陈丹仲水库除险加固初步设计毕业论文

陈丹仲水库除险加固初步设计毕业论文

陈丹仲水库除险加固初步设计毕业论文4工程任务与规模4.1工程存在问题1.下游坡的抗滑稳定不能满足规范要求。2.大坝坝坡太陡，坝体不能按照设计要求挡水。大坝心墙高度严重不足，坝基清基不彻底，特别是岸坡削坡或清基不符合要求，导致坝体坝基渗漏，部分地段坝体与坝基的接触渗漏及坝体与岸坡的接触渗漏。大坝存在坝基渗漏和大坝中部转折处山体两侧坝肩绕坝渗透问题。3.溢洪道施工质量较差，且大部分未衬砌，由于浆砌石衬砌的基础处理不好，普遍存在不均匀沉降，砌体质量差，所以出现了边墙破损严重，底板老化，已破坏了结构的整体性和稳定性，一旦宣泄较大洪水时，必将造成严重的后果。4.高剅为隧洞形式，边墙衬砌出现局部脱落，混凝土强度低，老化严重。低管与与坝体土料接触处的密实度达不到要求，一直存在沿管壁的接触渗漏问题，止水已老化和局部破坏。5.输水建筑物闸门锈蚀，漏水严重，运行已超过使用折旧年限；启闭设施陈旧、老化，附件难以更换，属淘汰产品，不能满足正常运用。6.大坝无安全监测设施。7.水库无水雨情自动测报系统，无洪水调度系统。通讯及管理设施落后。4.2除险加固的必要性陈丹冲水库位于红安县上新集镇陈丹冲村，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养殖等综合利用的小（1）型水库，水库建成以来发挥了重要的作用，取得了良好的社会效益，但由于水库建设过程中诸多不规范因素，纯属边勘探、边设计，边施工的三边工程。水库兴建时既没有作地基岩体性质调查，也没有作筑坝土料的物理学性质试验。该工程已运行了3720n年，目前，该水库存在较多的安全隐患，影响水库效益的发挥。陈丹冲水库的设计灌溉面积8000亩，实际灌溉面积为2500亩。1975年、1982年两次对工程进行整险加固，计划采取对大坝进行加高，翻接心墙，加高溢洪道导流墙，对过坝渠防渗等措施，由于缺乏资金等原因整险加固工程并没有按照原设计计划实施，水库安全隐患一直存在，水库一直限制蓄水。因此,对陈丹冲水库进行除险加固是十分必要的。4.3工程任务陈丹冲水库建库以来，在灌溉、防洪、养殖等方面发挥了显著的效益，但工程质量差，存在严重的安全隐患，为三类病险水库，影响了灌溉、防洪与经济效益的正常发挥。为在确保工程安全的前提下使水库效益得到正常的发挥，针对工程的存在主要问题，需对主要工程进行以下的加固措施。①加固大坝。由于坝体、坝基渗透稳定性差，部分心墙欠高，在大坝坝体心墙内进行20cm厚的劈裂灌浆，对坝基、坝肩进行帷幕灌浆，心墙欠高处用冲抓套井接高；根据交通需要，对坝顶路面进行拓宽、整平、硬化处理；由于大坝下游坝坡稳定性不满足规范要求，下游排水破损，因此，在对大坝下游坡整形加厚，修整排水沟。②溢洪道整修。重建溢洪道进口边墙、泄槽段边墙、底板；重建消力池，；对尾水渠进行整修，浆砌石护坡护底。③更换高剅闸门及启闭设备；封堵低剅。④完善与改建管理设施。4.4水库洪水调节4.4.1水库特性曲线陈丹冲水库水位库容曲线见表4-1和图4-1。表4-1陈丹冲水库水位库容Z~V曲线水位（m）水面面积（m2）水库容积（104m3）水位（m）水面面积（m2）水库容积（104m3）20n71.230091.1330900027877.1337500694.4338704041179.67589002094.9840311343482.791301046395.9343412047284.631750009696.4344708049287.1322500015296.93463280512图4-1陈丹冲水库水位库容Z-V曲线陈丹冲水库溢洪道为明渠式，大坝除险加固初步设计，溢洪道设计堰顶高程94.0m，溢流净宽25m。溢洪道泄流曲线根据如下堰流公式计算：式中：ε—侧收缩系数；m—流量系数；H—堰上水头，m。经计算得溢洪道水位～泄流关系曲线如表4-2和图4-2。表4-2陈丹冲水库溢洪道水位～泄流关系曲线水位（m）94.094.494.895.095.495.695.896.0泄流量（m3/s）20n图4-2陈丹冲水库溢洪道水位～泄流量关系曲线4.4.2水库调洪规则水库防洪调度的规则是：(1)局部服从总体，兴利服从防洪。在调度运用中，整体要照顾局部，防洪要兼顾兴利，统一领导，全面安排，把灾害降低到最小范围，最大限度地发挥水库的综合效益。(2)5月1日至5月31日为初汛期，6月1日至7月31日为主汛期，8月1日至10月15日为后汛期。(3)设计情况，溢洪道堰顶高程94.0m，当库水位上升到94.0m时，溢洪道自由溢流。设计情况下，当设计洪水来临时，设计洪水起调水位为94.0m。(4)在保证防洪安全的前提下，各用水部门必须服从灌溉用水的需要。4.4.3调洪计算成果陈丹冲水库设计洪水起调水位为94.0m，相应库容393.7万m320n。依据上述防洪调度规则对两种历时（6h和24h）各频率洪水进行调洪计算，主要成果分别列于表4-2和表4-3。两种历时（6h和24h）各频率洪水的调洪结果比较接近。由于陈丹冲来水面积小，库容较大，洪水位是由洪水总量与调洪库容的大小关系决定的。虽6h暴雨洪水的洪峰较相应频率24h暴雨洪水的洪峰大，但洪量较小，因此库水位高低是由24h暴雨所形成的洪水决定的，故取24h暴雨设计洪水成果为设计依据。设计洪水和校核洪水的调洪过程见图4-3和图4-4。由调洪计算结果可知，陈丹冲水库设计洪水位95.0m，校核洪水位95.66m，总库容461.3万m3，调洪库容67.6万m3。表4-2陈丹冲水库各频率洪水的调洪成果（6h暴雨洪水）洪水频率洪峰流量（m3/s）洪量W（万m3）起调水位(m)最大泄流量（m3/s）调洪最高水位(m)最大库容（万m3）调洪库容（万m3）P=0.2%200.7136.094.085.795.66461.367.6P=0.33％(校核)188.8127.894.079.195.58457.864.2P=3.3%(设计)80.288.894.035.494.92431.637.9P=5%73.881.694.031.994.86429.035.3表4-3陈丹冲水库各频率洪水的调洪成果（24h暴雨洪水）洪水频率洪峰流量（m3/s）洪量W（万m3）起调水位(m)最大泄流量（m3/s）调洪最高水位(m)最大库容（万m3）调洪库容（万m3）P=0.2%178.0220.494.092.695.75464.871.1P=0.33％(校核)167.4205.194.085.895.66461.367.6P=3.3%(设计)76.9134.494.040.195.00434.941.2P=5%70.7121.694.036.294.94432.238.520n图4-3设计(P=3.3％)洪水调洪计算成果图图4-4校核(P=0.33％)洪水调洪计算成果图4.5坝顶高程根据现行《碾压式土石坝设计规范》（SL274-200120n），坝顶在水库静水位以上的超高按下式确定：式中：y—坝顶在水库静水位以上的超高（m）。R—波浪在坝坡上的爬高（m）。e—坝前静水位因风浪引起的涌高（m）。A—安全超高，按坝的等级及运用情况选定。平均波浪爬高式中—斜坡的糙率渗透性系数，大坝迎水坡护面类型确定；—经验系数，与的大小有关，V为风速，H为坝前平均水深；—平均波高（m）；—平均波长（m）；m—斜坡的坡度系数。按莆田试验站公式计算波高和平均波长，即：陈丹冲水库迎水坝坡为抛石护面，糙率渗透性系数=0.65；坝坡坡度系数m=2.0；取风向与坝轴线法线方向的夹角。库区汛期多年平均最大风速Wm=18m/s，设计情况下取W=1.5Wm=27m/s；校核情况下取W=18m/s。主坝风区长度，设计条件下D=1000m。