小型水库除险加固工程施工组织设计

小型水库除险加固工程施工组织设计

1综合说明1.1工程位置石板河水库位于驻马店市遂平县嵖岈山风景区石板河上，系淮河流域汝河水系，是一座具有防洪、供水等功能的小(2)型水库。其下游紧邻嵖岈山风景管理区，由于嵖岈山风景区为遂平西部山丘区，据河南省地质局水文地质队1975年印发的《驻马店地区水文地质普查报告》查得，该区无论浅层、深层均为贫水区，地下水源贫乏；水库成为向风景管理区提供生活用水的保证水源。工程区距遂平县城25km，近邻京广铁路、京珠高速和107国道，地理位置较为重要。1.2工程建设综述及存在问题水库始建于60年代，工程在无任何勘测设计资料的情况下即上马施工，建筑物结构简陋，施工质量极为低劣，且无明确的防洪设计标准。“75.8”洪水时冲毁，1993年复建，当时未做任何勘察设计，坝基未做彻底清理就开始填筑坝体，坝体为当地老百姓自行填筑而成；水库至今未做任何加固处理工作，保持原有状况。目前，水库存在的主要问题有：①防洪标准偏低。现状坝顶平均高程138.70m，防洪标准不足10年一遇，不满足规范要求；②坝基清基不彻底，库水位较高时，主河槽坝段(0+080～0+190)坝脚出现渗水现象；③当年施工时，右坝肩与坝体结合部处理不彻底，存在高水位右坝肩绕渗之可能；④溢洪道为土渠，多次过流冲刷，淤积严重；且其下游出口尾水渠段存在有阻水桥梁1座；⑤水库现状蓄水能力较小（总库容24万m3n左右），兴利库容有限，无法满足嵖岈山风景管理区长期发展用水之需要。1.3工程规模石板河水库坝址以上主河道长2.395km，平均比降1／20。水库上游有曹寺沟水库1座（小(2)型水库，控制流域面积0.85km2），曹寺沟水库与石板河水库区间流域面积2.265km2。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)和国家《防洪标准》(GB50201-94)，石板河水库属小(2)型水库，工程等别为Ⅴ等，主体工程按5级建筑物设计。本次除险加固，水库采用20年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核。水库起调水位138.70m，经调洪演算，水库兴利水位拟定为139.00m，相应库容39.5万m3；设计水位140.22m，相应库容51.2万m3；校核水位140.88m，相应库容60.7万m3。水库主要建筑物有大坝、溢洪道和副坝等。1.4工程现状1.4.1大坝大坝为均质土坝，坝长270m，坝顶高程138.50～139.00m，最大坝高8.5m，坝顶宽4.0m，无防浪墙；大坝上、下游坡率均为1：2，草皮护坡。在桩号0+165处的坝体下部埋置有1根灌溉用的斜卧输水管道，常年敞泄，影响水库正常运用。1.4.2溢洪道溢洪道位于大坝左岸，为开敞式土渠溢洪道，底部高程137.20m，底宽24m。溢洪道出口尾水渠段现有阻水桥梁一座。n1.5水库除险加固缘由及工程设计的主要内容水库自1993年复建至今，一直带病运行，由于缺乏工程经费，至今未对其进行除险加固。经多年运行，水库的主要建筑物均不同程度地出现了一些病险问题，有的属于当时施工条件、施工技术不佳引起的质量隐患，有的属于原改善加固工程遗留的问题，有的属于社会发展的需要。这些问题中有些已相当严重，如不及时处理，将会影响到水库的正常运行，因此，对石板河水库进行除险加固势在必行。由于受工程经费所限，根据管理单位要求，本期除险加固的主要项目包括：①根据设计防洪标准加高加固坝体；②增设坝顶防浪墙；③在坝后坡坡脚处增设贴坡排水和纵向排水沟一道；④随着防洪标准的提高，需填筑平均高度为2.0m的副坝1座；⑤土渠溢洪道加固处理等。完成上述工程，计需土方开挖4024m3，石方开挖120m3，土方回填28296m3，砌（抛）石1137m3，砼及钢筋砼360m3。工程概算总投资125.02万元。水库工程特征值见表1-1。表1-1水库工程特征值表项目单位数量项目单位数量20年一遇设计水位m140.22相应库容万m351.250年一遇校核水位m140.88相应库容万m360.7主坝坝型均质土坝坝顶高程m141.00坝顶宽度m5.0坝顶长m340.0最大坝高m11.0防浪墙顶部高程m141.80副坝坝型均质土坝坝顶高程m141.00坝顶宽度m3.0坝顶长m50.0最大坝高m3.8溢洪道堰顶高程m138.70型式开敞式堰顶宽m3.0堰顶长m24.0设计泄量m3/s71.7校核泄量m3/s123.4n2水文2.1流域概况工程区内多为梁状地形和峁状地形，坡陡谷深，土薄石厚，自然条件、环境条件较差，地势西北高、东南低，海拔高度在140.00～512.00m之间。石板河水库上游河道长度2.395km，河道平均比降1/20；水库上游有一座曹寺沟水库，属小(2)型水库，控制流域面积0.85km2；曹寺沟水库下游与石板河水库区间流域面积为2.265km2。工程所在地属北亚热带向北温带过渡地带，具有暖温带季风气候特征，气候温和，四季分明，春光明媚，夏雨充沛，秋高气爽，冬寒晴燥。年风向变化秋冬以北风为主，春夏南风占优势。多年平均气温15℃，光照总时数2208小时，无霜期224天，多年平均降雨量约800～1200mm。2.2水库特性资料2.2.1流域面积、河道特征及库容曲线水库上游有1座小(2)型水库(曹寺沟水库)，控制流域面积0.85km2,两水库区间流域形状酷似“元宝”，流域面积为2.265km2，河道长度2.395km，河道平均比降1/20，水位库容数据关系见表2..2—1。2.2.2水库等别依据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)和国家《防洪标准》(GB50201-94)，石板河水库属小(2)型水库，工程等别为Ⅴ等，主要及次要建筑物级别均为5级;设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准为300年一遇。