京元水库除险加固.docx

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京元水库除险加固

第一章综合说明7

第一节绪言7

第二节水文及水库特征水位10

第三节工程地质10

第四节震损情况11

第五节枢纽工程除险加固设计12

6.1大坝工程整治设计12

6.2溢洪道工程整治设计13

6.3放水设施工程14

6.4防洪公路工程14

6.5大坝观测设施及设备14

6.6管理房设施15

第六节施工组织设计15

第七节工程管理16

第八节环境影响及水土保持17

第九节工程投资17

第十节经济评价17

第二章水文及水库特征水位19

第一节流域概况19

1.1流域自然地理概况19

1.2气象19

1.3径流20

第二节基本资料的收集、复核20

第三节洪水22

3.1工程等级及洪水标准22

3.2设计洪水复核计算22

3.3泥沙25

3.4水库洪水调节计算25

3.5坝顶高程复核27

3.6水雨情观测和通讯设备28

第三章工程地质29

第一节区域地质概况29

第二节区域工程地质条件29

2.1水文地质条件30

2.2工程地质条件30

第三节天然建筑材料31

第四节结论和建议32

第四章除险加固工程设计34

第一节工程现状及存在的问题34

1.1枢纽大坝工程34

1.2溢洪道工程35

1.3放水设施35

1.4防洪公路36

1.5管理设施及其他工程36

第二节设计依据36

2.1工程等别36

2.2洪水标准36

2.3采用的规范36

第三节总体设计37

第四节挡水建筑物37

4.1大坝工程整治设计37

4.2大坝渗流复核计算38

4.3坝坡稳定复核39

第五节溢洪道工程整治设计42

第六节放水设施43

第七节防洪公路工程43

第八节大坝观测设施及设备43

第九节管理房工程44

第十节建筑工程量统计44

第五章施工组织设计45

第一节工程施工条件45

1.1工程条件45

1.2自然条件47

第二节施工导流47

第三节施工交通运输47

3.1场外交通运输47

3.2场内交通运输47

第四节主体工程施工48

4.1大坝整治工程施工48

4.2溢洪道工程施工49

第五节施工总布置50

5.1布置原则50

5.2施工交通运输50

5.3施工辅助企业50

第六节施工总进度51

6.1设计依据51

6.2前期准备工作51

6.3主体工程施工期安排52

6.4工程完建期52

第七节质量控制及验收52

7.1施工测量52

7.2材料52

7.3开挖53

7.4土石方填筑53

7.5砌筑53

7.6混凝土浇筑54

第六章工程管理设计55

第一节工程管理现状55

第二节工程管理设计55

第七章环境影响及水土保持设计57

第一节环境保护设计57

第二节水土保持设计58

第三节环境保护及水土保持设计经费59

第八章工程概算60

第一节编制说明60

1.1编制依据60

1.2基础单价60

第二节工程量及投资概算61

第九章经济评价63

第一节工程概况63

第二节评价的方法和依据63

第三节国民经济评价63

3.1评价主要参数63

3.2工程费用64

3.3综合效益计算65

3.4国民经济评价指标66

第四节敏感性分析66

第五节综合经济评价66

第一章综合说明

第一节绪言

京元水库位于广元市元坝区射箭乡京元村五社境内的侍郎坟，坝址地理坐标为东径105°45′，北纬32°20′，工程距元坝城镇68km，距广元城区45km。

下游居住人口1300多人，保护耕地2600亩，是一座以农田灌溉为主，兼顾防洪、水产养殖等综合效益为一体的小

（二）型水利枢纽工程。

1967年5月，广元县水电局组织技术人员开始进行京元水库的勘测设计。

同年9月，开始动工修建，工程于1968年4月完工。

京元水库枢纽工程由大坝、涵卧管、溢洪道组成，等别属五等工程，主要建筑物为五级，正常运行和非常运行防洪标准为20年一遇洪水设计200年一遇洪水校核，相应下泄流量分别为1.2m3/s和4.53m3/s。

