麻塘水库除险加固工程初步设计

PAGEII湖南水利水电职业技术学院Hunan毕业设计成果书课题名称:麻塘水库除险加固工程初步设计适用专业：水利工程指导老师：姓名：学号：班级：2021级水利工程三班题目类型：理论研究实验研究工程设计工程技术研究软件开发任务下达日期：年月日设计完成日期：年月日水利工程系

摘要麻塘水库位于南县茅草街镇塘华村，北纬28°30'40″,属洞庭湖水系。距南县城区14km。工程于1987年动工，1988年竣工，为小（2）型水库。大坝距界樟公路4.0km，距茅草街镇政府6.5km，交通条件较好。麻塘水库属于南县洞庭湖水系，坝址控制集雨面积为0.55km2,水库正常蓄水位为48.0m（85高程系统，下同），正常库容为15.0万m3；设计洪水位48.61m，设计库容为18.25万m3；校核洪水位为48.87m，总库容为20.0万m3；死水位为44.7m，死库容为1.1万m3；是一座以灌溉为主、兼顾防洪、养殖的小（2）型水库。关键词：设计，施工方案，材料，施工进度。目录工程特性表TOC\o"1-2"\h\z1、综合说明 11.1概述 11.2水文 31.3地质 51.4除险加固工程设计 81.5施工组织设计 111.6水土保持和环境保护 151.7工程管理设计 161.8设计概算 161.9经济评价 172、水文及调洪演算 182.1流域概述 182.2气象 182.3水文基本资料 192.4径流 192.5洪水 192.6调洪演算 232.7防洪标准复核 332.8施工期洪水 363、工程地质 353.1概述 373.2工程区地质概况 373.3坝体工程地质特性及评价 363.4坝基工程地质条件及评价 373.5其他建筑物工程地质问题及评价 403.6天然建筑材料 403.7结论与建议 414、除险加固设计 424.1工程概述 424.2主要工程任务 424.3设计依据 434.4大坝防渗处理 454.5溢洪道重建 584.6输水涵管重建 604.7坝顶路面硬化 625、施工组织设计 635.1施工条件 635.2对外交通 655.3施工导流与渡汛措施 665.4主体工程施工 665.5施工工厂设施 685.6施工总体布置 685.7施工总进度 725.8主要材料、劳动工日及主要施工机械设备 725.9施工组织机构 736、水土保持与环境保护设计 746.1水土保持设计 746.2环境保持设计 756.3环境保护与水土保持投资概算 787、工程管理设计 787.1管理范围 787.2管理机构 787.3管理原则和目标 797.4工程管理设施 837.5工程检查及观测 847.6工程管理运用 857.7施工期工程管理 878、工程概算 888.1工程概况 888.2编制依据和原则 888.3工程投资 909、经济评价 911.1. 9.1概况 911.2. 9.2工程效益分析 921.3. 9.3国民经济评价指标及结论 941.2. 9.4财务分析 971.2. 9.5综合评价 98附件:1、湖南省小Ⅱ型水库大坝安全认定报告书序号及名称单位原设计加固前加固后备注一、水文1、集雨面积Km20.550.552、多年平均年降雨量mm1422.61436.063、设计洪水标准及流量P(%)m3/s104.234、校核洪水标准及流量P(%)m3/s25.87二、水库1、校核洪水位m48.872、设计洪水位m48.613、正常蓄水位m47.347.348.004、死水位m44.744.744.75、总库容（校核洪水位以下库容）万m320.06、正常库容万m312.012.015.07、死库容（死水位以下为库容）万m31.11.11.1三、工程效益1、保护人口万人0.080.080.082、灌溉面积万亩0.080.080.12四、主要建筑物及设备1、主坝及付坝主坝坝体均质土坝坝顶高程m505050最大坝高m6.86.86.8坝顶长度m283283283工程特性表工程特性表序号及名称单位原设计加固前加固后备注坝顶宽度m3.53.53.52、泄水建筑物（溢洪道）型式开敞式正槽溢洪道堰顶高程m47.347.348.0溢流段长度m12512533溢流段宽度m1.01.01.0设计泄洪流量m3/s0.71校核泄洪流量m3/s1.23闸门形式3、输水建筑物（输水涵管）一、高输水涵管设计流量m3/s0.20.2长度m3232断面尺寸mφ0.3φ0.3进口高程m出口高程m二、低输水涵管设计流量m3/s0.20.20.2长度m282820.2断面尺寸mφ0.3φ0.3φ0.8进口高程m44.744.744.7出口高程m44.744.744.71、综合说明1.1概述1.1.1基本概况麻塘水库位于南县茅草街镇塘华村，北纬28°30'40″,属洞庭湖水系。距南县城区14km。工程于1987年动工，1988年竣工，为小（2）型水库。大坝距界樟公路4.0km，距茅草街镇政府6.5km，交通条件较好。麻塘水库属于南县洞庭湖水系，坝址控制集雨面积为0.55km2,水库正常蓄水位为48.0m（85高程系统，下同），正常库容为15.0万m3；设计洪水位48.61m，设计库容为18.25万m3；校核洪水位为48.87m，总库容为20.0万m3；死水位为44.7m，死库容为1.1万m3；是一座以灌溉为主、兼顾防洪、养殖的小（2）型水库。麻塘水库保护人口760人，保护耕地1200亩，工程设计灌溉面积1200亩，由于灌溉渠系未配套完善，实际灌溉面积为800亩；水库总库容20.0万m3；因此本工程等别为Ⅴ等，小（2）型，主要建筑物级别为5等级，次要建筑物级别为5级。设计洪水标准重现期为10年，校核洪水标准重现期为50年。枢纽工程主要由大坝、溢洪道、输水涵管等建筑物组成。（1）大坝：麻塘大坝为均质土坝，坝顶高程为50.0m，坝顶宽3.5m，最大坝高为6.8m，大坝坝顶轴长283.0m。（2）溢洪道：溢洪道位于大坝左端，进口段及控制段的中轴线与大坝轴线基本平行布置。原溢洪道堰顶高程为47.3m,溢洪道进出口段溢洪道为自然土沟,中间段为土洞且在民房地基穿过，没有任何衬砌,泄洪时陡坡下游冲损严重,影响大坝及村民生命财产安全。