石桥水库出险加固工程初步设计报告.doc

工程设计证书：184412-sb 湖南省湖南省 新化县新化县 石桥水库除险加固工程石桥水库除险加固工程 初步设计报告初步设计报告 新化县水利水电勘测设计院新化县水利水电勘测设计院 二二 o 一一年九月一一年九月 设计单位：设计单位： 湖南省新化县水利水电勘测设计院 工程设计证书编号：工程设计证书编号： 184412-sb184412-sb 院院 长长 ： 陈新辉 总总工工程程师师 ： 袁顶华 项目负责人项目负责人 ： 杨健辉 主要设计人员：主要设计人员： 阳吉斌 伍常青 杨健辉 目目 录录 工程特性表 1综合说明1 1.1概述1 1.2水文3 1.3工程地质3 1.4工程任务及规模5 1.5除险加固设计5 1.6水土保持和环境保护7 1.7工程管理8 1.8施工组织8 1.9工程概算9 2水文及调洪演算11 2.1流域概况11 2.2气象11 2.3洪水12 2.4水库调洪演算16 2.5主要建筑物顶部高程复核19 3工程地质22 3.1概述22 3.2地质概况22 3.3坝基工程地质条件评价23 3.4坝体填筑质量评价24 3.5其它建筑物工程地质条件24 3.6天然建筑材料25 4除险加固设计26 4.1工程任务和规模26 4.2主要加固项目26 4.3设计依据26 4.4除险加固设计28 5水土保持与环境保护设计49 5.1水土保持设计49 5.2环境保护设计50 5.3水保与环保投资52 6工程管理设计53 6.1管理机构53 6.2工程管理范围与保护范围53 6.3管理职责和任务54 6.4管理设施54 6.5枢纽工程检查及观测55 7施工组织设计56 7.1施工条件56 7.2施工导流57 7.3主体工程施工58 7.4施工总布置60 7.5施工进度及技术供应61 8工程概算63 8.1工程概况63 8.2投资主要指标63 8.3编制原则和依据64 8.4其他说明64 8.5其他费用66 附件：大坝安全鉴定报告书 三类坝鉴定成果核查表 石桥石桥 工程特性表工程特性表 序号名称单位原设计加固前加固后备注 一水文 1.流 域 坝址控制集雨面积km23.03.03.0 干流长度km1.41.41.7 干流平均坡降171717 2.多年平均降雨量mm1490.61520.961520.96 3.设计洪水标准及流量m3/s 19.15 (p5%) 4.校核洪水标准及流量m3/s 30.78 (p0.5%) 二水 库 校核洪水位m 476.2（p=0.5 %） 475.75（p=0.5% ） 设计洪水位m475.48（p=5%） 正常蓄水位m 474.60 死水位m466.3466.3 总库容万 m3 55 （p=0.5%） 57.89 （p=0.5%） （p=0.33%） 正常库容万 m345.65 45.65 死库容万 m33.53.5 三 工程效益 保护人口万人1.41.41.4 灌溉面积亩750750750 保护下游 1.1 万亩耕地和 1.4 万多人的生命财产安全 工程特性表工程特性表 序号名称单位原设计加固前加固后备注 四主要建筑物及设备 1.大 坝 型 式粘土心墙坝粘土心墙坝粘土心墙坝 坝顶高程m476.80476.80476.80 最大坝高m13.613.613.6 坝顶轴长m237237237 坝顶宽m6.06.06.0 2.泄水建筑物 型 式正槽式溢洪道正槽式溢洪道正槽式溢洪道 堰顶高程m474.60474.60 474.60 溢流堰宽度m557 溢洪道长度m75.3 设计泄洪流量m3/s22.39 校核泄洪流量m3/s35.23 消能方式无底流消能 3.输水建筑物 （1）取水卧管三合泥砌石三合泥砌石钢筋砼 长度m30.24 断面尺寸0.40.50.40.50.60.8 进水孔尺寸m0.50.50.50.50.40.4 进口闸门型式门盖式铸铁闸门门盖式铸铁闸门门盖式铸铁闸门 启闭设施手摇绞车手摇绞车5t 启闭机 （2）输水建筑物型式砌石箱涵砌石箱涵新建隧洞 设计流量m3/s0.30.30.3 涵管长度m105105125.5 涵管断面尺寸m 0.40.60.40.61.21.7 进口底板高程m466.20466.20464.76 出口底板高程m464.64 1 1 1综合说明综合说明 1.11.1 概述概述 石桥水库坝址位于新化县坐石乡石桥管区同心村境内，属资水流域青峰河流域 上游，地理坐标为东经 1112635、北纬 275427，距新化县城 38km，距村级公 路 400m，交通较为便利，大坝为粘土心墙土坝。是一座以灌溉为主，兼有防洪、 养殖等综合效益的山丘小（2）型水利工程。 大坝本身控制集雨面积 3.0km2，该工程于 1959 年兴建，1961 年建成受益。水 库设计正常蓄水位 474.60m，相应库容 45.65 万 m3，20 年一遇设计洪水位 475.48m，200 年一遇校核洪水位 475.75m，200 年一遇总库容 57.89 万 m3，死水位 466.30m，死库容 3.5 万 m3。枢纽工程由大坝、溢洪道、涵卧管等组成。根据水 利水电枢纽工程等级划分及洪水标准sl252-2000 之规定，该工程等别为等，其 主要建筑物为 5 级。 