韩家堡水库除险加固工程初步设计报告.docx
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韩家堡水库除险加固工程初步设计报告
韩家堡水库除险加固工程初步设计报告
1.综合说明
1.1工程概况
韩家堡水库位于黄河流域支流祖厉河二级支流东河上游的韩家堡沟上，地处安定东南部宁远镇境内前川村附近，坝址位置东经104°53′，北纬35°26′，距定西城区45km。
韩家堡水库坝址以上主沟长13.2km,河流的分水界为华家岭，流域面积95km2,集水区内植被条件差，多为黄土覆盖，具有黄土高原多泥沙河流特征，水土流失较为严重，多年平均侵蚀模数2990t/km2，年平均降雨量425.1mm。
该水库1972年由定西县水利局设计并组织施工，1974年年底建成，水库以灌溉为主、兼顾防洪，属Ⅳ等小
（1）型水库，防洪标准按20年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核，其枢纽工程由粘土心墙坝、溢洪道、输水泄洪洞三部分组成。
设计总库容435万m3,设计水位2014.75m,校核洪水位2018.10m，最大坝高22m,坝顶高程2018.8m,坝顶宽6m、长270m,大坝上游坡比自上而下1：
3.0、1：
3.75，下游坝坡自上而下1：
3.0、1：
3.5。
在建设过程中，定西县水利局未按原设计施工，现状坝顶高程2018.5m，坝顶宽6m，坝长270m,坝体迎水坝坡淤泥面以上为1：
3.0，背水坡为1：
2.69。
至2003年水库淤积库容达到164万m3，淤泥面高程2011.8m。
韩家堡水库设计灌溉面积6300亩，防洪范围涉及耕地5.68万亩、人口14万人及陇海铁路、31国道等设施。
水库运行至今，因存在库内淤积严重，大坝老化失修等不安全隐患，基本处于空库状态，影响着水库经济效益的正常发挥。
2003年4月定西地区生态工程规划设计院编制完成了《定西县韩家堡水库大坝安全分析评价报告》，同年5月省水利管理局通过鉴定，评定为Ⅲ类坝。
2004年7月，水利部大坝安全管理中心对该水库进行了现场核查，并对《评价报告》提出了补充意见，最后鉴定为病险库。
1.2工程存在问题
经现场勘测及分析论证，该水库存在如下主要问题：
1.水库防洪能力低
经复核大坝防洪能力低，现状坝顶高程低于300年一遇校核洪水所需要的坝顶高达不到规范规定Ⅳ等小
（1）型水库防洪标准。
2.大坝结构不安全
通过地勘及抗滑稳定分析，坝体填筑质量较差，下游坝坡在上游为限制水位下游最低水位时，不满足抗滑稳定要求。
3.溢洪道存在结构及泄洪安全隐患
土质溢洪道抗冲刷能力低，泄洪不安全。
4.输水泄洪洞损坏严重
输水泄洪洞洞身及出口建筑物衬砌体损坏严重；进口闸塔立柱出现水平裂缝，加之运行时间较久，工作闸门及启闭机老化失修、锈蚀严重，且无检修闸门，运行管理不便，不能发挥应有的作用。
5其它
大坝缺乏观测设施和设备，库区防汛道路差，无供电电源和通讯、交通设备。
库区植被较差，加之不合理蓄供水，水库淤积严重，蓄水不足。
经复核大坝防洪能力低，大坝抗滑不稳定，泄洪及输水建筑物不安全等各项指标均达不到《防洪标准》GB50201规定Ⅳ等小
（1）型水库防洪标准，很难抵御300年一遇洪水。
一旦溃坝，将给国家和人民生命财产造成巨大损失。
1.3水文
该地区深居欧亚大陆腹地，属大陆性气候。
主要气候特征是春夏干旱，冬季寒冷，昼夜温差较大，属温带半干旱气候，该地区多年平均气温6.3℃，最高气温34.3℃，最低气温-27.1℃，多年平均降雨量425.1mm,年蒸发量1526.2mm，平均最大风速20m/s，历年最大冻土深度97cm。