（3）输水涵管：高、低输水涵管为φ0.3m瓦管，采用卧管木塞控水，漏水十分严重，且无法检修，时有堵塞现象。1.1.2除险加固改造缘由麻塘水库建设时，由于受当时资金及技术的限制，工程设计标准低，施工质量差。大坝填筑施工由当地村民完成，由于施工期较长，施工队伍庞大，缺乏专业人员现场指导，施工质量无法控制，存在清基不彻底、填土混杂，填土接口多，存在施工分层现象。坝体填筑土碾压不密实，甚至存在局部漏压等施工缺陷，未能达到土坝的填筑要求。水库投入运行后即出现了坝基坝肩渗漏、坝体散浸等险情。由于经费困难，处理不彻底，效果不佳。工程险情的经常发生已严重威胁到大坝的运行安全。不仅使工程的正常效益得不到发挥，而且也严重威胁着下游群众的生命财产安全。目前工程存在的问题和安全隐患主要有以下几个方面：（1）坝身、坝基接触面及两坝肩渗漏严重。大坝坝身填筑土含砂量大，大坝坝基接触面和坝体，在高水位时，渗漏较为严重；大坝与山体接触面渗漏在逐年加剧。大坝下游坝脚无排水设施，长111m坝段下游坝脚临水塘，致使坝脚常年浸泡在水塘中，软化垮塌严重；长172m坝段下游坝脚临水田，坝脚无排水体及排水沟，致使浸润线逸出点偏高，不利于大坝的稳定。（3）大坝迎水面无衬砌，坡面浪损严重，杂草丛生。（4）溢洪道为自然土沟,没有任何衬砌,泄洪时陡坡下游冲损严重,泄槽段为土洞且在民房地基穿过，影响大坝及村民生命财产安全。由于运行时间长，侧壁已出现坍塌现象，特别是1996、2021年的山洪，造成两边侧墙垮塌30%，冲蚀坝体，既影响水库正常蓄水，更严重的是一遇暴雨泄洪时又严重影响大坝的安全和下游群众的生命财产安全。溢洪道出口处无消能设施。（5）输水涵管：高、低输水涵管为φ0.3m瓦管，采用卧管木塞控水，漏水十分严重，且无法检修，时有堵塞现象。对工程安全造成严重危害。（6）大坝无观测设施；（7）水库大坝坝顶公路破损，无法满足防汛抢险要求。（8）运行管理资金困难，无维修费用来源。麻塘水库是一座具有灌溉、防洪、养殖等综合效益的小（2）型水库，工程运行至今已产生了巨大的经济和社会效益，但长期以来，由于大坝险情不断，且日趋恶化，严重威胁到大坝的运行安全。为使工程能正常运行，充分发挥其效益，确保当地人民生命财产的安全，故尽快对麻塘水库大坝工程进行除险加固是十分必要的，也是刻不容缓的。1.2水文1.2.1流域概况麻塘水库坝址位于南县茅草街镇塘华村,北纬28°30'40″,属洞庭湖水系。坝址控制集雨面积为1.5km2（其中外引面积0.6km2）,水库正常蓄水位为48.0m（85高程系统，下同），正常库容为15.0万m3；设计洪水位48.61m，设计库容为18.25万m3；校核洪水位为48.87m，总库容为20.0万m3；死水位为44.7m，死库容为1.1万m3；是一座以灌溉为主、兼顾防洪、养殖的小（2）型水库。1.2.2水文气象麻塘水库地处亚热带湿润气候区。气候温和，四季分明，雨量充沛，日照充足，春温多变，严寒期短，无霜期长。根据南县气象站1961年以来的实测气象资料统计：多年平均气压1009.8hpa；多年平均气温17.0°C；极端最高气温40.1°C（1963年8月29日）；月极端最低气温-14.7°C（1972年2月9日）。多年平均相对湿度81%；多年平均降水量达1436.06mm；最大日降水量196mm(1996年6月28日)。夏季多东南风，冬季多西北风。历年平均风速2.7m/s；最大风速为13.88m/s。1.2.3洪水复核麻塘水库缺乏水库流量实测资料，本次洪水复核参照湖南省水利水电厅1984年编制的《暴雨洪水查算手册》，利用暴雨资料推求。麻塘水库处险加固后，洪水复核结果为10年一遇（P=10%）的设计洪水位为48.61m，50年一遇（P=2%）的校核洪水位为48.87m,相应的洪峰流量为4.23m3/s、5.87m3/s，溢洪道相应的下泄流量为0.71m3/s、1.23m3/s。1.2.4施工期洪水麻塘水库除险加固工程施工选择在枯水期施工，大坝、溢洪道等均可利用输水涵管将库水位降至死水位时施工，不受施工期洪水影响。输水涵管施工时，库水位已降至死水位，水库无其它导流设施，天然来水量存蓄在库中，库水位上升，需设置施工围堰。12月～次年1月产生的径流量小于11月～次年1月，因此，低涵及溢洪道施工期宜定于12月～次年1月。10年一遇枯水期降雨来水量达到2.67万m3，水位达到45.43m，5年一遇枯水期降雨来水量达到1.83万m3，水位达到45.10m。1.3地质1.3.1工程地质及水文地质条件1.3.1.1地形地貌麻塘水库坝址位于南县茅草街镇塘华村,北纬28°30'40″,属洞庭湖水系，工程区内地貌类型以低岗丘陵为主，总的地势为西北低，东南高，河谷深切，冲沟发育。坝址区位于基本对称的“U”型河谷，河谷宽150～160m。两岸山体高出大坝坝顶约10～20m，坡角为5～15°，地形相对较缓，工程区无基岩出露。地层岩性工程区内无地勘资料，参考附近类似工程及建筑物开挖情况。附近类似工程区内出露的地层岩性自老至新依次有：第四系下更新统(Q2)：冲积堆积，上部为绛红色砂质粘土，下部为砂卵砾石层，总厚度11～120m，坝区均有分布。人工堆积(Qs)：以砂质粘土为主，夹砾石等，大坝区域主要为人工堆积的砂质粘土坝体。1.3.1.3地质构造及地震工程区位于新华夏系第二沉降带之洞庭湖凹陷盆地南部，构造简单，无活动性断裂通过。据国家地震局2021年版1:400万《中国地震动参数区划图》，本区地震动峰值加速度为0.10g，地震动反应谱特征周期为0.35s，相应地震基本烈度为7度。1.3.1.4水文地质条件区内地下水为孔隙潜水和孔隙承压水。孔隙潜水赋存于Q2地层中的孔隙中，地下水位埋深3.0～6.0m，含水量相对贫乏，主要受大气降水补给，动态随季节变化明显；孔隙承压水赋存于Q2地层下部的砂卵石层中，含水量较丰富。含水层顶板埋深大于20m，主要接受河水的侧向补给，动态变化受季节影响较小。根据区域水文地质资料，地表水及地下水化学类型为HCO3-Ca型，PH值为7～8，具弱碱性，对砼无腐蚀性。