某中型水闸初设报告.docx

1、某中型水闸初设报告1综合说明1.1工程概况原小屯节制闸位于邱县境内老沙河上，邯临公路桥下游约70m，控制排水面积1424.2km。该闸于1979年建成，原设计过流量为343 m3/s，相应设计水位35.14m，校核过流量为473 m3/s，相应设计水位36.24m。小屯节制闸原设计灌溉面积3万亩。老沙河是清凉江水系的上游河段，源由曲周县的南寺头起，经威县牛寨汇入清凉江。为解决老沙河下游河道排水不畅问题，于1979年兴建小屯节制闸。该闸原设计共6孔，每孔净宽8.0m，闸底板高程为29.89m，采用分离式底板。闸墩基础采用井柱桩基础，中墩下设单排4根直径1m，长16m的钢筋混凝土井柱；边墩下设单排

2、3根直径1m，长10m的钢筋混凝土井柱。闸室顺水流方向长12.5m，中墩及边墩厚为0.8m，高9.11m，墩长6.0m。闸门为升卧式钢闸门，启闭机为6台QPQ-216t双吊点手电两用卷扬式启闭机。机架桥宽5.1m，每跨长8.79m，高1m，为预制梁结合现浇的型钢筋混凝土结构，全长72m。工作桥宽3.24m，每跨长8.79m，高0.8m，为预制梁结合现浇的型钢筋混凝土结构，全长88m。闸室上游设混凝土防渗底板长30m、厚0.4m，底板高程为29.89m；防渗底板上游设干砌石护底长5m、厚0.3m。闸室下游设钢筋混凝土消力池，斜坡段坡比1：4，消力池底高程为28.39m，消力池池深1.5m，池长2

3、2m；消力池后设浆砌石海漫长35m；海漫末端设防冲槽深1.5 m。两岸护坡采用浆砌石护坡。2008年12月受邱县水务局委托，我院完成了河北省邱县小屯节制闸安全鉴定报告汇编。2009年2月，由邯郸市水利局组织，在邱县水务局召开了邱县小屯节制闸安全鉴定审查会，成立了由地质、水工、金结、机电及管理等相关专业组成的专家组。经专家组评定，小屯节制闸鉴定为四类闸，建议报废重建。该闸现状存在的主要问题是：边墩摩擦桩承载力不满足要求；闸室稳定不满足要求；防冲槽槽深不足，槽内抛石大部分已被冲走，达不到消能防冲效果；启闭机房出现纵向裂缝，无法使用；启闭设备老化等问题。2011年12月8日，河北省水利科学研究院对河

4、北省邱县小屯节制闸安全鉴定进行了核查，同意安全鉴定专家组将该水闸安全类别综合评定为四类闸的鉴定意见。2012年3月受邱县水务局委托，我院编制了邱县小屯节制闸重建工程初步设计报告。2012年8月23日，河北省水利厅对邱县小屯节制闸重建工程初步设计报告进行了审查，我院根据审查意见对初步设计报告进行了修改和完善，编制了邱县小屯节制闸重建工程初步设计报告（报批稿）。1.2水文1.2.1流域概况老沙河原系漳河故道，隶属清凉江水系，是河北省黑龙港地区主要排沥水系之一，上接东风渠来水，经邱县、于威县牛家寨汇入清凉江，全长76.0 km。流域范围为漳河故道以北，黄口干渠、安寨支渠以南，民有渠、东风灌区四分干与

5、鲧堤之间地区。控制流域面积为2622km2，其中东风渠流域面积765 km，安寨渠汇入口以上总控制面积为1009.8km。1976年扩挖标准为定雨量250mm，设计流量为247m3/s。1.2.2洪水本次分析，需要推求的水文成果主要涉及的是平原沥涝水，因此主要依据1993年12月河北省平原地区设计暴雨图集、河北省平原地区中小面积除涝水文计算修订成果报告（简称“02手册”）、以及水利水电工程设计洪水计算规范SL 442006进行计算，计算结果见下表。老沙河设计流量计算成果表 单位：m3/s设 计 断 面5年一遇10年一遇20年一遇I0-3区I1-6区加权后I0-3区I1-6区加权后I0-3区I1

