某拦河坝除险加固工程设计报告Word下载.docx

1、陈梅 刘晓平6金属结构、电气及自动化聂正茂 梁 芳卢毓颖 陈德燊聂正茂 陈德燊7施工组织设计郑娟、潘伟、张勇刚姚礼敏高飞8工程永久占地陈梅田司南9环境保护设计10工程管理设计11设计概算陈美芳邱郁敏陈艳平12经济评价目 录1 综合说明1.1 概述1.1.1 工程概况大坳拦河坝是广州市流溪河灌区的渠首枢纽工程，始建于1958年8月，工程位于流溪河中下游的从化市神岗境内，集雨面积1392km2。工程以灌溉为主，兼顾防洪、发电和供水。枢纽由拦河闸坝，左、右干渠进水闸以及闸坝后电站组成，是广州市重要水利工程。原设计灌溉从化市、花都区和白云区41.4万亩农田，有效灌溉面积32.65万亩，是广东省三大灌区

2、之一。拦河闸坝总宽237.4m，闸上设有交通桥和工作桥；设有37孔泄洪闸和船闸、筏道各一孔；除船闸改为溢流堰外，其余37孔及筏道均为液压启闭垂直升降平板钢闸门；右6孔主要用于泄洪，左4孔为电站进水孔，其余为调水及泄洪孔。2006年6月中上旬，大坳拦河坝出现险情。浆砌石海漫消能防冲设施被冲坏，严重影响拦河坝闸室主体安全。经过向海漫、护坦塌方处持续回填石料、以钢筋石笼构建临时防冲笼等抢险措施，险情得到有效控制。但为了避免险情再次出现，影响灌区供水，大坳拦河坝必须进行除险加固。1.1.2 设计过程受广州市流溪河灌区总管理处的委托，广东省水利电力勘测设计研究院承担广州市流溪河大坳拦河坝除险加固工程的勘

3、测设计任务。自2006年6月19日起开始启动设计勘测工作，其间进行了多种方案的比较，分别对重建（橡胶坝、水闸）、除险加固等方案进行了技术、经济上的分析比较，最终在7月25日确定除险加固为实施方案。详见广州市水利局办公会议记录。1.2 水文及气象1.2.1 气象根据从化和广州两气象站的资料，流溪河流域多年平均降水量1823.6mm，每年49月为雨季，受热雷雨影响的前汛期（46月） 占年降雨量的49.8%，受热带风暴影响的后汛期（79月）占年雨量的29.4%。汛期降雨量占全年的79.2%，形成丰、枯季节雨量不均的状况。流域多年平均气温约21.2，最高月平均气温29，最低月平均气温10.3，极端最高

4、温度38.7，出现在白云区，极端最低温度-7.0，出现在从化吕田。流域多年平均蒸发量1100mm，多年平均相对湿度7585%，月平均相对湿度变化在62%93%之间。1.2.2 径流根据大坳拦河坝近30年的观测资料，统计出大坳拦河坝坝址以上日多年平均流量为49.7m3/s，多年平均日最大流量为68.7m3/s。1.2.3 设计洪水及施工洪水2002年广东省水文局广州分局编制了流溪河中、下游设计洪水水面线复核成果，对流溪河水库、牛心岭站及中下游河道中各控制断面的设计洪水作了复核分析计算，广州市水利局颁布使用该成果，本次设计洪水直接采用该成果，查得大坳拦河坝各频率的设计洪水见下表1-1。表1-1 大

5、坳拦河坝各频率的设计洪水成果表频率项目1%2%3.33%5%10%20%50%75%90%多年平均流量（m3/s）22652010180616721180962739550435822注：表中的数据为考虑流溪河水库泄洪的成果。根据施工工期的要求，本次计算施工期为1012月、13月、10月次年3月三个时段，频率为20%和10%的施工期洪水流量，采用1977年10月2006年4月29年大坳拦河坝的坝上实测流量系列进行频率计算，分别统计各施工时段的经验频率和理论频率流量，本设计采用经验频率流量值，5年一遇流量190316m3/s。1.2.4 水位流量关系大坳拦河坝自有观测资料以来，1983年6月17