1.3.1.5不良物理地质现象工程区植被发育较好，无大的不良物理地质现象，只局部小范围存在坍岸。上下游坝坡杂草丛生，凹凸不平，局部有冲沟。1.3.2地质条件综合评价1.3.2.1坝体地质条件及评价大坝为均质土坝，坝顶高程50.0m，最大坝高6.8m。根据调查、施工资料情况，大坝填筑体最大厚度为10.0m，其材料主要为砂质粘土夹砾石，渗透系数为（2.2～3.8）×10-4cm/s，为中等透水层。碾压欠密实，由于受当时的施工技术条件及物质资料条件限制，前期未进行地勘工作，且坝体填筑时未进行碾压，施工质量较差，病险问题较多。投入运行近20多年来，主要存在问题有：⑴大坝坝体及坝体与基础面胶结较差，局部存在孔隙，密实度达不到设计要求，因此存在坝身渗漏及接触面渗漏问题。⑵大坝坝身填筑土含砂量大，坝身、坝端渗水严重，坝顶、坝坡杂草滋生，上游坡面无护砌，由于库水位起落不均，加之风浪冲击，，整个护坡面出现了不均匀坡面塌陷；下游坡面高杆杂草丛生，有雨淋沟；坝基及背水侧未设排水设施，导致坝身浸润线抬高，不利于大坝的稳定。鉴于上述问题，究其原因：修建时施工技术落后，施工设备简陋，加上施工时没有严格的质量管理体制，施工质量价差。1.3.2.2坝基地质条件及评价坝址区属低岗丘陵区，两岸为低矮的山岗，均为Q2绛红色砂质粘土，但表部约有1.0～1.5m的根植层，其结构较松散。大坝建于较对称的“U”形山谷内，谷底高程在40.0～42.5m之间，两岸山坡坡度较缓。坝区水文地质条件比较简单，根据同类工程经验，坝基土层渗透系数为K＜1.0×10-4cm/s。但大坝填筑接触面处理不彻底，易构成贯通大坝上下游的渗漏通道。大坝基础持力层为Q2绛红色砂质粘土，浅部为根植层。建成后运行20多年来，坝基受库水浸泡，力学强度略有降低，对大坝抗滑稳定形成不利影响，建议对其进行抗滑稳定复核计算。1.4大坝安全认定结论根据工程实地查勘，现场调查，通过对现在水库枢纽工程进行复核和分析论证，完成了《湖南省小（2）型水库大坝安全认定报告书》。安全认定结论如下：1）、坝身、坝基接触面及两坝肩渗漏严重。2）、大坝下游坝脚无排水设施。3）、大坝上游迎水面无衬砌，坡面浪损严重。4）、溢洪道为自然土沟，无衬砌；溢洪道出口处未设消能设施。5）、高、低输水涵管为φ0.3m瓦管，采用卧管木塞控水，漏水严重，时有堵塞现象，无法检修。大坝安全类别综合评定为：三类坝。1.4除险加固工程设计1.4.1工程等级及防洪标准依据《防洪标准》（GB50201-94）和《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2021），确定本工程等别为Ⅴ等，主要建筑物级别为5等级，次要建筑物级别为5级。水库大坝防洪标准洪水重现期为10年，校核洪水标准重现期为50年。溢洪道消能防冲工程防洪标准设计洪水重现期为10年一遇。1.4.2除险加固主要内容本工程除险加固设计项目包括:坝体、坝基及坝肩接触面渗漏防渗处理；上游坝坡从死水位以上1.0m至校核洪水位,采用六方块预制砼护坡，校核洪水位至大坝坝顶采用砼花格草皮护坡；下游坝坡均采用砼花格草皮护坡，坝脚设置贴坡排水；输水涵重建；溢洪道重建等。1）大坝防渗处理根据大坝安全认定报告，并结合大坝目前的险情情况，对大坝进行双排劈裂灌浆防渗加固设计。劈裂灌浆钻孔轴线为大坝中心轴线偏上、下游各0.75m位置，构筑垂直防渗墙，孔距1.5m。灌浆孔底伸至基础相对不透水层2m左右，使坝身、坝基防渗帷幕连接成封闭、连续的防渗体系。2）大坝上、下游护坡及下游坝脚新建排水设施。（1）大坝上游护坡根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2021）并结合本工程实际情况，大坝上游砼护坡范围从死水位上1.0m护至校核洪水位，校核洪水位至坝顶采用生态护坡。砼护砌部分设计采用预制六方砼块护坡，砼六方块厚取0.1m。六方块边长0.4m，护坡体内设纵横间距为2.52m、2.17m的排水孔，孔径50mm，呈梅花形排列。同时每隔15.12m设伸缩缝一条，缝间灌沥青麻丝。底部设置宽0.6m，高0.8m的C15现浇砼阻滑基座，基座埋深大于0.6m。（2）大坝下游护坡及设置贴坡排水麻塘水库大坝为均质土坝，下游无排水棱体，导致坝体下游出逸点高，坝体饱水。为确保大坝渗流稳定，设计对前段111m长大坝坝脚采用贴坡排水。排水体顶高程定为45.5m，顶宽1.0m，内坡1：1.5，外坡1：2.5，排水体与坝体之间设置反滤层。反滤层由三层反滤料组成。选用耐风化的砂石、砾石和卵石构成，每层粒径随渗流方向变大，层厚顺渗流方向取为0.1cm、0.1cm和0.15cm。拟对后段172m大坝下游新建纵向排水沟进行排水，使坝坡形成完整排水系统。大坝下游坡面从坝顶（高程50.0m）至排水体顶（高程45.5m）设置砼花格草皮护坡，并设置人行阶梯、竖向排水沟等。（3）坝顶采用泥结石硬化。3）大坝除险加固处理后渗流和稳定复核本次设计按照《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2021）对大坝除险加固处理后的坝体渗流和坝坡抗滑稳定进行复核。（1）处理后渗流复核大坝坝体渗流分析计算时，选择计算断面为大坝设计标准断面，根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2021）中第8.1.2条规定，渗流分析计算时应考虑水库运行出现的各种不利条件。渗流分析计算按以下工况进行：①上游设计洪水位与下游无水时的稳定渗流；②上游校核洪水位与下游无水时的稳定渗流；③上游正常蓄水位与下游无水时的稳定渗流；④库水位由校核洪水位降落至死水位的非稳定渗流情况。大坝渗流分析采用软件：北京理正软件设计研究所的《理正渗流分析软件》——“渗流问题有限元分析”。大坝稳定渗流计算成果：正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位时，下游坝脚渗流逸出处最大渗流坡降Jmax分别为0.13、0.16、0.17。