荷叶塘水库除险加固工程初步设计报告

荷叶塘水库除险加固工程初步设计报告

湖南省永州市冷水滩区荷叶塘水库除险加固工程初步设计报告湖南省永州市水利水电勘测设计院1综合说明1.1概述1.1.1工程概况荷叶塘水库位于湖南省永州市冷水滩区普利桥镇小江桥村境内，坝址地理位置处于东经111°38′30″~111°38′39″、北纬26°41′09″~26°41′21″之间，距普利桥镇20km，湘江水系石岩江支流上游，有村级公路与普利桥镇及冷水滩城区相连，距冷水滩城区45km，交通较方便，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合利用的小（二）型水利工程。水库工程于1958年10月动工兴建，1959年10月竣工建成，主要由大坝、溢洪道、输水涵洞和进水卧管等组成。水库坝址以上控制流域集雨面积0.46km2，总库容12.3万m3，大坝为均质土坝，坝顶高程172.90m，最大坝高12.90m，坝顶轴线长182.0m，坝顶宽4.36m；溢洪道堰顶高程172.07m，堰顶宽4.0m。1.1.2工程存在的病险问题荷叶塘水库建于上世纪五十年代末，水库坝型为均质土石坝，大坝填土采用砼圆滚进行夯压，由于受当时的建筑材料、施工设备及施工技术落实，造成水库质量“先天不足”。自修建完成运行近50多年以来，发现大坝存在诸多问题,水库运行过程中多次出现险情。荷叶塘水库管理单位历年来多次进行除险加固，但由于资金缺乏，未能进行全面系统的处理，多年来大坝一直带病工作，影响工程效益的正常发挥，目前工程存在如下主要病险：（1）坝体渗漏严重受当时的施工条件限制，土料、施工质量均未达到设计要求，大坝渗漏严重，下游坡面出现局部散浸现象，特别是大坝中间部分局部因渗漏出现滑坡、垮方。土坝与山坡结合部位清基不彻底，碾压不密实,左右坝肩形成集中渗漏点。（2）坝体与坝基接触界面渗漏坝体与坝基接触面，部分土体含砾量大，属于中等透水性。强风化带岩体透水性中等，施工时对坝基未进行防渗处理，导致库水沿坝体与坝基接触界面、强风化带产生渗漏。（3）溢洪道两侧及底部衬砌破损，形状不规则，且无消能设施，影响水库正常泄洪。（4）输水建筑物结构简单，且由于施工质量差，输水涵洞管身多处裂缝，渗漏严重71n湖南省永州市冷水滩区荷叶塘水库除险加固工程初步设计报告湖南省永州市水利水电勘测设计院；放水卧管侧面与基础接触面多处开裂，渗漏严重。（5）上游砼护坡浪蚀严重，大部分已经失效；上游防浪墙及浆砌石护坡80%垮塌，失去应有功效；下游坝坡靠大坝中间部位出现局部滑坡，且坝坡不规整，长有杂草，并出现大面积湿润面。（6）大坝下游无排水棱体且无其他排水设施。1.2水文及调洪演算1.2.1流域概况荷叶塘水库位于湖南省永州市冷水滩区普利桥镇小江桥村境内，坝址地理位置处于东经111°38′30″~111°38′39″、北纬26°41′09″~26°41′21″之间，水库坝址以上控制流域集雨面积0.46km2，总库容12.3万m3，干流长度1.1km，干流平均坡降为18.19‰。库区内山丘众多，地势比较陡峭，植被一般，水土流失较轻。1.2.2设计暴雨荷叶塘水库所在的水系上没有设水文站，建库后，水库没有设立任何水文气象观测设施，水库管理单位也没有开展入库流量观测等项目，无实测暴雨及洪水资料，属无资料地区。根据荷叶塘水库的地理位置(东经111°38′，北纬26°41′)和集雨面积(0.46km2)，在《查算手册》上查得该水库数湖南省暴雨一致区第八区，库区多年平均最大降雨量H24点为90mm。1.2.3设计洪水荷叶塘水库没有水文气象观测资料，本次洪水复核的洪水计算根据湖南省水利水电厅1984年编制的《湖南省暴雨查算手册》进行计算，以下简称《查算手册》，采用推理公式推求设计洪水。入库洪水过程线由地面径流过程线与地下径流过程线叠加而成。其中地面径流过程采用径流系数法推求，地下径流过程利用三角形法推求。1.2.4调洪演算荷叶塘水库溢洪道为开敞式，堰型为宽顶堰，从正常蓄水位172.07m（即溢洪道堰顶高程）起调，相应库容为9.93万m3。根据调洪演算的基本原则和基本资料，利用调洪演算的基本方程，求得荷叶塘水库20年一遇的洪水位为172.40m，200年一遇的洪水位为172.52m。1.3地质71n湖南省永州市冷水滩区荷叶塘水库除险加固工程初步设计报告湖南省永州市水利水电勘测设计院1.3.1地形地貌荷叶塘水库大坝位于冷水滩区普利桥镇小江桥村境内，属低山丘陵地貌，侵蚀剥蚀作用为中等，地势南高北低。库区周边山体高差起伏不大，周围山体地貌呈不规则状分布。坝址处地形切割中等，冲蚀谷地貌呈不规则“ㄩ”字型，大坝左右侧为低山，坡度较缓，坡角40～50，覆盖层厚0.5～3.0m。1.3.2地层岩性坝址区出露地层简单，分布有泥盆系上统锡矿山组下段(D3X1)和第四系全新统(Qh)，现按自老至新的顺序简述如下：(1)泥盆系上统锡矿山组下段(D3X1)：岩性为浅灰色微晶后层状，灰岩夹杂色薄层状细沙岩，岩质较硬，强风化，风化节理裂隙发育，岩石破碎、零散分部坝区。(2)新生界第四系全新统(Qh)：残坡积层(Qel+dl)，主要为棕色、黄灰色Ⅱ累粘土，不均匀含量小量碎石，稍湿--湿，呈硬塑状态，部分地段呈可塑状态，中低压缩性，厚度为0.5～5.0m，分部于坝区，为大坝基础持力层。1.3.3地质构造与地震坝址区及附近为泥盆系上统锡矿山组下段地层组成的单斜构造，坝址处岩层产状，走向NW310°，倾向SW，倾角600，岩层走向与坝轴线斜交470，倾向库内，岩石较硬，节理裂隙发育，裂隙产状，走向SE1500，倾向SW，倾角820，走向EW，倾向S，倾角560。据《中国地震烈度区划图》《中国地震动峰值加速度区划图》，冷水滩区地震动峰值加速度＜0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s，相对应的地震烈度＜Ⅵ度，属弱震相对稳定区，地震对区域稳定无不利影响。1.3.4不良地质现象现场调查，该水库坝区两岸地形平缓，坡角40～50，岩层倾向于山坡斜交，岩层倾角大，植被良好，不回发生不良地质问题，对大坝安全运行无不利影响。1.3.5水文地质荷叶塘水库库区地下水类型为第四系土层孔隙潜水和基岩裂隙中潜水。孔隙潜水赋存于土层中，裂隙潜水存于基岩裂隙中。地下水直接受大气降水，地表水下渗补给，多排泄于沟谷中。区内地下水化学类型为HCO3-C2型水，PH值6.5-7.2，根据环境水对混凝土腐蚀性的判别标准，该地下水对混凝土结构不具侵蚀性。71n湖南省永州市冷水滩区荷叶塘水库除险加固工程初步设计报告湖南省永州市水利水电勘测设计院1.3.6枢纽工程地质条件评价及工程地质问题坝基工程地质条件及工程地质问题:大坝基础岩层为泥盆系上统锡矿山组下段(D3X1)浅灰色微晶厚层状灰岩夹杂色薄层细沙岩，灰岩坚硬，溶裂发育不强，力学强度中等，细砂岩胶结物为铁泥质，力学强度低，浅部岩层，风化节理裂隙发育，掩体结构松散破碎，透水性强，地质构造简单，岩层产状变化小，倾向库内。未发现大的断裂构造。由于荷叶塘水库施工时大坝清基未清至基岩，坝体直接座落在残坡积层上，坝体与岸坡结合部位山体仅清除了树皮草根，未做防渗齿槽，也未采取其它必要措施进行防渗处理。坝体是由大批民工分区填筑而成，填筑土料主要为山坡残积风化土，施工时缺乏碾压机械，采用石夯和水锤夯砸夯实。水库运行后，水库沿经透水层渗漏，现以大坝外坡脚两处漏水点，对大坝安全运行构成了严重威胁。目前坝体存在以下问题：①大坝坝面破烂不堪，杂草丛生，坝内防浪护墙及砼护面大面积已垮塌，失去原有功能；②大坝外坡靠中间段散浸渗漏，且有部分滑坡。大坝左右坝脚与山体接触处有集中渗漏点；③涵洞处漏水，水量0.02m3/s；④未见坝脚排水设施及上、下坝踏步。根据现场勘察，填筑土料为局部含少量砾石的棕黄色粉质粘土，较松散，可塑，局部可~软塑。由于施工没有严格按照施工规范要求施工，坝体存在填筑土料局部质量差、填土层厚、碾压质量差，密实不均、夯压不实等现象，以致坝体填筑土的抗剪性偏小，渗透性偏大，坝体于山体接触面处理不好，以上原因造成局部坝体和坝肩渗漏。溢洪道位于水库大坝左岸，为正槽式宽顶堰，浆砌石导墙及侧墙质量较差，尾端为天然状态，无消力池，溢洪时水流直接冲入下游鱼塘。溢洪道基础工程地质与大坝左段相同，基础持力层为岩性为浅灰色微晶后层状，灰岩夹杂色薄层状细沙岩，岩质较硬，强风化，风化节理发育，岩石破碎、零散分部。荷叶塘水库放水设施由输水涵洞和卧管组成，位于大坝右端。输水涵洞为浆砌石箱涵，砌石为灰岩块石，洞身座落在坝体填筑土内。断面尺寸0.30×0.40m（宽×高），涵洞长约26.0m，由于施工时未按规范要求施工，砌筑质量差，库水沿涵洞与坝体接触带渗漏；卧管封堵不严，周边漏水严重，洞口长年水流不断，严重影响水库的正常蓄水，急待翻新加固。1.4除险加固工程设计根据地质专家现场对该水库的工程地质勘查结果及设计现场查勘，确定荷叶塘水库存在坝体散浸、坝体与坝基接触界面渗漏，坝基渗漏，溢洪道底板未做衬砌抗冲刷能力较弱、71n湖南省永州市冷水滩区荷叶塘水库除险加固工程初步设计报告湖南省永州市水利水电勘测设计院侧墙垮塌比较严重，且无消能工设施，输水涵洞卧管侧墙开裂，坝下涵管基础和涵管上方沉陷等影响水库正常运行的工程隐患。本次拟对上述存在的各种隐患进行除险加固设计。1.4.1除险加固工程项目（1）.对大坝坝体进行冲抓套井回填防渗处理。（2）.大坝下覆基岩进行帷幕灌浆防渗处理，帷幕设置深度应深入坝基弱透水层（相对不透水层）1.00m。灌浆前先布置先导孔施工，以取得准确的地质参数，进一步验证和调整灌浆设计，以取得最佳防渗效果。（3）.坝顶破损严重，并有村级公路从坝顶经过，拟采用砼硬化路面的方式进行处理。上、下游坝坡整治：上游坝坡采用砼护坡到正常水位170.07m，170.07m高程以上采用浆砌石护砌至坝顶；下游坝坡采用草皮护坡，坝面设置排水系统，且上、下游坝坡增设踏步台阶。（4）.卧管、涵洞老化、漏水严重，重建钢筋砼卧管、钢筋砼涵洞。（5）.溢洪道为浆砌石溢洪道，有少量浆砌石护砌，但破损严重。溢洪道采取通过调洪计算复核过流能力，完善溢洪道设计。1.4.2大坝加固处理措施大坝坝体进行冲抓套井回填防渗处理，坝基及坝肩采用帷幕灌浆。坝坡整治在上、下游坝坡同时进行，原坝顶宽4.36m，不能满足稳定和施工要求，本次设计加固后坝顶总宽为4.5m。上游坝坡设计修整到171.9m高程坡比为1：2.3，171.9m高程至坝顶采用浆砌石护砌；大坝下游坡比设计为1：2.4，在169.00m高程处设0.35m宽过坝渠道。本次设计对上游坝坡进行20cm厚的C20砼护坡，两侧与山体接触处设计C20砼基座；坡脚设置C20砼基座。护坡范围为：大坝170.07高程（正常水位）至坝坡脚基座166.70m高程。大坝下游坝坡在坝脚处增设排水棱体，其以上至坝顶采用草皮护坡，左右两端均与山体搭接处修建排水沟。对坝顶通道进行C20砼硬化设计。大坝坝顶长182.00m，本次设计加宽至4.5m，坝顶砼厚度为20cm。坝体排水采用棱体排水和贴坡排水相结合的方式。棱体总长度约87.0m，排水棱体底部高程为167.00m，顶部高程为168.00m，坡比为1:1，顶宽1.5m；贴坡排水底部高程为168.00m，顶部高程为169.30m，坡比为1：2.4。71n湖南省永州市冷水滩区荷叶塘水库除险加固工程初步设计报告湖南省永州市水利水电勘测设计院1.4.3输水涵洞加固处理措施由于原坝下输水涵洞已出现渗漏情况，不利于空库检修枢纽各建筑物和灌溉用水，故将原输水涵管拆除重建。为满足使用要求，按原坝下底涵泄水量设计，涵洞底板高程：进口高程167.64m，出口高程167.24m。该洞为灌溉输水之用，断面形式选用圆管涵，采用PVC管外衬砼，尺寸为D=0.5m。涵洞放水卧管设计：原放水卧管由于施工质量差，清基不彻底，管身沉陷断裂，木塞止水不严，启闭方式落后。根据安全鉴定意见，将现有卧管管身及镇墩全部拆除后，对基础进行清挖处理，重新设计卧管。1.4.4溢洪道加固处理措施根据业主要求及实际情况，本次设计对溢洪道控制段底板拆除重建，导墙局部改造；泄槽段底板拆除新建，侧墙局部改造；新建下游消力池。设计将溢洪道在原位置衬砌，仍为正槽开敞式溢洪道。溢流堰的堰面型式为宽顶堰，堰顶高程172.07m。溢洪道由控制段、泄槽段和消能段组成，设计控制段进口宽4.0m。溢洪道断面形式见相应标准断面图。1.5施工组织设计1.5.1施工条件荷叶塘水库位于湖南省永州市冷水滩区普利桥镇小江桥村境内，有村级公路与普利桥镇及冷水滩城区相连，距冷水滩城区45km，交通较方便。1.5.2施工导流根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）的规定，（小（二）型）水库Ⅴ等工程，导流临时建筑物为5级，土石类围堰设计洪水标准为10～5年一遇洪水重现期。本工程导流建筑物采用均质土围堰，选择导流临时建筑物设计洪水标准为5年一遇洪水重现期。根据施工进度安排，本次水库除险加固工程均安排在枯水期施工，由于需保护的项目工作量较小，导流时段选择10月～次年2月。根据设计，施工需要导流的项目为坝低截水墙和涵洞改造。新开输水涵管为开挖埋设，施工时可利用围堰加开挖沟槽导流。在修建截水墙时需修围堰。71n湖南省永州市冷水滩区荷叶塘水库除险加固工程初步设计报告湖南省永州市水利水电勘测设计院1.5.3施工总进度布置本工程2013年10月开始施工，次年2月完成，总工期共5个月。施工准备期1个月，工程施工期4个月，完建扫尾1个月。