表2.2—1水位～库容数据关系表n水位(m)库容(万m3)水位(m)库容(万m3)134.5014.50138.0032.15134.6014.85138.2033.50134.8015.70138.4034.80135.0016.45138.6036.25135.2017.23138.7037.00135.4018.00138.8037.85135.6018.80139.0039.50135.8019.75139.2041.20136.0020.70139.4043.00136.2021.70139.6044.80136.4022.70139.8046.76136.6023.74140.0048.67136.8024.80140.2050.94137.0025.90140.4053.24137.2027.15140.6056.30137.4028.35140.8058.35137.6029.55141.0062.88137.8030.85141.2066.962.3设计洪水采用《河南省中小流域设计暴雨洪水图集》（1984年版，以下简称“84图集”）计算洪水。2.3.1设计面雨量设计雨期确定为24小时，查“84图集”1、6、24小时点雨量值Ht及相应的偏差系数Cv，并计算各频率的设计值Htp(点雨量等于面雨量)汇于表2.3—1。表2.3—1年最大1、6、24小时面雨量表n时段tHt(mm)CvCs=3.5Cv1/101/201/501/2001/300KpHtpKpHtpKpHtpKpHtpKpHtp10min17.50.411.5527.11.8031.52.1237.12.5845.22.7247.61h480.551.7282.62.10100.82.58123.83.34160.33.55170.46h980.651.83179.32.30225.42.94288.13.92384.24.22413.624h1350.651.83247.12.30310.52.94396.93.92529.24.22569.7其它不同历时的设计雨量通过暴雨递减指数由下列各式计算：t=1～6小时，t=6～24小时，式中:—t时段设计频率为P的面雨量，mm；—设计1、24小时面雨量，mm；—设计历时，h；—设计暴雨递减指数：;;—设计各频率10分钟、1、6、24小时点雨量，mm；α—相应的点面折减系数，这里为1；n1p、n2p、n3p计算见表2.3—2。表2.3—2各频率暴雨递减指数n时段t(h)项目1/101/201/501/2001/3001n1p0.380.350.330.290.291-n1p0.620.650.670.710.712、3、4、5n2p0.570.550.530.510.511-n2p0.430.450.470.490.497、8…23、24n3p0.770.770.770.770.771-n3p0.230.230.230.230.232.3.2设计净雨降雨径流关系线选用“84图集”“河南省山区丘陵地区降雨径流关系曲线图”Ⅱ号线，土壤最大蓄水量Imax=45mm。由各频率24小时暴雨查“84图集”次降雨径流关系得净雨R24，Pa为设计前期影响雨量，50年一遇以上暴雨，10～20年一遇。计算结果见表2.3—3。表2.3—3区间设计净雨计算表项目1/101/201/501/2001/300设计雨量P247.1310.5396.9529.2569.7前期影响Pa30.030.045.045.045.0P+Pa277.1340.5441.9574.2614.7查84图集:R24201.0262.0361.0490.0530.02.3.3设计洪水设计洪水采用降雨径流关系计算。1、设计洪量24小时设计洪量采用下式计算：n式中:—24小时净雨深，mm；—区间流域面积。列表计算见表2.3—4。表2.3—424小时各频率区间设计洪量频率P项目1/101/201/501/2001/300R24(mm)201.0262.0361.0490.0530.0W24(万m3)45.5359.3481.77110.99120.052、设计洪峰流量用推理公式计算洪峰流量，基本公式为：式中：—设计洪峰流量，m3/s；—洪峰径流系数；—洪峰汇流时间，h；—流域面积；—干流长度；—的平均坡降；—设计最大1小时雨量平均强度，即设计频率1小时面雨量，mm；—设计暴雨递减指数,当小时n=n2，小时n=n3：n—平均入渗率，取mm/h；—汇流参数，根据公式，求出。将三个基本公式联立转换成方程：为最大1小时净雨平均强度。先设=0，则S′=S，假设τ在1～6小时之间，用n＝n2代入求出τ0，若1≤τ0≤6则假设合理（否则设τ在6～24之间，用n＝n3代入求τ0），再用公式求出S′，将S′代入求出τ，将τ代入基本方程求出ψ，再求出Qm。过程见表2.3—5。表2.3—5区间洪峰流量频率P项目1/101/201/501/2001/300θ5.2995.2995.2995.2995.299m0.940.940.940.940.94μ44444n0.380.350.330.290.29S82.6100.8123.8160.3170.4τ00.6910.6570.6220.5830.574S'79.12497.347120.38156.879166.995τ0.700.660.630.590.58ψ0.9580.9660.9720.9790.98Qm57.170.988.3115.2123.23、洪水过程线n采用概化过程线叠加方法。依据“84图集”表（2）24小时暴雨时程分配表，结合各历时设计面雨量，计算逐时降雨量。用公式计算逐时净雨量，将其过程绘于图上，如右图上部分，然后绘制概化等腰三角形，底宽为2τ，高为Qm，以各个τ时段的净雨平均强度计算各次峰的洪峰流量，按等腰三角形对应于净雨过程绘于图上，叠加绘出24小时洪水过程线，调整过程线量算的洪量与由净雨计算的洪量相等，如图中的下部分。根据图中的叠加过程线查出各时段对应的流量值，形成区间洪水过程线（情况A），见表2.3—6；由于曹寺沟水库资料不全，20年一遇洪水设计、300年一遇洪水校核时，水库下泄洪量无法确定。