老虎冲水库除险加固初步设计报告

'茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院目录1综合说明41.1绪言41.1.1工程概况41.1.2大坝安全鉴定结论41.1.3除险加固的必要性51.2水文51.2.1流域概况51.2.2气象61.2.3设计洪水61.2.4水库泥沙61.3地质71.3.1区域地质71.3.2工程地质和水文地质概况71.3.3天然建筑材料91.4工程规模和防洪安全复核101.4.1水库规模及特征水位复核101.4.2坝顶高程复核111.5工程布置及建筑物111.5.1工程等别及设计标准111.5.2工程布置及主要建筑物121.6施工组织设计131.6.1施工条件131.6.2建筑物施工141.6.3主要施工工厂设施141.6.4施工总布置141.6.5施工进度及工期141.7工程管理151.8环境保护设计15596 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院1.9.1编制原则及依据151.9.2基础单价161.10经济评价161.11结论及今后工作建议172水文192.1流域工程概况192.1.1流域自然地理条件192.1.2气象条件202.1.3水库工程特性202.1.4水库库容曲线202.2设计洪水计算212.2.1洪水设计标准的确定212.2.2设计暴雨及其分配212.2.3设计洪水282.2.4洪水成果的合理性检查302.3泥沙估算302.4水库特征水位复核312.4.1死水位确定312.4.2正常蓄水位及其库容复核312.4.3洪水位及其库容复核313工程地质333.1工程概况333.2库区地质333.2.1地层及构造333.2.2地貌及不良物理地质现象343.2.3水文地质条件343.2.4库岸稳定和水库泥沙353.3坝址工程地质353.3.1地形地貌353.3.2地层岩性及地质构造353.3.3水文地质363.3.4主要物理地质现象3796 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院3.3.5枢纽区存在主要问题及评价373.3.6溢洪道工程地质评价393.4大坝质量分析评价393.4.1基本情况393.4.2坝体质量分析评价403.4.3坝体渗漏评价413.5大坝岩土物理试验指标及物理力学指标建议值413.5.1室内试验413.5.2原位测试413.5.3坝体注水试验433.6建筑材料453.6.1土料453.6.2砂料453.6.3石料453.7结论及建议453.7.1结论453.7.2建议464工程任务和规模474.1工程概况474.2工程除险加固的必要性474.2.1目前工程存在的主要问题474.2.2工程任务和下游安全要求494.3工程设计标准495工程布置及建筑物505.1设计依据505.1.1工程等别和建筑物级别505.1.2洪水标准505.1.3设计基本资料505.2大坝渗流复核计算和大坝稳定复核计算525.2.1大坝渗流分析525.2.2大坝稳定计算545.3除险加固设计5896 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院5.3.1大坝585.3.3观测设计685.3.4金属结构696施工组织设计706.1施工条件706.1.1工程条件706.1.2自然条件716.2料场选择与开采726.2.1料场选择726.2.2料场开采726.3主体工程施工726.3.1大坝施工726.3.2溢洪道修建736.4施工交通736.5施工辅助设施736.5.1混凝土拌和系统736.5.2风、水、电、通讯及照明736.6施工总布置746.7施工总进度746.8主要技术供应756.8.1主要建筑材料756.8.2主要施工机械设备757工程管理777.1管理机构777.1.1工程概述777.1.2设计原则777.1.3机构设置777.2主要管理设施787.2.1管理机构生产、生活用房建筑面积的确定787.2.2工程管理范围和保护范围787.3管理运用787.3.1工程调度运用7896 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院7.3.2经营管理797.3.3建筑物管理797.3.4工程监测808环境保护设计818.1编制总则818.1.1设计依据818.1.2编制原则818.1.3防治目标818.2环境现状818.3环境影响评价简介838.3.1对自然环境的影响838.3.2对社会环境的影响838.4环境保护设计848.4.1生活区人民健康的环境保护设计848.4.2施工期的环境保护设计848.4.3水土保持和绿化措施858.4.4宣传教育858.5环境监测及管理868.6环境保护投资概算868.6.1概算依据868.6.2环境保护投资概算869设计概算（见另册）8810经济评价8810.1概述8810.2国民经济评价8910.2.1投资、年费用估算8910.2.2工程效益估算9010.2.3国民经济评价9110.2.4敏感性分析9110.3财务评价9210.3.1财务投资、费用估算9296 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院10.3.2财务成本核算9410.3.3财务评价9510.4综合评价9596 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院工程特性表序号指标名称单位原设计本次复核备注一水文气象　　　　1坝址控制集雨面积km21.01.0外引面积3.02干流长度km　1.51　3干流平均坡降‰　32　4多年平均降雨量mm1454.41454.4　5多年平均气温℃17.517.5　6P=2%24h暴雨量mm　209.5　7P=0.2%24h暴雨量mm　292.0　8P=2%洪峰流量m3/s　9.23　9P=0.2%洪峰流量m3/s　13.25　二水库特性　　　1水库　　　　死水位m162.4163　正常蓄水位m180.2180.2　设计洪水位m181.55　校核洪水位m181.2182.14　死库容万m31.02.0　　正常蓄水位相应库容万m3105.5　2大坝　　　　　大坝型式　砂壤土均质坝砂壤土均质坝　　最大坝高m22.522.5　　坝顶高程m182.5183.3　坝顶宽m45　坝顶轴长m140140.5　96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院工程特性表续上表序号指标名称单位原设计本次复核备注地基特性　红砂砾岩红砂砾岩　3泄水建筑物　　　　　型式　放水涵溢洪道　　底板高程m162.4180.2　溢洪道长度m180　　消能方式　　　设计泄洪流量m3/s9.23　　校核泄洪流量m3/s13.35　4灌溉涵洞　　　　　型式　坝下无压铪管坝下无压铪管　输水道长度m111111　输水道尺寸（宽×高）mφ0.6φ0.6　进口底板高程m162.4162.4　新建隧洞m3/s　1.0　1.0　　进水型式　　输水道长度m斜拉式铸铁平板闸门斜拉式铸铁平板闸门　输水道尺寸（宽×高）m0.5×0.30.5×0.3　进口底板高程m　三灌区工程　　　灌溉面积亩44004455　四工程效益　　1灌溉面积万亩0.4400.4455　2防洪保护效益　田家、槽柏、虎形人口3000，耕地地5000亩96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院工程特性表续上表序号及名称单位数量备注五、工程投资概算工程总投资万元244.15其中：建筑工程万元173.8机电工程万元15.75临时工程万元6.71其它费用万元36.26基本预备费万元11.63六、主要工程量土石方开挖万m31.37土方回填万m32.2砼m3894浆砌石m3440七、主要材料用量水泥t317砂m3762卵石m3645八、经济评价经济净现值万元201经济内部收益率%18.45经济效益费用比1.65财务内部收益率%9.8财务净现值万元6.5供水成本元/m30.07供水水价元/m30.1单位库容投资元/m32.0296 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院1综合说明1.1绪言1.1.1工程概况老虎冲水库位于茶陵县枣市镇田家村，距县城约22km,地理位置:东经113°25′，北纬26°44′，所在流域为湘江洣水支流永乐江流域。该工程于1991年10月兴建，1993年12月竣工，1994年蓄水运行。水库枢纽工程由大坝、放水设施组成。原核定的总库容为121万m3，兴利库容105万m3，调洪库容15万m3，是一座以灌溉为主，兼顾养殖的小（Ⅰ）型水库。水库大坝为砂壤均质土坝，坝顶高程182.5m，最大坝高22.5m，坝顶轴长140m，坝顶宽4m。大坝控制集雨面积1.0km2，外引3.0km2，外引最大流量1.0m3/s，设计防洪标准P=2%，校核防洪标准P=0.2%，正常蓄水位180.2m，设计洪水位181.55m，校核洪水位182.14m。大坝内坡分两级护坡，一级坡比1:3.0，二级坡比1:2.5,坡面原为红石岩护坡，现已风化。大坝外坡倒滤棱体高3.85m。坡面分三级，一级1:2.2，二级1:2.1，三级1:1.9。该水库因是引水灌库工程，自身集雨面积小，又因引水渠未防渗配套，最大引用流量从未超过0.5m3/s。加上水库灌溉面积多，水库蓄水量历史以来从未超过正常蓄水位。再加之乡管工程地方经济受到限制，因而没按设计开挖溢洪道。在防汛时仅作降低蓄水位，预留调洪库容运行，使水库效益不能正常发挥。1.1.2大坝安全鉴定结论大坝建成后，已运行十五年，工程始建于1991年，96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院由于本工程在修建时，受施工技术、建设资金等各方面条件所限，遗留下来一些问题，加上工程运行期间经费困难，得不到及时维修和加固改造。长期以来老虎冲水库一直在病险状态下运行，影响工程的安全和正常运行及效益发挥。根据1999年株洲市小型水库大坝安全鉴定报告书，鉴定为三类坝，属病险水库，安全论证分析结论如下：(1)工程质量为不合格。(2)大坝运行管理评价为差。(3)大坝防洪标准复核为C极。(4)渗流稳定评价为B级。(5)结构稳定评价为C级1.1.3除险加固的必要性老虎冲水库枢纽自修建以来，因受施工技术和建设资金等各方面条件限制，遗留下来一些问题。如（1）老坝基所用土质较差，且填筑质量不高；（2）大坝加高部分土料填筑不均匀；（3）干砌块石护坡风化破碎，内坡受风浪冲蚀严重；（4）堆石棱体风化严重，且高程不够，处于失稳状态；（5）水库未开设溢洪道，不能满足设计防洪要求。因此，大坝运行以来，一直控制水位运行，使水库效益不能正常发挥，农业生产用水灌溉受到影响。为了使水库正常运用，发挥其应有效益，确保灌区农业生产旱涝保收，必须对该水库进行除险保安。1.2水文1.2.1流域概况洣水为湘江的一级支流，发源于湖南省桂东县境内，在衡东雷溪市注入湘江。河长296km，集水面积10305km2，占湘水流域面积的10.9%，流域平均坡降为1.01‰。地势东南高、西北低。东以万洋山与赣江支流禾遂川为界，南抵资兴八面山，与耒水上游分界，北与渌水以矮山岭为界，西北连湘水。干流流向大致由东南向西北。地貌上明显分为上游高山区，中下游丘陵低山区。96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院老虎冲水库位于茶陵县枣市镇田家村，属于洣水的一级支流永乐江流域、水库流域面积1km2，位于永乐江上游。1.2.2气象老虎冲水库所在的洣水流域，属亚热带气候，春湿秋燥，夏热之间多为梅雨，多年平均气温17.9℃，极端最高气温40℃，极端最低气温-9.9℃，多年平均日照时数为1715.9h，多年平均相对湿度78%，多年平均风速2.8m3/s，历年最大风速24m/s，多年平均降雨为1394.2mm，最大降雨量为2250.4mm，最小降雨量为799.0mm，每年降雨量分布不均匀，暴雨频繁期为每年4～9月的汛期，5～6月为主汛期。1.2.3设计洪水由于老虎冲水库没有开展水位、降雨等气象水文观测，控制区域内无实测洪水资料，根据现有资料，仅能得知水库运行十五年以来，因无溢洪道，水库没一次泄洪。洪水水位不详，因而本次分析计算中，采用《湖南省暴雨查算手册》（1984版本），推求不同频率下的洪峰流量以及洪水过程线。老虎冲水库洪水计算成果表表1-1频率峰量设计情况(P=2%)校核情况(P=0.2%)洪峰Qm(m3/s)9.2313.35洪量W24(万m3)17.523.261.2.4水库泥沙根据现场勘察，水库上游方向多年平均侵蚀模数为500t/km2•a，考虑到引水渠道的冲刷影响，将该系数调整为650t/km2•a，推算得水库多年泥沙输入量为2.275万t，折合体积为1.758万m3。96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院1.3地质1.3.1区域地质茶陵县地处罗霄山脉与茶（陵）永（兴）盆地的交界部分，区内地势总趋势是东南西低，东部为中、低山区，河流蜿蜓曲折，河谷多呈“V”型，山脉多呈NE与NW向绵延，以侵蚀～剥蚀地貌为主；西部（下游洣水流域）属茶陵～永兴中生代断陷盆地，多由浑圆形山丘组成，以侵蚀～堆积地貌为主。1.3.2工程地质和水文地质概况1）地形地貌老虎冲水库大坝位于茶陵县枣市镇田家村，属米水支流的永乐江上游，建成于1993年10月，经现场勘察现坝长140.00m，坝顶宽4.0m，坝高22.50m，坝顶高程182.50m。场地原始地貌单元为丘陵侵蚀～剥蚀地貌。（2）地层岩性场地地层岩性概述如下：A）强风化花岗岩（r52）层位编号①灰白～浅灰色，强风化，具原岩结构，节理裂隙发育，岩芯呈碎块状，短柱状，手捏可散。修建大坝时，坝体底部原有强风化花岗岩均已全部剥除，勘察过程中只见于坝体外侧的Zk4、zk5孔附近，层厚为1.40～1.80m，平均1.60m。B）强风化花岗岩（r52）层位编号②灰白～浅灰色，强风化，中粗粒结构，节理裂隙较发育，岩芯呈柱状，长度一般20～40cm，锤击可碎。96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院修建大坝时，坝全部原有的强化花岗岩有部分被挖除，勘察过程中zk1～zk5孔均有分布，层厚为1.40～1.42m，平均3.20m。（C）微风化花岗岩（r52）层位编号③灰白～浅灰色，强风化，中粗粒结构，岩芯完整，可见少量微裂隙，岩芯长度一般＞50cm。岩石质量指标RQT＞80，岩体基本质量等级为Ⅲ类。为场地下伏基岩，勘察过程中各孔均有揭露，揭露厚度1.00—2.50m，平均1.54m，该层未揭穿。3）地质构造及岩土物理力学性质场地位于茶陵县枣市镇田家村，根据攸县幅地质构造图，场地范围内不存在新构造运动和活断层发育，场院地是稳定的。岩土理力学性质，根据内岩土的工程地质性质试验资料（见附表3），强风化花岗岩②、微风化花岗岩③的单轴饱和抗压强度统计表见下表。项目岩石名称范围（Mpa）平均值（Mpa）标准值（Mpa）强风化花岗岩②35.5－39.037.135.0强风化花岗岩③60.6－73.366.362.04）水文地质条件A）浆砌石一般含上层滞水；强风化花岗岩节理裂隙发育，含较丰富的基岩裂隙潜水；弱风化花岗岩和微风化花岗岩少量节理裂隙发育，含弱基岩裂隙潜水。B）地下水补排条件水库地表水体是场地地下水的主要补给来源，地下水排泄方向为永乐江上游向永乐江中下游排泄。C）地下水对建筑材料的腐蚀性根据附近场地下水与米水地表的水质分析结果，判定场地地下水对钢筋混凝土结构中的钢筋不具腐蚀性。96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院水库库区地处低山丘陵地带，位于当地一低山的山间峡谷，枢纽位置两岸地势对峙，左右岸天然坡度陡峭，为30～40°。水库库区位于三面环山，库内中部较平坦，仅北面留一谷窄坡陡的弯曲峡谷口。库区地形较破碎，总的地貌以附近山峰为骨架，构成南部隆起，形成向北渐降低的地势，峡谷走向近南向，峡窄弯曲陡峻，小溪沿谷口向北流至湘江米水支流永乐江支流，是米江支流的主要上游源头之一。溪流走向基本与岩层走向平行，属纵向谷，随着地壳运动的间歇性上升和流水下切，形成岗谷交错的丘陵地貌，库内西高低，为溪谷、库岸山势陡峻，坡度30～45°。山体单薄，厚度为1.5～5m左右，仅在山岗、山坡的局部位置出露基岩。水库库区出露的基岩岩性比较单一，主要为白垩系上统戴家坪组（k2d）粗砂岩。风化强裂烈，节理发育密集，隙面光滑较为平整，其节理走向与层理面斜交，岩石被分割成块状。粗砂岩在库区是主要的岩层，为场地下伏稳定基层，局部区域含石英晶体或石英脉。