某山丘岭区塘坝加固项目实施方案.docx

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某山丘岭区塘坝加固项目实施方案

2012年小型水库移民扶助基金

XX市XX区XX镇XX村

塘坝加固项目实施方案

XX市水利勘测设计院

二Ｏ一三年四月

　　设计单位负责人：

XXX

　　技术负责人：

XXX

　　设计项目负责人：

XXX

　　主要参加人员：

XXX

工程概算编制：

XXX

附表：

工程投资概算表

附图

1综合说明

1.1工程概况

XX镇西XX村位于镇驻地北部，村内主导产业以农业种植、茶园、养殖业为主，为XX水库分散安置移民村。

XX村塘坝地处XX村南部岭坡上，位于FT河支流上游。

该水库控制流域面积0.71km2。

水库枢纽工程主要有大坝、开敞式溢洪道组成。

大坝为粘土心墙砂壳坝，坝长170m，现状坝顶宽2.5~3.5m。

1.2建设缘由

由于XX村塘坝当时是以该村为主修建，工程建设时受当时条件影响，工程建设标准低，施工质量差，加之受到资金不足等因素的影响，后期缺乏有效的维护与维修，工程老化严重，存在诸多安全隐患，一旦失事，将造成巨大损失，急需采取除险加固工程措施。

1.3设计依据

1.3.1文件依据

1、2012年12月31日，SD省水利厅、财政厅LU水移民字[2012]12号文《关于下达2012年小型水库移民扶助基金项目计划的通知》；

2、2013年3月14日，日照市水利局、财政局日水办发[2013]29号文《转发省水利厅、财政厅关于下达2012年小型水库移民扶助基金项目计划的通知》。

3、《SD省人民政府办公厅关于帮扶解决小型水库移民生产生活困难的通知》（LU政发[2008]55号）。

4、SD省水利厅[2008]2号文印发的《SD省小型水库洪水核算办法》；

1.3.2执行的主要规范规程

1、《水利水电工程初步设计报告编制规程》DL5021—93；

2、《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252—2000；

3、《防洪标准》GB50201—94；

4、《碾压式土石坝设计规范》SL274—2001；

5、《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》SL189—96；

6、《水利水电工程设计洪水计算规范》SL44—2006；

7、《砌体结构设计规范》GB50003-2001；

8、《溢洪道设计规范》SL253—2000；

9、《水利工程水利计算规范》SL104—95；

10、《公路桥涵设计通用规范》JTDG60-2004；

11、《水库工程管理设计规范》SL106-96；

12、《中国地震动参数区划图》GB18306—2001；

13、《水利水电工程施工组织设计规范》SL303—2004；

14、国家颁布的其它有关规范、规程。

1.3.3其他资料

XX市XX测绘有限公司2013年4月实测水库枢纽工程1:

500局部地形图，大坝横断面图，溢洪道纵横断面图。

1.4建设性质

除险加固。

1.5工程等级

大后村塘坝，根据水库总库容和重要性，确定水库枢纽工程等别为Ⅴ等，主要建筑物5级，次要建筑物5级。

1.6设计标准

依据《水利水电工程等级划分及洪水标准》、《防洪标准》规定及水库工程规模和重要性，考虑原设计标准，确定XX村塘坝设计洪水标准仍为20年一遇，校核洪水标准仍为200年一遇；溢洪道消能防冲设计洪水标准10年一遇。

1.7抗震设防烈度

依据国家质量技术监督局发布的《中国地震动参数区划图》（GB18306—2001），查得XX村塘坝附近地区地震动峰值加速度为0.10g，地震动反应谱特征周期0.45s，相应地震基本烈度Ⅶ度，确定采用设防烈度Ⅶ度。