为了确保石板河水库的防洪安全性，考虑另一种计算工况，即不考虑曹寺沟水库的截流影响，石板河水库控制流域面积按3.115km2计（区间流域面积2.265km2＋曹寺沟水库上游流域面积0.85km2，情况B），洪水过程线见表2.3—7。表2.3—6区间洪水过程表(情况A)时序(小时)1/101/201/501/2001/300n70.00.00.00.00.080.10.30.61.72.090.40.91.52.83.0100.71.12.54.04.2110.91.93.55.05.6121.32.84.56.67.3132.44.67.59.810.8147.09.815.020.222.51529.035.046.059.763.51657.170.988.3115.2123.21719.524.035.049.052.5184.56.310.014.015.5191.83.25.37.38.2200.91.83.25.05.6210.41.22.24.04.5220.30.81.42.43.0230.10.40.81.42.0240.00.00.00.00.0表2.3—7全流域洪水过程表(情况B)时序(小时)1/101/201/501/2001/30070.00.00.00.00.080.10.31.32.33.090.40.92.54.55.0100.82.04.06.06.5111.22.55.07.48.0121.93.56.39.610.5133.75.59.312.513.5148.011.018.526.428.01536.043.757.875.080.01677.296.0119.5155.6166.51728.035.047.865.072.0186.09.014.019.521.5192.54.46.39.510.0201.12.64.46.57.5210.62.03.05.36.0220.40.82.03.24.0230.20.40.81.82.0240.00.00.00.00.0n2.4洪水调节计算2.4.1洪水调节计算方法采用水量平衡方程逐时段调算水库下泄量及蓄水变化过程，基本公式为：;式中：Q1、q1—时段初入库、出库流量；Q2、q2—时段末入库、出库流量；V1、V2—时段初、末水库蓄水量；—水库蓄水量与泄量的关系。2.4.2泄流量计算此水库仅有宽顶堰型溢流坝泄洪，其泄流量计算采用宽顶堰自由出流公式计算，过流能力计算公式如下：式中：Q—流量，m3/s；B—过流净宽，24m；H0—计入行近流速水头的堰上总水头，m；g—重力加速度，m/s2；m—流量系数，取1；σc—侧收缩系数，取1。不同水位下的泄流量计算结果见表2.4—1。n2.4.3调洪计算成果水库泄洪采用溢流堰自由溢流，堰顶高程为138.70m。调洪时考虑以下两种情况：A、洪水来临之前曹寺沟水库有足够的库容拦蓄其上游洪水；B、曹寺沟水库不存在。调洪辅助曲线见表2.4—1。按调洪原则采用半图解法求得不同频率的蓄水量、最高库水位和最大泄流量。调节结果分别见下列两种详述（表中单位为V：万m3；H：m；Q、q：m3/s）。表2.4—1调洪演算辅助曲线(△t=1小时)库水位H(m)蓄水量V(万m3)(m3/s)q溢洪道(m3/s)(m3/s)138.636.25201.4201.4138.737.00205.60.0205.6138.837.85210.31.2211.5139.039.50219.46.3225.7139.241.20228.913.5242.4139.443.00238.922.4261.3139.644.80248.932.7281.6139.846.76259.844.1303.9140.048.67270.456.7327.1140.250.94283.070.3353.3140.453.24295.884.8380.6140.656.30312.8101.8414.6140.858.35324.2113.1437.3141.062.88349.3133.4482.7141.266.96372.0151.2523.2n1、情况A表2.4—2调洪过程表[P=1/10情况A]时段QiQi+Qi+12V/△t+qq2V/△t-qVH70.0205.637.00138.780.10.1205.70.0205.790.40.5206.20.1206.0100.71.1207.10.3206.5110.91.6208.10.5207.1121.32.2209.30.8207.737.5132.43.7211.41.2209.037.8147.09.4218.43.7211.038.61529.036.0247.015.7215.641.61657.186.1301.642.9215.846.6139.781719.576.6292.438.2216.045.8表2.4—3调洪过程表[P=1/20情况A]时段QiQi+Qi+12V/△t+qq2V/△t-qVH70.0205.637.00138.780.30.3205.90.1205.790.91.2206.90.3206.3101.12.0208.30.6207.1111.93.0210.10.9208.3122.84.7213.01.7209.638.0134.67.4217.03.2210.638.5149.814.4225.06.0213.039.41535.044.8257.820.8216.242.71670.9105.9322.154.0214.148.3139.961724.094.9309.046.9215.247.2n表2.4—4调洪过程表[P=1/50情况A]时段QiQi+Qi+12V/△t+qq2V/△t-qVH70.0205.637.00138.780.60.6206.20.1206.091.52.1208.10.5207.1102.54.0211.11.1208.9113.56.0214.92.4210.1124.58.0218.13.6210.938.6137.512.0222.95.3212.339.21415.022.5234.810.2214.440