第四系残、坡积土（Qp）,覆盖在基岩上，为红褐色粉质粘土，夹有少量碎石，厚度1.5～5m，为母岩风化堆积物或短距离搬运的洪冲积物，多堆积在库风的山坡下、溪谷出口处、河流两岸平原。库区岩层产状为N80°E·NW∠60°，倾向河的上游，岩层上部岩层间有横向裂缝，会产生库内渗漏，在岩层深处则结合密合，不会产生库风渗漏。河谷为纵向谷，整个岩体成单斜构造，无褶皱现象。库区未见全新世活动断裂，场地相对较为稳定，故此，该区自第四系以来，地质构造运行进入相对稳定期，其特征表现剥蚀、侵蚀构造低山和丘陵地貌。1.3.3天然建筑材料（1）土料区内土料主要为粗砂岩风化后形成的坡残坡积土，粘粒含量在30%左右，能够满足土坝的填筑要求，上层厚度一般为0.5～3.0m，分布较多。天然含水量25%左右，宜选择厚度稍大的土料场开采，土料料场距离该水库2km，储量>5万m396 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院，可通过上坝公路到达。（2）石料石灰岩质地坚硬，力学性良好，承载力高，抗风化能力较高，在库区附近蕴藏量大，开采方便，运距7km，是良好的建筑材料，但应采用新鲜、完整的石灰岩体。（3）砂砾料水库附近无砂、卵石，建议到距离该水库约22km的县城米水河沙石场采购，那里的砂、卵石储量大质量好，可满足施工需要。1.4工程规模和防洪安全复核1.4.1水库规模及特征水位复核（1）工程等级及设计标准老虎冲水库工程现状规模为最大坝高22.5m，总库容121万m3，按《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）的规定，属小（Ⅰ）型水库，其永久性水工建筑物大坝、溢洪道及放水设施均为4级水工建筑物，水库设计洪水标准为50年一遇（P=2%），校核洪水标准为500年一遇（P=0.2%），消能防冲设施设计洪水标准为20年一遇（P=5%）。（2）死水位及死库容水库所在地的高程高于灌区高程，死水位不受灌溉高程的限制，按入库泥沙淤积情况确定死库容。根据泥沙估算成果，水库总输沙量为2.275万吨，折合体积为1.758万m3。水库除险加固后使用年限按50年计，则淤沙体积为2.5万m3。对应库容曲线的高程为162.4m，考虑到最低水位时下游供水流量的要求，确定死水位为163m，相应的死库容为2.0万m3。（3）正常蓄水位的确定96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院本次除险加固维持原正常蓄水位180.2m不变，而正常库容从新库容曲线上查得105.5万m3，兴利库容为103.5万m3。（4）水库防洪及洪水位水库调洪方式：采用改建的溢洪道泄洪，当入库洪水到来时，维持库水位为正常蓄水位180.2m，当库水位超过正常蓄水位时，由溢洪道渲泄洪水，直至洪水结束。水库50年一遇设计洪水位为181.55m，水库500年一遇校核洪水位为182.14。1.4.2坝顶高程复核根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）和《水库大坝安全评价导则》（SL258-2000）的有关规定，对老虎冲水库挡洪建筑物的顶部高程进行了复核，计算坝顶高程满足规范要求。详见表1.2：老虎冲水库大坝坝顶高程复核表表1-2运用条件水位（m）波浪爬高R(m)风壅水面高度e（m）安全加高A（m）坝顶超高现有坝顶高程（m）要求坝顶高程（m）正常运用181.550.810.0050.51.31182.5182.86非常运用182.140.780.0020.31.09182.5183.23因此，上述计算的Z设、Z校分别为182.86m、183.23m，非常运用条件下要求坝顶高程高于目前大坝现有坝顶高程182.5m，因此，大坝坝顶高程设定为183.3m。1.5工程布置及建筑物1.5.1工程等别及设计标准老虎冲水库工程现状规模为最大坝高22.5m，总库容121万m3，按《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）的规定，属小（Ⅰ）型96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院水库，其永久性水工建筑物大坝、溢洪道及放水设施均为4级，水库设计洪水标准为50年一遇（P=2%），校核洪水标准为500年一遇（P=0.2%）。1.5.2工程布置及主要建筑物根据枢纽工程主要建筑物存在的病险，本次除险加固计划对大坝加高、培厚；新开溢洪道，浆砌块石挡墙；完善大坝外坡排水设施；大坝内坡砼护坡。根据地形条件，溢洪道布置在水库库尾离大坝900m长的左侧山沟中，型式型式为正槽开敞式。（一）大坝老虎冲水库运行以来，大坝一直存在防洪标准未达设计要求，大坝渗流未满足规范，坝体结构稳定欠佳，所以，每年汛期水库都控制运行，水库效益不能正常发挥。结合坝址地形条件，考虑在大坝外坡设排水设施，大坝内坡衬护，坝脚排水棱体按规范重做，大坝外坡培厚加固，坝顶加高0.8m。1）大坝外坡完善排水设施该大坝建成时，外坡排水网沟已竣工，但未衬护，年久日长，水沟於塞，沟网破损，不具备应有的排水功能，雨水满坡冲流，造成坝体沟蚀严重。这次除险加固，设计将大坝外坡纵横排水网沟疏通，开挖整修成宽0.3m，深0.24m，两侧砌砖，底板浇筑C15砼的排水沟。2）大坝内坡衬护老虎冲水库大坝1991年修建时，就地取材，用红砂砾岩将大坝内坡全部进行了衬护，但终因红砂岩结构极易水蚀风化，加之又经历了十多年的风、雨、雪蚀，坝内坡面红砂砾岩石早已基本全部风化，坝坡面风浪冲蚀更为严重，直接威胁着大坝安全。所以，此次计划除险加固，设计将大坝迎水坡面采用砼六角块护砌。衬护时先将大坝内坡面进行修整，再在坡面上铺盖0.1m厚的砂砾石，然后在砂砾石面上铺砼六角块0.12m厚。3）坝体外坡加固培厚，大坝加高，堆石棱体重做96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院老虎冲水库修建时，因资金困难原因，大坝堆石排水棱体不规范且未达到设计高度，坝体外坡坡陡，结构稳定欠佳。此次加固，按规范设计要求将大坝外坡培培厚加固，坡比放缓，坝脚堆石棱体按规范重建。（4）新开溢洪道溢洪道布置在大坝左岸库尾山沟中，山沟宽若50m，长180m，地面高程184.5m。山沟内基础为粘壤土，新开溢洪道型式为正槽开敞式，溢洪道进口底板高程为180.2m，进口宽10m，长178m，前10m纵坡i=0，未端渐变至宽5m，全长10m,纵坡i=1/20，后158m，宽5m，纵坡为1/2000。溢洪道两岸采用水泥浆砌块石挡墙护岸，底板采用C15砼护，出口有一口小山塘，可作消能之用，塘出口为自然荒地山沟与槽柏自然江相连。（五）金属结构输水隧洞已有底涵进口启闭设备，包括斜拉式启闭机和铸铁闸门，93年投入使用，由于维护状况良好，不需更换，仅作维护即可。1.6施工组织设计1.6.1施工条件老虎冲水库位于茶陵县枣市镇田家村，距县城直线距离22km，距国道4公里，有4m宽的水泥硬化村道公路连接省道320线直通相隔水库大坝1000m处的村庄，因此交通便利。但坝址以下约1000km为砂石路，路面不平整，路况较差，需维修后才能满足施工运输的要求。工程所需的水泥可在距水库12.5公里的岩口水泥厂采购；工程所需的汽（柴）油、木材由茶陵县城采购供应。工程所需的块石料从7公里外的海潭石料场采购运至工地。工程所需的碎石料及砂料可从洣水河砂石场采购。工程施工用电，目前供电380v输电线路已到离大坝500m处的村庄。工程施工用水可直接从水库内抽取。1.6.2建筑物施工96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院（一）大坝施工坝后清基：采用1.0m3挖掘机挖装4.5T自卸汽车运至弃碴场。大坝清表：主要清除50cm厚大坝表层蠕动变形的坝土等，用1.0m3挖掘机挖装，集渣后由5T自卸汽车运至下游弃碴场。大坝培厚：用5T自卸汽车将粘土从2km处的料场运送至坝址，以双胶轮车运至填筑工作面，人工摊铺土料，再以蛙式打夯机夯实。（二）溢洪道施工根据现场地形、地质条件、设计用挖机、铲机将大坝左岸库尾山沟180m长按溢洪道设计断面开挖成型，然后，西岸采用水泥浆砌块石护岸，底板C15砼衬护。1.6.3主要施工工厂设施混凝土主要用于新建溢洪道底板衬砌和大坝上游坡护坡，使用地点相对集中，采用2台0.4m3移动式搅拌机生产，坝顶设一台，负责大坝上游护坡混凝土生产；溢洪道旁设一台，负责溢洪道底板浇筑所需混凝土。供水对象有：浆砌用砂浆、混凝土拌和及养护等。所有施工用水均从水库内抽取，用2台IS100-65-315B型水泵抽水。目前水库枢纽区附近已架设380v输电线路，距施工区若500m，因施工电器负荷不大，可采用380V输电线路接入施工现场。1.6.4施工总体布置根据施工地点分布情况和场地条件，主要布置有大坝和溢洪道两个区。大坝施工区主要布置于大坝和附近地区。区内包括水库大坝内、外坡、大坝右端山坡平地、入库公路等，占地面积18360m2。辅助区布置于大坝左岸库尾，主要设施有材料仓库、混凝土制备系统及供水供电照明系统，占地面积14250m2，建筑面积3880m2。考虑到施工用人工主要从当地居民中获得，因此水库施工不设生活区。1.6.5施工进度及工期根据本次除险加固工程的规模和施工场地条件，工程总工期定为150天96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院，即从2008年的10月下旬至2009年3月底，具体安排如下：2008年10月下旬为施工准备期，主要完成1000m水库进场公路初步整修、水库大坝坡面初步修整、供水供电线路架设及材料加工用房建筑等。2008年11月上旬至12月下旬为主体工程施工期，完成水库内坡预制砼六角块预制，大坝外坡脚堆石棱体砌筑，溢洪道开挖。2009年1月上旬～2月上旬，完成溢洪道砼衬护，大坝内坡培厚加固，大坝内坡整修、砂石垫层铺设。2009年2月中旬～下旬，大坝内坡砼主角铺筑、外坡排水沟网建筑和大坝外坡面铺植草皮及工程扫尾、竣工验收期。1.7工程管理老虎冲水库设有专管机构，由枣市镇负责水库枢纽和灌区的全面管理工作，水管站现有编制人员16人，现有大小各类破旧房间1栋，房屋面积100m２，管理人员经费来源为收缴水费，水管站对大坝安全管理制订有管理制度，汛期每天有专人一次大坝巡查，在雨天特别是高水位时期每天进行多次检查。1.8环境保护设计老虎冲水库的功能是以灌溉为主，兼顾养殖的小（Ⅰ）型水库。本工程整治的水土流失范围主要针对大坝施工区、场内施工道路、溢洪道及取土区进行。有效措施是林草措施和工程措施相结合，根据实际情况，在遭扰动原地面进行场地平整、挖临时排水沟等工程措施的基础上，进行植树种草，并同环境保护措施相协调，搞好工程环境的绿化工作。此次除险加固设计，对区域生态影响甚微，水质不会受到影响。1.9设计概算1.9.1编制原则及依据96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院1、文件依据：1）湖南省水利厅湘水建管[1998]16号文颁发的《湖南省水利水电工程设计概（估）算编制规定》；2、定额依据1）建筑工程执行水利部水总[2002]116号文颁发的《水利建筑工程预算定额》（上、下册），因投资概算阶段，故单价乘以1.05的扩大系数2）施工机械台时费执行水利部水总[2002]116号文颁发的《水利工程施工机械台时费定额》。3、基础单价1）人工预算单价：根据水利部水总[2002]116号文的有关规定，并结合湖南省水利水电行业的实际情况进行分析，人工预算单价如下：工长9.87元/工时，高级工9.32元/工时，中级工7.22元/工时，初级工5.6元/工时；2）主要材料预算价格材料单价按当地市场价格加运费，其中水泥350元/t，河砂50元/m3，、砾石50元/m3，块石70元m3，次要材料价格采用当地市场价。1.9.2、投资性能指标老虎冲水库除险加固工程总投资为244.15万元。其中建筑工程为173.8万元，机电工程为15.75万元，临时工程为6.71万元，其它费用为36.26万元，基本预备费为11.63万元。1.10经济评价一、国民经济评价老虎冲水库经济评价的依据有《水利建设项目经济评价规范》(SL72-94)以及省、市有关水费征收办法等文件，投入和产出按2007年10月现行价格水平。水库是以灌溉为主，兼有下游农田和村镇防洪的综合利用水库，其直接经济效益主要为农业灌溉88.13万元。主要评价指标如表1-3。96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院国民经济评价指标表表1-3评价指标指标值经济净现值(万元，Ic=12%)343经济内部收益率（%）32.65经济效益费用比2.453从上表可看出，项目经济内部收益率大于12%，经济净现值大于零，经济效益费用比大于1.0，各项指标均满足《规范》要求。所以该项目在经济上是可行的。二、财务评价本项目经财务分析，当供水水价取供水成本水价0.10元/m3时，评价指标不满足规范要求。在适当提高水价的前提下，各项财务分析指标满足规范要求，因此，本项目建议供水水价为0.25元/m3，供上级有关部门参考。综上所述，本工程是社会效益显著的工程，为经济上合理，财务上可行的建设项目，建议尽早实施。1.11结论及今后工作建议一、结论老虎冲水库的功能是以灌溉为主，兼有下游农田和村镇的防洪，水库一旦失事，将直接威胁下游三个村3000人的生命财产安全，对下游5000亩农田，1.5公里国道将造成破坏，其经济损失和政治影响是不可估量的，因此，老虎冲水库的安全性具有十分重要的意义。为保障水库效益的正常发挥及下游国家和人民的生命财产安全，对老虎冲水库进行除险加固是十分迫切和必要的。二、对运行管理或除险加固的意见和建议根据老虎冲水库工程及运行管理现状存在的问题，结合安全分析论证结果，建议采取以下措施：96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院1、大坝①坝脚堆石排水棱体重建。②上游坡面护坡，防止风浪冲刷。③大坝外坡培厚加固，坝顶加高0.8m。④完善大坝背水面的排水设施。2、溢洪道：新开并衬护。3、输水建筑物：维修放水闸及启闭设施。4、运行管理：添置防汛及日常管理设备、改善管理所工作条件、配置大坝水情观测设施，加强大坝的观测，科学调度，保证水库的安全运行。96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院2水文2.1流域工程概况2.1.1流域自然地理条件洣水为湘江的一级支流。河长296km，集水面积为10305km2，占湘水流域面积的10.9%，流域平均坡降为1.01‰。它发源于株洲市炎陵县与郴州市桂东县交界处的八面山主峰北麓桂东一侧。洣水流域地势东南高、西北低。东以万洋山与赣江支流禾水遂川为界；南抵资兴八面山，与耒水上游分界；北与洣水以矮山岭为界，西北连湘水。干流流向大致由东南向西北。地貌上明显分为上游高山区，中下游丘陵低山区。浣溪圩以上为上游，属山区，海拔一般在1000m左右，源头高山海拔在1600m以上。此区山岭高峻，平地很少，河谷深切，河床狭窄，险滩毗连，地表植被良好，森林茂密。浣溪以下，河谷开阔，水流减缓，河床比降为0.24～1.2‰，海拔一般在70～150m左右。浣溪圩至茶陵城附近为丘陵盆地，沿干流间有较大平地。茶陵城以下至浣溪圩又为峡谷；浣溪圩至石硖又为盆地丘陵地区，两岸开阔，平地更多，石硖至甘溪，又出现一段峡谷，河中有小岳洲，大岳洲，回水滩等险滩；两岸高山多在100m以内，山上树木不多，然杂草茂密；甘溪以下至河口，属于衡阳赤盆地范围。洣水干流及其主要支流的降水量都比较丰富，河床坡降大，蕴藏了丰富的水能资源。洣水流域内，流域面积在700km2以上较大支流除源流斜濑水外共5条，左有永乐江，右有河漠水、沔水、茶水、攸水4条。洣水及其支流的主要特征见表2-1。96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院洣水及其主要支流特征表表2-1河流名称发源地点河长（km）流域面积（km2）平均比降（‰）洣水炎陵县八面山296103051.01河漠水江西省遂川县889047.93沔水炎陵县万洋山1007755.63茶水茶陵县八团599176.00攸水江西省莲花县11511961.84永乐江资兴市太平寮21025721.902.1.2气象条件水库所在的洣水流域，属亚热带气候，春湿秋燥，夏热之间多为梅雨，多年平均气温17.9℃，极端最高气温40℃，极端最低气温-9.9℃，多年平均日照时数为1715.9h，多年平均相对湿度78%，多年平均风速2.8m3/s，历年最大风速24m/s，多年平均降雨为1394.2mm，最大降雨量为2250.4mm，最小降雨量为799.0mm，每年降雨量分布不均匀，暴雨频繁期为每年4～9月的汛期，5～6月为主汛期。2.1.3水库工程特性水库是以灌溉为主，兼顾养殖的小（Ⅰ）型水库。