坝前水深，设计情况H=22.9m，校核情况H=22.56m。根据规范，4级土石坝设计情况下的安全超高A=0.5m，校核情况下A=0.3m。20n坝顶在水库静水位以上的超高为:设计情况1.85m；校核情况1.12m。陈丹冲水库大坝设计坝顶高程计算成果见表4-4。表4-4陈丹冲水库大坝坝顶高程复核计算成果洪水频率设计库水位(m)波浪高(m)风浪壅高(m)安全超高(m)计算坝顶高程(m)坝顶实际高程(m)设计洪水（P=3.3%）96.90校核洪水(P=0.33%)陈丹冲水库大坝设计坝顶高程____m，现有大坝坝顶高程96.90m，设计坝顶高程满足防洪规范要求。4.6施工期设计洪水的调节计算大坝安全加固施工期间，用输水建筑物作为导流设施。输水建筑物结构形式为隧洞,长56m,进口底部高程82.8m，断面尺寸为1.44×1.72m,设计输水流量1.5m3/s。经对12月施工期24h暴雨进行频率计算，频率计算成果为=9.7mm，=0.68，=2.5。5年一遇24h设计暴雨为14.1mm。按照简算法，先计算出24h暴雨产生的洪水总量，减去产流历时内的泄洪总量，即为水库滞洪总量，可由库容曲线查算得库水位。参考流域附近有实测资料的水文站分析成果，取径流系数为0.48，可求得陈丹冲水库5年一遇12月施工期24h入库洪水总量为3.28万m3。扣除导流涵管产流期4h下泄洪量2.16万m3，水库拦蓄洪水1.12万m3。水库拦蓄洪水加上导流涵管进口顶部高程84.56m以下库容，查水位库容曲线得施工期最高洪水位84.62m，以此水位进行施工围堰设计。20n5除险加固设计5.1设计依据与工程现状（1）采用的主要技术规范①《防洪标准》（GB50201-94）；②《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252－2000）；③《水利水电工程初步设计报告编制规程》（DL5021－93）；④《水工混凝土结构设计规范》（SL/T191－96）；⑤《水工建筑物荷载设计规范》（DL5077－1997）；⑥《碾压式土石坝设计规范》（SL274－2001）；⑦《溢洪道设计规范》（SL253－2000）；⑨《土石坝安全监测技术规范》（SL60-94）（2）相关文件①《红安县陈丹冲水库大坝安全鉴定报告》②《红安县陈丹冲水库除险加固工程初步设计工程地质勘察报告》③湖北省水利勘测设计院《湖北省暴雨径流查算图表》④湖北省水利局、气象局《湖北省可能最大暴雨图集》（3）工程等级枢纽由大坝、溢洪道、输水建筑物等建筑物组成。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）的规定，陈丹冲水库为小（1）型水库，枢纽工程为Ⅳ等工程，主要建筑物（包括大坝、溢洪道和输水建筑物等）级别为4级，次要建造物级别为5级。（4）主要建筑物的防洪标准及特征参数按照《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252－2000）的规定，防洪标准为30年一遇设计，300年一遇校核，溢洪道消能防冲设计洪水标准按20年一遇设计。水库设计洪水位为95.0m，校核洪水位为95.66m，20年一遇的最大泄流量为31.9m3/s。（5）地震设防烈度20n根据《湖北省红安县陈丹冲水库除险加固工程初步设计工程地质勘察报告》，陈丹冲水库所在区域地震基本烈度为Ⅵ度，不需进行抗震设计。5.2主要建筑物现状水库枢纽工程由大坝、溢洪道、输水建筑物等建筑物组成。大坝为粘土心墙土石坝，坝基河床高程71.2m，坝顶高程96.9m，最大坝高25.7m，坝顶宽3.0m，长275m；上游采用块石护坡，无垫层料，自上至下两级坡比分别为1:2.0和1:2.5，下游坝坡采用草皮护坡，自上而下为1:1.75，1:2.0，最下一级反滤坝坡比为1:1.5，反滤坝被动埋在坝坡最下一级坝体内。溢洪道位于大坝的左侧的山体马鞍地形处，为一开敞式宽顶堰，宽度为19.5m，堰顶高程94.0m，设计最大下泄流量75.0m3/s。高剅位于坝左侧，进口底高程为82.8m，长度56.0m，断面尺寸1.44×1.72m，边墙和底板为浆砌石衬砌。取水口位于输水建筑物的进口，斜拉活塞(φ0.7m)式启闭闸门，最大引水能力1.5m3/s，隧洞出口渠道与溢洪道交叉。低剅管建筑大坝南岩基上，进口高程72.22m，内径为0.44m，衬砌厚度为0.15m，涵管最大引水能力0.6m3/s，闸门形式为斜拉活塞式，直径0.6m，手摇盘启闭，现已废弃。5.3除险加固工程总体布置根据陈丹冲水库枢纽工程的存在的问题，其除险加固任务主要包括：①加固大坝。由于坝体、坝基渗透稳定性差，在大坝坝体心墙内进行20cm厚的劈裂灌浆，对坝基、坝肩进行帷幕灌浆；根据交通需要，对坝顶路面进行整平、硬化处理；由于心墙严重欠高，采用冲抓套井加高心墙至96.0m；由于大坝下游坡不满足抗滑稳定要求，需对下游坡贴破培厚，并重整排水沟。②溢洪道整修。重建溢洪道进口边墙、泄槽段边墙、底板；重建消力池，；对尾水渠进行整修，浆砌石护坡护底。③更换高剅闸门及启闭设备。④设置大坝变形与渗流监测设施。⑤完善与改建管理设施。20n5.4大坝除险加固设计大坝的除险加固主要包括：对心墙上部加高至高程96.0m，下部进行劈裂灌浆，坝基、坝肩进行帷幕灌浆；坝顶拓宽至4m，路面整平、重建泥结碎石路面；上游护坡局部整修、下游放坡，重建排水棱体，重新铺设草皮护坡，修复坝坡和坝肩排水系统。5.4.1大坝坝体防渗加固设计根据本次洪水复核，30年一遇设计洪水位为95.0m，300年一遇校核洪水位为95.66m，现状心墙顶部高程最大低5.2m。因此，现有防渗心墙顶部高程不满足现行规范要求，陈丹冲水库现有防洪能力不满足规范要求，加高至高程96.0m。根据钻孔揭示，心墙料的物质成份不均一，成份以壤土为主，可见砂壤土和少量的粘土，为黄褐色，松散~稍密状，局部粘性较好。心墙料中有时夹少量砾石（10~20mm），经坝顶探槽开挖及钻孔查明心墙顶部埋深为1.30~5.8m，大坝右侧心墙顶高不足，心墙顶部宽约2.0m。（1）方案比选方案一：在坝体内设混凝土心墙。即采用液压抓斗成槽，浇筑0.50m的混凝土防渗墙。方案二：对心墙上部加高，下部进行粘土灌浆。即对心墙欠高部分用冲抓套井回填粘土加高，下部采用劈裂灌浆，在灌浆压力作用下使粘土颗粒渗透到土体的空隙内，密实心墙，提高抗渗性能。灌浆孔设1排，孔距2m。从技术角度看，两个方案都是常用的防渗加固处理技术，所不同的是施工难易程度、加固和形成防渗墙的可靠程度及造价的高低。混凝土防渗墙防渗方案造价高，而劈裂灌浆方案造价低，灌浆材料和心墙材料属同一种介质，相容性较好，灌浆后可提高坝体的防渗能力，技术已经成熟。经比较，本次设计推荐粘土灌浆方案作为大坝坝体防渗方案。（2）加固设计劈裂灌浆处理桩号为0+000～0+275，长275m。大坝劈裂灌浆布置在大坝轴线上。灌浆孔孔距为2m，单排，厚0.20m，墙底深入坝基及两岸坝肩强风化基岩处。20n5.4.2套井冲抓设计由于主坝心墙最大欠高5.2m（最大欠高处心墙高程90.81m），采用套井冲抓回填粘土心墙，套井深度至90.61m高程。加固后回填心墙顶高程为96.0m。心墙粘土材料渗透系数不大于1×10-5cm/s，心墙粘土的干密度大于15kN/m3粘粒含量35%~50%，含水率控制最优含水量±3%的范围内，套井回填土压实度≥96%。钻孔布置在坝轴线上，按主孔和套孔相间布置，一主一套相交连接成墙。设计单排孔布置，与心墙同轴线，开孔直径2R=1.1m，孔距L=0.8m。5.4.3坝基坝肩处理根据存在的问题，本次设计对坝基进行帷幕灌浆处理。