大坝非稳定渗流计算成果：库水位从校核洪水位降落至死水位时，上游坡面渗流逸出处最大渗流坡降Jmax为0.04。大坝在稳定渗流与非稳定渗流条件下的最大渗流坡降Jmax均小于允许渗流坡降[J允许]=0.52，大坝下游坝脚渗流逸出处设有反滤层和排水体，较现状情况浸润线下游出逸点明显降低，大坝除险加固后渗流性态是安全的。（2）大坝除险加固处理后抗滑稳定复核大坝坝坡抗滑稳定计算工况按《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2021）选定。下游坝坡：①上游正常蓄水位48.00m，下游无水；②上游正常蓄水位48.00m，下游无水，考虑7度地震；③上游设计洪水位48.61m，下游无水；④上游设计洪水位48.61m，下游无水，考虑7度地震；⑤上游校核洪水位48.87m，下游无水；上游坝坡：①上游为1/3坝高水位45.50m，下游无水；②上游为1/3坝高水位45.50m，下游无水，考虑7度地震；③库水位从校核洪水位48.87m降落至死水位44.70m（3）计算方法本次大坝加固处理后的坝坡抗滑稳定计算，所用软件是北京理正软件设计研究所的《边坡稳定设计软件5.11版》。对大坝在稳定渗流期、库水位降落期按刚体极限平衡法并计及条块间作用力的简化毕肖普法进行稳定计算。计算成果见表1-6-1。大坝坝坡抗滑稳定计算安全系数表表1-6-1计算工况上游坝坡下游坝坡①②③①②③④⑤安全系数1.7461.6261.7201.6411.4871.6291.4771.627（4）由表1-6-1可知，大坝正常运用情况时，坝坡抗滑稳定安全系数均大于《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2021）中表8.3.10规定的数值1.25。大坝非常运用情况时，坝坡抗滑稳定安全系数均大于该表中规定的数值1.15、1.10。大坝上、下游坝坡稳定满足要求。4）溢洪道除险重建麻塘水库现有溢洪道为开挖土沟，堰形为宽浅式，堰顶高程为47.3m，溢流段宽1.0m。设计重建溢洪道。设计洪水标准为10年一遇。加固后的溢洪道由进口控制段、泄槽段、消力池组成。具体布置如下：（1）溢洪道进口控制段设计采用C20钢筋砼矩形槽，溢洪道进口段桩号为0+000～0+004.8，底板高程为48.0m，底宽从2.3m渐变为1.0m，侧墙高度为0.5～2.0m。控制段从桩号0+004.8～0+009.8，长5.0m，宽1.0m，堰顶高程定为48.00m。（2）泄槽控制段后接泄槽，长17.4m。其中桩号0+009.8～0+014.8，长5.0m,宽1.0m,坡降i=0.2为直线斜坡段；桩号0+014.8～0+022.2，长7.4m,宽1.0m,坡降i=0.2为圆弧斜坡段；桩号0+022.2～0+0272.2，长5.0m,宽1.0m,坡降i=0.2为直线斜坡段。泄槽段均采用C20钢筋砼矩形槽，底板厚为0.3m，侧墙墙高1.5m，墙厚0.4m。（3）伸缩缝、止水与排水设施泄槽底板设横向伸缩缝，缝宽均为20mm。伸缩缝均设橡皮止水，缝下设排水沟。纵、横向排水沟尺寸为0.3m×0.3m，沟中埋设φ100无砂管。（4）消能防冲麻塘水库溢洪道消能防冲设施采用10年一遇的洪水标准。设计时考虑到地形限制，采用底流消能出水条件较好，消力池设在泄槽末端，消力池池深0.5m，池长6.0m，底板C20钢筋砼厚0.5m，侧墙为C20钢筋砼悬臂式挡土墙，墙高1.4m。侧墙、底板设排水孔，排水孔孔距3m，孔径φ50mm。5）输水涵管重建针对输水涵管存在的问题，将输水涵管拆除，设计重建φ0.8m预制砼涵管，新建启闭机台，更新启闭设备及闸门。6）坝顶防汛公路硬化麻塘水库坝顶防汛公路未硬化，目前路况较差，设计对坝顶防汛公路采用泥结石硬化，硬化厚度为0.15m。1.5施工组织设计大坝距界樟公路4.0km，距茅草街镇政府6.5km，距南县城区14km，有乡村公路直接库区，施工交通条件较好。1.5.2主要建筑材料1）砂、石料本次除险加固所需砂、石料量不大，库区附近没有砂石料源，需外购。砂砾石料场位于南县，有专业采砂船队，可供应各种级别的砂砾料，砾石成分为石英砂岩，磨圆度好，含泥量低，质量好，水陆运输方便，运距约14km。块石来源可选用望城县丁字湾块石料场，岩性为厚层～巨厚层状紫红色石英砂岩，岩石致密坚硬，抗风化能力强，成材率高，饱和抗压强度Rw>45Mpa，质量较好，储量丰富，开采运输方便，运距约35km。2）土料工程区土料丰富，多为第四系下更新统砂质粘土，分布在大坝左右岸山坡，储量丰富，质量较好，距大坝约1.5～2.0km，表部一层含少量根系等杂质，剥离层厚0.5m，有简易公路直通坝址，开采运输较方便。粘土含量为35%～45%，小粒径石子含量不超过5%，渗透系数K≤1×10-5cm/s，含水量控制在19%～25%，填筑后的土料干容重为1.60g/cm3。可做为灌浆用料。3）水泥、钢材、木材、油料等麻塘水库本次除险加固所需的水泥、钢材、油料等材料均可就近在茅草街镇购买，运距6.5km。木材就近采取。4）施工用风、水、电及对外通讯麻塘水库本次除险加固施工用水主要为生产、生活及消防用水，采用水泵直接从水库抽取使用，无需采取净化措施；施工期用电采用麻塘水库的农网电，并自备电源；施工期间通讯利用枢纽现有通讯设备。1.5.3施工期库水位控制与渡汛根据水库上游来水情况，汛期一般为4～9月，枯水期一般为10月～次年3月。施工时段为10月～次年3月，为了配合本加固改造工程的顺利进行，选择在枯水期施工，利用原输水涵管将库水位放至死水位高程。麻塘水库除险加固工程大坝坝体及坝基、坝肩接触面渗漏防渗处理，不受洪水影响，大坝上游坡面预制砼块护坡施工，库水位降至死水位。大坝下游坡面草皮护坡，下游排水体及坝面排水等项目的施工均不受洪水影响。溢洪道除险加固选择在枯水期施工，无需泄洪。输水涵管重建需设施工围堰。由于大坝、溢洪道的加固处理在第二年3月底均已完工，汛期溢洪道能参与泄洪，能安全渡汛。