水库除险加固初步设计报告.docx
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水库除险加固初步设计报告
1工程概况
1.1基本情况
1.1.1概述
长安水库系长江水系嘉陵江支流，枢纽工程位于合川区钱塘镇，是一座以灌溉为主，兼有养殖、防洪综合利用效益的小
（2）型水利工程。
水库坝址距钱塘镇约7km，距合川主城区约28km。
该水库坝址以上控制流域面积为0.426km2，主河道长0.87km，流域平均比降118‰,多年平均年降雨量为983mm。
水库总库容24.35万m3，正常库容为20.1万m3，死库容为0.7万m3，设计灌面1500亩。
长安水库枢纽工程由大坝、溢洪道、放水设施组成。
长安水库枢纽为Ⅴ等工程，工程主要建筑物为5级，次要建筑物为5级。
主要建筑物设计洪水标准重现期为20年一遇，校核洪水标准重现期为200年一遇。
1.1.2工程现状
（1）大坝
经现场实地踏勘与测量，长安水库现状坝型为均质土坝，最大坝高16.98m，坝顶高程211.00m（假设高程系统），坝顶极不规则，无法确定坝顶宽度。
正常蓄水位208.3m，上游坝坡坝顶至坝脚分为1:
2.4，下游坝坡从坝顶至坝脚分为1:
2.7、1:
1.78、1:
0.6。
现场踏勘时水库在限蓄水位下运行，水下部分未能检查，水上部分为无任何防护措施，坝坡有不规则沉陷；下游坝坡存在塌陷、滑坡，坝坡变形严重；下游坝肩无排水沟；坝脚无排水沟；坝顶未硬化，杂草丛生，坝顶宽度不明确，缺乏管理，坝顶存在不均匀沉降、塌陷现象。
上、下游坝坡存在白蚁危害。
上游坝坡现状图1
下游坝坡现状图2
（2）溢洪道
长安水库原溢洪道位于水库左侧，堰型为宽顶堰，高程为208.3m，现场检查，溢洪道边墙条石部分风化脱落，底板淤积严重，杂草丛生，末端为一陡崖无任何消力设施。
抗冲能力差，不满足行洪要求。
溢洪道现状图1
溢洪道现状图2
（3）放水设施
长安水库放水设施型式为涵卧管放水，位于水库坝体左端，卧管为内径0.2m的砼管破损严重，涵管为条石砌筑断面为0.5×0.4m。
1.1.3主要病险
经现场检查，并通过分析计算，该枢纽工程病险比较明显，主要表现在以下几个方面：
（1）上游坝坡无任何护坡处理，常年被风浪淘蚀比较严重。
（2）下游坝坡杂草丛生，高程197.91m以下存在塌陷、滑坡，坝坡有不规则沉陷、变形严重；下游坝肩无排水沟；
（3）坝顶无任何防护措施，没有硬化，坝顶存在不均匀沉降，坝顶宽度不明确。
（4）修整溢洪道，下游设置消能设施且对溢流堰规范化改建，增设消力池；
（5）重建放水设施；
（6）该水库受白蚁危害严重，需对白蚁进行治理。
（7）该水库无防汛公路，无管理房。
由于这些设施的欠缺，致使水库应急抢险及日常管理工作无法正常高效开展，一旦发生险情，会造成严重后果。
1.1.4工程整治必要性
长安水库于2014年3月经重庆市合川区水务局组织水库大坝安全鉴定专家组审查鉴定为三类坝，并建议尽快全面整治。
（1）该水库由于修建时国家基建程序不完善，国家对水利水电基建工程的管理处于比较混乱的状态，受当时设计及当地群众性施工队伍技术水平的限制，工程建设只注重大干快上而忽略科学性。
该水库目前已无任何施工记录、设计图纸和资料。
施工中对坝体材料的选择和填筑质量控制不好，在关键部位的质量控制存在问题，工程建成运行期出现垮坝事故说明施工质量差。
坝基清理不彻底，坝体没有嵌入两坝肩。
大坝迎水面所用粉质粘土含水量较高，碾压不密实。
目前，水库病害较多，水库防洪通讯设施不全，又无进库公路。
一旦发生险情，将会造成巨大损失。
（2）水库下游耕地约0.15万亩，居住人口约1600人。
该水库设计灌溉面积1500亩，水库一旦溃坝，将对下游造成严重的人员伤亡和经济财产损失。
