中型水闸初步设计

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1424.2km2。该闸于1979年建成，原设计过流量为343m3/s,相应设

计水位35.14m,校核过流量为473m3/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-2xl6t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II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II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22m；消力池后设浆砌石海漫长35m；海

漫末端设防冲槽深1.5m。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

区四分干与稣堤之间地区。控制流域面积为2622km2,其中东风渠流域面积

765km2,安寨渠汇入口以上总控制面积为1009.8km2。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》SL44—2006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

5年一遇10年一遇20年一遇

设计

断面

Io-3区11-6区加权后10-3区11-6区加权后Io-3区区加权后

小屯闸70.2118.993.7127.3192.9158.9212.7286.8248.4

123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)

汇水面积一年重现期设计流量

排水分区备注

(104m2)(m3/s)

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

控制面积不同重现期设计值(n?/s)

控制断面

(km2)20年一遇10年一遇5年一遇

新建小屯闸1555.6268.0178.5113.3

1.3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

2

内土层共分为9层：①壤土(alQ?),②粉砂(alQ42),③壤土(alQ4),

22

④粘土(alQ4),⑤壤土(alQ4),⑥粉砂(alQ4?),⑦中砂(al(^),⑧

粘土(alQj),⑨细砂(alQ/)。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

26.50-26.75mo

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178.5m%,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247.06m3/s,校核洪水位34.5m,正常蓄

水位33.89m,根据《水闸设计规范》SL265—2001规定，该工程规模为中型，

工程等别为HI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1555.6km2,

设计排水流量为178.5m3/s,校核流量247.06rrP/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CIO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0.8〜1m,中墩厚1m,缝墩厚0.8m,底

板厚1m,下设0.1m厚CIO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0.6X0.4m,启闭平台上设启闭机房。工作闸门为6X4.8m平面直升式滚

轮钢闸门，启闭机选用QP2X125KN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0.5m,

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。

L6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S11—80KVA—10/0.4KV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，XL-21动力

照明配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4Q。

1.6.2金属结构

6

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

QP2X125KN双吊点手电两用卷扬式启闭机，工作闸门尺寸为6x4.8m（宽x

高）。

L7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型磷酸镀盐干粉灭火器等灭火器材。

1.8施工组织设计

本工程施工安排在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。

7

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（M7万元。

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7615.38nP,土方回填18860.0011?,干砌

石3540.38n?,浆砌石994.780?,混凝土3524.86H?,3800.80m2,钢筋

制安295.10to

(3)主要材料用量：水泥1367.183钢筋267.603木材4.24nA柴油

3

15.97t,汽油3.⑵,砂子2351.94m3,块石5126.54m3,4093.17mo

(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

区四分干与稣堤之间地区。控制流域面积为2622km2,其中东风渠流域面积

765km2,安寨渠汇入口以上总控制面积为1009.8km2。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

2

控制面积681.94kmo老沙河主要支渠基本情况见表2-1o

老沙河支渠基本情况统计表

表2-1

长度流域面积底宽原设计流量

支流名称起止位置边坡纵坡

(km)(km2)(m)(m3/s)

东贤店

西支渠17.24111.358〜201:21/400018-72.5

至西呈孟

西杨固

东呈孟渠8.524.9361:21/350029

至东呈孟

邯馆路

沙东干渠37.02414.47.5〜3.51:3〜1:41/600054.7〜165.5

至安寨渠

孟固

波流固渠12.152.556.51:21/500017.2

至波流固

梁二庄

傅辛庄渠1149.821:21/600013

至小临河

柳辛庄

北干渠1228.91

至小临河

2.2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13.0C,其中最热月平均

气温26.8C,极端最高气温42.7C,最冷月平均气温-2.8C,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7〜8月份，平均终霜日4月5日左右；年均气压101L8hpa,室外

相对湿度66%,冬季最大积雪度为29cm,夏季最大日降雨量245.9mm；年

主导风向为东南一西北向，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：①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80〜120mm,三日暴雨平原大部地区等值线值变

化范围为110〜120mm。②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

C、，值在0.6-0.65之间，年最大三日暴雨的C、，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，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。