6、日曾经出现过的最大流量为2011m3/s，因此大于2011m3/s的水位记录没有，只能通过水力学公式计算。闸下水位考虑下游河道变化较大，按河道断面测量范围（闸下2km）每50m一个断面，往上游推算水面线至坝下，相应得到坝下的水位流量关系曲线。同时以近30年实测水位流量关系及2005年、2006年更详细的资料进行合理性检查，最终确定闸下水位流量水位关系详见2.8章节，1.3 工程地质受业主委托对广州市大坳拦河坝加固工程进行勘察，由于本次工程的特殊性及紧迫性，要求一次性满足初步设计阶段所需要的勘察工作。于2006年6月30日开始进行野外地质勘察工作，采用了工程地质测绘、地质钻探、野外原位测试和室内

7、试验等综合地质勘察方法，完成钻孔18个，总进尺538.35 m，于7月22日完成全部野外工作。工程区位于从化市大坳村，区内地势较为平坦，地面标高为2125m，属广花盆地河谷冲积平原地貌。植被中等发育。根据钻孔揭露，地层大致可划分为以下几层： 砼：主要分布在现闸上游底板范围内，坚硬，厚度0.1m0.5m。人工抛石：主要由坚硬花岗岩组成，密实，现闸上游底板靠近左岸处有分布，厚度约1.4m，现闸下游护坦、消力池、海漫处均有分布，厚度3.3m6.8m。人工填砂：灰褐色，湿，含少时卵石，稍密，只在个别钻孔有揭露，厚度2.3m4m。人工填土：灰褐色，湿，呈粉质粘土状，土质不均一，含少量砂，少量卵石，可塑，

8、只在个别钻孔有揭露，厚度0.7m1.0m。-1 砾砂：饱和，稍密，级配一般，磨圆度较差，颗粒呈次棱角状，含约520%卵石及1030%圆砾，少量泥质。下游护坦、消力池、海漫处均有分布，现闸轴线处局部缺失。层顶标高15.0022.28m，层底标高9.50m20.30m，层厚1.6011.10m。共做标贯试验6次，击数823击，平均击数15击。-2 圆砾：饱和，稍密，级配一般，主要成分为石英、砂岩、石英砂岩，含约510%卵石，少量泥质。下游护坦、消力池、海漫处除靠近左岸缺失外，均有分布，现闸轴线处缺失。层顶标高9.70m17.80m，层底标高6.90m14.00m，层厚0.9010.80m。共做标贯

9、试验1次，击数15击。-3 卵石：饱和，稍密中密，级配一般，磨圆度较好，主要成分为砂岩、石英砂岩，粒径一般为1cm5cm，最大粒径8cm，含约2030%砾砂或圆砾，底部多为泥质胶结。层顶标高8.40m20.65m，层底标高2.10m18.05m，层厚0.8013.20m。-4 砾砂：黄褐色，饱和，级配一般，磨圆度较差，颗粒呈次棱角状，含少量卵石，约占5%，泥质胶结，中密。层顶标高6.40m15.70m，层底标高-2.30m11.80m，层厚0.8018.00m。共做标贯试验1次，击数28击。 砂岩全风化土：棕红色，呈粉质粘土状，湿，风化均匀透彻，局部较多砂岩质小角砾和石英质砂粒，粘性较好，硬塑

10、状。层顶标高-3.00m11.18m，层底标高-20.30m9.48m，层厚1.60m17.30m。共做标贯试验31次，一般击数833击，平均击数18击。砾岩风化土：黄褐色，呈砂土状，泥质胶结，含少量砾石，约占1020%，中密。分布不均匀，只在钻孔ZK6中有揭露。花岗岩全风化土：棕红色，呈砂土状，稍密中密，泥质胶结，沿见原岩结构。分布不均匀，只在左岸侧有揭露。层顶标高6.40m11.81m，层底标高-7.60m1.40m，层厚5.00m17.20m。共做标贯试验11次，一般击数1829击，平均击数24击。 强风化砂岩：棕红色，岩芯呈圆柱状，岩质稍硬，RQD约为90%。只在钻孔ZK5、ZK15、

