湖南省某水库除险加固工程初步设计方案文本报告

湖南省XX市

XX区XX水库除险加固工程

初步设计报告

XX市水利水电勘测设计院

目录

工程特性表 (2)

工程特性表(续) (3)

1、综合说明 (7)

1.1概述 (7)

1.2水文及调洪演算 (12)

1.3工程地质 (13)

1.4加固任务 (14)

1.5除险加固设计 (14)

1.6环境保护 (15)

1.7工程管理 (16)

1.8施工 (16)

1.9投资概算 (19)

2、水文 (21)

2.1流域概况 (21)

2.2气象气候特征 (21)

2.3洪水 (21)

2.4调洪演算 (29)

2.5抗洪能力复核 (31)

3、工程地质 (34)

3.1地质概况 (34)

3.2区域工程地质 (34)

3.3主要工程地质问题评价 (35)

3.4工程质量评价 (36)

3.5天然建筑材料 (39)

3.6建议 (39)

4、除险加固设计 (40)

4.1概述 (40)

4.2大坝加固设计 (41)

4.3溢洪道加固设计 (51)

4.4输水建筑物除险加固 (55)

4.5金属结构设计 (60)

5、水土保持与环境保护设计 (62)

5.1水土保持设计 (62)

5.2环境保护设计依据 (63)

5.3环境保护设计 (64)

5.4环境保护管理与监测 (66)

5.5环保、水保投资概算 (68)

6、工程管理设计 (69)

6.1管理机构现状 (69)

6.2管理机构设置及人员编制 (69)

6.3工程管理设施 (69)

6.4工程建设期管理 (70)

6.5施工期工程管理 (70)

6.6工程管理运用 (71)

6.7管理任务与范围 (71)

7、施工组织设计 (74)

7.1施工条件 (74)

7.2施工导流 (75)

7.3主体工程施工 (76)

7.4施工交通 (81)

7.5施工总布置 (81)

7.6施工总进度 (84)

8、工程概算 (87)

8.1工程概况 (87)

8.2编制依据 (87)

8.3工程概算 (89)

9经济评价 (90)

9.1概述 (90)

9.2计算依据 (90)

9.3增量影子投资分析 (90)

9.4增量效益分析 (91)

9.5费用分析 (92)

9.6固定资产余值回收 (93)

9.7项目效益评价与结论 (93)

工程特性表

工程特性表(续)

1、综合说明

1.1概述

1.1.1工程概况

XX水库属冲柳高水撇洪河水系，属沅水一级支流，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养殖、供水、灌溉等综合利用的小（一）型水库，枢纽座落在XX区园艺场小西堰村境内，距离XX市区约20km，省道S306线400m。有乡村公路直达坝址区，交通较为方便。

水库流域控制面积6.9km2，坝址上游干流长度5.75km，干流平均坡降5.5‰；水库正常蓄水位51.74m，相应库容474万m3；设计洪水位52.35m，相应库容532万m3；校核洪水位52.59m，相应总库容568万m3,死水位为45.25m，死库容31万m3。

水库建于1975年，1976年3月竣工。枢纽工程由大堤、输水涵管、溢洪道等建筑物组成。

大堤：均质土坝，最大堤高10.85m，堤顶高程54.50m，堤顶宽度6.0m，堤顶轴长593m，内坡1：3，未设置平台，外坡1：2，未设平台。左右岸坝肩自然山坡平缓，20～25°。

涵管：长×宽×高=88m×1.2m×1.5m，为条石拱涵，进口底板高程45.25m。最大放水流量0.7m3/s。

溢洪道：位于水库左侧山坳，距大坝端约150m，总长418m，宽24米。开挖后一直未护砌，控制段为渠道，渠底高程51.74m，渠道宽24m。

水库自建成蓄水以来，大坝曾不断出现险情，长期带病运行。

1.1.2工程存在的主要问题

水库自修建以来长期带病运行，加上建设时遗留的问题多，工程老化，年久失修，各种险情明显暴露并逐年加剧，导致防洪、灌溉效益锐减。2009年底，XX集中供水工程的兴建，供水人口36000万人，水库控制运行，水量得不到保证，已到了非保安改造不可的地步，以发挥应有的效益。