6、-6区加权后小屯闸70.2118.993.7127.3192.9158.9212.7286.8248.41.2.3城区沥水根据魏县、广平县、肥乡县和邱县各县城市总体规划，上述4县城区部分排水范围通过雨水管渠和排水口泄入老沙河排水区域，排沥标准均为1年重现期，城区排沥成果见下表。4县规划城区设计排沥流量（入老沙河）排水分区汇水面积一年重现期设计流量（m3/s）备注（104m2）魏县11346.52入东风渠一排支广平县12116.96入东风渠肥乡县8504.88入东风六排支邱县2201.26入北干渠1.2.4设计流量本次老沙河设计洪水由农田涝水和城区沥水两部分组成，两者叠加后得到老沙河新建小屯闸以

7、上控制断面的设计流量，成果见下表。老沙河各控制断面设计排涝流量计算成果表控制断面控制面积（km2）不同重现期设计值（m3/s）20年一遇10年一遇5年一遇新建小屯闸1555.6268.0178.5113.31.3工程地质拟定场地土层为第四系松散沉积的土层，为冲积而成，在勘探深度范围内土层共分为9层：壤土（al Q42），粉砂（al Q42），壤土（al Q42），粘土（al Q42），壤土（al Q42），粉砂（al Q42），中砂（al Q42），粘土（al Q41），细砂（al Q41）。本水闸闸底板座落在第三层壤土层上, 褐黄色，可塑，饱和，韧性中等，干强度中等，主要为中粉质壤土，可见褐

8、色斑块，壤土中含砂壤土和粘土层，该层壤土厚度为1.60-1.70m，层底标高为26.50-26.75m。1.4工程任务和规模邱县小屯节制闸是一座以防洪为主兼顾蓄水灌溉的中型水闸，过去曾发挥过良好的社会效益和经济效益。由于工程现状存在诸多安全隐患，目前已不能满足安全运行要求。且随着近几年降雨量偏小和农业用水量逐年增多，地下水位逐年下降，水环境逐步恶化，急需利用小屯闸蓄水供给当地农业用水。因此为满足防洪、排涝同时兼顾蓄水灌溉，拟定在原闸址下游约6.5km处重建。该重建工程实施后可有效的利用和调配区域水资源，减少本地区地表水的流失与地下水开采量，有利于当地水环境的改善，并且可以回补地下水，改善水资源

9、与环境状况，缓解地下水资源危机，遏止地下水位持续下降的态势。小屯节制闸设计洪水标准为10年一遇，设计排水流量为178.5m3/s，设计洪水位33.30m；依据治理后老沙河河道最大过水流量，确定该闸校核标准为不足20年一遇，校核排水流量为247.06 m3/s，校核洪水位34.5m，正常蓄水位33.89m，根据水闸设计规范SL2652001规定，该工程规模为中型，工程等别为等，主要建筑物级别为3级，次要建筑物级别为4级。1.5工程布置和主要建筑物拟建小屯节制闸位于邱县境内老沙河上，原闸下游约6.5km处，桩号40+450m（安寨闸下游海漫段末端为0+000桩号），控制排水面积1555.6 km，

10、设计排水流量为178.5m3/s，校核流量247.06 m3/s，设计蓄水深4.8m，设计蓄水位33.89m。闸室上游防护段长35m，底板高程为29.09m，前15m为砌石结构，即5m长干砌石段和10m长M10浆砌石扭坡段，底宽40m，干砌石段边坡1:5，厚0.5m，下设0.1m厚碎石垫层，后20m为C25钢筋混凝土结构，边坡1:3，铺盖厚度为0.5m，护坡厚度为0.4m，下设0.1m厚C10混凝土垫层。闸室为C30钢筋混凝土开敞式结构，进口底高程为29.09m，顺水流方向长11m，垂直水流方向长37.4m，总净宽30m，单孔净宽6m，5孔，中间三孔一联,边孔为一孔一联。边墩厚0.81m，中墩