帷幕灌浆范围的确定：依据《碾压式土石坝设计规范》(SL274—2001)的规定，帷幕灌浆长度至正常蓄水位与相对不透水层在两岸相交处。考虑到坝肩的绕渗及基岩灌浆与上部防渗体的连接问题，根据地质报告，帷幕左、右坝肩延伸15m。帷幕灌浆深度的确定：按照《碾压式土石坝设计规范》(SL274—2001)的有关规定，“灌浆帷幕的设计标准应按灌后基岩的透水率控制，3级坝透水率控制为5～l0Lu。”陈丹冲水库大坝为3级坝，坝高为25.7m（地质资料），因此确定坝基帷幕深度以灌后基岩的透水率10Lu控制。帷幕灌浆深入坝基、坝肩透水率10Lu处。帷幕灌浆孔距的确定：根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)的规定，帷幕排数采用一排，初拟帷幕灌浆孔孔距2m。工程施工中，可根据现场生产性试验结果最终确定；采用超细水泥作为帷幕灌浆材料。坝基帷幕灌浆完成后，采用最稠级浆液对坝体进行封孔灌浆。20n5.4.4下游坝坡加厚整形现状下游坝坡抗滑稳定安全系数小于规范要求最小值，坝坡抗滑稳定不满足规范要求。需对下游坝坡培厚，高程87.1m、75.2m处设平台，宽分别为2m和1m，自上而下坡比分别为：1：2.0、1：2.5、1：1.5。5.4.4坝顶路面原坝顶宽3m，结合下游放坡，本次设计对坝顶进行加宽至4m，密实整平后，做泥结碎石路面，坝顶路面宽4m，厚40cm，全长275m，坝顶路面高程96.9m。5.4.5护坡和坝面排水系统及坝肩排水沟上游护坡块石有严重风化和不均匀沉陷，本次设计中拟对现有上游护坡局部翻修。坝坡排水沟破损严重，整修排水沟，使之正常排水。大坝两坝肩的排水（洪）沟，不能正常发挥作用，为排除两岸山坡雨水而不冲刷坝坡，应整修两坝肩的排水沟。5.5大坝加固设计计算5.5.1渗流计算（1）除险加固前的渗流稳定性分析①计算断面及参数的选取根据《陈丹冲水库除险加固工程初步设计工程地质勘察报告》提供的资料，经综合考虑地形、地质及坝高等因素，选取最大坝高断面作为渗流计算的典型断面。根据地质报告，现坝顶高程为96.9m，坝顶无防浪墙。上游块石护坡，自上至下两级坡比分别为1:2.0和1:2.5，平台高程87.1m，宽2.0m；下游坝坡采用草皮护坡，自上而下为1:1.75，1:2.0，平台高程为87.1m，平台宽2m，最下一级反滤坝坡比为1:1.5，顶高程77.1m，反滤坝被埋在坝坡最下一级坝体内。各种土料的渗透系数取值列于表5.5－1。20n表5.5－1陈丹冲水库大坝土料渗透系数取值表序号土料渗透系数综合考虑的取值允许渗透坡降kx＝ky（cm/s）k值的倍比k1大坝心墙料（壤土）8.30×10－5k1/k1=10.5k2坝壳代料（粉砂夹壤土）7.10×10－3k2/k1=85.540.35k3坝基（片麻岩）3.0×10－4k3/k1=3.610.5②计算方法与工况渗流计算的方法采用现有的二维有限元渗流计算程序。因无观测资料，未做反演计算。计算组次按不同运用情况取三组特征库水位，对应的下游水位均假定为常数72.20m。详见表5.5－2。表5.5－2陈丹冲水库大坝渗流计算工况组次上游水位（m）下游水位(m)备注正常工况94.4372.20下游水位比地面高程高出设计工况95.7972.20校核工况96.2572.20③计算成果分析由地质勘察，坝体心墙顶部高程严重不足，没有达到坝顶，按照实际情况进行渗流计算，以上各组次计算成果的剖面等势线分布见图5.5－1～图5.5－3；其关键性数据成果汇集成表5.5－3。(1)从现场检测情况来看，下游地面实际高程为71.20m，由于下游常年低水或无水，故本次鉴定中亦按1.0m深水即72.20m的高程进行计算。从图5.5-1—图5.5-3的大坝剖面等势线图形态看，在表5.5-1的渗透系数倍比组合下，大坝横剖面上的计算等势线分布符合一般渗流规律。在假定的渗透系数倍比情况下，浸润线均没有从下游坝面逸出，心墙作用明显，浸润线较低。(2)从表5.5－3中关键部位的渗透坡降来看，心墙和坝壳的渗透坡降最大值均已超过各自允许渗透坡降值，渗流的渗透稳定性将不能保证20n表5.5－3陈丹冲大坝计算断面在不同库水位下关键部位渗流要素统计表计算工况最大渗透坡降心墙坝壳正常蓄水位设计洪水位校核洪水位20n图2－1正常高水位94.43m时最大剖面等势线示意图图2－2设计洪水位95.79m时最大剖面等势线示意图图2－3校核洪水位96.25m时最大剖面等势线示意图图20n（2）除险加固后的渗流稳定性分析渗流计算选取坝坡培厚后的土坝最大坝高处的典型断面。根据地质报告，现坝顶高程为96.9m，坝顶无防浪墙。上游块石护坡，自上至下两级坡比分别为1:2.0和1:2.5，平台高程87.1m，宽2.0m；下游坝坡采用草皮护坡，自上而下为1:2.0，1:2.5，平台高程为87.1m，平台宽2m，最下一级反滤坝坡比为1:1.5，顶高程75.1m，反滤坝被埋在坝坡最下一级坝体内。根据地质报告提供的资料，坝体各种土料的渗透系数取值列于表5.5-4。表5.5-4渗流计算参数表单位：cm/s渗透性分区地质勘探试验结果　计算取值试验方法范围值平均值渗透系数允许水力坡降坝壳料现场注水试验4.4×10-4~7.1×10-3cm/s4.7×10-3cm/s7.1×10-30.35心墙室内原状试验6.7×10-7~5.8×10-5cm/s4.2×10-5cm/s6.3×10-50.5现场注水试验4.9×10-5~8.3×10-5cm/s6.3×10-5cm/s劈裂灌浆　　1.0×10-51.1强风化基岩现场注水试验3.0×10-4弱风化基岩现场注水试验　3.0×10-5　排水棱体　　　1.0×10-2　表5.5-5除险加固后陈丹冲大坝渗流要素统计表计算工况最大渗透坡降心墙坝壳正常水位94.0m0.310.22设计洪水位95.0m0.340.24校核洪水位95.66m0.360.26从上表的渗透比降来看，劈裂灌浆措施在陈丹冲水库防渗加固的应用是有效的。经过劈裂灌浆以后，坝体渗透坡降得到很大程度的改善，较好的解决了坝体渗漏问题，对水库最大程度发挥其效益起到较好的作用。20n图5.5-4除险加固后正常需水位94.0m渗流等势线图图5.5-5除险加固后设计洪水位95.0m渗流等势线图图5.5-6除险加固后校核洪水位95.66m渗流等势线图20n5.5.2稳定计算（1）除险加固前坝体抗滑稳定性分析①计算参数选取坝体的稳定分析所用物理性参数采用地质建议值，强度指标在建议总应力强度指标的基础上，根据工程类比确定其有效应力强度指标。具体计算参数见表5.5-6。表5.5-6稳定计算参数值表位置土料干密度γ饱和密度γ计算采用有效应力强度指标计算采用总应力强度指标凝聚力（kPa）内摩擦角（°）凝聚力C（kPa）内摩擦角j（°）坝体坝壳代料（粉砂加粘土）17.521.018.0231621粘土心墙15.719.525.01623.014排水棱体17.521.0040038坝基强风化片麻岩25.525.550355035弱风化片麻岩26.426.43504530045②计算断面土坝坝坡稳定计算的断面选取与渗流计算选取相同的断面，即选取土坝最大坝高处的典型断面。根据地质报告，现坝顶高程为96.9m，坝顶无防浪墙。上游块石护坡，自上至下两级坡比分别为1:2.0和1:2.5，平台高程87.1m，宽2.0m；下游坝坡采用草皮护坡，自上而下为1:1.75，1:2.0，平台高程为87.1m，平台宽2m，最下一级反滤坝坡比为1:1.5，顶高程77.1m，反滤坝被埋在坝坡最下一级坝体内。③坝体浸润线根据有关地质资料，结合水库管理处所提供的历年险情，运用二维有限元稳定流分析程序，计算分析了正常水位94.43m、设计水位95.79m、校核洪水位96.25m、死水位82.79m等特征水位条件下相应的浸润线。