1.2.1.1水库存在的主要问题有：

1、大坝

(1)大坝存在散浸和渗漏，据水库管理人员反映，水库放空后检查发现，上游坝坡坡面上在51m高程以下有水库水入渗点17个，当水库水位在52m以上时，下游坝脚步有多处漏水点，坝坡散浸面积太20m2，总渗漏量估测约0.07m3/s。

(2)大坝下游坝脚无反滤排水设施

(3)大坝上游坝坡混凝土护坡体多处裂缝，裂缝中长满杂草，加剧了对混凝土块体的破坏，部分坝坡出现崩垮脱坡现象；同时，砼块大面积剥落。

(4)坝顶路面一直未进行硬化，交通车辆在坝顶来往频繁，已使坝顶路面变得坑坑洼洼，雨天积水严重。

(5)下游坝坡无坝面保护层，部分地段坝体填土裸露，坝面未设置排水沟，暴雨时形成坡面流，坡面多处遭受冲刷，水土流失严重，雨淋沟遍布，继续发展下去不利于大坝安全运行。

2、泄水建筑物

溢洪道属自然开挖沟渠，未护砌，泄洪时冲刷溢洪道，导致两岸塌方严重，在溢洪道内淤积，影响泄洪。严重影响住户及生产安全，离进口150m处有防汛公路通过，无公路桥，每逢水库溢洪行人和车辆都无法通行。

3、输水建筑物

(1)输水涵洞为浆砌石拱涵，洞壁多处裂缝并渗水；

(2)涵洞内淤积严重，水库管理所每年都要对涵洞进行清淤处理；

(3)止水橡皮与门槽不合，不止水，铸铁闸门锈蚀严重，启闭不灵活，闸室墙体的砌筑三合泥已脱落，存在渗水现象。

4、管理设施

大坝未安装安全监测设施，不能对大坝进行变形和渗流观测，而大坝发生过滑坡、沉陷等异常情况，因些亟待建立大坝安全监测设施。

水库水位观测尺大部分损坏，直接影响水位观测精度。

目前防汛公路是简易公路，全长1.5km，路面宽窄不等，最窄处仅2.5m，部分路段公路脚因塌方而悬空，存在安全隐患。

由于大坝存在的各种明险及隐患已影响到水库正常运行，为保证水库下游人民生命财产的安全，一直对水库进行控制运行，汛期库水位控制在50m以下。

1.1.3大坝安全意见

针对XX水库存在以上问题，张家界市澧水水利水电勘测设计院对XX水库进行了全面的勘测和论证，对大坝进行地质勘探，并取样进行了室内土工试验，复核了水库的洪水，进行了调洪演算，采用二维有限元渗流计算方法对主坝体的渗流状况进行分析，对坝坡的抗滑稳定性进行计算分析，提出《XX水库大坝安全评价报告》。

1.3.1.1大坝安全论证分析结论

一、工程质量评价

（1）大坝

XX水库大坝是边设计边施工，当时施工条件落后，全部采用人工作业，工程质量较差，施工只讲进度，忽视工程质量，没有施工记录。大坝清基开挖时对基础普遍分布的、透水性中等的砂质壤土层没有清除，也没有采取开挖截水槽等防渗措施，工程自建成以来一直渗漏严重，水库蓄水困难，不能充分发挥效益。

大坝填筑从附近岗丘的覆盖土层就近开挖取土，主要土料为粘土和粉质粘土，少数为壤土。钻探表明，坝基存在的湿软的粉质粘土屋，软塑状，现场试验其韧性和强度很低，该土层具有软强吸水性，饱水后呈流塑状态，极易产生滑动。因此，大坝存在坝坡滑动的物质条件。