本工程原设计灌溉农田 750 亩，养鱼水面 73 亩，防洪安全影响下游坐石、曹 家、桑梓等三个乡镇石桥、同兴、海池、大云等 11 个村 14000 人及耕地 11000 亩， 影响距大坝 3km 的狮子岩煤矿。 1.1.11.1.1 工程主要建筑物（现状）工程主要建筑物（现状） 大坝为粘土心墙坝，大坝坝顶高程 476.80m，最大坝高 13.6m，坝顶轴长 237.0m，坝顶宽度 7.0m，上游坝坡为一级，坡比为 1:2.80，下游坝坡为三级，坡比 为 1:5.0，1：3.75 和 1：2.8，无排水棱体坡。 溢洪道位于大坝左岸，为开敞式溢洪道，净宽 5.0m，进口底板高程 475.8m， 溢洪道的底板和侧墙原为浆砌料石衬砌，因 2005 年 5.31 特大暴雨洪水，溢洪道泄 槽段和消力池全部冲毁，因经济困难，现在没有恢复。 输水涵洞位于大坝中部，输水涵洞进口底板高程为 466.2m，为浆砌料石厢涵， 全长为 105.0m，断面尺寸为 400600（mm） ，设计流量为 0.3m3/s。进口建筑物为 斜卧管，管径为 300mm。目前，卧管淤堵，涵洞存在裂缝、空蚀、渗水等现象， 严重影响大坝运行安全。 1.1.21.1.2 工程主要建筑物（除险加固后）工程主要建筑物（除险加固后） 水库除险加固后，大坝为粘土心墙坝，大坝坝顶高程 476.80m，最大坝高 2 13.6m，坝顶轴长 237.00m，坝顶宽度 7.0m，上游坝坡为一级坡，坡比为 1:2.8，下 游坝坡为三级坡，对坝坡进行粘土回填，排水棱体坡比为 1:1.0。 溢洪道为正槽式，布置溢洪道于大坝坝顶山坳处，溢洪道本次设计由溢流堰、 泄槽段、消能段等三部分组成，溢洪道全长 67.5m。溢流堰厚 6.0m，堰顶高程为 475.80m，采用 0.4m 厚的 c20 钢筋砼衬砌。其中 0+0060+044 为泄槽段，长 38m。0+0440+060 为跌水消能。泄槽段起点为 0006，泄槽段 00060044 为一个坡降为 18的陡槽, 00440060 段为一个坡降为 50的阶梯式陡槽， 0+0600+067.5 段为个消力池。泄槽其中 0+0060030 为收缩段，从 8m 收缩成 6m。保持溢洪道水流通畅，溢洪道过水断面均采用矩形断面。 隧洞和卧管布置于大坝右岸处。隧洞穿过大坝右岸山体，总长 125.5m，断面尺 寸为 1.2*1.7m，隧洞进口底板高程为 464.76m，出口底板高程为 454.64m。卧管长 21.54m，设 6 级取水口，取水口高差为 2.0m，进水口尺寸为 0.4*0.4m，采用门盖式 铸铁闸门，5t 卷扬机启闭。 1.1.31.1.3 大坝安全论证意见大坝安全论证意见 2009 年 5 月，娄底市水利局对石桥水库进行了安全论证鉴定，大坝安全鉴定评 定为类。 工程存在如下主要问题： （1）大坝坝顶高程不满足防洪要求。 （2）大坝坝体漏水、坝基、坝肩漏水。 （3）大坝内外坡没有护坡,局部存在塌坑, 内坡局部有溶洞群。 （4）溢洪道泄槽段和消力池全部冲毁。 （5）大坝涵管漏水。 （6）大坝存在白蚁危害。 （7）大坝距村级公路 400m，交通不便。 （8）大坝无管理用房，无水位和雨量观测设施，无位移、渗流观测设施。 针对上述存在的问题，安全鉴定建议采取如下处理措施： （1）坝顶采用泥结碎石路面，对大坝内、外坡进行护坡加固处理。 （2）大坝坝身采用冲抓回填进行防渗处理。 （3）对大坝坝基渗漏采用帷幕灌浆方式进行处理，并延伸两岸帷幕。 （4）在坝顶山坳处新建溢洪道，尾端新建消能防冲设施。 3 （5）对涵管进行封堵，新建隧洞。 （6）对大坝白蚁进行灭害处理。 （7）新修防汛公路 400m （8）完善管理设施，建立、健全大坝观测、水文气象观测和防汛设施。 1.1.41.1.4 大坝安全论证核查意见大坝安全论证核查意见 大坝坝清基不彻底、坝体填筑质量差，造成坝基、坝肩及体渗漏。大坝内外坡 没有护坡,局部存在塌坑。因 2005 年 5.31 特大暴雨洪水，溢洪道泄槽段和消力池全 部冲毁，因经济困难，现在没有恢复。大坝涵管漏水。大坝存在白蚁危害。大坝距 村级公路 400m，交通不便。大坝无管理用房，无水位和雨量观测设施，无位移、 渗流观测设施。 1.21.2 水文水文 石桥水库缺乏完整的水文、气象观测资料，此次洪水计算的有关资料按湖南省 水利水电厅 1984 年编制的湖南省暴雨洪水查算手册 （以下简称查算手册 ） 进行查算，主要步骤为：设计暴雨的查算设计净雨过程的计算用推理公式 求各频率的洪水。 调洪演算结果见表 1.3-1： 表 1.3-1 调洪演算结果表 洪水频率 洪峰流量 (m3/s) 最大下泄流量 (m3/s) 库水位 （m） 相应库容 （万 m3） 起调水位 （m） 正常库容 （万 m3） 消能防冲 p=10%17.68 11.77 475.35 51.45 474.60 45.65 设计洪水 p=5%22.39 14.92 475.48 53.17 474.60 45.65 校核洪水 p=0.5%35.23 22.24 475.75 57.89 474.60 45.65 防洪计算成果：坝顶高程不满足规范要求。 