白云水库除险加固初步设计.doc
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1、1 综合说明1.1工程概况白云水库位于剑阁县义兴乡土垭村境内,距义兴乡15公里,离县城100公里。水库于1957年7月全面竣工投入运行。水库枢纽工程位于在嘉陵江水系西河流域支流,水库坝址以上流域面积0.8平方公里,主河道长度1.35公里,河床平均比降35,水库总库容13万m3,正常蓄水库容10万m3,设计灌溉面积450亩,有效灌溉面积200亩。为一座高14.64m,坝顶宽2m,长115m的均质土坝,是一座以灌溉为主,兼有防洪、供水、养鱼等综合功能的小(2)型水库。该水库承担着当地农业生产用水任务,工程投入运行以来,为当地农业生产发挥了显著的经济效益和社会效益。白云水库枢纽工程主要由大坝、溢洪道
2、、放水涵卧管设施等组成。白云水库至1957年7月完工投入运行以来,水库枢纽经长年运行后,出现了一些严重制约灌区农业经济发展、威胁下游灌区人民生命财产安全的问题。1.1.1工程现状1、大坝工程现状白云水库大坝为均质土坝。大坝坝高14.64m,坝顶宽2.2m,坝顶长115m,坝顶高程665.2m,设计正常蓄水位653.41m,死水位643.51m。坝顶有机耕道通过,坝面凹陷不平整,坝顶无防浪墙,坝顶及下游坝坡灌木丛生,整体坝行不规整,上游坝坡风浪淘刷严重,存在部分塌陷变形,下游坝面及坝顶未作过整治,大坝中部有裂缝,裂缝约有80m,中部渗漏严重,坝坡设有马道和浆砌条石放水渠,马道宽度不一,放水渠未整
3、治,排水棱体为干砌块石。工程修建于1957年,至今已运行55年。由于当时各种设计规范都处于一种起步和试验阶段,体制和制度尚不健全,并且没有较为详细的地质资料,没有正规的施工图纸,加之各种技术落后且技术力量极为薄弱,大坝在建设期间,由于人们对土料的选择认识不足,所以填土质量相对较差。另外,前坡坝脚未设堆石体,但前坝由于坡度较缓,工程建成至今未出现任何滑坡等工程险情。大坝外坡脚杂草丛生,且有零星杂灌,由于运行较长,加之人畜践踏,坝坡凹凸不平,较不规则。2、溢洪道工程现状水库溢洪道布置于大坝右侧泥岩基础上,为开敞式正堰溢洪道,堰顶高程653.41m,进口宽2.8m,溢洪道全长55m,未进行衬砌。溢洪
4、道上有机耕道通行要求。3、放水设施工程现状放水涵卧管布置于大坝右岸边,长度69m,为M7.5水泥砂浆砌条石衬砌 ,断面为矩型,卧管为单排孔眼放水,设计最大放水流量0.15m3/s。“5.12”震后,放水卧管渗漏比较严重且防水方式古老,费时费力,建议重建涵卧管。1.1.2工程存在的主要问题1、大坝工程存在的主要问题(1)大坝由于当初建设时设计标准低,施工技术落后,坝体填土质量较差,大坝上游坝坡浪蚀严重,存在局部不均匀沉陷变形现象。(2)大坝下游坝坡杂草丛生,局部不均匀沉陷变形明显,坝身无排水系统,坝体两端与山坡接合部无地表排水沟。根据坝坡稳定计算分析,其下游坝坡抗滑稳定安全系数小于规范允许值。(
5、3)排水棱体设置简单,底部没有设置反滤层,其结构不合理。且棱体大部分垮塌严重。(4)坝身上部多处散浸现象明显,渗漏量较小,约0.6L/s。2、溢洪道存在的主要问题行洪能力不满足溢洪道形式不规则,且未进行衬砌,经过多年运行后,局部地段冲毁严重,存在部分垮塌现象。通过实地查看和水库管理人员介绍,溢洪道边宽度及高度不够,校核洪水水面曲线高于溢洪道边墙顶,在遇见较大洪水时,洪水会冲出边墙,威胁溢洪道外的农田。3、放水设施存的主要问题放水设施位于右岸,由石质涵卧管组成。设计最大放水流量0.15m3/s,放水卧管漏水严重,水库不能正常放水。1.1.3大坝安全鉴定结论2012年4月经广元市剑阁水务局专家组对