对大坝进行注水试验表明，坝体填土层渗透系数大于1×10-4cm/s，不满足《碾压式土石坝设计规范》要求，因些大财主存在坝体渗漏的内在因素。

大坝无反滤排水设施，对降低坝体浸润线不利。

（2）溢洪道

溢洪道只开挖，未护砌，两侧出现大面积崩塌，淤塞溢洪道，影响泄洪，不利于

溢洪道的安全运行。同时，溢洪道有交通要求，但没有交通桥。

（3）输水涵洞

输水涵管建成后未进行回填灌浆和防（截）渗处理，由于工程质量原因洞壁多处裂缝，故运行以来一直存在着漏水现象。

涵洞内淤积严重，水库管理所每年都要对涵洞进行清淤处理。

止水橡皮与门槽不合，不止水，闸门启闭不灵活，闸室墙体砌筑的三合泥脱落，存在渗水现象。

启闭机房已损坏，属危房。

工程质量评定为C级。

二、大坝运行管理评价

防汛管理设施不完善等病险和问题，水库长期带病运行，限制蓄水至今，水库无水情自动测报系统和大坝安全监测设施。大坝运行管理评价为差。

三、防洪标准复核

XX水库大坝坝顶高程54.50m，比复核所需高程54.94m低0.44m,不能满足国家《防洪标准》（GB50201-94）及《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）的要求。

溢洪道控制段导墙顶部现实际高程高于复核所需高程52.79m，控制段导墙顶高程不能满足泄洪要求。

防洪安全性为C级。

四、抗震复核

XX水库大坝位于地震基本烈度为Ⅶ度地区，按《水库大坝安全评价导则》，需作抗震安全复核。

(1)抗震液化分折

大坝坝基存在含沙量较高的砂性土，基中粒径小于0.005mm的粘粒含量大于16%，项目区场地地震基本烈度为7度，液性指数LL小于0.75，根据《水工建筑物抗震设

计规范》SL203-97规定，判断为不液化土。

(2)抗滑稳定复核结论

经对大坝进行抗震条件下的抗滑稳定安全复核，水库遭遇7度地震烈度时，大坝下游坝坡抗滑稳定最小安全系数K均小于规范SL274-2001规定的最小安全系数[K]=1.10，按照导则SL258-2000第7.6.4条规定，大坝抗震安全性级别为C级，需采取抗震安全结构措施。

五、渗流稳定分析评价

XX水库大坝为均质土坝，下游无反滤排水设施，坝基、坝肩强风化带渗漏。外坝坡、坝肩，库水位在正常蓄水位以上进，浸润线在下游坝皮，出逸高出坝脚1.1m以上，坝坡散浸严重。

XX水库存在着严重的大坝渗漏现象，大坝渗流性态是不安全的，其渗流性态安全性分级我们评定为C级。

六、结构稳定分析评价

（1）从计算结果可知，在规范要求的工况下，大坝计算断面下游坝坡的抗滑稳定最小安全系数Ks均不满足《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001要求，存在安全隐患，而大坝上游坝坡抗滑稳定安全系数均满足《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001要求。

大坝结构安全，评定为C级。

（2）溢洪道未护砌，两岸塌方严重，须要进行全面护砌，同时要采取抗冲刷和稳定措施。因此，溢洪道结构不安全，评定为C级。

（3）输水涵洞洞壁裂缝，渗漏严重，启闭设施老化和损坏严重，存在结构不安全的隐患，评定为C级。

七、金属结构评价

XX水库输水涵洞的进口设斜拉式双向转动铸铁闸门，目前设施老化，金口损坏，闸门漏水，现有的5t手摇式启闭机锈蚀和磨损严重，启闭十分困难。

金属结构安全评价为C级。

八、存在的主要问题

坝顶高程低于复核所需高程，不满足规范挡洪要求。坝坡大面积散浸。大坝存在不均匀沉陷，坝基及坝肩存在渗漏。大坝上游护坡体失效。溢洪道未护砌，损坏严重，严重影响安全泄洪。输水涵管为条石构件，砌缝渗漏严重，输水涵洞出口渠道被冲毁。闸门锈蚀严重，长年漏水。

1.2水文及调洪演算

1.2.1自然概况

XX水库属冲柳高水撇洪河水系，属沅水一级支流，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、供水养殖等综合利用的小（一）型水库，枢纽座落在XX区园艺场小西堰村境内，距离XX市区约20km，省道S306线400m。有乡村公路直达坝址区，交通较为方便。

水库流域控制面积6.9km2，坝址上游干流长度5.75km，干流平均坡降5.5‰；水库正常蓄水位51.74m，相应库容474万m3；设计洪水位52.35m，相应库容532万m3；校核洪水位52.59m，相应总库容568万m3,死水位为45.25m，死库容31万m3。

