姜哥庄水库除险加固工程初步设计报告.docx
《姜哥庄水库除险加固工程初步设计报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《姜哥庄水库除险加固工程初步设计报告.docx（47页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
姜哥庄水库除险加固工程初步设计报告
####区姜哥庄水库除险加固工程
初步设计报告
（修订稿）
#######年十二月
附####区姜哥庄水库除险加固工程特性表（加固后）
序号
指标名称
单位
设计
备注
一
水文
1
坝址控制流域面积
Km2
2.44
2
干流长度
Km
2.06
3
干流平均坡降
m/m
0.0722
4
多年平均降雨量
mm
761.2
二
水库
1
水库水位
校核洪水位
m
39.924
设计洪水位
m
39.196
兴利水位
m
37.40
死水位
m
32.40
2
库容
总库容
万m3
22.65
兴利库容
万m3
13.30
死库容
万m3
1.20
拦洪库容
万m3
5.69
调洪库容
万m3
8.15
三
洪水
1
设计洪峰流量（P=5%）
m3/s
57.68
设计下泄流量（P=5%）
m3/s
46.92
2
校核洪峰流量（P=0.5%）
m3/s
90.72
校核下泄流量（P=0.5%）
m3/s
78.17
四
主要建筑物
1
大坝
型式
均质坝
坝长
m
181
坝顶高程
m
40.00
防浪墙顶高程
m
40.70
坝顶宽
m
4.00
上游坡
1:
2.75
下游坡
1:
2.5
2
溢洪道
型式
开敞式
底板型式
宽顶堰
堰顶高程
m
37.40
堰顶净宽
m
10.00
3
放水洞
断面尺寸
m
φ250
有压铸铁管
进口底高程
m
32.40
控制型式
闸阀控制
五
经济指标
1
静态总投资
万元
208.75
（采用高程基准面：
相对高程）
####区姜哥庄水库地理位置图
1.0综合说明
1.1.工程现状
####水库位于沙子口街道办事处####河上游，20世纪70年代为加强农田水利基本建设保证####地区农业用水，由东姜村、西姜村、北姜村共投资4.5万元修建，1976年10月竣工。
####水库原流域面积2.2km2。
水库主体工程主要包括大坝、溢洪道、放水洞。
水库大坝为粘土心墙坝，原坝顶高程40m，坝顶长181m，坝顶宽2.9m左右，现状大坝坝顶崎岖不平，宽度不一，坝顶路面上下游两侧长满灌木，坝顶照明设施破损，不能正常运行。
现状大坝上游坡坡比在1:
2.7左右，上游坡护坡破损严重，护坡存留的乱石质量较差，风化严重，局部无护坡，长有灌木。
下游坡上由茂密的灌木丛覆盖，下游边坡坡比在1:
2.4左右。
####水库放水洞底高程32.4m，内设φ250有压铸铁管，设计流量0.17m3/s。
现状放水洞洞身运行正常，只是闸阀锈蚀严重，放水洞闸阀房破损严重。
现状溢洪道位于大坝左侧，与大坝左坝头相接，溢洪道上有一小桥，连接大坝与左岸道路，交通桥面板为预制空心板，宽2.4m，由两桥墩支撑，桥上没有护栏；溢流堰为开敞式宽顶堰，堰顶宽13m，溢洪道进口底高程37.4m，最大泄量67.9m3/s，溢洪道下游有泄槽，泄槽质量较好；溢洪道两岸有浆砌块石护砌，岸墙为直墙，现状岸墙护砌较好；现状溢洪道护底完好，只是交通桥板和桥墩破损严重，溢洪道进口处有少许杂草。
####库区淤积严重，影响水库效益的发挥。
####水库为小
（2）型水库，原设计洪水标准为20年一遇，校核标准为200年一遇。
原设计水库总库容20.75万m3，兴利库容13.33万m3，死库容1.20万m3，调洪库容7.30万m3。
1.2.初步设计报告编制的依据和过程
我公司受####区水利局的委托，从2007年8月开始，先后进行了大坝枢纽工程测量、现场安全检查与检测、大坝地质勘察、水文资料的搜集以及按照水利部《水库大坝安全鉴定办法》和《水库大坝安全评价导则》（SL258-2000）的要求，于2007年9月完成了《####区####水库大坝安全鉴定报告》等工作。
按照《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189-96）、《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）的规定和大坝安全鉴定意见，根据####水库的实际情况，青岛市水利勘测设计研究院有限公司于2007年10月完成了####水库除险加固工程初步设计报告。
