长城水库除险加固工程技施设计报告721.docx
《长城水库除险加固工程技施设计报告721.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《长城水库除险加固工程技施设计报告721.docx（48页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
长城水库除险加固工程技施设计报告721
朔州市平鲁区
长城水库除险加固工程
技术施工设计报告
设计证书：
建设部乙级041133－SY号
临汾市水利勘测设计院
朔州市水利勘测设计院
二○○八年六月
工程设计证书
单位名称：
临汾市水利勘测设计院
证书编号：
建设部乙级041133－SY号
证书等级：
乙级
院长：
亢捷
总工程师：
马瑞文朱宏福刘义郭伟
李国珍张志文
朔州市平鲁区
长城水库除险加固工程技施设计报告
院长：
常文
主管副院长：
马瑞文
项目设总：
马瑞文
参加设计人员：
马瑞文
长城水库工程特性表
序号及名称
单位
数量
备注
原设计
改造后
一、水文
1、控制流域面积
km2
43
43
2、利用的水文系列年限
年
30
3、多年平均年径流量
万m3
172
4、代表性流量
设计洪峰流量
m3/s
358（P=5%）
366（P=3.3%）
校核洪峰流量
m3/s
460（P=1.00%）
653（P=0.33%）
5、洪量
24h洪水洪量
万m3
172（P=5%）
219（P=3.3%）
24h洪水洪量
万m3
250（P=1%）
481（P=0.33%）
二、水库
1、调节性能
年调节
年调节
2、库水位
校核洪水位
m
1548.81（p=1%）
1549.88（P=0.33%）
设计洪水位
m
1548.19（P=3.3%）
兴利水位
m
1546.7
1546.7
汛期限制水位
m
1546.4
1546.4
死水位
m
1544.0
1544.0
3、水库容积
总库容
万m3
232
283
调洪库容
万m3
91
145
重复30.2
兴利库容
万m3
74
96.2
死库容
万m3
72
72
三、下泄流量
1、设计洪水位时最大泄量
m3/s
103.3
2、校核洪水位时最大泄量
m3/s
163.2
四、主要建筑物及设备
1、大坝型式
均质土坝
均质土坝
地震基本烈度/设防烈度
度
7
7
大坝
坝顶高程
m
1550.0
1550.0
最大坝高
m
14.0
14.0
坝顶长度
m
212
212
2、溢洪道型式
开敞式
开敞式
堰顶高程
m
1547.8
1547.0
堰顶净宽
m
10.0
10.0
泄槽宽度
m
5.0
10.0
溢洪道长度
m
131
132
溢洪道最大泄量
m3/s
97.2
70.19
消能方式
无
底流消能
3、泄洪排遣沙底洞
形式
无压城门洞
无压城门洞
进口断面尺寸
m
3×3
3×3
闸门形式
平板闸门
平板闸门
闸门尺寸
m2
3×3
3×3
启闭设备
T
50
50
进口底高程
m
1537.2
1537.2
洞长
m
60.1
60.1
出口消能
m
消力池
消力池
最大泄量
m3/s
92.3
五、施工
1、主体工程量
土石方开挖
m3
9991
石方开挖
m3
2870
浆（干）砌石
m3
1365
混凝土和钢筋混凝土
m3
1396
高喷灌浆
m
750
回填灌浆
m2
580
钢筋
t
44
2、主要建筑材料
木材
m3
水泥
t
1124
钢材
t
45
块石
m3
1610
碎石
m3
2009
4、施工工期
年
1
六、工程投资
总投资
万元
452.59
1工程概况
长城水库位于朔州市平鲁区高石庄乡大新窑村南500m，是黄河流域浑河水系清水河支流汤溪河上的一座控制性工程。