20n④稳定分析方法与计算工况按照《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）及修改和补充规定，土坝采用依据刚体极限平衡原理的圆弧滑动法进行稳定分析。抗滑稳定计算，采用计及条块间作用力的简化毕肖普法，简化毕肖普法分析的具体计算公式如下：K＝(不考虑地震影响的有效应力法)(5—1)稳定渗流期的下游坝坡稳定采用有效应力法计算，水库水位降落期的上游坝坡稳定采用总应力法计算。土体抗剪强度可用有效应力法按下式确定：式中：——土的有效应力；、——土的有效内摩擦角和粘聚力。在库水位降落期，土体的抗剪强度用总应力法按下式确定：式中：、——用不排水剪的内摩擦角和粘聚力。根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）及修改和补充规定，结合陈丹冲水库的洪水复核成果，土坝的稳定分析中应核算以下工况的坝坡稳定性：①正常蓄水位94.43m，下游水位72.20m，计算下游坝坡稳定。②设计洪水位95.79m，下游水位72.20m，计算下游坝坡稳定。③校核洪水位96.25m，下游水位72.20m，计算下游坝坡稳定。④库水位较低82.79m（死水位），下游水位72.20m，计算上游坝坡稳定。⑤计算成果及成果分析根据规范，采用简化毕肖普法计算时，正常运用条件下，坝坡抗滑稳定最小安全系数应不小于1.25；非常运用条件时坝坡抗滑稳定最小安全系数容许值为1.15。由于坝的高度较小，对上游坡水位非常降落运行条件，仅采用了总应力法进行分析。20n坝体上、下游坡在各种可能不利工况下的抗滑稳定性分析成果见表5.5－7。各计算工况下最危险滑弧位置及滑弧半径等见图5.5－7～图5.5－11。表5.5－7大坝抗滑稳定性分析成果表坝坡运用条件计算值规范值上游坡正常库水位94.43m，下游72.20m1.25下游坡正常库水位94.43m，下游72.20m1.25库水位95.79m，下游72.20m非常库水位96.25m，下游72.20m1.15计算结果表明，陈丹冲水库大坝在正常蓄水位，设计洪水位和校核洪水位情况下游坡的抗滑稳定安全系数均不满足规范要求。正常运用条件下上游坡的抗滑稳定安全系数满足规范要求。20n图5.5-7正常蓄水位下游坡稳定计算图图5.5-8设计洪水位下游坡稳定计算图图5.5-9校核洪水位下游坡稳定计算图图5.5-10死水位上游坡稳定计算图n（2）除险加固后坝体抗滑稳定性分析对心墙进行劈裂灌浆加固后，会降低墙后的浸润线，从而增加下游坡的抗滑稳定安全系数。除险加固后抗滑稳定计算坝体物理力学参数见表5.5-8。表5.5－8除险加固后计算采用的物理力学指标位置土料干密度γ（）饱和密度γ（）计算采用有效应力强度指标凝聚力（kPa）内摩擦角（°）坝体坝壳代料（粉砂加粘土）17.521.018.023劈裂灌浆15.719.530.016粘土心墙15.719.525.016排水体17.521.0045坝基强风化片麻岩25.525.550035弱风化片麻岩26.426.4350045除险加固前下游坝坡在正常蓄水位、设计洪水位和校核水位条件下，出现不稳定状况，经过劈裂灌浆后，抗滑稳定计算结果见表5.5-9。加固后各工况均已满足规范要求。表5.5-9除险加固后坝坡抗滑稳定性计算成果表坝坡运用条件计算值规范值上游坡正常库水位82.9m，下游72.20m1.5241.25下游坡正常库水位94.0m，下游72.20m1.4871.25库水位95.0m，下游72.20m1.424非常库水位95.66m，下游72.20m1.4031.15各工况最危险的滑弧见图5.5-12～图5.5-15。n图5.5－12除险加固后正常蓄水位94.0m情况下下游坝坡抗滑稳定图5.5－13除险加固后设计洪水位95.0m情况下下游坝坡抗滑稳定n图5.5－14除险加固后校核洪水位95.66m情况下下游坝坡抗滑稳定图5.5－15除险加固后死水位82.9m上游坝坡抗滑稳定n5.6溢洪道加固设计计算5.6.1溢洪道概况陈丹冲水库溢洪道为河岸开敞式溢洪道，溢洪道由进口引水段、控制段、泄水槽、底流式消力池消能段及尾水渠等部分组成。堰型设计为开敞式宽顶堰，现状的设计堰顶高程94.43m，堰顶宽度19.5m，最大泄洪流量75m3/s。由于水库带病运行，为降低汛期库水位，1996年在溢洪道上挖一宽10m、深0.43m的泄水槽。无闸门控制，泄水槽为梯形断面，边坡为1：0.2；消力池为矩形断面，池底宽为20m，长10.0m。溢洪道绝大部分未衬砌，消力池为混凝土结构。进口引水渠：进口引水渠段位于天然冲沟，长84.6m，横断面为梯形，底宽19.5m，两岸为天然山体，引水渠底板及两侧均未进行任何衬砌。控制段：采用开敞式宽顶堰，顺水流方向长10m。堰过流断面为梯形，采用复式断面，堰底板采用混凝土结构，两侧挡土墙采用浆砌石结构，衬砌破损严重。泄槽段：泄槽段长85m，采用矩形断面，泄槽断面底部宽度20m，纵坡1：4.067。底部为混凝土衬砌。消能段：采用消力池消能，消力池为浆砌石结构，尺寸12.4ｍ20ｍ1.53（长宽深），破损严重，后接尾水渠。尾水渠：尾水渠接原天然河道，未作任何衬砌处理。陈丹冲水库溢洪道1970年建成，由于当时的特殊年代、施工队伍素质不高，以及管理与监督不严，施工质量较差，且溢洪道大部分未衬砌。由于水库建成后十几年未遇较大洪水，溢洪道没有受到较大洪水的威胁，经过1975年和1982年两次整险加固，加高导流墙，此后维持现状至今。由于浆砌石衬砌的基础处理不好，普遍存在不均匀沉降，砌体质量差，所以出现了其实边墙破损严重，底板老化，已破坏了结构的整体性和稳定性，一旦宣泄较大洪水时，必将造成严重的后果。5.6.2加固方案及布置5.6.2.1加固方案n根据目前陈丹冲水库溢洪道存在的安全隐患，参考安全评价阶段结论和建议，本次设计溢洪道加固方案确定如下：(1)引水渠段引水渠采用梯形断面，渠底高程94m，地板宽25m，边坡为1：0.2，引水渠段从控制段向水库方向前20m采用混凝土地板，浆砌石护坡。其余部分采用机械整平。具体尺寸和布置见溢洪道布置图。(2)溢流堰控制段采用使用宽顶堰，堰底宽25m，边坡，底板选用混凝土衬砌，两侧边墙采用浆砌石护坡，边墙顶部高程96.2m。控制段顺水流方向长10m。(3)泄水槽本次设计拟对泄水槽进行必要的修整处理，主要内容为对混凝土底板进行加固，对部分挡土墙进行修复，以满足泄水要求；控制段底宽25m，泄槽底宽20m，因此要设置一段渐变段，本设计决定顺水流方向8m长的渐变段。(4)消力池在消能复核计算的基础上，对原消力池浆砌石结构松动、跨塌部分进行重建。(6)尾水渠在消力池厚采用渐变喇叭口，保证效能后的水流平稳顺畅的与下游河道水流衔接。5.6.2.2平面布置泄水建筑物为正常溢洪道，位于大坝左侧天然垭口处，为开敞式正槽溢洪道，由引水渠段、控制段、泄水槽、底流式消力池消能段及尾水渠等部分组成。溢洪道进口引水段较长，本次加固因资金所限，对控制段向上20m段采用混凝土护砌，两侧选用浆砌石挡土墙。控制段为开敞式无闸控制宽顶堰，孔口采用梯形断面，边坡1：0.2。堰底板在原来工程基础上下挖至94m高程，保证堰顶高程94m，底宽25m，堰顺水流方向长10m，堰边墙及底板均采用C20钢筋混凝土结构。泄水槽长84.82m，为减少工程量，决定在其首部设置扭面渐变段，长8m，孔口由梯形渐变成矩形，渐变段进口底宽25m，边坡1：0.2，出口段底宽20m。其余泄水槽段保持原来的矩形段面，底部宽度20m，底板加固后，纵坡采用1：4.067.n泄水槽后接消力池，经消能复核计算后，仍保持原有尺寸12.4ｍ×20ｍ×1.53ｍ（长宽深）不变，仅对局部松动、跨塌部分进行重建。