工程筹建期不计入总工期，主要完成项目招标，施工征地等。施工期准备期1个月主要进行临时房屋，施工生产设施的修建，临时道路的修建等。工程施工期4个月，完成项目的主体施工。完建扫尾1个月，主要为扫尾工程施工，施工场地恢复与撤离，不计入总工期。1.6水土保持和环境保护1.6.1环境保护荷叶塘水库除险加固工程的实施，能使水库大坝和主要建筑物的险情隐患得到有效控制，为水库的安全运行提供了保障，也为水库的灌溉、防洪、养殖是明显的、主要的。但工程的实施也不可避免对区域的自然环境、生态环境、社会环境等产生一定的不利影响，而不利影响大部分发生在工程实施过程中，影响程度不大，持续时间不长，只要采取适当的措施，其不利因素可以得到控制和减轻。总之，该工程的兴建，其有利影响大于不利影响，体现了经济效益、社会环境效益的统一，工程建设是可行的。荷叶塘水库除险加固工程环境保护的主要任务是具体落实环境影响评价中提出的各项环境保护措施，着重对施工期施工区进行环境保护设计，并提出环境保护管理和环境保护投资预算。1.6.2水土保持根据工程分布的特点，项目建设区水土保持以工程措施为先导，项目建设施工工作面（或“点”）在施工期的水土流失结合建筑物建设预以防治，防止暴雨洪水时施工面上的土、渣入河、入沟。在可能新增水土流失得以控制的前提下，通过“面”上草、林植被建设和土地复垦措施，保护新生地表，改善库区生态环境，使建设工程能充分发挥其效益。1.7工程管理1.7.1工程建设初期管理荷叶塘水库大坝工程属V等工程，主要建筑物级别为5级，除险加固工程规模较大，须组织一个强有力的领导班子，成立专门的管理机构，相对独立地行使工程建设期内各项管理职能，以确保工程各项建设有序、有效、顺利进行。参照同类工程的经验和模式，初步确定管理机构框架：成立荷叶塘71n湖南省永州市冷水滩区荷叶塘水库除险加固工程初步设计报告湖南省永州市水利水电勘测设计院水库大坝除险加固工程建设指挥部，指挥部由镇政府主要领导任指挥长，村主要领导任副指挥长。指挥部管理人员由相关单位业务人员组成，工程技术人员主要考虑由水利局抽调。1.7.2工程运行期管理荷叶塘水库除险加固工程完建后，产权及管理权仍归村集体所有，由村委会独立行使管理职能，镇水管站协管，冷水滩区防汛办总调度。1.8工程概算静态总投资196.78万元建筑工程费146.55万元机电设备及安装工程1.71万元金属结构设备及安装工程0.80万元临时工程12.43万元独立费用25.92万元基本预备费9.37万元71n湖南省永州市冷水滩区荷叶塘水库除险加固工程初步设计报告湖南省永州市水利水电勘测设计院2水文2.1基本情况荷叶塘水库位于湖南省永州市冷水滩区普利桥镇小江桥村境内，坝址座落在普利桥镇小江桥村境内。坝址地理位置处于东经111°38′30″~111°38′39″、北纬26°41′09″~26°41′21″之间，水库坝址以上控制流域集雨面积0.46km2，总库容12.3万m3，干流长度1.1km，干流平均坡降为18.19‰。库区内山丘众多，地势比较平缓，植被较好，水土流失较轻。2.2气象情况荷叶塘水库属中亚热带季风气候，夏季多为低纬度海洋暖湿气团盘踞，温高湿重。冬季常为西伯利亚和蒙古干湿气团控制，清冷干燥。气候温和，光热充足，雨热基本同季；春温多变，冷气入侵频繁；春夏多雨，夏秋多旱；冬冷期短，暑热期长，无霜期长。全区年平均日照1620.4小时，年太阳辐射总量107.8千卡/厘米2，年平均气温17.6℃，日平均稳定通过10℃的初日为3月21日，终日为11月27日，间隔期252天；大于或等于10℃活动积温5660℃；无霜期289天；年均降雨量1440mm，70%以上集中在4∽9月。2.3设计暴雨荷叶塘水库所在的水系上没有设水文站，建库后，水库没有设立任何水文气象观测设施，水库管理单位也没有开展入库流量观测等项目，无实测暴雨及洪水资料，属无资料地区。根据荷叶塘水库的地理位置(东经111°38′、北纬26°41′)和集雨面积(0.46km2)，在《查算手册》上查得该水库数湖南省暴雨一致区第八区，库区多年平均最大降雨量H24点为90.0mm，其它参数的查算结果见表2.3-1。71n湖南省永州市冷水滩区荷叶塘水库除险加固工程初步设计报告湖南省永州市水利水电勘测设计院表2.3-1荷叶塘水库设计暴雨成果P（%）项目0.55.010.0备注KP2.531.781.531.统计参数H24点=90mmCV=0.4CS=3.5CV2.点面关系数α=1.03.初损I0=30mmH24点(mm)227.7160.2137.7H24面(mm)227.7160.2137.7n20.6620.6920.702n30.7920.8170.827H1(mm)93.1471.58463.52H3(mm)135.02100.4188.12H6(mm)170.66124.3108.34H12(mm)197.13141.12122.14R总(mm)192.41127.09105.26ψ0.750.750.75R上(mm)144.3097.6578.942.4设计洪水荷叶塘水库没有水文气象观测资料，本次洪水复核的洪水计算根据湖南省水利水电厅1984年编制的《湖南省暴雨查算手册》进行计算，以下简称《查算手册》，采用推理公式推求设计洪水。a)设计净峰流量及汇流时间参照《查算手册》，采用推理公式求净峰流量和汇流时间。Qm=0.278×F×Rt/t…………………………………2-3…………………………………2-4通过试算求得。汇流公式中，Qm为地面最大净峰流量（m3/s），F为流域面积（km2），Rt/t为地面径流强度，t为汇流时间（h），L为流域干流长度（km），J为干流平均坡降，m为因流域形状而变的系数，由水库集雨面积（0.46km2），干流长（1.1km）及干流平均坡降（0.01819），得，m=0.145θ0.489=0.321。将有关数据代入汇流公式，求得71n湖南省永州市冷水滩区荷叶塘水库除险加固工程初步设计报告湖南省永州市水利水电勘测设计院荷叶塘水库的地面洪峰流量及其它有关参数如表2.4-1。表2.4-1地面洪峰流量重现期（a）2002010Q上m(m3/s)4.983.452.91τ(h)2.432.662.78ΣQi（m3/s）18.412.210.1Q上m/∑Qi0.270.2840.289Q下m(m3/s)0.470.310.21△Q下m(m3/s)0.040.020.01W(万m3)8.855.854.84b)入库洪水过程线入库洪水过程线由地面径流过程线与地下径流过程线叠加而成。其中地面径流过程采用径流系数法推求，地下径流过程利用三角形法推求，入库洪水过程线成果见表2.4-2。71n湖南省永州市冷水滩区荷叶塘水库除险加固工程初步设计报告湖南省永州市水利水电勘测设计院表2.4-2荷叶塘水库入库洪水过程线（推理公式）单位:m3/s重现期(a)2002010000013.52.40.425.03.52.132.91.93.042.01.31.751.61.01.261.30.90.971.20.70.781.00.60.690.80.50.5100.70.50.5110.70.40.4120.50.30.3130.50.30.3140.40.30.2150.40.30.2160.40.20.2170.30.20.2180.30.20.2190.30.20.3200.20.10.3210.20.10.3220.10.10.3230.10.10.3240.100.371n湖南省永州市冷水滩区荷叶塘水库除险加固工程初步设计报告湖南省永州市水利水电勘测设计院2.4.2成果合理性分析从洪水模数定性上分析：荷叶塘水库200年一遇洪峰模数为10.98m3/s.km2，20年一遇洪峰模数为7.61m3/s.km2，10年一遇洪峰模数为6.42m3/s.km2，符合流域一般特性。因此，荷叶塘水库设计洪水在面上分析是合理的，本次设计成果可满足本阶段设计的要求。2.4.3分期洪水荷叶塘水库枯水期一般为10月至次年3月，水库除险加固施工最好选择在这段时期进行。根据库区降雨情况分析，一般分10月至次年3月、11月至次年2月、12月至次年1月三种，根据经验数据统计，各种洪水的估算结果如表2-4。表2-4分期洪水估算结果表项目10月至次年3月11月至次年2月12月至次年1月统计参数一日降雨量均值(mm)42.133.226.4CV0.40.40.4CS/CV3.53.53.5一日洪量（万m3）10年一遇2.21.61.145年一遇1.451.260.963年一遇1.181.050.84水库水位(m)10年一遇167.82167.71167.645年一遇167.73167.62167.583年一遇167.68167.54167.46备注：1、径流系数采用枯水期平均值0.47；2、起调水位为死水位167.24m，相应库容0.2万m3；3、集雨面积内的来水量全部留在水库内；4、水库水位由库容曲线查算。2.5调洪演算2.5.1调洪演算的基本原则1）荷叶塘水库溢洪道为开敞式，堰型为宽顶堰，从溢洪道堰顶高程水位172.07m起调，相应库容为9.93万m3。2）溢洪道无闸门控制，当水位超过溢洪道堰顶时，库水自动溢泄，水库水位随入库流量增大而上涨，直到设计和校核洪水位，其下泄流量相应达到设计和校核流量，入库洪水流量小于溢洪道的泄流能力，库水位下降。3）为了水库安全起见，出库流量只计溢洪道的泄流能力，不计输水涵洞的出库流量。71n湖南省永州市冷水滩区荷叶塘水库除险加固工程初步设计报告湖南省永州市水利水电勘测设计院2.5.2调洪演算的基本方程根据水量平衡原理，调洪演算的基本方程为：式中：Q—入库流量（m³/s）;q—出库流量（m³/s）；V—库容（万m³）；—计算时段长（s）；i—时段编号。2.5.3调洪演算的基本资料根据荷叶塘水库溢洪道底板高程（172.07m）进行调洪演算。1）水位与库容曲线荷叶塘水库库区植被较好，库尾各支流入库口淤积情况均较轻，本次洪水复核采用由荷叶塘水库提供原始水位～库容曲线，详见表2.5-1。表2.5-1荷叶塘水库库容曲线水位(m)172.07172.17172.37库容(万m3)9.9310.5111.84水位(m)172.47172.57172.67库容(万m3)12.5513.3814.5171n湖南省永州市冷水滩区荷叶塘水库除险加固工程初步设计报告湖南省永州市水利水电勘测设计院2）泄流曲线荷叶塘水库的泄流曲线是根据荷叶塘水库溢洪道的堰型，按照《溢洪道设计规范》推荐的公式计算。其中B为4.0m，m——流量系数，取为0.38；——侧向收缩系数,取0.909；溢洪道底板水位172.07m以上水库水位与溢洪道泄流量的关系见下表2.5-2。表2.5-2荷叶塘水库库水位～下泄流量曲线库水位(m)堰上水头(m)下泄流量(m3/s)172.0700172.170.10.3172.270.20.6172.370.31.07172.470.41.7172.570.52.643）入库洪水过程线由于无入库流量实测资料，其入库洪水过程只能根据《查算手册》采用推理公式和径流分配系数法推算，详见表2.4-2。71n湖南省永州市冷水滩区荷叶塘水库除险加固工程初步设计报告湖南省永州市水利水电勘测设计院2.5.4调洪演算的结果根据调洪演算的基本原则和基本资料，利用调洪演算的基本方程，求得荷叶塘水库20年一遇的洪水位为172.40m，200年一遇的洪水位为172.49m，详见表2.5-3。表2.5-3荷叶塘水库调洪演算结果频率P(%)最高水位Zm(m)相应库容Vm(万m3)相应泄量qm(m3/s)10172.3611.351.385172.4011.691.700.5172.4912.302.652.6挡水建筑物抗洪能力复核根据《水库大坝安全评价导则》（SL258-2000）的有关规定，抗洪能力复核主要是对水库挡洪建筑物顶部高程进行复核。2.6.1坝顶高程复核根据《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001（以下简称《规范》），水库大坝的顶部(大坝上面设有防浪墙时为防浪墙顶部)应高程等于水库不同运用情况下的静水位与相应的超高之和，静水位以上的超高参照《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252-2000执行，具体计算式如下：Z=Z0+Rp+e+A式中：Z——水库大坝顶部高程（m）；Z0——水库静水位（m）；Rp——波浪爬高，；KP——系数，按《规范》附表A.1.13确定；Rm——波浪平均爬高，；——糙率渗透系数，取0.9；KW——经验系数，按《规范》附表A.1.12-2确定；hm——平均浪高（m），按莆田公式计算；W——计算风速，设计取1.5×13.2m/s，校核取13.2m/s；D——风区长度，取100m；71n湖南省永州市冷水滩区荷叶塘水库除险加固工程初步设计报告湖南省永州市水利水电勘测设计院Lm——平均波长（m），按莆田公式计算；m——坝坡系数，取为2.0；e——风壅水面高（m）；A——安全超高，正常运用取0.50m，非常运用取0.30m。计算结果如下表2.6-1和表2.6-2：表2.6-1荷叶塘水库大坝在静水位以上的超高项目R（m）e（m）A（m）y（m）正常运用0.350.00420.50.46非常运用0.200.00180.30.65表2.6-2荷叶塘水库大坝坝顶高程计算表运用情况静水位（m）大坝静水位超高值（m）大坝顶部所需最低高程(m)大坝现有坝顶高程超高（m）正常运用172.070.46172.53173.00.47非常运用172.490.65173.14173.0-0.14经上述复核，根据《防洪标准》（GB50201-94）规定，荷叶塘水库大坝顶部现有高程173m，比本次复核高程173.14m，比现有坝顶高0.14m，荷叶塘水库大坝坝顶高程不能满足洪水的挡洪要求。