.41546.061.0275.429.6216.244.21688.3134.3350.468.8212.850.7140.181735.0123.3336.161.4213.349.4表2.4—5调洪过程表[P=1/200情况A]时段QiQi+Qi+12V/△t+qq2V/△t-qVH70.0205.637.00138.781.71.7207.30.4206.592.84.5211.01.1208.8104.06.8215.62.7210.2115.09.0219.24.0211.2126.611.6222.85.2212.439.2139.816.4228.87.6213.639.81420.230.0243.614.1215.441.31559.779.9295.339.7215.946.016115.2174.9390.789.9210.954.1140.461749.0164.2375.181.9211.352.8n表2.4—6调洪过程表[P=1/300情况A]时段QiQi+Qi+12V/△t+qq2V/△t-qVH70.0205.637.00138.782.02.0207.60.4206.893.05.0211.81.3209.2104.27.2216.43.0210.4115.69.8220.24.3211.6127.312.9224.55.9212.739.31310.818.1230.88.5213.840.01422.533.3247.115.7215.741.61563.586.0301.743.0215.746.616123.2186.7402.395.7210.955.2140.541752.5175.7386.687.8211.053.8表2.4—7调洪成果表[情况A]P最高水位(m)最大蓄水量(万m3)最大泄量(m3/s)1/10139.7846.642.91/20139.9648.354.01/50140.1850.768.81/200140.4654.189.91/300140.5455.295.7n2、情况B表2.4—8调洪过程表[P=1/10情况B]时段QiQi+Qi+12V/△t+qq2V/△t-qVH70.0205.637.0138.780.10.1205.70.0205.790.40.5206.20.1206.0100.81.2207.20.3206.6111.22.0208.60.6207.4121.93.1210.51.0208.537.7133.75.6214.12.2209.738.1148.011.7221.44.7212.039.01536.044.0256.019.9216.242.51677.2113.2329.457.9213.648.9140.021728.0105.2318.852.2214.448.0表2.4—9调洪过程表[P=1/20情况B]时段QiQi+Qi+12V/△t+qq2V/△t-qVH70.0205.637.0138.780.30.3205.90.1205.790.91.2206.90.3206.3102.02.9209.20.7207.8112.54.5212.31.5209.3123.56.0215.32.6210.138.3135.59.0219.13.9211.338.71411.016.5227.87.2213.439.71543.754.7268.125.9216.343.61696.0139.7355.971.7212.551.2140.221735.0131.0343.565.2213.150.1表2.4—10调洪过程表[P=1/50情况B]n时段QiQi+Qi+12V/△t+qq2V/△t-qVH70.0205.637.0138.781.31.3206.90.3206.392.53.8210.10.9208.3104.06.5214.82.4210.0115.09.0219.03.9211.2126.311.3222.55.1212.339.1139.315.6227.97.2213.539.71418.527.8241.313.0215.341.11557.876.3291.637.8216.045.716119.5177.3393.391.4210.554.3140.481747.8167.3377.883.3211.253.0表2.4—11调洪过程表[P=1/200情况B]时段QiQi+Qi+12V/△t+qq2V/△t-qVH70.0205.637.0138.782.32.3207.90.5206.994.56.8213.72.0209.7106.010.5220.24.3211.6117.413.4225.06.0213.0129.617.0230.08.1213.839.91312.522.1235.910.7214.540.51426.438.9253.418.7216.042.21575.0101.4317.451.4214.647.916155.6230.6445.2116.6212.059.1140.801765.0220.6432.6110.8211.057.9表2.4—12调洪过程表[P=1/300情况B]n时段QiQi+Qi+12V/△t+qq2V/△t-qVH70.0205.637.0138.783.03.0208.60.6207.495.08.0215.42.6210.2106.511.5221.74.9211.9118.014.5226.46.6213.21210.518.5231.78.9213.940.11313.524.0237.911.6214.740.71428.041.5256.220.0216.242.51580.0108.0324.255.1214.048.416166.5246.5460.4123.4213.660.7140.881772.0238.5452.1119.7212.759.8表2.4—13调洪成果表[情况B]P最高水位(m)最大蓄水量(万m3)最大泄量(m3/s)1/10140.0248.957.91/20140.2251.271.71/50140.4854.391.41/200140.8059.4116.61/300140.8860.7123.42.5水库防洪能力计算根据规范SL274-2001《碾压式土石坝设计规范》规定，坝顶在水库静水位以上的超高应按下式计算：超高式中：y—超高，m;nR—波浪爬高，m；A—安全加高，此水库大坝为5级建筑物，设计状态取0.5m，校核状态取0.3m；e—最大风壅水面高度，m。