XX水库属亚热带季风性湿润气候区。夏暖冬寒，四季分明，气候温和，雨量充足，多年平均降雨量1335mm,并且随季节变化明显,4-6月降雨集中，雨量大。多年平均风速2.1m3/s，多年平均最大风速为17.1m3/s，多年平均气温为16.8℃，历史最高气温40.5℃。

XX水库大坝为均质土坝，正常库容474万m3，大坝最大坝高10.48m，按《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）第3.1.2条，其洪水标准按山丘区标准确定。根据国家《防洪标准》和《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），确定该工程等别为Ⅳ等，主要建筑物级别为四级，次要建筑物级别为五级，设计洪水标准为50年一遇，校核洪水标准为500年一遇。

1.2.2数据处理及计算方法说明

XX水库没有水文观测数据，洪水复核的所有参数均只能从湖南省水利水电厅1984

年编制的《湖南省暴雨洪水查算手册》（以下简称《查算手册》）查算。

1.2.3设计洪水及调洪演算成果

起调水位取溢洪道堰顶高程(即正常蓄水位，亦即防洪限制水位)51.74m。当洪水入库后，按自由泄流进行调洪演算，来多少，泄多少，水库水位自由涨落。此次调洪演算根据调洪演算基本方程，采用试算法，计算结果详见表1-1。

表1-1 洪水计算及调洪演算成果

1.2.4抗洪能力复核结论

XX水库大坝坝顶高程54.5m，比复核所需高程54.64m低0.14m,不能满足国家《防洪标准》（GB50201-94）及《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）的要求。

溢洪道控制段边坡顶部现实际高程52.65m，低于复核所需高程52.79m，控制段边墙顶部高程能满足泄洪要求。

表1-2 抗洪能力复核

1.3工程地质

1.3.1库区工程地质

XX水库坝址区沟谷流向大致自北向南，轴走向东西。两岸侵蚀丘岗低矮，雄厚。第四系蠕虫状红土及砾卵石掩盖。丘顶高程约80～90m，沟谷切深20～30m。沟谷呈“∪”形，宽缓。谷底高程60m，两岸丘坡20～25度，为缓坡。

1.3.2地震评价

根据《湖南省地震烈度区划图》，XX水库处在地震基本烈度Ⅶ度地区，水库枢纽属四等工程，大坝、溢洪道、输水设施等主要建筑物属四级，根据《大坝安全评价导

则》需作抗震安全复核。

1.4加固任务

根据工程目前存在的问题，本次加固设计内容包括大坝、溢洪道、输水建筑物等三大部分。

（1）大坝：加固项目有大坝防渗、坝坡整形加固、坝顶硬化、增设防浪墙、大坝上下游护坡、大坝排水设施改造等。

（2）溢洪道：全面加固改造。

（3）输水建筑物：对输水涵洞进行全面改造和灌浆处理，更新改造启闭设施，出口消力池翻修。

1.5除险加固设计

1.5.1大坝

1）对坝顶路面进行硬化，长度593m。增设防浪墙。

2）坝体进行冲抓套井。

3）坝坡整形后，上游用砼预制块和生态护坡，下游用草坡护坡。

4）排水设施：下游坝坡设排水沟，坡脚采用导滤砂井排水带。

1.5.2溢洪道

1、进口控制段（0-030～0+000）：0-030~0-015底板高程由51.22m升高到51.74m。0-030~0-025底板宽度44m，采用0.3m厚的C20砼护砌，两侧不设边墙。0-025~0-015底板宽度由44m渐变为24m，采用0.3m厚的C20砼护砌，边墙采用半径为10m的圆弧形式，墙高1.5m，C15混凝土结构。0-015~0+000底板高程51.74m，底宽24m，采用0.3m厚的C20钢筋砼护砌，下设0.3m厚砂卵石垫层，边墙高1.5m, C15混凝土结构。

2、泄槽段（0+000~0+130）：底宽24m，底板纵坡i=0.002，其中0+037～0+070为圆弧弯道段，中心线半径50m，圆弧夹角37°，泄槽底板均采用0.3m厚的C20钢筋砼护砌，下设0.3m厚砂卵石垫层，边墙高1.5m, C15混凝土结构。