11、ZK16、ZK19有揭露。强风化花岗岩：红褐色，岩芯呈圆柱状，局部破碎，岩质稍硬，RQD=4050%。只在钻孔ZK5有揭露。 弱风化砾岩：灰白色，岩芯呈圆柱状，岩质较硬，裂隙不发育，局部破碎，见石英岩脉，RQD=4050%。个别钻孔有夹层，为棕红色粉质粘土，呈软塑状。根据中国地震动参数区划图（GB18306-2001），工程区地震动峰值加速度为0.05g，地震基本烈度为度。本工程区的砂层属中等强透水层，基坑开挖过程中，极易产生地下水的突涌和基坑管涌等不良现象，将对施工造成很大的困难。1.4 工程任务和规模1.4.1 工程建设的必要性根据广州市流溪河灌区大坳拦河闸坝安全评估报告的结论，本工程是必

12、要而迫切的。1）闸坝下游河床不断下切，原工程设计运行的前提条件发生了很大的变化，致使工程现在的消能设施，起不到应有的功效，这是工程出险的主要原因。2）本闸坝已运行近50年，虽经多次加固，但土建工程“先天不足”的问题依然存在；加上闸基为强透水的中粗砂层，分选性差，具备发生管涌和渗透破坏的条件，当在长期不断增大的地下渗流作用下，地基中细颗粒被潜移或带走，导致上部建筑物（闸前的铺盖和闸后的海漫）的下沉或开裂，是造成险情的内在原因。3）工程设计标准低不符合现行规范规定该工程1958年设计时，工程等别为等，主要建筑物级别为5级；1994年对闸坝改造时，工程等别提高到等，主要建筑物级别提高到3级；根据水闸

13、设计规范（SL265-2001），该水闸最大过闸流量在50001000m3/s之间，工程等别等，规模为大（2）型，主要建筑物级别为2级，次要建筑物为3级。因此，原设计及其后更新改造的设计标准不符合现行规范规定。在今年的6月份只发生中等洪水大坳拦河坝的护坦多处被洪水冲毁，严重危害大坳拦河坝的安全，经过近10天的抢险，捍卫了大坳拦河坝的安全。鉴于本工程目前运用指标无法达到设计标准，工程又存在较多问题和安全隐患，建议立即开展除险加固的各项工作。为了避免明年汛期出现同样的事故，大坳拦河坝必须在今年枯水期施工，在明年汛期到来之前竣工并发挥作用。1.4.2 工程任务目前大坳拦河坝以灌溉、引水（水环境）为主

14、，兼顾发电等功能，拦河坝左、右岸分别是流溪河灌区的左、右干渠，左干渠引水灌溉约11m3/s，灌溉面积的80%为蔬菜、20%为水稻；右干渠引水灌溉约22m3/s，灌溉面积的80%为水稻、20%为蔬菜。根据2005年广州市中心城区河涌水系规划报告，规划左干渠给广州市部分河涌补水，营造河涌水环境。1.4. 3 工程规模大坳拦河坝属于平原地区的拦河闸，拦河闸坝现状为38孔，其中37孔净宽5m，另外原拦河坝筏道现已作为一孔泄水孔，孔宽4.21m。闸孔总净宽197.71m（含重新打开的船闸孔）。根据前述，本工程任务是对大坳拦河坝进行除险加固，包括对消能防冲设施的重建、交通桥的改造、液压启闭系统的改造，管理

15、中心（含中控室）的搬迁重建、监测及自动化控制系统的重建。1.5 工程布置及主要建筑物1.5.1 工程等别及建筑物级别大坳拦河坝最大过闸流量为2265m3/s，根据防洪标准及水闸设计规范，本工程等别为等，主要建筑物级别2级,次要建筑物级别3级，临时建筑物级别4级。工程按50年一遇洪水设计，100年一遇洪水校核。1.5.2 主要建筑物设计根据前述工程存在问题，通过现场勘查并讨论研究，结合工程及上下游河道现状，在利用现有荔湖电站基础上经过技术经济比较分析，选定如下方案作为推荐方案：保持现有闸室结构，闸底板高程不变（22.41m），改造闸门启闭系统，并对消能防冲设施进行重新改造。1）闸室闸室主体不作大