1.5.4主体工程施工1）大坝坝体劈裂灌浆大坝坝体劈裂灌浆，在灌浆过程中的各种要求必须符合《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（DL/T5148-2021）和《土坝坝体灌浆技术规范》（SD266-88）要求。大坝采取双排劈裂灌浆，灌浆钻孔轴线布置在距大坝中轴线上、下游0.75m，孔距1.5m，采用梅花状布孔。钻孔最深伸入基础相对不透水层2m左右。造孔时应保持孔身垂直，孔位成直线。施灌时按三序孔法进行注灌，第一序孔孔距为4.5m，第二序孔孔距加密到3m，第三序孔孔距加密到1.5m，施灌时由疏至密，使所灌泥浆形成一条浆路帷幕，以达到防渗的目的。2）大坝上游坡面护坡先清除原坡面的杂草，坝坡整平压实后，先铺砂石垫层，后用预制砼块护砌，预制砼块护砌从死水位上1.0m至校核洪水位，校核洪水位至坝顶采用花格草皮护坡。预制砼块护砌要求平稳、错缝、美观、缝中用水泥砂浆填塞。3）大坝上、下游砼花格草皮护坡采用现浇砼砌筑菱形格构，内铺满草皮。草皮铺设要求平整，铺设后应浇水养护。草皮铺设采用人工进行。工程所需材料，由自卸汽车运至大坝坝顶处，再由人工运至铺设地点。4）贴坡排水贴坡排水施工时需放干下游水塘。可自下而上，人工进行。先人工开挖土方，后铺设反滤层，再人工砌筑干砌石。排水体与坝体之间设置反滤层，反滤层由三层反滤料组成，选用耐风化的砂砾、卵石或碎石构成，每层粒径随渗流方向变大，层厚顺渗流方向取为10cm、10cm和15cm。5）溢洪道重建设计重建溢洪道。设计洪水标准为10年一遇。加固后的溢洪道由进口控制段、泄槽段、消力池组成。砼及钢筋砼采用0.4m3拌和机拌和，人工运料、平仓，插入式震捣器捣实。钢筋及模板工程采用人工绑扎、安装及拆模。浆砌石用人工选石，座浆法砌筑，砂浆用砂浆拌和机拌和。6）输水涵管重建（1）破坝土方：以机械开挖为主，采用1m3液压挖掘机挖装，自卸汽车运至堆料场。（2)原有预制瓦管拆除：采用1m3液压挖掘机配合人工拆除，再用1m3挖掘机挖装，8t自卸汽车运输，平均运距3.0km，全部弃料至弃渣场。（3）C15为垫层砼、排架、启闭台砼。采用JG250，0.4m3拌和机拌制砼，搭设满堂脚手架，用手推车水平运砼50m经溜筒入仓，平板振捣器、插入式振捣器和人工插钎捣实。先浇垫层砼，后浇结构砼。涵管先采用整体立模，整体扎钢筋，整体浇筑涵管砼，后浇排架、启闭台砼。砼工程采用0.4m3搅拌机拌和，胶轮车运输；建筑物上部板梁柱砼采用胶轮车进行水平运输，垂直运输采用卷扬机提升入仓。砼浇筑采用插入式。C20预制砼涵管为成品构件。（4）大坝土方回填：采用分高程流水作业法施工，填筑程序为：卸料—铺料、压实—质检。填筑时采用汽车进占法铺料，推土机平料，采用振动碾，铺土厚度0.3m左右。涵管1.0m范围内用蛙式打夯机夯实。上述工作完成后，进行劈裂灌浆施工。7）大坝坝顶防汛公路水库大坝坝顶防汛公路路面施工顺序为：路基施工（开挖、填筑）→砂石层施工。1.5.5施工总工期施工总工期为13个月，施工准备期为1个月，主体工程工期4个月，工程扫尾期1个月。第二年11月份为工程验收期。工程筹建期及验收期不计入总工期。1.6水土保持和环境保护1.6.1环境影响分析1.6.2水土保持措施1.6.3环境保持措施1.6.4环境保持与水土保持投资概算本工程环境保护与水土保持投资的项目为减免本工程不利影响所需采取的环境保护和水土保持措施，水土保持投资4.96万元。环境保护投资1.48万元，两项共计6.44万元。1.7工程管理设计1.7.1管理范围1.7.2管理机构水库1.7.3工程检查及观测工程检查与观测的任务是：监视工程处理后的状态变化和工作情况，掌握工程变化规律，为正确管理运用提供科学依据，及时发现不正常迹象，分析原因，采取措施，防止事故发生。1.8设计概算1.8.1编制依据本工程的概算组成和编制规程依据湖南省水利水电厅颁发湘水建管[2021]16号文关于颁发《湖南省水利水电工程设计概（估）算编制规定》进行编制。本工程概算工程量的计算依据是麻塘水库除险加固工程初步设计图纸及初步设计报告中的施工组织设计。1.8.2设计概算工程总投资198.93万元，其中建筑工程122.1万元，机电设备及安装工程0.7万元，金属结构设备及安装工程6.15万元，临时工程9.65万元，独立费用44.73万元，基本预备费9.17万元，环保、水保部分投资6.44万元。1.9经济评价麻塘水库是以灌溉和防洪为主的综合利用工程，除险加固工程实施后，可以提高下游的防洪标准，防洪效益较大，社会效益显著，特别是可避免水库溃坝后对下游农村、企业、公路、城镇的毁灭性灾害。项目实施后，可增加灌溉面积、改善灌溉供水条件，对促进水利工程步入良性循环具有十分重要的意义。项目经济内部收益率为11.45%，经济净现值73.0万元，经济效益费用比1.3，且具有一定的抗风险能力，说明项目经济指标优越，建成尽早实施。2、水文及调洪演算2.1流域概述麻塘水库坝址位于南县茅草街镇塘华村,北纬28°30'40″,属洞庭湖水系，距南县城区14km。工程于1987年动工，1988年竣工，为小（2）型水库。大坝距界樟公路4.0km，距茅草街镇政府6.5km，交通条件较好。麻塘水库没有水文站，也未开展水文水情观测，仅有断断续续的水位及雨情观测，并且观测资料极不完整，不能满足规范要求。故水库洪水复核按无资料地区对待。2.2气象麻塘水库地处亚热带湿润气候区。气候温和，四季分明，雨量充沛，日照充足，春温多变，严寒期短，无霜期长。根据南县气象站1961年以来的实测气象资料统计：多年平均气压1009.8hpa；多年平均气温17.0°C；极端最高气温40.1°C（1963年8月29日）；月极端最低气温-14.7°C（1972年2月9日）。多年平均相对湿度81%；多年平均降水量达1436.06mm；夏季多东南风，冬季多西北风。历年平均风速2.7m/s；最大风速为13.88m/s。2.3水文基本资料麻塘水库所在河流无入库水文站，自运行以来没有实测的水文气象资料。本次洪水复核桉湖南省水利厅1984年编制的《湖南省暴雨洪水查算手册》进行计算。降雨、资料均采用南县气象站的实测资料。