综上所述，该水库地理位置比较重要，水库具有比较明显的防洪效益，灌溉效益和生态效益。
但水库目前病害比较明显，整治水库既是防洪的需要，也是灌溉的需要。
1.1.5除险加固任务
本次除险加固初步设计是依据《重庆合川长安水库大坝安全分析评价报告》，并参考合川水务局水利科、合川水利工程管理站等有关技术人员对水库整治的意见进行。
长安水库除险加固任务为：
①坝顶211.00m至高程201.10m将坡比放缓为1:
2.5，使用10cm粗砂找平，上垫10cm碎石垫层，并采用C15砼六棱预制块10cm厚护坡，死水位197.00m，以下采用抛石回填，坡比放缓为1:
3.0。
②下游坝坡高程198.22至坝顶进行杂草清理，高程211.00至198.22m规整坡比为1:
2.5，下游坝坡采用C15砼框格草皮护坡，坝脚及坝肩增设排水沟。
③坝顶高程211.00m保持不变，规整硬化坝顶宽度为3.5m，上游侧增设M7.5浆砌石栏杆，下游增设M7.5浆砌路沿石。
④本次整治溢洪道底板采用0.3m厚C15混凝土浇筑，边墙上部破损边墙用浆砌条石重修，下游新建消力池。
⑤新建放水设施，整修放水设施下游排水沟；
⑥增设大坝观测设施；
⑦新建上坝公路0.3km；
⑧对水库进行白蚁治理；
⑨新建管理用房80m2。
1.2水文
长安水库坝体为均质土坝，总库容为24.35万m3。
根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）的规定，长安水库为小
（2）型水库，工程等级为V等工程，其永久性水工建筑物为5级。
根据水库现状及下游场镇及农田情况，本次整治设计洪水标准确定为20年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核。
经水文分析计算，该水库相应水文复核成果见表1-1,1-2。
表1-1长安水库设计洪水成果表
项目
P=0.5%
P=5%
设计洪峰流量（m3/s）
12.6
9.77
设计洪水总量（万m3）
6.55
4.85
表1-2长安水库调洪计算成果表
频率P（%）
最大下泄流量（m3/s）
最高库水位（m）
库容（万m3）
0.5
3.55
209.41
24.35
5.0
2.31
209.14
23.46
1.3工程地质
水库处于合川向斜北西翼，库区岩层产状119∠11°。
在场地内基岩露头区测得构造裂隙产状为：
①157°∠68-70°,裂面微弯，无充填物，闭合状，延伸长度3-12m，间距1-3.5m；②63°∠73°,裂面平直，无充填物，微张，延伸长度2-8m，间距1-7m。
根据区域地质资料及调查可知，库区未发现崩塌、泥石流、滑坡等不良地质现象，本场地及周边岩层分布连续，不存在断层、构造破碎带，无地下硐室、软卧层、暗塘、暗滨等不良地质现象。
根据1990年版《中国地震烈度区划图》（1：
400万）将工程区划为Ⅵ度地震区。
根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）及2001年版《中国地震动峰值加速度区划图》（1：
400万），场区抗设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第一组。
库区新构造运动主要表现为大面积的缓慢抬升，差异运动较弱；库区属弱震地质环境，地震活动水平较低，因此，库区构造稳定。
1.4枢纽工程整治设计
根据枢纽工程存在的主要问题进行如下整治。
1.4.1大坝整治设计
根据水库工程病险情况，本着既要除险加固，又要尽量不破坏或少破坏原坝体结构，而且从施工上方便可行，从经济上节约合理的原则，长安水库整治采用以下来进行除险加固设计。
具体整治措施如下：
（1）上游坝坡
上游坝坡死水位197.00m以下采用块石抛填，坡比为1:
3.0；高程201.10m以下1.5m处新建C20砼齿墙（尺寸详见大样图），高程201.10m至高程211.00m采用C15混凝土六棱预制块护坡,预制块厚10cm，下垫10cm厚碎石垫层，最下层采用10cm厚粗砂找平，坡比为1：
2.50。
（2）坝顶结构
坝顶高程211.00m保持不变，规整坝顶宽度为3.5m。
坝顶采用10cm厚碎石垫层，20cm厚C20砼硬化坝顶。
上游侧增设1.0m高M7.5浆砌条石栏杆，下游侧增设0.3m高M7.5浆砌条石路沿，路沿石每隔10m预留排水孔。
坝顶向下游放2%的坡，利于排水。
（3）下游坝坡
坝顶至高程198.22m进行杂草清理，种植草皮护坡，高程211.00至198.22m
采用C15混凝土框格草皮护坡，框格梁间距3m,梁断面尺寸35×35cm，坡比为1:
2.50；下游坝坡坝肩设置C20砼排水沟尺寸为30×30cm（见大样图）、坝脚设置C20砼排水沟尺寸80×100cm（见大样图）。
1.4.2溢洪道整治设计
现场检查，溢洪道侧墙上部及底板损毁严重、杂草丛生，影响正常泄洪。
根据该溢洪道实际情况，本次整治溢洪道底板采用0.3m厚C15混凝土浇筑，上部破损边墙用浆砌条石重修，底板设置伸缩缝，伸缩缝间距为12m，缝宽15mm，以聚乙烯泡沫板填缝。
下游新建消力池。
1.4.3放水设施整治设计
放水卧管破损严重，且有渗漏。
故本次整治设计为：
对原放水设施拆除重建，修复下游涵管尾水渠。
1.4.4其他基础设施改造
在上游坝坡设立水标尺，观测水库水位情况。
新建防汛抢险公路0.3km。
并新建80m2管理房，对白蚁进行治理。
1.5工程管理
水库除险加固完成后由合川区水务局委托项目区乡镇水利管理机构负责管理，参照《水库工程管理设计规范》、《水利水电工程设计概（估）算费用构成及计算标准》、《水利工程管理单位编制定员试行标准》等规定，管理站设管理人员2人，其中领导1人。
管理人员由水务局与乡镇管理机构内部协调处理，不再增加编制。
由于工程年久失修，病害严重，水库长期限制蓄水，难以充分发挥工程效益，给水库管理带来很大的困难。
工程经整治恢复正常运行后，应加强技术管理人员的培训，完善管理制度，充分发挥工程效益。
1.6施工组织设计
1.6.1施工条件
工程区防汛公路质量较差，本次新建公路0.3km以后，基本能保证工程建筑材料的运输需要。
工程整治需石料与砂料（用于溢洪道、消能设施等），用量少，可就近开采库区周边侏罗系组砂岩，根据合川区该组砂岩使用经验，该组岩层石料强度可达30Mpa，其强度较高，储量大，开采方便，也可在附近商业采石场就近购买，平均运距约7km。
砂料产于嘉陵江，距离均在30km以内，可选择就近购买解决。
工程整治所需防渗粘土料可在大坝下游阶地开采残坡积粘土料，其物质组成与坝体土基本一致，满足土料质量要求，平均厚度2～4m，平均运距5km，需占用较多耕地。
施工用水可直接在水库内提取解决，生活用水采用在水库附近居民处节水解决。
钢筋、木材、水泥等合川城区购买，运距约35公里。
1.6.2主体工程施工
土石方开挖：
土石方采用人力开挖，双胶轮车出渣。
土石方回填：
采用分层回填，人工夯实方法。
砌石工程，在指定的料场购买符合规范要求的石料，用汽车运至工地临时堆码场，人工清石、修石，再用胶轮车运至各施工部位。
砂卵石垫层：
人工回填，平板振捣器振平、压实。
砼预制块安砌：
人工安砌，用砂浆填缝。
砼及钢筋砼：
采用0.4立方米移动式拌和机拌制，人工入仓，插入式2.2kw振捣器捣实，并进行抹面收面。
钢（木）模成型，钢筋采用人工现场安装。
1.6.3施工总进度
根据工程的投资，工程量及施工场地等因素，工程总工期定为6个月（包括施工准备期）。
1.7环境保护及水土保持设计