1.31.3 工程地质工程地质 1.3.11.3.1区域地质区域地质 水库地处新化东部石灰岩群山区，属衡邵干旱走廊区。区内由灰岩、白云岩、 白云质灰岩组成中山区。石桥水库水系属资江一级支流青峰河上游左支流石桥溪。 4 由北往南流入青峰河，然后注入资水。水库座落在石灰岩发育的岩溶地貌区的沟谷 口。由于灰岩岩溶发展，地表多裸岩，植被覆盖率低，水源涵养差，地表蓄水困难， 干旱是这片的主要灾害。 水库坝区与库区均座落于上古生界石炭系中统黄龙组地层。岩性为灰白、浅灰 色厚层状灰岩、白云岩、白云质灰岩，走向北东，倾向南东，倾角 25-35 度不等。 地表石芽、石笋、漏斗发育，水库周边岩溶水排向库内，有利于水库蓄水。 1.3.21.3.2建筑物地质条件建筑物地质条件 1.3.2.1 大坝 本次勘探、试验资料表明，心墙填筑土料以灰黄色、灰色砾质粉质粘土、砾质 粘土、砾质粘土为主。土体坚硬状，具中压缩性，土体孔隙比指标较小、干密度指 标较大，土体抗剪强度指标较好，说明心墙土料质量较好，土体填筑碾压较密实。 心墙区钻孔注水试验渗透系数达 2.84.510-4cm/s，平均值 3.810-4cm/s，具中 等透水性，不满足碾压式土石坝防渗体土料质量要求（碾压后h/i=3.0/7=0.43m 井孔平面布置 防渗墙布置于大坝轴线偏上游处，本设计采用单排孔，在平面上按主、套井相 间布置，一主一套相交连成井墙；套井为整圆，主井被套井切割，呈对称蚀圆。井孔 平面布置详见坝身防渗处理设计图 。 孔距、排距及有效厚度的计算 孔距与排距的确定方法，是要求以最小的工程量，得到最大的防渗厚度。由于 本工程设计为单排孔，所以不存在排距问题，取最优 值为 45，则： 孔距 l1=2rcos= 20.55cos45=0.778m 根据实际情况取 l1 =0.7m。 则有效厚度 ti=2rsin=0.84m 31 所形成的井墙有效厚度 ti=0.84m，大于防渗墙所需厚度，故单排孔能够满足渗 透稳定要求。 钻孔深度的确定 根据实际情况，确定钻孔的最大深度。 1）施工场地布置及工艺流程 施工场地布置 操作平台布置在大坝顶部，施工前，先将坝顶清理整平，然后按设计的防渗墙 中心与孔距放样，确定每个井孔的中心桩。 在大坝右岸搭设 5060 m2简易储存棚，存放回填土料，避免日晒雨淋，影响回 填土料质量。 施工工艺流程 施工工艺流程如下图所示： 2）施工技术要求 造孔 造孔回填按二序法进行，先主井，后套井，其顺序见坝身防渗处理设计图 造孔时，必须保持井孔垂直，为了保证井与井之间互相套接，不致因井孔偏斜 过大而产生漏缝，必须严格控制井孔最大偏斜值，以不超过 2025cm 为宜。 回填 回填土料的粘粒含量、含水量、含砂（小石子）量等必须符合设计要求。填土 应分层进行，回填一层，夯实一层，不得边填边夯。每层松土的厚度控制在 50cm70cm。 夯实 夯击密实是提高井墙防渗重要环节，填土夯击时其夯击功能一般不应低于标准 夯击功能 86104j/m3。一般控制夯距为 3m，夯击 2030 次。 弃土 放样布孔架机造孔下井取样检查 移机 夯压回填及 质量检查 挖运土土料翻晒或加水贮存转运 32 质量检查 为了保证施工质量，应及时进行检测。检测的主要内容是钻孔的深度与孔的偏值、 土料的含水量、夯实后土料的干容重。 4.4.1.3 大坝坝基渗漏处理大坝坝基渗漏处理 坝基下伏基岩以灰色、灰白色厚层状巨厚层状致密白云质灰岩为主，浅层岩体 受层面与节理面切割呈块状碎裂结构，钻孔揭露坝基岩体强风化层厚度一般为 47.0m。强风化层内岩体破碎，钻探岩芯多呈碎块状，孔内压水试验透水率达 21.226.5lu，属中等透水带。 根据水库坝基条件及工程渗漏的特点，确定采用帷幕灌浆的方式对坝基进行防渗 堵漏处理，与坝体防渗墙形成一道连续的防渗体。 （1）坝基防渗帷幕设计 防渗帷幕深度 本工程属小（）型水库，因此，确定其防渗帷幕深度控制标准为：坝基内某一 深度岩体单位吸水率 q=10lu 时，即作为相对隔水层。 根据大坝安全鉴定勘探试验资料，坝基内存在强风化层，坝基弱风化岩体内裂隙 发育，根据水利厅水库除险加固设计导则，防渗帷幕深度一般达到相对弱透水层，本 次设计帷幕控制标准为 q10lu。 帷幕灌浆范围 左、右坝端均存在较严重的绕坝渗漏，本设计灌浆布置初定为单排帷幕，在平面 上按直线布置，帷幕深入相对弱透水层。 帷幕灌浆孔距、及帷幕厚度 帷幕灌浆孔距的具体数值需经现场灌浆试验确定，受条件的限制，本次设计 采用经验值，根据石桥水库安全鉴定勘探资料和类似工程成功经验，参照水利水电 工程地质手册关于帷幕参数的取值原则，本工程帷幕灌浆孔距及幕厚取值如下： 帷幕区单位吸水率 q10lu，相应的允许渗透坡降 jc=18，规定幕厚 12m。单孔 灌浆影响半径（r）可以利用经验公式： 来确定。 n hrkt r 2 1 2 式中 k灌浆前岩石的渗透系数；n灌浆前岩石的孔隙率； 33 、水和水泥浆的运动粘滞系数； 1 2 t灌浆的持续时间；h灌浆压力； r灌浆孔的半径。 