该工程于1991年10月兴建，1993年10月竣工，1994年蓄水。正常蓄水位相应库容105.5万m3，其中死库容2.0万m3，兴利库容103.5万m3。正常蓄水位180.20m，设计洪水位181.55m，校核洪水位182.14m，为砂壤土均质坝。2.1.4水库库容曲线老虎冲水库库容水面曲线及高程数据由茶陵县水利局根据地形图复核后提供。96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院老虎冲水库水位～库容曲线表表2-2水位（m）163.0167.5171.5175.5179.5179.9180.2181.25库容（万m3）2.07.021.547941001151212.2设计洪水计算2.2.1洪水设计标准的确定老虎冲水库正常蓄水位180.2m，相应库容105.5m3，设计灌溉面积4400万亩，上游引水入库集雨面积3km2，引水渠道最大引用流量1.0m3/s。本次设计按照《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）的规定，确定枢纽属Ⅳ等工程，主要建筑物级别为4级，设计洪水标准为50年一遇，设计洪峰流量9.23m3/s，校核洪水标准500年一遇，校核洪峰流量13.35m3/s。2.2.2设计暴雨及其分配老虎冲水库频率p＝2％的24小时暴雨、净雨分配、净雨强度和洪水过程线的计算分别如表2-3、2-4、2-5所示；频率p＝0.2％的24小时暴雨、净雨分配、净雨强度96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院的计算分别如表2-6、2-7、2-8所示；频率p＝5％的24小时暴雨、净雨分配、净雨强度的计算分别如表2-9、2-10、2-11所示。96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院表2-3　老虎冲24小时暴雨查算表（P＝2％）工程名称老虎冲计算频率（%）P=2.0%H24点均=93H24点=209.25n2=0.630H1面=78.2植被情况一般集雨面积（km2）F=1.0Cv=0.45a=0.999n3=0.769H3面=117.4暴雨一致区第二区干流长度（km）L=1.51Cs=3.5Cv=1.58H24面=209.0θ=4.76H6面=151.8产流分区第Ⅰ区干流平均坡降（‰）J=0.032Kp=2.25ψ=0.7平均线m值0.311H12面=178.1表2-4　老虎冲24小时暴雨净雨分配计算表（P＝2％）时段123456789101112131415161718192021222324合计设计24小时降雨各时段雨量位置及所占百分数H1=78.2　　　　　　　　　　　　　　　　100.0　　　　　　　78.2　　　　　　　　　　　　　　　　78.2　　　　　　　H3-H1=39.2　　　　　　　　　　　　　　　51.3　48.7　　　　　　39.2　　　　　　　　　　　　　　　20.1　19.1　　　　　　H6-H3=34.3　　　　　　　　　　　　　21.637.6　　　40.8　　　　　34.3　　　　　　　　　　　　　7.412.9　　　14.0　　　　　H12-H6=26.4　　　　　　　　11.612.814.019.521.4　　　　　　20.7　　　　26.4　　　　　　　　3.13.43.75.15.6　　　　　　5.5　　　　H24-H12=30.91.03.03.04.05.111.112.213.1　　　　　　　　　　　　17.211.111.18.130.90.30.90.91.21.63.43.84.1　　　　　　　　　　　　5.33.43.42.5Ht0.30.90.91.21.63.43.84.13.13.43.75.15.67.412.920.178.219.119.114.05.55.33.43.4209.0I0=30R总　　　　　　　　　　　1.55.67.412.920.178.219.119.114.05.55.33.43.4179.0R上=＊R总　　　　　　　　　　　1.03.95.29.014.154.713.49.83.83.72.42.41.8125.396 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院表2-5　老虎冲24小时暴雨时段净雨强度计算表（P＝2％）时段（t）123456789101112131415161718192021222324合计R上大→小54.714.113.49.89.05.23.93.83.72.42.41.81.0　　　　　　　　　　　125.3∑R上54.768.882.292.0101.0106.2110.2114.0117.7120.1122.5124.3125.3　　　　　　　　　　　　Rt/t54.734.427.423.020.217.715.714.213.112.011.110.49.6　　　　　　　　　　　　采用图解试算法求得净峰流量Qm及汇流历时τ：Qm=11.4m3/sτ=2.32h　已知R上=125.3.mm，Qm=11.4m3/s，F=1.0km2，求∑Qi：∑Qi=R上×F/3.6/△t=34.8m3/s（△t=1）峰量比Qm/∑Qi=0.327R下=53.7mm　Qi～过程的地面径流过程底宽B为2小时，则：Qm地=FR下/3.6/△t/B=7.46△Q地=3.73　表2-6　老虎冲24小时暴雨查算表（P＝0.2％）工程名称老虎冲计算频率（%）P=0.20%H24点均=93H24点=292.02n2=0.594H1==99.2植被情况一般集雨面积（km2）F=0.6Cv=0.45a=0.999n3=0.747H3=155.0暴雨一致区第二区干流长度（km）L=1.14Cs=3.5Cv=1.58H24面=291.7θ=4.76H6=205.4产流分区第Ⅰ区干流平均坡降（‰）J=0.032Kp=3.14ψ=0.85平均线m值0.311H12=244.896 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院表2-7老虎冲24小时暴雨净雨分配计算表（P＝0.2％）时段123456789101112131415161718192021222324合计设计24小时降雨各时段雨量位置及所占百分数H1=99.2　　　　　　　　　　　　　　　　100.0　　　　　　　99.2　　　　　　　　　　　　　　　　99.2　　　　　　　H3-H1=55.8　　　　　　　　　　　　　　　51.3　48.7　　　　　　55.8　　　　　　　　　　　　　　　28.6　27.2　　　　　　H6-H3=50.4　　　　　　　　　　　　　21.637.6　　　40.8　　　　　50.4　　　　　　　　　　　　　10.918.9　　　20.6　　　　　H12-H6=39.4　　　　　　　　11.612.814.019.521.4　　　　　　20.7　　　　39.4　　　　　　　　4.65.05.57.78.4　　　　　　8.2　　　　H24-H12=46.91.03.03.04.05.111.112.213.1　　　　　　　　　　　　17.211.111.18.146.90.51.41.41.92.45.25.76.1　　　　　　　　　　　　8.15.25.23.8Ht0.51.41.41.92.45.25.76.14.65.05.57.78.410.918.928.699.227.220.68.28.15.25.23.8291.7I0=30R总　　　　　　　　　4.25.57.78.410.918.928.699.227.220.68.28.15.25.23.8261.7R上=＊R总　　　　　　　　　3.64.76.57.29.316.124.384.423.117.56.96.94.44.43.2222.5表2-8老虎冲24小时暴雨时段净雨强度计算表（P＝0.2％）时段（t）123456789101112131415161718192021222324合计R上大→小84.424.323.117.516.19.37.26.96.96.54.74.44.43.63.2　　　　　　　　　209.4∑R上84.4108.7131.8149.3165.4174.6181.8188.7195.6202.1206.8211.2215.6219.2222.5　　　　　　　　　　Rt/t84.454.343.937.333.129.126.023.621.720.218.817.616.615.714.8　　　　　　　　　　采用图解试算法求得净峰流量Qm及汇流历时τ：Qm=11.4m3/sτ=2.32h　96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院已知R上=222.5mm，Qm=11.4m3/s，F=1.0km2，求∑Qi：∑Qi=R上×F/3.6/△t=61.8m3/s（△t=1）峰量比Qm/∑Qi=0.184R下=39.3　Qi～过程的地面径流过程底宽B为29小时，则：Qm地=FR下/3.6/△t/B=0.38△Q地=0.01　表2-9　老虎冲24小时暴雨查算表（P＝5％）工程名称老虎冲计算频率（%）P=5%H24点均=93H24点=174.84n2=0.63H1=65.3植被情况一般集雨面积（km2）F=0.6Cv=0.45a=0.999n3=0.768H3=98.0暴雨一致区第二区干流长度（km）L=1.14Cs=3.5Cv=1.58H24面=174.7θ=4.76H6=126.6产流分区第Ⅰ区干流平均坡降（‰）J=0.023Kp=1.88ψ=0.68平均线m值0.311H12=148.7表2-10老虎冲24小时暴雨净雨分配计算表（P＝5％）时段123456789101112131415161718192021222324合计设计24小时降雨各时段雨量位置及所占百分数H1=65.3100.065.365.3H3-H1=32.751.348.732.716.815.9H6-H3=28.621.637.640.828.66.210.811.7H12-H6=22.111.612.814.019.521.420.722.12.62.83.14.34.74.6H24-H12=25.91.03.03.04.05.111.112.213.117.211.111.18.125.90.30.80.81.01.32.93.23.44.52.92.92.1Ht0.30.80.81.01.32.93.23.42.62.83.14.34.76.210.816.865.315.911.74.64.52.92.92.1174.7I0=30R总1.16.210.816.865.315.911.74.64.52.92.92.1144.796 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院R上=＊R总0.84.27.311.444.410.87.93.13.02.02.01.498.4表2-11老虎冲24小时暴雨时段净雨强度计算表（P＝5％）时段（t）123456789101112131415161718192021222324合计R上大→小44.411.410.87.97.34.23.13.02.02.01.40.898.4∑R上44.455.866.674.681.986.189.292.394.296.297.698.4Rt/t44.427.922.218.616.414.412.711.510.59.68.98.2采用图解试算法求得净峰流量Qm及汇流历时τ：Qm=11.4m3/sτ=2.32h已知R上=98.4mm，Qm=11.4m3/s，F=1.0km2，求∑Qi：∑Qi=R上×F/3.6/△t=27.3m3/s（△t=1）峰量比Qm/∑Qi=0.416R下=46.3Qi～过程的地面径流过程底宽B为2小时，则：Qm地=FR下/3.6/△t/B=6.43△Q地=3.2196 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院2.2.3设计洪水由于老虎冲水库没有开展水位、降雨、气象等水文观测，控制区域内无实测洪水资料。因而在本次分析计算中，采用《湖南省暴雨查算手册》（1984版本）推求不同频率下的洪峰流量以及洪水过程线。各频率的设计洪水成果见表2-12。洪水过程见表2-13、2-14、2-15。老虎冲水库洪水计算成果表表2-12频率峰量设计情况(P=2%)校核情况(P=0.2%)P=5%洪峰Qm(m3/s)9.2313.358.52洪量W24(万m3)17.9726.2316.3最大下泄流量qm（m3/s）6.58.25.3各频率洪水过程线如图2.2、2.3、2.4所示。图2.296 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院图2.3图2.496 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院2.2.4洪水成果的合理性检查老虎冲水库大坝安全评价阶段和现阶段分别对坝址洪水进行了计算，两阶段的设计洪水成果见表2-16。表2-16老虎冲水库坝址个阶段洪水计算成果表阶段各频率洪峰流量(m3/s)P=0.2%P=2%P=5%安全评价13.259.23初步设计13.259.238.52由于初步设计阶段的洪水计算将上游1.8km2的引水区域影响考虑在内，因此初步设计阶段的成果大于安全评价阶段，鉴于水库坝高较大，接纳上游1.8km2来水后仍有富余，因此采用本次的洪水计算成果作为设计依据。根据株洲地区18座小I型水库洪水计算成果的统计资料分析，2%洪量模数均值为19.69万m3/km2，洪峰模数均值为8.45m3/km2，0.2%洪量模数均值为28.64万m3/km2，洪峰模数均值为12.54m3/km2。本次计算求得老虎冲水库2%洪量模数为29.16万m3/km2，洪峰模数为13.3m3/km2，0.2%洪量模数为38.77万m3/km2，洪峰模数为17.2m3/km2。普遍大于均值，这是由于水库集雨面积小，产汇流时间短造成的，因此本次计算成果合理，可作为设计依据。2.3泥沙估算根据现场勘察，水库上游方向多年平均侵蚀模数为500t/km2•a，属于微度侵蚀区，考虑到引水渠道的冲刷造成新的泥沙淤积，将该系数调整为650t/km2•a，推算得水库多年泥沙输入量为2.275万t，折合淤积体积为1.758万m3，对应库容曲线的高程为164.2m。96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院2.4水库特征水位复核2.4.1死水位确定老虎冲水库所在地的高程高于灌区高程，死水位不受灌溉高程的限制，按入库泥沙淤积情况确定死库容。根据泥沙估算成果，水库总输沙量为2.275万吨，折合体积为1.758万m3。水库除险加固后使用年限按50年计，则淤沙体积为2.5万m3。对应库容曲线的高程为163.2m，考虑到最低水位时下游供水流量的要求，确定死水位为163m，相应的死库容为2.0万m3。2.4.2正常蓄水位及其库容复核老虎冲水库原正常蓄水位为180.2m，相应正常库容为105.5万m3，本次除险加固初步设计本着不改变水库原规模的原则，维持原正常蓄水位180.2m，正常库容105.5m3不变。2.4.3洪水位及其库容复核根据洪水分析结果，已求得水库坝址断面设计洪水过程，见表2-17。老虎冲水库设计洪水流量成果表表2-17计算方法各频率(%)设计值备注0.22推理公式法13.359.232.4.3.1调洪演算原则老虎冲水库溢洪道布置在大坝左端库尾96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院，为正槽开敞式溢洪道，进口底板高程为180.20m，溢洪道长178m，出口为自然山沟红石岩基础长820m与曹柏自然江相接。调洪演算的基本原则为：在正常蓄水位（180.2m）开始起调，同时为保证水库安全起见，调洪演算时只考虑溢洪道的泄流能力，其它输水设施均不参与泄洪。2.4.3.2调洪结果根据调洪演算的基本原则和基本资料，利用调洪演算的基本方程，求得老虎冲水库调洪计算结果见表2-18。老虎冲水库调洪演算成果表表2-18洪水频率（%）洪峰流量（m3/s）起调水位（m）坝前最高水库水位（m）最下大泄流量（m3/s）P=29.23180.2181.556.5P=0.213.35180.2182.148.2水库水位特征值如下：水库正常蓄水位：180.2m；水库设计洪水位：181.55m（P=2%）；水库校核洪水位：182.14m（P=0.2%）。