2.6.2溢洪道控制段导墙顶部高程复核荷叶塘水库溢洪道无闸门控制，根据《溢洪道设计规范》（SL253-2000）2.3.7规定，控制段导墙顶部高程不得低于校核洪水位加安全超高值。溢洪道安全超高下限值如表2.6-3.。表2.6-3安全超高下限值表运用情况控制段建筑物级别123挡水0.70.50.4泄水0.50.40.3因此，荷叶塘水库溢洪道控制段导墙顶部高程不得低于161.28m+0.3m=161.58m，而小于溢洪道溢流堰控制段现状岸墙顶部高程162.04m,故满足规范要求。因溢洪道控制段现状不规则，部分护砌已破损且垮塌，不能满足溢流要求，故本次设计将控制段导墙修整并护砌至原来高程，即162.04m。71n湖南省永州市冷水滩区荷叶塘水库除险加固工程初步设计报告湖南省永州市水利水电勘测设计院3工程地质3.1概述荷叶塘水库位于湖南省永州市冷水滩区普利桥镇小江桥村境内，属湘江水系燕子岩支流上游，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养鱼等综合利用的小（二）型水利工程。水库枢纽由大坝、溢洪道、输水涵洞和进水卧管等组成。大坝为均质土坝，坝顶高程173.00m，坝基高程166.01m，最大坝高10.02m，坝顶轴线长131.0m，坝顶宽2.53m；溢洪道位于大坝左岸，堰顶高程172.07m，堰顶过流宽1.2m，为宽顶堰；涵洞靠近大坝左岸10m处，进口为浆砌料石结构，断面尺寸0.3m×0.4m。我管为浆砌石结构，断面尺寸0.5m×1.0m。水库工程于1964年10月动工兴建，1964年12月竣工建成，施工队伍为当地民工。水库建成后至今运行近50年。由于施工质量差，工程老化，大坝存在不少病险隐患。目前存在的主要地质问题是：⑴、上游坡有砼护坡，风化破损，下游坝脚排水棱体部分失效；⑵、坝体散浸、坝体与坝肩基岩接触界面散浸、坝基渗漏；⑶、大坝外坡出现滑坡、跨方；⑷、涵洞进口坝体多次踏洞，坝内坡涵洞上部1998年曾踏洞，直径达2.5m；⑸、坝左岸与溢洪道侧墙接触部存在渗漏。根据水利部办公厅、财政部办公厅《关于印发小（2）型病险水库除险加固工程初步设计指导意见的通知》（办规计【2011】206号）文件，《小（2）型病险水库除险加固工程初步设计指导意见》明确“坝址区及各建筑物工程地质勘察宜以查明主要工程地质问题、工程险情和隐患的性质为目标，加强工程地质分析，必要时补充地质勘察工作。”考虑到本工程为一般小（2）型水库，根据其重要性，不进行地质钻探，针对水库枢纽存在的问题，2012年4月，由地质工程师承担荷叶塘水库大坝除险加固工程初步设计阶段的野外地质调查、地质测绘任务，并借用离本工程2.0km内的石塘水库（2011年11月已采取除险加固）除险加固工程地质资料进行地质分析。71n湖南省永州市冷水滩区荷叶塘水库除险加固工程初步设计报告湖南省永州市水利水电勘测设计院3.2工程区地质概况3.2.1地形地貌荷叶塘水库大坝属低山丘陵地貌，侵蚀剥蚀作用为中等。库区周边山体高差起伏不大，周围山体地貌呈不规则圆形状分布，左岸山体较厚，右岸山体单薄。坝址处地形切割较强烈，冲蚀谷地貌呈不规则“V”字型，大坝左右侧为低山，左岸坡度100～200，右岸坡300～400，覆盖层厚0.5～2.00m。3.2.2地层岩性坝址区出露地层简单，分布有泥盆系上统锡矿山组上段(D3X2)和第四系全新统(Qn)，现按自老至新的顺序简述如下：(1)泥盆系上统锡矿山组上段(D3X2)：岩性为浅黄色钙质砂岩，粉砂岩，泥质页岩，砂岩岩质较硬，页岩岩质较软，强风化，风化节理裂隙发育，岩石较完整。(2)新生界第四系全新统(Qh)：残坡积层(Qel+dl)，主要为褐红色粉质粘土，不均匀含量不一岩石碎块，上部土层干，不可塑，下部土层稍湿--湿，呈硬塑--可塑状态，中低压缩性，厚度为0.5～2.0m.3.2.3地质构造与地震坝址区及附近为泥盆系上统锡矿山组上段地层组成的单斜构造，坝址处岩层产状，走向NW301°∠32°，倾向NE，倾角500，岩层走向与坝轴线斜交390，倾向库内，岩石较破碎，风化节理裂隙发育，裂隙产状，走向NW3350，倾向NE，倾角630，走向NE，倾向NW，倾角410。据《中国地震烈度区划图》《中国地震动峰值加速度区划图》，冷水滩区地震动峰值加速度＜0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s，相对应的地震烈度＜Ⅵ度，属弱震相对稳定区，地震对区域稳定无不利影响。3.2.4不良地质现象现场调查，该水库坝区发现有不良地质现象存在，表现不良地质现象主要是大坝本身及基础岩层风化节理裂隙发育，岩石较破碎，为弱—强透水层，存在着不利因素，对大坝安全运行有不利影响。3.2.5水文地质71n湖南省永州市冷水滩区荷叶塘水库除险加固工程初步设计报告湖南省永州市水利水电勘测设计院荷叶塘水库库区内大坝左岸40m左右山坡下，出露一处季节泉水，雨季时流入库内，旱季时向外流出。地下水类型为第四系土层孔隙潜水和基岩裂隙中潜水。孔隙潜水赋存于土层中，裂隙潜水存于基岩裂隙中。地下水直接受大气降水补给，排泄于沟谷中。区内地下水化学类型为HCO3-C2型水，PH值6.5-7.2，根据环境水对混凝土腐蚀性的判别标准，该地下水对混凝土结构不具侵蚀性。3.3坝基工程地质条件及评价3.3.1坝基工程地质条件评价及工程问题荷叶塘水库施工时大坝清基未清至基岩，坝体直接座落在残坡积层上，坝体与岸坡结合部位山体仅清除了树皮草根，未做防渗齿槽，也未采取其它必要措施进行防渗处理。坝体是由大批民工分区填筑而成，填筑土料主要为山坡残积风化土，施工时缺乏碾压机械，采用石夯和水锤夯砸夯实。目前坝体存在以下问题：①大坝坝面破烂不堪，杂草丛生，局部出现沉陷；②大坝散浸渗漏，大坝脚涵洞处漏水，水量0.02m3/s；③未见坝坡排水沟及上、下坝踏步。根据现场勘察，填筑土料为局部含少量砾石的棕黄色粉质粘土，较松散，可塑，局部可~软塑。由于施工没有严格按照施工规范要求施工，坝体存在填筑土料质量差、填土层厚、碾压质量差，密实不均、夯压不实等现象，以致坝体填筑土的抗剪性偏小，渗透性偏大，以上原因造成坝体渗漏。3.3.2附属建筑物区工程地质条件溢洪道位于水库大坝左岸，为正槽式宽顶堰，浆砌石导墙及侧墙质量较差，尾端为天然状态，无消力池，溢洪时水流直接冲入小沟渠和田里。溢洪道基础工程地质与大坝左段相同，基础持力层为岩性为浅黄色钙质砂岩，粉砂岩，泥质页岩，砂岩岩质较硬，页岩岩质较软，强风化，风化节理裂隙发育，岩石较完整。荷叶塘水库放水设施由输水涵洞和卧管组成，位于主坝左端。输水涵洞为浆砌石箱涵，砌石为灰岩块石，洞身座落在坝体填筑土内。断面尺寸0.30×0.40m（宽×高），涵洞长约35.2m，由于施工时未按规范要求施工，砌筑质量差，库水沿涵洞与坝体接触带渗漏；卧管封堵不严，周边漏水严重，洞口长年水流不断，且进口段上方有曾出现踏洞，处理不彻底，严重影响水库的正常蓄水，急待翻新加固。3.4坝体工程质量及存在的问题71n湖南省永州市冷水滩区荷叶塘水库除险加固工程初步设计报告湖南省永州市水利水电勘测设计院3.4.1坝体填筑质量均质坝体填料的基本物理性质各项指标基本符合均质土坝体各分区结构的质量要求。填料土质比较好，但由于施工质量差，碾压不密实，坝体局部抗渗性能较差，仍具有中等透水性。局部坝内外坡产生渗透变形，1998年外坡靠近大坝中间段出现滑坡现象。上游有砼护坡，风化严重，下游有排水棱体，但部分失效，下游坝坡杂草丛生。坝体总体质量差。3.4.2大坝分区为查明坝体工程质量，走访了参与该水库工程设计、施工、管理等老同志及当地村民，并查阅了该工程设计、施工、竣工等历史档案资料，确定该水库大坝为均质土坝，坝脚有排水设施，坝体按二个分区。Qs区为均质土坝坝体。主要由含少量砾的粘土、砂质粘土填筑而成。参照附近石塘水库工程经验，填土的特性如下：颗粒组成情况：砾石含量平均占3.63%，砂粒含量平均占12.73%；粉粒含量平均占32.63%；粘粒含量平均占31.43%。颗粒组成比基本符合均质土质要求。土的物理性质：天然含水量平均为25.8%；干密度平均为1.5g/cm3；湿密度平均为1.9g/cm3；孔隙比平均为0.76。其含水量略偏大，其它较适宜。抗剪性：填土的内摩擦角平均为16.43°；凝聚力平均为18.63kPa。渗透性：水平渗透系数平均为5.1×10-5cm/s；垂直渗透系数平均为4.4×10-5cm/s。土的液、塑性指数与抗震:填土的液性指数IL＝0.08～0.28，塑性指数Ip＝10.5～11.9，按照《水工建筑物抗震设计规范（SDJ10－78）》规定：当液性指数IL≥0.75～1.0时或塑性指数Ip小于10时的土才有可能在地震时产生液化，填土两个指标均未超过规定经验值，故抗震性能良好。3.5物理力学指标建议值参照附近石塘水库工程经验，结合大坝现状观测，进行综合数理统计分析，提出大坝分区物理力学性指标和渗透系数推荐值，如表3-5：表3-5　　　大坝岩土物理力学指标推荐值　71n湖南省永州市冷水滩区荷叶塘水库除险加固工程初步设计报告湖南省永州市水利水电勘测设计院岩土名称项目大坝　QSQS天然含水量%26.8岩土物理力学指标天然密度（g/cm3）干密度1.48湿密度1.572.45～2.50液限含水量%35.6塑限含水量%20.9塑性指数14.2液性指数0.26内摩擦角（°）固结快剪11.2～16.1tgφ=0.4～0.45固结慢剪12.0～18.0凝聚力（Kpa）固结快剪22～238.0～10.0固结慢剪21～22渗透系数（cm/s）水平向6.3×10-515～25Lu垂直向1.0×10-5注：QS为坝体填土，含砾粉质粘土;坝基为冲洪积层粉质黏土。3.6天然建筑材料根据施工要求，本次对大坝除险加固所需的土料、砂砾石料、块石料的产地、储量、质量以及开采运输条件进行了较为详细的地质调查和勘察。3.6.1土料本次调查土料场一个，土料场就在附近普利桥镇小江桥村山区，距荷叶塘水库大坝约5.0km，储量满足需求，无用层厚0.5m，据试验及工程经验类比，土料物理力学参数：天然含水量24.0%，最优含水量23.8%，最大干密度1.60g/cm3，击实25次，垂直渗透系数1.0×10-6cm/s，水平渗透系数7.8×10-6cm/s，根据天然建筑材料规范和设计要求，大坝防渗料渗透系数宜小于10-5cm/s，此土料可作土坝防渗土料。3.6.2砂砾石料71n湖南省永州市冷水滩区荷叶塘水库除险加固工程初步设计报告湖南省永州市水利水电勘测设计院据调查，水库附近无砂料场，需从30km的冷水滩区文昌阁沙场购买。砂砾料的质量及日供量均可满足工程需要。3.6.3块石料距荷叶塘水库大坝20km处的马坪开发区二皇庙采石场可供块石料，岩质坚硬，质量较好，运输条件较为方便，完全能满足工程设计需要。3.7结论与建议3.7.1结论（1）．本区无活动性断裂构造，地震基本烈度小于Ⅵ度，区域稳定。（2）．水库大坝存在的主要地质问题是渗漏，除险加固的重点是防渗。①坝体填土结构松散，密实性和均一性较差，渗透系数偏大，坝体存在渗漏隐患。②基础岩层力学强度较高但裂隙岩溶具多向异性，上部岩石破碎，节理裂隙、岩溶比较发育，大坝下部残坡积层与基岩接触带及基岩上部深度3~5m的节理裂隙、岩溶发育段的岩石渗漏，经灌浆处理后方可作为土坝基础。（3）.输水涵洞砌筑质量差，卧管、涵洞侧墙开裂变形，库水沿涵洞与坝体接触带产生集中渗漏，输水涵洞长年水流不断，需加固防渗处理。（4）.溢洪道基础为风化残积层及岩性为浅黄色钙质砂岩岩体，抗冲强度低，必须全线护砌加固。3.7.2下步工作建议（1）.建议对大坝坝体进行冲抓套井回填防渗处理。（2）.建议对大坝下覆基岩进行帷幕灌浆防渗处理，帷幕设置深度应深入坝基弱透水层（相对不透水层）2.00m。灌浆前先布置先导孔施工，以取得准确的地质参数，进一步验证和调整灌浆设计，以取得最佳防渗效果。（3）.建议对溢洪道采取增加泄槽和消能工，控制段翻新加固处理；（4）.建议对涵洞及卧管采取翻新加固处理。(5).加强施工阶段地质工作，利用先导孔进行坝基压水试验及坝体注水试验，根据先导孔试验成果及时调整坝体冲抓与坝基帷幕的高度位置。及时处理施工中发现的工程问题，并合理调整施工方案。71n湖南省永州市冷水滩区荷叶塘水库除险加固工程初步设计报告湖南省永州市水利水电勘测设计院4除险加固设计4.1工程设计原则和依据4.1.1工程等别及建筑物级别荷叶塘水库总库容为17.2万m，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），工程等别为Ⅴ等工程，大坝、溢洪道等主要建筑物级别为5级，其他次要建筑物别为5级，临时建筑物为5级。4.1.2洪水标准该水库永久性水工建筑物20年一遇洪水标准设计，200年一遇洪水标准校核。泄水建筑物消能防冲设计的洪水标准为10年一遇。