1.8主要工程建设内容

1、大坝工程

大坝迎水坡部分坝坡块石护坡；背水坡补土整坡防护，下游新建排水设施；坝顶整修，采用泥结石路面。

2、溢洪道工程

溢洪道开挖，控制段在原山体修成宽顶堰型式。

3、放水洞工程

新建虹吸式放水洞。

1.9工程投资及工期安排

工程概算总投资20.79万元。

计划2013年9月开工，2013年11月竣工，工期3个月。

2水文

2.1设计洪水标准

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》及《防洪标准》规定，XX水库为小

（2）型水库，工程等别为Ⅴ等，确定本次洪水复核标准：

设计洪水标准20年一遇，校核洪水标准200年一遇；溢洪道消能防冲设计洪水标准10年一遇。

2.2设计洪水推求

XX水库控制流域面积0.71km2，干流长度1.415km，平均干流坡度0.046m/m。

流域内坡度较陡，属低山丘陵地区，来水主要是降雨时山岭产流，多年平均降雨量867mm，降雨量年际年内变化大，实测最大年降雨量是最小年降雨量的2.7倍，多年平均汛期降雨量约占全年总降雨量的71.5%以上。

降雨是地表水和地下水的主要补给来源，因此，径流时空分布也不均匀，年际年内变化大，形成了春旱、夏涝、秋冬又旱的规律。

2.2.1计算方法

利用暴雨等值线图，采用经验公式图表查算法推算设计洪水。

2.2.2设计雨期的确定

根据对水库流域内暴雨特性及产汇流规律进行分析，可知该水库入库洪水均不超过24h，因此确定设计雨期为24h。

2.2.3设计暴雨量的推算

由《SD省小型水库洪水核算办法》中“SD省小型水库所在县降水量统计参数表”查得，后村镇大后村水库流域中心处多年平均最大24小时降雨量H24=110mm，变差系数CV=0.59，取CS=3.5CV，计算各设计频率的暴雨量H24P。

成果见表2-1。

表2-1XX水库各设计频率暴雨量计算成果表

频率（%）

KP

H24P（mm）

0.5

3.57

392.2

5

2.73

299.8

10

1.76

193.6

2.2.4设计洪水的推求

1、流域特征参数K：

计算公式如下：

K=L/（J1/3×F2/5）。

式中：

K—流域特征参数；

L—干流长度（m），；

J—平均干流比降（m/m）；

F—流域面积（km2）。

经计算，K=4.52。

2、单位面积最大洪峰流量qm：

根据设计暴雨及流域特征参数K查图，得各频率单位面积最大洪峰流量qm，成果见表2-2。

表2-2XX水库各设计频率单位面积最大洪峰流量成果表

频率（%）

0.5

5

10

qm（m3/s/km2）

46

36

24

3、设计最大洪峰流量Qm：

计算公式如下：

Qm=qm×F

式中：

Qm—洪峰流量（m3/s）；

qm—单位面积最大洪峰流量（m3/s/km2）；

F—流域面积（km2）。

根据上述公式，计算得各频率最大洪峰流量Qm，成果见表2-3。

表2-3XX水库各设计频率最大洪峰流量成果表

频率（%）

0.5

5

10

Qm（m3/s）

35.93

28.12

18.74

2.3调洪演算

2.3.1洪水调节计算方法

由于本水库调蓄洪能力相对较小，为安全考虑，按来水量的最大洪峰流量作为对应的设计流量。

2.3.2洪水调节水位

溢洪道属无闸控制，入库洪水自由下泄，起调水位为溢洪道底高程。

2.3.3调洪计算

各频率调洪计算成果见表2-4。

表2-4XX水库调洪计算特征值成果表

频率（%）

入库洪峰流量（m3/s）

最高库水位（m）

0.5

35.9

65.1

5

28.1

64.8

10

18.7

64.3

2.4坝顶高程确定

2.4.1坝顶超高的计算

坝顶超高计算按照《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189-96）（以下简称“设计导则”），以下式计算：

y=R+A

式中：

y—坝顶超高（m）；

R—波浪爬高（m）；

A—安全加高（m）。

1、波浪爬高R：

采用经验公式以下式计算。

R=3.2×K×（2hB）tga

式中：

K—坡面糙率，一般取0.8。

tga=1/m上=0.4（m上=2.5）；

2hB正常=0.0208×V风5/4×D吹1/3（V风=25.65m/s；D吹=0.17km）；

2hB非常=0.0208×V风5/4×D吹1/3（V风=17.1m/s；D吹=0.15km）。

经计算R正常=0.68m；R非常=0.39m。

2、安全加高A：

根据“设计导则”中6.1.1条规定，正常运用条件下A取0.5m；非常运用条件下A取0.3m。

3、坝顶超高y的计算：

正常运用y正常=R正常+A正常=1.18m；　

非常运用y非常=R非常+A非常=0.69m。

2.4.2坝顶高程的计算

按照“设计导则”6.1.2条规定，坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，分别按以下运用条件计算，取其最大值：

