某小二型水库除险加固工程初步设计报告书(送审稿)

临安市齐毛坞水库除险加固工程

初步设计报告

目录

绪言 (1)

1 综合说明 (2)

1.1水库基本概况 (2)

1.2水库除险加固的必要性 (3)

1.3除险加固的主要内容 (4)

1.4工程特性表 (5)

2 水文 (7)

2.1基本资料 (7)

2.2设计暴雨 (8)

2.3设计洪水 (11)

3 工程地质 (14)

3.1概述 (14)

3.2工程地质条件及评价 (15)

3.3天然建筑材料 (16)

3.4结论与建议 (16)

4 加固设计 (18)

4.1工程任务和规模 (18)

4.2主要加固项目 (20)

4.3设计依据 (20)

4.4工程总体布置 (21)

4.5加固设计 (23)

4.6上坝道路 (38)

4.7安全监测设计 (38)

5 施工组织设计 (39)

5.1施工条件 (39)

5.2主体工程施工 (39)

5.3施工总进度 (42)

5.4施工度汛与施工安全 (43)

6 水土保持与环境保护设计 (44)

6.1水土保持设计 (44)

6.2环境保护设计 (44)

7 工程管理设计 (45)

7.1原管理机构 (45)

7.2管理机构及制度 (45)

7.3管理范围和保护范围 (46)

8 水库淹没处理和工程永久占地 (47)

8.1水库淹没处理 (47)

8.2工程永久占地 (47)

9 设计概算 (49)

9.1编制说明 (49)

9.2基础单价 (49)

9.3取费标准 (49)

9.4临时工程 (50)

9.5独立费用 (50)

9.6预备费 (50)

9.7设计概算 (50)

10 结论与建议 (58)

10.1加固设计结论 (58)

10.2今后工作建议 (58)

附图目录

绪言

为配合水利部做好《全国小型病险水库除险加固专项规划》的编制工作，根据浙江省水库管理总站关于开展小型水库除险加固工作的要求，临安市水利水电局部署开展齐毛坞水库的安全认定工作,从而积极推进临安市水库除险加固和标准化建设。

受临安市横畈镇人民政府委托，杭州浙大恒立水利水电勘测设计有限公司（以下简称“我公司）根据杭州市水利水电勘测设计院编制的《临安市齐毛坞水库大坝安全技术认定综合评价报告》（报批稿），并组织有关技术人员对齐毛坞水库进行了现场检查、踏勘、资料收集等工作，于2010年11月中旬完成《临安市齐毛坞水库除险加固工程初步设计报告》（送审稿）的编制工作。经过临安市水利水电局组织各专业专家组的讨论和审查，随后我公司根据专家组的意见和建议又进行了详细的修改与完善，于2010年11月底完成了《临安市齐毛坞水库除险加固工程初步设计报告》（报批稿）。在本次勘测设计过程中得到了临安市水利水电局苕溪流域管理站和横畈镇人民政府等单位的大力支持和帮助，在此一并表示感谢！

1 综合说明

1.1 水库基本概况

1.1.1 自然社会概况

齐毛坞水库位于临安市横畈镇雅观村，水库距横畈镇政府 2.5km，距临安市区约16km。该水库坝址以上集雨面积0.65km2，水库总库容33.5万m3，正常库容27.0万m3，是一座以灌溉为主，兼有养殖、防洪功能的小（2）型水库，水库设计灌溉面积500亩。

横畈镇是杭州市临安市辖镇，位于临安市域东北部边境，东、北与余杭区径山镇接壤，南连青山湖街道、锦城街道，西邻高虹镇。横畈镇距杭州市区约50公里，距临安市区约17公里，距青山湖科技城核心区块约3公里，长西线穿镇而过，是临安市重要的工业强镇。

横畈镇总面积72平方公里，2009年全镇总人口15474人，其中农业人口14147人，非农业人口608人，有外来人口719人，人口自然增长率3.5‰，耕地面积12497亩。2009年实现国内生产总值5.48亿元，工农业总产值29.76亿元，其中农业总产值1.47亿元。财政总收入3409万元，其中，地方财政收入813万元，全镇农村经济总收入11.62亿元，农民人均收入12191元。