16、的改动，仅对交通桥进行改造。闸底板高程22.41m，原浆砌石底板长5m。拆除交通桥及人行道上部的钢筋砼板，重新浇筑厚20cm的交通桥面板，人行道板厚12cm，对栏杆予以重建。把已封堵的船闸孔重新打开，作为闸室过水断面的一部分。2）上游防渗帷幕由于闸室基础为中粗砂，虽然本次险情未对其基础造成大的影响，但为加强工程的抗渗稳定，在上游采用防渗帷幕，深度14.11m，底高程8.30m。3）下游消能防冲设施由于原有的消能防冲设施已经毁坏，因此必须对其重建。原消力池位置打18锚筋，浇筑C25钢筋形成连接段。采用一级消力池型式，深1.0m，底高程18.41m，厚0.7m，总长32m，其中水平段长15m，斜坡

17、段长17m。下游C25钢筋砼护坦长10m，厚0.5m。C25钢筋砼海漫长25m，以1:25坡度与抛石防冲槽相接。海漫末端齿墙深度为7.5m，底高程9.91m。抛石防冲槽宽9m，深1.41m。由于本次大坳拦河坝抢险抛填了大量的石头，因此消能防冲设施的基础均为松散的块石，必须对开挖后的块石基础进行处理后才能施工上部结构。具体措施为：在开挖至设计高程后，对基础面碾压平整，埋设导管进行灌水泥浆使其基础密实。4）右岸翼墙设计由于消力池、海漫的重建，对右岸流溪河大堤的挡土墙有影响，因此须采取支护措施保护流溪河大堤，保证堤上道路的畅通。根据不同地形、开挖深度分别采取灌注桩、钢板桩支护措施。为保护下游滩地，右

18、岸修建M10的浆砌石导水墙，以利洪水的宣泄，共长71m。5）左岸荔湖电站前池导水墙的恢复由于本次抢险时填电站前池作为临时通道，自左岸向塌方处回填石料，因此对前池导水墙有一定的破坏。本次亦考虑对破坏的部分进行重建。建筑及环境设计包括调度管理中心建筑设计，调度管理中心办公区景观环境设计，设备房建筑设计。6）调度管理中心共四层，总建筑面积为 1365 m2，首层面积550 m2，设置会议大厅、展示厅、办公室、卫生间等功能用房；二层面积415 m2，设置阅览室、综合室、信息中心等功能用房；三层面积320 m2，设置会议室、主任办公室等功能用房；四层面积80m2，设置中央控制室。1.6 金属结构、电气及

19、自动化控制1.6.1 金属结构目前大坳拦河坝启闭系统存在以下问题：1）钢丝绳锈蚀严重；2）供油管路单一；3）电磁阀标准不统一；4）部分油缸漏油现象严重；5）油箱无副油箱；6）闸门采用两只油缸顶升无双缸同步控制功能，致使闸门在启闭过程中经常出现卡阻、斜吊现象；7）左干进水闸由于操作条件的变化在高水位关闭闸门时存在闸门关闭不到位情况，闸门需增加压载。针对以上问题，采取以下措施解决：1）更换所有启闭机钢丝绳；2）左干进水闸闸门增加压载，每扇闸门增加压载400kg；3）将原船闸的封堵拆除，增设闸门及启闭设备，船闸改为泄水孔。孔口尺寸为51.6m，底坎高程22.41m，采用250kN顶升式液压启闭机启闭

20、。液压缸行程3m。与泄水闸闸门一致；4）更换大坝19#38#闸门油缸。油缸为250kN顶升式液压启闭机，液压缸行程3m；5）增设双缸同步行程检测装置；6）更新改造液压泵站系统。1.6.2 电气电源从现有160KVA变压器低压侧用ZRYJV224x185mm2电缆引来，向拦河坝的闸门、大坝照明、办公管理楼、职工宿舍以及检修等回路供电。在低压配电室旁设置一台120KW柴油发电机作备用电源向大坝供电。低压侧配电均采用单母线结线，一回电源从变压器引入，另一回电源从备用柴油发电机引入。启闭机设备房设置了低压配电室及柴油发电机室。低压配电室布置低压抽出式配电柜；柴油发电机室布置柴油发电机组及油箱装置。1.