3、泄槽段(0+130~0+394)：本次不衬砌，只进行清淤疏通。底宽24m，底板纵坡

i=0.002，清淤深度0.5m左右。

1.5.3输水建筑物

1）输水涵管进口改造：多孔取水改为立式启闭，选用12t手电两用启闭机，设工作门一道。

2）输水涵管洞身改造：拆除重建。

3）出口消力池翻修。

1.6环境保护

1.6.1环境保护设计依据

1）《中华人民共和国环境保护法》

2）《建设项目环境保护管理条例》

3）《建设项目环境保护设计规定》

4）《地表水环境质量标准》（GHZB1-1999）

5）《环境空气质量标准》（GB3095-96）

6）《建筑施工场界噪声限制》（GB12523-90）

1.6.2环境保护的的主要措施

XX水库除险加固工程任务较重，须设立专门的环境保护管理机构，机构的职责是：贯彻执行环境保护法规和标准，组织制定工程环境保护管理规章制度，组织进行环保设施的建设与运行操作学习，制定并组织实施施工期的环境保护规划，检查环保设施的运行情况，检查工程水土保持措施的执行情况，定期向工程主管部门和环保部门提出书面报告。管理机构的定员编制为1人。

环境保护措施包括：水质保护设计、空气质量保护设计、噪声防护设计、交通保护设计、人群健康保护设计、水土保持设计等方面的措施。

1.7工程管理

1.7.1管理机构及人员编制

XX水库由XX市XX区冲柳垸水管会管理，参照《水利工程管理单位定岗标准》（试点）及水利站现有管理人员情况，确定不再增加管理人员，且原管理机构不变，只需在现有管理人员中明确负责本次除险加固工程的维护管理的人员。

1.7.2管理及保护范围

工程管理范围为整个库区。主要包括工程设施和库区内的工程建设等一切对水库正常运行有影响的活动，如对外交通、道路桥梁、通讯线路、临近大坝的上游库区均为本工程的管理范围，在边界应设置明显的标志，在管理范围内严禁外单位进行放炮，开山等生产性活动。生活区、枢纽区的各种机修、起重、交通运输、供电、用电设施均为管理单位拥有。

1.7.3工程监测

监测的主要任务是：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，为正确管理运行提供科学依据，及时发现不正常迹象，分析原因，采取措施，防止事故的发生，通过对各建筑物原型观测，对原设计的计算方法及指标是行验证，监视水质变化，做好水质恶化预报和水土流失监测。

1.8施工

1.8.1施工条件

XX水库位于XX区园艺场小西堰村境内，属亚热带季风性湿润气候区。夏暖冬寒，四季分明，气候温和，雨量充足，多年平均降雨量1335毫米,并且随季节变化明显,4-6月降雨集中，雨量大。多年平均风速2.1m3/s，多年平均最大风速为17.1 m3/s，多年平均气温为16.8℃，历史最高气温40.5℃。

1.8.2对外交通

坝址有碎石公路与砼路面公路相通，对外交通较为便利。

1.8.3施工期水流控制

本工程施工期主要考虑涵管和上游坝坡护坡施工的洪水控制。通过施工洪水计算，上游护坡下限为45.25m，不需要设置围堰。输水涵管施工时需要设置围堰，围堰具体布置见施工组织设计，围堰采用人工就近取土，挑运填筑。涵管完工后，将围堰进行拆除，人力挑运，就近弃土。

1.8.4主体工程施工

1.8.4.1护坡施工

大坝上游坝坡46.00m高程至正常水位采用C20砼预制块护坡，正常水位以上采用生态护坡，下设砂石垫层，；46.00m以下可利用上游坝坡拆除的块石进行抛石压脚，下游坝脚设导滤砂井导渗体，下游坡面采用草皮护坡；

1.8.4.2砂井导滤施工

拟在下游坝坡47.65m高程处布置集渗井，井径D=1.0m，井距5m。施工时，集渗井须一直挖至基岩面，井内回填砂，井壁采用土工织物包裹。集渗井汇集坝体内渗水，通过设置水平排水部分将其排出坝体外。水平排水的埋管部分采用暗管排水型式。水平排水管亦采用PVC硬塑管，每个集渗井水平布置三排排水管，管内径均为50mm，坡降1/250，暗管出口接坝脚排水沟，将渗水排至坝外。施工时下游坝坡须分段开挖。