水库上游无水文站，水库年径流分析参照关川河馋口站多年平均径流深等值线图及年径流深离差系数图，查皮尔逊Ⅲ型曲线的模比系数，推求出多年平均径流量为243万m3、各保证率的年径流量P=50%时，年径流量W50%=214万m3;保证率P=75%时，年径流量W75%=145.8万m3。
年内各月径流分配采用关川河馋口站模式典型年各月径流特征确定。
洪水分析采用省水文图集经验公式法、水科院推理公式法、铁一院简化法对比分析确定。
三种公式洪峰流量计算成果差别不大，推理公式法由于小流域水文站较少，资料有限，暴雨洪水图集成果的使用受到一定的限制；地区经验公式法所选参数经验性强，任意性大，存在一定的局限性，所以这两种方法分析的洪水成果均有误差；铁一院法使用范围广，在西北地区的铁路新线施工设计中得到充分验证，分析成果可靠。
因此推荐铁一院法计算洪水成果为设计值，即：
Q3.3%=253m3/s，Q0.33%=476m3/s；Wm3.3%=175万m3,Wm0.33%=224万m3。
泥沙来量按侵蚀模数法计算，年来沙量为19.29万m3。
根据近30年水库泥沙淤积计算，年均淤积量为5.66万m3,其余13.63万m3被水带走，因此水库多年平均泥沙淤积量为5.66万m3。
1.4工程地质
1.4.1水库的工程地质条件
本区地处定西-榆中凹陷带中，工程所在位置地震动峰加速度为0.15g，地震反映谱特征周期为0.45，本工程应按7度设防。
库区左右岸为黄土状粉土，无渗漏地质条件，不会产生永久渗漏。
无塌岸问题。
因该沟道上游为黄土梁峁区，侵蚀作用盛行，库区存在严重淤积问题。
左右岸坡岩性为黄土粉状土，厚20～23m,其下为N2I4淡褐红色泥岩，根据原设计左右岸坡结合槽均在黄土状粉土中。
其施工均按设计施工，不存在隐患。
1.4.2水库的工程地质问题及评价
在迎水坡、坝顶、背水坡不同高程处布置探井5个，取土样9组，进行了土工试验，干密度平均值1.41g/cm3，垂直、水平渗透系数均为10-5cm/s。
设计干密度大于1.6g/cm3，击实试验最大干密度1.70g/cm3，最优含水率18.2%，坝体填筑质量差，不满足规范要求。
心墙干密度1.76g/cm3，渗透系数为2.155×10-5cm/s，心墙红粘土多成块状，块度2～8cm，填筑不密实，心墙的作用效果不太理想。
溢洪道均置于强湿陷性的黄土状土中。
实际流速大于允许不冲流速，存在安全隐患。
应全部衬砌及加消能设施。
除上述坝体心墙填筑质量差、溢洪道实际流速大于允许不冲流速外，其余不存在与工程地质有关的质量问题。
1.5水库主要指标复核结果
对大坝进行300年一遇防洪能力复核，坝顶高程2018.92m，高出现状坝顶高程0.42m。
韩家堡水库现状防洪能力低，在校核洪水位时存在洪水越坝的危险。
对大坝进行钻探取样试验分析得出坝体力学指标，对大坝进行渗流分析认为，坝基、坝肩处理设计满足设计要求。
通过土样试验各项力学指标，用瑞典条分法对坝体进行抗滑稳定复核，坝体在正常运用条件下坝坡抗滑稳定安全系数均大于规范规定值，下游坝坡在上游为限制水位下游为最低水位时，坝坡稳定安全系数小于规范值。
溢洪道曾在1980年、1982年维修加固过，衬砌了410m渠道，修建出口消能设施，但平直地段尚未衬砌。
未衬砌的土质溢洪道，抗冲刷能力差，溢洪过程中易产生冲刷，泄洪不安全。
经复核大坝还存在输水泄洪洞及附属设备老化失修、损坏严重；缺乏观测设施和设备，库区防汛道路差，无供电电源和通讯、交通设备；水库淤积严重，蓄水不足等问题，均与安全鉴定报告相符。
1.6除险加固工程规模
水库除险加固后，设计按水库运行16年预留死库容，则预留死库容为89.8万m3，相应死水位为2014.3m，与溢流堰顶高程齐平。
通过调洪演算及兴利调节计算，在校核洪水情况下，水库总库容为410.2万m3，相应水位为2017.7m；其中淤积库容164万m3，相应水位2011.8m；预留死库容89.8万m3，相应水位为2014.3m；调洪库容156.4万m3，相应水位2017.7m。