242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

2

老沙河总控制流域面积为1555.6km2,其中涉及农田除涝面积为1521.51kmo

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

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

①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。

②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线图”与“年最

大三日暴雨变差系数(G)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=3.5Cv,按P—III型频率曲线即可计算各

区不同频率的年最大三日点雨量。

③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。

④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2-2o

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:

Pai=0.96Pa；

第二次雨量（最大24小时）的前期影响雨量Pa2为：

Pa2=0.96（Pai+0.2P3-Ri）

式中：Pai一第一次雨量的前期影响雨量（mm）；

Pa—设计前期影响雨量（mm）；

P3一设计三日降雨量（mm）；

Ri—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

域位置跨越瓜3和丘6两个分区，径流深计算时需要分别查1。一3和狂6两个分

区的暴雨径流关系（P+Pa〜R）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=O.O22R°-92F°-80

式中：Q—最大排水流量（nWs）；

R一设计径流深（mm）；

2

F一计算面积（km）o

老沙河设计流量面积加权计算表

表2-3

面积权重

设计

断面

Io-3区11-6区总面积Io-3区11-6区总面积

小屯闸787.58733.661521.510.520.481.0

242.3计算成果

计算成果见表2-4o

老沙河设计流量计算成果表

表2-4单位：m3/s

5年一遇10年一遇20年一遇

设计

断面

Io-3区江6区加权后Io-3区11.6区加权后1(>-3区11-6区加权后

小屯闸70.2118.993.7127.3192.9158.9212.7286.8248.4

2.4.3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

控制面积不同重现期设计值（n?/s）

控制断面2

（km）20年一遇10年一遇5年一遇

牛寨2622278181107

244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

流域面积受水体

县城名称径流系数

（km2）（河/渠道名称）

魏县11.34东风一排支0.5

广平县12.11东风渠

肥乡县8.5东风六排支0.5

邱县2.2北干渠0.45

根据《室外排水设计规范》GB50014-2006中规定，暴雨强度公式是确

定雨水设计流量的基本依据。公式为：

J67A«+clg.）

"«+by

式中：q—设计降雨强度（升/秒•公顷）；

P—设计降雨重现期（年）；

A—重现期为1年的设计降雨的雨力；

C—雨力变动参数，是反映设计降雨各历时不同重现期强度变化

的参数之一；

t一降雨历时（分钟）；

b—历时附加参数；

n一历时指数。

上述4县城市总体规划中采用的公式均为邯郸市暴雨强度公式，形式如

下:

_1862(1+0.96IgP)

q―(Z+8.3)0-681

上述4县城区排沥均按1年重现期设计，地面集水时间采用10〜20分

钟，主城区内径流系数为0.45〜0.5,大片绿地与城区外地区取0.2。但由于

缺乏各县城区雨水系统、雨水管网资料，有关计算参数无法确定，而通过对

比上述4县与邯郸市高新技术产业开发区沥水入邯临沟的区域范围在硬化比

例、径流系数等相关参数，认为可以参照《邯郸市高新技术产业开发区工程

规划》中邯临沟设计排沥流量有关计算参数进行计算，最终得出各县城区排

入老沙河的设计流量见表2-7o

4县规划城区设计排沥流量(入老沙河)

表2-7

汇水面积一年重现期设计流量

排水分区备注

(104m2)(m7s)

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

2.4.5设计流量及其合理性分析

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上控制断面的设计流量，见表2-8o

老沙河各控制断面设计排涝流量计算成果表

表2-8

控制面积不同重现期设计值(m%)