96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院3工程地质3.1工程概况本枢纽工程多年运行中，出现了诸多问题，为查清产生问题的原因，受茶陵县水利局的委托，我院组织人员于2007年11月进场施工，对大坝进行了除险加固设计阶段的工程地质勘查，完成的工程地质工程量如下表3-1：工作量完成情况统计表表3-1序号工作项目单位数量备注1区域地质调查及测量km21.02钻探进尺m/孔144.7/73土样件214标准贯入试验次415压水试验段66注水试验段33.2库区地质3.2.1地层及构造水库库区地处低山丘陵地带，位于当地一低山的山间峡谷，枢纽位置两岸地势对峙，左右岸天然坡度陡峭，为30°～40°。水库库区位于三面环山，库内中部较平坦，仅东南面留一谷窄坡陡的弯曲峡谷口。库区地形较破碎，总的地貌以附近山峰为骨架，构成南部隆起，形成向东南渐降低的地势，峡谷走向近南向，峡窄弯曲陡峻，小溪沿谷口向南流至湘江洣水支流永乐江支流，是湘江米水支流的主要上游源头之一。溪流走向基本与岩层走向平行，属纵向谷.随着地壳运动的间歇性上升和流水下切，形成岗谷交错的丘陵地貌，库内西北高东南低，为溪谷，库岸山势陡峻，坡度30～45°，山体单薄，96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院地表植被发育，山坡植被较好，局部有较轻微的水土流失。第四系残积覆盖层较薄，厚度为1.0-2m左右，山岗、山坡的局部位置已出露基岩。水库库区出露的基岩岩性比较单一，主要为白垩系上统戴家坪组（K2d）粗砂岩。风化强烈，节理发育密集，隙面光滑较为平整，其节理走向与层理面斜交，岩石被分割成块状。粗砂岩层在库区是主要的岩层，为场地下伏稳定基岩，局部区域含石英晶体或石英脉。第四系残、坡积土(Qp)，覆盖在基岩上，为红褐色粉质粘土，夹有少量碎石，厚度1.0～2m，为母岩风化堆积物或短距离搬运的洪冲积物，多堆积在库内的山坡下、溪谷出口处、河流两岸平原。库区岩层产状为N80°E·NW∠60°，倾向河的上游，岩层上部岩层间有横向裂缝，会产生库内渗漏，在岩层深处则结合密合，不会产生库内渗漏。河谷为纵向谷，整个岩体成单斜构造，无褶皱现象。3.2.2地貌及不良物理地质现象库区未见全新世活动断裂，场地相对较为稳定，故此，该区自第四系以来，地质构造运动进入相对稳定期，其特征表现剥蚀、侵蚀构造低山和丘陵地貌。3.2.3水文地质条件库区水文地质较为简单，根据地表调查，地表水为库水和溪流。地下水主要为基岩风化裂隙水，贮存于基岩节理裂隙及风化裂隙之中，较为贫乏。地下水主要接受大气降水及库水补给，向溪谷低地排泄，水文条件较为单一。库区地下水主要为碳酸盐岩类岩溶水和松散岩类孔隙水。大坝左侧下游约100m处有岩溶泉水出露，实测泉流量达3L/s。泉水与库水位连通，随库水位的升高而增大。水库属亚热带季风气候区，据株州水文站的实测资料分析，多年平均降雨量1410mm。96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院3.2.4库岸稳定和水库泥沙水库属峡谷，库岸上覆地层的分布较为稳定，库区植被发育，但仍有高6～20m的陡坡，经30多年的雨水淋蚀、风雨剥蚀及库水冲刷，边坡已趋于稳定，水库正常高水位以内，库区不存在向邻谷渗漏的途径，但存在向下游渗漏的途径和水库淤积较严重等问题。由于库区正常高水位以内为强风化粗砂岩及其残坡积土，其水稳定性较差；强风化层和残坡积土又为中等透水地层。因此，库区存在向下游渗透的途径（即存在地下水渗流通道），目前库区水位为死水位以下，大坝坡脚仍存在渗漏区，其渗漏量有相当一部分来自库区渗漏。随着溪流补充库水及雨水淋蚀、风雨剥蚀及库水冲刷等，也带来了大量的泥砂淤积，目前库区淤积厚度约为0.5-3.0m，淤积库容约1.4万m3。3.3坝址工程地质3.3.1地形地貌坝址为溪谷型（坝址中部山谷原为小溪，大坝是在溪谷上清除第四系坡、残积土填筑而成），两岸山坡基本对称，左右岸天然坡度为30°～45°。河流走向基本与岩层走向平行，属纵向谷。沟谷走向近北向，峡窄弯曲陡峻，小溪沿谷口流至湘江洣水支流永乐江。3.3.2地层岩性及地质构造3.3.2.1地层岩性坝址基岩为白垩系上统戴家坪组（K2d）粗砂岩，第四系覆盖层为坡残积土和少量冲洪积土。粗砂岩（K2d）：红褐色，主要矿物成份为长石、石英、云母及粘土矿物等，粗粒结构，中厚层状，含15-20％石英质圆砾。强风化层以泥质胶结为主，弱风化层以96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院铁、钙质胶结为主。节理裂隙发育，隙面光滑。第四系粉质粘土(Qp)：在粗砂岩上为第四系覆盖层，为残、坡积土，红黄色，不均匀含10-20%的中-粗砂，并夹有少量碎石，厚度1.0～2m，为母岩风化堆积物或短距离搬运的洪冲积物，多堆积在库内的山坡下和溪谷出口处。从钻探资料来看，坝址区第四系地层已被清除。3.3.2.2地质构造坝址区地层主要为泥质粉砂岩，在坝址中轴线上，岩层走向大致为N80°E·NW∠60°，倾向河的上游，成为一个单斜构造，此处河谷方向与走向近于平行，为一纵切河谷。坝址区未见全新世活动断裂，场地相对较为稳定。坝址区强风化岩石节理裂隙较为发育，主要表现为三组，（1）组：层节理，产状N20°～25°E·NW∠60°～70°，节理面基本闭合或微张开，表面粗糙不平，附泥，密集，频度10～15条/m；(2)组：横节理，产状N30°～45°E·NW∠40°～60°，节理面微张开，表面粗糙不平，附泥，密集，频度9～12条/m，与河床走向近于平行，不利于坝基防渗；(3)组：纵节理，产状N25°～45°W·NE∠50°～70°，节理面闭合或微张开，表面粗糙不平，附泥，密集，频度7～9条/m。弱风化岩石节理裂隙相对不发育。3.3.3水文地质坝址区地下水也主要为基岩风化裂隙水，一方面接受大气降水补给直接向河谷排泄，另一方面接受库水补给，通过坝基及坝体向下游排泄。本次勘察在ZK1、ZK2、ZK3钻孔中进行了压水试验，成果表3-2。该基岩的强风化层为中等透水层，中风化层为弱透水层。96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院钻孔压水试验成果表表3-2钻孔编号孔口高程（m）建基面高程（m）试验高程（m）透水率（Lu）试验高程（m）透水率（Lu）ZK1190.3174.2174.2-169.125.6169.1-163.54.9ZK2190.3160.9160.9-155.825.6155.8-150.35.2ZK3190.3170.7170.7-165.333.4165.3-159.75.43.3.4主要物理地质现象强风化粗砂岩为红褐色，裂隙特发育，隙面光滑。裂隙延伸远，多呈张开状，大部分矿物已风化变质，甚至泥化而成为粘土矿物。由于富含粘土矿物，致使局部区域软硬不均，并且使该岩石具有遇水易软化、失水易龟裂之特点。岩性软，遇水极易软化，岩块用手易折断捏碎，层厚5.1～5.4m，为中等透水地层。弱风化岩为红褐色，裂隙较发育，上部多呈张开状，下部多呈闭合状，裂隙面零星被黑色铁锰质浸染，裂隙延伸较远，隙面矿物部分发生蚀变。部分裂隙被石英、方解石脉充填，岩性较软，遇水易软化，岩块锤击方碎，揭露厚度5.5～5.6m，为弱透水地层。3.3.5枢纽区存在主要问题及评价3.3.5.1坝体该工程于1991年10月兴建，1993年10月竣工，1994年蓄水，为均质坝，坝顶高程182.5m，最大坝高22.5m，坝顶轴长140m，坝顶宽4m，大坝上游坡面自上而下的坡比分别为1：2.0、1：2.5、1:3.0；大坝下游坡面自上而下的坡比分别为1：1.9、1：2.1、1:2.2。上游干砌红石岩护坡，下游草皮护坡；下游坡面无排水沟、坝脚有排水棱体。大坝是在山谷小溪上清除第四系地层填筑而成，取土来自坝址坝肩两岸山坡。由于坝体96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院下游区为山坡及坡脚坡、残积土填筑而成，心墙及坝壳上游区为田底洼地废土填筑而成，填筑后渗透系数较大，导致坝体渗漏量大，浸润线偏高。目前渗水量约2-3L/s，严重危及大坝的安全。下游坡脚设有不规则多边形排水棱体，因长期渗漏和风化严重，导滤体已被土粒堵塞，下游排水棱体也已失效，加上外坡排水系统老化，坝体渗水无法正常排出，渗漏水位抬高和出逸点提高，坝身浸润线高位逸出。坝下游坡脚反滤体长期淤水致使该处土体恒处于饱和状态，局部已发生鼓胀变形，降低了下游坡的抗剪强度，对下游坡的抗滑稳定性不利。大坝内坡护坡砌石已严重破损、参差不齐。大坝导滤体风化严重，导致外坡水位抬高。大坝外坡无排水沟，雨水顺坡而下，多方面因素影响坝体坡面的稳定。综上所述，该水库坝体已存在严重的安全隐患，该水库也成为了典型的病险水库。坝体土承载力特征值、抗剪强度、渗透性指标推荐值见表3-3。坝体土承载力特征值、抗剪强度、渗透性指标推荐表表3-3指标坝体土（包括心墙、坝壳）物理力学性质塑性指数15.0干密度g/cm31.50渗透性渗透系(cm/s)kv＝4.0×10-5cm/skh＝2.0×10-4cm/s承载力特征值fa=200KPa抗剪强度(快剪)凝聚力c=8KPa，内摩察角φ=15°抗剪强度(慢剪)凝聚力c=12KPa，内摩察角φ=22°3.3.5.2坝基大坝在原有溪谷上建成，建坝清基时只清除了原溪谷内的砂砾土及残、坡积土，强风化层未清除，基岩更未做防渗处理，坝体、坝肩均直接筑在强风化基岩上。该强风化基岩承载力较高，层位稳定，是水库坝体较好的持力层，能满足结构设计规范要求。强风化岩层节理发育，各节理面相互切割，岩层走向垂直坝轴线，加之风化作用的破坏，易形成基岩浅部渗漏及坝基与坝体接触带渗漏和坝肩绕坝漏，下游坝脚多处渗水，尤其是坝体与基岩的接触部位，漏水更严重，渗水量约2-4L/s96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院，对坝基防渗不利。坝基强风化层为中等透水地层，中风化层为弱透水地层。岩石承载力特征值、抗剪强度、渗透性指标推荐值见表3-4。坝基岩石承载力特征值、抗剪强度、渗透性指标推荐表表3-4地层指标渗透性坝基（泥质粉砂岩）建基面以下深度0-5.0m透水率（Lu）30.0建基面以下深度5.0m以下透水率（Lu）5.0承载力特征值强风化泥质粉砂岩fa=300KPa抗剪强度凝聚力c=120KPa，内摩察角φ=22°3.3.6溢洪道工程地质评价3.3.6.1概况溢洪道位于大坝左侧库尾，正槽开敞河岸式，入口净宽10m，至下游收缩至5m，进口底板高程180.2m,设计最大泄流能力13.35m3/s。3.3.6.2基本地质条件溢洪道基岩为白垩系戴家坪组强风化粗砂岩，紫红色，主要矿物成分为石英质、砂岩质。中厚层状构造，粗粒结构，泥钙质胶结，裂隙发育，允许抗冲刷流速3～4m/s。3.3.6.3工程地制评述溢洪道底板下伏的地层为强一弱风化粗砂岩，承载力较高，但抗水流冲刷能力较低，允许抗冲刷流速为3—4m/s。3.4大坝质量分析评价3.4.1基本情况96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院老虎冲水库枢纽自修建以来，因受施工技术和建设资金等各方面条件限制，遗留下来一些问题，如（1）老塘基所用土质较差，且填筑质量不高；（2）大坝加高部分土赤填筑密度不均匀；（3）干砌块石护坡风化破碎，内坡受风浪冲蚀严重；（4）堆石棱体风化严重，且高程不够，处于失稳状态；（5）水库未开设溢洪道，不能满足设计防洪要求。因此，大坝运行以来，一直控制水位运行，使水库效益不能正常发挥，灌区农业生产受到影响。为了使水库正常运用，发挥其应有效益，确保灌区农业生产旱涝保收，必须对该水库进行除险保安。3.4.2坝体质量分析评价3.4.2.1大坝填筑材料及分区据土体野外特征、室内试验、原位测试等表明，坝体材料在勘察阶段呈硬塑状态，主要为含少量砾粘土、砾质中粉质壤土、砾质砂质粘土、含少量砾重粉质粘土，塑性指数12.2-18.4，干密度为1.5～1.68g/cm3；渗透系数kv＝1.34×10-5～21.4×10-5cm/s，kh＝0.95×10-5～11.7×10-5cm/s，根据本次钻探揭示及原状土试验结果，坝体土料物理力学性质及渗透系数基本接近，故大坝定为均质坝。3.4.2.2分区土体工程特性根据钻孔揭露，大坝填筑材料主要为含少量砾粘土、砾质中粉质壤土、砾质砂质粘土、含少量砾重粉质粘土，其野外工程地质特征如下；人工填土（Qb）：即大坝坝身，红褐色，主要由强-弱风化砂岩残积土及其碎块组成，已进行了人工压实处理。刀切面欠平整，稍有光泽，无摇振反应，干强度较高，韧性中等，揭露层厚16.1～29.4m。3.4.2.3坝体变形大坝上游坡原为干砌块石护坡，但护坡石料本来就风化严重，加上多年受水浸泡冲刷，已完全丧失对大坝坡面的保护能力，坝坡土体早已直接面对波浪的冲蚀，坝面被风浪剥蚀得坑洼不平，多处土体发生坍塌。下游坡坡面有草皮对大坝进行保护，但由于大坝防渗能力较弱，渗水浸润线长期处于高位逸出状态，坝下坡脚长期淤水，局部土体已发生鼓胀变形。96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院3.4.3坝体渗漏评价3.4.3.1坝体渗漏情况大坝坝址设排水棱体，实际运行过程中，未发现集中渗漏、坝体散浸现象。3.4.3.2坝体渗漏评价经渗流分析计算，坝基部位的渗透比降不满足规范要求，考虑到排水棱体的反压作用，认为大坝的渗流是稳定的。渗流安全评价B级。3.5大坝岩土物理试验指标及物理力学指标建议值3.5.1室内试验本次勘察共采取土试样21件进行了室内试验，室内试验成果见《土工试验报告》，综合统计详见表3-5。3.5.2原位测试本次勘察进行了32次的标准贯入试验。标准贯入试验是采用重量为63.5kg的重锤按规定的落距（76cm）自由落下。将标准贯入器击入土层中，根据规定贯入深度（10～30cm）的锤击数来判定土的力学性质，其锤击数统计见表3-6，坝体土为中密～密实状态。96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院钻孔内标准贯入试验成果汇总表表3-6序号钻孔号岩土名称试验孔深（m）N63.5修正值密实度1ZK1含少量砾粘土、砾质中粉质壤土、砾质砂质粘土、含少量砾重粉质粘土5.0-5.320密实2ZK17.0-7.321密实3ZK19.0-9.321密实4ZK111.0-11.321密实5ZK113.0-13.319中密6ZK115.0-15.318中密7ZK25.0-5.320密实8ZK27.0-7.320密实9ZK29.0-9.321密实10ZK211.0-11.321密实11ZK213.0-13.324密实12ZK215.0-15.322密实13ZK217.0-17.321密实14ZK219.0-19.319中密15ZK221.0-21.319中密16ZK223.0-23.318中密17ZK225.0-25.318中密18ZK227.0-27.317中密19ZK229.0-29.317中密20ZK35.0-5.320密实21ZK37.0-7.320密实22ZK39.0-9.319中密23ZK311.0-11.319中密24ZK313.0-13.318中密25ZK315.0-15.318中密26ZK317.0-17.317中密27ZK319.0-19.317中密28ZK45.0-5.321密实29ZK49.0-9.321密实30ZK413.0-13.319中密31ZK417.0-17.318中密32ZK421.0-21.318中密33ZK423.0-23.316中密34ZK55.0-5.320密实35ZK57.0-7.319中密36ZK59.0-9.319中密37ZK511.0-11.320密实38ZK513.0-13.321密实39ZK515.0-15.319中密40ZK523.0-23.318中密41ZK525.0-25.316中密样品数32件，最小值16击，最大值24击，平均值19.3击，样品标准差1.32。96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院3.5.3坝体注水试验本次勘察在ZK1、ZK2、ZK3钻孔中的坝体部分进行了注水试验，成果见表3-7，坝体为中等透水层。