1.7水库除险加固设计
1.7.1设计标准
根据《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》SL252-2000及《防洪标准》GB50201-94规定，本除险加固工程为Ⅳ等小
（1）型，防洪标准按30年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核；主要建筑物为4级，次要建筑物为5级。
1.7.2大坝除险加固设计
水库按300年一遇校核洪水设防时，水位2017.7m，坝顶高程2018.92m，较现状坝顶高程2018.5m，高0.42m，加高部分采用防浪墙形式。
从大坝结构安全复核结果看，限制水位情况下，下游坝坡在库水位形成稳定渗流时，抗滑稳定安全系数小于规范规定值。
分析其原因主要是下游坝坡偏陡造成抗滑稳定不安全。
本次加固设计，按规范重新设计坝坡，对坝面进行护砌，使抗滑稳定安全系数满足规范要求。
下游坡按规范要求重新进行削坡，将冲刷所致的坑洞、悬坎等处重新进行填补。
左岸先清除小灌木、杂草、有机土0.5m厚，再按设计坝坡进行碾压填筑加固坝体。
坡比分两级，自上而下分别为1：
2.75、1：
2.75，中间增设一宽为2m的马道。
护坡采用空心预制块衬砌，空心部分种植草皮，下游坡坡脚排水棱体尺寸相应加大。
上游坝坡维持现状坡比不变，坝面采用干砌石砌护，厚0.3m，其下铺设砂砾石垫层厚0.3m。
大坝加固后，对其进行抗滑稳定分析上下游坝坡均满足规范要求。
1.7.3溢洪道加固设计
本次设计将人行桥之后的390m土质溢洪道衬砌加固，溢洪道底宽20m，口宽24.72m，渠深2.36m，坡比1：
1，采用C15砼加铅丝网衬砌，侧墙、底板厚均为15cm，平均纵坡1/400，基础原土翻夯1m，铺设0.3m厚3：
7灰土垫层。
溢洪道底纵向设沥青砂板伸缩缝5道，横向及边壁每5m长设沥青砂板伸缩缝1道。
设计对已衬砌的410m溢洪道，侧墙加高0.76m处理，仍用C15砼加铅丝网衬砌。
1.7.4输水泄洪洞加固设计
洞进口闸塔表层凿除2cm厚，采用C20钢筋砼进行加固处理10cm。
更换手电两用螺杆式启闭机（LQD-（Ⅰ）-20t）2台，单机容量5.5kw，PGM型工作钢闸门2扇。
将泄洪洞沉陷段用水泥砂浆按原底坡找平并涂抹环氧树脂粘结，在接槎处进行环氧砂浆封堵处理，出口修建消能设施。
1.7.5其它附属设施
新建管理房5间，建筑面积100m2；购置1台柴油发电机、功率50kw；更换50KVA供电变压器1台；改造通讯线路5km；新建公路桥1座等。
1.8施工组织设计
1.8.1施工条件
韩家堡水库距定西城区45km，交通运输条件，施工用水、用电比较方便。
1.8.2施工导流
根据SDJ338—89《水利水电施工组织设计规范》规定，本工程导流围堰按5级建筑物设计，导流洪水采用5年一遇洪水标准，相应洪峰流量62.8m3/s。
在库内溢洪道进口处开槽修建排水渠作为导流方式，排水渠堤顶宽2.0m,高2m，边坡比1：
1。
1.8.3主体工程施工
主体工程施工主要包括坝体加固、坝顶加高；溢洪道及输水洞加固施工。
施工方法严格执行相关规范及规定。
1.8.4施工总进度
总工期1年，计划从元月初开工，当年12月底竣工。
分施工准备期、主体工程施工期、场地清除及竣工验收期。
经计算完成该除险加固工程需挖填土石方21531m3，干砌石1935m3，砼及钢筋砼3932m3，块石2510m3，钢材39t，水泥1060t，砂子2099m3，劳力4.98万工日，更换、增设启闭机3台套，钢闸门3扇。
1.9工程管理
韩家堡水库除险加固工程施工由安定区水利水保局牵头，联合政府有关部门成立工程建设管理机构，全面负责工程建设实施。