2.4径流麻塘水库库区径流主要由降雨形成，根据南县气象资料分析，多年平均降雨量为1436.06mm；多年平均径流系数为0.44；多年平均径流深为631.87mm；水库的集雨面积0.55Km2，求得本流域多年平均入库水量为34.75万m3。2.5洪水2.5.1设计暴雨根据麻塘水库的地理位置和集雨面积、河流长度、干流平均坡降等资料，从《湖南省暴雨洪水查算手册》图一中查得该流域属暴雨一致区第六区，从图三“年最大24h点雨量均值等值线图”中查得该流域中心最大24h点雨量均值为110mm，查图四得变差系数Cv=0.45。根据南县气象站1971～2021年共计30年实测降雨资料统计（表2.5-1），平均多年最大一日降雨量：H=99.05mm，最大24小时降雨量为最大一日降雨量的1.12倍，则求得水库24小时点暴雨为H24点=1.12H=111mm，为水库安全起见，确实采用实测值。1971～2021年实测降雨资料统计表表2.5-1年份月、日最大一日降雨（mm）年份月、日最大一日降雨（mm）年份月、日最大一日降雨（mm）19715.2777.419816.28157.419917.772.119725.1748.719828.13172.419926.672.419738.1666.619837.7135.219937.25115.219745.5171.719846.1469.519947.30112.219758.575.819858.13154.719957.191.019769.778.219864.1470.319967.17116.219778.2871.519877.29122.820218.892.119783.3069.219889.255.820216.25115.519794.1882.719894.2886.820215.16185.319807.864.819907.193.120219.175.0合计2971.6平均99.05求得麻塘水库流域内的频率暴雨如下：①10年一遇点暴雨和面暴雨H24点=177.6mm，H24面=177.4mm;②50年一遇点暴雨和面暴雨H24点=249.75mm，H24面=249.5mm。采用《湖南省暴雨洪水查算手册》推算的图解分析法求频率暴雨净流量，各参数和成果见表2.5-2。设计暴雨参数及成果表表2.5-2P(%)2.010备注Kp(mm)2.251.6统计参数H24面=111(mm)Cv=0.45Cs=3.5Cv点面关系系数a=0.999初损I0=27mmK24点(mm)249.75177.6H24面(mm)249.5177.4n20.6260.644n30.7560.788H1(mm)91.069.8H3(mm)137.3103.3H6(mm)177.9132.2H12(mm)210.7153.1H3-H1(mm)46.333.4H6-H3(mm)40.628.9H12-H6(mm)32.821.0H24-H12(mm)38.824.3R总222.5150.4φ0.700.70R上(mm)155.8105.32.5.2设计洪水利用《湖南省暴雨洪水查算手册》推求设计洪水。设计洪水过程包括地面径流和地下径流过程，地面径流过程采用径流分配系数法推求，地下径流过程采用三角形法推求，最后计算出各频率的设计洪水过程。有关参数见表2.5-3，入库洪水过程线见表2.5-4。设计洪水参数表表2.5-3P(%)210备注T(h)2.242.43F=0.55km2L=1.0kmJ=20‰θ=4.28m=0.295ΣQi(m3/s)23.816.08Qi/ΣQi0.2430.26Qm(m3/s)5.84.18△Q下(m3/s)0.510.34W(104m3/s)12.08.272.5.3洪水复核结果的合理性检查《湖南省暴雨洪水查算手册》编制于八十年代初期，近20年，特别是九十年代，不少地域发生的暴雨资料没有参编，因此，有必要根据近期相关统计资料对本次计算成果进行合理性检查。集雨面积、河流长度、干流平均坡降（F、L、J）麻塘水库的集雨面积、河流长度、干流平均坡降等参数均由南县水利局（经查“三查三定”资料）提供。本次设计结合成分之一地形图和现场调查情况对上述参数（F、L、J）进行初步复核，参数取值基本合理，可用于洪水复核。洪峰模数计算得该水库重现期为10年一遇的洪峰模数为7.60m3/s.km2，偏安全，属于合理。近区同频率24小时点暴雨值对比检查根据湖南省水文局2021年编制《湖南省暴雨洪水特征重现期查算手册》查算，麻塘水库重现期为10年的24小时点暴雨值为178.00mm。根据南县气象站雨量资料统计求得50年一遇24小时点暴雨为177.6,计算结果基本一致，本次暴雨计算较为合理。麻塘水库入库洪水过程线表2.5-4T(h)P(%)T(h)P(%)21021000.030.02300.230.0210.693.06310.200.0023.414.23320.1835.872.55330.1543.401.69340.1352.291.36350.1061.821.09360.0871.560.93370.0581.370.77380.0391.230.62390.00101.110.5140111.020.4341120.930.3542130.830.2943140.740.2644150.670.2845160.600.2646170.550.2447180.510.2248190.510.2149200.480.1950210.460.1751220.430.1652230.410.1453240.380.1254250.360.1055260.330.0956270.310.0757280.280.0558290.250.03592.6调洪演算2.6.1调洪演算的基本原则根据麻塘水库的实际情况，此次调洪演算的起调水位为正常蓄水位48.0m，当入库洪水流量大于溢洪道泄流能力时，库水位上涨，水库滞洪；至入库流量等于溢洪道的泄流能力时，水库水位达到复核洪水的最高水位；随后，水库入库洪水流量小于溢洪道泄流能力，库水位下降。为水库安全起见，调洪演算时水库出库流量只计溢洪道的泄流能力，其它放水设施均不参与泄洪。