钻孔注水试验成果表表3-7钻孔编号孔口高程（m）试验位置（m）渗透系数k（cm/s）ZK1190.30.0-16.12.7×10-4ZK2190.30.0-29.41.7×10-4ZK3190.30.0-19.68.4×10-496 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院表3-5老虎冲水库坝体土的基本物理性质试验成果汇总表土样编号取样深度(m)土料名称颗粒含量（%）含水量W(%)湿密度ρW)(g/cm3)干密度ρd(g/cm3)孔隙比e比重GS液限WL(%)塑限WP(%)塑性指数IP液性指数IL渗透系数×10-5(cm/s)压缩系数Va1-2(Mpa)-1压缩模量Es1-2(Mpa)固结快剪固结慢剪砂砾粉粒粘粒水平Kh垂直kv摩擦角Ф(°)凝聚力c(Kpa)摩擦角Ф(°)凝聚力c(Kpa)ZK1-14.0-4.2含少量砾粘土，砾质中粉质壤土，砾质砂质粘土20.035.019.61.911.600.6912.7043.728.115.6-0.540.2496.79ZK1-26.0-6.214.920.816.419.9ZK1-38.0-8.211.730.3ZK1-410.0-10.224.045.023.11.9651.580.7172.7247.929.518.4-0.350.2696.39ZK2-14.0-4.213.321.815.419.9ZK2-26.0-6.20.951.34ZK2-38.0-8.236.015.020.81.861.540.7412.6834.222.012.2-0.100.3085.66ZK2-410.0-10.215.419.916.917.1ZK2-512.0-12.26.411.7ZK3-14.0-4.222.045.021.72.001.640.6492.7140.925.715.2-0.260.2117.83ZK3-26.0-6.213.822.715.919.0ZK3-38.0-8.21.072.69ZK3-410.0-10.230.035.020.32.021.680.6202.7241.225.715.5-0.350.2446.63ZK4-14.0-4.214.321.815.920.8ZK4-26.0-6.21.253.06ZK4-38.0-8.238.016.018.71.951.640.6372.6936.523.313.2-0.350.2376.92ZK4-410.0-10.216.421.817.419.9ZK5-14.0-4.27.2318.2ZK5-26.0-6.239.026.026.91.901.500.7902.6841.726.015.70.060.2636.80ZK5-38.0-8.215.421.816.920.8ZK5-410.0-10.29.0221.4最小值20.015.018.71.861.500.6912.6836.522.012.2-0.540.951.340.2115.6613.319.915.417.1最大值36.045.028.92.021.680.7902.7247.929.518.40.0311.721.40.3086.9216.422.717.420.8平均值28.631.221.21.941.610.7142.7041.724.816.30.023.476.580.2866.1515.421.216.320.2标准差2.562.140.730.140.110.070.172.241.681.240.120.190.280.020.211.141.211.231.1396 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院3.6建筑材料3.6.1土料区内土料主要为粗砂岩风化后形成的坡残坡积土，粘粒含量在30%左右，能够满足土坝的填筑要求，上层厚度一般为0.5～3.0m，分布较多。天然含水量25%左右，宜选择厚度稍大的土料场开采，土料料场距离该水库2km，储量>5万m3，可通过上坝公路到达。3.6.2砂料水库附近无砂、卵石，建议到距离该水库约22km的县城洣水河沙场石场采购，那里的砂、卵石储量大质量好，可满足施工需要。3.6.3石料石灰岩质地坚硬，力学性能良好，承载力高，抗风化能力较高，在离库区附近蕴藏量大，开采方便，运距7km，是良好的建筑材料，但应采用新鲜的、完整的石灰岩体。3.7结论及建议3.7.1结论（1）库区构造简单，场地相对较为稳定。场地范围内地震动峰值加速度小于0.05(g)，地震反应谱特征周期为0.35S，地震基本烈度小于Ⅵ度，构筑物可不考虑地震设防。库区水文地质较为简单。水库属峡谷，水库正常高水位以内，库区不存在向邻谷渗漏的途径，淤积较为严重，库岸边坡稳定。96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院3.7.2建议（1）坝基基岩为强风化粗砂岩，承载力较高，层位稳定，是水库坝体良好的持力层，但是基岩裂隙发育，透水率较高，强风化层为中等透水层，弱风化层为弱透水层。鉴于坝基内存在中等透水区域，建议沿坝轴线对大坝基础及左、右坝肩进行全线帷幕灌浆处理，具体参数可根据灌浆实验确定。（2）坝体防渗能力较差，为中等透水性土体。建议在心墙位置对死水位以上至坝顶作冲抓套井回填，死水位以下至基岩面采用高压摆喷灌浆处理，与坝基、坝肩帷幕灌浆连接成封闭连续的防渗系统，此外，建议对大坝内、外坡进行整修。同时完善大坝水位观测设施及坡面排水系统和翻修下游排水棱体。（3）大坝溢洪道开挖成型后，建议对溢洪道两岸及底板进行衬砌。96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院4工程任务和规模4.1工程概况老虎冲水库位于茶陵县枣市镇田家村，距县城约22km，地理位置：东经113°25′，北纬26°40′，所在流域为湘江洣水支流永乐江流域。该工程于1991年10月兴建，1993年10月竣工，1994年蓄水运行。水库枢纽工程由大坝、溢洪道及放水设施组成。原核定的总库容为121万m3，兴利库容105万m3，调洪库容15万m3，是一座以灌溉为主，兼有防洪等综合效益的小（Ⅰ）型水库。水库大坝为砂壤均质土坝，坝顶高程1825m，最大坝高22.5m，坝顶轴长140m，坝顶宽4m。大坝控制集雨面积1.0km2，外引3.0km2，设计防洪标准P=2%，校核防洪标准P=0.2%，正常蓄水位180.2m，设计洪水位181.55，校核洪水位182.14m。溢洪道布置在大坝左端库尾，为正槽开敞河岸式，进口底板高程为180.2m，溢洪道进口底宽10m，长178m。放水设施为坝右端埋预应力砼无压涵，直径φ0.6m，长111m。涵进口底板高程162.4m。最大放水量为1.0m3/s。4.2工程除险加固的必要性4.2.1目前工程存在的主要问题（1）工程质量为不合格。（2）大坝运行管理评价为差。（3）大坝防洪标准复核为C级。（4）渗流稳定评价为B级。（5）结构稳定评价为C级。96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院（6）管理所无房屋，基本的运行管理设施也没有。（7）没有制定合理的调度规程，无特大洪水应急保障系统方案及各种管理规章制度，不库观测及通讯设施配备不完善。大坝无安全监测设施和必要的水情测报系统。4.2.1.1大坝存在的主要问题一、坝基存在的问题大坝在原有溪谷上建成，建坝清基时只清除了原溪谷内的砂砾土及残、坡积土，强风化层未清除，基岩更未做防渗处理，坝体、坝肩均直接筑在强风化基岩上。该强风化基岩承载力较高，层位稳定，是水库坝体较好的持力层，能满足结构设计规范要求。水库坝体填筑在强风化基岩上，基岩未做防渗处理。强风化岩层节理发育，各节理面相互切割，岩层走向垂直坝轴线，加之风化作用的破坏，易形成基岩浅部渗漏及坝基与坝体接触带渗漏和坝肩绕坝漏，下游坝脚多处渗水，尤其是坝体与基岩的接触部位，漏水更严重，渗水量约2-4L/s，对坝基防渗不利。坝基强风化层为中等透水地层，中风化层为弱透水地层。二、坝体存在的问题大坝为砂壤土均质坝，大坝是在山谷小溪上清除第四系填筑而成，取土来自坝址坝肩两岸山坡。由于坝壳下游区为山坡及坡脚坡、残积土填筑而成，心墙及坝壳上游区为田底洼地废土填筑而成，填筑后渗透系数较大，导致坝体渗漏量大，浸润线偏高。目前渗水量约2-3L/s，已严重危及大坝的安全。下游坡脚设有不规则多边形排水棱体，因长期渗漏和风化严重，导滤体已被土粒堵塞，排水棱体已失效，外坡排水系统老化。坝体渗水无法正常排出，渗漏水位抬高和出逸点提高，坝身浸润线高位逸出。坝下游坡脚反滤体长期淤水致使该处土体恒处于饱和状态，局部已发生鼓胀变形，降低了下游坡的抗剪强度，对下游坡的抗滑稳定性不利。96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院大坝内坡护坡砌石已严重风化破损、参差不齐。大坝外坡无排水沟，雨水顺坡而下。等等，都直接影响到坝体坡面的稳定。综上所述，该水库坝体已存在严重的安全隐患，该水库也成为了典型的病险水库。4.2.1.2益洪道存在的主要问题该水库因自身集雨面积只有1Km2，主要靠外引水量，加之当时资金欠缺，没有按规范要求兴建溢洪道。致使水库防洪标准不能满足防洪要求。运行以来，在汛期控制水位运行，限制了水库效益的发挥。4.2.2工程任务和下游安全要求老虎冲水库大坝自1994年投入运行以来，随着灌区渠系配套建设的完善，发挥的效益是巨大的。它使0.4455万亩良田的耕作有了可靠的保证，解决了下游的灌溉问题；水库建成投入运行后，对灌区人民生产、生活发挥了重大作用，取得了良好的社会效益和经济效益。水库一旦失事，将直接威胁下游三个村3000人的生命财产安全，对下游农田5000亩，省道1.5公里，其经济损失和政治影响是不可估量的，因此，老虎冲水库的安全性具有十分重要的意义。为保障水库效益的正常发挥及下游国家和人民的生命财产安全，对老虎冲水库进行除险加固是十分迫切和必要的。4.3工程设计标准根据老虎冲水库工程现状规模，按《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）的规定，属小（Ⅰ）型水库，其永久性水工建筑物大坝、溢洪道及放水设施均为4级，水库设计洪水标准为50年一遇（P=2%），校核洪水标准为500年一遇（P=0.2%）。96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院5工程布置及建筑物5.1设计依据5.1.1工程等别和建筑物级别老虎冲水库现状规模为最大坝高22.5m，总库容为121万m3，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000）规定，水库工程规模属小（Ⅰ）型，工程等别为Ⅳ等，永久建筑物为4级。5.1.2洪水标准水库设计洪水标准为50年一遇（P=2%），校核洪水标准为500年一遇（P=0.2%），消能防冲设计洪水标准为20年一遇（P=5%）。5.1.3设计基本资料5.1.3.1工程任务老虎冲水库以防洪、灌溉为主，兼顾养殖的小（Ⅰ）型水库，水库设计灌溉面积0.4455万亩。水库一旦失事，将直接威胁下游三个村3000人的生命财产安全，对下游农田5000亩，省道1.5公里将造成破坏，其经济损失和政治影响是不可估量的，因此，老虎冲水库的安全性具有十分重要的意义。5.1.3.2水文气象资料与设计有关的主要水文气象参数见表5-1。96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院主要水文气象资料表表5-1项目单位数量备注坝址控制集雨面积km21.0外引面积3.0多年平均降雨量mm1454.4设计洪峰流量（P=2%）m3/s9.23校核洪峰流量（P=0.2%）m3/s13.35实测最大风速湿度%78多年平均风速m/s2.8历年最大风速m/s245.1.3.3主要建筑物特征水位及流量水库枢纽主要建筑物有大坝、新建涵洞、溢洪道，各建筑物特征水位及流量见表5-2。建筑物特征水位及流量表表5-2项目水位（m）流量(m3/s)备注水库校核洪水位182.1413.35P=0.2%水库设计洪水位181.559.23P=2%水库正常蓄水位180.2水库死水位163输水涵设计流量1.0溢洪道最大泄流能力13.355.1.3.4地震基本烈度根据本次调查，库区构造简单，断裂构造不甚发育。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），场地范围内地震动峰值加速度小于0.05(g)，地震反应谱设计特征周期为0.35S。地震基本烈度小于Ⅵ度，构筑物可不考虑地震设防。96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院5.2大坝渗流复核计算和大坝稳定复核计算5.2.1大坝渗流分析5.2.1.1主坝渗流计算断面的确定本次渗流分析计算，根据本工程大坝建设和运行管理等方面有关资料，选取大坝高部位断面，具有一定的代表性。计算分区时，对坝体与坝基之间的接触带、断层破碎带不作考虑。本次渗流分析时共分三区；坝体填筑粘土为第一区；大坝基础为第二区，其地质参数采用坝基岩数据；坝趾部位的堆石棱体为第三区5.2.2.2计算断面渗透指标的确定老虎冲水库大坝为土均质坝，坝趾设堆石排水棱体。本次渗流计算将大坝及其基础分为三个区进行计算：1区为坝体粘土填筑；2区为坝基岩层；3区为坝趾堆石棱体。各渗透分区的渗流系数取值见下表。分区大坝断面各渗透分区的水平、垂直渗透系数渗透系数1区2区3区K（m/d）0.50.15005.2.1.3大坝渗流计算渗流分析计算采用北京理正设计研究院编制的《渗流计算》软件5.1牌，该程序采用三边形等参单元固定网格法，能较好的解决分区较复杂的土石坝的渗流分析问题。该程序已在我院通过多处工程实例对比计算验证，计算结果符合常具有较高精度，能够满足工程设计时要求。5.3.3.1渗流计算参数的确定渗流分析计算水库特征水位如下：水库正常蓄水位为180.20m，设计洪水位为181.55m，96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院校核洪水位为182.14m。5.2.1.4渗流计算内容根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2000）第8.1.2条的规定，渗流计算应考虑水库运行中出现的各种不利运行工况，本次渗流复核计算考虑了以下几种情况：上游正常蓄水位180.20m,相应的下游水深3.0m；上游设计洪水位181.55m,相应的下游水深3.0m；上游校核洪水位182.14m,相应的下游水深3.0m；(1)渗流计算结果根据以上确定的计算、参数及计算工况，经计算成果如下：大坝计算断面正常蓄水位（180.20m）浸润线表X(m)48.4049.9153.0857.5964.7769.5172.9476.58Y(m)18.7017.3816.214.9513.1011.8810.999.98X(m)82.7486.3888.8591.6193.5595.6996.8998.31Y(m)8.046.785.884.733.802.692.101.50大坝计算断面设计洪水位（181.55m）浸润线表X(m)51.1052.4655.1759.5063.3267.7875.8279.02Y(m)20.0518.8117.7616.2815.1013.7311.331027X(m)82.5985.2188.8591.2193.5995.7896.9898.31Y(m)8.947.876.605.354.102.812.141.5096 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院大坝计算断面校核洪水位（182.14m）浸润线表X(m)52.2853.5856.7160.1463.8671.2775.2378.84Y(m)20.6419.4018.0716.8815.6313.2712.0110.77X(m)81.9684.8988.0590.7492.6496.5797.8698.31Y(m)9.588.297.055.794.782.391.751.50(2).渗流计算复核结论计算工况下的稳定渗流分析计算结果进行分析可得出以下结论：三种工况下大坝下游溢出点高度位置低，对水库大坝稳定有利；单宽渗漏流量较小，对下游坝坡稳定的负面影响不大。渗流计算渗透比降复核结论表计算工况坝体内部渗透比降下游坝坡渗比降计算式允许值评价计算式允许值评价正常水位0.12～0.240.30～0.32安全0.53～0.830.25～0.28不安全设计洪水0.12～0.240.30～0.32安全0.54～0.850.25～0.28不安全校核洪水0.15～0.250.30～0.32安全0.55～0.860.25～0.28不安全结合工程实际，大坝下游坝基部位设置有堆石排水棱体，在坝基部位渗透经降较大的情况下，能有效的阻止渗透变形的发生，因此渗流以夫坝安全威胁较小，坝体能保持渗流状态下的稳定。5.4渗流安全综合评价根据以上大坝计算分析成果和实际运行过程中所遇到的情况，根据《水库大坝安全评价导则》（SL258-2000）的有关规定，老虎冲大坝渗流安全综合评定为B级。5.2.2大坝稳定计算5.2.2.1大坝坝坡稳定计算断面的选取96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院与渗流分析计算一致，本次大坝稳定复核选择大坝最大面积断面作为坝坡抗滑稳定的计算分析断面。