4.1.3采用的技术规程和规范(1)《防洪标准》（GB50201-94）；(2)《水利水电工程等级划分与洪水标准》(SL252-2000)；(3)《水利水电工程初步设计报告编制规程》（DL50201-93）；(4)《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）；(5)《土坝坝体灌浆技术规范》(SD266-88)；(6)《灌溉与排水工程设计规范》（GB20588-99）；(7)《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》(SL60-94)；(8)《土石坝安全监测技术规范》(SL60-94)；(9)《溢洪道设计规范》(SDJ341-89)；(10)《水工建筑物荷载设计规范》(DL5077-1997)；(11)《水工混凝土结构设计规范》(SL/T191-96)；(12)《水工挡土墙设计规范》(SL379-2007）。4.2工程现状及存在的问题荷叶塘水库建于上世纪五十年代，水库坝型为均质土石坝，大坝填土采用砼圆滚进行夯压，由于受当时的建筑材料、施工设备及施工技术落实，造成水库质量“先天不足”。自修建完成运行近50多年以来，发现大坝存在诸多问题,水库运行过程中多次出现险情。荷叶塘水库管理所历年来多次进行除险加固，但由于资金缺乏，未能进行全面系统的处理，多年来大坝一直带病工作，影响工程效益的正常发挥，目前工程存在如下主要病险：71n湖南省永州市冷水滩区荷叶塘水库除险加固工程初步设计报告湖南省永州市水利水电勘测设计院①坝体渗漏严重受当时的施工条件限制，土料、施工质量均未达到设计要求，大坝渗漏严重，下游坡面出现大面散浸现象，局部坝脚呈现沼泽化。土坝与山坡结合部位清基不彻底，碾压不密实,形成集中渗漏。②坝体与坝基接触界面渗漏坝体与坝基接触面，土体含砾量大，属于中等透水性。强风化带岩体透水性中等，施工时对坝基未进行防渗处理，导致库水沿坝体与坝基接触界面、强风化带产生渗漏。③溢洪道两侧及底部衬砌破损，形状不规则，且无消能设施，对下游冲刷非常严重，影响水库正常泄洪。④输水建筑物结构简单，且由于施工质量差，输水涵洞管身多处裂缝，渗漏严重。⑤防汛公路没有硬化，路面不平整，防汛物资难以到达坝区，无法满足防汛要求。⑥大坝上游砼护坡浪蚀严重，下游坝坡不规整，长有杂草，出现大面积湿润面。⑦大坝下游排水棱体破损及其他排水设施。4.3大坝安全鉴定结论性意见1)大坝安全类别评定为Ⅲ类坝。2)大坝除险加固设计的内容：(1).对大坝坝体进行冲抓套井回填防渗处理。(2).大坝下覆基岩进行帷幕灌浆防渗处理，帷幕设置深度应深入坝基弱透水层（相对不透水层）2.00m。灌浆前先布置先导孔施工，以取得准确的地质参数，进一步验证和调整灌浆设计，以取得最佳防渗效果。(3).坝顶破损严重，拟采用泥结石硬化路面的方式进行处理。上、下游坝坡整治：上游坝坡C15砼护坡，下游坝坡采用草皮护坡，坝面设置排水系统。(4).卧管、涵洞老化、漏水严重，重建钢筋砼卧管、涵洞。(5).溢洪道为浆砌石溢洪沟，浆砌石护砌破损严重，且无泄槽和消能工。溢洪道采取通过调洪计算复核过流能力，完善溢洪道设计。(6).大坝下游翻新现有排水棱体，增设其他排水设施。该水库大坝为Ⅲ类坝，建议水库管理单位抓紧除险加固初步设计，汛期管理单位必须确保大坝安全渡汛。4.4大坝加固设计71n湖南省永州市冷水滩区荷叶塘水库除险加固工程初步设计报告湖南省永州市水利水电勘测设计院4.4.1坝顶高程确定经调洪演算，正常蓄水位为172.07m，设计洪水位为161.05m，校核洪水位为161.28，计算大坝所需要的坝顶高程为161.85m，荷叶塘水库大坝现有高程为173.00m，坝顶高程满足规范要求。本次设计采用坝顶平整，且泥结石路面，高程为162.92m。4.4.2大坝防渗处理设计对坝基及坝肩采用帷幕灌浆防渗，对坝体采用冲抓回填粘土防渗。坝体至坝基强风化上限采用冲抓回填粘土,钻孔高程布置在坝顶173.00m，冲抓回填粘土深入建基面以下1m。利用冲抓锥造孔，在孔内回填粘土后夯实，主次孔相套后形成一道连续的粘土心墙，达到防渗目的。帷幕与冲抓中心线均与坝轴线重合。4.4.2.1大坝防渗设计方案比较根据《碾压土石坝设计规范》和《湖南省小型水库除险加固工程设计报告编制提纲》以及结合当地筑坝材料和施工经验，拟采用以下两种方案进行防渗处理：方案一：借鉴冲抓套井回填防渗加固的成功经验，在大坝坝顶平台位置进行冲抓套井回填，冲抓范围为坝顶至大坝建基面，坝基及坝肩采用帷幕灌浆。方案二：大坝迎水坡采用铺土工膜防渗，坝基及坝肩采用帷幕灌浆。各方案比较见下表：大坝防渗体可以采用冲抓套井回填和高压旋喷灌浆2种方案。表4.4.2-1大坝防渗设计方案比较表项目方案一方案二设计方案在大坝原有轴线位置进行冲抓套井回填，冲抓范围为大坝顶至大坝建基面，坝基及坝肩采用帷幕灌浆。大坝迎水坡采用铺土工膜防渗，铺设范围为大坝顶至大坝建基面，坝基及坝肩采用帷幕灌浆。防渗效果较好一般主要工程量及投资较高较高施工难度较复杂较容易经综合比较，方案二：工程造价较低，但防渗效果一般。方案一：造价适中，水库大坝坝高较小，冲抓防渗效果较好，并且有同类型水库多处运用冲抓防渗的成功经验。因此本次设计推荐方案一。4.4.2.2大坝坝基、坝肩帷幕灌浆71n湖南省永州市冷水滩区荷叶塘水库除险加固工程初步设计报告湖南省永州市水利水电勘测设计院（1）帷幕灌浆设计根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）中有关规定，以坝基岩石透水率q≤10Lu为相对不透水层。大坝建基面至相对不透水层之间的透水基岩应设灌浆帷幕，以防渗水冲蚀坝底基础。帷幕灌浆按如下公式计算：T=H/J式中：T——帷幕厚度m；H——最大作用水头（H=9.33m）J——帷幕的容许比降，J=13；经计算：T=1m，根据计算的帷幕厚度以及坝基、坝肩实际渗漏情况，拟定大坝坝基帷幕灌浆孔为一排。帷幕灌浆孔布置见图册，在大坝坝轴线（高程173.00m）沿山体连接溢流堰布设一排帷幕灌浆孔，孔距3.0m，共计44孔。灌浆防渗标准根据地勘成果及规范要求，取q=10Lu，灌浆孔伸入相对不透水层（q=10Lu）以下1.0m，最终孔深应由现场先导孔压水试验确定。帷幕灌浆往上与冲抓搭接1m。本工程帷幕设计为单排，帷幕轴线全长约131m，灌浆孔可分为2序，按Ⅰ、Ⅱ序的顺序施工。2）钻孔及简易压水试验帷幕灌浆钻孔：坝身采用冲击干钻、套管护壁，基岩采用回转式钻机钻进，用金刚石钻头或硬质合金钻头钻进，终孔孔径为75mm。钻机安装必须水平、稳固，开孔位置偏差应控制在10cm之内，孔斜率控制在1%以内，钻孔深入相对不透水层内1m左右。钻孔冲洗及简易压水试验：钻孔达到设计深度后，应采用清水冲洗钻孔，直至回水澄清无砂和岩粉为止，残留岩芯不应超过0.2m。帷幕灌浆孔在灌浆前，对先导灌浆孔均应进行简易压水试验，所得透水率q值来确定开灌水灰比及了解岩层的透水程度。3）灌浆参数的选取a）灌浆段长度71n湖南省永州市冷水滩区荷叶塘水库除险加固工程初步设计报告湖南省永州市水利水电勘测设计院灌浆段的长度是根据岩石的裂隙发育程度、破碎情况、渗透性以及设备条件决定的。参照省内外帷幕灌浆取得的成功经验，并根据工程的具体情况，为确保工程质量，设计要求灌浆段一般长5m，基岩条件较好的可适当加长，但不大于10m，裂隙发育，岩石破碎段应减小灌浆段的长度。接触面单独做一段，灌段长为5m。b）灌浆压力及浆液变换灌浆压力是影响灌浆质量的重要因素，本次灌浆压力一般要求现场通过灌浆试验确定。浆液稠度根据基岩透水率不同而改变，一般当q大于5Lu时，起始水灰比采用3:1；q=3～5Lu时，起始水灰比采用5:1；以后采用3：1、2:1、1:1、0.8:1、0.6:1。浆液稠度的变换原则是：当某一比级浆液的灌入量已达300L以上或灌注时间已达30min，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应改浓一级。或注入率大于30L/min时，可根据具体情况越级变浓。c）结束灌浆标准符合下列条件之一者，即可结束灌浆：在设计规定的灌浆压力下，灌浆段已停止吸浆或吸浆量小于1.0L/min，并持续30min以上时；4）灌浆材料及灌浆工艺a）灌浆材料采用P42.5MPa普通硅酸盐水泥，对水泥的供给采取边用边进的原则，以保障水泥不过长时间在工地积放。b）灌浆施工次序灌浆应遵循分序加密的原则。帷幕孔分两序次施灌，先施灌一序孔，再灌二序孔。同序孔距6.0m，最终孔距3.0m，先导孔根据现场实际情况酌定。5）灌浆方法采用自下而上的方法进行灌浆，当岩段小于6m时，采用全孔一次灌浆法；大于6m或在漏水严重地段应采取自上而下的方法灌浆，以提高灌浆质量。6）灌浆结束和封孔在灌浆过程中，对于每一个灌浆孔都应严格按照规程，规范的要求结束灌浆，以确保工程质量。对较深的帷幕灌浆孔，在最后一段灌浆结束后即采用浓浆封孔。封孔分段长15～20m，封孔压力与灌浆压力相同，当注入率不大于1L/min，继续灌注30min后，在孔口处继续灌注60min，灌注结束后闭浆24h。7）工程质量检查71n湖南省永州市冷水滩区荷叶塘水库除险加固工程初步设计报告湖南省永州市水利水电勘测设计院检查孔数为灌浆总孔数的10％，布置在断层、岩体破碎带等地质条件复杂的部位、末序孔注浆量大的孔段附近、孔偏斜过大处、灌浆过程不正常的部位。检查孔应采取岩芯，绘制钻孔柱状图。检查孔压水试验在该部位灌浆结束后14d后进行，自上而下分段卡塞进行压水试验，采用单点法或五点法。压力为1H0（H0为正常蓄水位至试验段处高差），且不大于该处灌浆压力的80%。检查孔各段压水试验测得的q值原则上须≤10Lu，所有试段的q值必须小于10Lu，才认为该孔符合标准。4.4.2.3大坝坝体冲抓回填设计1）冲抓钻孔套井原理冲抓钻孔套井回填处理土坝渗漏，是在漏水范围内利用冲抓机钻孔，然后用粘土进行分层回填，并利用钻机的动力和卷扬设备带动夯锤加以夯实，造成一个连续的截水墙，截断坝身或坝基中的渗流。2）冲抓套井防渗墙顶高程的确定根据《碾压式土石坝设计规范》（SDJ218-84）4.2.4条确定冲抓回填高程。冲抓套井在坝顶进行，由上而下进行钻孔后回填粘土的，为便于施工和保证质量，冲抓套井回填防渗墙顶高程与坝顶齐平，为173.00m。3）冲抓套井防渗墙轴线位置确定大坝冲抓回填防渗墙的主要作用为加高加固大坝原有防渗体，荷叶塘水库大坝原设计为均质土坝，因此，冲抓回填防渗墙布置在坝中轴线上，具体位置见图册。4）套井回填土料的选择套井回填土料暂拟在荷叶塘水库库内附近的土料场取土，此处为荒地，距坝3.0km，贮量足，其物理性质可以满足防渗墙土料要求，根据《碾压式土石坝设计规范》，防渗墙土料必须符合以下物理性质：回填土料为粘性土料，填土渗透系数要求K<1×10-6cm/s，填土干容重为1.6g/cm³，压实度不低于0.95。5）有效厚度的确定防渗墙的有效厚度是根据渗透稳定计算求得其渗透坡降小于允许渗透坡降的条件决定的。表4.4.1-7孔距、排距和有效厚度的相互关系71n湖南省永州市冷水滩区荷叶塘水库除险加固工程初步设计报告湖南省永州市水利水电勘测设计院钻孔排数最优ω值孔距L排距Si有效设计厚度Ti145°L1=2RCOSαT1=2R（Sinα）238°37′L2=2RCOSαS2=R（1+Sinα）T2=R（1+3Sinα）330°L3=2RCOSαS3=R（1+Sinα）T3=R（1+4Sinα）土坝浸润线：将防渗墙的有效厚度，按照防渗墙的渗透系数和坝体渗透系数的比值折算成等效的坝身厚度来进行计算，加高部分挡水高度为1.54。防渗体厚度：由B=H/J（H=1.54J=6）则B=0.26所以L1=0.78mT1=0.78m故采用单排孔布置，可以满足要求，故本次选用单排孔冲抓作防渗墙。6）钻孔深度的确定根据地质情况及防渗要求，本次设计冲抓回填从坝顶到岩土分界线为冲抓回填防渗墙，下部与坝基帷幕灌浆搭接。4.4.3大坝结构加固设计4.4.3.1大坝上游坝坡加固设计上游坝坡设计修整成坝顶到153.24m坡比为1：2.0。a）坝顶整治荷叶塘水库大坝坝顶自建成以来未进行硬化处理，路面坑坑洼洼，本次初设对大坝坝顶采用泥结石硬化处理。坝顶两侧为现浇混凝土路肩，中间为20cm厚的泥结石路面，坡度为2%向上下游两侧排水。坝顶加宽至3.5m。b）上游护坡工程设计护坡范围为：大坝坝顶至坝脚高程全部20cm厚的C15砼防渗面板，且坝脚底部打100cm×130cm（厚×高）的C15砼截渗墙（防滑齿）。c）上游坝坡新建上坝阶梯上游坝坡新建上坝阶梯，上坝阶梯高度为0.1271n湖南省永州市冷水滩区荷叶塘水库除险加固工程初步设计报告湖南省永州市水利水电勘测设计院m，宽1.5m，红砖浆砌并砂浆抹面。具体见设计详图。4.4.3.2大坝下游坝坡加固设计荷叶塘水库大坝经多年运行，下游坝坡受雨水冲刷，坑洼不平，杂草丛生，不利于大坝安全观测，也影响美观，为此本设计对下游坝坡进行整治。大坝下游在157.2m处设2.0m宽马道，马道以上坡比为1：2.5，以下坡比为1：2.5。a)坝面排水系统设计为防止水冲刷下游坝坡，设置下游坡面排水。横向排水沟沿一级平台内侧布置；纵向排水沟沿坝体与山体岸坡竖向布置，左、右岸坝肩处各一条，中间马道有一条，共计三条。纵横向排水沟在坝脚处汇合后，排入下游沟道。排水沟尺寸为0.3×0.3m，采用红砖浆砌并砂浆抹面，厚0.1m。排水沟断面详见设计图。b）新建下游贴坡排水大坝下游排水棱体部分破损，其排水性能差。本次设计翻新排水棱体，以便渗水顺利排出。本次设计拆除大坝原有部分块石护面，并增设排水设施，以便渗水顺利排出。c）下游坝坡新建上坝阶梯下游坝坡新建上坝阶梯，上坝阶梯高度为0.1m，宽1.5m，用红砖浆砌并砂浆抹面。具体见设计详图。d）下游草皮护坡设计本次拟对下游坝坡草皮护坡进行坝坡平整后再进行修整。