工程流域属亚热带温湿型季风气候，气温适中，日照充足，雨量丰沛，四季分明。流域多年平均气温15.2℃，最高月平均气温29.7℃（7月），最低月平均气温4.8℃（1月），极端最高气温 41.9℃，极端最低气温－13.3℃。年平均相对湿度80％，多年平均风速1.8m/s，实测最大风速20 m/s，春季多东北风，夏、秋、冬为西南风。由于受季风影响，降水年际与年内的变化较大。形成流域大洪水的主要成因为梅雨和台风雨。

1.1.2 水库建设过程

齐毛坞水库于1972年动工兴建，最终于1979年竣工投入运行，至今已运行近30年，期间未进行过任何除险加固。

1.1.3 工程现状特征

齐毛坞水库的工程等别为Ⅴ等，工程规模为小（2）型，主要建筑物级别为5级，次要建筑物为5级。水库正常蓄水位57.00m，正常库容27.0万m3。

水库大坝为粘土心墙坝，最大坝高12.5m。坝顶高程58.37m（1985年国家高程基准，

下同），坝顶长86m，宽5.6m左右。心墙顶高程57.97m，顶宽3.0m，底宽6.0m。大坝迎水坡坡度为1:1.91，未铺设护坡材料；背水坡坡度从上到下分别为1:1.85、1:1.25、1:1.45，设有两级马道，高程分别是56.00m、50.23m，第一级马道以上未铺设护坡材料，以下为块石护坡，坝脚未设排水棱体。

溢洪道布置在大坝左侧，为正槽溢洪道。溢洪道进口宽7.9米，进口底板高程57.00m，溢洪道全长约29m，泄槽段底宽约4m。溢洪道全程均为土质山体开挖形成，除靠近大坝坝体有一部分块石挡墙外，其余底板及导墙无任何衬砌。

水库放水设施位于大坝右侧，为坝底涵管，用启闭机控制放水，无启闭机房。坝底涵管为篾笼素砼圆涵，内径0.23m，长52m。

1.1.4 编制依据

本报告的编制依据主要有：

（1）、《浙江省临安市齐毛坞水库大坝安全技术认定综合评价报告》（杭州市水利水电勘测设计院）；

（2）、《浙江省小型水库除险加固工程初步设计报告编制导则》（试行）；

（3）、《浙江省小型水库大坝安全技术认定报告书》（临安市齐毛坞水库）；

（4）、《浙江省千库保安工程建设管理有关办法和规定汇编》；

（5）、关于临安市齐毛坞水库除险加固工程初步设计报告审查意见；

（6）、齐毛坞水库保安工程设计委托合同文件；

（7）、其他有关规程规范。

1.2 水库除险加固的必要性

1.2.1 水库安全运行的需要

根据杭州市水利水电勘测设计院编制的《浙江省临安市齐毛坞水库大坝安全技术认定综合评价报告》中指出，水库存在以下问题：

（1）大坝现有防洪能力不满足规范要求；迎水坡未铺设护坡材料，有少量杂草，冲刷较严重，局部存在凹陷现象；背水坡坡度过陡，块石护坡风化严重，且坝体存在白蚁危害；坝脚未设排水棱体、集渗沟、量水堰等监测设施。

（2）大坝下游右坝脚放水涵管旁有渗水现象，存在安全隐患。

（3）溢洪道导墙两侧局部存在坍塌现象，泄槽段底板和导墙冲刷、磨蚀严重。泄

槽段出口处未设消能工，水流直接顺山体冲向下游河道。

（4）放水设施陈旧，无启闭机房，存在安全隐患。

（5）大坝未设置必要的位移、沉降、渗流等监测设施，无供电线路、管理房等管理设施，对防汛管理很不利。

根据《浙江省中型水库大坝安全鉴定及小型水库大坝安全技术认定大纲》和《浙江省小型水库安全技术认定办法》认定，齐毛坞水库大坝防洪能力不满足设计要求，防洪安全性为C级；大坝渗流存在一般缺陷，目前尚不危及大坝正常使用，为B级；大坝背水坡坡度过陡，有影响正常使用的一般缺陷，但目前尚不危及大坝安全运行，为B级。因此《浙江省临安市齐毛坞水库大坝安全技术认定综合评价报告》对齐毛坞水库大坝的安全技术认定结论为：齐毛坞水库大坝为三类坝。