一、设计洪水位或正常蓄水位加正常运用条件的坝顶超高；

二、校核洪水位加非常运用条件的坝顶超高；

三、正常蓄水位加非常运用条件的坝顶超高加地震涌浪高（Ⅶ度地震区涌浪高取1.0m）。

根据上述几种情况分别计算坝顶高程，计算成果见表2-5。

表2-5水库大坝防洪安全计算成果表

水位

运用情况

洪水位

坝顶超高

核算坝顶

设计坝顶

现状坝顶高程（m）

（m）

（m）

高程（m）

高程（m）

设计洪水位

正常运用

64.80

1.18

65.98

66.00

65.3～66.2

正常蓄水位

正常运用

62.80

1.18

63.98

65.3～66.2

正常蓄水位

非常运用

62.80

1.69

64.49

65.3～66.2

校核洪水位

非常运用

65.06

0.69

65.75

65.3～66.2

2.5粘土心墙顶高程确定

根据“设计导则”6.4.5条规定，防渗体顶部高程应高出正常运用的静水位0.3m以上；非常运用情况应不低于非常运用的静水位。

粘土心墙顶高程计算成果见表2-6。

表2-6粘土心墙顶高程计算成果表

水位

运用情况

洪水位

心墙顶超高（m）

核算心墙顶

设计心墙顶

现状心墙顶高程（m）

（m）

高程（m）

高程（m）

设计洪水位

正常运用

64.8

0.3

65.1

65.1

64.5～65.1

正常蓄水位

正常运用

62.8

0.3

63.1

64.5～65.1

校核洪水位

非常运用

65.1

65.1

64.5～65.1

2.6复核结论

由上两表知本水库防洪标准达不到设计防洪标准。

3工程地质

3.1区域地质概况

1、地形地貌

XX塘坝地处XX村东北部，位于FTH支流上。

库区位于X-X穹窿背复斜中部，沂沭断裂带以东，流域内坡度较陡，地势西北高东南低，地貌上属于LDN低山丘陵区。

XX河流域内沟壑发育，溪沟纵横，大多垂直于地面等高线。

北部靠近山丘岭坡，沟溪源短，坡陡流急；中下游地势较平坦，河道行洪速度相对较缓慢。

2、地层岩性

根现场踏勘和钻探揭露，坝址区出露的地层有片麻状中粗粒花岗岩及第四系松散堆积层。

3、地质构造

库区附近较大的断裂为瓦店—铨园断裂，该断裂北起诸城瓦店，向南经过JXS岩体，经WL迟家山、RZS园、JN大坊前进入江苏省。

走向NE20º，倾向不一，倾角为40º-83º。

坝址附近没有发现断层。

4、水文地质条件

入库主要河流为附近山体经大气降水后，形成地表泾流经沟谷汇集流入库区。

地下水类型可分为第四系孔隙潜水和基岩裂隙潜水两大类。

5、地震动参数

据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），场区的地震基本烈度Ⅶ度，设计基本地震加速度值为0.10g，地震动反应谱特征周期0.45s。

3.2坝址区地质概况

坝址处河谷为V型谷，阶地不发育。

坝址处覆盖层为河床和河漫滩的沉积物，颗粒组成为砾石、砾砂和砂壤土，颗粒组成主要为砾砂。

坝址区出露的地层有元古代侵入岩及第四系松散堆积层。

坝址区断裂构造不发育，未发现断层及节理裂隙密集带。

3.3坝体质量

大坝为粘土心墙砂壳坝，全长170m，坝顶宽度2.5~3.5m，主坝上游坡比为1:

2.0。

下游坡为草皮护坡，坝坡较平缓，局部较陡，坝后坡坡比为1:

1.62～1:

2.07。

坝体顶部为含细粒土砾，坝体内部由壤土组成，由于土料来源不一，土质不均，含较多铁锰结核、砂粒及碎石。

下游坝坡为草皮护坡，坝坡较平整，仅局部出现明显的冲沟现象，整个后坡草皮质量一般，坝坡局部裸露。

没有排水体，长期渗流作用下，会对坝体造成安全隐患。

3.4溢洪道工程地质条件及评价

溢洪道位于大坝右端，为开敞式宽顶堰，凹凸不平。

溢洪道内没有断层穿过，未发现节理裂隙密集带。

溢洪道大坝无裹头，渠底断面不规整，均为土基坡面，无任何护砌。

4工程设计概况及布置

4.1设计标准

1、工程等别及建筑物级别

依据《防洪标准》（GB50201—94）及《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000），大后村塘坝，工程等别为Ⅴ等，大坝、溢洪道、放水洞等主要建筑物级别为5级；临时建筑物为5级。

2、防洪标准

依据《防洪标准》（GB5021—94）和原工程登记资料，结合工程实际，工程的防洪标准为：

20年一遇洪水设计（P=5%），200年一遇洪水校核（P=0.5%）。

溢洪道消能防冲设计洪水标准10年一遇。

4.2设计依据

1、执行的主要规范规程

（1）《水利水电工程初步设计报告编制规程》DL5021—93；

（2）《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252—2000；

（3）《防洪标准》GB50201—94；

（4）《碾压式土石坝设计规范》SL274—2001；

（5）《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》SL189—96；

（6）《水利水电工程设计洪水计算规范》SL44—2006；

（7）《砌体结构设计规范》GB50003-2001；

（8）《溢洪道设计规范》SL253—2000；

（9）《水利工程水利计算规范》SL104—95；

（10）《公路桥涵设计通用规范》JTDG60-2004；

（11）《水库工程管理设计规范》SL106-96；

（12）《中国地震动参数区划图》GB18306—2001；

（13）《水利水电工程施工组织设计规范》SL303—2004；

（14）国家颁布的其它有关规范、规程。

2、测量资料

XX测绘有限公司2011年2月实测水库枢纽工程1:

500局部地形图，大坝横断面图，溢洪道纵横断面图。

3、地勘资料

附近工程的相关地质资料。

4、地震设防烈度

依据国家质量技术监督局发布的《中国地震动参数区划图》（GB18306—2001），查得XX村塘坝附近地区地震动峰值加速度为0.10g，地震动反应谱特征周期0.45s，相应地震基本烈度Ⅶ度，确定采用设防烈度Ⅶ度。