11、厚1m，缝墩厚0.8m，底板厚1m，下设0.1m厚C10混凝土垫层，中墩及缝墩长度均为9m，墩顶高程为34.89m。墩顶设C25钢筋混凝土机架桥，机架桥高6.4m，排架柱尺寸为0.60.4m，启闭平台上设启闭机房。工作闸门为64.8m平面直升式滚轮钢闸门，启闭机选用QP2125KN双吊点手电两用卷扬式启闭机。闸室下游消能防冲段长64m，由消力池段、海漫段及防冲槽段等部分组成。消力池段为C25钢筋混凝土结构，长18m，池深1m，底板厚0.6m，下设0.1m厚C10混凝土垫层，两岸采用C25钢筋混凝土护坡，边坡1:3，厚0.4m，下设0.1m厚C10混凝土垫层。消力池下游接海漫段，长28m，厚0.

12、5m，下设0.1m厚碎石垫层，边坡为1:3。海漫段后接12m长2m深防冲槽，防冲槽段护坡为干砌石扭坡，防冲槽下游接6m长1:5反坡与原渠道相衔接。上下游挡墙平面布置均采用圆弧与直线组合式，结构形式主要采用扶壁式和悬臂式C25钢筋混凝土挡墙。1.6电气及金属结构1.6.1电气小屯节制闸用电负荷包括： 5孔工作闸门的启闭设备、启闭机房、管理房的照明设备、检修，并预留备用回路。本工程选用S1180KVA10/0.4KV变压器1台，供电电源由附近10KV高压输电线路引来，长度约为400m，低压侧采用380/220V动力与照明公用中性点接地三相四线制系统。变压器采用室外杆上安装型式， XL21动力照明配

13、电箱安装于启闭机机房内。在10KV输电线路末端(配电变压器的高压进线上)安装高压避雷器一组，型号为HY5WS-17/50型户外式高压式避雷器。本工程接地型式采用TN-C-S系统。低压电气设备接地与避雷接地共用一处接地装置，接地网的接地电阻不大于4。1.6.2金属结构小屯节制闸共5孔，闸室设5扇工作闸门。工作闸门启闭机为QP2125KN双吊点手电两用卷扬式启闭机，工作闸门尺寸为64.8m（宽高）。1.7消防设计根据建筑物消防设计规范的要求，电缆全部采用不燃电缆或阻燃电缆，并采取阻火包、防火隔板、防火涂料、防火堵料等防火措施，配备手提式MFZL4型磷酸铵盐干粉灭火器等灭火器材。1.8施工组织设计本

14、工程施工安排在2013年9月初至次年6月底，施工安排在非汛期。非汛期降雨量较小，基本不产流，同时工程施工时可将原小屯节制闸闸门关闭。原小屯闸至新闸址区间内几乎不来水，为以防万一，本次施工时可挖一小排水沟将水导向下游。小屯节制闸重建工程位于老沙河上，原闸址下游约6.5km处，紧邻106国道，交通便利，施工材料及机械可以通过106国道和老沙河堤顶路运至施工现场。水泥仓库、砂石料场及混凝土拌和站、钢筋加工厂、木材加工厂以及办公室生活及福利设施等均在右岸布置。该工程施工总工期为10个月，分为工程准备期、主体工程施工期和工程完建期三个阶段。1.9环境保护设计小屯节制闸重建工程的实施，可实现汛期排涝，汛后

15、蓄水满足农业灌溉，回补地下水，缓解地下水资源危机。同时本项目实施有利于调节小气候，对优化生态环境和保证水资源可持续利用具有积极促进作用。工程建设对环境的影响利远大于弊，有利影响将长期发挥作用，不利影响可通过相应的工程措施和有效的管理手段办法予以制约，对区域社会经济的发展及生态环境的改善产生积极的影响。本项目有利影响占主导地位，因此，本工程建设符合环境保护要求。本工程环境保护投资为3.49万元。其中环境监测费0.7万元，环境保护临时措施费1.22万元，独立费1.4万元，预备费0.17万元。1.10水土保持设计本工程建设特点是施工场地集中，施工过程中，因工程开挖、填筑、施工临时道路修建及施工作业活