1.3.水文
1.3.1.水文概况
####水库位于沙子口街道姜办事处####河上游，控制流域面积2.44km2，其干流长L=2.06km，干流比降为0.0722m/m。
水库流域属胶东####区，流域累年平均降水量为761.2mm。
一年中降水量主要集中在夏、秋两季，其中7、8两月的降水量占全年降水量的49.1％；秋季三个月的降水量占全年降水量的21.0％；冬季的降水量仅占全年降水量的3.9%。
1.3.2.水文计算
1、暴雨计算
本次设计暴雨根据《山东省小型水库洪水核算办法》中提供的“山东省多年平均二十四小时暴雨等值线图”，查得工程地点以上流域中心多年平均最大24小时降雨量为
120mm，查“山东省最大二十四小时暴雨变差系数（Cv）等值线图”可得变差系数Cv=0.60，采用Cs=3.5Cv，由皮尔逊Ⅲ型理论频率曲线确定####水库流域不同设计频率的最大24小时降雨量，见表1-1。
各设计频率最大24小时降雨量成果表表1-1
日次
各设计频率雨量（mm）
5%
0.5%
24h
264.0
434.4
2、汇流计算
汇流计算按照《山东省小型水库洪水核算办法》的计算方法，各设计频率入库洪峰流量见表1-2。
####水库各设计频率洪峰流量成果表表1-2
设计频率
5%
0.5%
洪峰流量
（m3/s）
57.68
90.72
3、调洪演算
水库调洪演算成果见表1-3。
####水库调洪演算成果表表1-3
洪水类型
洪水频率（%）
起调水位（m）
最高水位（m）
相应库容（104m3）
相应泄量（m3/s）
设计
5.0
37.40
39.196
20.19
46.92
校核
0.5
37.40
39.924
22.65
78.17
1.4.工程地质
####水库坝体土层结构总体自上而下可分为：
坝体回填土层和坝体底部第四系堆积层及基岩。
坝体人工回填土层为粉质粘土素填土。
坝体底部基岩为第四系堆积物及中生代燕山晚期中粒正长花岗岩。
根据《中国地震动峰值加速度区划图》和《中国地震动反应谱特征周期区划图》，该区地震动峰值加速度分区为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.45s，地震基本烈度为6度。
1.5.工程规模及任务
根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000），####水库属小
（2）型水库，工程等别为Ⅴ等，洪水标准为20年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核。
本次除险加固的主要任务是：
针对水库存在的问题，通过方案比较，选取合理的方案，对水库进行除险加固，以确保水库及下游广大人民的生命财产安全。
####水库除险加固后水库特征指标见表1-4。
水库特征指标表表1-4
项目
单位
数值
坝顶高程
m
40.00
死水位
m
32.40
兴利水位
m
37.40
设计洪水位
m
39.196
相应最大泄流量
m3/s
46.92
校核洪水位
m
39.924
相应最大泄流量
m3/s
78.17
死库容
万m3
1.20
兴利库容
万m3
13.30
拦洪库容
万m3
5.69
调洪库容
万m3
8.15
总库容
万m3
22.65
1.6.工程布置及主要建筑物
根据水库目前存在的问题，除险加固工程项目包括：
1、水库大坝加固：
包括大坝上游坡按设计坡比整平、浆砌方块石护坡，大坝上游坡设一水泥砂浆砌方块石台阶；坝顶按4m宽修整，坝顶上游侧设浆砌方块石防浪墙、下游侧设混凝土路沿石和4盏路灯；下游坡按设计坡比整平，填土培厚、草皮护坡，下游坡设纵、横向排水沟。
2、放水洞修整：
更换闸阀及拆除重建放水洞闸阀房。
3、溢洪道整修：
拆除重建溢洪道内交通桥，拆除重建溢洪道右岸交通桥以下挡墙4m。
4、库区清淤。
1.7.施工组织设计
####水库位于沙子口街道办事处####河上游，外部道路可以通过####路实现对外交通。
####水库位于中纬度暖温带季风气候区，具有明显的海洋性特征。
一般年份夏热多雨，冬旱少雨，春旱多风，秋旱少雨。
工程施工交通方便，多数工程物资和材料可就近购买。
工地水、电、气可在库区解决。
本次除险加固的主要任务为上游护坡工程、坝顶路面工程及溢洪道工程，由于水库担负着防洪任务，所以上游坡护坡工程、溢洪道工程务必在汛期之前完成，施工期排水时水库死水位以上部分水由放水洞排至坝外，死水位以下需用潜水泵提水到坝外。