控制断面

(km2)20年一遇10年一遇5年一遇

新建小屯闸1555.6268.0178.5113.3

本次设计流量由流域内的农田涝水和汇入的城区沥水组成，考虑全面，

计算结果较为合理。

2.5施工洪水

本工程施工期拟安排在2013年9月至次年6月，但是工程施工主要是

在2013年10月至次年5月，因此施工时主要计算主体施工期的洪水。

由于流域内没有实测流量资料，非汛期施工设计洪水通过暴雨途径推

求。根据流域内肥乡、广平、平固店、邱城、南辛店、邱县等雨量站10月

至次年5月的实测降水资料经分析多年平均1日降雨量为28.5mm,降雨量

较小，基本不产流。

3工程地质

3.1概述

本工程野外工作于2012年5月23日开始，2012年5月24日结束。

勘探累计完成工作量如下：钻探孔2孔，钻探进尺72.0m,探坑3孔，

探坑进尺9.0m,标准贯入试验16次，取土样37件，土工试验：常规试验

25个，直剪试验8个，颗粒分析试验37个，渗透试验7个，水质全分析试

验1组。

3.2地质概况

3.2.1地形地貌

拟建场地为平原地貌，老沙河两岸地面标高为35.56-37.87m,老沙河河

底高程为28.36m。场区地层为第四系冲积形成的松散土层。

3.2.2地层岩性

根据1:1000地质测绘和勘探资料表明，工程区地表出露及钻探揭露的地

层岩性主要为第四系全新统冲积(alQQ粘土、粉质壤土、粉砂和细砂；第

四系全新统人工堆积(rQ4)的河道堤防。根据时代的不同和沉积的由老至

新的顺序对地层分述如下。

(1)第四系全新统冲积(alQj):

细砂(alQ/)：褐黄色，密实，饱和，主要成分为石英和长石，含少量

云母，砂层中含砂壤土。该层主要在钻孔的底部有揭露。

粘土(alQ4')：灰黄色，可塑，硬塑，饱和，韧性较高，干强度较高,

土中可见褐色斑点，该层粘土主要为粉质粘土，土层中夹中粉质壤土。

2

(2)第四系全新统冲积(alQ4):

粉砂、中砂(alQ42)：粉砂为棕红色，褐黄色，中密，湿，主要成分为

石英和长石，层中含砂壤土；中砂为黑灰色，中密，湿，主要成分为石英和

长石，层中含砂壤土，河道边坡主要由粉砂组成。

壤土(alQ42)：褐黄色，黑灰色，褐灰色，可塑，饱和，韧性中等，干

强度中等，壤土中含砂粒和姜石，表层的壤土主要为轻粉质壤土，含较多砂

粒。

粘土(alQ42)：棕黄色，可塑，饱和，韧性高，干强度高。

(3)第四系全新统人工堆积(rQ4)：

该层土为河道的堤防一，褐黄色，稍密，中密，稍湿，干，主要为砂壤土

和粉砂等组成，由于人为的开挖损坏，该层堤防部分地段已经损毁。

323地质构造

工程区位于中朝地台东部，基底隆起，华北平原沉降带的南部，为新生

代的强烈拗陷区。区内第三系、第四系地层厚达千米，基底构造以断裂为主,

主要可分为北东向和北西向两组，地震分布与基底断裂构造有关。

该区域发育有较多断裂构造，邢台〜安阳深断裂，北东10度左右，为

继承性正断层，形成于晚侏罗世末期；沧州〜大名断裂为平原区的一条重要

隐伏断裂，走向北东30度左右，为中、新生代继承性活动的正断层；临漳〜

魏县隐伏断裂，走向北东70度左右，为中、新生代继承性活动的正断层。

根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001),该工程所在的邱县地震动

峰值加速度为0.05g,抗震设防烈度为VI度。

3.2.4水文地质条件

工程区内地层主要为河流冲积形成的松散堆积物，地表水径流较少，地

下水持续多年的超采导致了多年平均水位持续下降，地下含水层主要为壤

土、砂壤土和砂层的孔隙水，河道沿线潜水稳定地下水位深度在8.0m,地下

水主要受河水补给和大气降水补给，地下水主要以人工开采和地下渗流的方

式排泄，

本次勘察时由于处于灌溉期，老沙河内有少量的水，河水位高程为

30.24m,钻孔中地下水位为27.75m。

本次在小屯闸闸址处采取钻孔水样一组，进行了水质分析，见表3—1。

ZK1水质分析结果表（单位：mg/1）

表3—1

Ca212SO；C0一-

检验项目Mg*NH4'crHCO30H

分析结果40502083234.36mmol/l0.00.0

侵蚀性

检验项目PH值游离co?矿化度

C02

分析结果7.3605.31136

环境水对碎腐蚀性评价

腐蚀性类型判定依据界限指标实际含量腐蚀程度备注

HCO

重碳酸型3>1.074.36无腐蚀

(mmol/L)