各个值由于试验条件的限制，仅取经验值，计算得影响半径 r 约为 1.5m,帷幕孔 孔距为 1.61.8 倍的单孔影响半径，根据孔距利用下式计算帷幕厚度： l=（0.70.8）c 计算帷幕厚度为 1.68m，满足上述规定中的帷幕厚度，则可以选择此孔距，本次 设计选择帷幕孔距为 3.0m。 帷幕灌浆孔距初定为 d=3.0m，排数 n=1。 灌浆压力 一般通过试验确定，在帷幕表层段为 11.5 倍坝前静水头，在孔内段压力大小随 孔深增加而逐渐增大，在孔底段为 23 倍坝前静水头。初定各灌浆段压力如下表 4.5.1-1（孔深从基岩面算起） 。 最大容许灌浆压力：p=0.3+（0.05*5）=0.55。 表 4.4.1-4 帷幕灌浆各灌浆段压力表 孔深（m）055101015152020252530 灌浆压力 （mpa） 0.30.350.40.450.50.55 从上表看出，满足灌浆压力要求规定。 灌浆材料 采用质量合格的 r32.5 普通硅酸盐水泥，如需加入掺合料必须通过现场试验确定。 灌浆孔布置 帷幕灌浆采用单排孔的形式，灌浆轴线布置于大坝上游坝坡处。钻孔布置见坝 基帷幕灌浆设计平面布置图 。 （2）灌浆施工 钻孔 所有钻孔均为垂直孔，坝体防渗墙段采用干钻，导管应伸入基岩不小于 0.5m，在 基岩段钻进时，要注意对基础与防渗墙体接触部分的保护；实际孔深应有记录，孔深 应符合设计孔深要求。 灌浆孔序 34 帷幕灌浆按分序加密原则进行，分三序施工：序孔孔距 12m，序孔孔距为 12m，序孔孔距为 6m，、序结合灌浆孔距为 3m。 压水试验 各次序灌浆孔的各灌浆段在灌浆前均应进行钻孔冲洗和裂隙冲洗，然后进行简易 压水试验，简易压水试验压力一律采用 0.3mpa。 灌浆长度 坝体与坝基接触面渗漏严重段（q10lu） ，灌浆段长不得超过 3m，基它孔段应 控制在 56m；在钻进过程中，当遇到漏水量大，孔口不返水的孔段，应立即停钻， 将此处作一短段先行灌浆，而后再继续钻进。 灌浆方法 由于坝基岩体强风化层内岩体破碎浅，钻孔在钻进过程中会存在垮孔现象，结合 当地类似工程施工经验，为保证灌浆质量，坝基帷幕灌浆时采用自下而上的施工顺序。 各次序孔均采用自下而上分段堵塞孔内循环式纯水泥灌浆法。孔口无回水的孔段，灌 浆结束后可不待凝，但在断层破碎带等地质条件复杂地段则应待凝，待凝时间一般为 24h。 全孔灌浆完成后，必须及时做好封孔工作，封孔前应量测孔深，对灌浆孔内基岩 段封填采用“分段压力灌浆封孔法”。对坝身段钻孔的封填采用 23cm、含水量适中 的粘土球分层回填捣实。 灌浆质量检查 帷幕灌浆检查孔应布置在下述部位：帷幕中心线上；岩石破碎、裂隙发育等地质 条件复杂的部位；注入量大的孔段附近以及灌浆情况不正常和经分析灌浆资料认为对 帷幕灌浆质量有影响的部位。 帷幕灌浆检查孔的数量及孔位，根据上述原则确定。检查孔深度应略大于相邻灌 浆孔深 12m。 帷幕灌浆检查孔采用自上而下分段卡塞进行压水试验，试验采用五点法，试验压 力为 0.1mpa、0.2mpa、0.3mpa、0.2mpa、0.1mpa。 帷幕灌浆质量检查标准为：各试段透水率 q10lu。对坝体与基岩接触段及其下 一段的合格率要求达到 100%；其它各段的合格率应在 90%以上，不合格段的透水率 值不超过设计规定值的 100%，且不集中，灌浆质量可认为合格。否则应对不合格段 采取措施进行处理。 35 4.4.1.4 大坝渗流稳定复核大坝渗流稳定复核 此次除险加固设计对大坝上游坝坡进行整治，坡比为 1:2.8，下游坝坡进行整修处 理，坡比为 1：5.0、1：3.75、1：2.8。对大坝坝体采用冲抓套井回填，坝基进行帷幕 灌浆加固处理。以达到降低坝身浸润线，使坝坡稳定性提高，现对处理后的大坝进行 渗流稳定复核计算。 （1）大坝渗流复核计算 本次渗流稳定复核计算，根据地质勘探、土工试验等选取标准断面进行二维有限 元渗流分析。大坝分区以室内土工试验及现场试验资料基本依据，考虑其运行现状和 处理后形成的防渗墙，并参照其它类似工程经验。渗透分区的水平、垂直渗透系数见 表 4.4.1-5。 表 4.4.1-5 大大坝坝断面渗透系数分区指断面渗透系数分区指标标表表 单位：cm/s 分区 心墙（区）坝体 （区） 排水棱体 （区） 坝基原生土 （区） 心墙防渗墙 （区） 坝基帷幕 （区） kx 3.810-4 1.010-22.610-41.0010-55.0010-6 3.810-4 ky2.910-41.010-21.910-41.0010-55.0010-62.910-4 根据碾压式土石坝设计规范sl274-2001 规定，渗流计算应考虑水库运行中的 各种不利组合。本次计算按以下三种工况进行稳定渗流计算。计算结果见渗流计算浸 润线图。 上游正常蓄水位与下游相应的最低水位； 上游设计洪水位与下游相应的水位； 上游校核洪水位与下游相应的水位。 从计算图中可以看出，渗流从坝身防渗墙中逸出后，下降很快，经过坝体和下游 排水棱体后逸出：因此验算下游段渗流出逸段的渗流稳定只需验算防渗墙的允许渗透 坡降能否满足要求即可。 依照经验和类似工程经验，冲抓回填防渗墙允许渗透坡降7 。 