见图5-1。5.2.2.2大坝坝坡稳定计算参数的选择1）计算断面分区指标确定稳定分析计算断面的分区与渗流分区一致，分一个区进行计算。2）计算参数与稳定分析有关的土的物理力学指标见表5-5。坝体填筑材料物理力学指标表5-5分区指标Ⅰ区备注计算断面干密度（kN/m3）15.68内摩擦角（°）14.3凝聚力（kPa）20.85.2.2.3大坝坝坡稳定复核计算1）计算工况及方法大坝稳定计算的目的是为了核算大坝在自重、各种情况的孔隙压力和外荷载的作用下，大坝是否具有足够的稳定性，或发生通过坝体或坝体和地基的整体剪切破坏。①计算工况1)正常运行a)上游正常蓄水位180.2m与下游无水（下游坡）；b)上游设计洪水位181.55m与下游无水（下游坡）；2)非常运行a)上游校核洪水位182.14m与下游无水（下游坡）；b)库水位从校核水位182.14m，按0.5m/d的速率骤降至水位176.14m，下游无水（上游坡）；96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院c)库水位从水位176.14m，按0.4m/d的速率骤降至水位170.14m，下游无水（上游坡）；d)库水位从水位170.14m，按0.3m/d的速率骤降至水位165.62m，下游无水（上游坡）。②坝坡抗滑稳定最小安全系数根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）和《小型水利水电工程碾压式土坝设计导则》（SL189-96）有关规定对于Ⅳ等工程，大坝按计及条件间作用力的简化毕肖普法和不计条块间作用力的瑞典圆弧法计算求得坝坡的抗滑稳定安全系数不小于下列数值：正常运用条件：K≥1.25（简化毕肖普法）、K≥1.15(瑞典圆弧法)。非常运用条件：K≥1.15（简化毕肖普法）、K≥1.05(瑞典圆弧法)。③计算方法及计算说明土石坝的静力计算方法常用的有两种，一种是不计条块之间作用力的瑞典圆弧法，另一种是考虑条块侧向作用力的简化毕肖普法，为了较全面分析和了解老虎冲水库大坝的安全稳定状况，本次复核分别采用以上两种方法进行大坝稳定复核分别采用以上两种方法进行大坝稳定计算，以便对其安全稳定状况作出合理评价。SLOPE/W用于边坡稳定性分析、计算土质、岩石边坡的安全因子，使用SLOPE/W您可以同时用八种方法分析简单或复杂的问题，限制平衡方法不同的滑动表面形状，含水孔压力条件、沙的性质及集中负荷。在上述计算工况的计算模型中，直接导入渗流计算中各种相应工况的浸润线，考虑渗流计算中得到孔隙水压力，进行斜坡稳定计算。5.2.2.4主要计算成果1水库正常运行期稳定计算结果正常运行期稳定计算分三种情况大坝坝坡相应的最小安全系数见表5-6。在表中列出摩根斯顿与普莱斯法所得的安全系数作参考。2非常运行期稳定计算结果96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院非稳定渗流期大坝上游坝坡相应的最小安全系数见表5-7。在表中列出摩根斯顿与普莱斯法所得的安全系数作参考。5.2.2.5大坝稳定复核结论1正常运用条件下坝坡的最小抗滑稳定安全系数：水库正常运用条件坝坡的最小抗滑稳定安全系数不满足规范要求，存在滑坡隐患。正常运行期大坝坝坡最小安全系数表表5-6计算工况下游水位（m）毕肖普法瑞典圆弧法设计洪水位181.55m无水1.3351.193正常蓄水位180.2m无水1.1621.002非常运行期大坝上游坝坡最小安全系数表表5-7计算工况下游水位（m）毕肖普法瑞典圆弧法校核洪水位182.14m无水1.2301.112176.142m水位无水1.5531.139170.14m水位无水1.3821.190165.62m水位无水1.2751.104正常运用条件下坝坡的最小抗滑稳定安全系数96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院表5-8计算工况毕肖普法圆弧法最小安全系数k规范要求最小安全系数k结论最小安全系数k规范要求最小安全系数k结论设计洪水位181.55m（下游坡）1.3351.25安全1.1931.15安全正常蓄水位180.2m（上游坡）1.4671.25安全1.3751.15安全2非常运用条件下坝坡的最小抗滑稳定安全系数：非常运用条件下坝坡的最小抗滑稳定安全系数表5-9计算工况毕肖普法圆弧法最小安全系数k规范要求最小安全系数k结论最小安全系数k规范要求最小安全系数k结论校核洪水位182.14m（下游坡）1.2301.15安全1.1121.05安全182.14m水位→176.14m水位（上游坡）1.5531.15安全1.1391.05安全176.14m水位→170.14m水位（上游坡）1.3821.25安全1.191.15安全170.14m水位→165.12m水位（上游坡）1.2751.25安全1.1041.15不安全非常运用条件坝坡的最小抗滑稳定安全系数满足规范要求，大坝不存在滑坡隐患。5.3除险加固设计根据枢纽工程主要建筑物存在的病害，本次除险加固设计对大坝外坡培厚加固；新开溢洪道并衬砌，完善大坝外坡排水设施；完善大坝内坡砼护坡防止风浪水蚀内堤。5.3.1大坝5.3.1.1大坝加固处理方案96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院大坝上游面波浪侵蚀较严重，经稳定分析计算大坝的上下游坡的最小抗滑稳定安全系数均满足规范要求，本次险险加固主要考虑改善大坝渗流条件，结合坝址地形条件，在大坝外坡设排水设施，同时对大坝内坡衬护，并完善大坝防渗体。１）大坝外坡设排水设施该大坝建成时，外坡设有排水网沟，但未衬护，年久日长，水沟於塞，沟网破损，不具备应有的排水功能，雨水满坡冲流，造成坝体沟蚀严重。这次除险加固，设计将大坝外坡纵横排水网沟疏通，开挖整修成底宽0.3m，深0.24m的砖砌排水沟。下游坡脚原有排水棱体风化严重，导滤体被土粒堵塞，已经失效，本次设计考虑将排水棱体拆除重建，按顶部高程164m，宽3.0m，上游面坡比1:1.0，下游面坡比1:2.0设计。２）大坝内坡衬护大坝1991年修建时，就地取材，用红砂砾岩将大坝内坡进行了衬护，但终因红砂岩结构极易水蚀风化，加之又经历了三十多年的风、雨、雪侵蚀，坝内坡面红砂砾石早已完全风化，坝坡土体直接受风浪冲蚀，直接威胁到大坝安全。所以，此次除险加固设计将大坝迎水面全部采用砼六角块护砌。衬护时先铺0.1m厚的砂砾料，再在砂砾石面上铺设0.12m厚的预制砼六角块，底部设浆砌石阻滑坎，坎高1.0m，顶宽0.6m，底宽1.0m。5.3.1.2筑坝材料及坝体结构设计（1）筑坝材料①石料石灰岩的粗砂岩质地坚硬，力学性能良好，承载力高，抗风化能力较高，在库区附近蕴藏量大，开采方便，运距7km，是良好的建筑材料，但必须采用新鲜的、完整的微风化-原岩岩体。②反滤料水库附近无砂、卵石，建议到距离该水库约10km的沙石场采购，那里的砂、卵石储量大质量好，可满足施工需要。96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院③防渗土料区内土料主要为粗砂岩风化后形成的坡残坡积土，粘粒含量30%左右，能够满足土坝的填筑要求，上层厚度一般为0.5～3.0m，分布较多。天然含水量25%左右，宜选择厚度稍大的土料场开采，土料料场距离该水库2km，储量>5万m3，可通过上坝公路到达。（2）坝顶高程的确定根据水库调洪计算，正常蓄水位为180.2m，设计洪水位（P＝2%）为181.55m，校核洪水位（P＝0.2%）为182.14m。大坝按Ⅳ级建筑物设计。根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）,老虎冲水库坝顶在水库静水位以上的超高按下列公式确定：式中：Y—坝顶超高（m）；R—最大波浪在坝坡上的爬高（m）；e—最大风壅水面高度（m）；A—安全加高（m）。①风浪要素的计算波浪的平均波高和平均波周期采用莆田试验站公式计算：式中：—平均波高（m）；96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院—平均波周期（s）；W—计算风速（水面上10m处风速，m/s），多年平均最大风速W=16m/s。D—风区长度（m），由二千分之一库区地形图量得D=0.5km；Hm—水域平均水深（m）；g—重力加速度，取9.81m/s2。根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）的规定：设计风速的取值在正常运用条件下的3级、4级和5级坝，采用多年平均年最大风速的1.5倍；非常运用条件下，采用多年平均年最大风速。平均波长可按以下公式计算：式中：—平均波长，（m）；H—坝迎面水深，（m）。经计算：正常运用条件：平均坡高hm=0.245m，平均波周期Tm=2.327s；非常运用条件：平均坡高hm=0.176m，平均波周期Tm=1.864s。②设计波浪爬高的计算平均波浪爬高可按下式计算确定：式中：Rm—平均波浪爬高，（m）；m—单坡的坡度系数，若坡角为a，即等于ctga；96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院—斜坡的糙率渗透性系数，根据护面类型由《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）表A.1.12-1查得；—经验系数，由风速V、坡前水深d、重力加速度g组成的无维量查表确定。经计算：设计情况下（P=2.0%）平均波浪爬高Rm=0.412m，计算波浪爬高R=0.854m；校核情况下（P=0.2%）平均波浪爬高Rm=0.376m，计算波浪爬高R=0.999m。③风壅水面高度的计算：风壅水高度按下式计算：式中：e—计算点处的风壅水面高度，m；D—风区长度，m；K—综合摩阻系数，取K=3.6×10-6；—计算风向与水域中心线的夹角，正面来风取=0（°）。经计算：正常运用条件：e=0.004m；非常运用条件：e=0.002m。安全加高A根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001），Ⅳ级建筑物的安全加高按表5.3.1确定，正常运用条件下：安全加高A=0.5m，非常运用条件下:A=0.3m。坝顶高程的复核96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院根据前述的水文分析计算结果，坝顶高程的复核结果见表5-10：老虎冲水库大坝坝顶高程复核表表5-10运用条件水位（m）波浪爬高R(m)风壅水面高度e（m）安全加高A（m）坝顶超高现有坝顶高程（m）要求坝顶高程（m）正常运用181.550.810.0050.51.31182.5182.86非常运用182.140.780.0020.31.09182.5183.23因此,上述计算的Z设、Z校分别为182.86m、183.23m，均高于目前大坝现有坝顶高程182.5m，大坝坝顶高程设定为183.30米。（3）大坝结构布置①坝顶坝顶高程183.3m，坝顶长140.5m，坝顶宽5.0m，为便于坝顶排水，设2%横坡倾向下游。②坝坡大坝上游坝坡按原三级坡变为四级坡，一级坡比为1:2.0；二级坡比1:2.5，三级从坡比1:3.0，下游面坝坡修成三级坡，一级坡比为1:2.5；二级坡比1:2.5，二级之间设1条宽2.0m的马道。三级坡比为1:3.0，三级以下是棱排水体，棱体顶宽2.0m，上游侧坡比1:1.0，采用干砌块石结构，并在上游面和底部铺设由碎石和粗砂组成的反滤层。③排水设施该大坝于1993年建成时，修建有外坡排水沟网，但未衬护，年久日长水沟於塞，沟网破损，不具备应有的排水功能。这次除险加固，设计将大坝外坡纵横排水网沟疏通，开挖整修成底宽0.3m，深0.24m，底板6cm厚C15砼，两侧20cm厚砌砖的排水沟。纵向排水沟位于大坝两侧，横向排水沟位于下游坡面马道内侧。④护坡96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院大坝上游坡自161.5m高程以上采用厚12cm预制混凝土六角块护坡，下设10cm厚粗砂垫层。水库溢洪道各控制断面结构设计参数表表5-16桩号渠道纵坡i渠道底宽(m)渠底高程(m)左侧挡墙高度(m)右侧挡墙高度(m)备注0+00010180.21.51.5溢洪道进口00+01010180.21.51.51/200+0205.0179.71.51.51/2000+1785.0178.901.51.5溢洪道出口5.3.4.2溢洪道水力计算一、流态的判断溢洪道第一段全长178m，设计洪水情况下上游水深0.45m，，不属于堰流，应按渠道进行水力计算。二、渠道水力计算渠道水利计算基本公式有：式中，Q——渠道流量，m3/s；v——流速，m/s；A——过水断面面积，m2；R——过水断面水力半径，m；X——过水断面湿周，m；96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院C——谢才系数，m1/2/s；n——渠道糙率，取0.016；J——渠道纵坡。由于渠道纵坡较大，为正确判断水的流态，因此也相应的求出各控制断面的水流弗劳德数。弗劳德数计算公式如下：式中，v——断面流速，m/s；g——重力加速度，m/s2；——断面平均水深，m。根据水力计算，求得渠道各频率下的水面线如表5-17、5-18、5-19：表5-1750年一遇（P=2%）洪水情况下渠道水面线计算成果桩号底板高程(m)底宽b(m)过流面积A(m2)湿周X(m)水力半径R(m)C(m1/2/s)流速v(m/s)水深(m)Fr0+000180.2010.001.6817.4880.22448.7232.3080.2391.5080+010180.2010.001.6467.1070.23248.9792.3570.2481.5110+020179.705.001.6106.7280.23949.2482.4090.2581.514表5-18500年一遇（P=0.2%）洪水情况下渠道水面线计算成果桩号底板高程(m)底宽b(m)过流面积A(m2)湿周X(m)水力半径R(m)C(m1/2/s)流速v(m/s)水深(m)Fr0+000180.2010.001.9467.5650.25749.8442.5280.2761.5350+010180.2010.001.9077.1870.26550.1002.5800.2871.5380+020179.705.001.8666.8110.27450.3692.6360.2991.540表5-1920年一遇（P=5%）洪水情况下渠道水面线计算成果桩号底板高程(m)底宽b(m)过流面积A(m2)湿周X(m)水力半径R(m)C(m1/2/s)流速v(m/s)水深(m)Fr0+000180.2010.001.4847.4310.20047.7852.1360.2111.4840+010180.2010.001.4537.0480.20648.0392.1810.2191.4880+020179.705.001.4216.6660.21348.3082.2310.2281.492从对弗劳德数的计算可知，水流在溢洪道中的流态均为急流，其实际水深小于临界水深，因此由临界水深来复核溢洪道侧墙高度，临界水深hc96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院是通过假定水深，并通过公式进行试算求得。式中，A——过流断面面积，m2；B——过流断面水面宽度，m；Q——渠道流量，m3/s；α——动能校正系数，取值1.0；g——重力加速度，m/s2。经试算，求得渠道各控制断面临界水深如表5-20。表5-20渠道控制断面临界水深计算成果表桩号各频率洪水情况下临界水深P=2%P=0.2%P=5%0+0000.3180.3720.2780+0100.3980.4660.3480+0200.5590.6550.4890+1780.5590.6550.489经过对临界水深的计算，确定设计渠道深度满足过流要求。三、溢洪道结构计算溢洪道两侧边墙采用重力式浆砌石挡土墙形式，承受的主要荷载是来自两侧的土压力，由于挡墙与渠道砼底板之间以沥青杉板相隔，没有形成整体，因此需要将两侧挡墙分别拿出，取溢洪道进口部位挡墙最高的断面进行结构复核。计算的主要内容包括抗滑稳定、抗倾稳定、地基应力三个方面。抗滑稳定计算公式：式中，Kc——挡墙沿基础底面的抗滑稳定安全系数，规范要求大于1.05；f——挡墙基础底面与地基之间的摩擦系数，此处取0.45；ΣG——作用在挡墙上全部垂直于基底面的荷载，kN；ΣH——作用在挡墙上全部平行于基底面的荷载，kN。