工程建设过程中，对当地环境不可避免的会产生一些不利的影响，但工程建设完成之后，对当地环境的改善也会起到明显的积极作用。
施工期间不利影响主要表现在对工区附近水域环境，空气质量、噪声环境、交通环境、人群健康几个方面。
另外，本工程新增水土流失主要产生于工程整治期，其水土流失影响主要表现在破坏原生地貌和弃渣流失等。
根据项目区内水土流失特点，水土保持措施以生物措施为主，护坡、护堤、挡土工程措施相结合，形成较完整的防护体系。
工程建设以后，增大了灌溉面积，能较大程度的促进农作物增产，农民增收。
这为促进为地区经济的发展创造了条件。
同时，灌区面积扩大，增加了丘陵缺水区的水域面积、调剂水量、地下水含量，对改善枯期生产生活用水矛盾，改善灌区环境状况和提高人民生活水平有积极的推动作用。
工程区可利用水资源的增加，有利于改善动植物的栖息环境，增加生物资源多样性。
根据水重庆市水利厅概（估）算有关规定，结合当地环保投资概（估）算和同类工程单项投资定额，本工程水土保持为2.0万元，环保投资为3.0万元。
1.8工程征占地
根据工程布置，本次工程不涉及到永久占地，均为临时占地，共计3亩。
根据合川区当地实际情况，建设征用地区域内的临时补偿费用为5000元/亩，青苗补偿费为5000元/亩，则本工程建设征地及移民安置费共计3万元。
1.9工程概算
经计算，本工程静态总投资：
166.74万元，其中建筑工程部分投资92.73万元，机电设备安装工程12.12万元，临时工程投资6.07万元，独立费用40.26万元，基本预备费7.56万元，征地移民和环境部分8.00万元。
1.10经济评价
工程国民经济评价结果表明，工程经济内部收益率为11.8%；大于7%，经济净现值为128.65万元，大于0，经济效益费用比为1.21，大于1，各项经济指标都满足国家规定的要求，在经济上是合理的。
敏感性分析结果表明，各敏感性因素向不利方向变化时，各项评价指标虽有变化，但仍符合国家规定的评价标准，说明该工程具有一定的抗经济风险能力，只要工程完建后，就能充分发挥长安水库的经济效益及社会效益。
1.11工程特性表
表1-3工程特性表
序号
名称
单位
整治前
整治后
备注
一
河流特性
1
流域面积
Km2
0.426
2
主河道长
Km
0.87
3
河道比降
‰
118
二
灌区特性
1
设计灌溉面积
亩
1500
1500
2
实际灌溉面积
亩
1200
1500
三
特征水位及库容
1
设计洪水位
m
209.30
209.14
2
校核洪水位
m
209.84
209.41
3
正常蓄水位
m
208.3
4
死水位
m
197.0
5
总库容
万m3
24.35
24.35
6
正常库容
万m2
20.1
7
死库容
万m2
0.7
四
大坝工程
1
坝型
均质土坝
2
主坝顶高程
m
211.00
211.00
3
最大坝高
m
16.98
16.98
4
坝顶轴线长
m
132.5
136.40
5
坝顶宽
m
不明确
3.5
6
上游坝坡
坡比
1:
2.40
1:
2.50、1.30
7
下游坝坡
坡比
1:
2.7、1:
1.78、1:
-9.3
1:
2.50
五
溢洪道
1
进口型式
宽顶堰
2
堰顶宽
m
2
3
堰顶高程
m
208.3
4
溢洪道总长
m
52.8
78.8
5
最大下泄量
m3/s
5.81
3.55
（p=0.5%）
6
防洪标准
20年一遇设计、200年一遇校核
六
放水设施
1
工程型式
涵卧管
涵卧管
2
砌筑材料
卧管为圆砼管、涵管条石料砌筑
钢筋砼、石料砌筑
3
最大过流量
m3/s
0.2
0.2
2水文
2.1概述
长安水库系长江水系嘉陵江支流，枢纽工程位于合川区钱塘镇，是一座以灌溉为主，兼有养殖、防洪综合利用效益的小
（2）型水利工程。
水库坝址距钱塘镇约7km，距合川主城区约28km。