水库坝址以上控制流域面积43km2，原设计防洪标准为50年一遇洪水设计，100年一遇洪水校核，原设计总库容232万m3，是一座以防洪、灌溉为主，兼有养鱼、旅游等综合利用的小
（1）型水库。
水库枢纽工程由大坝、溢洪道、泄洪排砂底洞及扬水站四部分组成。
2005年6月29日，朔州市水利局组织专家对长城水库进行了安全鉴定，综合评价长城水库大坝为“三类坝”。
根据山西省水利厅晋水规计[2007]724号文件的精神，2007年12月，受朔州市平鲁区水利局的委托，我院编制完成了长城水库除险加固初步设计报告，山西省水利厅以晋水规计[2008]74号文件给予批复，批复中同意除险加固工程建设内容为：
大坝坝基防渗处理，上游坝坡及防浪墙整修工程；溢洪道改造工程；泄洪排沙底洞洞身防渗工程；更新泄洪排沙底洞闸门及启闭机；增设大坝安全监测设施；管理房维修等。
技术设计时，根据省水利厅对该项目初步设计报告的批复意见精神，对工程设计进行了优化。
2工程级别与标准
经本次除险加固后，长城水库改造后总库容283万m3，根据《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》（SL252-2000），水库枢纽属小
（1）型，确定水库工程等别为Ⅳ等。
根据工程等别确定主要建筑物大坝、溢洪道、泄洪洞级别为4级，主要建筑物设计洪水标准为30年一遇，校核洪水标准为300年一遇。
据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），本区地震动峰值加速度为0.10g，相当于地震基本烈度7度，反应谱特征周期为0.40s，地震设防烈度为7度。
3设计基本资料及依据
3.1设计基本资料
（1）《朔州市平鲁区长城水库除险加固工程初步设计报告》（2007.12）；
（2）关于朔州市平鲁区长城水库除险加固工程初步设计报告的批复（晋水规计[2007]74号）。
3.2设计依据
（1）《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252－2000）
（2）《碾压式土石坝设计规范》（SL274－2001）
（3）《溢洪道设计规范》（SL253－2000）
（4）《水工混凝土施工规范》（SDJ207－82）
（5）《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（SL62－94）
（6）《水电水利工程高压喷射灌浆技术规范》（DL/T5200－2004）
（7）《土石坝安全监测技术规范》（SL60－94）
（8）《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303－2004）
4工程设计
4.1大坝加固设计
4.1.1坝顶及坝坡改造设计
坝顶上游侧设浆砌石防浪墙，墙体存在局布损坏现象，且桩号0+000m～0+011m段无防浪墙，本次改造设计，对现有防浪墙进行整修，并在此基础上加高防浪墙，加高后的墙顶高程为1551.2m，顶宽50cm，上游坡1:
0.25，下游直立。
坝顶路面本次不做处理，维持原状。
大坝上游干砌石护坡部分风化损坏，且存在大面积的塌陷，本次设计对已损坏的干砌石护坡进行整修，厚度30cm。
4.1.2坝基防渗设计
坝基防渗采用高喷防渗墙，防渗墙在平面上沿坝轴线布置，灌浆横向范围为大坝0+00～0+190。
坝体内防渗墙顶高程1537m，底部深入基岩0.5~1.0m，孔距2m，设计防渗墙的渗透系数K达到10－6cm/s，灌浆长750m。
4.1.3大坝观测设计
针对大坝目前无任何观测设备的现状，结合工程运用要求，大坝安全观测除日常巡视检查外，设置大坝渗流观测和大坝外部变形观测项目。