21、6.3 自动化控制广州市大坳拦河坝计算机监控系统总体设计原则：系统必须安全可靠、技术先进、实用经济、易维护、可扩展。系统按“少人值班、少人值守”的目标进行设计，整个自动化监控管理系统的日常运行完全采用计算机全自动控制。建设广州市大坳拦河坝枢纽计算机监控系统的目的是利用水利、计算机、网络、自动控制、通讯、管理等方面的现代技术和手段，实现拦河坝枢纽工程运行管理信息、水、雨情的实时监测；坝（闸）安全监测；闸门自动控制；闭路电视监视及办公自动化等，实现工程管理现代化，充分发挥工程的经济效益和社会效益。计算机监控系统具有独立自动控制、报警和设备故障诊断功能，并由控制中心全面监控、调度与控制以及远程图像监

22、视并录像。具备网络数据库管理，报表，图形，工程运行、水文、安全监测等资料管理与分析，远程查询系统等信息管理功能。根据建设目的，要求系统具备水情监测、安全监控、闸门控制以及现代化管理功能。可通过网络连接在线监控系统、离线管理系统和远程查询与决策支持系统。系统设置1个监控中心和4个RTU站，1RTU负责闸门自动化子系统的监控，2RTU负责大坝安全监测子系统的数据的采集、存储，3RTU和4RTU负责采集上下游水位，闭路监控子系统的视频图像通过光纤传输到中心控制室，由硬盘录像机负责采集、存储、传输。以上具体见广州市流溪河大坳拦河坝除险加固工程计算机监控系统专项设计。1.7 施工组织设计为了满足来年汛期

23、过水要求，本工程必须在一个枯水期内施工完毕，工期较短；施工期间必需保证灌区正常供水，又要兼顾施工的连续性；本工程采用分期导流方式进行施工，利用闸坝现有闸门拦挡基坑上游来水。本工程仅施工导流围堰需用粘土料填筑，拟采用就近购买方式供料；砼粗、细骨料以及其它碎石料、回填砂料等均就近按市场价购买；其余块石料可利用清基开挖块石；工程所需钢材、水泥、木材等建筑材料可在从化市或广州市购买；生活用水利用当地居民用水系统；生产用水可抽取流溪河水供施工用水；工程施工可利用当地系统电网供电，另在工地配设发电机组作备用电源。本工程选择5年一遇洪水作为本工程导流建筑物的设计洪水标准，本阶段选定分期导流方式。本工程施工上

24、游围堰利用现有水闸闸门挡水，其挡水水头为1.5m，各期围堰布置均按泄流时上游水头1.5m控制。经计算，可设一期围堰围护左岸20孔水闸，右岸12孔水闸过流；设二期围堰围护左岸14孔水闸，右岸18孔水闸过流，以上计算按围堰占两孔宽度考虑。围堰填筑料考虑采用粘土填筑，堰基防渗采用高压摆喷防渗墙，施工营地布置在闸坝左岸的空地，临时堆场亦利用两岸空地，不需另外再征地。总工期为7.5个月。本工程共需要钢筋848t，水泥8832t，木材43m3。1.8 工程永久占地本工程为除险加固工程，拦河坝部分无永久占地，新建控制管理中心永久占地面积15.19亩。工程占地均在大坳灌区管理处范围内，无征地拆迁问题。1.9

25、环境保护设计大坳拦河坝是流溪河灌区工程的一个重要组成部分，是流溪河上的挡水建筑物，不会产生污染源。工程以灌溉为主，兼顾防洪、排涝于一体。大坳拦河坝加固工程建设期间工程建设将对其范围内的水环境、大气、声环境等产生一定的影响，并造成一定程度的水土流失。工程建设对环境的影响是小范围的、短暂的，可以通过采取一定的防治措施减少不利影响，达到环境保护的目的。1）施工期污水处理措施工程产生的水污染物主要有施工人员产生的生活污水，施工中砼搅拌系统、砂石料冲洗等过程产生的浊度较高的废水及施工机械设备清洗的含油废水等。施工人员产生的生活污水可通过排污管引入灌区管理处的排污管网，不需考虑其处理。由于工程施工砼量较少