尾水渠接原天然河道，本次设计决定采用梯形喇叭口，保证水流平稳顺畅的与下游河道水流良好衔接。5.6.2.3立面布置溢洪道校核水位时泄洪流量85.8m3/s，水深为1.66m，控制段堰顶高程堰顶高程=堰底高程+水深+安全超高；其中安全超高为0.50m，则堰顶高程为96.16m，取96.2m。进水渠底板高程为94.00m，两侧边墙坡度1：0.2。控制段溢流堰顶高程96.20m，底板高程94.00m，两侧边墙坡度1：0.2。泄水槽首部高程94.00m，尾部高程74.70m，采用矩形断面消力池底板高程74.70m。尾水渠底板高程74.70m。5.6.2.4结构设计进水渠两侧边墙边坡1：0.2，堰前20m两侧边墙采用浆砌石衬砌厚0.3m，底板采用C20混凝土，厚15cm，下设10cm厚C10混凝土垫层。控制段底板采用C20钢筋混凝土结构，在原工程基础上下挖至94.00m高程，保证底宽25m，采用梯形断面。两侧边墙坡度1：0.2，控制段顺水流方向长10m。泄水槽首部渐变段长8m，孔口由梯形渐变成矩形，渐变段进口底宽25m，采用浆砌石挡土墙形式，挡土墙边坡采用1：0.2；出口为矩形断面底宽20m，均采用浆砌石结构，厚0.3m。消力池仅对局部松动、跨塌部分进行重建，尾水渠底宽20m，渠道底坡为0.001，边坡为1：1，采用浆砌石护坡，底部用砌石护砌，出口设梯形喇叭口，具体尺寸见溢洪道布置图。5.6.3溢洪道加固计算5.6.3.1泄流能力拟定在原溢流堰进行整修，新溢流堰采用宽顶型，堰顶高程94.00mn，堰顶溢流净宽25m。泄流能力按式5.8计算：式5.8式中——流量，m3/s；——总净宽，25m；——计入流速水头的堰上总水头，m；——流量系数，非定值，与相对堰高及堰头型式有关；——闸墩侧收缩系数；各设计标准下的最大泄量见表5.6-1。表5.6-1设计标准下的最大泄量项目水库水位（m）堰顶水头（m）下泄流量（m3/s）溢洪道洪水标准P=0.33%（校核）95.661.66P=3.33%（设计）95.001.00消能防冲洪水标准P=2%（设计）94.940.94（2）临界底坡为了保证泄槽中的水流流态为急流，必须使泄槽的底坡坡降大于临界坡降。不同的流量、不同的泄槽底宽具有不同的临界坡降。临界坡降的计算采用以下公式计算：式中——单宽流量，m2/s；——临界水深，m；——与临界水深相应得湿周，m；——泄槽底宽，m；，，取0.02。n计算结果见表5.6-2。表5.6-2不同底宽在各级流量下的临界坡降和临界水深项次Q=85.8m3/sQ=40.1m3/sQ=36.2m3/sB=25mB=20m备注：括弧中的数字为临界水深，m从表5.6-2可知，只要泄槽底坡大于0.0047，在常遇流量下，泄槽中的水流流态可以形成急流。5.6.3.2泄槽水面线计算取校核洪水工况作为验算条件。溢洪道校核洪水标准下的水库水位为95.66m，相应的最大下泄流量85.8m3/s。根据能量方程采用分段求和法计算泄槽的水面线。分段求和法计算公式如下：上两式中——分段长度，m；、——分段始、末断面水深，m；、——分段始、末断面平均流速，m/s；、——流速分布不均匀系数，取1.05；——泄槽底坡角度，（）；——泄槽底坡，=1/4.067；——分段内平均摩阻坡降；——泄槽槽身糙率系数，对于混凝土护面取0.02；——分段平均流速，，m/s；n——分段平均水力半径，，m。泄槽陡坡段与水平调整段以圆弧相连，水面计算起始处位于圆弧中点处，控制水深取用泄槽首端断面计算的临界水深1.08m（见表5.6-2）；掺气后的水深按式5.14计算：式中、——泄槽计算断面的水深及掺气后的水深，m；——不掺气情况下泄槽计算断面的流速，m/s；——修正系数，可取1.0～1.4，流速大者取大值，按1.2取用。由于泄槽存在侧收缩，因此在计算中按等距离取断面，则计算断面宽为已知，再对水深进行试算，以计算长度与所取距离相等时的水深为所求水深。计算结果见表5.6-3。泄槽边墙高度根据计入波动及掺气后的水面线，再加上0.5m的超高，计算结果见表5.6-3。n表5.6-3溢洪道泄槽水面线计算成果表断面序号h(m)hb边墙高度(m)v(m/s)EsRC¯v¯R¯C¯Ji-JΔEsΔss12345678910111213注：安全超高取0.5m，水深及高度均为垂直于底板方向计量。由以上计算结果即可确定泄槽边墙高度，详见相关设计图n5.6.3.3消能防冲计算消力池为浆砌石结构，尺寸12.4ｍ20ｍ1.53（长宽深），消力池出口设出水渠，后接原河道。按Q=36.2m3/s复核消力池长度及深度是否满足要求。根据《溢洪道设计规范》，陈丹冲水库溢洪道属4级建筑物，其消能防冲的设计洪水标准应为20年一遇洪水。泄槽计算进口高程为94m，溢洪道的泄洪流量为36.2m3/s，对应的水位为94.94m。溢洪道泄槽段糙率取0.02，按水力学方法对棱柱形陡槽推求水面线：（1）判断渠道底坡性质和水面曲线形式泄槽进口为一渐变段，则1.448m2/s，0.99，取，则：临界水深0.608m由于溢洪道泄槽段为陡坡，根据情况判断水面曲线为型降水曲线，进口处水深为临界水深，泄槽水深变化范围从临界水深趋向正常水深。（2）用分段求和法计算水面曲线因为流态为急流，进口处为控制断面，水深为临界水深，向下游计算水面线，下面依次假定水位，分段计算间距，依次往下游推求，可以求得在泄槽末端处的水深为，该水深即为跃前水深。采用的计算公式有：断面比能：断面间距：公式中：——断面坡度，进口渐变段，其余矩形部分——断面宽，进口渐变段m，其余举行部分m；——单宽流量，m2/s；——溢洪道的泄流量，m3/s；n——两端面水力坡度的平均值，；——两端面之间的比能差，m；经计算得到，泄槽末端水深为0.20m，即跃前水深为0.20m。（3）消力池结构复核计算公式：其中：——淹没安全系数，这里取为1.05；——跃后水深，m；——水跃长度，m；——弗劳德数，由于跃前水深很小，故按矩形断面计算，即：；经计算得到0.582m，＝10.48m。由于溢洪道消力池后无正规的尾水渠，严格说，后面的水面衔接已无从校核。现只能根据溢洪道布置图，假定尾水渠底宽与消力池相同为20m，渠道底坡为0.001，边坡为1：1，糙率取0.017。按均匀流公式计算可得尾水渠水深为＝0.945m。则：0.945m<+1.0＝1.582m，表明会发生淹没水跃。结论：消力池后会发生淹没水跃，即消力池后水深满足发生淹没水跃的条件。5.7输水建筑物加固设计计算5.7.1高剅加固设计5.7.1.1高剅加固n高剅管为隧洞输水，进口位于坝体左端，溢洪道北。进口断面形式为城门洞型，边墙和底板均为浆砌石衬砌。输水建筑物全长56m，断面尺寸1.44×1.72m，进口底部高程82.8m。开关采用斜拉活塞(φ0.7m)式启闭机，设计过流量1.5m3/s。高剅闸门及启闭设备老化锈蚀，本次加固更换闸门及启闭设备。5.7.1.2高剅结构复核5.7.1.2.1、基本资料坝体土料：=20.58kN/m3，=10.80kN/m3，=20.60kN/m3，=250。拱顶用标号150的混凝土建筑，容重24kN/m3，弹性模量E＝24×106kPa，边墙和底板用浆砌块石建成，容重23.5kN/m3，弹性模量E＝9×106kPa。岩层容重γ岩＝26kN/m3，山岩压力系数采用Sy＝0.54，Sx＝0，弹性抗力系数k＝3.0×105kN/m。管段断面尺寸：如右图所示，净跨距1.44m，边墙高1.0m，顶拱内半径0.72m，顶拱圆心角为180°，边墙和顶拱的衬砌厚度都是0.18m，底板厚度为0.10m。。5.7.1.2.2、计算条件按通水时期（运用时期）的荷载作静力分析，即顶拱承受垂直均布山岩压力和自重。边墙受到自重和满水压力和自重的作用（水位与边墙齐平）。