1.8.4.3输水建筑物改造施工

输水涵管管身渗漏严重，拟对管身进行灌浆处理,进口为多级卧管式取水方式，启闭设施老化，取水时操作十分不便。设计将原卧管取水方式改为塔式，新建启闭设施。

1.8.4.4溢洪道施工

溢洪道改造包括控制段、泄槽段和公路桥全部加固处理。

溢洪道侧墙为M7.5浆砌石，砌筑水泥砂浆采用0.2m3砂浆拌和机制作，块石由汽车运输到现场后，人力抬运至施工地点，采用座浆法进行砌筑。

1.8.5施工总布置

本加固除险工程根据施工特点设施分布如下：

(1)预制场布置在大坝左端山顶，坝顶硬化施工的砼拌和站布置在坝顶，水泥仓库、砂石堆场布置在大坝左端；溢洪道施工的砼拌和站、水泥仓库、砂石堆场布置在溢洪道附近；输水涵管施工的砼拌和站布置在进口处，水泥仓库、砂石堆场布置在大坝右端，水泥仓库和砂石堆场布置在坝脚。

(2)钢筋加工厂、木材厂、机修厂、仓库、工棚布置在管理所；

1.8.6施工工厂设施

(1)砼系统

预制场、溢洪道、输水涵管、渡槽各处分别布置1台0.4m3拌和机。

(2)风、水、电、通信及照明。

施工用风主要指灌浆施工用风，选用9m3/min移动式空压机供应。

施工用水主要为钻孔、灌浆、砼拌和及养护、空压机冷却以及少量机械冷却、清洗等。水泵(IS125-100j-250，Q=60m3/h、H=21.5m，P=11kW)直接从水库和下游坝脚池塘取水。

施工用电主要包括砼生产、空压站、灌浆、加工厂、照明系统等，用电均从水库管理所电力系统直线接线供电，不另设施工变电站和备用电源。

增设坝区对外通信设施，夜间设置碘钨灯照明。

1.8.7施工总进度

1.8.7.1设计依据

⑴根据工程特点，坝体加固、溢洪道改造分散布置，有些项目可平行施工；

⑵输水建筑物施工必须将水库放空至45.25m水位；

⑶要求总工期为8个月。

1.8.7.2施工期

除险加固工程施工总工期为两年，第一年9月至10月为施工准备期，主体工程

施工期为第一年11月至第三年3月，第三年4月为工程扫尾期。

1.8.7.3主要技术供应

⑴主要建筑材料：工程施工主体工程所需主要建筑材料为水泥、钢筋、钢材、木材、砂砾石等主。

⑵主要施工机械设备：工程施工所需主要机械、设备包括自卸汽车、推土机、砼拌和机、砂浆搅拌机、地质钻机、砼振捣器、钢筋加工机械等。

1.9投资概算

1.9.1编制原则和依据

本概算编制原则执行湖南省水利厅湘水建管[2008]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》的通知。定额采用水利部水总[2002]116号文发布的《水利建筑工程概算定额》，不足部分采用《水利建筑工程预算定额》；水利部水总[2005]389号文发布的《水利工程概预算补充定额》；水利部水总[2006]140号文发布的《水利工程概预算补充定额》（水文设施工程专项）。机电设备与安装、金属设备与安装采用水建管[1999]523号文发布的《水利水电设备安装工程概算定额》，水建[1993]63号文发布的《中小型水利水电设备安装工程概算定额》。不足部分采用水建管[1999]523号文发布的《水利水电设备安装工程预算定额》，水建[1993]63号文发布的《中小型水利水电设备安装工程预算定额》。施工机械台时定额采用水利部水总[2002]116号文发布的《水利工程施工机械台时定额》，

1.9.2工程总投资及年度投资

该工程总投资为1008.42万元，其中建筑工程费744.0万元，机电设备与安装工程23.49万元，金属结构与安装工程2.66万元，临时工程费 46.94万元，独立工程费用106.36万元，预备费46.17万元。环境保护水土保持部分投资38.8万元。