4.4.3.3大坝整治工程量大坝整治工程量见表4.4.3-1表4.4.3-1大坝除险加固工程量表序号工程项目单位工程量备注一挡水工程　　　（一）大坝坝基坝体加固防渗　　　　钻孔深（土层）m551.07　钻孔深（岩层）m147.75　帷幕灌浆m235.75　冲抓回填m2170.00　　　　（二）大坝坝顶　　　坝顶平整m2458.5071n湖南省永州市冷水滩区荷叶塘水库除险加固工程初步设计报告湖南省永州市水利水电勘测设计院　泥结石路面(20cm厚)m3380.00　C15砼路沿m339.30　模板m2131.00　　　　（三）大坝上游坝坡　　　坝面平整（斜面）m22200.00　土方开挖m330.00　土方开挖（槽挖）m3130.00　土方回填m398.00　清淤m3220.00　风化砼块清除m3190.00　C15砼护面m3320.00　钢筋m37.65　踏步浆砌石m250.10　M5踏步抹面m3331.67　C15砼防滑齿m3130.00　左岸C15砼压边条m24.20　坝面砍清m2330.00　模板m2360.00伸缩缝沥青木板m27.68　　　　（四）大坝下游坝坡　　　坝面平整（斜面）m28.83　土方开挖m316.83　土方回填m323.91　草皮护坡m212.53　踏步浆砌石m3271.51　M5踏步抹面m212.54　排水沟红砖m3413.02　排水沟砂浆抹面m315.49白蚁防治m212.00坝面砍清m36.00坝面大字个5000.00（五）大坝排水棱体翻新　　　风化块石清除m35.50　增设干砌块石m350.004.5大坝加固后渗流及边坡稳定计算71n湖南省永州市冷水滩区荷叶塘水库除险加固工程初步设计报告湖南省永州市水利水电勘测设计院4.5.1大坝加固后渗流计算1、计算断面的确定大坝渗流计算断面选取加固后断面作为计算断面，断面形状见图集。2、渗透指标的确定本次计算断面的渗透分区主要根据地质勘探的结果，按照现场所取原状样的室内土工试验及现场注水试验，综合大坝建设和运行管理情况，将大坝计算断面划分为8个渗透分区，渗透分区情况见图4.4.1，各分区材料的水平、垂直渗透系数根据地质勘探推荐参数拟定，各渗透分区材料的水平、垂直渗透系数见表4.5-1。图4.5.1荷叶塘水库加固后大坝计算断面稳定渗流分区图（①–基岩，②-坝体填筑区，③-基岩，④-坝体填筑区，⑤-排水棱体，⑥-冲抓）表4.5-1荷叶塘水库大坝典型断面渗透系数分区指标123456基岩坝体填筑区基岩坝体填筑区排水棱体冲抓Kx（水平）2×10-41.0×10-52×10-41.0×10-55×10-31.0×10-6Ky（垂直）2×10-46.3×10-52×10-46.3×10-55×10-31.0×10-63、渗流计算内容、方法根据《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001第8.1.2条规定：渗流计算时应考虑水库运行出现的各种不利条件。本次渗流计算分析按以下工况进行：71n湖南省永州市冷水滩区荷叶塘水库除险加固工程初步设计报告湖南省永州市水利水电勘测设计院1）稳定渗流计算：①上游正常蓄水位与下游相应的最低水位；②上游设计洪水位与下游相应的最高水位；③上游校核洪水位与下游相应的最高水位；2）非稳定渗流计算①非稳定渗流考虑时段内无降雨，输水涵洞按其设计最大流量运行，库水位降落过程这种工况。②根据库水位与库容关系曲线、水库输水涵洞最大泄流曲线，得出荷叶塘水库库水位快速降落曲线，根据库水位快速降落曲线，确定将大坝分1个时段进行非稳定渗流计算，计算各时段的上、下游水位值及相应的时间间隔见表4.4-2。表4.4-2荷叶塘水库大坝非稳定渗流计算时段及水位时间（天）时间间隔（天）库水位（m）备注0172.07正常蓄水位1010157.06死水位本次大坝渗流计算分析采用理正岩土系列软件。4、渗流计算结果1）稳定渗流计算结果①上游正常蓄水位172.07m，下游相应无水，渗流运行状况见附图。坝体浸润线及渗流运行情况见图4.5.1-1。图4.5.1-1荷叶塘水库加固后大坝计算断面渗流结果图（正常蓄水位172.07m）②设计洪水位161.04m，下游相应无水，坝体浸润线及渗流运行情况见图4.5.1-2。71n湖南省永州市冷水滩区荷叶塘水库除险加固工程初步设计报告湖南省永州市水利水电勘测设计院图4.5.1-2荷叶塘水库加固后大坝计算断面渗流结果图（设计洪水位161.04m）③上游校核洪水位161.28m，下游相应无水，坝体浸润线及渗流运行情况见图4.5.1-3。图4.5.1-3荷叶塘水库加固后大坝计算断面渗流结果图（校核洪水位161.28m）2）非稳定渗流计算结果①库水位由正常蓄水位172.07m骤降至157.06m，下游相应无水，坝体浸润线及渗流运行情况见图4.5.1-4。71n湖南省永州市冷水滩区荷叶塘水库除险加固工程初步设计报告湖南省永州市水利水电勘测设计院图4.5.1-4荷叶塘水库加固后大坝计算断面渗流结果图（库水位由正常蓄水位172.07降落至死水位157.06m）3）计算成果及分析计算成果见表4.5-3。表4.5-3荷叶塘水库大坝最大断面渗流计算成果表计算工况最大渗透坡降坝坡出逸坡降渗量m3/d·m正常蓄水位172.07m4.30.180.030设计洪水位161.04m5.10.230.052校核洪水位161.28m5.30.250.101正常蓄水位降落至157.06m4.10.320.120从计算结果可以看出:各种工况条件下，渗漏量大幅度降低；且各种工况下，大坝最大渗透比降均小于允许抗渗坡降，说明坝体渗流性态趋于安全，因此坝体防渗处理后，大坝下游坡不会发生渗透破坏。71n4.5.2大坝加固后边坡稳定计算1、大坝坝坡稳定计算断面的确定与渗流计算一致，选择大坝的地质勘探断面作为本次坝坡抗滑稳定的计算分析断面，详见图4.4.1。2、物理力学指标的选择各材料分区的物理力学指标见表4.5-4。表4.5-4荷叶塘水库大坝计算断面稳定计算材料分区指标指标分区类型123458基岩坝体填筑区基岩坝体填筑区排水棱体冲抓固结快剪（R）C（kPa）0.014.30.014.3600φ（°）30.011.230.011.240.0固结慢剪（S）C（kPa）0.0120.012600φ（°）30.01230.01240.0湿密度（g/cm3）2.41.882.42.51.88饱和密度（g/cm3）2.62.02.62.62.03、大坝坝坡稳定计算a)坝坡抗滑稳定计算工况的确定依照《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）的要求和荷叶塘水库实际运用情况，对断面抗滑稳定分别进行了下列工况的计算：①稳定渗流期正常蓄水位的下游坝坡。②稳定渗流期设计洪水位的下游坝坡。③稳定渗流期校核洪水位的下游坝坡。④水库水位骤降期的上游坝坡。本次坝坡稳定计算控制水位正常蓄水位172.07m，设计洪水位161.04m，校核洪水位161.28m情况下的下游坝坡抗滑稳定；库水位由正常蓄水位（172.07m）骤降到死水位（157.06m）时的上游坝坡抗滑稳定。正常运行情况：正常蓄水位172.07m下形成稳定渗流时下游坝坡稳定，见图4.5.2-1。71n图4.5.2-1荷叶塘水库加固后坝坡稳定计算成果图（库水位正常蓄水位172.07m）正常运行情况：设计洪水位161.04m下形成稳定渗流时下游坝坡稳定；见图4.5.2-2。图4.5.2-2荷叶塘水库加固后坝坡稳定计算成果图（设计洪水位161.04m）71n正常运行情况：校核洪水位161.28m下形成稳定渗流时下游坝坡稳定；见图4.5.2-3。图4.5.2-3荷叶塘水库加固后坝坡稳定计算成果图（校核洪水位161.28m）非常运行情况：水库水位正常蓄水位172.07m骤降至死水位155.42m时的上游坝坡稳定，见图4.5.2-4。图4.5.2-4荷叶塘水库加固后坝坡非稳定渗流稳定计算成果图（库水位由正常蓄水位172.07m骤降至死水位157.06m）71n5、计算结果从计算结果可以看出：大坝下游坝坡在正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位时，简化毕肖普法坝坡最小安全系数均大于规范规定最小安全值1.25，因而下游坝坡是安全的。上游坝坡在正常蓄水位骤降至死水位时，用简化毕肖普法法计算的最小安全系数也,大于规范规定最小安全值1.15,故上游坝坡是安全的。表4.5-5荷叶塘水库大坝加固后最大断面坝坡稳定计算成果表运行情况坝坡圆心位置滑弧半径K[K]结论X(m)Y(m)R(m)稳定渗流期,无地震,正常蓄水位172.07m下游5.29119.00219.8011.461.25满足要求稳定渗流期,无地震,设计洪水位161.04m下游7.12619.10219.6411.451.25满足要求稳定渗流期,无地震,校核洪水位161.28m下游4.1618.64319.1411.331.25满足要求非稳定渗流期,无地震,自正常蓄水位172.07m骤降至死水位157.06m上游8.74825.13424.6281.531.15满足要求注：圆心位置为相应的滑动坡脚而言。4.6溢洪道整治设计溢洪道位于水库大坝右岸，为正槽式宽顶堰，浆砌石导墙及侧墙质量较差，尾端为天然状态，无消力池，溢洪时水流直接冲入沟渠中。本次设计溢洪道为正槽开敞式溢洪道，全长45.6m。溢流堰的堰面型式为宽顶堰，堰顶高程172.07m。溢洪道由控制段、泄槽段和消能段组成，控制段进口宽1.2m，长34.5m，泄槽段长6.5m，泄槽段后接消力池，消力池长4.6m，池深1.0m。4.6.1溢洪道控制段顶部高程复核荷叶塘水库溢洪道无闸门控制，根据《溢洪道设计规范》（SL253-2000）2.3.7规定，控制段导墙顶部高程不得低于校核洪水位加安全超高0.3m，因此，荷叶塘水库溢洪道控制段导墙顶部高程不得低于172.07m，溢洪道现在形状不规则，护砌质量差，不能满足《规范》要求，本次设计将控制段导墙修整并护砌至162.14m，以满足《规范》要求。4.6.2控制段过流能力复核按下列公式计算宽顶堰的泄流能力：71n式中：Q——流量，m3/s；B——溢流堰总净宽，m；b——单孔宽度，m；n——闸孔孔数；H0——记入行进流速的堰上总水头，m；m——流量系数；ε——侧向收缩系数。泄流能力计算成果见表4.6-1。表4.6-1泄流能力复核成果频率P(%)最高水位Zm(m)相应库容Vm(万m3)相应泄量qm(m3/s)1016.1616.320.715161.2016.490.770.5161.2817.270.884.6.3溢洪道改造后水力计算本工程溢洪道泄洪按20年一遇设计，200年一遇校核；消能防冲建筑物按10年一遇洪水设计。a、泄槽水面线及边墙高度计算泄槽水面线应根据能量方程，用分段求和法计算，计算公式如下：式中：△l1-2──分段长度，m；h1、h2──分段始、末断面水深，m；V1、V2──分段始、末断面流速，m/s；α1、α2──流速分布不均匀系数，取为1.05；71nθ──泄槽底坡角度，（°）；i──泄槽坡降，i=tgθ；J──分段内平均摩阻坡降；n──泄槽槽身糙率系数，取为0.018；──分段平均流速，=（V1+V2）/2，m/s；──分段平均水力半径，=（R1+R2）/2，m；R1、R2──分段始末断面水力半径，m。起始计算断面水深可按下式计算：泄槽段水流掺气水深可按下式计算：其中：ξ=1.20；边墙高度按200年一遇水面线+掺气水深+超高确定。荷叶塘水库溢洪道泄槽水面曲线计算成果表桩号底坡（i）底板高程（m）泄槽宽度（m）校核工况：Q=0.88m³/s超高（m）边墙顶部计算高程（m）边墙顶部设计高程（m）断面水深（m）断面平均流速（m/s）掺气水深（m）0+034.5159.821.20.741.210.300161.10161.100+0411/2.0156.52.00.442.360.4800.500157.83157.83经计算，设计溢洪道各段边墙高度均满足要求。b、底流消能水力计算（采用下挖式消力池）泄槽末端的高速水流采用底流消能的方式消能，消力池按10年一遇洪水进行消能设计。消力池的池深、池长可按下列公式计算：71n式中；；。式中：d——池深，m；σ——水跃淹没度，σ=1.05；h2——池中发生临界水跃时的跃后水深，m；ht——消力池出口下游水深，m；△Z——消力池尾部出口水面跌落，m；Q——流量，m3/s；b——消力池宽度，m；——消力池出口段流速系数，可取0.95；L——自由水跃的长度。下游渠道高程为156.51m。消力池水力计算成果见表4.6-4。经计算，按10年一遇洪水计算为最不利工况，消力池计算长度为3.5m，池深0.8m，设计消力池池长为4.6m，池深为1.5m，满足要求。c、消力池及泄槽底板抗浮稳定计算1)消力池底板抗浮稳定计算(1)基本数据消力池底板高程为156.5m，池长为4.6m，池深为1.5m，底板厚度为0.3m。(2)计算公式采用《溢洪道设计规范》（SL253-2000）中公式计算。Kf=（P1+P2+P3）/（Q1+Q2）式中：Kf—抗浮安全系数；71nP1—护坦自重，按混凝土重度计算;P2—护坦顶面上的时均压力,按附录C.5的公式计算；P3—当采用锚固措施时，地基有效重度；Q1—护坦顶面上的脉动压力,按附录C.5的公式计算；Q2—护坦底面上的扬压力,按附录C.3的公式计算。(3)抗浮计算取单位面积A=1m2计算,底板扬压力按下游水深考虑0.85折减系数。