渗流观测横断选取三个断面，即0+050、0+100和0+150断面各设3个观测点，高喷防渗墙上游侧设1个点，高喷防渗墙下游侧设1个点，下游坝坡马道设1个点。
测点均布置在正常蓄水位坝体浸润线以下、坝基岩层以上的坝体和坝基覆盖层中，共设测点9个。
外部变形观测包括坝面沉降观测和坝面水平位移观测。
根据坝长和坝基地形情况，设变形观测横断5个，即0+012、0+050、0+100、0+150、0+200，变形观测纵断3个，其中坝顶上游侧坝坡设1个，坝顶下游侧坝坡设1个，坝下游1544m高程马道设1个，这些测点兼作水平位移和沉降观测测点使用，共布测点13个。
测点为混凝土墩，竖向位移采用精密水准法测量，横向水平位移采用小角度法观测。
大坝渗流量观测采用三角堰法，利用大坝下游坝脚的排水沟汇集坝体渗水。
4.2溢洪道加固设计
溢洪道加固方案采用下挖0.8m方案。
设计如下：
（1）平面布置
溢洪道轴线布置于原溢洪道轴线上，按净宽10m单孔设计，最大泄量为70.96m3/s。
溢洪道总长132m（桩号溢0－015～溢0+117），由引渠段、控制段、泄槽段、消力池组成。
①引渠段
桩号溢0-015～溢0+000段为引渠段，前端深入库区，呈喇叭状，引渠侧墙采用钢筋混凝土结构，左侧靠近大坝坝体段采用重力式挡土墙结构，右侧采用贴坡式挡土墙结构，基础座落在基岩上。
②控制段
桩号溢0+000～溢0+010为控制段，建于原位置，拆除原左侧墙浆砌石，基岩面经整理后在其上修建新的控制段，设单孔净宽10m的溢流孔，进口溢流堰为无底坎宽顶堰，堰顶高程1547m，堰底厚1m，侧墙高3.2m，为重力式钢筋混凝土结构，开敞式泄洪。
③泄槽段
桩号溢0+010～溢0+095布置泄槽段，位于基岩上。
溢0+010～溢0+059设为渐变段，底坡1/20，宽度为10m，泄槽采用钢筋混凝土结构，顶宽0.3m，墙高1.5m，底厚0.3m；桩号溢0+059～溢0+095为陡坡段，底坡为1/5，宽度为10m，泄槽采用钢筋混凝土结构，顶宽0.3m，墙高1.5m，底厚0.3m；下游接消力池。
④消力池及护坦
桩号溢0+095～溢0+117段为溢洪道消力池，设计消力池底板建于基岩上，池底高程1536m，设计池长22m，消力坎高1.5m，池宽10m，消力池侧墙高5m。
水流经消力池消能后流入护坦，进入下游河道，护坦长30m，为抛石和砂卵石。
（2）结构设计
①引渠段（溢0-015～溢0+000）
引渠段前端深入库区，呈喇叭状，采用C20钢筋混凝土结构，左侧靠近大坝坝体段采用重力式挡土墙结构，右侧采用贴坡式挡土墙结构，底板座落在基岩上，板厚0.4m。
②控制段（溢0+000～溢0+010）
采用宽顶堰式，为C20钢筋混凝土结构，堰顶高程1547m，底板厚1.0m。
③泄槽段（溢0+010～溢0+095）
泄槽底板、边墙均为C20钢筋混凝土结构。
溢0+010~溢0+050段坡度为1/20，净宽为10.0m，溢0+050~溢0+095段坡度为1/5，净宽为10.0m。
结合布置情况，边墙和底板设计为分离式，设2条纵缝；沿水流方向每10m（水平间距）设一横缝。
纵、横缝均为平缝，缝内设橡胶止水。
泄槽底板厚0.3m。
泄槽底板和边墙完全座落在基岩上，结构设计为衡重贴坡式，墙高1.5～2.5m。
④消力池及护坦（溢0+095～溢0+117）
设计消力池底建于基岩上，采用C20钢筋混凝土衡重式结构形式，池底高程1536m，设计池长22m，消力坎高1.5m，池宽10m，消力池侧墙高5m，设计底板厚度0.8m。
水流经消力池消能后流入护坦，进入下游河道，护坦长30m，采用溢洪道开挖碎石料及开挖的砂卵石护底。
4.3泄洪排沙底洞加固设计
泄洪冲沙底洞洞身段原砌筑质量较差，年久失修，闸底漏水，实测渗漏量为5.8L/s。
现洞内浆砌石砂浆脱落、渗漏严重，危及洞身结构安全。