16、动等易产生水土流失。通过对本工程进行综合分析，施工期是造成的水土流失的主要时段。根据工程的布局、施工布置及工程施工分区的特点等，本工程水土保持防治分区为：建筑物施工区、施工生产生活区、施工临时道路区及弃渣场。根据本工程的布局、施工特点和水土流失特点，对施工区采取预防保护措施；施工生产生活区在工程完建后恢复原地貌；工程建设产生的弃渣及时运至弃渣场堆放，并压实恢复植被；施工临时道路单侧设临时排水沟，施工结束后，恢复原地貌和植被。总之，在工程建设过程中工程措施、植物措施、临时措施相结合，以发挥最佳效益。本工程水土保持措施总投资为3.4万元，其中工程措施投资0.22万元，植物措施投资0.12万元，临时

17、措施投资0.29万元，独立费用2.6万元，基本预备费0.17万元。1.11工程管理设计小屯节制闸是老沙河上重要的控制性工程，担负着以防洪为主，兼有蓄水、灌溉等功能。小屯闸建成后仍维持原管理机构及管理人员不变，管理机构为小屯闸管理所，管理人员为4人。按照冀水管【2007】7号文件精神，对管理机构定性为准公益性事业单位，人员工资及维修养护经费全部由财政列支。1.12安全与节能设计本工程主要工程项目为土建工程、金结机电工程等。节能设计主要考虑：在设计中使用节能材料和设备，合理布局节约投资；在施工中采用合理安排工序，缩短工期和选用节能机械等节能措施。安全设计包括安全防护设计和安全卫生设计。安全管理要建

18、立机构、落实人员、建立制度，并注重工程的度汛安全和工程建设中的安全。安全卫生设计的主要内容为劳动安全与卫生设计，安全卫生设施必须符合国家规定的标准，安全卫生设施与主体工程同时施工、同时投入生产和使用。1.13设计概算（1）本工程总投资为838.6万元，其中工程部分投资为831.71万元，新增水土保持工程投资为3.4万元，环境保护工程投资为3.49万元。（2）主要工程量为：土方开挖7615.38m3，土方回填18860.00m3，干砌石3540.38 m3，浆砌石994.78m3，混凝土3524.86m3，模板3800.80m2，钢筋制安295.10 t。（3）主要材料用量：水泥1367.18t

19、，钢筋267.60t，木材4.24 m3，柴油15.97t，汽油3.12t，砂子2351.94m3，块石5126.54m3，碎石4093.17m3。（4）工程总用工：115162.70工时。（5）工资标准: 按六类地区计，工长为5.4元/工时，高级工为5.05元/工时，中级工为4.37元/工时，初级工为2.32元/工时。1.14经济评价社会折现率按参数选定为8%。经济评价指标：经济内部收益率8.57%，经济效益费用比1.13，经济净现值（is=8%）126.99万元。从经济内部收益率、经济效益费用比、经济净现值等国民经济评价指标结果看出，该项目经济合理。工程项目实施后可取得较好的社会效益和经济

20、效益，对农业发展具有促进作用。工程实施后可有效的利用和调配区域水资源，减少本地区地表水的流失与地下水开采量，降低用水成本；同时有利于当地水环境的改善；并且可以回补地下水，改善水资源与环境状况，缓解地下水资源危机。本项目实施还有利于调节小气候，对优化生态环境和保证水资源可持续利用具有积极促进作用。2水文2.1流域概况老沙河原系漳河故道，隶属清凉江水系，是河北省黑龙港地区主要排沥水系之一，上接东风渠来水，经邱县、于威县牛家寨汇入清凉江，全长76.0 km。流域范围为漳河故道以北，黄口干渠、安寨支渠以南，民有渠、东风灌区四分干与鲧堤之间地区。控制流域面积为2622km2，其中东风渠流域面积765 k