2.5.1波浪爬高库区属浅山丘陵区，最大风速小于26.5m/s、水库风区长度小于7500m，波浪的高度和平均波长采用鹤地水库公式：式中：g—重力加速度，取9.81m/s2；h2％—累积频率为2％的波高，m；D—风区长度，m；W—计算风速，m/s，设计状况为18m/s，校核状况为12m/s；Lm—平均波长，m。计算结果见表2.5-1。表2.5—1波浪爬高值状况情况A情况B设计1/200.89m0.90m校核1/3000.52m0.52mn2.5.2风壅高度壅高公式：式中：e—计算点处的风壅水面高度，m;K—综合摩阻系数，取3.6×10-6；β—计算风向与坝轴线的夹角，30°。计算得:设计状态e＝0.0009m,校核状态e＝0.0006m。2.5.3安全超高表2.5—2安全超高值P情况A情况B设计1/201.39m1.40m校核1/3000.82m0.82m2.5.4防浪墙顶高程分别按两种情况计算列表如下：表2.5—3坝顶高程计算成果表[情况A]P最高水位(m)安全超高(m)防浪墙顶高程(m)1/20139.961.39141.351/300140.540.82141.36表2.5—4坝顶高程计算成果表[情况B]P最高水位(m)安全超高(m)防浪墙顶高程(m)1/20140.221.40141.621/300140.880.82141.70依据调洪计算，为确保水库大坝安全，本次除险加固采用情况B的调洪结果，即大坝坝顶高程加高至141.00m，n并在坝顶迎水面设0.8m高的防浪墙，防浪墙墙顶高程为141.80m。3工程地质3.1地质勘察工作概况石板河水库水文工程地质勘察工作由驻马店市水利勘测设计研究院承担。1993年水库复建时未做地质勘探工作，无工程地质资料。为满足水库除险加固的需要，受嵖岈山风景区管委会的委托，驻马店市水利勘测设计研究院于2003年10月对大坝进行了工程地质勘察，共完成坝顶钻孔6眼，总进尺52.5m；采取原状土样13组，室内土工试验13组,并编制出《嵖岈山风景区石板河水库工程地质勘察报告》。3.2库区工程地质条件及评价3.2.1地形、地貌该区地貌形态成因类型简单，以剥蚀形成的低山丘陵地形为主，沿河流形成冲洪积条带状平原，分布于水库下游。低山丘陵地形分布于水库上游及两侧，低山较为陡峻，丘陵较为平缓，山坡岩石裸露，植被很不发育。冲洪积条带状平原，分布于水库下游，向东南逐渐开阔。低山岩石裸露，岩质较为坚硬，剥蚀现象渐趋稳定，水土流失、固体径流量较轻微，库区淤积不甚严重。3.2.2地层岩性第四系松散沉积物广泛分布于河流两侧，岩性以中更新统中粉质壤土及粉质粘土为主，底部为砂卵砾石。n前第四系地层主要为花岗片麻岩，呈肉红色，构造裂隙及风化裂隙发育，岩质较坚硬。3.2.3水文地质条件库区内水文地质条件简单，地下水类型主要为基岩裂隙水及第四系松散岩类孔隙潜水，主要接受大气降水入渗补给，地下水向河谷及库区发生径流，消耗于库面蒸发及排向水库下游。由于库区内地层岩性及地质构造单一，库区渗漏量较小。3.2.4库区工程地质条件评价在水库正常蓄水范围内，组成库盘及库岸的岩性主要为花岗片麻岩，其透水性较弱，无透水断层通向库外。水库运行以来，未发生严重渗漏现象。库区属低山丘陵地貌，除岩石风化外，不良物理地质现象不发育，未见明显库岸坍塌、滑坡现象。由于库区基岩裸露，岩质较坚硬，固体径流量较弱，库内淤积不甚严重。3.3坝址区工程地质条件及评价3.3.1地层岩性1、前第四系地层主要岩性为花岗片麻岩，呈肉红色，构造裂隙及风化裂隙发育，岩石较坚硬。n2、第四系地层①残坡积物主要为中更新统残坡积粉质粘土，呈棕黄色，结构较密实，含少量碎石，透水性较弱。分布于山坡坡脚及冲沟两侧，厚0.5～3.0m。②冲洪积物主要为砂卵砾石，结构较疏松，透水性强，分布于河床部位，厚0.5～1.0m。3.3.2水文地质条件1、地下水类型坝址区水文地质条件较为简单，地下水类型主要为第四系孔隙潜水及基岩裂隙水，受大气降水入渗补给，排泄于河谷及水库。地下水动态类型属降雨径流型。2、坝区岩体透水性根据临近资料分析，残坡积物属微透水性；砂卵石层为强透水性；基岩属中～微透水层。根据水库蓄水运用调查情况，坝基渗漏不甚严重，但仍存在轻微渗漏现象。3、坝址区工程地质评价(1)坝址区边坡较稳定，未发生坍塌、滑坡等不良地质现象；(2)地下水类型较为简单，主要为孔隙性潜水及基岩裂隙水；(3)坝基渗漏不甚严重，但仍存在轻微渗漏现象；n(4)建议对河槽段地基采取帷幕灌浆处理。3.3.3坝基渗漏及绕坝渗漏分析根据钻探成果分析，河床段坝基上部存在较强透水的泥质砂、卵、砾石，虽厚度较薄，但存在一定的渗漏问题。河床两侧山坡坡面存在残积土及风化岩，目前低水位情况下虽然没发现绕坝渗漏现象，但仍存在高水位情况下的绕坝渗漏问题。3.3.4小结(1)坝体填筑土质量一般，且压实度上下、左右分布不均；(2)坝基清基不彻底，质量较差；(3)坝基存在一定的渗漏问题，高水位时存在绕坝渗漏问题；(4)建议对坝基进行帷幕灌浆加固处理。3.4地震石板河水库工程区地壳较为稳定，历史地震具有强度小、频度低之特点，其最大震级不超过5级。由中国技术监督局2001年发布的《中国地震动参数区划图》查得，该区地震动参数为0.05g，相当于地震基本烈度为Ⅵ度。4除险加固工程任务和规模4.1工程的作用和任务石板河水库位于驻马店市遂平县嵖岈山风景区石板河上，n担负着向嵖岈山风景管理区提供生活用水和防洪的重任。水库上游无城镇，自然植被较好，库区在核心景区外侧，污染源较少，水质清澈明净，据水质化验资料显示，水库水质良好。根据中华人民共和国地表水环境质量标准，水库水综合评价为二类，符合乡镇供水水源水质要求。