抗倾稳定计算公式：96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院式中，Ko——挡墙抗倾覆稳定安全系数，规范要求大于1.30；ΣMv——对挡墙基底前趾的抗倾覆力矩，kN·m；ΣMH——对挡墙基底前趾的倾覆力矩，kN·m。基础最大、最小地基应力计算公式：式中，——挡墙地基应力的最大、最小值，kPa；ΣG——作用在挡墙上全部垂直于基底面的荷载，kN；ΣM——作用在挡墙上全部荷载对于基底面平行前墙墙面方向形心轴的力矩之和，kN·m；A——挡墙基底面的面积，m2；W——挡墙基底面对于基底面平行前墙墙面方向形心轴的截面矩，m3。两侧挡墙计算断面简图如图5-12、5-13：图5-13挡墙结构计算简图96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院经计算，两侧挡墙各项参数成果如表5-21：表5-21挡墙结构计算成果表部位抗滑安全抗倾安全最大地基应力Kc[Kc]Ko[Ko]PmaxPminPmax/Pmin两侧挡墙1.231.051.811.3045.530.01.52各项参数均能满足规范要求，挡墙断面尺寸安全。5.3.3观测设计5.3.5.1大坝观测大坝的安全是水库能否正常运行的关键，为了监测大坝施工期及运行情况，在水库运行期间，除应进行一般外表观测外，还应对坝面位移、坝体渗流、绕坝渗漏、库水位等进行观测并作详细记录。（1）一般外表观测一般外表观测是对坝面是否受到人为或生物破坏，坝面是否出现裂缝、坍陷、隆起、渗水、流土、管涌等异常现象进行观测。（2）渗流观测大坝渗流观测包括坝体浸润线、渗流量及绕坝渗漏等观测。渗流量包括坝体、坝基及绕坝渗漏，这三种形式的渗漏量一般难以区分，因此，在下游坝脚处设一座三角堰观测总渗漏量。（3）位移观测位移观测包括坝面垂直位移观测和水平位移观测。大坝位移观测标点设于坝顶下游侧和下游坡戗台内侧。在两岸坡上设水平位移观测工作基点和校核基点。为提高垂直位移观测精度，方便观测实施，将垂直位移观测基点设在与观测标点埋设高程相近的左右岸山坡。（4）库水位观测96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院库水位是水库运行调度的重要依据，也是大坝安全运行控制参数，故必须进行观测。拟定用自动水位计作为库水位观测设施。自动水位计布置在岸坡较稳定、观测较方便的位置。5.3.5.2大坝观测设备根据《土石坝观测技术规范》要求，水库大坝所布设的观测设施见表5-22。大坝观测设备工程量表表5-22序号观测项目观测仪器类型单位数量1坝体表面位移观测位移标点个52起测基点个23工作基点个34校核基点个25渗流量观测量水三角堰个16库水位观测自动水位计套15.3.4金属结构输水隧洞已有底涵进口的启闭设备，包括斜拉式启闭机和铸铁闸门，81年投入使用，维护状况良好，不需更换。96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院6施工组织设计6.1施工条件6.1.1工程条件老虎冲水库位于茶陵县枣市镇田家村，距县城直线距离22km，省道4.0公里，有4m宽的水泥硬化村道公路连接省道320线直通相隔水库大坝500m处的村庄，因此交通便利。但坝址以下约1.0km为砂石路，路面不平整，路况较差，需维修后才能满足施工运输的要求。老虎冲水库于1991年10月兴建，1993年10竣工，1994年蓄水。大坝控制集雨面积1.0km2，外引3.0km2，水库的功能是以灌溉为主，兼顾养殖的小（Ⅰ）型水库，设计灌溉面积4455亩。水库枢纽工程由大坝、溢洪道和输水隧洞组成。水库坝型为砂壤土均质坝，坝顶轴长140.4m，坝顶宽5m，最大坝高23.3m，坝顶高程183.23m。大坝上游坡面自上而下有共有3条马道、自上而下的坡比分别为1:2.5、1:2.5、1:3.0；大坝下游坡面自上而下有共有2条马道,马道将上游面分为3段，自上而下的坡比分别为1:2.25、1:2.5、1:2.5。上游干砌石护坡，下游草皮护坡，下游坡面无排水沟，坝脚设有排水棱体。溢洪道位于大坝左侧山体，为正槽开敞河岸式，入口净宽10m，底板高程180.2m，设计最大泄流能力13.35m3/s，溢洪道全长178m，溢洪道出口为自然山沟、山沟出口与自然江相接，能满足排洪要示。输水涵洞为1993年修建，位于大坝右侧坝下，输水涵洞进水口高程162.4m，涵洞全长111m，断面形式园形，断面尺寸为φ0.6为预应力铪管。设计流量为1.0m3/s。进水口启闭设备为铸铁闸门，斜拉式启闭机。水库运行以来，大坝一直存在配套不完善，水库控制运行。96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院目前水库主要存在如下问题：（1）工程质量不合格。（2）大坝运行管理评价为差。（3）大坝防洪标准复核为C级。（4）渗流稳定评价为B级。（5）结构稳定评价为C级。鉴于前述所列存在的问题，工程一直带病运行，须进行针对性除险加固处理。本次除险加固设计对大坝培厚加高；新建溢洪道，并衬护，完善大坝外坡排水设施；完善大坝内坡护坡。工程所需的水泥可在距水库12.5公里的金星水泥厂采购。工程所需汽（柴）油、木材由茶陵县城采购供应。工程所需的块石料从7公里外的水库库尾石山开采运至工地或考虑在附近的石场采购。工程所需的碎石料及砂料可从洣水河砂石场采购。工程施工用电，目前供电380v输电线路已到离大坝500m处的村庄。220v输电线路已由承包水库养殖者架至水库大坝坝顶。工程施工用水可直接从库内抽取。6.1.2自然条件老虎冲水库所在的洣水流域，属亚热带气候，春湿秋燥，夏热之间多为梅雨，多年平均气温17.95℃，极端最高气温40℃，极端最低气温-9.9℃，多年平均日照时数为1715.9h，多年平均相对湿度78%，多年平均风速2.8m3/s，历年最大风速24m/s，多年平均降雨为1454.4mm，最大降雨量为2250.4mm，最小降雨量为799.0mm，每年降雨量分布不均匀，暴雨频繁期为每年4～9月的汛期，5～6月为主汛期。96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院6.2料场选择与开采6.2.1料场选择本工程施工所需的建筑材料主要为块石料、粘土料、砂卵石料等。块石：微风化-原岩的粗砂岩质地坚硬，力学性能良好，承载力高，抗风化能力较高，在库区附近蕴藏量大，开采方便，运距7km，是良好的建筑材料，但应采用新鲜的、完整的石灰岩岩体。土料：区内土料主要为粗砂岩风化后形成的坡残坡积土，粘粒含量在30%左右，能够满足土坝的填筑要求，上层厚度一般为0.5～3.0m，分布较多。天然含水量25%左右，宜选择厚度稍大的土料场开采，土料料场距离该水库1km，储量>5万m3，可通过上坝公路到达。砂、卵石：水库附近无砂、卵石，建议到距离该水库约10km的沙石场采购，那里的砂、卵石储量大质量好，可满足施工需要。6.2.2料场开采粘土采用1.0m3挖掘机挖装5T自卸汽车运至石料场附近堆放。6.3主体工程施工6.3.1大坝施工坝后清基：采用1.0m3挖掘机挖装5T自卸汽车运至弃碴场。大坝清废：主要清除50cm厚大坝表层蠕动变形的坝土等，用1.0m3挖掘机挖装，集渣后由5T自卸汽车运至下游弃碴场。大坝培厚：用5T自卸汽车将粘土从1km处的料场运送至坝址，以双胶轮车运至填筑工作面，人工摊铺土料，再以蛙式打夯机夯实。96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院护坡施工：混凝土预制块在现场预制后，人工搬运至工作面进行砌筑。6.3.2溢洪道修建根据现场地形、地质条件，设计将溢洪道进口段178m，按进口段10m，出口5m，纵坡分别为τ=0，τ=1/20，τ=1/200成型并衬护，平缓段820m按1/500纵坡开挖并侧墙水泥浆砌块石挡墙，底板C20砼衬护，溢洪道出口与曹柏自然江相接。使洪水顺利排入下游溪河。6.4施工交通老虎冲水库位于茶陵县枣市镇田家村，距县城直线距离22km，离国道4公里，有4.0m宽的水泥硬化村道公路连接省道320线直通相隔水库大坝500m处的村庄，因此交通便利。但坝址以下约1.0km为砂石路，路面不平整，路况较差，需维修后才能满足施工运输的要求。6.5施工辅助设施6.5.1混凝土拌和系统混凝土主要用于新建溢洪道衬砌和大坝上游坡护坡，使用地点相对集中，采用2台0.4m3移动式搅拌机生产，坝顶设一台，负责大坝上游护坡混凝土生产，斜拉式启闭机房旁设一台，负责新涵衬砌和老涵封堵所需混凝土。6.5.2风、水、电、通讯及照明(1)供风供风地点主要为石方开挖、砼拆除部位，在溢洪道附近设1台9m3/min移动式空压机，供施工用风；96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院(2)供水供水对象有：坝体回填、坝体灌浆、混凝土拌和及养护等。所有施工用水均从水库内抽取，用2台IS100-65-315B型水泵抽水。(3)供电目前离水库枢纽区若500m的村庄有380V配电线路，可架设至施工现场。(4)照明需要照明的地点有：新建溢洪道衬砌照明5kw、坝区施工场地照明5kw。6.6施工总布置根据施工地点分布情况和场地条件，主要布置有大坝施工区和辅助区两个区。大坝施工区主要布置于大坝和附近地区。区内包括水库大坝、溢洪道及北侧山体、左岸新涵入口附近区域、入库公路等，占地面积18360m2。辅助区布置于大坝左岸库尾，主要设施有材料仓库、混凝土制备系统及供水供电照明系统，占地面积14250m2，建筑面积3880m2。考虑到施工用人工主要从当地居民中获得，因此水库施工不设生活区。6.7施工总进度根据本次除险加固工程的规模和施工场地条件，工程总工期定为150天，即从2008年的10月下旬至2009年3月底。具体安排如下：2008年10月下旬施工准备期，主要完成1000m水库进场公路初步整修、水库大坝坡面初步修整、供水供电线路架设及材料加工用房建筑等。2008年11月下旬至12月下旬为主体工程施工期，完成水库内坡制砼六角块预制，大坝外坡堆石棱栖砌筑，溢洪道开挖。2009年1月上旬至2月上旬，完成溢洪道砼衬护，大坝内坡培厚加固，大坝内坡整修、砂石垫层铺设。96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院2009年2月中旬至下旬，大坝内坡砼六角铺筑、外坡排水沟网建筑和大坝外坡面铺植草皮及工程扫尾、竣工验收期。6.8主要技术供应6.8.1主要建筑材料各种建筑材料供应见表6-1。主要材料用量汇总表表6-1序号材料名称单位数量1水泥t2122砂m34443卵石m36486.8.2主要施工机械设备根据本章建议的施工方法和进度安排，选择施工主要机械设备型式和数量见表6-2。96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院主要施工机械设备汇总表表6-2序号名称规格型号单位数量一土石方机械1推土机59kw台22挖掘机CAT350，斗容1m3台23打夯机2.8kw台1二运输设备1自卸汽车5T辆12载重汽车5T辆1三混凝土机械1混凝土搅拌机0.4m3台22插入式振捣器2.2kw台2四空压设备1空压机9m3/min台2五抽水、造孔、灌浆设备1离心式水泵7kw台22地质钻机XU－150台13手持式风钻Y30台24灰浆搅拌机HJ1－500台15冲击钻CZ-22台1六供电变压设备1变压器S7－500/10台196 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院7工程管理7.1管理机构7.1.1工程概述老虎冲水库位于茶陵县枣市镇田家村，距县城约22km，地理位置：东经113°25′，北纬26°40′，所在流域为湘江洣水支流文江流域。该工程于1991年10月兴建，1993年10月竣工，1994年蓄水。水库枢纽工程由大坝、溢洪道及放水设施组成。原核定的总库容为121万m3，兴利库容105万m3，调洪库容15万m3，是一座以灌溉为主，兼顾养殖的小（Ⅰ）型水库。7.1.2设计原则工程管理机构的设置主要遵循如下原则：(1）严格遵守国家的有关法律、法规及相关规章、规定；(2）确保安全生产运行的前提下，不断提高企业经济效益，完善管理职能，本着优化劳动力组合，科学、合理，节约使用劳动力的原则，优化组合，合理配置、职能明确、科学运行、运转灵活。7.1.3机构设置老虎冲水库设有专管机构，由枣市水管站负责水库枢纽和灌区的全面管理工作。水管站原有编制人员为6人，故水库管理所编制定员人数维持6人不变。96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院7.2主要管理设施7.2.1管理机构生产、生活用房建筑面积的确定老虎冲水库运行以来一直由枣市镇水管站负责运行，维护管理，水库未设管理所及建造水库管理所用房，根据水库管理需要，此次除险加固尽可能配建水库管理所用房，设置专人负责水库管理。老虎冲水库办公室综合指标按每个管理人员20m2计算，水库管理所共有管理人员8人，则行政办公室（建筑面积）为120m2；拟建辅助生产用房：仓库100m2，合计240m2。7.2.2工程管理范围和保护范围一、工程管理范围根据水利部发布的《水库工程管理设计规范》SL106-96规定，老虎冲水库工程管理范围拟定为各建筑物外缘50m。二、工程保护范围工程保护范围：工程保护范围在工程管理范围边界外缘，主要建筑物为100m，一般建筑物50m定为工程保护范围，同时管理所应在管理范围和保护范围内搞好植树造林，在径流区内加强封山育林，做好水土保持工作。7.3管理运用7.3.1工程调度运用水库工程管理的目的是确保水库工程安全运行，充分发挥工程效益。水库工程管理必须在保证水库工程安全运行的前提下，根据水库的开发目标—以农田灌溉为主，合理利用水资源，选用最优调度方案。96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院7.3.1.1防洪调度运用水库溢洪道修建在大坝左端库尾山沟中，全长1000m，前段需178m开挖衬砌，后822m为自然山沟与自然江相接，不需建筑，能确保水库在非正常状态下，能够完全都洪水排出，使水库防汛保保安万无一失，水库运行效益充分发挥。7.3.2经营管理本工程为除险加固工程，项目实施后能够根治工程病害，使水库免遭失事威胁，同时使水库效益得以正常发挥，社会效益十分显著。水库管理所应按茶陵县人民政府制定的水费征收标准，向用水单位和农户收费，对不照章交费的单位和农户，水库管理所有权停止向其供水；对违章引水、用水或超计划用水的单位，管理所应向其提出警告甚至停止向其供水。为了管好用好工程，确保工程安全运行，充分发挥工程的综合效益，逐步实现工程管理现代化，水库管理所实行定岗位、定责任、定设备、定人员、定任务、定奖罚等六定管理方法，采用专业管理办法进行管理，灌区管理采用承包责任制。水库管理所应建立健全责任制，建立健全质量管理，做到事事有人管，事事有责任，真正实现责、权、利的统一。同时结合水库的实际情况，在保证灌溉的前提下，充分利用水土资源，依靠水源，发展供水；利用水库，发展旅游；依靠水面，发展养殖业；依靠土地，发展种植业等。积极发展生产，改善职工生活福利，为国家创造财富。做到加强管理，实现良性运行的目的。7.3.3建筑物管理(1)对工程主要建筑物，如大坝、输水涵洞、溢洪道等要进行经常性保养与维护。(2)每年近大春作物种植放水前，要对输水涵洞进行全面安全检查，及时维修补漏，对坍塌及隐患地段及时护砌等，做好放水前的准备工作，八月或九月大春收获后，再做一次整修，排除故障，消除隐患。96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院(3)对于检修发现的较大问题或险情，要及时上报主管单位，并安排有关人员进行抢修。(4)灌溉季节，值班人员必须坚守工作岗位，不得擅离职守，严格遵守用水计划调度，按时按量放水。(5)闸门及启闭机要定期进行检修及时更换磨损机件等。闸门必须缓慢操作，保持均匀速度，不宜用力过猛，若发现沉重阻滞时，应立即停止操作，检查原因，不得强行下压。7.3.4工程监测水库工程监测主要是监视各建筑物的工作情况和状态变化，掌握规律，及时发现不利隐患，为使工程安全运行，要求水库管理人员加强定期巡查，建立水库监测档案，重点观测大坝位移、坝体渗漏、绕坝渗流，每年应及时整编、归档、妥善保管。其成果应进行分析，如发现异常，应及时向上级管理部门报告。在主汛期更要加派人手，实施24小时不间断巡逻，杜绝事故隐患。96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院8环境保护设计8.1编制总则8.1.1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《开发建设项目水土保持技术规范》8.1.2编制原则充分考虑工程建设对环境的影响和有关环境保护要求，提出环境保护措施，使之符合工程的总体要求，使其成为总体设计的组成部分，并与主体工程的“三同时”一起实施，消除工程建设对环境的不利影响，保证周围环境的良好效益。