2.6.2调洪演算的基本资料（1）水位与库容曲线麻塘水库的水位与库容关系曲线主要是根据麻塘水库“三查三定”提供的资料确定，正常蓄水位48.0m以上的水位与库容关系曲线见表2.6-1，库容曲线见图2.6-1。（2）泄流曲线麻塘水库的泄流曲线是根据麻塘水库溢洪道的堰型参照《溢洪道设计规范》（SDJ341-89）的有关规定计算的。正常蓄水位48.0m以上水库水位与溢洪道泄流量的关系见表2.6-1。宽顶堰下泄流量公式式中：ε—侧收缩系数，取1.0;m—宽顶堰的流量系数，通过计算m=0.34;B—宽顶堰取宽度为1.0m；H0—堰上水头，m麻塘水库水位与库容及水位与泄量关系2.6-1库水位（m）库容（104m3）下泄流量（m3/s）备注48.015.00正常蓄水位48.517.630.5349.021.01.5149.525.522.77（3）入库洪水过程线由于无入库流量实测资料，其入库洪水过程只能根据《查算手册》采用公式和径流分配系统法推算，详见表2.5-4。2.6.3调洪演算的基本方程与方法根据水量平衡原理，调洪演算的基本方程是：式中：Q1、Q2—△t时段始未的入库流量（m3/s）;q1、q2—△t时段始未的下泄流量（m3/s）;V1、V2—△t时段始未的库容（m3/s）;调洪演算采用水利部水利规划设计院、水电部天津勘测设计院及新疆水利水电勘测设计院合编的《水利水能计算软件包（C）》中的C-2水库调洪演算的数值解程序。各频率洪水标准调洪演算结果见表2.6-2、2.6-3。

*****************************************************************************水库调洪演算数值解计算书C-2G*****************************************************************************工程名:麻塘水库频率:2一.原始数据:工程名:麻塘水库频率:2水位~水面面积关系曲线结点数K=10水位(米)水面面积(万平方米)水位(米)水面面积(万平方米)ZPFZPF45.502.6646.003.0846.503.5647.004.1047.504.7048.005.3648.506.0849.006.8649.507.7050.008.60洪水过程时段数J=25时段间隔(秒)T=3600洪水过程(立方米/秒):0.030.693.415.873.402.291.821.561.371.231.111.020.930.830.740.670.600.550.510.510.480.460.430.410.380.36防洪下限水位(米)ZM=48调洪起始水位(米)Z0=48泄洪起始流量(立方米/秒)a1Q(0)=0电站常流量(立方米/秒)W=0下游安全限制泄量(立方米/秒)QA=1000泄洪洞个数G0=0溢洪道数H0=1流量系数底宽(米)底高程(米)M2B2C20.341.0048.00变宽变高的泄流孔状况数KK1=0变宽的溢洪道状况数KK0=0其它泄流方式,水位～泄流量曲线点数KK2=0二.计算结果:时段水位河道泄洪洞溢洪道泄流孔变宽溢其它下泄来水量流量流量流量洪流量泄流量总流量148.020.690.000.010.000.000.000.01248.163.410.000.090.000.000.000.09348.435.870.000.430.000.000.000.43448.663.400.000.820.000.000.000.82548.772.290.001.020.000.000.001.02648.831.820.001.130.000.000.001.13748.851.560.001.190.000.000.001.19848.871.370.001.220.000.000.001.22948.871.230.001.230.000.000.001.231048.871.110.001.220.000.000.001.221148.861.020.001.200.000.000.001.201248.850.930.001.180.000.000.001.181348.830.830.001.150.000.000.001.151448.820.740.001.110.000.000.001.111548.790.670.001.070.000.000.001.071648.770.600.001.020.000.000.001.021748.750.550.000.970.000.000.000.971848.720.510.000.930.000.000.000.931948.700.510.000.890.000.000.000.892048.680.480.000.850.000.000.000.852148.660.460.000.810.000.000.000.812248.640.430.000.770.000.000.000.772348.620.410.000.740.000.000.000.742448.600.380.000.710.000.000.000.712548.580.360.000.670.000.000.000.67*****************************************************************************水库调洪演算数值解计算书C-2G*****************************************************************************工程名:麻塘水库频率:10一.