石板河水库原为一座小(2)型水库，“75.8”水毁，1993年由风景区政府复建，由于没有规划设计，水库建设标准低，目前仍是一座病险水库，库容没有达到设计标准，可供利用的水量十分有限，供水严重不足，不仅给人民的生活、生产带来很大不便，同时由于缺水，一些度假村、宾馆等设施无法上马，游客大大减少，严重影响风景区旅游产业的健康发展和经济效益，减弱了旅游业对贫困地区经济发展的带动力。随着社会发展、人民生活水平的不断提高，需水量日益增大，加之现有地表水源日趋衰竭，供水与缺水矛盾十分突出。严重缺水问题，已成为当地群众发展经济、增加收入、脱贫致富的主要制约因素，因此，对石板河水库进行除险加固势在必行。本次除险加固工程的主要任务是本着根除工程隐患，排除工程险情的原则，在保证水库本身安全的前提下，确保水库综合效益的正常发挥。4.2工程规模根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)和国家《防洪标准》(GB50201-94)，石板河水库属小(2)型水库，工程等别为Ⅴ等，主体工程按Ⅴ等5级建筑物设计。水库防洪标准为20年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核。除险加固工程调洪验算成果：20年一遇设计洪水位140.22m，溢洪道n泄量71.7m3/s；300年一遇设计洪水位140.88m，溢洪道泄量123.4m3/s。4.3除险加固原则本次除险加固工程方案应考虑以下原则：(1)本次除险加固的重点是解决危及水库“险”、“病”等突出问题。(2)在确保水库防洪安全程度、提高水资源的利用程度。(3)加固工程措施尽可能做到技术先进、经济合理、安全可靠，有利于工程运用管理。(4)根据现有建筑物的原设计条件、工程质量及存在问题，具体分析，提出合理的除险加固方案。(5)加固工程的施工要尽量做到不影响水库正常运行，特别是汛期渡汛，要确保渡汛、施工两安全。5工程布置及建筑物5.1设计依据5.1.1工程等别及建筑物级别水库控制流域面积按3.115km2计（区间流域面积2.265km2＋曹寺沟水库上游流域面积0.85km2，情况B），采用本次水文复核成果，防洪标准为20年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核。防洪起调水位138.70m，经调洪演算，水库兴利水位拟定为139.00m，相应库容39.5万m3，设计洪水位140.22m，相应库容51.2万m3，校核洪水位140.88m，最大库容60.7万m3。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000n)和国家《防洪标准》(GB50201-94)，石板河水库属小(2)型水库，工程等别为Ⅴ等，主体工程为5级建筑物。5.1.2设计依据(1)《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252－2000）；(2)《溢洪道设计规范》（SL253－2000）；(3)《碾压式土石坝》(SL274—2001)；(4)《水工钢筋混凝土结构设计规范》（SL/T191－96）；(5)《遂平嵖岈山风景区石板河水库工程地质勘察报告》（2003年10月，驻马店市水利勘测设计研究院）；(6)其它有关资料、规程、规范等。5.2主坝工程5.2.1坝体加固处理工程(1)工程布置据本次水文复核成果，水库大坝坝体需加高2.0m，加固后坝顶高程141.00m，最大坝高11.0m，坝长340m，顶宽5.0m，坝型为均质土坝，右岸与山体连接，左岸与溢洪道右岸连接。坝顶上游设浆砌石防浪墙高0.8m，厚0.5m，防浪墙顶部高程141.80m，防浪墙每隔10m设一道伸缩缝，采用三毡四油填缝，防浪墙上部浇筑C20砼墩帽；大坝下游坡136.00m高程处设有1.5m宽的戗台一道。大坝坡率：上游坡为1:2.5；下游坡136.00m高程以上坡率为1:2，136.00m高程以下为1:2.5。大坝横断面详见图SBH—03。n护坡：大坝上、下游均采用草皮护坡。排水：据地质报告揭示，主河槽坝段施工时清基不彻底，存在坝脚渗水现象，为彻底根除工程隐患，应对主河槽坝段进行帷幕灌浆加固处理。由于受工程经费限制，据建管单位要求，本期仅进行坝体加高加固工程建设，帷幕灌浆处理工程待有建设经费时再安排实施。为确保大坝安全，本次计划在主河槽坝段(0+080～0+190)坝下游设置贴坡排水，其顶部高程133.00m，基础嵌入河床砂卵石层0.5m，贴坡排水采用材料由内至外依次为：粗砂垫层厚0.1m、砂砾石层厚0.15m、干砌石护坡厚0.4m；贴坡排水坡脚接排水沟，排水沟采用矩形断面，断面尺寸为0.3×0.3m，75＃浆砌石砌筑，底板及边墙厚均为0.3m。在坝脚及岸坡交接处设纵向排水沟一道，断面尺寸0.3×0.3m，坝背坡及岸坡雨水由排水沟汇集至下游坝脚排水沟内排入河道。大样见图SBH—04。(2)土料设计本工程大坝为均质土坝，料场土料多为中重粉质壤土，其天然干密度15.5KN/m3，平均值约为15.7KN/m3，击实最大干密度一般为17.8KN/m3。根据我国目前确定粘土压实标准方法进行计算，有以下几种：a、　ρd=mρ（d）最大式中：m---施工条件系数取0.95ρ（d）最大---标准击实功能下的平均最大干密度，17.8KN/m3计算得：ρd=16.9KN/m3b、ρd≥（1.02-1.12）（ρd）t式中：（ρd）t---天然干密度n计算得：ρd=16.0～17.5KN/m3c、参考已建工程根据已建工程经验及综合以上几方面情况，本工程土料压实干密度取16.5KN/m3，其相应渗透系数K=1.45×10-5～3.47×10-6cm/s。(3)坝坡稳定分析a、资料的选用本次复核使用的参数均取自2003年驻马店市水利勘测设计研究院编制的《遂平嵖岈山风景区石板河水库工程地质勘察报告》。筑坝材料各种物理特性指标汇总见表5.2－1。