分解类一般酸性型PH值>6.57.36无腐蚀

碳酸型侵蚀CO2(mg/L)CO2<150无腐蚀

分解结晶复

镁离子型Mg2+(mg/L)<100050无腐蚀

合类

结晶类硫酸盐型SO42(mg/L)250WSO42y400323弱腐蚀

环境水对硅结构中钢筋腐蚀性评价

判定依据界限指标实际含量腐蚀程度备注

cl含量mg/L100~500288.75弱腐蚀

环境水对钢结构腐蚀性评价

判定依据界限指标实际含量腐蚀程度备注

PH值、(clW)PH值：ni

531中等腐蚀

mg/L(cl+so/)2500

经过对钻孔处地下水进行取样分析，钻孔内的地下水对混凝土腐蚀性判

别中具有硫酸盐型弱腐蚀性；对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀性判别中具有

弱腐蚀性；对钢结构腐蚀性判别中具有中等腐蚀性，建议对建筑物采取相应

的防腐蚀处理。

3.2.5物理地质现象

本次勘察的河道沿线主要发育的物理现象为冲沟和人工取土坑，河道边

坡由于多年失修，受雨水冲蚀产生了深度在0.3-0.5m的冲沟；在河道的底部

由于人工取土造成了规模大小不等的取土坑。勘察区季节性冻土深度为

0.40mo

3.3闸址工程地质条件及评价

小屯节制闸设计排水流量为178.5m3/s,设计蓄水深4.8m,闸室为钢筋

混凝土结构，开敞式，闸室顺水流方向长11m,闸室总净宽30m,闸室上游

设钢筋混凝土铺盖，两岸采用钢筋混凝土护坡。闸室下游接钢筋混凝土消力

池。

3.3.1地层结构

勘察揭露深度范围内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，各土层岩性特征及分布情况描述如下：

①壤土(alQ42)：

褐黄色，可塑，稍湿，干强度较低，主要分布在河道两岸的地表，厚度

为1.80-1.90m,层底标高为33.85-33.90m。

2

②粉砂(alQ4)：

褐黄色，中密，湿，主要成分为石英和长石，层中含砂壤土，厚度为

5.40-5.80m,层底标高为28.10-28.45m。

2

③壤土(alQ4)：

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

标图为26.50-26.75m。

④粘土(alQr)：

棕黄色，可塑，硬塑，饱和，韧性高，干强度高，主要为粉质粘土，厚

度为1.00-1.30m,层底标高为25.20-25.75m。

⑤壤土(alQ42)：

褐黄，褐灰，可塑，饱和，韧性中等，干强度中等，主要为重粉质壤土,

壤土中含砂粒，该层壤土厚度为6.30-6.60m,层底标高为18.90-19.15m。

⑥粉砂(alQ?)：

粉砂为棕红色，褐黄色，中密，湿，主要成分为石英和长石，层中含砂

壤土，厚度为4.40m,层底标高为14.50-14.75m。

⑦中砂(alQ42)：

黑灰色，中密，湿，主要成分为石英和长石，层中含砂壤土,厚度为2.80m,

层底标图为11.70-11.95m。

⑧粘土(alQ41):

灰黄，褐灰，可塑，硬塑，饱和，韧性高，干强度高，可见褐色斑点，

主要由粉质粘土组成，厚度为7.50-7.60m,层底标高为4.10-4.45m。

⑨细砂(alQj)：

褐黄色，密实，饱和，主要成分为石英和长石，层中含砂壤土，该层未

穿透。

3.3.2物理力学性质指标

根据地质测绘、钻探、土工试验和工程经验综合给出了场地土层的物理

力学性质指标建议值见表3—2。

物理力学性质指标建议值表

表3-2

液性压缩压缩渗透承载力

密度孔隙比饱和固结剪切

指数系数模量系数标准值

岩性

PeI.31-2Esl-2d)qCqkfk

(g/cm3)(MPa1)(MPa)(0)(kPa)cm/s(kPa)