本次设计对泄洪洞进行回填灌浆处理，泄洪洞洞长40m，设计在洞内实施回填灌浆，每个断面布置三个灌浆孔，分别在洞顶及两侧墙进行灌浆，断面间距2m，回填灌浆面积580m2。
4.4其它设计
本次改造还对大坝现有的管理站房屋进行维修改造，改造面积80m2，主要进行房屋屋顶防水处理，墙面整修，达到汛期人员可值班。
4.5金属结构除险加固设计
泄洪洞工作闸门及启闭机需更换，闸门维持原设计，采用3m×3m的钢闸门，启闭机采用50T的QPQ卷扬机。
增设检修闸门及启闭设施。
5施工组织设计
5.1施工条件
5.1.1工程条件
长城水库位于朔州市平鲁区高石庄乡大新窑村南500m，是黄河流域浑河水系清水河支流汤溪河上的一座控制性工程。
水库原设计防洪标准为五十年一遇洪水设计，一百年一遇洪水校核。
长城水库总库容232万m3，是一座以防洪、灌溉为主，兼有养鱼、旅游等综合利用的小
（1）型水库。
长城水库始建于1975年12月26日，于1979年7月1日竣工蓄水运用，为典型的“三边”工程。
大坝设计为均质土坝，坝体填筑方法为两种：
1544m高程以下为水力冲填法施工、1544m高程以上水中倒土法施工。
坝顶长212m，顶宽4.0m，最大坝高14.0m，相应坝顶高程1550.0m。
溢洪道位于水库大坝右岸基岩上，为陡槽开敞式。
溢洪道由进口段、陡槽段两部分组成，进口底槛现状高程为1547.8m，设计进口底槛高程1547.0m。
控制段底宽10.0m，堰后陡槽底宽10.0m，纵坡1/10。
整个溢洪道由基岩开挖而成，未衬砌。
该枢纽为已建工程，且已运用几十年，对外交通、水、电、通讯等基础设施比较完善，场内施工道路可在原有道路基础上适当整修即可到达各施工点。
加固工程的施工点较多，可同时多处施工，互不干扰，有利于加快施工进度。
5.1.2自然条件
项目区属暖温带大陆性季风气候，其特点是：
四季分明，冬长夏短，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨，日照时间长，降雨集中于7、8、9三个月，春温高于秋温。
年平均气温5.5℃，最高气温34.1℃，最低气温-29.2℃。
多年平均降雨量400mm左右，多年平均蒸发量2100mm左右。
灌区内无霜期120-130天，初霜日在每年的九月下旬，终霜日在次年的五月中旬。
流域内风向多为西北风，最大风速20m/s。
5.1.3建筑材料
水库除险加固工程所需当地建材主要为：
砂砾料、石料等。
砂砾料及石料可就近开采或购买。
5.2主体工程施工
本除险加固工程主要施工项目包括大坝加固改造、溢洪道改造、泄洪排沙底洞金属结构等工程，各部分施工方法分述如下：
5.2.1大坝加固工程
1、土石方工程
1）坝体土方开挖
1m3挖掘机挖装，8t自卸汽车运输。
2）砌石拆除
砌石拆除采用人工撬解拆除、搬运，能够重复使用的石料就近存放，弃料由8t自卸汽车运至弃渣场。
3）干砌块石砌筑
8t自卸汽车运料至坝顶或坝脚，胶轮车运输人工配合搬运砌筑。
4）浆砌石
购买石料运至坝顶，胶轮车运输，0.4m3搅拌机拌制砂浆、人工砌筑、勾缝。
2、高喷灌浆工程
高喷防渗墙施工采用冲击钻机造孔，三管喷射装置高压微摆动喷射注浆，灌浆孔沿轴线布置两排，孔距2.0m，按先疏后密中间插补的两序孔进行施工，喷射轴线与坝轴线平行，形成连续板墙，墙厚60~120mm，渗透系数达到10-5～10-6cm/s，浆液材料采用42.5MPa普通硅酸盐水泥，按水泥量的2%掺DH-861外加剂。
喷射时，高压水泵输送压力35~40Mpa，排量75L/min，空气压缩机输送压力0.7~0.8Mpa，排量70~80L/min，灌浆机进浆比重为1.65～1.75，回浆比重不小于1.3，排量为80~120L/min，转盘摆角300，提升速度6cm/min，转盘摆速12次/min，底部及两端接触面摆喷提升速度适当放缓，基岩与砂卵石层、砂卵石层与砂层交界处应停止提升2min以上，进行静喷和提升3min停1min，长度为1m。