计算结果见表 4.4.1-6： 表 4.4.1-6 渗流渗透坡降值渗流渗透坡降值 计算情况上游水位下游水位计算渗透 jmax允许渗透坡降 正常蓄水位 474.60 459.82.607 设计洪水位 475.48 460.712.747 稳定渗流 校核洪水位 475.75 460.912.887 结论：大坝经防渗墙防渗处理后，大坝浸润线明显降低，大坝渗透坡降值小于允 36 许的渗透坡降。 （2）大坝稳定复核计算 稳定计算分析是在地质勘探、室内土工试验和坝身渗流计算分析工作的基础上 进行的，选择加固处理后的标准断面作为稳定计算分析断面。大坝稳定计算断面的分 区及物理力学指标根据地质勘探、土工试验结果以及施工竣工资料和渗流分析结果综 合确定。各材料分区的物理力学指标见表 4.4.1-7： 表 4.4.1-7 断面分区物理力学指标表 分区 指标类型 坝体心墙坝体填土排水棱体坝基原生土层 c（kpa）19.319.919.3 19.4 固结慢剪 （s） （）15.915.515.9 15.2 湿密度（g/cm3） 1.77 1.742.541.85 饱和密度（g/cm3） 1.90 1.862.561.91 坝坡稳定计算采用瑞典圆弧法，根据碾压式土石坝设计规范sl274-2001 规 范要求，采用不计入条块相互作用力的瑞典圆弧法计算时，4 级建筑物在正常运用条 件下，坝坡最小抗滑稳定安全系数为 1.15，在非常运用条件下，坝坡最小抗滑稳定安 全系数为 1.05。坝坡稳定分析程序stab1是北京水科院陈祖煜同志编的 stab1微机版。 a.下游坝坡验算工况的选择: 上游为正常蓄水位，下游相应水位作为正常运用组合 1； 上游为设计洪水位，下游相应水位作为正常运用组合 2； 上游为校核洪水位，下游相应水位作为非常运用组合； b.上游坝坡验算工况的选择： 上游库水位处于 1/3 坝高水位时作为上游坝坡正常运用情况； 上游水位由校核洪水位骤降至死水位时，使上游坝坡产生孔隙水压力及渗透 压力时作为非常运用情况。 上下游坝坡安全系数见下表： 表 4.4.1-8 坝坝坡坡稳稳定安全系数成果表定安全系数成果表 上游坝坡下游坝坡 37 正常运用非常运用正常运用 1正常运用 2非常运用 1.2811.2571.3881.3751.362 结论：上下游坝坡在正常运用和非常运用两种工况下，计算断面的稳定安全系 数均大于规范规定的最小安全值，因而大坝稳定满足规范要求。 4.4.24.4.2泄水建筑物（溢洪道）泄水建筑物（溢洪道） 4.4.2.1 工程等级及设计标准工程等级及设计标准 石桥水库属小（）型水利工程，依据防洪标准 （gb5020194）及水利水 电工程等级划分及洪水标准 （sl2522000）的规定，确定工程规模为等，确定溢 洪道为 5 级建筑物，设计洪水标准为 20 年一遇，校核洪水标准为 200 年一遇。根据 溢洪道设计规范 （sl2532000）之规定，溢洪道泄流能力必须满足设计及校核工 况下要求的泄量，消能防冲建筑物按 10 年一遇洪水设计。 4.4.2.2 存在的主要问题存在的主要问题 现状溢洪道位于大坝左岸，为开敞式溢洪道，净宽 5.0m，进口底板高程 475.8m，设计最大下泄流量 35m3/s，溢洪道的底板和侧墙原为浆砌料石衬砌，因 2005 年 5.31 特大暴雨洪水，溢洪道泄槽段和消力池全部冲毁，因经济困难，现在没 有恢复。 目前主要问题有： 溢洪道泄槽段和消力池全部冲毁，因经济困难，现在没有恢复。 4.4.2.3 溢洪道处理方案及总体布置溢洪道处理方案及总体布置 鉴于现状溢洪道因 2005 年 5.31 特大暴雨洪水，溢洪道泄槽段和消力池全部冲 毁，因经济困难，至使到现在都没有恢复，又加 2011 年 6 月我县的特大暴雨，为确 保大坝安全，急降溢洪道至 474.5m 左右，加大泄量，更使现状溢洪道雪上加霜，冲 刷更为严重，冲刷坑达 7m 深，长度长 30 余米，处理工程的回填土方工程量和浆砌石 导水墙的工程量相当大；另外溢洪道长度长达 191m，工程恢复难度大，造价高，故本 次水库加固工程设计新建溢洪道。新建溢洪道规划在大坝中间靠右的山坳口，具体设 计见后。 （1） 溢洪道处理方案 溢流堰底板高程为 474.60m,溢洪道泄槽底板采用 c20 钢筋砼衬砌,厚度为 0.4m。 38 用 m7.5 浆砌石全部重建重力式挡土墙。4 溢洪道进口设交通桥。 末端设置消力池。 （2）溢洪道布置 根据现有溢洪道的特点，布置溢洪道于大坝坝顶山坳口，为正槽式溢洪道，溢洪 道本次设计由溢流堰、泄槽段、消能段等三部分组成，溢洪道全长 67.5m。溢流堰厚 4.0m，堰顶高程为 475.80m，采用 0.4m 厚的 c20 钢筋砼衬砌。其中 0+0060+044 为 泄槽段，长 38m。0+0440+060 为跌水消能。泄槽段起点为 0006，泄槽段 00060044 为一个坡降为 18的陡槽, 00440060 段为一个坡降为 50的 阶梯式陡槽，0+0600+067.5 段为个消力池。泄槽其中 0+0060030 为收缩段，从 8m 收缩成 5m。保持溢洪道水流通畅，溢洪道过水断面均采用矩形断面。 