为消除水库各种安全隐患，确保工程安全以及保障水库下游广大人民群众生命财产的安全，充分发挥水库效益，保证当地社会经济持续、快速发展，齐毛坞水库的除险加固十分必要。

1.3 除险加固的主要内容

根据《浙江省临安市齐毛坞水库大坝安全技术认定综合评价报告》提出的对大坝维修加固的意见和建议，确定本次设计的主要加固项目为：

(1)加高大坝，全面修整上、下游坝坡，对上、下游坝坡进行培厚放缓，并进行护坡，坝趾处新建排水棱体；

(2)对溢洪道导墙及底板进行修整加固，出口处增设消能防冲设施；

(3)封堵坝底篾笼素砼圆涵放水设施，采取措施对涵管周边的坝体进行补强，新建虹吸管放水设施。

(4)大坝布置必要观测设施,为水库管理提供依据。

(5)新建水库管理房，并架设供电线路，满足水库防汛调度及管理要求。

(6)对大坝进行白蚁防治。

1.4 工程特性表

2 水文

2.1 基本资料

2.1.1 流域概况

齐毛坞水库位于临安市横畈镇雅观村，水库距横畈镇政府2.5km，距临安市区约16km，水库流域水系隶属中苕溪。中苕溪为东苕溪的主要支流，发源于石门姜岭坑，主峰海拔1073.9m，东南流经石门、高虹、横畈、长乐至汤湾渡，由左岸汇入东苕溪，河流全长47.8 km，流域面积229 km2。

齐毛坞水库坝址以上集雨面积0.65km2，水库总库容33.5万m3，正常库容27.0万m3，是一座以灌溉为主，兼有养殖、防洪功能的小（2）型水库，水库设计灌溉面积500亩。2.1.2 气象

设计流域属亚热带季风气候区，气候温和湿润、雨量丰沛、四季分明、日照充足，具有山区气候特点。3～4月初春季节，地面盛行东南风，多降连绵细雨。5～7月春末夏初，暖湿太平洋高压气团渐向大陆推进，锋面常在流域上空停滞或摆动，造成连续降水，降水强度大且量多，俗称梅雨。7～9月盛夏季节，天气炎热，盛行偏南风，多雷阵雨和台风雨。10～11月秋季，天气以晴朗少雨为主。12～2月寒冬季节，地面盛行偏北风，气温低，会出现雨雪天气。根据本地区的水文情况，全年可划分为非汛期、梅汛期及台汛期三个时段。具体时间段为4月16日～7月15日为梅汛期，7月16日～10月15日为台汛期，10月16日至次年4月15日为非汛期。

根据临安气象站的资料统计，设计流域多年平均气温为15.1°C，最热月（7～8月）平均气温为25.5～29.7°C，最冷月（12～2月）平均气温4.6-4.8°C。全年无霜期207～268天，年日照时数为1495.4～2211.3小时，年平均降雨量约1500mm，日最大降雨量为190.5mm（1965年7月5日），常年主导风向为ENE（东北偏东），夏季以东南风为主，冬季多西北风。

2.1.3 水文测站

水库流域内无水文站。横畈雨量站距水库约4.0km，雨量资料系列始于1957年，系列较长，可靠性较好，本次设计收集到横畈雨量站1957～2004年共48年实测雨量系列。2.1.4 流域特征值