喷嘴选用锥角为13°~14°的圆锥形喷嘴，水嘴直径为1.8~2.0mm，气嘴直径为9mm。
灌浆前应进行灌浆试验，选择有代表性地段，按照灌浆工程布孔进行选孔、制浆、灌浆等一系列试验，以便根据实际施工机械确定合理的技术参数，如遇与设计不符，可作适当调整，以确保工程质量。
灌浆结束后，需要按要求布孔，对板墙进行质量检查。
为确保工程质量，施工时应注意以下几点：
（1）控制孔斜率小于0.5%。
（2）提升速度误差不超过±0.5mm/min。
（3）摆动角度误差不超过±3。
（4）摆动速度误差不超过±0.5r/min。
（5）Ⅱ序孔在Ⅰ序孔喷灌后72h开钻。
（6）在插管和高喷过程中，要注意防止喷嘴被堵水，气和浆的压力和流量必须符合设计要求，否则要将喷管拔出清洗进行调整后，再行插管和高喷作业。
使用双喷嘴时，若发现一个喷嘴被堵，则应重新下管再喷一次。
（7）喷射过程中因事故发生停喷，恢复喷射接口从停喷深度以下0.5m开始喷升。
（8）喷管的旋转和提升必须连续不中断地进行。
在拆卸或安装前时动作要快，继续高喷作业时，应使新旧固结体至少有0.1m的搭接。
（9）如喷射过程中不通浆应停提静喷，直至返浆为止。
（10）如喷射过程中孔内严重漏浆或发现漏水通道，浆液中可掺加事先准备好的水玻璃等掺合剂。
（11）如遇大孤石，应加大摆喷角度到60~90°。
（12）如冒浆量大于注浆量的20%，应查明原因及时采取相应的措施。
（13）在接合部位，应减缓提升速度，延长定向喷射时间。
高喷灌浆施工工艺流程见下图：
高压摆喷工艺流程框图
主要施工参数为：
水压力35～40Mpa，流量70～80L/min，喷嘴直径1.7～1.9mm，气压力0.6～0.8Mpa，流量0.8～1.2m3/min，浆压力0.2～1Mpa，流量60～80L/min，喷嘴直径6～12mm，卵石层提升速度5～10cm/min，坝体土中提升速度10～20cm/min。
5.2.2溢洪道改造工程
土方开挖：
1m3挖掘机挖装，8t自卸汽车运输500m至弃渣场。
石方开挖：
由手风钻钻孔，浅孔爆破，弃料由1m3挖掘机挖装，8t自卸汽车运至弃渣场。
混凝土施工：
由布置在溢洪道引渠段上游的混凝土拌和站拌制混凝土，0.8m3搅拌机拌和，自卸汽车载吊罐水平运输，汽车起重机吊运吊罐垂直运输入仓，1.1kw插入式振捣器振捣密实。
5.2.3泄洪排沙底洞加固改造工程
（1）洞身加固回填灌浆工程
回填灌浆钻孔采用回转式钻机和金刚石钻头或硬质合金钻头钻进，将钻机对准孔位，开孔孔位与设计孔位的偏差不大于10cm，然后将钻机底座安装牢固，须保证施工过程中不松动。
钻进过程中须对钻压、钻速、转速、冲洗液流量进行严格控制。
钻孔钻至坝体土时，应详细记录充填或空洞、松软体尺寸等。
钻孔深度与设计孔深误差不大于20cm。
工艺流程为：
施工准备 →测量放线 → 钻孔（孔径Ø150mm） → 水泥砂浆拌制 → 回填细石混凝土→ 待凝，继续以上步骤，直至终孔。
钻进过程中穿过砌石衬砌层40～50cm时，即停止钻进，从孔口对坝体土层进行混凝土回填。
首先进行导管安装，导管在安装前需在钻坝体土层前分段拼装好，并要仔细检查，对产生变形和漏水的导管不能使用，内壁和接头要冲洗干净，接头处密封要完好有效，导管入孔后要居中，沉放稳定，导管底口距孔底高度要能放混凝土，一般控制在50cm左右，对放入孔内的导管作好测量，准确记录总长度和每节导管的长度和排列顺序，导管直径采用Ф127mm，导管的长度控制在2～3m左右，用空压机将水泥浆或细砂浆用小压力管入坝体土中。