4.4.2.4 溢洪道除险加固改造后水力计算溢洪道除险加固改造后水力计算 （1）溢流堰过流能力计算 溢流堰设计堰顶高程为 474.60m，当下泄校核洪水（p=0.5%）时，校核洪水位 为 475.75m，溢流堰顶水深为 1.15m，泄槽的临界水深为 0.93m,溢流堰堰厚 =4m(与 水流一直方向的堰宽为堰厚)，为宽顶堰（2.5ht=0.20m，陡槽与消力池的衔接为远离水跃衔接。 消力池的结构尺寸池深 d、池长的计算公式如下： k l (1)zhhd t 2 (2) 2 2 2 2 2 2 2 22hg q hg q z c t c (3)(9 . 6 12 hhl (4)llk8 . 0 式中：d池深，m； 水跃淹没度，=1.05； ht消力池出口下游水深，m； z消力池出口水面跌落，m； qc单宽流量，m3/s； l水跃长度，m； 消力池末端升坎流速系数，=0.95。 经计算,消力池设计取为：深度 0.6m，长度取 6.50m。 消力池边墙高度由跃后水深加超高（0.5m）确定，高度应为 1.7m；采用 m7.5 浆 砌石结构。 4.4.2.6 溢洪道除险加固设计溢洪道除险加固设计 本次新建溢洪道布置于大坝坝顶山坳口，为正槽式溢洪道，溢洪道本次设计由 42 溢流堰、泄槽段、消能段等三部分组成，溢洪道全长 67.5m。溢流堰厚 6.0m，堰顶高 程为 475.80m，采用 0.4m 厚的 c20 钢筋砼衬砌。其中 0+0060+044 为泄槽段，长 38m。0+0440+060 为跌水消能。泄槽段起点为 0006，泄槽段 00060044 为 一个坡降为 18的陡槽, 00440060 段为一个坡降为 50的阶梯式陡槽， 0+0600+067.5 段为个消力池。泄槽其中 0+0060030 为收缩段，从 8m 收缩成 5m。溢洪道过水断面均采用矩形断面，为了加强底板强度，防止因温度变化开裂破坏， 板内表层配置双向 12200 钢筋，钢筋的砼保护层取 50mm。底板厚度按照溢洪 道设计规范有关规定，参照已建类似工程经验进行类比确定后，底板用 m7.5 浆砌 石铺筑，厚度 300mm，其上采用 c20 钢筋砼衬砌,溢流堰、泄槽段和消能段底板衬砌厚 度取 300mm，出水渠底板衬砌厚度取 200mm。坡度变化之处采用抛物线或反弧段衔接， 底板伸缩缝尺寸根据有关规定和本工程特点，纵向不设缝，横缝间距为 10m，采用平 缝。缝宽为 20mm，缝内填沥青砂浆，各横缝均设置橡胶止水。底板排水系统：底板对 应于底板中心线及横向伸缩缝设置纵横向排水暗沟，横向排水沟间距为 10m，断面尺 寸为宽深=0.60.3m，沟内填充河砂层、细碎石层、粗碎石层各 100mm，施工时， 砂石填充料顶面干铺油毡一层，以防现浇底板砼时渗入排水沟。纵向排水沟设于溢洪 道底板中心线上，断面尺寸为 0.50.5m，沟内填充材料同横缝。 （1）边墙加固处理 边墙按设计洪水进行墙高设计（m7.5 浆砌石挡土墙） ，按校核洪水进行墙高复核， 因校核洪水要求的墙高大于设计洪水时的墙高，所以边墙高度由校核洪水确定。本次 设计溢洪道边墙高度及高程详见表 4.10-1。 边墙墙体迎水面为直墙式，背水面坡比为 1:0.4，边墙顶宽 0.6m，墙体采用 m7.5 浆砌块石。边墙分缝对应底板横向分缝，间距取为 10.0m，缝内填沥青杉板。选 取 0+050 断面右墙进行稳定计算。 基本情况： 填筑料：土石碴混合料。 墙体：材料为 m7.5 水泥砂浆砌块石，容重为=24.0kn/m3。 摩擦系数：抗滑摩擦系数 f 为 0.45。 主要荷载有：土石压力、自重、扬压力 抗滑稳定安全系数按下式计算： 43 p wf kc 式中： k抗滑稳定安全系数； w作用于墙体上的全部垂直力的总和（kn） p作用于墙体上的全部水平力的总和（kn） f底板与基底之间的摩擦系数；取 0.45。 抗倾稳定安全系数按下式计算： h v o m m k 式中： ko抗倾稳定安全系数； mv抗倾覆力矩（kn.m） ； mh倾覆力矩（kn.m） 。 边墙基底压应力按下式计算： w m a g minmax、 式中：max、min基底的最大和最小压应力（kpa） ； g垂直荷载（kn） ； a底板面积（m2） ； m荷载对底板形心轴的力矩（kn.m） ； w底板的截面系数(m3)。 边墙稳定计算成果分析：根据规范要求，要选择有代表性断面，即 0+050 断面作为本设计的计算断面；结合荷载组合最不利情况，选择正常蓄水位非溢流情况 对边墙进行荷载分析与稳定计算，经计算后结果如表 断面 系数 0+050 规范要求值 抗滑 kc 1.191.00 抗倾 ko 2.031.50 max (kpa)84.32 min (kpa)16.08 44 根据地质资料可知，选择原基土层为基础持力层，其允许承载力180kpa，则基 底应力符合规范要求。 4.4.34.4.3输水建筑物输水建筑物 4.4.3.1 基本情况和主要问题基本情况和主要问题 输水涵管布置在大坝左坝端，为料石箱涵，断面尺寸为 0.40.6m，涵管进水口底 板高程为 466.30m，总长 105.0m，设计流量 0.4m/s。输水涵管取水为三级取水，进水 口尺寸为 0.40.4m，采用门盖式铸铁闸门，由一台手摇式绞车启闭，但现在手摇绞车 已基本报废。 涵管为三合泥砌料石箱涵施工条件差，现在漏水严重，启闭设备已报废。 