底板承受自重和满水重量的作用。边墙和底板均考虑地层弹性抗力的作用。5.7.1.2.3、强度复核（1）、形常数计算①、顶拱＝90°＝π/2＝1.5708rad（中径）＝0.72＋0.09＝0.81mn0.81×（1－0.63662）＝0.2943m＝0.81m＝0.5157mEI＝24×106×0.0027＝0.0648×106②、边墙EI＝9×106×0.0027＝0.0243×106，所以是短梁，有：n③、底板EI＝9×106×0.00083＝0.0075×106，所以是短梁，有：n（2）、载常数计算①、顶拱的载常数垂直山岩压力：＝90°＝π/2＝1.5708radEI＝24×106×0.0027＝0.0648×106r＝0.81，r2＝0.6561，r3＝0.5314，r4＝0.4305衬砌自重：n弹性抗力：因圆心角，故不考虑顶拱上的弹性抗力。顶拱载常数的总计：山岩压力衬砌自重总计－162.7710×10－6－30.4103×10－6－193.1813×10－6－27.9825×10－6－5.4608×10－6－33.4433×10－6－8.2905－1.6178－9.9083000②、边墙的载常数边墙只受满水荷载，作用三角形分布，墙顶为0，墙底为。＝1m，＝1.3255，所以有：＝0.9720＝0.9815n＝0.9892＝0.9819可得：③、底板的载常数q＝满水重量＋自重＝（1.44×1.0×10÷1.44）＋23.5×0.1＝12.35kN/m＝12.35×1.44×1.44＝25.6090kN/m＝12.35×1.44＝17.7840kN/mλ＝1.7783＝1.7783×1.44＝2.5608所以有：＝0.1285＝0.41084因此，底板的载常数为：（3）节点变位计算n从而从而（4）杆端弯矩和切力的计算-4.7073kNm5.0617kNm9.7650kNm10.0794kNm2.5680kNn4.2508kN-22.3568kN各断面的弯矩应保持为零，但从上面的数据可以看出，各端弯矩还有一定差距，这是由于计算误差所造成的，但相对误差较小，可以取两者平均值进行下一步计算。（5）拱圈的内力和弯矩计算由前面的计算，，，同时又得拱端垂直反力为：根据平衡条件，可求得拱圈各断面内力为：式中，＝0.81m，＝90°，q＝25.727kNm；，，——计算断面的圆心角，每隔30°圆心角取一计算断面，这些断面上的弯矩值见表5.7－1每隔30°圆心角的计算断面上的轴向力见表5.7－2。表5.7－1拱圈各断面上的弯矩值断面0°011190°0.5708030°0.50.86600.50.866060°1.04750.01178n60°0.86600.50.13400.530°0.52410.164090°1000000.6561断面0°21.3294－3.4431－4.7073－8.4397－0.80893.930430°10.6647－2.9818－4.7073－2.1099－0.74230.123460°2.8581－1.7216－4.7073－0.1515－0.0995－3.821890°00－4.707300－4.7073表5.7－2拱圈各断面的轴向力断面0°4.25080004.250830°3.681313.1663－5.2097－1.83269.805360°2.125422.8047－2.4178－1.588320.92490°026.33260026.3326由以上各表数据可以看出，各节点和断面的内力和弯矩远远小于设计值，均可满足强度和承载力要求。5.7.1.2.4复核结论通过复核计算，隧洞衬砌均可满足承载力和强度要求，结构安全。5.7.1.2.5加固方案更换闸门及启闭设备。由于下游坝坡培厚，故高剅出口移后，管长需要增加12米。高剅管出口处接过坝渠，由于其漏水严重，改用输水埋管（50cm钢管）代替下游过坝渠输水。n5.7.2低剅加固设计低剅管建筑大坝南岩基上，采用预制混凝土管，内经为φ0.44m，最大输水流量为0.6m3/s，启闭设备为斜拉活塞(φ0.6m)闸门，兼有施工导流、放空、灌溉等任务闸门锈蚀严重，低剅现在已废弃使用，并已封堵。故本次除险加固工程对低逗不做处理。5.8已有建筑物搬迁水库除险加固后，由于大坝下游放坡，经过现场勘察及设计要求，需要移动8根电线杆，且下游需要搬迁4座坟墓。n6金属结构6.1金属结构现状陈丹冲水库是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合利用的小（1）型水库。在水库下游有2条交通干线，影响城镇厂矿10km，影响耕地3000亩，影响人口5000人。水库防洪标准为30年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核。相应设计洪水位95.0m、校核洪水位95.66m，正常蓄水位94.0m，死水位82.9m，总库容461.3万m3，其中，调洪库容67.6万m3。水库枢纽工程由大坝、溢洪道、输水建筑物等建筑物组成。输水洞进口安装孔径0.7m的斜拉活塞闸门，并配15t的手动螺杆式启闭机控制。陈丹冲水库金属结构为小型金属结构，存在主要问题：（1）启闭机锈蚀老化严重，启闭不灵活，难以正常工作。（2）输水建筑物活塞闸门锈蚀严重，止水橡皮老化漏水。6.2金属结构整治方案对输水建筑物进水口金属结构进行更换。本次更换闸门及启闭机。金结工程量见表6.2-1。表6.2-1金结工程量表项目单位工程量闸门设备及安装工程钢闸门t1蝶阀台1输水钢管（8mm）t24.7喷锌m210起闭设备及安装工程螺杆式启闭机QL－25（1.2t)台1n7施工组织设计7.1施工条件（1）地理位置及对外交通陈丹冲水库位于湖北省黄冈市红安县上新集镇陈丹冲村，属滠水支流，陈丹冲水库枢纽控制集水面积4.85km2，多年平均降水量1086.1mm，年最大降水量1723.5mm，坝址河道高程73.1m，分水岭高程217.3m，河道长度3.2km。水库大坝始建于1969年10月，1970年1月竣工。从上新集镇市区至陈丹冲水库有一条公路，但不能够直接到达坝区，公路末端距离坝体约有300～400m，不能满足防汛抢险要求。（2）水文条件陈丹冲流域属东亚季风副热带暖湿气候区，具有四季分明、雨热同季的特点。本流域11月~次年3月为枯水期，4~10月份为汛期。（3）施工场地条件本工程为加固改造工程，其部分施工房屋建筑可利用管理单位房屋及管理仓库，不足部分可现场搭设临时工棚。（4）施工期供水供电陈丹冲水库水源充足，水质较好，施工用水可直接从库中抽取。施工用电，只需从距0.5km处接一根专用电源。（5）建筑材料来源水库建设所需的土料场选择在大悟河口镇，距大坝15.0km，料场广泛分布有Q3、Q4的老粘性土或一般性土，土料成分为粘土、壤土，褐~黄褐~红褐色，其粘粒含量高，无膨胀性，土料场开采条件好，运输较便利，其储量和质量都满足工程需要。石料可从大悟县桃园采石场购进，运输距离45.0km，石料为片麻岩，灰白色，新鲜片岩抗压强度大于50MPa，储量丰富，质量满足设计要求。砂料需到的滠水河购进，运输距离20km。n7.2施工导流7.2.1导流建筑物的级别、设计导流标准及导流流量根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2004）和本工程的具体条件及施工导流阶段的要求，临时建筑物级别定为5级，相应确定该工程导流建筑物洪水标准采用5年一遇，5年一遇12月施工期24h入库洪水总量为3.28万m3。扣除导流涵管产流期24h下泄洪量2.16万m3，水库拦蓄洪水1.12万m3。