为缩短工期、节约投资工程项目施工应相互协调，可进行平行施工，穿插流水作业，工程总工期三个月，工程要求于2008年5月底完成。
1.8.工程淹没处理及工程占地
由于本工程为除险加固工程，兴利水位仍恢复为原设计的兴利水位，不会增大淹没范围，因此本次除险加固不存在增大淹没占地问题。
本工程占压果树（初果期）65棵。
本工程临时占地2.63亩，主要为临时施工道路、料场临时占地和溢洪道施工临时占地。
1.9.环境影响及保护
####水库除险加固工程，主要是针对水库目前存在的问题，采取工程处理措施，保证水库的正常运行。
水库除险加固工程的实施，可保证水库安全渡汛和正常蓄水运用，解除洪水对下游村庄及交通设施的威胁，保证水库下游人民群众生命财产的安全。
由于除险加固工程的实施，土石料堆放和溢洪道的开挖弃土、石，需临时占用部分土地，对自然环境将产生一定影响。
另外，在工程施工过程中，由于施工人员的集中驻进，将增加施工区的暂住人口，并由此增加的一些产生环境影响的临时建筑物，对人群健康也将产生一定影响，施工中应做好预防工作。
这些不良影响在工程完工后都可消除。
####水库除险加固工程完成后，保证了水库安全渡汛和正常蓄水运用，解除了洪水对下游城镇、村庄和交通设施的威胁，使水库的防洪、灌溉等效益得到充分发挥。
1.10.投资概算
####水库除险加固工程概算根据鲁水定字【2000】号文《山东省水利水电工程设计概（估）算费用构成及计算标准》及《山东省水利水电工程设计概（估）算编制办法》计算。
根据当地价格水平，本工程概算总投资208.75万元。
1.11.经济评价
水库除险加固工程的实施，可保证水库安全渡汛和正常蓄水运用，解除洪水对下游村庄及交通设施的威胁，使水库的防洪、灌溉效益得到充分发挥，保证水库下游人民群众生命财产的安全。
2.0水文
2.1.流域概况
####水库位于沙子口街道办事处####河上游，流域形状呈扇形，控制流域面积2.44km2，为####区，坝址以上干流长度2.06km，干流比降为0.0722m/m。
水库流域内属胶东####区，流域累年平均降水量为761.2mm。
一年中降水量主要集中在夏、秋两季，其中7、8两月的降水量占全年降水量的49.1％；秋季三个月的降水量占全年降水量的21.0％；冬季的降水量仅占全年降水量的3.9%。
2.2.设计洪水计算
####水库为小
（2）型水库，流域面积较小，未设水文站，无实测雨量资料和流量资料。
由于无实测资料，设计洪水计算采用由暴雨资料来推求。
暴雨资料由《山东省小型水库洪水核算办法》中提供的“山东省多年平均24小时暴雨等值线图”、“山东省最大24小时暴雨变差系数等值线图”确定不同频率的设计暴雨。
本次推求的设计洪水标准为：
20年一遇（p=5％）设计、200年一遇（p=0.5%）校核。
1、流域特征参数的计算
####水库控制流域面积为F=2.44km2，其干流长L=2.06km，干流比降J按下公式计算：
式中：
流域图
Z0、Z1～Z2：
自出口断面起沿流程各特征地面点的高程；
L1～L2：
各特征点间的距离；
L：
干流长度；
将各特征点高程及相互间的距离代入公式计算得：
J=0.0722（m/m）
流域特征综合参数按下式计算：
式中：
L：
干流长度，2.06km；
F：
控制流域面积，2.44km2；
J：
干流比降，0.0722m/m。
代入公式中计算得：
K=3.462
2、各频率下24小时降雨量的推求
采用等值线图查算雨量分析计算面雨量。
####水库工程地点属####区域，查“山东省多年平均二十四小时暴雨等值线图”可得工程地点以上流域中心多年平均最大24小时降雨量为
=120mm，查“山东省最大二十四小时暴雨变差系数（Cv）等值线图”可得变差系数Cv=0.60，采用Cs=3.5Cv，应用皮尔逊Ⅲ型频率曲线Kp值表查得20年一遇和200年一遇的Kp值分别为2.20、3.62。
根据公式：
H24=
×Kp
式中：
：
多年平均最大24小时降雨量，120mm；
Kp：
2.20（p=5%）、3.62（p=0.5%）。
代入公式计算得：
H24p=5%=120×2.20=264.0mm；
H24p=0.5%=120×3.62=434.4mm。
3、各频率下洪峰流量的推求
该流域属于####区，####水库流域特征综合参数K=3.462，20年、200年一遇最大24小时降雨量分别为264.0m、434.4mm。
查####区qm～H24～K关系曲线，得出20年一遇和200年一遇单位面积洪峰流量模数qm分别为27.64m3／s／km2、37.18m3／s／km2。
