管安装60m，启闭设备LQ—1.0T，0.5×0.5铸铁闸门一套；排架C20砼2.7m3，钢筋270kg；工作桥C20砼3.8m3，钢筋：420kg；启闭房C20砼6.3m3，钢筋760kg，琉璃屋面瓦17m2；栏杆钢管1吋半105m，1吋74m。10、水库管理用房：100m2。11、公路桥：C25砼17.8m3，钢筋：1970kg。12、柑桔移栽2.2亩。-29- 由于水库长期半库运行，库水位低，溢洪道从未使用过，致使下游两岸坝肩种植的柑桔已成大树；库内在94.0m高程以下也种植了部分柑桔树。此次水库除险整治恢复蓄水后，正常水位94.0m淹没造成库内柑桔移栽1.4亩；修建溢洪道和坝顶左岸公路降坡造成库外左岸柑桔移栽0.8亩。第三节投资估算一、编制说明投资估算的编制原则按照“鄂水计[1998]266号”文颁发的《湖北省水利水电工程概（估）算费用构成及计算标准》（试行）（以下简称《费用及标准》）的规定，不计价差预备费；和按能源部、水利部“能源水规（1991）527号”文颁发的《水利水电工程初步设计概算编制办法》（试行）的办法和格式执行。1、基础单价人工预算单价执行《费用及标准》和“鄂水计[1999]318号”文颁发的《关于水利水电工程设计概（估）算费用构成及计算标准的补充规定》（以下简称《补充规定》）的标准；施工用风单价，由于用风地点分散，用风量小，采用3m3/min排气量就近制风供给施工作业面；施工用水单价，由于用水地点在运河埋管自流引水，考虑供水设施摊销费，价格按城市居民用水价格；施工用电单价，由于用电地点固定，施工用电采用电网供电，基本电价为0.7元/kw.h，高压输电线路损耗率6%，变配电设备及高压输电线路损耗率10%，供电设施摊销费0.08元/kw.h。2、主要建筑材料预算价格水泥采用X市水泥总厂生产的普通硅酸盐水泥，以销售报价表价格加运杂费为预算价格；-29- 木材采用X市木材公司夜明珠集材场调查价格加运杂费计算各种规格的综合价格来确定预算价格；钢材采用X市钢材市场圆钢和型材，以销售报价表价格加运杂费，并以各种型号的价格计算综合价格，最后确定预算价格；油料采用X市石油公司90#汽油和0#柴油，以批量销售报价表价格加运杂费计算预算价格；其它建筑材料价格以《X市建筑工程材料预算价格》中的价格，适当计入运杂费为预算价格。1、费用计算标准和依据费用计算标准根据《费用及标准》和《补充规定》的规定，按专业队伍施工，取费标准如下：其它直接费：取费基数为直接费，土石方工程取2%，混凝土工程取2.2%，设备安装工程取2.7%。现场经费：土建工程取费基数为直接费，土石方工程取7%，混凝土及其它工程取8%，设备安装工程取费为人工费的50%。间接费：土建工程取费基数为直接费，土石方工程取7%，混凝土工程取5%，设备安装工程取费为人工费的80%。计划利润：按直接工程费和间接费之和的7%计算。税金：取费基数为直接工程费、间接费和计划利润之和的百分率计算，税金为3.22%。其它费用计算标准：其它费用只计算建设单位管理费、科研勘测设计费、监理费、定额编制管理费和工程质量监督费。二、投资估算按上述各项标准对分项工程投资进行概算，黑虎山水库除险加固工程总投资143.09万元，其中：永久工程费103.71万元，临时工程费7.38万元，其它费用18.99万元，预备费13.01万元。-29- 第六章效益分析第一节社会效益黑虎山水库整治加固后，能解决防洪保安、提高生活用水保证率和开发当地旅游资源等多种社会效益。1、防洪保安：黑虎山水库下游为三岔河，经大树湾村和万年村后注入太平桥溪，在万寿桥注入长江。有两村、515、中南冶金等企业及魏家咀电站，除险加固后，可保障下游农田、企业、城镇及人民生命财产安全。2、提高生活用水保证率：水库正常蓄水后，可以解决村民备用水源问题。目前水库周围农户的生产、生活用水依赖东山运河供水，每年运河的例行检修，造成村民生产和生活用水困难。水库恢复蓄水后能解决这一问题，提高了村民的生活质量，同时可以恢复原有的提水泵房发挥效益。3、开发当地旅游资源：随着物质生活水平的提高，人们对精神生活的要求越来越高，旅游、度假已逐步成为一种时尚。水库蓄水后，环境优美，绿色成荫，碧波荡漾，水库既可划船又可垂钓，加之距城区中心仅10km，交通十分便利，是城市居民双休日的好去处。第二节经济效益水库蓄水后可灌溉鱼池200亩，还可为黑虎山近2000亩的柑桔园提供备用水源（在运河停水期），促进了柑桔、水产旱涝保收，稳产高产，使农户增加收入。还可为下游的大树湾村的3000亩柑桔和410亩鱼池提供补充水源。水库整治后，面貌大为改观，可以依托水库大做旅游文章，开发当地的旅游资源，为村民提供更多的创收渠道。-29- 第三节环境效益水库经过防渗处理后，能经常保持满库水，改变现在不能蓄水的状况，改善水库的水质，是之由现在污浊的水变为清澈的水，减少蚊蝇繁殖，减少疾病，提高人们的健康水平。水库常年蓄满水后，能改善周围环境的生态作用，提高当地村民的生活质量。青山绿水，也为城市增添一处风景旅游点。-29-'