21、m，安寨渠汇入口以上总控制面积为1009.8km。1976年扩挖标准为定雨量250mm，设计流量为247m3/s。拟新建小屯闸以上老沙河共有几条较大的支渠汇入，分别为西支渠、东呈孟渠、沙东干渠、波流固渠、傅辛庄渠、北干渠等，总长度97.86km，总控制面积681.94km。老沙河主要支渠基本情况见表2-1。老沙河支渠基本情况统计表表2-1支流名称起止位置长度（km）流域面积（km2）底宽（m）边坡纵坡原设计流量（m3/s）西支渠东贤店至西呈孟17.24111.358201:21/40001872.5东呈孟渠西杨固至东呈孟8.524.9361:21/350029沙东干渠邯馆路至安寨渠37.024

22、14.47.53.51:31:41/600054.7165.5波流固渠孟固至波流固12.152.556.51:21/500017.2傅辛庄渠梁二庄至小临河1149.821:21/600013北干渠柳辛庄至小临河1228.912.2气象邱县属北暖温带亚湿润大陆性气候，四季分明。春季多风少雨，夏季多雨高温，秋季天高气爽，冬季寒冷干燥。年均气温13.0，其中最热月平均气温26.8，极端最高气温42.7，最冷月平均气温-2.8，极端最低气温-20.1；无霜期207天，平均初霜日10月25日左右，年均降雨量524.6mm，多集中在78月份，平均终霜日4月5日左右；年均气压1011.8hpa，室外相对湿度

23、66%，冬季最大积雪度为29cm，夏季最大日降雨量245.9mm；年主导风向为东南西北向，夏季多偏南风，冬季多偏北风，平均风速为3.1m/s，平均日照小时为2539.2h。雨热同季，宜于多种植物生长。2.3水文基本资料流域内有肥乡、广平、平固店、邱城、南辛店、邱县等雨量站，无水文测站。2.4洪水本次新建小屯闸以上老沙河设计洪水由农田涝水和城区沥水两部分组成，两者叠加后得到老沙河各控制断面的设计流量。2.4.1平原排水渠暴雨洪水特性（1）暴雨特性工程所在区域属平原区，暴雨特性受太行山地形影响，时空分布很不均匀，对于长历时暴雨，则具有降雨强度大、持续时间长、笼罩范围广的特点。本区域的暴雨特点表现为

24、：暴雨量值沿区域变化较山区缓慢。24小时暴雨平原等值线变化范围为80120mm，三日暴雨平原大部地区等值线值变化范围为110120mm。平原不同地区年最大24小时、三日暴雨量的年际变化规律性较强，即年最大暴雨的离势系数Cv变化小，年最大24小时暴雨Cv值在0.60.65之间，年最大三日暴雨的Cv值均为0.5。（2）洪涝水特性该流域为平原易涝区域，本地区的洪涝灾害主要为本流域降水产生的涝灾。平原地区的涝水具有以下特点：平原排水区域及排水河道坡度平缓，涝水表现形式为峰小量大，持续时间长；涝水造成的灾害主要表现为耕地受淹以及由此造成的地下水位抬高和耕地的盐渍化；平原除涝标准较低；受人类活动影响较大，

25、排水河道开挖前后，同样的暴雨，造成的流量相差很大；水文测站较少，测验资料年限较短，且测验成果易受人类活动影响。与其它流域相比，本流域涝水的突出特点为：流域大范围涝灾往往是连续几场大暴雨所致，例如1977年涝灾，是由自7月下旬至8月上旬连续几场大雨造成；随着水资源利用程度的提高，淡水区地下水位连年下降，同样暴雨造成涝灾有逐渐减少的趋势。2.4.2平原地区设计涝水计算拟建小屯闸所在位置位于邱县境内106国道下游约50m处，小屯闸以上老沙河总控制流域面积为1555.6km，其中涉及农田除涝面积为1521.51 km。2.4.2.1计算标准拟建小屯闸设计防洪标准为10年一遇，本次设计沥水共分析计算了5