根据《浙江省临安市齐毛坞水库大坝安全技术认定综合评价报告》（杭州市水利水电勘

测设计院），确定水库上游集雨面积为0.65km 2

，主流长度1.39km ，平均坡降J=1.6%。

本次设计在万分之一地形图上对上述流域特征值进行复核，结果基本一致，故本次设计仍采用上述成果。

2.2 设计暴雨

2.2.1设计暴雨计算

暴雨是形成本流域洪水的主要因素，由暴雨推求设计洪水通常认为暴雨与洪水具有相同的频率。

根据齐毛坞水库所在地理位置查《浙江省短历时暴雨》（2003年）得流域各时段雨量均值及Cv 值，计算得到流域各时段设计暴雨值，计算成果详见表2-1。

表2-1 《浙江省短历时暴雨》各时段设计暴雨成果表

2.2.2成果合理性检验

根据横畈站1957～2004年共48年实测一日暴雨系列，采用P-III 型曲线进行频率计算，计算公式如下：

1m m

P n =

+ （m =1，3，4……n ）

式中：

m P －经验频率；

n －实测系列，取48。

采用适线法对频率计算成果进行调整，得到横畈站设计暴雨成果详见表2-2。 表2-2 24h 设计暴雨成果分析表

从上述计算结果可知，《浙江省短历时暴雨》计算成果与横畈站30年一遇、300年一遇24h 设计暴雨计算成果基本一致，仅偏大5.7%和6.5%。

考虑横畈雨量站不在本工程流域内，故本次设计暴雨采用《浙江省短历时暴雨》计算成果。

2.2.3 设计雨型

（1）日程分配

暴雨日程分配，根据《浙江省短历时暴雨》确定，最大一日排在第二天，第一天为（H 三日－H24）的60％，第三天为（H 三日－H24）的40％，见表2-3。

表2-3 齐毛坞水库设计暴雨日程分配

各时段内设计雨量按暴雨公式计算，其设计雨量和暴雨衰减指数计算公式如下： 当ti 在10～60分钟之间：

10,60

110(/10)n i i H t H -=，

10,6010601 1.285lg(/)

n H H =+

当ti 在 1～6小时之间：

1,6

16(/6)

n i i H H t -=，

1,6161 1.285lg(/)

n H H =+；

当ti 在 6～24小时之间：

6,24

124(/24)

n i i H H t -=,

6,246241 1.661lg(/)

n H H =+。

暴雨衰减指数根据《浙江省短历时暴雨》各时段设计暴雨值进行计算，计算成果见表2-4。

表2-4 暴雨衰减指数成果表

最大一天降水量24小时雨型按下列规则排列：时段雨量老大项末时刻排在18:00，时段雨量老二项排在老大项的左边；其余项从大到小奇数项排列在左边，偶数项排列在右边，当右边排满24:00后，余下各项时段雨量从大到小都排列在左边。

其余两天24小时雨型同样按24小时雨型规则排列。 2.2.4 设计净雨过程

我省属南方湿润地区，主要产流方式是蓄满产流，即在土湿满足田间持水量以前不产流，所有的降水都被土壤吸收；而在土湿满足田间持水量后，所有的降水（减去同期的蒸散发）都产流。本次设计采用蓄满产流简易扣损法，即初损为20mm ，最大24小时雨量后损为1mm/h ，其余几日后损为0.2mm/h 。

各频率设计暴雨根据设计雨型排列得到毛雨过程，然后再进行扣损即得净雨过程，计算过程见表2-5和表2-6。

表2-5 24h净雨过程计算表（P＝3.3％）

表2-6 24h净雨过程计算表（P＝0.33％）

2.3 设计洪水

2.3.1 设计洪水标准

齐毛坞水库总库容33.5万m3，正常库容27.0万m3，根据《水利水电工程等级划分及

洪水标准》（SL252-2000），确定齐毛坞水库的工程等别为Ⅴ等，工程规模为小（2）型，主要建筑物挡水坝、溢洪道、放水涵管级别为5级，次要建筑物、临时建筑物为5级。由于水库下游规划为横畈镇工业功能区（属于临安市省级经济开发区扩容的先行区块），也是规划中省级科创基地产业承接中心，因此本次设计水库设计洪水标准采用30年一遇（P=3.33%），校核洪水标准采用300年一遇（P=0.33%）。 2.3.2 设计洪水

设计洪水根据1988年版浙江省水电院推理公式法来计算，推理公式法计算公式如下：

0.278R

mp h Q F

τ

=?

