禾峰水库除险加固设计报告

禾峰水库除险加固工程

设计报告

望城县水利水电勘察设计室

二○○八年七月

设计证等级：丙级

设计证号：182617-sb

发证单位：湖南省建设委员会

审          查：朱小平

校          核：余铁宏

项 目 负 责 人: 周 琳  

参 加设计人 员：余铁宏  何 淼  张 献

望城县水利水电勘察设计室

二○○八年七月

1综合说明

为了全面落实省八件实事，真正把实事办实，经省、县各级研究决定对望城县桥驿镇禾峰水库该座病险水库进行除险加固。受县水利局委托，我室对该座水库进行了勘察设计，针对水库目前存在的问题，与局主管领导及当地水库管理的同志研究了该座水库当前比较重要的险情及处理方案，确保水库的基本运行。

1.1基本情况

禾峰水库于1958年兴工，1959年竣工，位于望城县桥驿镇望兴村，是湘江流域沙河支流上的一座以灌溉为主，结合防洪、养殖等综合效益的小（一）型水利工程。水库大坝距桥驿镇5km，距京广铁路线2.7km，其所处地理位置非常重要。

禾峰水库枢纽工程由主坝、溢洪道、灌溉输水涵洞、引水渠等建筑物组成。

主坝为均质土坝，坝顶高程130.00m，最大坝高20m，面宽5.4m，坝轴长132m，正常蓄水水深13m，总库容66.5万m3，灌溉面积为2000亩，养鱼水面70亩。

溢洪道位于大坝右岸，为岸边正槽式，溢流堰采用宽顶堰，堰顶高程127m，净宽4m，最大过水深为1.03m。

灌溉输水涵洞为砌石箱涵，全长124m，断面尺寸为0.7×0.8m，进口底板高程114.00m，设计输水流量0.2m3/s，闸门为φ0.25m卧管形式，采用人力手摇启闭机启闭。

1.2存在的主要问题和除险加固措施

禾峰水库经过近五十年的运行，已暴露出一些险情，目前存在的最严重问题是：大坝上游现浇砼护坡冲刷淘空，坝坡部分泥土被带出，形成空洞；下游坝坡未建导滤体，坝体排水不畅，坝脚多处出现流土；原启闭机房破损，屋面漏水；输水低涵启闭设施老化，锈蚀严重；启闭机房梯级下方块石冲刷淘蚀严重，多处出现空洞；坝体渗漏严重，水库蓄水经常无法得到保证。以上几方面严重影响水库大坝安全运行。

针对水库存在的问题，本次设计采取大坝上游砼预制块护坡、坝体排水棱体设计、坝体黄泥劈裂灌浆以及低涵启闭部分更新改造四项除险加固措施。

1.3工程量及工程造价

主要工程量及投资如下：

土方开挖     1653.22m3      土方回填     819.47m3      

砼及钢筋砼   495.50m3       砂石垫层     230.73m3  

草皮护坡     1693.76m2      砌体拆除      117.52m3    

钢筋          0.76T         黄泥劈裂灌浆进尺  655.90m

工日            2424个

工程总投资      61.65万元

其中建筑工程费  43.72万元

附工程特性表

水库工程特性表

2.1水文气象

望城县地处亚热带温暖湿润气候区，雨量充沛，日照充足，冬季干燥寒冷，夏季温高湿重，雨季集中于春夏两季，具有副热带季风性湿润气候特点。

    根据“望城县综合农业气候区划及指标”资料,平均温度16.2℃；一年中以一月最冷，平均气温4.4°C，极端最低气温1972年曾出现－12°C；七月最热，平均气温29°C，极端最高气温1953年8月13日曾出现40.6°C。

根据多年观测，出现在本地区的风主要有三种：一是寒潮南下引起的偏北大风，范围广，持续时间长，出现在冬春之际，这种风发生在坝低水位期间，淘刷坝坡坝脚；二是雷雨大风，夏季常见，间有龙卷风出现，虽持续时间短，但破坏力强；三是受登陆台风影响而形成的大风，夏秋出现较多，特别是第二、三种风发生在汛期，对防洪安全极为不利。