消力池底板抗浮安全系数Kf计算成果见表4.6-5。经计算，消力池底板设计及校核工况抗浮安全系数Kf分别为1.08及1.09,满足《溢洪道设计规范》（SL253-2000）中抗浮安全系数Kf=1.0～1.1范围。4.6.4侧墙稳定及基底应力计算溢洪道侧墙的断面型式为重力式浆砌石挡土墙，本次计算采用控制段侧墙作为典型断面计算，墙顶宽0.3m，坡比1:0.5，墙高1.3m。边墙的抗滑稳定安全系数按下式计算：式中：Ｋc—抗滑稳定安全系数；ΣW—作用在墙体上的全部垂直力的总和(KN）；ΣP—作用于墙体上的全部水平力的总和(KN）；f—底板与基础之间的摩擦系数。边墙的抗倾安全系数按下式计算：式中：Ko---抗倾稳定安全系数；MV——抗倾覆力矩(kN.m）；71nMH——倾覆力矩(KN.m）。边墙基底应力按下式计算：σmax=∑W/A+6∑M/T2σmin=∑W/A-6∑M/T2式中：σmax、σmin——基底的最大和最小压应力(KPa）；∑W——作用墙上全部垂直荷载的总和（KN）；A——底板面积(m2）；ΣM——荷载对底板形心轴的力矩(KN·m）；T——墙底宽(m)。表4.6-6侧墙抗滑、抗倾覆稳定及基底应力计算成果表项目工况抗滑稳定安全系数kf抗倾稳定安全系数kO基底应力(kPa)墙踵墙趾挡墙A墙前无水,墙后填土饱和3.23.69583根据计算结果分析：各断面抗滑稳定安全系数均大于规范允许值1.05，抗倾安全系数均大于规范允许值1.5，满足规范要求；挡土墙基底最大压应力为101kPa，小于溢洪道基础允许承载力。4.6.5溢洪道建筑物改造加固设计本次溢洪道加固设计不改变原有的布置形式，基本沿原有走向布置，为开敞式溢洪道，全长45.6m。主要由控制段、泄槽段和消能工组成。①控制段改造控制段长34.5m，溢流堰的堰面型式为宽顶堰，堰顶进口高程172.07m，堰顶宽1.2m。边墙采用M7.5浆砌石重力式挡墙形式，墙高1.5m，顶宽0.3m，外侧面竖直，内侧面坡比1：0.5，基础埋深0.4m；底板采用C20砼底板，厚度为200mm，砼表面纵横布设φ14@200钢筋，钢筋不穿过温度伸缩缝。②泄槽段改造71n泄槽段（桩号0+34.5~0+40.1）起始断面底宽1.2m，末端断面底宽2.0m，泄槽段底坡按一级坡比设计，坡比为1：2.0；边墙采用M7.5浆砌石重力式挡墙形式，墙高1.6m，顶宽0.5m，外侧面竖直，内侧面坡比1：0.5，基础埋深0.5m；底板采用C20砼底板，厚度为300mm，底板用纵横向的伸缩缝分开，分缝间距3.0m，为防止裂缝的扩展，砼表面纵横布设φ14@200钢筋，钢筋不穿过温度伸缩缝。本次设计仅根据实际破损情况对泄槽段部分进行整治。③消能工改造消力池长4.6m，池深1.0m，边墙高1.8m，采用M7.5浆砌石重力式挡墙形式，顶宽0.5m，外侧面竖直，内侧面坡比1：0.5。本工程消力池中流速较高，新建消力池底板采用C20砼结构，底板砼厚度0.3m，消力池底板砼表面纵横布设φ14@200钢筋，底板设置φ50排水管，间距1.0m，梅花型布置。4.6.6工程量71n表4.6-7溢洪道加固处理工程量表编号工程或费用名称单位数量（一）控制段　　　土方开挖m370.00　土方回填m315.00　浆砌石拆除m314.40　新建浆砌石侧墙m315.00　浆砌石侧墙砂浆抹面m24.14　C20溢洪道底板砼m312.42　钢筋t0.28（二）泄槽段　　　土方开挖m375.00　土方回填m333.00　坡面砍清m260.00　新建浆砌石侧墙m314.50　浆砌石砼压顶m20.84　C20溢洪道砼m32.04　C15溢洪道垫层砼m31.03　φ100软式排水管m8.00　钢筋t0.45　止水橡胶带m6.50　反滤料m31.20　模板m25.60（三）消力池　　　土方开挖m380.00　土方回填m320.00　新建浆砌石侧墙m310.50　浆砌石砂浆抹面m248.00　C20底板砼m33.00　现浇C15砼垫层m³1.40　钢筋t0.45　模板m28.40　Φ50PVC排水管m15.0071n4.7输水涵管翻修设计4.7.1工程现状灌溉放水涵位于大坝左坝端，卧管为浆砌石结构，现已开裂，坝下涵管为浆砌石结构，由于基础沉陷，砂浆脱落等原因，导致涵管漏水，造成大坝内坡沿涵管漏水、沉陷，由于施工质量差，洞身漏水严重，无法正常输水。目前渗漏严重，涵管进口淤堵严重。4.7.2加固处理措施原输水涵管主要存在的问题是渗水可直接通过涵周形成渗流通道；另外，由于放水涵管洞身为浆砌石结构不密实，裂缝及孔洞较多，加上坝身渗漏严重，渗水也可直接通过土坝坝身渗入灌溉放水涵管内。根据上述因素，本次设计将原输水涵管挖除，重新埋设预制承插管取水。1、涵管布置涵管布置在原涵管位置处，为满足使用要求，按原坝下底涵泄水量设计，涵洞底板高程：进口高程157.06m，出口高程155.42m。2、断面选用该洞为灌溉输水之用，断面形式选用圆管涵，采用PVC管外衬砼，尺寸为D=0.5m。3、涵洞放水卧管设计原放水卧管由于施工质量差，清基不彻底，管身沉陷断裂，木塞止水不严，启闭方式落后。根据安全鉴定意见，将现有卧管管身及镇墩全部拆除后，对基础进行清挖处理，设计卧管长13m，分8级放水，放水孔半径0.2m。放水卧管根据进口处实际地形布置，管顶高程163.62m,管顶设Ф100的通气孔，管底与消力井顶板相接。卧管最上层的放水孔中心高程为162.82m,最底层放水孔中心高程为158.6m，放水孔间距（高差）0.5m。放水孔尺寸为Φ200mm。卧管长13m，按1:2.5放坡。①放水孔过水能力计算71n放水孔过水能力按孔流计算：公式为式中：Q——过水流量，m3/s；U1——流量系数，UI=0.61；S——孔口面积，m2；H——孔口以上水头m。经计算放水孔过流能力满足设计要求。（2）卧管过流能力计算：卧管过流能力按明渠均匀流计算，公式为：卧管内径拟定为D=0.6m。经计算卧管过流能力远远大于输水流量。②卧管结构设计卧管内径为0.6m，采用PVC管做内膜，外包钢筋砼，最小壁厚200mm。卧管的主要荷载为：自重、内、外水压力，温度荷载。荷载组合主要有以下三种：⑴正常水位放水运行：自重+内水压力+外水压力；⑵校核水位空管运行：自重+外水压力；⑶水库无水空管运行：自重+温度荷载。经分析计算比较，第（1）种荷载组合时，内、外水压力基本平衡，只有自重引起的内力；第（3）种组合一般发生在枯水季节（冬季），温差引起的内力比较小；因此，以第（2）种组合引起的内力最大，以此为依据计算其内力及配筋。经计算按构造要求选用Ф16@200对称配筋。卧管的抗裂按下式计算：经计算，管壁边缘应力小于砼允许应力，满足抗裂要求。卧管进水口采用砼塞。④消力井设计卧管未端设消力井，消力井与隧洞进口连接，因卧管过流量很小，因此，水力计算不是控制消力井尺寸的决定因素，消力井的结构尺寸根据涵管的直径及参考类似工程的经验，确定内空尺寸：宽1.4m,高1.8m,长4.1m,壁厚0.5m，配筋为Φ16@150mm，纵向筋选用Φ10@200mm。71n⑤闸门放空闸门为平板钢闸门，闸门为1.6m*1.6m，由厂家生产安装，启闭力为2T。4、工程量表4.7-2输水卧管翻修工程量表序号工程项目单位工程量备注（一）放空槽　　　　槽挖土方m36.00　　土方回填m31.00　　C25放空槽砼m36.00　　钢筋t0.15　　　　　　（二）新建卧管　　　　槽挖土方m3132.00　　浆砌体拆除m362.00　　土方回填m372.00　　卧管踏步M7.5浆砌石m330.00　　现浇C15砼垫层m35.51　　卧管C25砼m343.66　　止水橡胶m18.29　　钢筋制安t2.15　　钢模板制安m2210.00　　沥青砂浆伸缩缝m23.66　　预制C15砼塞个6.00　　卧管PE管模板(管径＝40cm)m15.00　　卧管模板m228.00　　　　　　（三）消力井　　　　土方开挖m3187.60　　土方回填m392.50　　现浇C15砼垫层m31.57　　现浇C20钢筋砼排架t5.00　　现浇C20钢筋砼消力井m335.27　　钢筋制安m24.08　　钢模板制安㎡55.25　71n5施工组织设计5.1施工条件5.1.1工程条件荷叶塘水库位于湖南省永州市冷水滩区普利桥镇小江桥村境内，湘江水系二级支流上游，有村级公路与普利桥镇及冷水滩城区相连，距冷水滩城区24km，交通较方便，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养鱼等综合利用的小（二）型水利工程。该水库除险加固工程的主要项目如下：1）.对大坝坝体进行冲抓套井回填防渗处理。2）.大坝下覆基岩进行帷幕灌浆防渗处理，帷幕设置深度应深入坝基弱透水层（相对不透水层）1.00m。灌浆前先布置先导孔施工，以取得准确的地质参数，进一步验证和调整灌浆设计，以取得最佳防渗效果。3）.坝顶破损严重，拟采用泥结石硬化路面的方式进行处理。4）.卧管、涵洞老化、漏水严重，重建钢筋砼卧管、钢筋砼涵洞。5）.溢洪道为浆砌石溢洪沟，有少量浆砌石护砌，但破损严重。溢洪道采取通过调洪计算复核过流能力，完善溢洪道设计。6）.上、下游坝坡整治：上游坝坡C20砼护坡，下游坝坡采用草皮护坡，坝面设置排水系统。7）.大坝下游排水翻修及增设其他排水设施。上述项目较为集中，由于坝区范围的限制，主要为大坝左岸有可利用的场地建设施工场地。仓库可在坝顶左岸空地处临时修建。主要工程量：土方开挖2517.7m3，土方回填2094.3m3，模板制安882.25m2、砼及钢筋砼852.74m3。本工程所需建筑材料来源如下：本工程的砂、碎石需从附近购买，汽车运输至工地；本工程的块石从附近购买，8T自卸汽车运至工地；其他建筑材料：钢筋、水泥、油料等可以从永州市有关物资部门购买。施工用水：直接从水库内抽取。施工用电：由永州市电网供给。5.1.2自然条件71n1、地形地貌荷叶塘水库大坝位于湖南省永州市冷水滩区普利桥镇小江桥村，属低山丘陵地貌，构造作用为中等。库区周边山体高差起伏不大，周围山体较完整雄厚，无单薄分水岭存在。坝址处地形切割较强烈，地貌呈不规则“V”字型，大坝左右侧为低山，覆盖层厚0.00～4.00m，坡角18°～20°。2、水文及气象荷叶塘水库属中亚热带季风气候，夏季多为低纬度海洋暖湿气团盘踞，温高湿重。冬季常为西伯利亚和蒙古干湿气团控制，清冷干燥。气候温和，光热充足，雨热基本同季；春温多变，冷气入侵频繁；春夏多雨，夏秋多旱；冬冷期短，暑热期长，无霜期长。全区年平均日照1623.1小时，年太阳辐射总量109.6千卡/厘米2，年平均气温17.9℃，日平均稳定通过10℃的初日为3月23日，终日为11月29日，间隔期252天；大于或等于10℃活动积温5670℃；无霜期287天；年均降雨量1271―1696mm，70%以上集中在4―9月。5.2施工导流5.2.1导流标准根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）的规定，（小（二）型）水库为Ⅴ等工程，导流临时建筑物为5级，土石类围堰设计洪水标准为10～5年一遇洪水重现期。本工程导流建筑物采用均质土围堰，选择导流临时建筑物设计洪水标准为5年一遇洪水重现期。5.2.2导流方式根据施工进度安排，本次水库除险加固工程均安排在枯水期施工，由于需保护的项目工作量较小，导流时段选择10月～次年3月。根据设计，施工需要导流的项目为坝面铺设砼预制块和涵洞改造。新开输水涵管为开挖埋设，施工时可利用围堰加开挖沟槽导流。砼预制块铺设时需修围堰。原放水涵洞底板高程为157.06m，由于该水库集雨面积不大，故围堰顶部高程可取为158.5m，但要做好施工排水与导流通畅，以保证工程顺利施工。围堰底部高程为156.5m，顶部高程为158.5m，围堰高2.0m，顶部宽1.5m，上下游边坡设计为1:1.5。5.2.3基坑排水初期排水采用2台IS100-80J-125型水泵进行，排水量30m371n/h，扬程6m,电机功率1.5kw，拟1天排干。经常性排水采用1台IS100-80J-125型水泵进行。5.3料场选择和规划砂砾石料：需到工程附近砂场购买，运距30km。块石料：需到附近采石场购买，运距25km。土料：需到附近土料场取，运距3km。5.4主要除险加固工程施工本工程主要是坝身冲抓回填、C20砼护坡、草坡护坡、原输水涵管挖除，新建输水涵工程，另外有部分土方开挖回填工程。开工前要通过招投标，由项目法人组织具有一定的水利工程建设经验的专业队伍施工，施工过程中由质监单位负责质量检查监督，同时应委托具有相应资质的监理公司对施工全过程进行质量跟踪管理。5.4.1坝体冲抓回填施工冲抓套井回填施工操作过程分为造孔、回填、夯实、质量检查四个步骤。钻孔要垂直，钻孔的偏斜度应不大于1/50。造孔回填采用二序法进行，先主井，后套井。回填土料采用粘土，要求粘粒含量为(35～50)%，渗透系数不大于1×10-6cm/s，含水量控制在塑限附近，填筑后的土料干容重不小于1.5g/cm3。在整个施工过程中，要及时进行现场质量检查，主要控制指标干容重和含水量。5.4.2坝基帷幕灌浆施工坝基、坝肩采用帷幕浆进行防渗处理，沿原坝顶轴线方向进行，并向两岸山坡延伸一定的距离，灌浆施工在坝顶和岸坡上进行。灌浆施工按如下四个工序顺序进行：a）钻孔钻孔采用回转式钻机，共设1台，同时分别钻孔。钻孔时要求一次性钻成，确保孔向、孔深符合设计要求，力求孔径上下均一，孔壁平整。b)冲洗冲洗顺序为先冲洗钻孔，再冲洗岩层裂缝，冲洗的基本方法是用压力冲洗，采用的机械设备有供水系统、空气压缩系统。