26、，施工期共产生含泥沙的生产废水须经过处理后排放。2）噪声保护措施为消减工程施工产生的噪声对周边居民的影响，应加强施工管理。车辆途经居民区需适当减速，车速控制在40km/h以下，并遵守禁鸣喇叭的交通规定，施工公路应定时维护保持平坦顺畅，减少因汽车震动引起的噪声。个人卫生防护：在噪声较强的作业点，施工人员可戴个人防噪声用具，如耳塞等，高噪音岗位应严格控制每岗的工作时间。3）大气保护措施本工程施工期应采取的防尘措施有：（1）施工运输道路在无雨天气应每天定期洒水两次，保持工地有一定的湿度，使粉尘对居民区基本无影响；（2）施工场地设洗车场，定期清洗进出施工场地的车辆；（3）运输车辆在经过居民区时应控制速

27、度，以控制扬尘的影响；（4）运输散状物料应使用专用运输散体材料的车辆；（5）施工场地和居住区不容许随意焚烧废物和垃圾。4）人群健康保护措施施工期间应做好工地卫生及垃圾处理，生活垃圾应及时清理并进行填埋处理，定期灭鼠、灭蚊、灭虫，开工前及施工中应安排施工人员服食防疫药或打防疫针；施工人员不得超时、超负荷工作，受噪声及粉尘影响较大的部分施工人员应做好劳动保护措施，如戴耳塞及口罩等。由于施工人群集中，卫生条件相对较差，尤其要密切注意防止传染病，并应在当地卫生部门的指导和监督下做好卫生防疫工作。5）水土保持措施工程进出料场、渣场道路均为现有道路，不需采取防护措施。大坳拦河坝加固工程完成后，在其两岸管理

28、处范围内的空地上进行园林绿化，保持水土及美化环境。工程施工临时生产设施都布置在堤后，施工结束后对场地进行清理，并播种草种，以恢复植被。1.10 工程管理设计1.10.1 管理机构设置及人员编制1）管理机构设置大坳拦河坝由广州市流溪河灌区管理处负责拦河坝日常运行、维修养护和监测。2）人员编制维持原大坳管理处人员编制不变。1.10.2 主要管理设施1）管理与保护区范围参照水利部水闸工程管理设计规范SL170-96，结合大坳实际情况，拦河坝的管理范围为坝区以内各建筑物覆盖范围。大坳拦河坝覆盖范围以外的管理范围：水闸上游300m，水闸抛石防冲槽下游300m，该范围内不得进行威胁坝体安全的活动。 2）交

29、通与通讯工具由于该工程为重建工程，交通、通讯工具可继续使用，对内、对外通讯均纳入广州市流溪河总灌区管理处通讯网络统一设置。1.10.3 工程管理运用1）运行调度原则以满足上游灌溉水位（23.91m）为原则。洪水期开闸泄洪历时长，以开闸为主；枯水期由于上游来水少，水闸挡水时间长，以关闸和局部开启为主。由于该工程为除险加固工程，具体的调度运行方式管理单位可在已有丰富经验的基础上进一步完善。 2）建筑物管理建筑物包括进水渠（含翼墙）、消力池和海漫（含翼墙）等。进、出水渠应当定期清淤，水泵和相关机电设备每年汛期前必须进行检查维护，以确保汛期调度正常。1.11 工程概算工程造价3,919.34万元。其中

30、建安费2690.52万元（包临时工程费264.24万元）；设备购置费356.06万元；独立费用633.54万元；预备费239.21万元。主要工程量：土方开挖12301m3；石方4829 m3；土方回填13022m3；开挖石方64475m3;混凝土15945m3；模板683m2；灌浆4756m。1.12 经济评价本项目国民经济评价依据国家计委、建设部1993年4月颁发的建设项目经济评价方法与参数（第二版），水利部颁发的水利建设项目经济评价规范（SL72-94），节水灌溉技术规范（SL207-98）和参考我院2000年5月广州市流溪河综合整治规划报告中流溪河灌区受益田亩等资料的调查成果。如前所述，大坳拦河坝加固改