2.2工程地质

因水库未做地质勘探，查找该水库档案资料，坝基为强风化花岗岩，坝基以上为人工填土。

3工程设计

3.1工程设计标准与依据

3.1.1设计依据

 执行的国家现行标准、规范、规程有：

《防洪标准》（GB50201—94）

《水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252—2000）》

《碾压土石坝设计规范》（SL274—2001）

《水工建筑物抗震设计规范》SL203-97

《水工设计手册》第4册《土石坝》，1982年版；

《湖南省病险土石坝工程治理研究》，1991年版。

其它相关参考资料

3.1.2设计标准

（1）工程等级及防洪标准

禾峰水库位于山丘区，水库主坝为均质土坝，总库容66.5万m3，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)第2.1.1条及《防洪标准》(GB20201-94)第6.1.2条和6.2.1条的规定，确定禾峰水库为小（1）型水库，属Ⅳ等工程，主要建筑物按4级建筑物标准设计；次要建筑物按5级建筑物标准设计。考虑到禾峰水库上游为另一座小（1）型水库楠竹山水库，水库地理位置重要，水库枢纽主要建筑物设计洪水标准为50年一遇，校核洪水标准为500年一遇，溢洪道消能防冲和泄洪渠设计洪水标准为20年一遇。

（2）抗震设计标准

禾峰水库位于地震动峰值加速度为0.05g地区，相应地震基本烈度Ⅵ度地区，按《水工建筑物抗震设计规范》(SL203-97)规定，本工程大坝等建筑物不必采取抗震措施。

3.2大坝除险加固设计

由于禾峰水库建库年代早，当时施工技术简单，多为人工施工，水库填料土压实不均，填筑质量差，大坝运行过程中已出现多种问题：坝坡迎水面冲刷严重，坝体、坝面排水不畅，坝体渗漏，启闭机房破旧漏水、启闭设施老化严重、难以启闭，检修梯级冲刷空洞严重等，对水库进行除险加固已势在必行。

3.2.1大坝上游砼预制块护坡设计

禾峰水库大坝迎水面为现浇砼护坡，经多年运行，上游坡面冲刷损毁严重，坝身多处填土被冲刷带出，现浇砼下方出现多处空洞。为了抵御风浪侵蚀，减轻风浪对大坝的危害和其它生物破坏，需重新对大坝迎水面进行护砌。

（1）防护范围

在拆除原现浇砼护坡的基础上重新护砌，护坡范围根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)确定：高程121.80m至127.50m为砼预制块护坡，高程127.50m以上至坝顶采用草皮护坡。

（2）护坡型式择

大坝护坡采用砼预制块护坡型式，护坡所需要用的砂、卵、砾石料均可在湘江河道中开挖，选取在靖港砂砾石料场购买，该料场可供应各级配的砂砾石料，储量丰富，质量好，开采运输方便，砼护坡美观大方，施工简单，推荐上游面护坡采用砼预制块护坡和方格网草皮护坡结合方式。

（3）护坡厚度计算

波浪要素采用《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)中附录A公式计算：

    （A.1.5-1）

                     （A.1.5-2）

                             （A.1.5-3）

                               （A.1.10）

                            （A.1.12-1）

式中：——平均波高，m；

      ——平均波周期，s；

      W——计算风速，取1.5×12.5 m/s；

      D——风区长度，m；

      Hm——水域的平均水深，m；

      ——重力加速度，取9.81m/s；

      m——平均波长，m；

H——坝迎水面前水深，m；

      ——计算点的风壅水面高度，m；

——综合摩阻系数，可取=3.6×10-6；

      ——计算风向与坝轴线法线的夹角，。；

      ——平均波浪爬高，m；

      ——斜坡的糙率渗透性系数，按《规范》附表A.1.12-1确定为0.90；

      ——经验系数，取1.10；

——单坡的坡度系数，取2.5。

计算结果见下表计算结果见下表：

   根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)，护坡按下列公(A.2.3)计算：

式中： t—砼板的厚度(m)；

η—系数，对装配式护面板取1.1；

b—沿坝坡向板长，采用边长为0.3m的正六边形砼预制块时，b=0.52m；

ρw—水密度，ρw =1t/m3；

ρc—砼密度，ρc =2.4t/m3；

hp—累积概率P=1%的波高h1%=0.652m；

Lm —平均波长Lm =7.846m。

经计算，预制砼块护坡厚度为0.095m，采用砼预制块护坡厚度为0.10m，下设0.10m厚砂卵石反滤层，设1m宽、0.2m厚现浇砼封顶，下设0.1m厚砂卵石反滤层，坡脚设宽0.5m、高0.8m现浇砼基座。