各频率最大洪峰流量为：
Qm=qm×F
式中：
qm：
不同频率单位面积洪峰流量模数，m3／s／km2；
F：
控制流域面积，2.44km2。
计算得：
Qmp=5%=27.64×2.44=57.68m3／s；
Qmp=0.5%=37.18×2.44=90.72m3／s；
4、各频率下洪水总量的推求
查根据《山东省小型水库洪水核算办法》查得工程前期影响雨量为Pa=40mm，20年一遇和200年一遇最大24小时暴雨量分别为264.0mm、434.4mm，其75%分别为198.0mm、325.8mm，查P+Pa～hr降雨径流关系曲线得20年一遇和200年一遇净雨hr分别为125.0mm、241.4mm，则洪水总量按下式计算：
式中：
hr：
各频率下的净雨，125.0mm（p=5%）、241.4mm（p=0.5%）；
F：
控制流域面积，2.44km2。
代入公式计算得：
Wp=5%=0.1×125.0×2.44=30.50万m3；
Wp=0.5%=0.1×241.4×2.44=58.90万m3。
5、各频率下洪水过程的推求
根据《山东省小型水库洪水核算办法》，洪水过程为三角形，洪水历时T（即三角形过程的底宽）按下式计算：
式中：
W：
设计标准洪水总量，30.50万m3（p=5%）、58.90万m3（p=0.5%）；
Qm：
设计标准最大洪峰流量，57.68m3/s（p=5%）、90.72m3/s（p=0.5%）。
代入公式计算得：
Tp=5%=2.94小时；
Tp=0.5%=3.61小时。
涨洪历时为三分之一T，即最大洪峰流量Qm出现在三分之一T的地方，20年一遇和200年一遇的涨洪历时分别为0.98小时、1.20小时。
2.3.洪水调节计算
2.3.1.水库水位、库容、泄量曲线
根据测量资料，####水库溢洪道下游建有泄槽，溢洪道采用宽顶堰公式计算其泄量q泄：
式中：
B：
溢洪道宽度，13m；
h：
溢洪道堰顶以上的水深（m）。
根据水库的不同水位算出溢洪道的相应泄量q泄，并制成水库水位～库容～泄量关系见表2-1如示。
水库水位～库容～泄量关系表表2-1
水位
（m）
库容（万m3）
调洪库容（万m3）
溢洪道宽
（m）
溢洪道水深
（m）
溢洪道泄量
（m3/s）
37.4
14.500
0.000
13
0.0
0.000
37.6
15.109
0.609
13
0.2
1.744
37.8
15.724
1.224
13
0.4
4.933
38.0
16.345
1.845
13
0.6
9.063
38.2
16.973
2.473
13
0.8
13.953
38.4
17.607
3.107
13
1.0
19.500
38.6
18.247
3.747
13
1.2
25.633
38.8
18.894
4.394
13
1.4
32.302
39.0
19.547
5.047
13
1.6
39.465
39.2
20.206
5.706
13
1.8
47.092
39.4
20.872
6.372
13
2.0
55.154
39.6
21.545
7.045
13
2.2
63.631
39.8
22.224
7.724
13
2.4
72.502
40.0
22.910
8.410
13
2.6
81.751
2.3.2.调洪计算成果
起调水位溢洪道进口底齐平即37.40m高程。
调洪计算采用图解法，见图2-1和图2-2。
图2-1####水库20年一遇（P=5%）调洪计算图
图2-2####水库200年一遇（P=0.5%）调洪计算图
各设计频率洪水调算成果见表2-2。
####水库调洪计算成果表表2-2
起调水位（m）
频率
项目
5%
0.5%
37.40
最高水位（m）
39.196
39.924
最大泄量（m3/s）
46.92
78.17
对应库容（万m3）
20.19
22.65
2.4.坝顶高程计算
本次坝顶高程的复核采用《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》SL189－96中的相关规定及方法进行计算。
2.4.1.坝顶超高
1、波浪爬高
（1）平均波高和平均波周期的计算
波浪的平均波高和平均波周期采用莆田公式进行计算：
式中：
：
平均波高，m；
：
平均波周期，s；
：
计算风速，取值如下：
P=5%时，W=22.5m/s；
P=0.5%时，W=15m/s；
：
风区长度，取值如下：
P=5.0%时，D=230m；
P=0.5%时，D=235m；