? （1）

0.278*

L

V ττ= （2）

1/31/4

**m V m J Q τ= （3）

式中：τ—汇流时间（小时）；

R

h —τ时段内净雨量（mm ）；

F —库区范围集雨面积（km 2），为0.65；

mp

Q —设计洪峰流量（m 3/s ）；

V τ

－流域平均汇流速度（m/s ）；

L －自坝址断面至流域分水岭的主河长度（km ），取1.39； J －河道坡降，取1.60％；

m －汇流参数。

流域特征值1/3

/L J θ=＝2.59<90，根据流域植被情况，下垫面条件属于II 类情况，

经计算取m 值0.39，再根据（1）（2）（3）式联合试算即可计算出各频率的洪峰流量。齐毛坞水库设计洪水计算结果见表2-7。

表2-7 齐毛坞水库设计洪水汇总表

2.3.3 设计洪水合理性分析

（1）设计洪峰流量合理性分析

《浙江省临安市齐毛坞水库大坝安全技术认定综合评价报告》中，水库20年一遇洪峰流量为7.3 m3/s ，200年一遇洪峰流量为13.2 m3/s。本次计算成果与其相差较小，仅为0.75%～6.4%，在允许误差范围内，故此次计算洪水成果基本合理。

（2）设计洪水地区合理性分析

本次设计选择东坞弄水库对设计洪水进行合理性分析。东坞弄水库位于临安市青山湖镇泉口村南面，坝址距离泉口村约0.7km，水库流域水系隶属南苕溪，坝址以上集雨面积0.22km2。

表2-8 设计洪水合理性检验表

从上表可知，设计频率越高，洪峰流量模数越大；相同频率情况，集雨面积越大，洪峰流量模数越小，均合乎一般规律。

3 工程地质

3.1 概述

由于本项目规模较小，建设业主未对该水库进行地质勘察工作。在地质测绘并参考2003～2010年类似工程已有的地质勘察成果基础上，提交工程地质条件与评价，建议后期增加地质补勘工作。

3.1.1 水库原施工质量

坝基和岸坡处理：坝基和岸坡的清理达到设计和施工技术要求；防渗体基础及岸坡的开挖基本达到设计和施工技术要求。

坝体填筑：由于缺乏重型碾压机械设备，坝体填筑料压实质量一般，坝体存在不均匀沉降，导致部分坝体凹陷。

溢洪道：边坡稳定。

坝下输水涵管：由于缺乏钢筋，采用竹筋砼浇筑，坝下输水涵管质量无法满足现行规范要求，涵管与坝体接触有少量漏水。

3.1.2 坝址区域地质

（1）概况

流域地势总体趋势为西南高、东北低，地势微向东北倾斜。地貌形态为砂岩为主的高丘地貌，往下游东方向为山前冲积平原与冲积平原。

测区分布岩性主要为奥陶系砂岩。厚度65～447m。第四系全新统风化残坡积物（el-dlQ4），由粉质粘土，厚度一般1～2m。

本区位于万市桥复向斜东南侧，东北向构造清晰且发育。构造以节理为主，无较大的断层通过。物理地质现象以小型土质滑坡为主，无其它不良现象出现。测区内未发现较大断层分布。岩石风化一般，节理发育，岩层产状：NW270o-300o/NE∠350o。