（4）护坡工程量

大坝坡比1：2.5，护坡长度为100m。每10m设一条伸缩缝，缝宽20mm，缝内填塞沥青杉木板。大坝迎水面护坡高程121.80m至127.50m采用厚度为0.10m的预制砼块（边长为0.3m）护坡，下设0.10m厚的砂石反滤层，高程127.50m以上至坝顶采用方格网草皮护坡，详见大坝护坡横断面图。

经计算，护坡工程量：护坡100m，现浇砼拆除85.50 m3，开挖土方349.39m3、回填土方81.10m3、砼214.60m3、砂石反滤层163.30m3、沥青杉木板伸缩缝19.31m3、方格网草皮护677.20m2。

3.2.2坝体排水设计

（1）坝体排水设计

坝体排水采用棱体排水方式，排水棱体布置在大坝内坡坝脚处，长85.7m。下游最高水位高程111.50m，根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)及《水工建筑物》(中国水利水电出版社)设计规范，排水棱体为干砌堆石，下铺200mm厚砂垫层和200mm厚卵石垫层。堆石内坡1:1，外坡1:1.5，顶宽1m，顶高程113.00m，底部高程111.00m。堆石体顶以回填土与坝坡连接，坡比1:5，回填部分采用草皮护坡，底部开挖边坡1:1再与原地形连接。

经计算工程量：土方开挖667m3、土方回填677m3、块石堆体6m3、粗砂反滤层154m3、卵石反滤层167m3、草皮护坡1017 m2。

（2）低涵接长及分水渠改建设计

由于坝体排水设计布置排水棱体在下游坝脚处，须将低涵接长以及分水渠改建。低涵接长4.6m，采用盖板涵，横断面采用原低涵尺寸，底板高程111.00m。低涵上方填土至排水棱体平台高程113.00m，1：3放坡，出口设0.5m高、0.2m厚的现浇砼挡土墙；分水渠改建，改建渠道长15.5m，采用现浇砼浇筑，宽1.7m，高1m，渠底高程111.00m，坡降1/10至原渠道相接。

3.2.3坝体防渗设计

水库修建年代久远，当时多为人工施工，水库填料土压实不均，填筑质量差，水库渗漏严重。根据以往实际经验，对坝体渗漏采取劈裂灌浆的办法，能达到较好的防渗效果，且施工技术简单。

（1）灌浆孔布置及钻孔深度

劈裂灌浆采用单排孔，沿坝左端线布孔，间距为3m，分二序孔施工，钻孔深入坝基1m，达到弱透水岩层顶部，单孔灌浆深度18.74m。

（2）灌浆压力计算

灌浆压力是指灌浆孔口压力表所指压力，压力计算采用公式：

计算分起始劈裂压力、单孔压力和屈服压力，成果见表3-2。

表3-2 禾峰水库黄泥劈裂灌浆压力计算表

灌浆

表3-3 灌浆土料要求物理性能指标与颗粒组成

      项目

灌浆

根据工程实地勘察，灌浆总长度为102m，钻孔35个，灌浆总进尺为655.90m。坝体土质为2～20 m的人工填土，坝基土质依次为人工填土、强风化花岗岩。由于人工填土密实度不高，预计灌浆单位孔深干土灌入量约在0.5～1.0t/m之间。

3.2.4低涵启闭部分更新改造设计

（1）金属结构更新改造设计

由于水库灌溉输水低涵建于建库年代，水库运行多年，低涵闸门存在老化破损现象，如拉杆锈蚀、闸门漏水等。本次设计金属结构设备更新一套，为输水低涵的闸门和拉杆，闸门型式为φ0.25m卧管，人力启闭，拉杆长30m。详细安装尺寸见厂家说明书。

（2）启闭机房重建设计

原启闭机房自修建以来经过多年运行，破损不堪，屋面漏水严重，已成为危房，急待改建。本次除险加固工程设计将原启闭机房拆除重建，重建机房位置不变，宽2m，长3m，高2.6m，启闭机房作简单装修，室内墙和天棚涂888，贴白色外墙瓷砖。具体设计详见低涵启闭部分更新改造设计图。