该水库坝址以上控制流域面积为0.426km2，主河道长0.87km，流域平均比降118‰,多年平均年降雨量为983mm。
水库总库容24.35万m3，正常库容为20.1万m3，死库容为0.7万m3，设计灌面1500亩。
长安水库枢纽工程由大坝、溢洪道、放水设施组成。
长安水库枢纽为Ⅴ等工程，工程主要建筑物为5级，次要建筑物为5级。
主要建筑物设计洪水标准重现期为20年一遇，校核洪水标准重现期为200年一遇。
2.2气象特征
合川气象区划属亚热带湿润气候，主要气候特点：
冬季暖和，少霜雪，多雾，日照时数少；盛夏时间长，多连晴高温天气和伏旱；春季气温回暖少、不稳定，冷空气活动频繁，常有低温阴雨天气出现；初夏及秋季多连阴雨。
多年平均气温18.1℃，最高年平均气温18.8℃，最低年平均气温17.5℃。
年间气候七月最热，平均气温32.3℃，极端最高气温41.4℃，一月最冷平均气温2.2℃，极端最低气温-3.7℃。
区内多数地区无霜期331天，初霜期一月初，终霜期二月初。
根据合川区气象站1959-1981年实测资料计算，多年平均降雨量为1083mm。
夏、秋雨量集中，多发生暴雨，最大一日降雨量达196.9mm。
多年平均蒸发量为1046.8mm，日最大蒸发量达131.7mm。
多年平均日照时数为1316.2小时，占应照时数的30%，冬季少而夏季多。
区内最多风向为偏北风，最大风速达12m/s。
2.3资料复核
本流域内无水文测站，水库流域及附近类似流域，仅有暴雨资料。
其他基本资料还包括现场踏勘调查资料、库区万分之一航测图和枢纽区测量图等。
（1）流域特征值复核
本次采用万分之一航测图复核成果进行计算（见表2-1）。
表2-1长安水库流域特征值复核成果表
集雨面积（km2）
河长（km）
比降（‰）
备注
0.426
0.87
118
本次复核
（2）水库水位-库容曲线
对原水库水位-库容曲线进行复核，结果见表2-2。
表2-2长安水库水位-库容曲线表
水位（m）
库容（万m³）
194
0
196
0.5
198
1.05
200
2.1
202
4.07
204
7.7
206
12.6
208
19.17
210
26.05
2.4设计洪水
2.4.1工程等级及防洪标准
长安水库总库容24.35万m3，按照《防洪标准》（GB50201-94）及《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），长安水库为小
（2）型水库，大坝为均质土坝，枢纽工程等级为V等，主要建筑物级别为5级，次要建筑物级别为5级。
由此确定本工程防洪标准为：
设计洪水标准采用20年一遇；校核洪水标准采用200年一遇；消能防冲标准采用10年一遇。
2.4.2设计洪水推求
（一）暴雨参数
本流域内无水文测站，水库流域及附近类似流域，除暴雨资料外，无其它实测与调查资料，故采用由暴雨资料推求设计洪水的途径。
根据《水利水电工程设计洪水计算规范》，收集了短历时暴雨资料。
合川气象站短历时暴雨1/6小时、1小时、6小时资料为1980年～2008年共29年资料，24小时资料为1960～2008年共49年资料，对各系列实测值进行频率分析计算，采用皮尔逊Ⅲ型曲线进行适线，可得合川气象站短历时暴雨统计参数。
（频率曲线图见图2-1-2-4）。
同时查《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》（以下简称《手册》）暴雨资料，得各时段统计参数，结果见表2-3。
表2-3设计暴雨参数成果表
资料
参数
实测资料
手册查值
1/6h
1h
6h
24h
1/6h
1h
6h
24h
均值（mm）
14.7
41.5
77.1
93.5
17.0
41.0
90.0