工程建成后，交付原水管所使用，水管所主要负责水库的运行及调度，监测水库在运行期和非运行期的大坝稳定，坝下渗流等，并对水库进行维护和维修。
按有关规定，水库上游流域范围为管理区，不允许乱砍乱伐，兴建化工厂，人为制造环境污染，破坏流域植被生长，要求退耕还林，谨防水土流失。
1.10工程概算
依据水利工程概算编制原则及办法，结合本工程的施工安排和实际施工特点，工程概算总投资454.22万元，其中建筑工程347.54万元，机电工程38.51万元，金属结构16.96万元，临时工程15.18万元，其它工程29.9万元，基本预备费21.63万元。
1.11环境评价及水土保持
工程施工期间，由于开挖建设，原地貌受到局部破坏，可能造成一定的水土流失；另施工期各类运输车辆施工机械将产生一定的汽车尾气、扬尘，使空气受到污染；施工期砂石料冲洗、机械维修和人员生活会排放生产废水和生活污水，将给当地环境造成一定影响。
但当地水质不会产生较大变化。
工程施工后，通过兴利计算，其运行5年、10年、15年保灌溉面积分别为4705、3550、2220亩，运行16年时水库已淤满，无调节作用。
防洪范围涉及耕地5.68万亩、人口14万人及铁路、公路等设施，对促进当地的社会经济发展将起到至关重要的作用。
工程的实施对环境和生态将造成一定的影响，但总的来看有利因子多，不利因子少，而且负面影响是短暂的，少量的，有利影响是长期的，工程的实施具有较好的经济效益，广泛而深远的社会效益，良好的生态效益，从环境角度看，本工程不仅是一个水利建设工程，更是一个生态环境保护工程。
1.12经济评价
经济评价依据国家计委、水利部颁发的有关规定进行，本工程是一项防洪兼灌溉的水利工程，兴建的目的是防洪保坝、灌溉农田、保护下游公共设施及人民生命财产不受损害，对促进当地经济发展意义重大。
通过国民经济评价，工程净效益现值33万元，经济效益费用比1.45，经济内部回收率13%静态回收年限11.67年，各项指标均符合规范要求。
附：
1.工程特性表
2.工程图纸目录
工程特性表
编号
项目名称
单位
数量
备注
一
工程等级
工程等级
Ⅳ等小
（1）型
主要建筑物级别
4级
地震基本烈度
Ⅶ
二
水文
1
流域面积
km2
95
2
多年平均年径流量
万m3
243
50%保证率年径流量
万m3
214
75%保证率年径流量
万m3
123
3
重现期
设计洪水
年
30
校核洪水
年
300
4
洪峰流量
设计洪峰流量
m3/s
253
校核洪峰流量
m3/s
476
5
洪水总量
设计洪水总量
万m3
175
校核洪水总量
万m3
224
6
泥沙
多年平均来沙量
万m3
19.29
多年平均淤沙量
万m3
5.66
三
设计特征
1
水库
（1）
水库水位
设计洪水位
m
2016.6
校核洪水位
m
2017.7
正常蓄水位
m
2014.3
溢流堰顶高程
（2）
复核后水库容积
总库容
万m3
410.2
淤积库容
万m3
164
2011.8
预留死库容
万m3
89.8
调洪库容
万m3
156.4
2
大坝
坝型
粘土心墙坝
坝顶高程
m
2018.5
坝顶防浪墙高程
m
2018.92
坝顶宽
m
6
坝顶长
m
270
3
输水泄洪洞
地基特征
红粘土
洞长
m
85
闸室底板高程
m
2005.8
消能方式
消力池消能
闸孔尺寸b×h/数量
m/孔
1.2×1.2/2
平面钢闸门
启闭机
台
2台
20T手电两用螺杆式
最大泄洪流量
m3/s
8.17
4
溢洪道
最大泄洪流量
m3/s
185.85
溢洪道型式
宽浅敞开式
地基特性
黄土
改造段长度
m
800
其中390m改建、410m加固
溢洪道底部宽度
m
20
四
施工特性
1
挖填土石方
m3
21531
2
砼及钢筋砼
m3
3932
3
干砌石
m3
1935
4