第1层壤土1.880.7090.170.217.523.212.95.OOE-5120

第2层粉砂26.009.OOE-4120

第3层壤土1.920.6850.410.217.022.014.67.OOE-6120

第4层粘土1.960.7700.560.296.217.016.76.OOE-8115

第5层壤土2.000.6900.690.315.917.922.13.60E-7115

第6层粉砂26.003.OOE-4200

第7层中砂28.008.OOE-4230

第8层粘土2.020.6720.410.238.112.030.06.OOE-8180

第9层细砂26.005.OOE-4230

3.3.3工程地质评价

1)液化评价

根据《中国地震动参数区划图》GB18306-2001,场地抗震设防烈度为VI

度，地震分组为第三组，地震动峰值加速度为0.05g,反应谱特征周期0.45s。

依据《水利水电工程地质勘察规范》(GB50487-2008)进行场地液化评

价。由于拟建场地位于6度设防区域，可不进行液化判别和处理。

2)渗透性评价

依据《水利水电工程地质勘察规范》(GB50487-2008),拟建场地的渗透

系数建议值见表3—3o

各土层的渗透等级建议值

表3—3

-I-.层渗透系数（cm/s）渗透性等级

第1层壤土5.00E-5弱透水

第2层粉砂9.00E-4中等透水

第3层壤土7.00E-6微透水

第4层粘土6.00E-8极微透水

第5层壤土3.60E-7极微透水

3）边坡稳定性评价

根据勘察结果反应，河道边坡土层为粉砂层，该层粉砂的饱和固结剪切

内摩擦角为26。，粘聚力为0。现状河道边坡的坡比为1/5,经过多年运行

反应河道边坡基本稳定，所以建议河道边坡保持1/5,以保证河道边坡的稳

定。

4）冲刷稳定性评价

根据钻探结果反应河道边坡为粉砂层，河底为壤土层，粉砂的平均粒径

为0.096mm,河底壤土的平均粒径为0.015mm,液性指数为0.75,建议根据

河道的水流条件和河道边坡、河底土层的性质进行河道的冲刷计算，以保证

河道的冲刷稳定。

5）地基基础评价

勘察揭露河底土层为壤土和粘土层，河底第3层壤土承载力为120KPa,

第4层粘土承载力为U5KPa,第5层壤土承载力为115KPa,在饱和状态下

承载力普遍较低，为保证闸室和两侧翼墙的稳定建议地基进行桩基础处理。

闸基底面混凝土与地基土层之间的摩擦系数f取0.28,建议根据地质参数验

算闸室基础抗滑稳定性。

根据《公路桥涵地基与基础设计规范》JTGD63-2007,桩基参数建议值

如下:

桩侧土摩阻力承载力基本容

层号eII平均层厚(m)

标准值(KPa)许值(KPa)

第1层壤土0.7090.17501201.85

第2层粉砂中密401805.60

第3层壤土0.6960.32501101.65

第4层粘土0.7700.56551151.15

第5层壤土0.6900.69501156.45

第6层粉砂中密402004.40

第7层中砂中密502302.80

第8层粘土0.6720.41551807.55

第9层细砂密实60230

4工程任务及规模

4.1工程任务

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，但由于该工程建设时间长、设备老化、工

程破坏严重，存在诸多安全隐患，目前该工程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，可实现汛期防洪排涝，汛后蓄水可满足4.2万亩耕

地的灌溉要求，同时回补地下水，缓解地下水资源危机。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。

4.2工程建设的必要性

2008年12月，我院受邱县水务局委托对邱县小屯节制闸进行安全鉴定。

对小屯节制闸进行现状调查、地质勘察工作、混凝土结构质量检测、对水闸

过流能力、消能防冲、闸室稳定性、抗渗稳定性和抗震能力等进行了复核计

算。2009年2月，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15日，由邯郸市水利局组织，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9人组成

的专家组。专家组形成水闸安全鉴定结论：1）水闸过流能力满足老沙河原

设计泄量要求；2）闸基渗透稳定不满足要求，两岸护坡曾多次发生渗透破

坏现象；3)边墩摩擦桩基础承载力不满足要