京元水库工程大坝为均质土坝，设计大坝高15.8m，坝顶宽1.6m，坝顶长101m，实测坝顶高程802.5m，坝址以上集雨面积为0.36km2，总库容为10.14万m3，有效库容8.85万m3，死库容0.39万m3，工程设计灌溉面积0.042万亩，实际灌面0.036万亩，其工程特性详见表。

京元水库是在六十年代特定的历史背景中施工修建的，工程施工质量控制较差，坝体碾压存在不密实问题，外坝脚未设堆石体，外坝脚段滑坡。

坝顶宽度不够，内坡未进行护坡处理，风浪

京元水库整治前后工程特征表

表1

序号

名称

单位

整治前的规模

整治后的规模

备注

一

水文气象

集雨面积

Km2

0.36

年平均降雨量

1083

最高气温

℃

38.90

最低气温

℃

-8.2

年平均径流深

513

设计洪峰流量

m3/s

8.85

p=5%

校核洪峰流量

m3/s

14.92

p=0.5%

设计洪水下泄流量

m3/s

1.2

p=5%

校核洪水下泄流量

m3/s

4.53

p=0.5%

二

水库特征

正常水位

801.00

设计洪水位

801.40

p=5%

校核洪水位

801.82

p=0.5%

死水位

789.30

回水长度

公里

0.18

水库总库容

万m3

10.14

有效库容

万m3

8.85

死库容

万m3

0.39

水库调节性能

年调节水库

径流调节系数

0.55

三

工程特征

大坝

坝型

均质土坝

最大坝高

15.8

坝顶长度

101

坝顶宽度

1.6

3.0

坝顶高程

802.5

802.66

坝底宽度

70.30

71.29

坝底高程

786.70

溢洪道

型式

宽顶堰

堰顶高程

801.00

宽度

3.0

4.0

长度

最大泄洪量

m3/s

4.53

消能形式

无

放水设备

型式

涵卧管

设计放水流量

m3/s

0.15

淘涮严重。

溢洪道右边墙被余震震垮，底板未浆砌。

放水卧管震损管壁漏水严重。

无防汛进库公路，无管理房工程设施。

第二节水文及水库特征水位

京元水库控制集雨面积0.36km2，库区内植被良好，其海拔高程在800—1000m之间，主河道长0.89km，河床平均比降179.07‰。

出露岩层多为砂、页岩，土质为黄土和红色亚粘土等。

农田中水田沿河分布较广，有利于水田用水。

水库流域属亚热带湿润季风气候区，具有气候温和、四季分明、雨量充沛、日照充足、湿度大等特点。

最大年降水量1613mm，最小年降水量560.5mm。

暴雨多发生在6—8月，一次大暴雨过程多为1—2天，其中80%左右的水量集中在24小时以内，实测24小时内最大暴雨量为420mm。

多年平均气温13.1℃，历年极端气温最高值34.2℃，最低-8.8℃，多年平均日照数1220小时，多年平均蒸发量为1285.4mm，无霜期240天，多年平均相对湿度69%，平均风速15m/s，最大风速20m/s。

相应风向NNE。

洪水复核标准：

设计洪水标准为20年一遇，相应设计洪水位:

801.40m;校核洪水标准为200年一遇,相应校核洪水位:

801.82m。

设计洪水成果：

设计洪水标准洪峰流量为8.85m3/s，最大下泄流量为1.2m3/s，校核洪水标准洪峰流量为14.92m3/s，最大下泄流量为4.53m3/s。

第三节工程地质

京元水库位于广元市元坝区射箭乡京元村五社境内的侍郎坟，坝址地理坐标为东径105°45′，北纬32°20′，坝区附近属高山深沟，地形切割较深。

河床为“V”型河谷，两岸陡坡地段多基岩裸露，属幼年期河床特征。

库区内出露地层主要为百垩纪下统城墙岩群地层，其次是第四系地层，另有侏罗上统地层出现和继侏罗系沉积之后又一大套河湖相红色碎屑岩构成，砾岩、砂岩、泥岩呈互层产出，厚度在1300m左右，岩相岩性变化较大。