表5.2－1筑坝材料物理特性指标部位指标干密度(KN/m3)湿密度(KN/m3)凝聚力C(kPa)摩擦角(°)坝体土料15.519.6158b、坝坡稳定分析计算工况Ⅰ、设计水位：坝体上游为设计洪水位，即140.22m①上游设计水位，下游坡发生稳定渗流；②设计水位突降至溢流堰堰顶高程138.70m处，上游坡发生渗透压力及孔隙压力。Ⅱ、校核水位：坝体上游为校核洪水位，即140.88m①上游校核水位，且排水设备失效；②校核水位突降至溢流堰堰顶高程138.70m处，上游坡发生渗透压力及孔隙压力。c、分析方法n坝坡稳定分析采用瑞典圆弧条分简化有效应力法，计算坝体稳定渗流期和上游水位骤降时的渗透压力，即计算滑动力矩时，浸润线以下、静水位以上的土体用饱和密度ρs；计算抗滑力矩时，浸润线以下、静水位以上的土体用浮密度ρb(当计算上游坡时，以上游静水位为准)；浸润线以上土体不论计算滑动力矩及抗滑力矩，均用湿密度ρw；对于静水位以下的坝壳部分皆采用浮密度ρb，按以上方法计算，可省略绘制流网的手续。其公式为：式中：K—安全系数；(Wi)1、(Wi)2—分别为计算滑动力矩和抗滑力矩时各条块重量；α—各条块与滑弧圆心中线的夹角；ψi、C°—有效抗剪强度指标；b—为各条块宽；∫—各条块底之弧长。对于上游坡：(Wi)1＝[ρwH1+ρsH2+ρbH1](Wi)2＝[ρwH1+ρsH2+ρbH3］对于下游坡(当计算稳定渗流期下游坡时)：(Wi)1＝[ρw′H1+ρw′H2+ρs′H3+ρb〃H4]式中∶ρs′、ρw′、ρb′—分别为第一种土体的饱和密度、湿密度、浮密度；ρs〃、ρw〃、ρb〃—分别为第二种土体的饱和密度、湿密度、浮密度。nd、分析成果大坝结构安全最小安全系数复核成果见表5.2-2。表5.2-2主坝稳定安全分析成果表坝坡情况计算工况最小安全系数下游坡正常上游设计水位140.22m1.301非常上游校核水位140.88m1.23上游坡正常上游设计水位突降至138.70m1.29非常上游校核水位突降至138.70m1.21石板河水库大坝属5级建筑物，根据《碾压式土石坝设计规范》SDJ218-84对5级建筑物最小安全系数的规定：正常情况为1.20，非常情况为1.10。由表5.2-2可见，坝坡稳定安全系数满足规范要求。5.2.2岸坡绕渗处理工程据《地质报告》揭示：当年施工时，右坝肩与坝体结合部处理不彻底，存在高水位坝肩绕渗之可能。为了防止高水位时右坝肩出现绕渗现象，本次除险加固工程计划对现有坝顶高程139.00m以下的岸坡结合部采用包山加固处理的方法进行防渗处理，处理范围暂定为40.0m，与主坝坝体防渗体紧密搭接，搭接长度暂定为10.0m，施工时视具体情况进行调整。处理措施：首先清除搭接面岸坡上的草皮、树皮、含有机质的表土、蛮石及其它废料，平均清基厚0.5m；顺着原有岸坡填筑粘土铺盖层(粘土铺盖坡度不得小于1：1)，铺盖层垂直厚度为1.0m，并深入原地面线以下0.5m，粘土干密度要求达到16.5kN/m3以上；粘土铺盖外部依次为风化砂n外壳(砂壳干密度要求达到15.5kN/m3以上)、150mm厚卵石层、300mm厚干砌块石护坡，护坡坡比不小于1：3。具体结构型式详见图SBH—05。坝体加高部分与右岸坝肩结合部处理：首先清除结合部岸坡上的草皮、树皮、含有机质的表土、蛮石及其它废料，平均清基厚0.5m；沿坝轴线在岸坡处开挖宽1.0m，深1.5m的截渗槽，槽内采用粘土密实回填后再填筑坝体，回填土干密度要求达到16.5kN/m3以上。计需风化石开挖120m3，回填粘土120m3。5.3溢洪道工程(1)工程布置溢洪道堵坝堰顶高程138.70m，堰顶宽3.0m，长24.0m。上游引渠段长10m，引渠底部高程137.20m，底宽27.2m，引渠底部采用C20砼护面，厚0.3m；引渠边墙采用八字翼墙型式，C20砼砌筑。堵坝上游坡坡率为1：2，C20砼护坡，厚0.2m，为便于坝体渗水及时排除，每隔2m设置一道无砂砼排水带，宽0.1m；坝顶采用C20砼护面；下游坡采用1：4的坡率与8.0m长的消力池相连，池深0.5m，池内布设梅花形排水孔，其后与海漫明渠段接。工程具体布置详见图SBH－06、07。(2)消能工设计根据调洪演算：当堵坝高程为138.70m，库水位达到20年一遇设计洪水位140.22m时，溢洪道最大下泄量为71.7m3/s，依据明渠均匀流公式推算出此时的下游水深t=1.57m。经计算，跃后水深h＂＝1.795m＞t＝1.57m，形成远离式水跃，需设消能工。n拟采用底流式消力池进行消能，设池深d＝0.5m则：总水头T0＝3.52m单宽流量q＝2.99m3/s·mq2/3/T0=0.59，由《涵闸水力学》（许杏陶著）查表得：h＇／q2/3＝0.187，h＂／q2/3＝0.896故：跃前水深h＇＝0.39m跃后水深h＂＝1.86m＜（t+d）/1.05=1.97m，满足消能要求。消力池护坦长度采用公式：Lj=0.75×6.9×（h＂-h＇）计算得：Lj=7.6m。取消力池长8.0m，采用C20砼护底，厚0.3m，底板前后两端设置齿槽。海漫段长度计算采用公式：经计算得：L=14.6m，取L=15m，第一段用75＃浆砌石护砌，厚0.3m，长7.5m；其后接干砌石护砌段，厚0.3m；末端设底宽为1m的抛石防冲槽，防冲槽底部高程135.90m。5.4副坝工程随着水库防洪标准提高，主坝坝体加高，在溢洪道左侧需填筑副坝一座，坝顶高程141.00m，最大坝高4.0m，坝顶长50m，顶宽3.0m，坝型为均质土坝，左岸与岸坡连接，右岸与溢洪道左岸连接。副坝上、下游坝坡坡比均为1：2，采用草皮护坡型式。计需清基270m3n，粘土坝体填筑1148m3。副坝横断面大样详见图SBH—05。5.5斜卧管止渗处理工程主坝桩号0+165处，有一座穿越坝体的斜卧过水管道，无控泄装置，目前存在进出口渗漏问题。随着兴利库容的增加，本次除险加固需对斜卧管进行封堵止渗处理，以确保提高水资源的利用率。6施工6.1施工条件石板河水库坝址位于驻马店市遂平县嵖岈山风景区石板河上，工程区近邻107国道和京珠高速公路，交通较为便利。施工用水直接用潜水泵从水库取得。工程所需“三材”均由当地购进；所需土料就近采取，土料丰富。