71nc)压水试验按要求，灌浆前后均为须进行压水试验。d)灌浆灌浆方法采用循环式，自上而下分段灌注，每排孔分二序孔施灌。灌浆设备采用活塞式灌浆泵、高压胶管输浆管、灰浆搅拌机、泥浆搅拌机等，按设计要求与规范进行施工。e）帷幕灌浆长度1）灌浆段长度灌浆段长度是根据岩石的裂隙发育程度、破碎情况、渗透性以及设备条件决定的。参照省内外帷幕灌浆取得的成功经验，并结合工程的具体情况及质量要求，灌浆段长度采用5m，基岩条件较好时可适当加长，但不得大于10m，裂隙发育、岩石破碎段应减小灌浆段的长度。接触面单独做一段，灌段长为2m.。2）灌浆压力及浆液变换灌浆压力是影响灌浆质量的重要因素，由现场灌浆试验确定。浆液稠度根据基岩秀水率不同而改变，一般当q大于5Lu时，起始水灰比采用3：1；q=3～5Lu,起始水灰比采用5：1；以后采用3：1、2：1、1：1、0.8：1、0.6：1。浆液稠度的变换原则是：当某一比级浆液的灌入量已达300L以上或灌注时间已达30min，而灌浆压力和注入率均无改变不显著时，应改浓一级。当注入率大于30L/min时，可根据具体情况越级变浓。3）灌浆结束及封孔帷幕灌浆各灌浆段的结束条件为：采用自下而上分段灌浆时，灌浆段在最大设计压力下，注入率不大于1L/min后，继续灌注60min后，可结束灌浆。4)灌浆材料必须是新鲜合格的普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5，对水泥的供给采取边用边进的原则，以保障水泥在工地的积放时间不至过长。5)灌浆施工次序灌浆应遵循分序加密的原则。帷幕孔分两序次施灌，先施灌一序孔，再灌二序孔。同序孔距6.0m，最终孔距3.0m，先导孔根据现场实际情况酌定。6)灌浆方法71n采用自下而上的方法进行灌浆；当孔段小于6m时，全孔一次灌浆；地质条件较差、漏水严重的地段改用自上而下的方法灌浆，以提高其灌浆质量。7)灌浆结束和封孔在灌浆过程中，对于每一个灌浆孔都应严格按照规程，规范的要求结束灌浆，以确保工程质量。对较深的帷幕灌浆孔，在最后一段灌浆结束后采用浓浆封孔。8)工程质量检查质量检查应以检查孔压水试验成果为主，检查孔按钻孔数的10％考虑，选择性地布置在帷幕中心线上或岩石破碎、断层、大孔隙等地质条件复杂的部位，检查孔压水试验应在该部位灌浆结束14d后进行。检查孔各段压水试验测得的q值原则上须≤10Lu，如出现大于10Lu的试验段，则段数不得超过检查孔总试验段数的10％；且所有试段的q值必须小于10Lu，才认为该孔符合标准。5.4.3土方开挖及回填土方开挖包括原输水低涵进出口开挖以及新开涵管开挖等，上部土方开挖可采用推土机推土，下部可采用铲运机运土，底部沟槽部分采用反铲式挖掘机配合拖拉机或汽车运输。开挖后的土方可以临时堆放在大坝两侧以备大堤土方回填需要。土方回填需严格按照水利工程施工规范要求施工。坝坡土层铺筑前，应先清基，将坝坡草皮铲除，平均清基厚度为0.5m，然后按设计要求铺筑填土。当上坝土料的含水量大于或小于填筑土料最优含水量时（据试验，土料最优含水量为19.6%），应对土料进行翻晒或加水。上坝土料含水量控制在最优含水量的±2%～3%以内，具体应通过现场试验确定。填筑前，需将结合面上的松土清除至合格层，新、老坝体接合部一定要按照大坝施工规范处理好。为了保证坝坡质量，便于施工削坡，坝坡培厚厚度应比设计坡面厚0.1m以上。本工程新开涵管为开挖埋设，施工时应特别注意做好开挖时的边坡防护及土方回填工艺。5.4.4砼工程施工本工程砼浇筑主要包括砼预制块、新建涵管进出口及涵管底座砼等。由两台或三台0.5m3/s移动式拌和机供料，手推胶轮车直接或转溜筒入仓，2.2kW插入式振捣器平仓捣实。施工时注意浇水、保温等养护工作。砼浇筑分层分块：均按水工永久缝分块，必要时设施工缝；各建筑物浇筑层厚为0.5m~2.0m，采用平铺法浇筑。71n5.4.5砌体拆除砌体拆除主要为原输水涵管及卧管的砌体拆除。砌体拆除采用液压岩石破碎机破碎配手风钻钻孔、人工大锤等工具拆除。弃料经二次破碎成小块并将钢筋由氧焊切割后，用1m3反铲挖掘机装8t自卸汽车运输，全部弃置于弃渣场。5.4.6下游贴坡排水工程大坝下游坡脚贴坡排水体为干砌石施工。可利用工程石方开挖拣集块石，块石由手推双轮胶车运至作业面，人工搬运砌筑。5.4.7承插管施工预制砼承插管施工应做好接头处理等,并等管座施工完毕后再安设管道。5.4.8草皮护坡草皮护坡主要为下游坝坡面草皮培植。外购草皮，10t载重汽车运至工地作业面附近，由人工挑至各作业面，采用人工铺植。护坡草皮护植前应将坡面土层整修平整，拍打密实进行铺植。铺植前应沿坡面先铺摊一层半腐殖土，腐殖土铺摊厚度一般为3～5cm为好，铺植后应及时洒水培育。5.5施工交通运输本工程对外交通只有简易道路通往大坝，交通不便。各类建筑材料均采用公路运输方式，由载重或自卸汽车运至工地。场内交通除需修建部分(长约400m)施工临时道路外，主要利用现有坝顶道路，不需另修建其他临时运输道路。5.6施工工厂设施及风、水、电布置施工用风：大坝防渗帷幕灌浆需使用压缩空气。根据用风需要，设置移动式空压机1台，根据实际用风需要灵活使用。施工用水：施工供水直接利用库水，需配备潜水泵4台。为便于施工，计划配IS80-65-125型离心泵2台，50QW18-15潜污泵2台，以利施工供、排水之用。施工用电：就近接入电网，能够满足施工需要。另需配置50kW柴油备用发电机组一套。施工通讯：为施工联系的方便，主要管理人员和技术人员另配移动电话4部。照明：施工区设置事故照明灯8套，应急灯2盏。71n5.7施工总布置5.7.1施工总布置的规划原则施工总体布置原则是：根据设计方案布置施工场地，保证材料进场、交通运输方便；场内施工材料取用方便，材料储备安全；施工场地内的用电线路布局合理、安全；便于后勤生活的安排供应；便于工程施工时的总体调度与指挥。本工程施工总布置应遵从以下原则：⑴施工临建设施与永久工程统一规划，两者尽量相结合。⑵尽可能利用现有场地或工程永久管理范围占地作为施工期临时用地，减少征地范围。⑶充分利用工程所在地现有设施，减少临建规模。⑷对于工程弃渣及利用料应妥善堆放，减少对工程的影响。本次除险加固工程，由于工程项目比较多，但工程点较为集中，总体布置应分区安排，统一管理。施工生产及生活区应分散布置在施工点附近，所需建材按计划分期、分批、分散存放。5.7.2施工场地规划由于工程建筑物分布较集中，场地主要分布在大坝坝顶，施工场地总占地面积200m2。具体布置见表5.7-1。施工营地主要为办公生活区，可就近借用民房，不再新建。由于坝区范围场地限制，施工用填土料可由附近土料厂运至坝顶，直接施工。本工程施工弃渣量较多，可直接由汽车运出坝区，在附近适宜场地设弃渣场。表5.7-1临时设施项目规模面积一览表项目名称建筑面积（m2）占地面积（m2）水泥仓库4050砼预制场5060砂石料堆场6080施工设备物资库80100合计2302905.8工总进度5.8.1安排原则（1）根据本工程项目的实际情况，本工程有如下2个项目必须在枯水期内完成：71n1）大坝除险加固措施：上游坝坡C15砼护坡；2）输水设施改造：原输水涵管挖除，新建输水涵管的施工。除上述2个项目外，其余大坝除险改造项目均可长年施工，不受洪水影响。（2）由于本工程项目较为集中，一个枯水期可以完成上述所有项目的施工，故本工程总工期按5个月控制。（3）枯水期项目施工安排的原则是：先紧后松，先重后轻。枯水期首先完成原输水低涵封堵及新开涵管的施工以及大坝上游坝坡的C15砼护坡、同时在大坝坝顶进行坝体和坝基的防渗灌浆。（4）除上述项目外，其余工程项目安排长年施工，穿插于以上项目之间进行。5.8.2施工分期本工程2011年10月开始施工，次年2月完成，总工期共5个月。施工准备期1个月，工程施工期4个月，完建扫尾1个月。工程筹建期不计入总工期，主要完成项目招标，施工征地等。施工期准备期1个月主要进行临时房屋，施工生产设施的修建，临时道路的修建等。工程施工期4个月，完成项目的主体施工。完建扫尾1个月，主要为扫尾工程施工，施工场地恢复与撤离，不计入总工期。表5.9-2施工总进度横道图序号工作名称2012年2013年101112121坝体冲抓回填及帷幕灌浆　　　　2上游坝坡整治　　　　3下游坝坡整治　　　　4坝顶整治　　　　5溢洪道加固工程　　　　6原输水涵管拆除　　　　7输水隧洞新建工程　　　　8防汛公路改造　　　　9大坝观测设施　　　　10办公及生活房屋改造等　　　　71n5.9要建筑材料和主要施工机械设备5.9.1主要建筑材料本工程所需主要建筑材料包括水泥、土料、汽油、柴油、砂石料等，根据主体及临时建筑工程量、施工方法、主要施工机械配备确定本工程所需主要建筑材料数量见表5.9-1。表5.9-1主要建筑材料数量表项目名称单位数量项目名称单位数量水泥t374砂m3681钢筋t12.9块石m32335.9.2劳动力按《水利水电建筑工程预算定额》进行估算，并参考有关资料，施工期高峰月劳动力约为35人。5.9.3主要施工机械设备本工程所需主要施工机械设备见表5.9-2。表5.9-2主要施工机械设备汇总表序号机械名称规格型号单位数量1单斗挖掘机1.0m3辆12推土机74kW台13拖拉机59kW辆14蛙式夯实机2.8kW部25载重汽车东风牌EQ140（5t）辆26自卸汽车柴油8t辆27双胶轮车辆48机动翻斗车1t台29手风钻01-30型台210灰浆搅拌机0.4m3台111泥浆搅拌机0.4m3台112灌浆泵高压台213羊足碾、拖拉机5-7t、59kW台214砂浆搅拌机0.4m3台115离心泵台216潜污泵台217空压机6m3台171n6环境保护与水土保持设计本次工程除险加固处理，不会对库区和下游增加不利影响。对大坝、溢洪道、输水涵洞进行改造，大大提高了水库调度的灵活性。从生态环境保护的角度审议，本工程属无污型工业，无制约本工程的环境影响问题；但是，一些加固工程项目的实施将在一定范围内扰动地面，破坏植被，并在有关加固工程项目废石废料弃置区和堆放区形成新的松散地面，必将使工程施工期间产生的“三废”污染以及施工人员相对集中导致的细菌、病毒传染加剧。为此，设计就环境和水保问题提出如下要求。6.1环境影响本次仅对原有水库枢纽工程进行除险加固，对环境的不利影响主要由工程施工造成。6.1.1废污水排放的影响施工期水污染主要来自砂石料冲洗、车辆、设备和场地冲洗产生的生产废水，以及施工人员生活污水。生产废水主要污染物为石油类和悬浮物；施工人员生活污水包括盥洗水和食堂下水，主要污染为BOD。如不进行妥善处理，将对周围水环境产生不利影响。6.1.2对环境空气的影响施工期环境空气污染源主要来自挖填土石方、物料装卸和运输过程中产生的扬尘和施工机械产生的尾气。主要污染物为TSP、CO、NOx。6.1.3对声环境的影响施工噪声主要为各种施工机械产生的噪声和汽车运输产生的交通噪声。施工噪声将产生扰民问题，并对现场施工人员的身心产生不利影响。6.1.4对交通的影响施工期间设备材料及弃土运输需要大量的车辆，必将加重当地交通负荷量。6.1.5生活垃圾对环境的影响工程施工期间，施工人员临时食宿地的生活污水及废弃物将对施工区卫生环境产生不利影响。尤其在夏天，若不对其进行专门管理和妥善处理轻则致蚊蝇孳生，重则致使工区人员爆发流行性疾病，影响工程施工进行，同时使附近居民遭受蚊、蝇、疾病的影响。6.1.6对人群健康的影响工程施工期间，施工人员劳动强度大，抵抗疾病的能力弱，加之施工人员的食宿安排在施工区内，易造成肠道传染病、肝炎等介水和食物传染病的流行。71n6.1.7工程占地对农业生产的影响工程本身不产生污染物，运行期亦对周围环境无不利影响。但工程施工永久和临时占地均对农业生产造成不同程度的影响。6.2环境保护措施（1）在加固工程方案比较中，选择了既经济又不对环境破坏的加固措施。（2）在施工场地布置时，尽可能少修临时施工道路。（3）生产废水及生活污水工程砼工程总量较大，主要为大坝砼护坡、溢洪道和防汛公路工程，可在该作业区设置处理池，采用明沟将砼施工废水收集入处理池，经泥沙沉淀处理后，由人工定期处理。机械检修、冲洗产生的油污不易降解，不能直接排入水体，应集中回收。建议在施工区设置1个机械集中维修冲洗点，用明沟收集冲洗废水入油水分离池进行处理，油水分离池设计为三格，单元格长度为2m，宽度为1.5m，池深1.5m。施工高峰期，大量施工工人的进驻，使得施工区生活污水排放量大增，生活污水主要污染物为生物需氧量、氨氮、大肠杆菌及悬浮物。生活污水可采用一体化污水处理设施处理达标后排放或用于污灌。（4）大气施工区大气污染源主要是粉尘和机械尾气。在施工过程中采取湿式除尘作业方法，场内交通道路应定期洒水，以减少粉尘污染；燃油机械可配备尾气净化器，严禁超负荷运行，确保尾气达标排放。（5）施工噪声源主要包括施工机械噪声和运输车辆噪声。施工噪声危害工作人员和周围居民的身心健康，同时给生产生活带来不便。对固定噪声源可采取封闭作业并尽量避免夜间工作；运输车输产生的交通噪声，主要控制超载、限速和限制高音鸣笛；重型机车应安装消声器。对受影响程度最深的一线工人主要是做好劳动保护工作，如施工工人轮换作业、避免长时间处在强噪声环境、佩戴防声头盔或隔声耳罩等。（6）固体废弃物生活垃圾运至垃圾处理场。建化粪池便进行无害化处理。（7）人群健康71n加强对施工人员的健康保护，完善施工区卫生管理，培养良好的卫生习惯；积极开展灭蚊灭鼠活动，切断传播途径；生活垃圾集中堆放，统一管理；建立完善防疫机构，做好疫情监测和预防工作，对施工人员定期进行体检，有传染病的施工人员不能进场施工。