钢材
t
39
5
水泥
t
1060
6
砂子
m3
2099
7
块石
m3
2510
8
劳力
万工日
4.98
9
工程投资
万元
454.22
五
工程效益
1
保护农田
万亩
5.68
2
保护人口
万人
14
3
经济效益费用比
1.45
4
经济内部回收率
%
13
5
社会折现率
%
8
6
净效益现值
万元
33
7
静态投资回收年限
年
11.67
韩家堡水库除险加固工程图纸目录
序号
图名
图号
张数
1
大坝加固横断面图
韩家堡-土建-01
1
2
输水泄洪洞出口消能设计图
韩家堡-土建-02
1
3
溢洪道设计图
韩家堡-土建-03
2
4
管理房设计图
韩家堡-土建-04
2
5
交通桥设计图
韩家堡-土建-05
2
8
2.工程现状
韩家堡水库位于定西市安定区东南部宁远镇境内，距定西城区45km。
现状总库容435万m3，其中淤积库容164万m3，兴利、调洪库容271万m3，按《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252—2000规定，为Ⅳ等小
（1）型水库，防洪标准按30年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核。
韩家堡水库枢纽工程由粘土心墙坝、溢洪道、输水泄洪洞等部分组成。
枢纽工程布置见图2-2.
2.1大坝
2.1.1设计、施工
该水库1972年由定西县水利局设计并组织施工，1974年年底建成，水库以灌溉为主、兼顾防洪，当时未有完善的建设和审查审批程序，建设标准、施工要求与现行的不一致。
水库原设计防洪标准按20年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核，其枢纽工程由粘土心墙坝、溢洪道、输水泄洪洞三部分组成。
设计总库容435万m3，设计洪水位2014.75m，校核洪水位2018.10m，最大坝高22m，坝顶高程2018.8m，坝顶宽6m、长270m，大坝上游坡比自上而下1：
3.0、1：
3.75，下游坝坡自上而下1：
3.0、1：
3.5。
在建设过程中，限于当时技术条件和施工设备、社会环境等因素，坝体填筑质量较差。
2.1.2现状
现状坝顶高程2018.5m，坝顶宽6m，坝长270m，最大坝高21.7m，坝体迎水坝坡淤泥面以上为1：
3.0，背水坡为1：
2.69。
水库成库后主要以拦蓄上游洪水为主，加之上游主要是黄土沟壑区地貌，水土流失严重，至2003年水库淤积库容达到164万m3，淤泥面高程2011.8m。
经对韩家堡水库现场检查、测量，查阅有关资料，与原水库施工、管理人员座谈等方式可知，水库大坝存在不同程度的沉降，出现过危机大坝安全的裂缝。
1980年7月23日，库区以上降了局部暴雨，据华家岭气象站记录，7小时共降水73mm，库水位上升到2016.5m，溢洪道泄水2.5m深。
洪水过后，坝体出现一道长30m，缝宽3cm的纵向裂缝。
当年，县上立即组织劳力进行了抢修加固，对裂缝进行开挖回填、灌浆、分层夯实处理，并将土坝加高至2018.8m。
20多年来，坝顶沉降30cm，加之淤积严重，再未出现过任何裂缝，也未发生水平位移。
经综合分析，认为大坝总体变形形状及坝体沉降是稳定的，当时产生裂缝的原因是水位降落较大，大坝抗滑不稳定所引起的。
由于水库不断淤积，坝体抗滑趋于稳定。
水库大坝现状横断面见图2-3。
2.2溢洪道
溢洪道位于坝右岸，底宽20m，长820m，泄流控制段高程为2014.3m，泄流段进口高程为2013.2m。
溢洪道曾在1980年，1982年维修加固过，1980年溢洪道严重水毁后，衬砌了410m渠道，修建出口消能设施，但平直地段尚未衬砌。
1982年改建时，设计安装4.7m宽闸门4扇，用以灌溉蓄水，但由于当时条件所限，仅浇筑闸墩，架设人行交通桥一座，未安装闸门及附属设施。