96.0
CV
0.30
0.35
0.51
0.50
0.35
0.43
0.50
0.50
CS/CV
3.5
3.5
（二）设计雨型
查《手册》知，该设计流域属于Ⅲ（盆地腹部）区，其设计雨型分配比值见表2-4。
表2-424h设计雨型逐时（⊿t=1h）分配比值表
时段
1
2
3
4
5
6
7
8
9
6h雨量分配比
0.198
0.186
其余18h雨量分配比
0.038
0.094
0.121
0.078
0.029
0.09
0.072
时段
10
11
12
13
14
15
16
17
18-24
6h雨量分配比
0.098
0.132
0.302
0.084
其余18h雨量分配比
0.166
0.126
0.112
0.074
0
（三）设计洪峰流量推算
设计流域无实测洪水资料，且流域面积较小，本次设计采用《手册》中推理公式法计算本流域的洪水成果。
（1）推理公式法
①参数选取
采用《手册》中推荐的推理公式Q＝0.278ψ
F推求设计洪峰流量。
推理公式中有关参数确定如下：
a.暴雨参数S、n
暴雨衰减指数n分历时确定：
t=6～24h，
t=1～6h，
t=1/6～1h，
Sｐ＝Hp24.24ｎ-１
b.产流参数μ值
水库所在流域相对高差较小，地势较平缓，植被一般，属于盆地丘陵区，依据《手册》可得：
ｕ=4.8F-0.19，CV=0.18，Cs=3.5CV。
c.单位汇流时间τ0
计算公式:
τ0=[0.383/（ｍｓ0.25/θ）]4/（4-n）
d.汇流参数m值
本流域地处盆地丘陵区，暴雨历时较短，强度集中，开垦度较大，洪峰涨落较快。
依据《手册》，流域特征系数θ＝
，当θ=1～30，m=0.40θ0.204，当θ=30～300，m=0.092θ0.636。
②计算结果校核
为了保证计算结果的准确，需对汇流参数m值进行校核，即通过以下公式得到ｍ′值：
ｍ′＝0.278Ｌ/（τJ0.333Q0.25）
若计算结果ｍ′值与原ｍ值较为接近，说明参数取值正确，计算过程无误，成果可以采用。
（2）综合瞬时单位线法
a、产流参数：
流域平均暴雨损失量If,查《手册》中综合分区图，设计流域为Ⅰ区，If=25～40mm,本次计算取30mm，流域平均稳定入渗率fc,查《手册》综合分区图,设计流域属于Ⅰ区，fc=0.8mm,取fc=0.8mm。
b、汇流参数：
根据设计流域地理位置，查《手册》综合瞬时单位线汇流参数分区图，属②区，即：
ｍ1,10＝2.7061F0.1386·J-0.358·（F/L2）-0.3434
ｂ＝1.0505－0.2664LogF
ｎ＝3.7012（F/L2）-0.473·J-0.1389
（3）最大洪峰流量计算成果
根据设计暴雨及以上参数，用《手册》中有关计算公式，根据两种计算方法得设计洪峰流量成果见表2-5。
表2-5长安水库设计洪水成果表
实测暴雨
计算方法
设计洪峰流量（m³/s）
0.5%
1%
5%
10%
推理公式法
10.7
10.1
8.55
7.75
瞬时单位线法
9.2
8.7
6.72
5.81
手册查值
计算方法
设计洪峰流量（m³/s）
0.5%
1%
5%
10%
推理公式法
12.6
11.8
9.77
8.7
瞬时单位线法
12.0
10.5
7.0
5.5
经上表分析比较，实测暴雨资料推求的洪水比查《手册》暴雨资料推求的洪水小，综合瞬时单位线法推求的设计洪水比推理公式法推求的洪水小。
由于实测暴雨资料1/6小时、1小时、6小时资料为1980年～2000年共21年系列，实测暴雨资料系列太短，而查《手册》暴雨资料是通过分区综合的，是经四川省内专门审查和长江协作片审查验收，并由水
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