细石混凝土灌注过程中要尽量保持导管埋藏在砌石中，导管埋藏深度不低于60cm。
（2）金属结构安装
泄洪排沙底洞金属结构安装由专业的安装单位进行安装调试。
5.3施工布置
5.3.1交通工程
（1）对外交通
水库附近，现有旅游公路经过，工程所需外来物资的运输较为方便。
（2）场内交通
工作场地较狭小，根据施工现场的具体条件，在大坝下游至坝顶及溢洪道需修筑施工临时道路，以保证施工期间运输机械的通行，为此场内修筑临时道路约1km，采用砂石路面，路宽6.5m。
5.3.2风、水、电、通讯及混凝土系统
施工用水直接由库区取水，生活用水可从管理处接用。
施工用电主要为混凝土拌和系统及钢木加工和照明用电，经计算，施工高峰供电负荷约200kw，水库现有变压器容量可满足要求，因此，施工用电可接自水库现有电网。
此外，为保证施工应急用电，还需配备1台50kw移动式柴油发电机组。
施工用风采用3m3/min移动式空压机及10m3/min空压机供给。
在溢洪道引渠段上游布置0.8m3小型拌和站供溢洪道衬砌用混凝土。
5.3.3施工临建
施工用房可利用已有水库管理房屋作为临时生活用房，在各施工区搭建部分活动房屋及工棚，用于现场施工管理、工具房、仓库，在大坝右岸集中布置混凝土拌和站、堆料场、仓库工棚及钢木加工厂等。
本工程施工需修建仓库100m2，临时房屋100m2。
5.4施工进度
5.4.1安排原则
本除险加固项目施工进度按排优先考虑水库运行的要求，合理安排施工，均衡施工强度和尽快发挥效益。
5.4.2施工进度分期
本工程施工工期分为准备期、主体工程施工期及工程扫尾期三个阶段。
根据国家投资情况、建设单位的具体意见及施工强度等因素，总工期定为十二个月，一个年度实施。
5.4.3施工进度安排
根据拟定的一年工期，第1年1～2月份主要进行施工准备，3月份开始进行大坝灌浆、溢洪道开挖、泄洪洞灌浆及金属结构安装调试，溢洪道混凝土浇筑、大坝护坡和防浪墙整修、大坝观测设备等工程项目随后进行。
主体工程在10月底完成，11～12月进行工程扫尾。
6投资预算编制说明
6.1编制依据
（1）《水利工程设计概（估）算编制规定》（水总[2002]116号）；
（2）《水利工程施工机械台时费定额》（水总[2002]116号）；
（3）《水利建筑工程预算定额》（水总[2002]116号）；
（4）地质、水工、机电、施工、等各专业的设计工程量、设计图纸、施工方法、施工总进度等资料；
（5）山西省各市建设工程材料价格信息（2008年3～4月）。
6.2编制方法
6.2.1人工工资及电风水
考虑本工程建设规模和施工复杂程度等因素，本次预算编制执行枢纽工程建设标准。
依据水总[2002]116号文之规定，人工工资计算结果见下表。
人工工资计算表
序号
名称
枢纽工程
1
人工工资（元/工时）
工长
7.34
高级工
6.83
中级工
5.81
初级工
3.10
2
电价（元/kwh）
0.58
3
风价（元/m3）
0.16
4
水价（元/m3）
0.5
施工用电、风、水单价依据施工组织设计并结合工程施工，具体情况参照山西省各市建设工程材料价格信息（2008年3～4月）朔州地区价格确定。
6.2.2主要材料原价确定
钢材、油料价格参照山西省各市建设工程材料价格信息（2008年3～4月）朔州地区价格确定，水泥及砂石料等地方材料以实际调查价格取定。
6.2.3工程单价编制
工程单价包括直接费、其它直接费、现场经费、间接费、企业利润、税金。
费率标准见下表。
现场经费费率表
工程类别
计算基础
费率（%）
一
建筑工程
枢纽工程
土石方工程
直接费
9
模板工程
直接费
8
混凝土浇筑工程
直接费
8
钻孔灌浆及锚固工程
直接费
7
其他工程
直接费
7
间接费费率表
工程类别
计算基础
费率（%）
一
建筑工程
枢纽工程
升级会员 