7.2.2施工时段划分根据流域降雨及洪水特点，拟定4～10月为丰水期，11～3月为枯水期，其中12～1月为最枯期。根据水文特性、气象条件及施工要求，经综合考虑工程施工工程量，施工难易程度、施工部位及采取的施工方法，对不同施工时段进行技术经济指标比较，选择既能满足施工进度要求，又能减小导流建筑物规模和节约投资的施工导流时段方案。本工程采用11月～次年3月为施工枯水期，十二月为来水最小时期。7.2.3施工导流方式本工程输水建筑物施工的施工需要进行施工导流。具体的导流方式为：首先从10月下旬开始利用涵管将库水位降至死水位82.9m，12月份对输水建筑物进口修筑挡水围堰，更换工作闸门，之后拆除涵管进口前围堰。7.2.4施工围堰在陈丹冲水库输水建筑物加固施工期间，水库无导流设施，施工期洪水全部拦蓄在水库中。参考流域附近有实测资料的水文站分析成果，取径流系数为0.48，可求得陈丹冲水库5年一遇12月施工期24h入库洪水总量为3.28万m3。扣除导流涵管产流期4h下泄洪量2.16万m3，水库拦蓄洪水1.12万m3。水库拦蓄洪水加上导流涵管进口顶部高程84.56m以下库容，查水位库容曲线得施工期最高洪水位84.62m，以此水位进行施工围堰设计。考虑围堰超高及风浪爬高，取围堰顶高程为85.62m，根据施工布置，围堰处地面高程约85.7m，因此围堰高度4.0m。n围堰采用草袋粘土围堰，围堰顶宽3.0m，坝坡1：1.15，根据地形条件，围堰长度40.0m。7.2.5围堰施工施工围堰采用袋装粘土填筑，土料从粘土料场开采，装袋后运至坝顶，由人工转至输水建筑物前进行堆筑。输水建筑物施工完毕后即可拆除围堰，将拆除的袋装土运至坝顶，然后装自卸汽车运往弃渣场。7.3料场开采水库建设所需的土料场选择在大悟河口镇，距大坝15.0km，料场广泛分布有Q3、Q4的老粘性土或一般性土，土料成分为粘土、壤土，褐~黄褐~红褐色，其粘粒含量高，无膨胀性，土料场开采条件好，运输较便利，其储量和质量都满足工程需要。石料可从大悟县桃园采石场购进，运输距离45.0km，石料为片麻岩，灰白色，新鲜片岩抗压强度大于50MPa，储量丰富，质量满足设计要求。砂料需到的滠水河购进，运输距离20km。7.4主体工程施工工程施工主要为大坝、溢洪道、输水建筑物。表7.4-1主要工程量表工程量部位土石方(m3)混凝土（m3）浆、干砌石(m3)开挖回填拆除砌筑拆除砌筑大坝486955618.7160溢洪道3597.3510.3248.97146.7501.33输水建筑物10.8合计8466.356129.00419.77146.7501.33因坝顶宽只有3m，为方便施工，将坝顶下挖1m至95.9m高程，此时坝顶宽7m，以便于施工。n7.4.1灌浆施工大坝基岩帷幕灌浆采用水泥浆液灌注，分三次序进行。采用150型地质钻机钻孔，BW250/50型灌浆泵灌浆，0.4m3强制式搅拌机制浆。帷幕孔采用一次成孔，自下而上分段灌浆。基岩上部坝体钻孔采用粘土泥球和砂料回填。为确保灌浆质量，要求采用42.5级普通硅酸盐水泥，细度要求通过4900孔/cm2标准筛的筛余量不超过2％。7.4.2心墙劈裂灌浆施工劈裂灌浆钻孔直径为75mm。灌注材料以粘土泥浆为主，泥浆密度为1.5~1.6g/cm3。质量应符合《土坝坝体灌浆技术规范》(SD266—88)的要求。对灌浆土料和浆液物理力学性能的要求分别见表7.4-1、表7.4-2表7.4-1灌浆土料选择表项目劈裂式灌浆塑性指数(％)8～15粘粒含量(％)20～30粉粒含量(％)30～50砂粒含量(％)10～30有机质含量(％)<2可容盐含量(％)<8表7.4-2浆液物理力学性能表项目劈裂式灌浆容重(t/m3)1.5～1.6粘度(s)20～70稳定性(g/cm3)．0.1～0.15胶体率(％)>70失水量(30min)10～30如有特殊要求，浆液中可掺入下列外加剂：1、为提高泥浆的流动性，可掺入少量的水玻璃，掺量可占干土重的0.5％～1.0％，最佳用量可通过实验确定。n2、为加速浆液凝固和提高后期强度，可掺入适量的水泥，水泥掺量可为15％左右，必要时通过实验确定。3、如结合灌浆消灭白蚁，在浆液中可掺入少量灭蚁药物，但要防止污染水源。4、为提高泥浆的稳定性和泥浆的后期强度，可掺入适量的膨润土。每孔每次平均灌浆量，以孔深控制在0.5～lm3，每孔灌浆次数在5次以上。为保证灌浆期坝坡安全，应对灌浆期坝体沿轴线全线劈开的最不利情况进行坝坡稳定性验算。若稳定安全系数小于或等于1时，应改进灌浆工艺，如：延长各工序各次灌浆间隔时间，改善浆液性质，增加稠度等。劈裂式灌浆应采用孔底注灌的方法。劈裂式灌浆应尽量推迟和限制坝面出现裂缝，裂缝限制宽度应根据灌浆实验确定，一般控制在3cm以内，要求在停灌后坝体裂缝能基本闭合。劈裂式灌浆封孔。当每孔灌完后，可将注灌管拔出，注满容量大于1.5t/m3的稠浆直至浆面升至坝顶不再下降为止。7.4.3心墙冲抓套井由于主坝心墙欠高，最大欠高5.19m，采用套井冲抓回填粘土心墙，套井深度至原有心墙下20cm。加固后回填心墙顶高程为96.0m。心墙粘土材料渗透系数不大于1×10-5cm/s，心墙粘土的干密度大于15kN/m3粘粒含量35%~50%，含水率控制最优含水量±3%的范围内，套井回填土压实度≥96%。钻孔布置在坝轴线上，按主孔和套孔相间布置，一主一套相交连接成墙。设计单排孔布置，与心墙同轴线，开孔直径2R=1.1m，孔距L=0.8m，填筑心墙成墙有效厚度T=1.0m，套井冲抓为220m。7.4.4坝顶施工坝顶施工程序为：土方开挖+土方回填+坝肩石施工→铺路基→泥结碎石路面。7.4.5下游坝坡施工由于大坝内外坡过陡，坝体单薄，下游坡不能满足抗滑稳定要求，本次加固对大坝下游坡进行培厚，清除原下游护坡表层土20cm厚，然后回填坝壳料，使培厚后的下游坡坡度至本次加固设计坡度，全部下游坝坡新建草皮护坡。n施工按设计由低到高进行，由人工施工。7.4.2溢洪道加固施工7.4.2.1土石方开挖溢洪道土石方开挖总量3597.3m3。开挖主要采用人工手持式风钻钻孔结合爆破开挖。为了保证基岩的完整性，当开挖接近基岩面时，孔深减小，孔距加大，装药量减少。开挖料采用1.0m3反铲挖掘机结合88kW推土机装车，5t自卸汽车运输。根据初步拟定的土石方平衡方案，其开挖料一部分用于工程的土石方回填，另一部分运往指定的弃渣场。7.4.2.2土石方回填土石方回填主要为挡土墙两侧石渣填筑，拟采用1.0m3反铲挖掘机挖装、5t自卸汽车运输、推土机铺筑、轻型碾碾压的方法施工。靠近挡土墙部分，采用人工夯实。7.4.2.3砼浇筑砼浇筑主要包括底板和两岸砼挡土墙等部位。砼浇筑用模板采用组合钢模板或木模板。由砼拌和站供料，出料口高程根据边墙和底板的浇筑高度不同做相应的调整；胶轮车(运距较远的结合机动车)水平运输至浇筑仓面，底板施工时砼料直接入仓，边墙施工时砼料借助溜筒垂直入仓。运输经过仓面时，须设立脚手架，用竹排平铺成胶轮车运输道路。7.4.2.4浆砌石施工溢洪道下游出水渠底板和两岸护坡均为浆砌石。浆砌石施工的原则：浆砌石石块必须采用座浆法砌筑。砌筑时应先铺砂浆后砌筑，石块应分层卧砌，上、下错缝，内、外搭接，砌立稳定。相邻作业段的砌筑高差不应大于1.2m，每层应大体找平，分段位置应尽量设在沉降缝或伸缩缝附近。砌筑前，应将砌体外的泥垢冲洗干净，使其表面充分吸水，砌筑时保持砌石表面湿润，但不得残留积水。砂浆铺设厚度略高于规定灰缝厚度，石料需平稳放置，灰缝厚度需以足够分隔相邻石块为准，但不得大于20mmn，较大的空隙应用碎石填塞，但不得在底座上或石块的下面用高于砂浆层的小石块支垫。砌体必须自下而上错缝砌筑，外露面每平方米需砌筑一块拉结石。砌体的第一层石块应将大面朝下。砌体的第一层及转角、交叉等处，均应选用较大的平整毛石。