：
水域平均水深，取值如下：
P=5.0%时，Hm=6.797m；
P=0.5%时，Hm=7.525m；
：
重力加速度，取9.81m/s2。
将数值代入公式中计算得：
当P=5.0%时，hm=0.180m，Tm=1.885s；
当P=0.5%时，hm=0.117m，Tm=1.518s。
（2）平均波长的计算
平均波长按下式进行计算：
式中：
：
平均波长，m；
：
坝迎水面前水深，取值如下：
P=5.0%时，H=10.200m；
P=0.5%时，H=10.920m；
：
重力加速度，取9.81m/s2；
：
平均波周期，取值如下：
P=5.0%时，Tm=1.885s；
P=0.5%时，Tm=1.518s；
将数值代入公式并进行试算可得：
当P=5.0%时，Lm=5.548m；
当P=0.5%时，Lm=3.598m。
（3）平均波浪爬高的计算
按单坡计算正向来波的平均波浪爬高，当m=1.5～5.0时，正向来波在单坡上的平均波浪爬高
按下式进行计算：
式中：
：
平均波浪爬高，m；
：
单坡的坡度系数，m=2.75；
：
斜坡的糙率渗透性系数，根据护面类型查表得，此处取0.8；
Kw：
经验系数，根据
查表得：
P=5%，Kw=1.120；
P=0.5%，Kw=1.018；
将数值代入公式中计算得：
当P=5%时，Rm=0.306m；
当P=0.5%时，Rm=0.181m。
（4）波浪爬高的计算
根据规范的规定，5级坝的波浪爬高值采用累积频率为5%的爬高值R5%。
累积频率为5%的爬高值R5%与平均爬高的比值R5%／Rm可根据平均波高与坝迎水面前水深的比值hm／H和累积频率5%查表求得，此处：
：
平均波高，取值如下：
P=5%时，hm=0.180m；
P=0.5%时，hm=0.117m；
H：
坝迎水面前水深，取值如下：
P=5%时，H=10.200m；
P=0.5%时，H=10.920m；
故可求得：
当P=5%时，R5%=0.564m；
当P=0.5%时，R5%=0.332m。
3、安全加高的选值
根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》SL189－96查表可得本工程的安全加高值A取值如下：
当P=5%时，A=0.5m；
当P=0.5%时，A=0.3m。
4、坝顶超高的计算
根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》SL189－96，坝顶在水库静水位以上的超高应按下式计算：
式中：
y：
坝顶超高，m；
R：
最大波浪在坝坡上的爬高，取值如下：
P=5%时，R5%=0.564m；
P=0.5%时，R0.5%=0.332m。
A：
安全加高，取值如下：
P=5%时，A=0.5m；
P=0.5%时，A=0.3m。
将数值代入公式中计算可得：
当P=5.0%时，y=0.564+0.5=1.064m；
当P=0.5%时，y=0.332+0.3=0.632m。
5、坝顶高程
本工程P=5%时，水库水位为39.196m，P=0.5%时，水库水位为39.924m，再分别加坝顶超高，P=5%时，y=1.064m；P=0.5%时，y=0.632m，按《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》SL189－96要求，取两者之中的大值，得坝顶高程为40.56m，现坝顶最低点高程为40.00m，故现坝顶高程不满足规范的要求。
3.0工程地质
3.1.大坝岩土层的分布、结构构造及其物理学性质
根据钻探揭示，坝体土层结构总体自上而下可分为坝体回填土层和坝体底部第四系堆积层及基岩。
（一）坝体人工回填土层
勘察查明，水库大坝为由粉质粘土构成的均质坝；坝体上游坡为块石护坡；下游坡为草皮护坡。
通过野外原位测试和取样进行室内测试，坝体回填土层主要为粉质粘土素填土，其物理力学性质描述如下：
第①层:
粉质粘土素填土
填筑土料主要为粉质粘土，黄褐色，稍湿～湿，可塑，含大量花岗岩风化砂砾。
钻孔揭露：
层厚6.00～7.00m；层底标高32.00～34.00m；埋深6.00～7.00m。
对其进行标准贯入试验计6次，统计结果见表3-1。
室内土工试验物理力学性质指标统计见表3-2。
击实实验结果：
最大干密度（ρdmax）为2.05g/cm3，最优含水率（Wopt）为10.2%。
野外标准贯入试验统计表表3-1
N最大
N最小
N平均
推荐值
变异系数
状态
7
3.6
4.9
4.3
升级会员 