5、特征水位与流量

本次除险加固设计，根据现有洪水系列资料，按有关规范重新作了洪水复核计算和调洪演算。

4.3工程总体布置

XX村塘坝枢纽主要建筑物由大坝、溢洪道、放水洞三部分组成。

4.3.1工程现状总体布置

1、大坝

大坝为粘土心墙坝，最大坝高11m，坝顶长110m。

2、溢洪道

溢洪道位于大坝右坝端，为开敞式明渠，末端无消能设施。

4.3.2工程加固处理总体布置

XX村塘坝除险加固项目有：

大坝、溢洪道加固、新建放水洞。

大坝、溢洪道加固均在现状布置的基础上进行，放水洞布置于大坝桩号0+100处。

5大坝工程设计

5.1筑坝材料及填筑标准

5.1.1筑坝材料

1、应对筑坝材料进行调查和土工试验，查明各种天然土石料的性质、储量、开采条件和运距。

2、选择筑坝材料应遵循以下原则：

（1）填筑不同的土石料应具有与其使用目的相适应的物理力学性质，并有较好的长期稳定性。

（2）在不影响工程安全的前提下，优先使用坝址附近的材料和枢纽建筑物的开挖料，少占或不占农田。

（3）便于开采运输。

4、水溶盐或有机质含量大于5％的土料、干硬性粘土、分散性土、软粘土等不宜用于筑坝材料。

5、防渗体可用粘性土、含砾量较低的砾石土填筑，压实后的渗透系数对于均质坝不大于1×10-4cm/s；对于心墙、斜墙和坝前铺盖不大于1×10-5cm/s。

5.1.2填筑标准

1、对于粘性土料压实干密度应按标准击实仪试验的最大干密度乘以压实度确定。

压实度可取0.95～0.96，填土的含水量应按最优含水量控制，允许偏差为-2％～+3％。

如无试验资料，可根据土的性质，参考当地类似已建工程的经验确定。

2、砂砾料的压实标准宜以相对密度（Dr）控制，要求Dr≥0.7。

砂料的相对密度（Dr）不应低于0.7，反滤料不应低于0.7。

当缺乏试验资料时也可以干密度（rd）控制，要求砂料rd≥1.6～1.7g/m3；当砂砾料的含量为40％～70％，根据不同砾石含量取rd≥2.0g/m3。

3、堆石料压实标准宜以孔隙率（n）控制，要求n=20％～30％。

5.2坝体尺寸设计

5.2.1大坝现状稳定复核

1、坝坡抗滑稳定复核

（1）计算断面：

经分析，选取最大坝高处为代表按现状断面进行稳定计算。

（2）计算工况

计算工况分正常运行情况和非常运行情况。

正常运行情况分为兴利水位、设计洪水位两种情况，非常运行情况分为校核水位、校核水位降至兴利水位、兴利水位遇地震三种情况。

以上水位均为加固前相应水位。

（3）计算方法

计算软件使用中国水利水电科学研究院《土质边坡稳定分析程序STAB2005》，计算方法采用简化毕肖普法。

（4）计算成果

根据地质勘察报告中大坝现状土料的物理力学指标，按大坝现状断面计算的该水库最大坝高处坝坡稳定成果见表5-1。

表5-1大坝加固前坝坡稳定核算成果表

计算工况

安全系数K

容许值[K]

上游

下游

正常运行情况

兴利水位

1.86

1.65

1.25

设计水位

—

1.41

非常运行情况

校核水位

—

1.29

1.15

校核水位降至兴利水位

1.61

—

兴利水位+地震

1.58

1.22

1.10

由以上计算成果知，现状大坝断面满足稳定要求。

2、大坝渗透稳定复核

（1）允许渗流坡降的确定

坝壳土的渗透变形破坏为管涌型，允许渗透坡降为0.22。

（2）渗流坡降计算

根据工程的地质条件、现状大坝断面、筑坝土料性质、大坝高度等条件，选取有代表性的断面，将坝基土层概化为单层均质结构，上游正常水位为相应的正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位三种工况，下游水位平坝脚，计算方法采用北京理正岩土二维有限元渗流计算程序。

由计算结果可知，大坝加固前，下游渗流出口段渗流坡降均小于土的允许渗透坡降为0.22，因此，大坝在渗流作用存在发生渗透破坏的可能。

5.2.2坝体尺寸设计

根据大坝防洪安全复核结果以及现状稳定复核结果，对其按以下尺寸设计。

1、坝顶宽度及长度

大后村塘坝现状坝顶宽度2.5~3.5m，根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189-96）及《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001），并结合工程构造、施工、运行管理、防汛抢险、生产交通等因素，本次除险加固，大坝坝顶宽度按4.0m设计，坝顶长度170m，坝顶向内侧按2%的坡度倾斜。

2、坝顶高程及粘土心墙顶高程

（1）坝顶高程

本次加固，结合现状，坝顶高程设计取59.6m

（2）粘土心墙顶高程

根据第2章水文水利计算中粘土心墙顶高程复核成果知，粘土心墙顶高程在设计洪水位正常运用情况、正常蓄水位正常运用情况下，满足要求；在校核洪水位非常运用情况下，不满足要求。

本次加固，粘土心墙顶高程65.1m。

5.3迎水坡工程设计

设计对坡面进行部分护砌。

5.4背水坡工程设计

5.4.1坝坡整修

XX水库坝后已现有翠竹林，形成稳定的天然的防护体设计对坝坡的翠竹多数加以保留，只在设排水体和坝脚排水沟处部分破坏。

5.4.2坝体排水

根据规范要求，大坝背水坡坡脚设贴坡式排水设备，排水体顶部宽1.0m，采用M7.5浆砌块石压顶，外坡面采用干砌方块石护砌，厚度均为0.15m，内侧设反滤层，自内而外第一层为350g/m2的反滤土工布，第二层为10～30mm中小石子厚150mm。