区内构造较缓，岩层倾角多在6—8°以下，岩性以泥岩与砂岩、砾岩软硬相间为主，厚层砂岩形成陡岩和鸡爪梁状，泥岩形成缓坡圆丘和平坦边沟等低山地貌状态。

库区物理地质现象主要为风化剥蚀及崩塌，物理风化作用皆由粘土、泥质粉砂土等形成的缓坡坪台和由砂页岩互层风化形成的陡崖，坡脚斜坡处有节理裂隙切割坠落的零星块石出现。

风化剥蚀以泥岩为主，极易风化，表层呈碎屑或粘土状，在坡面水的冲刷下成为库区淤积的主要来源。

据GB18306－2001《中国地震动参数区划图》国家标准第1号修改单,《四川、甘肃、陕西部分地区地震动峰值加速度区划图》及《四川、甘肃、陕西部分地区地震动反应谱特征周期区划图》查得，工程区地震动峰值加速度为0.1g，动反应谱特征周期为0.4S，对应地震基本烈度为VII度。

因此需对水库工程进行抗震复核计算，抗震计算标准为丁级。

第四节震损情况

2008年5月12日，四川汶川发生8级地震，大地震过后广元区域内又出现了6.4级以上的强余震1次，多次余震导致溢洪道右边墙垮塌，放水卧管震损漏水严重。

第五节枢纽工程除险加固设计

6.1大坝工程整治设计

1、大坝坝顶整治设计：

拓宽原坝顶宽度1.6米至3.0m，同时加高大坝高度16cm，坝顶路面采用15cm厚泥结石铺筑，其下铺设20cm厚砂砾石垫层，坝顶路面两端设30*30cm路边石，水库整治后坝顶高程为802.66米,详见大坝整治横断面图。

2大坝内坡整治设计：

对内坡进行整形护坡，自内坡高程794.00m以上至799.00m以上采用20cm厚干砌块石护面，下部采用20cm厚砂砾石垫层作反滤料,799.00m以上至坝顶采用C15砼预制块进行护坡处理,预制块边长30cm厚8cm，下部采用20cm厚砂砾石垫层作反滤料。

护坡框格采用C20砼矩形结构，边长为长×宽=15m×8m,C20砼框格断面尺寸宽×深=30cm×30cm。

3、大坝外坡整治设计：

结合坝顶拓宽,从马道800.45m采用1:

2.0坡度培厚外坝坡至坝顶使坝顶宽度达到3.0m，同时加高大坝0.16m，使大坝高度达到802.66m。

对外坝795.32m以下滑坡体进行清除，并应保证全部清除滑坡体，为确保新旧土料的良好接触，清除采用阶梯状，阶高不小于30cm，台宽为不小于60cm为宜,并采用硬岩石渣料对坝坡进行回填压实至原坡比。

在外坝脚增建堆石体，堆石体顶高程为788.70米，堆石体顶宽2.0m,内坡比1:

1.0,外坡比为1:

1.5。

坝肩两侧设顺坡向排水沟,同时以防人畜肆意进入坝坡内，排水沟边墙为M7.5砌石矩形结构，宽×深=0.4×0.4m，边墙厚20cm，底板采用8cm厚C20砼浇筑，其下铺设20cm厚砂砾石垫层。