4.4.3.2 涵管处理设计涵管处理设计 本次除险加固处理主要考虑水库的灌溉效益以及彻底消除大坝的安全隐患，针对 涵管存在的问题，新建隧洞代替涵管，将老涵管进行封堵。 （1）涵管封堵 对涵管进行开挖封堵处理。选择在枯水期库水位在死水位时进行，在涵管进口 05m 处进行开挖，开挖坡比设计为 1：0.75，土方挖进到涵管全部露出之后结束， 然后用 c15 砼对涵管进行全线回填封堵，进口段设置一道砼截水环，最后再用粘土回 填夯实，使坝体和涵管紧密结合。 （2）输水隧洞设计 1）隧洞和卧管布置 隧洞和卧管经过现场查看，布置于大坝右岸山凹处。隧洞穿过大坝右岸山体（溢 洪道侧下） ，总长 125.50m，布置详见隧洞平面布置图。 2）隧洞水力计算 隧洞水力计算的目的是确定洞身横断面尺寸，同时根据下游渠道与隧洞水面衔接 要求确定隧洞进出口底板高程。本隧洞在设计工况时过水断面为矩形，过流能力按明 渠均匀流公式进行计算。 基本资料：输水隧洞设计过水流量 q 设=0.3m3/s， ，纵坡 i=1/1000，洞身为圆拱直 墙式，断面尺寸为 1.2m1.7m(bh)。采用现浇砼城门形衬砌断面，拱顶圆心角 =120，隧洞进口直接与消力井相通，隧洞进口底板高程为 464.76m，隧洞出口底板 高程为 464.64m。 45 洞身断面尺寸计算： 洞身断面尺寸计算由式进行计算，式中： ricq q 隧洞过流量（m3/s） ，计算时以设计流量确定断面底宽和设计水深，再用 加大流量对洞身进行过水能力校核； 洞身过水断面面积（m2） ； c谢才系数，可用满宁公式计算，即 c=1/nr1/6； r水力半径（m） r=/x； x湿周（m） ； i隧洞纵坡坡降； n 洞身糙率系数； 通过上述公式计算，当隧洞底宽 b=1.2m 时： 设计水深 h 设=0.40m，v 设=0.625m/s； 由此拟定输水隧洞洞身断面尺寸：净宽 b=1.2m ，净高 h=1.7m，直墙高度为 1.355m，拱顶圆心角=120，拱顶圆半径为 0.993m。当通过设计流量时，其设计水 深为 0.40m，水面以上净空高度为 1.30m，净空面积为 2.00m2，占全断面总面积的 80.14%，则净空高度和净空面积均符合水工隧洞设计规范 （sd134-84）中相关规 定和要求。 3）消力井水力计算 是设在进水卧管末端与输水隧洞首端的消能设施，其容积应能满足在最高库水位 时孔口全开情况下设计流量的消能要求。消力井深度 p(由隧洞底板至井底的高度)， 须保证井底不受射流直接冲击，由下式计算： p=t0-h0+ 式中： h0 隧洞正常水深，m； t0 消力井水深，由 t0=计算，其中为放水孔孔口直径（m） ， max dhkd 为孔上最大水头（m）(从孔口中心至水库最高蓄水位的垂直水深) max h ，m； 经验系数，取=1.25;kk 安全水垫，一般为 0.30.5m。 经计算，可求得消力井深度 p=2.0m。 46 消力井容积（v）决定，根据经验常用每立方米容积的水能消杀能量 7.58.0kw 计算。因此，其容积由式 v计算qh81. 9 8 1 式中 q 设计流量，m3/s; h 作用水头。 消力井平面面积为 bl=v/t0，且要求井长 l（23）b，b 为消力井垂直水流向 宽度（m） 。取 l=2b，则消力井的宽度 b=，同时要求 bb（隧洞底宽） 。根据上 0 2t v 述要求，可求得 b=1.5m，l=3.0m。 4）卧管水力计算 新建放水卧管设计总长为 21.54m，断面形式为矩形，共分 6 级放水口，放水口高 差为 2.0m，第一级放水口高程为 475.42m。放水口为方形，采用铸铁门盖式闸门，5 吨卷扬机启闭。 放水孔大小的确定 放水孔大小由式计算，式中：ghaq2 q 设计放水流量，q设=0.44m3/s（孔口上水头为 3m 时流量） a 一个放水孔底部面积，m2 孔口流量系数，=0.6； 孔口以上作用的水头，m。h 由上式进行计算，可求得放水孔孔口尺寸为 0.4m0.4m。 卧管断面尺寸确定 卧管断面形式为矩形，管中水流呈无压流形式流动。当水流从放水孔口跌落到卧 管时，水柱跃起高度约为正常水深的 2.53.5 倍，因此，为保证管中水流呈无压流， 则卧管高度应为正常水深的 34 倍。卧管断面尺寸按明渠均匀流公式计算。ricq 经计算后，取卧管断面净尺寸为宽高0.60.8m。 5）结构计算 隧洞衬砌 由前述水力计算结果可知，隧洞采用城门型结构，拱顶圆心角为 120，其净空断 面尺寸为：宽 b=1.2m，高 h=1.7m。根据隧洞沿线地质条件的差异，初拟隧洞衬砌方 式为采用 c15 砼进行防渗衬砌封闭式衬砌，衬砌厚度边墙为 250mm，底板为 200mm。 47 防渗与排水设计 输水隧洞进口段由于直接位于库区内，承受的外水压力大，为防止大量库水入渗 到隧洞，采取以堵为主，即在伸缩缝处设橡胶止水。在隧洞中间段采取以排为主的原 则，以减小外水压力，在衬砌上布置排水孔。在出口段，由于地下水位低于隧洞，主 要是防止隧洞的水渗入到围岩中。隧洞沿线采用 200mm 厚 c15 砼作防渗衬砌至加大水 深处，这样既减小了隧洞的水量损失，增强过流能力，又防止围岩由于浸泡在地下水 中而改变了力学性能。 