（2）水库渗漏

水库周边山体雄厚，两侧分水岭高程在100米以上，均为相对隔水岩体，未见和邻谷贯穿的渗漏地层分布，不存在渗漏通道。

本区地下水，主要有孔隙水和基岩裂隙水两种。孔水赋存于第四系松散堆积层孔隙中，基岩裂隙水赋存于基岩裂隙中，受大气降水补给，并排泄于溪流中。

（3）库岸稳定

水库区基本为岩质库岸，稳定性良好，局部崩积-坡积层较厚地段在长期库水浸泡及水库水位的变动影响下，局部可能发生小规模的滑坡与坍岸，不会影响大坝运行安全。

（4）水库浸没

水库回水线附近没有城镇、工矿企业和大片农田，不存在浸没问题。

（5）水库地震

根据国家地震局编制的《中国地震动峰值加速度区划图》（2001年版），本区地震动峰值加速度为＜0.05g，相应地震基本烈度小于Ⅵ度，可不设防。

3.2 工程地质条件及评价

3.2.1 主要建筑物工程质量评价

（1）挡水坝

坝基和岸坡的清理达到设计和施工技术要求；防渗体基础及岸坡的开挖基本达到设计和施工技术要求。由于缺乏重型碾压机械设备，坝体填筑料压实质量一般，坝体存在不均匀沉降，导致局部坝体凹陷。

各填筑土的分布及物理力学性质叙述如下：

a上下游坝坡

上游坝坡部份使用干砌块石护坡，部份无护坡，局部塌陷。下游护坡为干砌块石，中等硬度，不易风化。

b坝身填土

由基岩上层残积含砾粘土与表层强风化层与开挖料填筑而成，稍密。含砾量一般50.0～65.0%，个别达75%，含砂量15～25%，粘粒含量8～10%，根据现场注水试验，渗透系数2-6×10-2cm/s，属强透水。

c心墙填土

由残坡积亚粘土填筑而成，粘土成土母质为砂岩，塑性指数约为12～15。含砾量一般15～25%，含砂量30～40%，粘粒含量40-45%，根据现场注水试验，渗透系数约3×10-4cm/s，属弱透水。心墙填土与基岩接触较好，不存在接触渗漏现象。

（2）溢洪道

边墙、底板基础均为基岩，岩质为强风化砂岩，厚度约0.5m，节理较发育。

（3）坝下输水涵管

由于缺乏钢筋，采用竹筋砼浇筑，坝下输水涵管质量无法满足现行规范要求，存在安全隐患，涵管与坝体接触有少量漏水。

3.2.2 主要建筑物工程地质条件及评价

（1）挡水坝工程地质条件及评价

河谷成“V”形，两岸山体第四系覆盖层厚度0.5-1.0m，岸坡稳定。坝址处地基为奥陶系砂岩，岸坡与河床基岩基本呈强化状，强风化层厚约1.5～2.5米，节理发育，呈中等透水状,基岩强风化层易成渗漏通道。

坝体心墙由残坡积亚粘土填筑而成，粘土成土母质为砂岩，塑性指数约为12～15。根据现场注水试验，渗透系数约3×10-4cm/s，属弱透水。心墙填土与基岩接触较好，不存在接触渗漏现象。坝址工程地质条件较好。

（2）溢洪道

边墙、底板基础均为基岩，岩质为强风化砂岩，厚度约0.5m，节理较发育，工程地质条件一般。建议将表层强风化挖除，基础置于弱风化基岩。

3.3 天然建筑材料

本工程所需的粘土可在下游对面山体挖取，土质以壤土为主，塑性指数约为12～15，运距2.5km。

工程区块石、砂砾料缺乏，须采用商品料。

3.4 结论与建议

（1）水库周边山体雄厚，不存在渗漏通道。

（2）水库区基本为岩质库岸，稳定性良好，不会影响大坝运行安全。

（3）水库回水线附近没有城镇、工矿企业和大片农田，不存在浸没问题。

（4）地震动峰值加速度为＜0.05g，相应地震基本烈度小于Ⅵ度，可不设防。

（5）坝址处地基为奥陶系砂岩，岸坡与河床基岩基本呈强化状，强风化层厚约1.5～2.5m，节理发育，坝体心墙属弱透水，心墙填土与基岩接触较好，不存在接触渗漏现象。坝址工程地质条件较好。

（6）边墙、底板基础均为基岩，岩质为强风化砂岩，厚度约0.5m，节理较发育，