对外坝坡堆石体以上部分采用C20砼棱形框格进行草皮绿化护坡，以防雨水冲涮，棱形框格边长10m×10m，C20砼框格断面尺寸宽×深=30cm×30cm。

6.2溢洪道工程整治设计

根据水文计算溢洪道最大泄洪能力应为4.53m3/s,溢洪水深为0.82米,堰顶宽度为4米,溢洪道堰顶高程为801.00米。

而溢洪道实际堰宽为3.0m,需拓宽。

溢洪道由进口断、宽顶堰、泄流槽段组成。

详见溢洪道设计断面图。

拓宽溢洪道堰顶宽度至4.0m，堰进口底板下设60cm宽,120cm高M7.5浆砌条石截水墙,以防治水灌入底板。

根据调洪演算进口段堰宽4.0m,溢洪水深为0.82m,考虑掺气水深和安全超高0.7m,进口溢流堰段边墙高为1.5m。

溢洪道泄流槽段按陡坡水力计算，泄槽宽3.0m,坡比为1:

67，则相应溢洪水深为0.8m,考虑掺气水深和安全超高0.7m，泄槽段边墙高为1.5m。

泄流陡槽段按陡坡水力计算公式进行复核计算，泄流槽宽为3.0m，溢洪水深为0.3m，考虑掺气水深和安全超高0.7m，泄槽段边墙高为1.0m。

溢洪道边墙断面均采用M7.5砌条石梯形断面，顶宽30cm，底宽60cm，墙身应梅花状预留Ø50mm排水孔，并应做好排水孔后的反滤过渡结构，边墙纵向间隔15m留伸缩缝。

溢洪道底板采用M7.5砌条石结构,底板厚30cm，下面采用20cm厚砂砾石垫层，并做好底板下的排水暗沟。

陡槽段由于底板位于砂页岩基础上，底板整体结构较好，可满足直接泄洪需要，本次不做陡槽段底板设计。

溢洪道末端位于砂页岩基础上，且远离大坝脚，下游为砂页岩冲沟，亦无农田保护，故未做消能设计。

6.3放水设施工程

对震损放水卧段管进行撤除，重新采用M7.5砌条石进行浆砌整治。

6.4防洪公路工程

防汛公路路面宽设计为4.0m，按泥结石路面施工，路基利用原天然土层，其压实度不小于95%，结构底层采用20-30cm厚砂砾石垫层，表层采用20cm厚泥结碎石，路面由中心向两侧做成5%坡度，以利于排水。

公路两侧各设置一道排水沟，排水沟梯形结构，底宽30cm，顶宽60cm，沟深20cm，排水沟采用M7.5砌条石结构，详见防汛公路设计横断面图。

6.5大坝观测设施及设备

1、大坝沉陷位移观测

在大坝两岸每一纵排测点的延长线上各布设一个工作基点和校准点，各种基点均布设在两岸岩石和坚实土基上，共需增设观测点6个。

2、大坝渗透观测

在原河床最大断面处进行浸润线观测点的布设，共布设三排，每个横断面布置四根测压管，同时在京元水库原量水堰处增设RJ型量水堰渗流仪进行大坝渗流观测。

3、水文观测

针对水库降雨量、水位及水温的观测，本次在水库布设高程水位标尺，同时增设自计雨量计、自动水位计及电阻温度计各一套，用于水库水文的观测。

4、观测设备

根据工程管理需要，配置水准仪一台、除草机一台。

6.6管理房设施

本次不设计建设管理房工程。

第六节施工组织设计

京元水库属五等工程，枢纽主要建筑物为5级，次要建筑物为5级，水库除险加固工程包括大坝加固整治、溢洪道加固整治、放水设施整治、白蚁防治、增添观测设施和兴建管理房等。

主要工程量为开挖土石方2291.57m3，土石回填方2085.58m3，砌石方903.38m3，砼441.08m3。

主要建筑材料：

水泥57.65T，河砂211.76m3，石子149.25m3，高峰人数80人。

施工总投劳3.27万工日。

工程所需天然建筑材料主要为块石、条石、碎石等，均可在距大坝2km范围内取用；建筑土料就近范围内取用；所需的砂石料在嘉陵江河道开采运输；钢材、汽油、柴油等主要材料由广元城区市场供应，水泥和炸药也由广元城区市场供应。