由于近些年溢洪道没有过水，未形成冲刷。
部分土质溢洪道抗冲刷能力差，泄洪过程中易产生冲刷，泄洪不安全。
2.3输水泄洪洞
水库输水泄洪洞为钢筋砼圆拱直墙式隧洞，进口高程2005.8m，平均纵坡1/105，全长85m，宽1.2m，直墙高0.8m，拱矢高0.4m，每隔5m设一伸缩缝。
进口设2孔工作钢闸门及启闭机塔，孔口尺寸宽×高=1.4×1.2m，闸门为平板式钢闸门，采用螺杆式启闭。
洞身伸缩缝处的沥青砼老化局部脱落，出现漏水现象；洞出口消力池严重毁坏，进水塔钢筋砼框架的两根立柱出现冻胀剥落，钢筋外露，存在严重安全隐患。
进水闸门槽出现不均匀沉降，扭曲变形，钢闸门的行走支撑变形，移位较大，整个闸门、闸杆、滚轮锈蚀严重，闸门存在启闭不灵活，在紧急情况下无法正常开启。
闸体与门槽不规则，止水老化脱落，封闭不严，漏水严重，不得不在闸前填土止水。
启闭机及闸门配件等都已运行多年，已到更换期限。
另外，泄洪洞未设检修闸门，对工作闸门维护及检修都带来不便。
2.4工程效益
韩家堡灌区紧接水库下游，主要为宁远镇前川、宁远、红土，李家堡镇的韩家堡、麻子、安家岔、李家宝、华川8个村6300亩的农田提供灌溉任务。
由于水库建成于70年代，筑坝质量差，坝体沉陷，坝顶未达到设计高程，水库淤积严重，输水泄洪洞闸门止水老化、渗漏严重等问题，水库只能控制在低水位下运行，造成资源浪费，近些年失灌面积逐年增大，当地群众迫切希望尽早对该水库进行除险加固，消除病患。
同时，保证下游5.68万亩耕地及14万人的生命财产安全。
2.5其它
1.大坝观测设施问题
无观测设施和设备，不利大坝安全运行。
2.防汛道路、供电及通讯、交通设施问题
库区防汛道路差，无供电线路和通讯、交通设备。
3.水库管理房安全问题
水库管理房年久失修已成危房，管理人员的办公、生活受到影响。
鉴于此，2003年定西地区水利水保处组织专家组对水库进行安全鉴定，定为病险库。
一旦溃坝，将给国家和人民生命财产造成巨大损失，因此对该水库除险加固是必要的。
3.水文
3.1流域概况
韩家堡水库坝址以上主沟长13.2km，以华家岭分水岭为界，流域面积95km2，主沟长13.2km，平均比降在5.6‰；山坡平均长1.8km，平均比降在140‰。
集水区内植被条件差多为黄土覆盖，具有黄土高原多泥沙河流特征，水土流失较为严重，多年平均侵蚀模数2990t/km2.水库流域特征值列于表3-1。
韩家堡水库流域特征参数表
表3-1
名称
流域面积（km2）
主沟长
（km）
沟底坡降
（%）
山坡平均长度（km）
山坡平均坡度（‰）
韩家堡
水库
95
13.2
0.56
1.8
140
3.2气象
该地区属典型的大陆性季风气候，海洋暖湿气流难以到达，但易受西北利亚干冷气流的侵袭，气候干燥，降雨稀少。
根据定西市气象站实测资料，多年平均气温6.3℃，最冷月1月平均气温-8.0℃，最热月7月平均气温18.4℃；极端最低气温-27.1℃，极端最高气温34.3℃；历年最大冻土深度0.97m；稳定通过0℃积温2933.5℃，大于10℃积温2239.1℃；最大风速20m/s,年日照时数2500小时；多年平均蒸发量1526.2mm；多年平均降水量425.1mm；多年平均无霜期130天。
3.3年径流
3.3.1基本资料
韩家堡水库上游无水文站，下游60多公里处设有关川河馋口水文站，站址以上流域面积1640km2，该站始建于1957年至今已累计有47年径流观测资料，经统计分析，计入农业灌溉用水量还原后的天然径流量为3590万m3，Cv=0.47，Cs=2.5Cv。
3.3.2韩家堡水库径流计算
韩家堡水库建成后，没
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