6、该水库大坝进行了安全鉴定,其鉴定结论为三类坝,建议尽快整治。1.2水文1.2.1水文气象白云水库地处亚热带湿润季风气候区,具有气候温和、雨量丰富、四季分明的特点。该流域属湿润性亚热带气候,由于受季风的影响,形成冬干、春旱、夏洪、秋涝的特点,流域多年平均降水量为1089mm,降雨年际变化大,年内分配不均,降雨多集中在79月,12月翌年3月降雨较少,流域内多年平均径流深350mm,径流主要靠降水补给。通过对剑阁县气象局多年观测资料统计分析:流域内多年平均气温16.5,最高气温38.9,最低气温-6.7,多年平均风速1.2m/s,多年平均最大风速15m/s。1.2.2洪水标准根据国家防洪标准(GB
7、50201-94)及水利水电工程等级划分及洪水标准(SL 252-2000)的相关规定,白云水库属小(二)型水库,工程等别为等,主要建筑物级别为5级,校核洪水标准为200年一遇(P0.5%),设计洪水标准为20年一遇(P5%)。1.2.2洪水复核结果本次设计洪水采用推理公式计算了设计洪水流量,经洪水计算和调洪演算:20年一遇时洪峰流量为13.506m3/s, 200年一遇洪水时洪峰流量为22.748m3/s。校核洪水最大下泄洪水流量为:19.39m3/s,相应坝上校核洪水为:656.2m,相应水库总库容为23.7万m3。设计洪水最大下泄洪水流量为:10.28m3/s,相应坝上设计洪水为:655
8、.2m,相应水库库容为14.65万m3。1.2.4特征水位正常水位653.4m,相应库容13万m3;设计水位655.2m,相应库容为14.65万m3;校核洪水位656.2m,相应库容为19.39万m3;死水位643.51m,相应库容2万m3。1.3地质1.3.1库区水文地质及工程地质条件1、地形地貌库区为构造剥蚀丘陵地形,西北高,南东低。地貌形态受到构造和岩性控制,平台与深切沟谷,最高738.0m,最低521.8m,高差216m。坝区属浅切割的浅丘地貌区。主要地貌形态为条状山间拗谷,山顶多呈桌状平顶山。按其成因可分为构造剥蚀及侵蚀堆积两大类型。2、地层岩性该区出露地层由侏罗系七曲寺组、第四系坡
9、、残积层及人工填土层组成。现将地层由老到新分述如下:(1)侏罗系七曲寺组(J3q):浅紫-紫红色泥质砂岩、泥岩互层,中厚层状构造,泥质类岩石岩性较软,胶结物以泥质胶结为主,水平层间裂隙及垂直张裂隙较发育,强风化带厚25米;浅紫、灰紫色砂岩,断口多呈粒状,厚层块状构造,细粒结构,颗粒大小较均一,主要成分为石英,次为长石,胶结钙质,胶结坚密,岩性坚硬,局部地段为钙泥质或泥质胶结,泥质砂岩单层1.58.0m不等,抗风化能力弱。(2)第四系全新统坡残积层(Q4del):黄色粉质粘土组成,夹少量泥岩、砂岩碎块石,结构稍密,稍湿,可塑状,结构均一,分布不均匀,钻探揭示厚约1.68.8米,分布广泛,主要分布
10、于斜坡及谷地;低洼地带常含有淤泥质。(3)第四系人工填土层(Q4r):杂色,以粉质粘土、粘土夹泥岩、砂岩碎块为主。主要由筑坝堆积而成。分布于大坝坝体,厚度024.1米。1.3.2地震烈度根据中国地震动参数区划图(1/100万)国家标准第1号修改单及四川、甘肃、陕西部分地区地震动蜂值加速度区划图(1/100万)、四川、甘肃、陕西部分地区地震动反应谱特征周期区划图(1/100万)等查得,工程区抗震设防烈度为6度,设计基本地震加速度值为0.05g(g为重力加速度),设计地震分组为第二组。地震动反应谱特征值为0.40s。1.4安全鉴定1.4.1安全鉴定情况1.4.1.1大坝工程(1)大坝由于当初建设时