施工用水利用库水和管理站的供水设施来满足生产生活用水；施工用电利用管理站电力资源或从附近电网架设。

大坝回填碾压和边坡削坡，采用人工回填碾压，机械土料运输，砼作用采用普通人工作业，人工胶轮车运输，人工平仓，2.2kw插入式振捣器振捣。

施工总体布置遵循因地制宜，有利生产、生活，易于管理，少占耕地，经济合理，安全可靠的原则。

根据工程的布置特点和施工场地条件，进行水、电及砼拌和站和施工辅助企业布设。

由于本工程施工较集中，故采用一个施工区。

生活区布置在大坝左岸，施工辅助企业布置在大坝两端。

本工程计划总工期4个月，主体工程工期为3个月，即2009年3月上旬至2009年的6月下旬，工程准备期半月，工程完建期半月。

第七节工程管理

本工程的管理人员现为1人，无管理房工程设施。

水库具有综合利用效益，管理项目以大坝为主，为给工程管理提供必要的条件，满足工程监测、经常性维护（修），运行调度、资料管理、交通、通信及办公自动化等需要，按有关规范拟设置以下主要管理设施：

①水工建筑物监测维护设施

②水情、工情信息及数据处理设施

③通信设施

④交通设施

⑤办公及生活用房

第八节环境影响及水土保持

京元水库枢纽除险加固工程的整治，具有灌溉、防洪、多种经营及防止库外耕地浸没影响等多方面效益，防止了水事纠纷，具有重要的经济和政治意义。

工程施工过程中带来的噪声、粉土、油污等不利影响，而这些都是暂时的，可以采用措施来避免或减少到最小程度。

根据水土保技术规范规定的“谁造成新的水土流失，谁治理”原则，确定本工程水土保持责任范围为项目建设区和直接影响区。

工程施工完后，对于施工临时占用的耕地应尽快平整复耕，非耕地和料场平整后进行绿化。

第九节工程投资

本工程投资概算组成和编制规程执行四川省《水利水电工程概预算定额》上、下册（2007年），广元市建筑材料价格（2009）和元坝区物价局出具的《材料价格信息》及《京元水库设计报告》。

京元水库除险工程包括大坝整治工程、溢洪道整治工程、放水设施整治、新建防汛公路、兴建管理房、增设大坝观测设施及相关工程。

工程总投资56.73万元，其中建筑工程投资43.81万元，机电设备安装工程2.2万元，临时工程费1.62万元，独立费用5.16万元，基本预备费2.38万元，工程总投劳3.27万工日。

第十节经济评价

京元水库在经济上合理可行。

国民经济指标表明经济内部收益率为14.7%，大于社会折现率7%，经济净现值为21.53万元，大于0，效益费用比为1.52，大于1。

这说明本次整治京元水库大坝内坡滑坡工程在经济上是可行的，并且在灌溉、防洪、水产养殖及其它方面的效益上是非常显著的，工程整治后将对该地区经济和社会发展起到积极促进作用,建议尽快立项施工建设。

第二章水文及水库特征水位

第一节流域概况

1.1流域自然地理概况

京元水库位于广元市元坝区射箭乡京元村五社境内的侍郎坟，坝址地理坐标为东径105°45′，北纬32°20′，工程距元坝城镇68km，距广元城区45km。

大坝下游下游居住人口1300多人，保护耕地2600亩，地理位置重要，防洪效益显著，是元坝区境内的一座小

（二）型水库。

工程流域地处四川盆地北部边缘，为深丘、中山地貌，地势东高西低，高差较大，河道坡度较陡，水流湍急，但流域内植被较好。

1.2气象

水库流域属亚热带湿润季风气候区，具有气候温和、四季分明、雨量充沛、日照充足、湿度大，冬季寒冷少雨且多寒潮；春季温和、风高物燥、多干旱；夏季炎热、雨量集中、夏旱突出、春旱连夏旱、或伏旱连秋旱等灾害常有发生；秋季多雨、湿度大，常发生秋绵雨及秋洪。