26、年一遇、10年一遇和20年一遇3个标准。2.4.2.2计算方法关于河北省平原地区设计涝水的计算，由于实测资料短缺，大多采用由暴雨按经验公式途径推求。我省平原地区中小面积除涝水文计算一般采用“手册法”，本次计算采用河北省平原地区中小面积除涝水文修订报告（2002年）中的方法推求。主要环节简述如下：（1）设计暴雨设计暴雨时段采用年最大三日雨期控制。设计雨型为三日雨量分二次计算，一次为年最大24小时雨量，位于第三日，占年最大三日雨量的80%；一次为年最大三日雨量的20%，两次间隔12小时。设计点雨量计算，采用河北省水利厅1993年12月出版的河北省平原地区设计暴雨图集中“年最大三日暴雨多年平均值等值

27、线图”与“年最大三日暴雨变差系数（Cv）等值线图”。由等值线图中查得各区年最大三日点平均雨量均值和Cv值，采用Cs=3.5 Cv，按P型频率曲线即可计算各区不同频率的年最大三日点雨量。点面折减系数，根据流域面积，从“河北省平原地区点面折减系数表”中查取。流域平均面雨量，通过点雨量与点面折减系数计算得出。设计暴雨计算成果见表2-2。设计暴雨成果表表2-2 单位：mm统计参数不同重现期设计值备注均值CVCS/CV20年10年5年1100.503.5218.7182.6145.8点雨量205.6177.7137.1面雨量（2）前期影响雨量Pa根据设计雨型，第一次雨量的前期影响雨量Pa1为： Pa1=

28、0.96Pa；第二次雨量（最大24小时）的前期影响雨量Pa2为：Pa2=0.96（Pa1+0.2P3-R1）式中：Pa1第一次雨量的前期影响雨量（mm）；Pa设计前期影响雨量（mm）；P3设计三日降雨量（mm）；R1第一次降雨产生的径流深（mm）；Pa2第二次雨量的前期影响雨量（mm）。（3）暴雨径流关系根据老沙河控制流域所在位置，在河北省平原地区水文分区图上查的流域位置跨越I0-3和I1-6两个分区，径流深计算时需要分别查I0-3和I1-6两个分区的暴雨径流关系（P+ PaR）曲线。（4）最大排水流量根据平原地区最大排水流量公式（具体公式如下），分别计算出不同分区时最大排水流量，然后在根据面

29、积加权计算出全流域面积的最大排水流量。面积加权系数见表2-3。一般平原区：Q = 0.022R0.92F0.80式中：Q最大排水流量（m/s）； R设计径流深（mm）； F计算面积（km）。老沙河设计流量面积加权计算表表2-3 设 计 断 面面积权重I0-3区I1-6区总面积I0-3区I1-6区总面积小屯闸787.58733.661521.510.520.481.02.4.2.3计算成果计算成果见表2-4。老沙河设计流量计算成果表表2-4 单位：m3/s设 计 断 面5年一遇10年一遇20年一遇I0-3区I1-6区加权后I0-3区I1-6区加权后I0-3区I1-6区加权后小屯闸70.2118.

30、993.7127.3192.9158.9212.7286.8248.42.4.3设计涝水成果的合理性分析将本次计算的设计涝水流量与黑龙港流域防洪除老规划报告老沙河除涝设计流量（见表2-5）比较，本次计算结果偏小，原因在于本次计算不包含流域内县城城区的排沥面积；又本次设计排涝流量是按照河北省平原地区中小面积除涝水文修订报告（2002年）中的方法计算的，基本上能反映本流域平原地区现状条件下涝水产汇流的实际情况，故此次设计涝水计算成果是比较合理的。老沙河除涝设计流量表2-5控制断面控制面积（km2）不同重现期设计值（m3/s）20年一遇10年一遇5年一遇牛寨26222781811072.4.4城区沥水计算根据魏县、广平县、肥乡县和邱县各县城市总体规划，上述4县城区部分排水范围通过雨水管渠和排水口泄入老沙河排水区域，排沥标准均为1年重现期。上述4县城区沥水汇入情况见表2-6。4县城区沥水汇入情况统计表（入老沙河）表2-6县城名称