原始数据:工程名:麻塘水库频率:10水位~水面面积关系曲线结点数K=10水位(米)水面面积(万平方米)水位(米)水面面积(万平方米)ZPFZPF45.502.5746.003.0546.503.6647.004.4047.505.2748.006.2748.507.4049.008.6649.5010.0550.0011.57洪水过程时段数J=20时段间隔(秒)T=3600洪水过程(立方米/秒):0.023.064.232.551.691.361.090.930.770.620.510.430.350.290.260.280.260.240.220.210.19防洪下限水位(米)ZM=48调洪起始水位(米)Z0=48泄洪起始流量(立方米/秒)a1Q(0)=0电站常流量(立方米/秒)W=0下游安全限制泄量(立方米/秒)QA=1000泄洪洞个数G0=0溢洪道数H0=1流量系数底宽(米)底高程(米)M2B2C20.341.0048.00变宽变高的泄流孔状况数KK1=0变宽的溢洪道状况数KK0=0其它泄流方式,水位～泄流量曲线点数KK2=0二.计算结果:时段水位河道泄洪洞溢洪道泄流孔变宽溢其它下泄来水量流量流量流量洪流量泄流量总流量148.093.060.000.040.000.000.000.04248.284.230.000.220.000.000.000.22348.432.550.000.430.000.000.000.43448.511.690.000.550.000.000.000.55548.561.360.000.630.000.000.000.63648.581.090.000.670.000.000.000.67748.600.930.000.700.000.000.000.70848.610.770.000.710.000.000.000.71948.610.620.000.710.000.000.000.711048.600.510.000.700.000.000.000.701148.590.430.000.680.000.000.000.681248.580.350.000.660.000.000.000.661348.560.290.000.630.000.000.000.631448.540.260.000.600.000.000.000.601548.530.280.000.580.000.000.000.581648.510.260.000.550.000.000.000.551748.500.240.000.530.000.000.000.531848.490.220.000.510.000.000.000.511948.470.210.000.490.000.000.000.492048.460.190.000.470.000.000.000.472.6.4调洪演算结果根据调洪演算的基本原则和麻塘水库库容曲线、泄流曲线以及入库流理过程线，利用调洪演算的基本方程，求得麻塘水库50年一遇、10年一遇调洪演算结果，见表2-6-2。麻塘水库调洪演算结果表2-6-2频率P(%)210备注最高水位Zm(m)48.8748.61相应库容Vm（104m3）20.018.25相应泄量qm(m3/s)1.230.71滞洪库容(104m3)5.003.252.6.5调洪演算成果分析本次调洪演算设计洪水位为48.61m，相应最大下泄0.71m3/s，校核洪水位为48.87m，相应最大下泄流量为1.23m3/s。2.7防洪标准复核抗洪能力复核主要是对挡洪建筑物的顶部高程进行复核。对麻塘水库而言，就是对水库大坝及溢洪道控制段导墙顶部高程进行复核。2.7.1水库大坝坝顶高程复核2.7.1.1基本资料（1）多年平均年最大风速W=13.88m/s；设计风速的取值：在正常运用条件下，采用多年平均年最大风速的1.5倍；在非常运用条件下，采用多年平均年最大风速。（2）风区长度：D=0.3Km。（3）内坡坡比：为1：2.5。（4）水域的平均水深：正常情况时H=7.2m，非常情况时H=8.5m。由本次洪水复核，10年一遇设计洪水位为48.61m，50年一遇校洪水位为48.87m。大坝属Ⅴ等、小（2）型工程中的5级建筑物，根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2021）中的第5.3条规定进行坝顶超高复核计算，坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，并按以下运行条件计算，取最大值：1）设计洪水位加正常运行条件的坝顶超高；2）正常蓄水位加正常运行条件的坝顶超高；3）校核洪水位加非常运行条件的坝顶超高。坝顶在水库静水位以上的超高按下式计算：y=R+e+A式中：y—坝顶超高，m；R—最大波浪在坝坡上的爬高，m；由平均波高与坝迎水面前水深的比值和相应累积频率P（%）按《规范》表A.1.13规定的系数计算求得，即—系数，按《规范》表A.1.13确定；Rm—波浪平均爬高（m），K△—糙率渗透性系数，按《规范》表A.1.12-1确定；Kw—经验系数，按《规范》表A.1.12-2确定；Hm—平均浪高，按莆田试验站公式（A.1.5-1）计算；A—安全加高，m；大坝安全加高在正常运用时A=0.5m，在非常运用时A=0.3m。各计算要素及成果见表2-7-1。坝顶超高复核计算成果表表2.7-1计算情况正常运用非常运用多年平均最大风速W(m/s)13.8813.88风区长度D（m）260260水域的平均水深Hm（m）7.28.5计算风速W（m/s）20.8213.88水库静水位（m）48.6148.87最大风壅水面高度（m）0.0040.006平均波高hm(m)0.1750.113平均波周期Tm(s)1.861.49平均波长Lm（m）5.387683.46144平均波浪爬高Rm(m)0.8320.472Kp1.841.84累计频率的爬高Rp%(m)0.630.36安全加高A(m)0.50.3坝顶超高y(m)1.130.65计算最低坝顶高程（m）49.7349.52经计算，大坝坝顶高程不得低于49.73米，各计算要素及成果详见表2-7-1。2.7.1.2溢洪道控制段导墙顶部高程复核麻塘水库溢洪道为宽浅式。根据《溢洪道设计规范》(SL253-2021)中的第3.4.8条规定，控制段导墙顶部高程不得低于校