降雨年内分配极不均匀，雨季从5月到10月中旬，降水占年降水量的75%，而12月至次年3月降水量仅占年降水量的10%，降水年际变化较大，最大年降水量1613mm，最小年降水量560.5mm。

暴雨多发生在6—8月，一次大暴雨过程多为1—2天，其中80%左右的水量集中在24小时以内，实测24小时内最大暴雨量为420mm。

相应风向NNE。

1.3径流

根据《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》和《广元县水文手册》查算分析，多年平均年径流深513mm，地下径流深13.8mm，则地表径流深497.2mm。

年径流变差系数CV＝0.45，偏差系数采用CS＝2CV。

由此算得丰水年（P＝20%）年径流深591.7mm，平水年（P＝20%）年径流深为487.26mm，枯水年（P＝80%）年径流深为417.65mm。

故各设计频率年径流量分别为86.39万m3、71.14万m3、60.98万m3，各设计年平均流量分别为0.027m3/s、0.023m3/s、0.019m3/s。

第二节基本资料的收集、复核

由于水库流域及邻近类似区内无实测水文资料，水库坝址河段又无历史洪水调查资料，在运行期间没有洪水过程出流观测资料，且没有完整的，长系列的暴雨资料，因此不能用频率分析方法及水文比拟法推求设计洪水，其设计洪水只能由设计暴雨并按《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》和《广元县水文手册》中推理公式进行分析计算。

设计暴雨按短历时暴雨公式计算：

Htp=Spt1-n。

京元水库流域内水文资料缺乏，无历史记载，无实测水文数据。

根据工程所在的位置及主要特性，河道的基本特征值主要来源于万分之一航测图。

京元水库河道特征值表

表2-1

集雨面积（km2）

主河道长度（km）

河床比降（‰）

0.36

0.89

179.02

京元水库水位-面积、水位-容积复核如下表。

表2-2

水库水位～面积、水位～容积曲线计算

水位

水面面积

平均面积

高差

分层库容

累计库容

786.7

791

2960

1480

4.3

6364

795

6980

4970

19880

26244

799

11200

9090

36360

62604

803

14640

12920

51680

114284

第三节洪水

3.1工程等级及洪水标准

根据水利部《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000）及国家《防洪标准〈GB50201—94〉》之规定，该水库为小

（二）型水利枢纽工程，工程等别为五等水利枢纽工程，枢纽工程主要建筑物为5级。

相应水库洪水计算标准为:

设计洪水标准按20年一遇洪水（p=5%）计算，校核洪水标准按200年一遇洪水（p=0.5%）计算。

3.2设计洪水复核计算

3.2.1设计洪峰流量计算

京元水库属无洪水水文资料地区，只有采用《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》中介绍的推理公式法推算设计洪水，

1、推理公式基本关系式：

Q=0.0278ψ（S/τn）F

上式适用于全面汇流和部分汇流两种情况：

当在全面汇流条件下τ≤tcψ=1-（μ/s）τn

当在部分汇流条件下τ>tcψ=n（tc/τ）1-n

tc=[（1-n）s/μ]1/nτ=τ0ψ-1/4-n

τ0=0.02783/4-n/[（mJ1/3/L）4/4-n（SF）1/4-n]

式中：

Q—设计频率年最大洪峰流量（m3/s）;

ψ—洪峰径流系数；τ—流域汇流时间（h）；

S—暴雨雨力，即最大1小时暴雨量（mm/h）；

n—暴雨公式指数；F—集雨面积（km2）；

μ—产流参数,即产流历时内流域平均入渗（mm/h）;

m—汇流参数；J—主河道的平均坡降；

L—自出口断面沿主河道至分水岭

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