6.2施工总体布置本次除险加固工程量较小，工程的料场根据实际情况就近设置，所需建材按计划分期、分批存放。6.2.1施工用房原水库管理所房屋可满足施工队伍和施工管理人员住房的需要，不需修建临时房屋，仅需新建“三材”临时仓库100m2。由于工程位置较为集中，考虑施工方便及工程需要，在大坝下游坝脚处设置“三材”仓库。n6.2.2施工道路施工区内需修建临时施工道路1条，总长500m，以便施工交通之需。6.2.3取土区主坝填筑取土区距水库大坝仅有500m的距离，土料丰富，该区土质较好，土层较厚，适合大坝填筑对土料的要求。计需临时占地10亩。6.2.4供水排水施工供水直接利用水库水源，需配备潜水泵2台；计划配IS80─65─125型离心泵1台，供施工排水之用。6.3主要工程施工方法6.3.1土方施工根据本工程土方工程量，主坝削坡土方采用人工开挖，架子车运输；其余土方施工均采用机械开挖，机械运输。6.3.2砼施工采用机械拌和、振捣，人工架子车运输。坝顶路面要分块浇筑，每５m设置一道三毡四油伸缩缝。施工中应严格按设计标准和规范要求，对材料的质量、规格、砼配合比及砼的拌和、运输、浇筑、养护等环节进行严格监督控制。6.3.3砌石施工n砌体所用石料应质地坚硬，强度等级不低于MU30，厚度20cm～30cm，无风化剥落和裂隙。浆砌石应采用座浆法砌筑，石料要符合质量规范要求，洗净表面附着的泥土和水锈，使用前必须用水湿润，用大的块石砌角，石料大小搭配，外露表面要平整，逐块卧砌座浆，使砂浆饱满；石块之间较大的空隙应先填砂浆，后用碎石片嵌实，上、下层要互相错缝，内外交叉搭砌，避免出现干缝、通缝、空隙和孔洞。6.4施工导流根据《水利水电工程等级划分及设计标准》（SL252─2000），石板河水库除险加固工程主要建筑物等级为5级，临时性水工建筑物级别为5级，临时性水工建筑物所采用的洪水标准为5年一遇。本次除险加固工程施工导流由原斜卧管承担，溢洪道施工时，需填筑粘土施工围堰一道，长40m，高2.0m，围堰顶部宽3.0m，上、下游边坡比均为1：2。6.5施工进度安排工程计划安排于2003年12月份施工单位进场，2004年5月份完成，历时6个月，净施工期5个月。本着主体工程尽量安排在非汛期施工，确保水库主体工程安全度汛为原则；同时，砼的浇筑应避开高温季节，若实在避不开，应采取适当的温控措施。6.6施工组织机构工程在施工前成立石板河水库除险加固工程建设管理处n，对建设项目进行全面管理。在施工工程中，全面实行建设项目法人制、招标投标制及建设项目监理制，充分发挥工程质量的控制、监督及保证三大体系的作用，确保工程质量，创建优良工程。7工程占地本工程为除险加固工程，工程用地面积不大，坝体填筑施工区、施工道路、料场用地范围均在水管所界定权属范围内，由水管所自行处理。但取土区不在水库管理单位界定权属范围内，需要临时占地10亩；由于防洪标准提高，库区面积加大，溢洪道左侧需永久占地6亩。8环境影响评价水库除险加固工程，其工程任务主要为土方开挖、回填、浆砌石砌筑和砼浇筑等工程，由于总量较小，因此不会对水库的环境造成不良影响，相反还可以改善水库环境。水库除险加固工程实施后，将会大大改善库区的水土条件,使水库的水土资源得到进一步利用，生态环境转向良性循环；同时，将会使水库面貌焕然一新，道路顺直、平整；坝区得到绿化、美化；有利于改善当地的人民生活水平，有利于社会的稳定发展。水库除险加固工程不可避免的要占用少量土地，但与工程效益相比，损失甚微。综上所述，该项目的建设不仅对提高水的利用率，改善库区条件有十分重要的意义，而且对库区的水土保持，控制污染，改善生态环境和局部小气候都将产生积极、有利的影响；因此，从环境影响角度看，对水库进行除险加固不仅必要，而且是有益可行的。n9工程投资9.1工程内容及工程量石板河水库除险加固工程包括大坝工程、溢洪道工程、副坝工程等。其工程数量均据设计图纸计算得出，共需土方开挖4024m3，石方开挖120m3，土方回填28296m3，砌（抛）石1137m3，砼及钢筋砼360m3。工程概算总投资125.02万元；共需水泥203t，油料38t；需用总工时24051个。9.2编制依据9.2.1水总（2002）116号文《水利工程设计概（估）算编制规定》；9.2.2水总（2002）116号文《水利建筑工程概算定额》；9.2.3水总（2002）116号文《水利工程施工机械台时费定额》；9.2.4《水利水电工程设计工程量计算规则》。9.3工程投资工程总概算投资为125.02万元，详见总概算表。10结论石板河水库除险加固工程从宏观角度看，不仅社会效益高，环境效益好，而且经济效益显著，其投资效益好，资金回收快。该工程的实施，必将极大地带动当地经济的发展，加快该区脱贫致富的步伐。该工程技术可行，经济合理，是一项良好的效益工程，建议尽早付诸实施。n目录1综合说明11.1工程位置1n1.2工程建设综述及存在问题11.3工程规模21.4工程现状21.5水库除险加固缘由及工程设计的主要内容32水文42.1流域概况42.2水库特性资料42.3设计洪水52.4洪水调节计算122.5水库防洪能力计算193工程地质223.1地质勘察工作概况223.2库区工程地质条件及评价223.3坝址区工程地质条件及评价233.4地震254除险加固工程任务和规模264.1工程的作用和任务264.2工程规模264.3除险加固原则275工程布置及建筑物275.1设计依据275.2主坝工程285.3溢洪道工程335.4副坝工程345.5斜卧管止渗处理工程356施工356.1施工条件356.2施工总体布置35n6.3主要工程施工方法366.4施工导流376.5施工进度安排376.6施工组织机构377工程占地388环境影响评价389工程投资399.1工程内容及工程量399.2编制依据399.3工程投资3910结论39后附：1.嵖岈山风景区石板河水库除险加固工程投资概算书;2.嵖岈山风景区石板河水库除险加固工程设计图。嵖岈山风景区石板河水库n除险加固工程设计书二00三年十一月嵖岈山风景区石板河水库n除险加固工程投资概算书总投资：125.02万元二00三年十一月nn