11、设计标准低,施工技术落后,坝体填土质量较差,大坝上游坝坡浪蚀严重,存在局部不均匀沉陷变形现象。(2)大坝下游坝坡杂草丛生,局部不均匀沉陷变形明显,无排水系统,坝体两端与山坡接合部无地表排水沟。根据坝坡稳定计算分析,其下游坝坡抗滑稳定安全系数小于规范允许值。(3)排水棱体设置简单,底部没有设置反滤层,其结构不合理。且棱体大部分垮塌严重。(4)坝身上部多处散浸现象明显,渗漏量较小,约0.6L/s。1.4.1.2溢洪道整治工程1、溢洪道开挖断面不够。2、土质边墙垮塌严重且边墙未衬砌。1.4.1.3放水设施整治工程放水设施卧管裂缝,漏水严重。1.4.1.4其它整治工程1、防汛公路防汛公路不满足工程防汛
12、抢险和管理要求。2、管理房从建库至今,该水库一直无管理房。1.4.2安全鉴定综合评价根据现场检查和洪水、大坝稳定以及渗漏进行复核评价,该水库最终鉴定为三类坝,建议及时进行整治。1.5工程布置及除险加固设计1.5.1工程布置白云水库坝址位于嘉陵江水系西河流域支流,水库由大坝、溢洪道、放水设施组成;溢洪道位于大坝的右坝肩,为开敞式宽顶堰。堰顶高程653.4m,堰宽2.8m;放水设施为涵卧式,放水流量为0.15m3/s。水库除险加固项目,均是在已建工程基础上进行扩建整治或更新改造的,故在枢纽总体布置中所处位置基本上均在相应工程原位置处。1.5.2主要建筑物除险加固设计1.5.2.1设计标准根据中华人
13、民共和国水利部颁发的水利水电工程等级划分及洪水标准(SL2522000)的规定,白云水库大坝工程为五等工程,主要建筑物按5级设计,次要建筑物按5级设计。洪水标准本次确定为:设计标准为20年一遇,校核标准为200年一遇。1.5.2.2工程加固整治内容大坝整治工程总体设计经前面第二章坝顶高程复核结果,本次设计坝顶增设1米高防浪墙,外坝清杂培厚整形。坝顶整治设计现坝顶高程655.78m,坝顶宽度为2.0m,坝顶长115m。为满足水库防洪标,需加设1m高的防浪墙,防浪墙采用C20砼,墙厚0.4 m,坝顶路面采用现浇砼路面,厚度20cm。坝顶两侧采用M7.5砌条石增做路缘带,埋入坝顶下土层内。大坝内坡整
14、治设计根据整治后坝体高度,设二级变坡,即坝顶至中部处坡比为1:2.1,变坡至死水位643.51m处坡比为1:2,同时二级变坡处设1.8m宽的马道。现坝顶至新设马道之间按1:2.1的坡比进行削坡,并采用C15砼预制块护坡,厚度为8cm,下铺设20cm的砂砾垫层。在预制块护坡间采用C15砼现浇护坡框格,框格尺寸为4*4m,之间布设排水沟,孔距5m,呈梅花型布置,孔径40mm,孔材采用PVC管材,管后设砂砾石反滤堆。马道至死水位按1:2的坡度削坡,并采用块石护坡,厚20cm,死水位处沿大坝纵向干砌一棱条石,条石断面为3040cm。外坝坡工程根据原大坝,结合现工程设计,外坡上部需要培厚,培厚采用泥岩石
15、渣料进行回填碾压,坡比为1:2,根据实际地形,不设置马道。对外坝坡坝肩两侧顺坡向设排水沟,排水沟为M7.5砌条石矩形结构,宽深=0.40.5m。对外坝坡堆石体以上坡面采用草皮绿化护坡,以防雨水冲涮。溢洪道整治工程由于坝轴线外移,根据该水库溢洪道特性,进口处也相应外移4.68m,考虑至溢洪道进口段与坝体连接,在进口处设1:2.5的反坡,堰顶宽4m,厚其后接坡比为1:30的缓坡段、长37m,然后接1:10的行洪渠,长75m。堰顶高程为653.4m,堰顶边墙高2.8m,行洪渠边墙高1.50m,边墙采用M7.5砂浆砌条石,其底边采用C15砼浇筑护底,砼厚0.15m,边墙结构尺寸详见图。放水设施整治工程
16、针对放水设施存在的病险情况,拟对放水卧管采用拆除重建的方式进行,即:将原卧管拆除,然后采用M7.5砂浆进行重新砌筑,并采用M10砂浆勾缝。其它工程整治防洪公路工程整治防汛公路1km,路面宽设计为4.5m,路面设计为泥结石结构,路基利用原天然土层,其压实度不小于95%,结构底层采用20-30cm厚砂砾石垫层,表层采用20cm厚泥结碎石,路面由中心向两侧做成2%坡度,以利于排水。公路两侧各设置一道排水沟,排水沟梯形结构,底宽30cm,顶宽60cm,沟深50cm,排水沟采用M7.5砌条石结构。大坝观测设施观测设施布置:在大坝两岸各布设一个工作基点和校准点,各种基点均布设在两岸岩石和坚实土基上,共需增