（8）交通保护在制定施工实施方案时应充分考虑交通因素，建设单位和运输部门应共同做好原材料运输工作，按规定线路行驶，并加强驾驶员的职业道德教育，同时可限制其它非施工车辆的数量，以保证线路的畅通。6.3环境监测6.3.1站网布置施工期环境监测包括水质、大气和噪声监测。其主要任务为监测施工对水环境的影响；监测施工区域以及施工区附近敏感点大气污染程度；监测施工噪声对环境的影响。水质监测设三个站：污水集水池（处理前污水）、污水处理系统出口处（处理后污水）、排污口下游河道。大气、噪声监测在各开挖作业面、砼搅拌系统、交通道路两旁设监测点。6.3.2监测项目及测频①水质监测项目：PH值、BOD5、SS、石油类、NH3-N、大肠杆菌；测频：施工高峰期每月二次，非高峰期酌减；监测时期：为施工期。②大气监测项目：粉尘、CO、SO2、NOx、TsP；测频：施工高峰期每月二次，非高峰期酌减；监测时期：为施工期。③噪声监测项目：A声级；测频：每月二次；监测时期：为施工期。施工期的环境监测可由业主委托当地环保部门进行。71n6.4水土保持设计6.4.1防治责任范围根据开发建设项目“谁开发谁保护、谁造成水土流失谁负责治理”的原则，确定防治责任范围为：工程征地范围、租地范围和土地使用管辖范围、临时施工场地、取料、弃料场等。6.4.2扰动地面情况根据枢纽除险加固工程的整体布置，经初步计算，项目施工扰动地面面积为4.0万m2，弃料场3400m2，石料场280m2，临建占地为480m2，防汛和施工道路1.9万m2；毁损水保林草1900m2。6.4.3防治措施（1）水土保持总体布局根据工程分布的特点，项目建设区水土保持以工程措施为先导，项目建设施工工作面（或“点”）在施工期的水土流失结合建筑物建设预以防治，防止暴雨洪水时施工面上的土、渣入河、入沟。在可能新增水土流失得以控制的前提下，通过“面”上草、林植被建设和土地复垦措施，保护新生地表，改善库区生态环境，使建设工程能充分发挥其效益。（2）工程措施本项目水土保持工程措施包括以下几项：①开挖土层面采用草皮护坡。②根据开挖情况，修建挡土墙以防止开采面在暴雨径流冲刷下土、渣流失及以利于开采完后废渣回填。③弃料场外侧边坡采用浆砌石护坡，防止渣场崩塌及坡面雨水冲刷。④为防止山岗周围雨水直接排入渣场，在渣场外侧开挖水沟。⑤对料场开挖面、临建工程区域及弃料场进行土地平整，上覆腐殖土，复垦为林草用地，恢复植被。（3）预防及监测措施对项目区贯彻“预防为主”的水土保持方针，保护现有草林植被，对施工区域及沿线的林草植被应尽量少破坏或不破坏，尽量营造良好的生态坏境。6.4.4工程量及进度安排项目水土保持工程量主要有土方开挖2061m3，浆砌石148m3，砂卵石垫层8m371n，平整土地0.005km2，植树造林0.001km2，草皮护坡0.005km2。水土保持施工进度原则上与主体工程保持一致。土料场的拦渣堤和弃土场的挡土墙及截水沟施工安排在主体工程动土施工之前进行。土料场的土地平整、覆土和弃土区的土地平整可与主体工程同步，植树种草及园林绿化等植物措施可在主体工程完毕后进行。本工程加固工程水土保持投资为1.79万元。6.5环境保护投资概算列入荷叶塘水库除险加固工程环境保护投资的项目为减免本工程不利影响所需采取的环境保护措施，施工期环保投资为1.59万元，详见表6.5-1。表6.5-1环境保护投资概算项目单价数量投资备注施工区环境保护水质保护砼废水处理0.2万元/处1处0.2万元环保专项投资建筑设施费0.2万元/处1处0.2万元含油废水处理0.1万元/处1处0.1万元建筑设施费0.2万元/处1处0.2万元空气质量保护扬尘控制0.15万元/年1年0.15万元人群健康保护生活垃圾及粪便处理0.10万元/年1年0.10万元环保专项投资卫生防疫0.15万元/年1年0.15万元环境保护管理与监理监测管理机构及运行费0.20万元/年1年0.20万元施工期环境监测0.14万元/年1年0.14万元施工期环境监理0.15万元/年1年0.15万元合计1.59万元71n7工程管理设计7.1工程建设期管理7.1.1组织机构荷叶塘水库大坝工程属V等工程，主要建筑物级别为5级，除险加固工程规模较大，须组织一个强有力的领导班子，成立专门的管理机构，相对独立地行使工程建设期内各项管理职能，以确保工程各项建设有序、有效、顺利进行。参照同类工程的经验和模式，初步确定管理机构框架：成立荷叶塘水库大坝除险加固工程建设指挥部，指挥部由镇政府主要领导任指挥长，村主要领导任副指挥长。指挥部管理人员由管理所相关单位业务人员组成，工程技术人员主要考虑由区水利局抽调。7.1.2工程管理工程建设指挥部全面负责工程建设期各项管理工作。①、工程项目严格按基建程序办事，完善项目申报制度。②、建立健全工程质量保证体系。强化质量意识，实行工程质量终身负责制；质量第一贯彻始终，工程项目实行质量一票否决制。③、切实实行“三制”：业主负责制，招标投标制，工程监理制。④、工程建材，设备采购严格实行“政府采购”制度。⑤、有效协调监理、设计、施工各方关系。⑥、有效抓好工程项目建设进度计划及目标管理，抓好工程各阶段验收及竣工验收的组织管理。7.1.3技术管理①、搞好业务培训。为适应工程建设的需要，搞好管理人员素质和管理业务水平，使工程进展更加顺利，要有计划地分期分批对管理人员，工程技术人员和工作人员进行业务培训。②、坚持技术咨询制度，对涉及工程项目的重大技术问题，工程建设计划和投资安排以及影响生态环境等重大问题，及时进行必要技术咨询和充分论证，以确保工程的安全性和经济合理性。③、建立技术和质量档案。工程建设过程中所有技术和质量文件、资料都要建档保存，以便备查和追索。71n7.2工程运行期管理7.2.1工程管理现状荷叶塘水库是一座以灌溉为主，结合防洪、养殖等综合效益的小(二)型水利工程。水库现有管理机构为镇水管站，隶属区水利局管辖。7.2.2管理机构荷叶塘水库除险加固工程完建后，产权及管理权仍归镇水管站所有，由镇水管站独立行使管理职能。7.2.3工程管理范围和保护范围枢纽区及生产区的征地范围，包括对外交通、道路桥梁、通讯线路、临近大坝的上游库区均为本工程的管理范围，在边界应设置明显的标志，在管理范围严禁外单位进行放炮、开山等生产性活动。生活区、枢纽区的各种机修、起重、交通运输、供电、用电设施均为管理单位所有。具体管理范围分述如下：①大坝外坡脚线向外延伸20m范围为大坝安全保护范围，并埋设界桩，水库界限范围存档备查。②大坝两端至山坡分水岭，与大坝垂直向外取直线距离100m，库内淹没线止等范围为大坝安全保护范围。安全保护范围内不准爆破、取土或从事其它危及工程安全的经营项目。③溢洪道自两边开挖线起向两侧直线延伸10～30m，属溢洪道安全保护范围，该范围内只准植树造林，不准开垦种植。7.2.4工程管理运用（1）建筑物检查①经常检查：水库管理单位对各建筑物的各个部位、闸门及启闭机械、动力设备、水流形态、库区岸坡稳定等进行经常检查。②定期检查：每年汛期、汛后抬高水位运行时应对挡水建筑物作定期检查。③特别检查：当发生特大洪水、暴风暴雨、地震等工程非常运行情况(或发生重大事故)，管理单位及时组织力量检查，必要时请上级主管部门共同检查。（2）维修管理制度水库除险加固工程完建后，对大坝、溢洪道、闸门及金属结构等要根据检查情况，针对存在的问题进行维修、维护，并制定相应的管理制度。71n8工程概算8.1编制说明8.1.1工程概况荷叶塘水库加固后水库正常蓄水位达到172.07m，相应的正常库容15.8万m3，死水位157.06m，相应的死库容0.2万m3，校核洪水位161.28m，相应的总库容17.2万m3，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），确定本水库为小（二）型水利工程，枢纽工程等级为Ⅴ等，其主要建筑物级别为5级，次要建筑物级别为5级，其洪水标准为：设计洪水标准采用20年一遇，校核洪水标准采用200年一遇。水库枢纽工程主要由大坝、溢洪道及放水设施等组成，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养殖等综合性效益的小（二）型水利工程。根据永州市水利局大坝安全认定报告书的结论，并结合工程实际情况，本次水库除险加固工程初步设计的主要内容有：1、对坝基、坝体进行防渗处理。2、对溢洪道进行改造加固。3、改造放水设施。4、建立并完善大坝位移、渗流等安全监测设施，加强安全监测。5、完善各项规章制度，制定防洪应急预案。主　体　工　程　量项目名称单位数量土石方开挖m32517.7土方回填m32094.3砼及钢筋砼m3679浆砌块石m3183帷幕灌浆m235.75冲抓回填m2170干砌块石m350钢筋制安t16.3671n主　要　材　料　用　量项目名称单位数量水泥t374砂子m3681碎石m3593块石m3283钢筋t12.9劳动工日万个0.93858.1.2编制依据1、基本依据（1）定额依据：根据编规的有关规定，建筑工程执行水利部水总（2002）第116号文颁发的《水利建筑工程概算定额》；施工机械台时费执行水利部水总（2002）第116号文颁发的《水利工程施工机械台时定额》。安装工程执行水建管（1999）523号文颁发的《水利水电设备安装工程概算定额》及水建（1993）63号文颁发的《中小型水利水电设备安装工程概算定额》。(2）费用标准及依据：执行湘水建管（2008）16号文颁发的《水利水电工程设计概（估）算编制规定》。其费用标准如下：1）其它直接费：建筑工程按基本直接费的3%，安装工程按基本直接费的4.1%；2）现场经费：按直接费的百分比计算。其中土石方工程为8%，砼工程为7%，模板工程为7%，砌石工程为7%，钻孔灌浆工程为6.5%，其他工程为6.5%，安装工程按人工费的40%计算。3）间接费：土石方工程按直接工程费的8%，，砌石工程按直接工程费的7%，砼工程按直接工程费的5%，钻孔灌浆工程按直接工程费的6.5%，模板工程按直接工程费的5.5%，机电及金结设备安装工程按人工费的45%，4）利润：按直接工程费加间接费之和的7%计算。5）税金：按直接工程费、间接费、利润之和的3.22%计算。2、基础资料71n①人工单价：执行湘水建管（2008）16号文颁发的《水利水电设计概（估）算编制规定》。其是：工长为9.87元/工时，高级工为9.32元/工时，中级工为7.22元/工时,初级工为5.6元/工时。②材料运距：荷叶塘水库工程区到冷水滩区全程30km，运输形式采用公路运输。钢材、汽油、柴油、炸药、木材均需到冷水滩区购买，运距30km。水泥需到骄阳水泥有限公司购买，运距35km。③材料预算价格：根据导则要求，主要材料价格按业主提供并签字盖章所提供的价格及运输距离进行计算。次要材料采用冷水滩区物价最新公布材料价格计算。④砂石料价格：河砂、卵石需到冷水滩区文昌阁沙场购买，运距30km。碎石、块石需到马坪二皇庙采石料场购买，运距20km。⑤风、水、电单价：　　　　　风价：0.17元/m3　　　　　电价：0.95元/kwh水价：1.04　元/m33、主要设备费编制依据：主要机电设备价格按近期厂家询价编制，其它设备参考同类工程确定。4、材料价格调差目前钢筋基价按3200元/t；柴油基价按3600元/t；汽油基价按3800元/t；水泥基价按280元/t；砂、卵石基价按50元/m3；块石基价按60元/m3。8.2工程投资本工程总投资为229.50万元，其中基本预备费为10.74万元。不考虑价差预备费和建设期贷款利息。工程总投资详见表8-1。71n8-1工程总投资概算表总概算表单位：万元编号工程或费用名称建筑工程费设备及安装费其它费用合计占一至五部分投资（％）Ⅰ工程投资　　　225.64　　第一部分建筑工程　169.89　　169.8979.06%(一)挡水工程127.49　　127.49　(二)放水设施38.08　　38.08　(三)溢洪道加固4.32　　4.32　　第二部分机电设备及安装　1.71　1.710.79%(一)观测设施　1.71　1.71　　第三部分金属结构及安装　0.80　0.800.37%（一）放水设施　0.80　0.80　　第四部分临时工程13.39　　13.396.23%(一)施工围堰1.49　　1.49　(二)施工房屋建筑工程5.66　　5.66　(三)场外施工用电0.75　　0.75　(四)其他临时工程3.49　　3.49　　第五部分其它费用　　29.1029.1013.54%（一）建设管理费　　11.2011.20　（二）安全鉴定费　　5.005.00　（三）科研勘测设计费　　12.0812.08　（四）其它费用　　0.820.82　　合计183.282.5129.10214.89100.00%　基本预备费　　　10.74　　静态投资　　　225.64　　　　　　　　Ⅱ环境保护工程　　　1.83　Ⅲ水土保持工程　　　2.03　　水土保持　　　1.83　　水土保持补偿费　　　0.20　　　　　　　　Ⅳ工程总投资　　　229.50　内部资料71n仅供参考9JWKffwvG#tYM*Jg&6a*CZ7H$dq8KqqfHVZFedswSyXTy#&QA9wkxFyeQ^!djs#XuyUP2kNXpRWXmA&UE9aQ@Gn8xp$R#͑Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpaz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