（3）梯级重建设计

原启闭机房梯级下方块石冲刷淘蚀严重，已多处出现空洞，不利于管理人员检查输水低涵工作情况，梯级重建列入本次除险加固工程设计。

拆除原已空洞梯级，回填土方后重建梯级。重建梯级自高程126.47m至低涵进口高程114.00m，坡比1 :2.1，共101级。单级梯级长1m，宽0.25m。梯级施工完毕设一现浇砼直墙，宽0.2m，高0.65m，以防挡风浪对梯级的冲刷淘蚀。

具体设计详见低涵启闭部分更新改造设计图。

4工程施工及管理

4.1施工条件

4.1.1工程施工条件

（1）施工场地、交通条件

本工程位于望城县桥驿镇，区域内有长湘公路以及京广线通过。水库3m宽水泥路连通坝顶至乡镇公路，可与长湘公路及京广线连通，交通十分便利，大坝坝顶面宽为6m左右，允许车辆行驶，能满足施工物料运输要求。大坝右岸地势空旷平坦，可根据施工需要设置回车场、料场等施工场地。

（2）材料供应

砂卵石料：可从工程附近砂场购得，其数量和质量均可满足要求。

石料：在本县丁字湾镇采石场，花岗岩贮量丰富，质量好，且有一定开采加工规模，能满足本工程石料用量和强度要求。

水泥：可由公路从望城县水泥生产基地购得。

钢材：由湖南省金属公司或省水利厅物资仓库供货。

木材：由长沙市木材公司或当地供货。

水：水库内蓄备水，可满足施工的水质和水量要求。

电：工程附近有变压器，可由此接入国家电网。

4.1.2自然条件

本地气候温和，年平均气温在15℃以上。降雨主要集中在3～10月，主汛期为4～9月，此期间水位较高，且水流较急，不利于施工；10月到次年3月为枯水季节，水位低，同时此期间晴天多，是工程施工的最好时段。

4.2施工组织

本工程主要是砼和黄泥劈裂灌浆工程，另外有部分土方开挖回填工程。开工前要通过招投标，由项目法人组织具有一定的水利工程建设经验的专业队伍施工，施工过程中由质监单位负责质量检查监督，同时应委托具有相应资质的监理公司对施工全过程进行质量跟踪管理。                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  

4.3主体工程施工 

4.3.1砼工程施工

本工程砼浇筑主要为大坝上游迎水面砼预制块护坡、低涵接长、分水渠改建、启闭机房改建以及梯级整修充填砼等。由一台或两台0.5m3/s移动式拌和机供料，手推胶轮车直接或转溜筒入仓，2.2KW插入式振捣器平仓捣实。砼严格按要求的标号及级配进行配比，施工时注意浇水、保温等养护工作。

4.3.2土石方开挖及回填

土方开挖回填为大坝砼预制块护坡、坝体排水棱体基础土方开挖和填筑、分水渠改建土方开挖回填以及启闭机房改建部分土方开挖。

（1）填土前，必须清除结合部位的各种杂物，并将斜坡挖成台阶状，再分层填筑碾压。按规范要求控制每层铺土及碾压厚度。削坡可采用推土机推土，底部沟槽部分采用反铲式挖掘机配合拖拉机或汽车运输，土方开挖边坡1:2。

（2）坡面结合面削坡合格后，应控制好结合面土料的含水量，边刨毛、边铺土、边压实。土方回填需严格按照水利工程施工规范要求施工，土方机械分层压实厚度不大于30cm，压实度不小于90%，干密度不小于1.6T/m3。

4.3.3黄泥劈裂灌浆

黄泥劈裂灌浆要遵循“坝体分段，区别对待；单排布孔，分序钻灌；孔底注浆，全孔灌注；综合控制，少灌多复”的原则。灌浆布孔分两序，一序孔距6m，二序孔距6m，采用土钻造孔、灌注时浆液由稀转浓，先用稀浆，待坝体被劈裂后改用浓浆，泥浆容重为1.2g/cm3～1.6g/cm3，灌浆采用分孔底注浆全孔灌注法，终灌时要少灌多复，复灌不得少于5次，封孔采用泥浆掺适量砂子作封孔料。

4.4工程管理 

4.4.1管理

和峰水库除险加固工程建成后，将成为和峰水库有机组成部分，由和峰水库管理所管理，以利于和峰水库的合理调度。

4.4.2管理制度

大坝、启闭机房及启闭设备的管理应按有关管理规范要求，制订各项管理规章制度，责任到人，奖罚有章可循。