大坝背水坡结构设计见图。

6溢洪道工程设计

溢洪道位于大坝右坝端，系岭坡开挖而成，现状为无闸控制开敞式明渠，进口型式为宽顶堰，控制断面狭窄，泄槽段开挖不彻底。

设计对溢洪道进行拓宽，开挖整修，对原有交通桥进行护底加固，出水口末端设大块石防冲槽，左侧土堤进行加高培厚。

6.1纵横断面设计

根据实测大后村塘坝溢洪道现状纵横断面图，结合工程现状，按照《溢洪道设计规范》（SL253-2000）有关规定进行设计。

综合考虑溢洪道泄洪能力、水流条件、工程量及投资、水库长远发展等因素，确定设计溢洪道进口底高程62.8m，进口型式为宽顶堰。

左岸采用浆砌块石护坡。

6.2桥梁加固设计

现状交通桥已破损严重，由于资金限制，本工程只做修缮加固：

桥两侧5米范围内采用M10浆砌块石重力墙防护，桥底采用M10浆砌乱石护底厚300mm。

6.3护砌结构设计

控制段为宽顶堰，桥头两侧采用M10浆砌块石重力墙防护，墙高2.0m形成大坝裹头，内设2排φ50硬塑排水管，间距2m，排距1m，梅花型布置。

7施工组织设计

7.1施工条件分析

7.1.1施工交通

项目区周边多条村村通公路从周边穿过，大部分设备、建筑材料、燃料均可直接运达工地。

场内施工道路，可根据不同的单项工程位置及施工要求分别布置，因地制宜的修筑临时道路。

7.1.2施工供电

现有设备用电可从村庄引供电线路至工地解决，施工完成作为管理所用电。

采用柴油发电机组作为备用电源。

7.2.3建材供应

砂料来自XX镇砂料场，砂质纯净，运输条件较好；护坡反滤料采用XX镇石料场的石子，岩性为花岗岩，属人工轧制骨料，开采、运输条件较好；石料采用WL石材厂，该岩石属硬质岩石，开采、运输条件良好。

水泥可利用本市水泥厂产品，生产厂家多，质量有保证，运输距离短。

7.3施工导流与排水

7.3.1施工导流

1、施工导流建筑物级别及洪水标准

施工导流建筑物属于临时建筑物，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），本工程的临时建筑物为5级，围堰结构型式采用常用的土石围堰。

按工期安排和工程实际情况，施工导流洪水标准为非汛期5年一遇。

2、施工导流方式确定

XX村塘坝除险加固工程施工期需控制坝前水位的工程，主要包括上游砌石护坡、清淤改造等。

施工准备期，利用溢洪道和放水洞将库容腾空，待水位降至现状放水洞底高程。

施工期间，根据工序安排、上游来水及蓄水位要求，采用不同的导流方式。

3、围堰设计

放水洞施工时，需在放水洞进口上游处筑一围堰，采用环型封闭围堰，考虑与坝前临时施工交通道路相结合，围堰顶宽取3m。

为防止波浪冲刷，迎水坡采用编织袋装砂砾护坡，下铺防渗土工膜。

7.3.2施工排水

工程施工排水主要是坝后排水体基础开挖经常性排水。

拟采用明排方式，沿基坑外侧布设排水沟及集水井，利用水泵排至水库下游河道。

7.4主要工程施工

7.4.1土石方工程

坝坡补土及筑坝土方采用1.0m3挖掘机挖装5t自卸汽车运输，采用机械整平压实，人工辅助夯实。

要求压实后渗透系数均质坝不大于1×10-4cm/s，心墙不大于1×10-5cm/s。

筑坝土料严格按最优含水量控制，允许偏差为±3%。

补坡土方应严格控制铺土厚度及压实遍数，以保证压实度及相对密度达到设计要求。