石缝间不得直接紧靠，不允许采用外侧立石块、中间填心的方法砌石。砌筑时不得在砂浆未达到足够强度时强加载荷，任何已砌筑的砌体如有松动，必须拆下重砌。砌筑经间歇后，继续砌筑时，必须将接缝处理好，把砌筑面上的浮浆及泥沙等清除干净并洒水湿润，但不得有残留积水，才能继续砌筑。各项浆砌体必须严格按照图纸防线砌筑。施工位置与图纸所示位置相差不得超过25mm，长度与设计长度相差不得超过25mm，高度与设计高度相差不得超过25mm。砌体外露面宜在砌筑后12~18小时之内及时养护，养护时间14天，应经常保持外露面湿润。7.4.3输水建筑物(含进出口)施工输水建筑物施工即闸门等金属结构拆除更换。金属结构施工主要为闸门和启闭机更换。其中闸门及启闭机的更换采用汽车起重机配合吊装。7.4.4主要施工机械设备主要施工机械设备见表7.4-1。表7.4-1主要施工机械设备表机械名称规格及型号单位数量备注反铲挖掘机1m3台1正铲挖掘机1m3台1自卸汽车5t辆5推土机74kW台2n机动翻斗车辆6胶轮斗车辆6混凝土拌和机0.8m3台2混凝土拌和机0.4m3台1地质钻机150型台3灌浆泵BW250/50台2灰浆搅拌机0.5m3台1插入式振捣器2.2kW台4平板振捣器2.2kW台4振动碾9t台1冲抓式打井机8JZ-95台17.5施工总布置7.5.1施工布置原则本工程施工内容较为单一，工期相对较短，施工强度不是很大，各种施工辅助设施持续时间也不是很长。在方便施工的基础上，各种辅助设施应尽量简化布置，尽量少占耕地和林地。此外，由于水库已建成多年，各种可供利用的道路和设施较多，施工时应充分利用这些已有的设施，减少临建工程量。7.5.2施工布置规划7.5.2.1生活区及水、电布置根据工程建设内容和特点，为方便施工，将主要生产区布置在大坝左、右两岸的岗地上，包括钢、木加工场、砼拌和站及水泥仓库等。临时生活区、灌浆基地和综合仓库布置在电站附近的相对开阔地上。各工作面施工用水可分别从库中取水。大坝及输水建筑物用电可结合永久用电，加大输电线路和变压器的容量，满足施工高峰用电要求，需架设临时供电线路0.5km。7.5.2.2大坝加固施工布置n大坝加固内容主要是大坝心墙劈裂灌浆及坝基坝肩帷幕灌浆、下游坝坡培厚及坝顶公路。根据现场条件来看，混凝土拌和及制桨系统布置在右岸坝肩。7.5.2.3溢洪道加固施工布置溢洪道加固包括进水渠、控制段、泄槽段、尾水渠土方开挖，进水渠、控制段、泄槽段、消能段及尾水段砼浇筑等。溢洪道加固混凝土用量大，故在溢洪道进口段前面布置混凝土砼拌和系统、砂石料堆放场等施工辅助设施。7.5.2.4输水洞施工布置输水洞施工项目主要是更换闸门和启闭设备。具体施工布置见施工总体布置图。7.5.3施工占地本工程施工占地项目有：施工道路、弃料场、临时堆料场、取土场，施工辅助企业、仓库、施工管理及生活用房、代料场临时占地。施工道路临时占地3.0亩，取土场占地2亩，弃料场占地6.0亩，其他施工临时占地5亩,合计16亩。主要施工建筑设施占地面积见表7.5-1。表7.5-1主要施工建筑设施占地面积表序号项目名称建筑面积(m2)占地面积(m2)1混凝土拌和系统1003002钢筋加工厂803003木材加工厂502004施工仓库2006005生活管理及生活福利10001400租用6施工道路70007弃渣场3000合计1430158007.5.4土石方平衡本工程土石方平衡表见表7.5-2。n表7.5-2土石方平衡表单位m3序号工程项目名称土石方开挖土石方填筑弃料土方开挖石方开挖总量总量利用本项开挖料利用其它开挖料料场料一次弃料二次弃料自然方压实方自然方压实方自然方压实方方量m3m3m3m3m3m3m3m3m3m3m3m31挡水工程486948695561946413945607935167439459242泄水工程3597359751039051039032083引水工程合计84668466561295031445543354132n7.6施工总进度7.6.1安排原则根据地方政府和其它有关部门意见，结合工程实际，本着先急后缓的原则安排各项目，整个工程施工期从2008年10月~2009年9月，工期1年。7.6.2进度安排首先从10月下旬开始利用涵管将库水位降至死水位82.8m，12月更换闸门和机电设备，1月初拆除涵管进口前围堰。大坝心墙劈裂灌浆和坝基帷幕灌浆安排在12月～4月，12月～3月进行坝体心墙冲抓套井回填粘土及坝顶路面施工。3月到5月完成下游坝坡培厚整形、草皮护坡及坝面排水沟等的施工。溢洪道施工安排在11月至次年3月。管理设施等施工安排在6～7月。8月～9月进行现场清理及工程完工。具体施工进度安排见施工进度图。n12工程概算12.1编制依据本工程主要执行水利部【2002】116号文颁发的《水利工程设计概（估）算编制规定》的通知。12.2采用定额定额采用《水利建筑工程概算定额》、《水利工程施工机械台时费定额》、《水利工程设计概(估)算编制规定》及《水利水电设备安装工程概算定额》，以上定额不全的借用其它行业相近定额。国家和上级主管部门颁发的有关法令、制度、规程。陈丹冲水库除险加固工程初步设计文件及图纸。12.3基础单价计算分部工程单价计算(1)人工预算单价人工预算单价工长：6.83元/工时，高级工：6.34元/工时，中级工：5.35元/工时，初级工：2.92元/工时（2）电价为0.80元/度，水价为0.45元/m3，风价为0.20元/m3。（3）钢材、水泥、油料以2008年五月份红安市场销售价为依据，砂、碎石、块石等地方建筑材料，均以2008年五月份市场销售价为依据。主材预算价格如下：水泥325为439.48元/t，水泥425为460.08元/t，钢筋5280.48元/t，木材1403.97元/m3，汽油6167.99元/t，柴油6077.60元/t，砂47.05元/m3，块石91.99元/m3，碎石87.82元/m3。其中，水泥、钢材、柴油、汽油采用基价法进入工程单价，其价差计税金后列入相应工程单价中。基价分别为水泥270元/t，钢筋2700元/t，汽油3500元/t，柴油3400元/t（4）设备运杂费按设备原价的6.74%计。n12.4临时工程计算施工交通工程取4万元施工房屋建筑工程按施工期间临时房屋面积200m2计算其它施工临时工程按一～四部分按一至四部分建安工作量之和的百分率计算，取2%。12.5独立费用(1)建设管理费1)项目建设管理费①建设单位开办费10万元。②建设单位经常费包括建设单位人员经常费和工程管理经常费(费用计算期1年)。其中建设单位人员经常费为定员指标×定员人数（4人）×计算期，工程管理经常费为开办费与经常费之和的35%。2)工程建设监理费《建设工程监理与相关服务收费管理规定》发改价格【2007】670号。3)联合试运转费不计。(2)生产准备费不计(3)科研勘测设计费l)工程科学研究试验费不计。2)勘测设计费按国家计委、建设部【2002】10号文件计算。(4)建设及施工场地征用费(5)其他l)定额编制管理费按建安工作量约0.13%计算。2)工程质量监督费按建安工作量0.21%计算。3)工程保险费：不计n4)其他税费：不计(6)预备费1)基本预备费按一至五部分之和的6%计算。2)价差预备费：不计12.6工程概算工程静态总投资为589.64万元，其中建筑工程398.07万元，金属结构及安装工程为41.26万元，临时工程34.63万元，独立费用82.31万元，环保、水保费用12.77万元。12.7主要工程量本工程主要工程量土石方开挖8466m3，土方回填56129m3，混凝土420m3；主要材料：钢筋16.82t，碎石3095m3，砂279m3，水泥278t，汽油2.96t，柴油12.99t，模板271.91m2，人工221933工时。