输水明渠设计 连接新建输水隧洞出口与原涵管消力池，需建明渠长 3.5m，明渠采用 m7.5 浆砌 石，断面净尺寸为 0.81.2。 6）金属结构与机电设备设计 结合本次新开灌溉输水涵洞及新建卧管设计，本次拟新购启闭机和闸门，采用 型号为 qpq-15 卷扬式启闭机，卧管取水采用尺寸为 0.630.638m 定型悬臂铸铁门盖 式闸门。 金属结构设计工程量：铸铁闸门 3.6 t，qpq-15 卷扬式启闭机 1 台。 4.4.4大坝白蚁防治大坝白蚁防治 经对水库大坝的实地勘察，分析管理所对大坝进行的白蚁危害详查资料，结合 历年来的大坝观察资料综合分析，基本上可以确定危害坝身的白蚁种类为黑翅土白蚁， 主要分布在大坝坝身、左右坝端以及左、右岸山坡的较大范围，在坝身基本活动在浸 润线以上的潮湿部位。该类白蚁群体大，繁殖力强，巢穴多，筑巢深度可达 7m 左右， 主巢深度大多在 24m，主巢直径一般为 4060cm，有的甚至达 1m 以上，蚁巢四周 连接着直径 1030cm 面包状的菌圃，多的可达 100 多个。在白蚁活动区内蚁道四通 八达，发展到一定程度，可贯通上、下游坝坡，每当汛期水位上涨，库水将通过蚁道 蚁巢，使大坝产生漏水、跌窝、塌坡险情，抢救不及时便造成溃坝失事，给人民群众 生命财产带来重大损失。因此，对大坝坝身滋生白蚁不能掉以轻心，必须引起高度重 视，制定有效的治理方案，根治大坝蚁害。 根据大坝已查明的蚁情，决定采用以下方案进行大坝白蚁的防治： 诱杀法 采取引诱法进行白蚁灭治，然后再进行预防，操作程序如下： 48 首先对大坝及其附近有白蚁活动迹象的地方进行一次较大范围的详细勘察， 确定预埋逗箱的位置及逗箱的数量，初步确定预埋逗箱 60 个，预埋的范围包括坝身、 左右坝端和左、右岸近坝山坡。 在逗箱内装满白蚁最喜爱吃的纤维素食物，埋入预定的位置，引诱主巢的大 多数工蚁进入逗箱内，然后根据现有白蚁危害特性和数量等情况，确定灭治白蚁的药 类和药量及施药方法。 在逗箱埋入 10 天左右后，根据白蚁特性和危害程度，用灭治白蚁的方法，洒 入适量的灭蚁药粉，让工蚁食用后带回白蚁主巢及分巢，给蚁王、蚁后、兵蚁食用， 再传染给其它白蚁，造成整个蚁巢、蚁路的白蚁慢性自杀，达到消除灭治白蚁的效果。 再过 10 天左右后，根据第一次灭治的效果，再次喷洒适量的灭蚁药粉，杀死 剩余的散白蚁及顽固性白蚁，以达到彻底根除灭治的效果。 再过 15 天左右，喷洒氯丹水剂对大坝及近坝库岸进行全面综合预防白蚁处理， 确保大坝长期不受白蚁侵害。 追挖法 对左、右岸离坝坡较远的有白蚁活动迹象的地区，采取追挖主蚁巢活捉蚁王、蚁 后，消灭白蚁群体的方法。依据土栖白蚁在岸坡的活动规律，寻找白蚁地表活动迹象， 在泥被、泥线、分群孔密集部位或反复出现的地方，破土找主蚁道，追挖主蚁巢，捉 杀蚁王、蚁后，消灭其群体，切断山坡上的白蚁蔓延到大坝上来的途径。 4.4.5大坝观测设施设计大坝观测设施设计 本次设计拟设置的观测设施有：大坝水文观测设施等。 水文观测存在的主要问题是：无水文观测设备，水位观测不能准确地反映水位 变化过程。 针对上述问题，坝址雨量观测和原有流域内雨量观测点改用自记雨量计观测。 坝前水位观测设置砼水位尺，为了观察大坝渗漏量，在大坝下游排水棱体处设 置集水沟及量水堰，并设置自动化观测设备一套。 大坝观测人员应加强对溢洪道的一般性观测，即定时对溢洪道的上、下游水位、 流量、水平位移、沉陷、裂缝、漏水量、一般外表观测、及岸坡稳定和泄洪冲淤等进 行观测，及时发现问题，确保溢洪道正常运行。 49 4.4.6其它工程设计其它工程设计 水库除险加固后，形象外观有很大改观，为使水库方便管理使用，在水库下游坝 坡上设置水库名称标示，在水库范围内设置管理界限标示，并做好水库、溢洪道、涵 卧管等参数标示牌。 50 5 5水土保持与环境保护设计水土保持与环境保护设计 5.15.1 水土保持设计水土保持设计 本工程所在区域植被较好，工程建设过程中由于开挖土方，填筑路基以及临时 工程压占等破坏了地表植被，对原地貌造成一定的扰动，造成局部的水土流失。 5.1.15.1.1防治责任范围防治责任范围 本工程可能造成水土流失的区域主要包括以下几个方面： （1）大坝下游两侧山坡整治区域：原有坡面覆盖被破坏，裸露坡面在施工过程 中会产生一定的流失。 （2）溢洪道建设区域：溢洪道加固处理开挖地表，扰动原地貌，造成水土流失。 （3）防汛公路建设区域：路基开挖及填筑，产生地表开挖，改变原地貌，造成 水土流失。 （4）施工料场：包括取土场、石料场、砂石料场，由于工程所需块石和砂石料 一般采取购买方式采购，石料场、砂石料场水土流失防治不属本工程范围（由开采单 位或个人负担防治经费） ，施工料场的水土流失主要是取土场的流失。 （5）施工弃渣堆放区：溢洪道改造、防汛公路改造等均有一定的数量的弃土、 弃渣，拟采取就近集中堆放处理，防止弃渣流失。 （6）临建设施临时占地区域：包括临时施工便道，临时房屋占地等。 据设计和调查，工程建设扰动地面面积 20000m2，其中坝坡整治工程 5000m2， 溢洪道工程 5000m2，防汛公路工程 4000m2，取土场 14