17、设观测点12个;在坝体上共布置8个观测桩,其中上游坡在正常水位以上布置一排3个,下游坡两排5个。结构设计:采用C20砼浇筑,观测桩高出地面30cm,顶宽30cm,埋入地下面60cm,底坐宽70cm,高30cm,顶部安装强制对中设备。水文观测:针对水库降雨量、水位的观测,本次增设自计雨量、水位观测设施各一套、大坝渗流观测设施一套,另外在大坝库内接近大坝较稳定的地点增设水位标尺。观没设备:根据工程需要,本次配置水准仪一台,经伟仪一台。完善管理设施新建管理房60m2,健全管理设施,增设必要的防洪通讯设施。1.6施工组织设计1.6.1施工条件白云水库位于剑阁县义兴镇土垭村境内,距义兴镇15公里,离县城
18、89公里。村社公路从大坝经过,交通较为方便。在进库防汛公路整治后,外购材料及其土石料的运输均十分方便,可直接运至工地。该水库工程周围石料丰富,足可保证其用料需求.料场至工地较近,运输线路方便且运距较短.施工条件较好。施工用电可直接在距工程600m处的10Kv降压站搭接380V线路引至各施工点。钢材、水泥可在广元或剑阁城区物资部门或经销商购买,炸药在剑阁县民用暴炸器材公司购买。砂石料、粘土料等在规划的料场开采。1.6.2主体工程施工1、主体工程主要工程量动用土石方9436m3, 砌石325.5m3,砼1373.3m3,总灌浆进尺462m,其中坝体回填灌浆进尺462m,坝基坝肩帷幕灌浆进尺308m
19、。2、工程施工土方开挖工程:表面上的附作物采用人工清除,并运至指定地点进行处理。对于作业面较大的采用机械自上而下分层开挖,机械运输至弃渣场,无法采用机械开挖作业的部位采用人工开挖,胶轮车等小形运输机械运输至临时堆积地点再用自卸汽车运至弃渣场。石方开挖:露天明挖作业,采用自上而下的方式进行开挖,采用人工手持式风钻钻孔,人工暴破,机械挖装并运输至弃渣料场。土方回填:采用机械开挖装料,自卸汽车运输至作业面,无法采用汽车运输到作业面的,采用自卸汽车运到指定地点堆方,再用人工挑台或胶轮车运至作业点,对于溢洪道墙后回填部位采用人工配合小型打夯机夯实,对大坝回填部位采用自卸汽车运料上坝,推土机平料,振动碾分
20、层碾压。浆砌条石:浆砌条石采用坐浆法施工,坐浆厚度为3-5cm,同一平面大致水平,上下分层错缝,内外T形搭接安砌,砌筑前必须对石料面进行冲洗,缝内砂浆必须灌注饱满,绝不允许干砌。干砌条块石:干砌条石采用人工作业,在临时堆料场进行人工选石,人工或胶轮车运至作业点,在进行人工砌筑,干砌缝不得大于5cm,达到设计高度和坡度时,表面要大致平整。砼工程:先进行人工平整基面,再进行基础测量放线后,采用人工立模,胶轮车运料进仓,人工平整仓面,振捣器捣筑。灌浆工程:对大坝坝体采用灌注粘土泥浆进行劈裂灌浆处理,对坝肩渗漏采用灌注纯水泥浆进行帷幕灌浆处理。处理时采用地质钻机钻灌孔,中压灌浆泵灌注,各种指标通过现场
21、试验确定,灌浆后的各种指标应达到设计要求。1.6.3施工总进度本工程总工期6个月,其中施工准备期1个月,主体工程施工期4个月,工程完建期1个月。1.7工程管理1.7.1管理设施现状 从工程修建至今,一直无任何管理、监测等设施。1.7.2本次增设管理设施管理房本次设计新建水库砖混结构管理房64.80m2,设在大坝右岸位置,以满足管理的生产、生活需要。工程其它管理设施水工建筑物监测维护设施;水情、工情信息及数据处理设施;通信设施;交通设施。1.8工程占地由于该程属于小型水库工程,加之本次为病害整治性质,根据工程整治设计,建设管理房和开通入库公路需永久性占地,其合计为6.85亩。临时施工用房占地:根
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