8.1.3防治目标工程建设将破坏部份植被、地表等自然环境，编制环境保护设计的目的就是要贯彻落实《环保法》规定的环境保护防治义务。根据库区流域生态环境现状，在社会经济和生态环境协调发展的前提下，通过工程建设对周围环境的主要不利影响进行预测，提出切实可行的环境保护设计方案，争取做到保护人民健康、合理利用环境和资源、协调环境和经济的关系，以获得较好的环境、经济和社会效益。8.2环境现状一、水文、气象老虎冲水库位于茶陵县枣市镇田家村，距县城约22km。地理位置：东经113°2596 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院′，北纬26°40′，所在流域为湘江洣水支流文江流域。属亚热带气候，春湿秋燥，夏热之间多为梅雨，多年平均气温17.5℃，极端最高气温40℃，极端最低气温-9.9℃，多年平均日照时数为1715.9h，多年平均相对湿度78%，多年平均风速2.8m3/s，历年最大风速24m/s，多年平均降雨为1454.4mm，最大降雨量为2250.4mm，最小降雨量为799.0mm，每年降雨量分布不均匀，暴雨频繁期为每年4～9月的汛期，5～6月为主汛期。二、地貌、地质坝址为溪谷型（坝址中部山谷原为小溪，大坝是在溪谷上清除第四系坡、残积土填筑而成），两岸山坡基本对称，左右岸天然坡度为30°～45°。河流走向基本与岩层走向平行，属纵向谷。沟谷走向近北向，峡窄弯曲陡峻，小溪沿谷口流至湘江洣水支流文江支流。坝址基岩为白垩系上统戴家坪组（K2d）粗砂岩，第四系覆盖层为坡残积土和少量冲洪积土。粗砂岩（K2d）：红褐色，主要矿物成份为长石、石英、云母及粘土矿物等，粗粒结构，中厚层状，含15-20％石英质圆砾。强风化层以泥质胶结为主，弱风化层以铁、钙质胶结为主。节理裂隙发育，隙面光滑。第四系粉质粘土(Qp)：在粗砂岩上为第四系覆盖层，为残、坡积土，红黄色，不均匀含10-20%的中-粗砂，并夹有少量碎石，厚度1.5～4m，为母岩风化堆积物或短距离搬运的洪冲积物，多堆积在库内的山坡下和溪谷出口处。从钻探资料来看，坝址区第四系地层已被清除。三、泥沙根据现场勘察，水库上游方向多年平均侵蚀模数为500t/km2•a，考虑到引水渠道的冲刷影响，将该系数调整为650t/km2•a，推算得水库多年泥沙输入量为2.275万t，折合体积为1.758万m3。四、生物群落及其它水库工程建设地段内没有名贵植物和珍稀动物，也没有具有开采价值的矿藏资源和有害泉水及放射性物质。96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院8.3环境影响评价简介8.3.1对自然环境的影响①对周围气候的影响引起天气变化的因素有很多，水面和大气之间的湍流热量交换作用，水面蒸发导致空气湿度的增大都会引起微气候的变化，本工程建设的性质为除险加固，维持原大坝高22.5m、正常蓄水位180.2m不变，因此水库的除险加固对整个流域的气候无影响。②环境地质、水土流失造成水土流失的主要原因是地质构造、地表风化，另外，人为的毁林开荒及降雨、洪水冲刷也是重要因素之一。施工期间，由于土石方的开挖，必然会破坏部分地表结构，使土壤松散、岩石破裂等，而部份植被也将遭受破坏，致使边坡裸露，增强地表风化作用，容易产生水土流失。但流域内植被发育状况较好，水文地质条件良好，工程建设不会造成太大的水土流失，也不会产生大的诱发性地震和滑坡。8.3.2对社会环境的影响①水温、水质整个施工过程至结束，库水位并无多大变化，这对水库原水温结构层几乎没有改变，因此工程建设对水温无影响。水库施工期间，仅会暂时改变河水的物理性质，但无化学物质的渗入。河水自身为清洁能源，常年流动，自净力强，不会对下游河流产生不良影响。②对人民群众的生活影响大坝自199496 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院年运行至今，多年来险情不断，一直带病运行，针对有关险情采取过开导渗沟、输水涵洞废弃和新建等多种除险措施，使险情得以缓解。但大坝仍存在坝体、输水涵洞渗漏等问题，影响工程经济与社会效益的正常发挥，除险形势迫在眉睫。通过除险加固工程措施后，水库将使下游农田灌溉用水得到保障，同时还可继续加强开展水产养殖业和景观旅游业，从而推动茶陵县工农业的发展，提高人民群众的物质和文化生活水平。8.4环境保护设计8.4.1生活区人民健康的环境保护设计①水源、水质为确保水库功能的正常发挥，应在水库上游划出一定范围，作为水库水源保护区。在防护地带范围内，应加强管理，保护现有植被，严禁开垦荒地，以免造成水土流失，污染水源。生活区饮用水源应积极采取措施，水池与厕所之间的距离不得少于30m，实行人畜分饮，水池加盖，保证饮用水质符合卫生标准。②卫生防疫健全防疫机构，重视卫生防疫工作，积极开展卫生知识的宣传教育工作。由县卫生防疫部门出面负责，定期在居民区周围喷洒药物，防止蚊虫孽生，预防疾病的发生和传播。另外应围栏立栅，加强对牲畜家禽的管理，减少病菌传播的机会，确保人民群众的生活和健康。8.4.2施工期的环境保护设计①噪音防护施工人员在强力噪声环境作业时，应选配个人防声用具(如耳塞、耳罩、防声头盔等)进行防护，工作时数应视环境噪音的强弱而定，这样才能保证人体身心健康不受到损害。②粉尘处理96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院施工期粉尘污染主要来自枢纽区的土石方开挖和爆破等。粉尘对人体表层和眼睛有刺激作用，其中飘尘(粒径≤10μm的的浮游状粉尘)会引起人体呼吸道感染、中毒。水利工程施工要求使用湿式除尘、半湿式除尘或电除尘器配套进行操作，可有效地控制和降低粉尘污染的浓度。8.4.3水土保持和绿化措施（1）水土保持水土流失是普遍存在的一个问题，工程建设会加剧局部地区的水土流失，同时水土流失又会影响到工程的环境质量。所以应当重视水土保持的防护措施。本工程整治的水土流失范围主要针对大坝施工区、场内施工道路及管理用房施工区进行。有效措施是林草措施和工程措施相结合，根据实际情况，在遭扰动原地面进行场地平整、挖临时排水沟等工程措施的基础上，进行植树种草，并同环境保护措施相协调，搞好工程环境的绿化工作。（2）绿化措施植被不仅可以阻挡雨水对坡面的直接冲击，还可削减其对坡面的冲刷作用。因此，应该重视水库周区的绿化工作，并加强管理，提倡承包造林，实行专人护林，严禁乱砍滥伐，维持生态平衡，充分发挥工程的效益。绿化布局重点考虑枢纽区周围遭破坏地段。管理所周围生活区可在现有基础上因地制宜地选择适量优良树种，就地移栽，并常年坚持，以逐步扩大绿化范围，美化生活环境。8.4.4宣传教育96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院环境质量关系到人民的生活和健康，保持一个清洁、良好、舒适的环境，符合人民群众的利益和愿望。爱护、保护环境是每个人的权利和义务，保护和改善环境人人有责。所以应该制订环境标准条例，健全环境管理机构，并加强对水库管理所职工及当地群众进行环境知识的宣传教育，以提高人们热爱环境、保护环境的心理素质。8.5环境监测及管理根据水库功能，应建立相应的环境监测机构，监测项目包括水质、水温、土壤、森林植被等内容，范围包括库区周围、水库下游可能影响的河道附近地段。委托环境监测部门负责，农、林、水部门配合共同完成。每年周期性地作2～3次定量监测，监测质量按有关标准执行，监测成果报归水库管理所存档。8.6环境保护投资概算8.6.1概算依据①湖南省水利厅(1998)5号文颁发的《湖南省水利水电工程设计概算编制办法及费用标准》；②湖南省水利厅(1992)10号文颁发的《湖南省水利水电建筑工程预算定额》（上、下册）；③水利部水总［2003］67号颁发的《水土保持工程概算定额》（上、下册）；④《湖南省水土保持设施补偿、水土流失防治费征收管理试行办法》（湘价费字（1996）81号。8.6.2环境保护投资概算环境保护设计总投资4.65万元，其中施工区环境保持3.9万元，环境保护管理、监测、监理费0.75万元；其它措施如宣传教育、生活区居民自行绿化等项目不再列专项投资，具体见表8-1；水保及绿化措施设计总投资为4.29万元，其中工程措施2.94万元，植物措施1.1万元，水土保持设施补偿费0.24万元，具体见表8-2。环境保护项目费用列入工程总投资，由工程建设主管部门统一安排、合理使用。96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院环境保护投资概算表表8-1项目单价数量投资（万元）备注施工区环境保护水质保护砼废水处理0.5万元/处10.5含油废水处理0.5万元/处10.5空气质量保护粉尘处理2.0万元/年0.250.5噪声监测噪声防护1.6万元/年0.250.4环境保护管理、监测、监理管理机构及运行费1.0万元/年0.250.25施工期环境监测1.0万元/年0.250.25施工期环境监理1.0万元/年0.250.25合计2.65水土保持及绿化措施投资概算表表8-2编号工程或费用名称单位数量单价（元）合价（元）　第一部分工程措施　　　294421平整土地m250005250002临时排水沟开挖m23612.27442　第二部分植物措施　　　11024一植物种植费　　　22741人工铺草皮m25004.0320152乔木栽种株2012.95259二植物购置费　　　87501草皮m25005.527502樟树株203006000　合计　　　40466　水土保持设施补偿费hm20.16150002400　总投资　　　4286696 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院9设计概算（见另册）10经济评价10.1概述根据茶陵县水利规划要求，老虎冲水库主要提供下游方向的农业灌溉用水，同时兼顾养殖。项目建成后，灌溉耕地面积0.265万亩，年供水量212万m3。本除险加固工程施工总工期为150天。经济评价的主要依据：国家计委、建设部发布的《建设项目经济评价方法与参数》(第二版)；能源部、水利部颁发的《水利建设项目经济评价规范》(SL72—94)。经济评价的任务是对本项目投入产出的各种经济因素进行调查研究，计算及分析论证，研究本项目建设的经济合理性，通过国民经济评价及财务分析，拟定出主要经济指标，作出经济评价的结论意见。国民经济评价采用影子价格，计算总费用和总效益进行整体评价；财务评价按照国家现行的财务、税收制度，采用现行价格、资金来源、贷款利率、偿还年限，计算总费用和总效益，进行分析评价。按《水利建设项目经济评价规范》(SL72—94)的规定，取本项目计算期为40年，其中:建设期1年，运行初期2年，正常运行期37年，基准年定为建设初期。本项目的实施对改善当地环境状况及经济的快速发展具有促进作用，因此，本工程属社会公益性质的建设项目，故国民经济评价社会折现率采用12%计算，财务评价基准收益率为7%。本项目设计概算总投资244.15万元。由各级政府联合解决，依据水利工程的特点，属拨款项目，可不计利息。96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院10.2国民经济评价10.2.1投资、年费用估算（1）影子投资估算本项目影子投资估算方法，采用《建设项目经济评价方法与参数》中的方法和《水利建设项目经济评价规范》(SL72—94)附录E：水利建设项目国民经济投资简化调整办法进行调整，即调整主要材料费、剔除估算中属于国民经济内部的转移支付(计划利润和税金)费用。国民经济评价中的投资费用应以影子价格计算调整，但投资估算采用的主要建材及设备价格均超过了国家计委颁布的货物影子价格加影子运费，故对投资不作调整，即视影子价格系数为1.0。（2）经调整计算国民经济评价总投资为223.64万元。（3）流动资金估算水利建设项目的流动资金，是指项目投产运行初期，用于维持正常生产的周转资金，包括购买燃料、材料、备品、备件和支付运行管理人员工资等所需的周转资金，按固定资产投资的2‰计，流动资金为0.45万元，建设期末提取，计算期末一次收回。（4）年运行费用估算水利建设项目年运行费用，是指项目建成投产后，工程设施在运行管理中，每年所支付的各项费用，一般包括：材料和燃料动力费、管理费、维护费、大修理费、行政管理费、其他费用等。1)材料和燃料动力费：材料和燃料动力费指在运行管理中所耗用的材料和油、煤、电等的费用。根据类似工程按固定资产原值的0.4%计，则费用为0.85万元。2)管理费：管理费包括管理机构职工工资、福利基金和行政以及日常的防汛、观测、科研和试验等费用。①工资96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院本工程设管理人员8人，年人均工资7500元，总计6.0万元。①福利基金按工资的10～50%计，取14%为0.84万元。②行政及日常费用按工资的30%计取为1.8万元。工程管理费合计为8.64万元。3）维护费：维护费指维修、养护工程设施所需的费用，包括日常维修、养护、岁修等项。按固定资产原值的0.3%计取为0.67万元。4）大修理费：大修理费按固定资产原值的0.5%计，则大修理费1.12万元。5）其他费用：其他费用包括为消除或减轻项目带来的不利影响所需的补救措施费用。按上述前四项费用之和的8%计，为0.9万元。以上五项费用合计即为年运行费，共计12.18万元。10.2.2工程效益估算本项目建成投产后的国民经济效益，主要是农业灌溉供水效益。（1）农灌供水效益估算本灌区规划灌溉面积0.265万亩，灌区内作物主要由水稻、花生、豆类、蔬菜等粮食作物和经济作物构成。根据规范规定，灌区的主要作物增产量是包括水利灌溉和农业其他技术措施的综合效益，灌溉效益的分摊系数根据当地的统计资料分析为：水稻0.75，蔬菜、豆类、花生等其他粮食作物和经济作物为0.25。本工程效益计算，农作物主副产品价格均采用当地市场价格作为影子价格进行计算，在计算农作物的产值时，根据当地调查资料计入15%的副产品的产值，由此按作物种植比例计算产量和产值，同时采用分摊系数法计算农业灌溉供水效益产值为96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院125.9万元。考虑到本工程项目灌溉效益还需要配套田间渠系工程才能完全发挥，因此，灌溉供水效益根据当地渠系配套情况按70%来分摊本工程项目的效益，则灌溉供水效益估算为81.26万元。（2）国民经济评价效益计算根据以上计算成果，可得国民经济评价效益为81.26万元。10.2.3国民经济评价本工程项目是具有农业灌溉效益的社会公益性质的水利工程，据《水利建设项目经济评价规范》(SL72—94)规定，国民经济评价采用12%的社会折现率进行。经济内部收益率EIRR=18.45%＞12%经济效益净现值(i=12%)ENPV=201万元＞0经济效益费用比(i=12%)EBCR=1.65>1各项指标均满足规范要求。10.2.4敏感性分析由于经济评价为决策前评价，采用的数据涉及因素很多具有一定程度的不确定性，为分析其对经济评价指标的影响，需进行不确定性分析，以预测可能承担的风险和评价指标的可靠程度，不确定性分析只作敏感性分析。敏感性分析计算的基本方案为国民经济评价方案，其余方案为：投资变化、效益变化及工期变化，计算指标见表10-1。根据工程的具体情况，对主要可能变动的参数及浮动幅度拟定如下：①投资增加10%；②效益减少10%；③建设期增加一年；④以上因素同时浮动。96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院国民经济敏感性分析表(ic=12%)表10-1方案项目净现值(万元)内部收益率 (%)效益费用比方案一一、基本方案20118.451.65二、投资变化1.投资增加10%18616.671.405三、效益变化1.效益减少10%16917.081.313四、建设期增加一年14516.621.335五、三项因素同时浮动建设期增加一年，效益减少10%，投资增加10%10515.511.22备注：经济社会折现率ic=12%从上表中可以看出，在各项敏感因素影响下，各方案的经济内部收益率EIRR＞12%，经济净现值ENPV＞0，经济效益费用比EBCR＞1，即该项目具有较好的抗风险能力。10.3财务评价10.3.1财务投资、费用估算（1）财务投资估算的依据、方法及成果96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院财务投资估算是根据国家现行财务、税收制度和现行价格、资金来源、还贷利率、偿还期、建设计划，分析估算本项目的总投资、总费用和总效益，分析评价财务的可行性，供项目评估。财务评价总投资包括固定资产投资、建设期贷款利息，本项目总投资244.15万元，工程建设期为150天，财务评价投资估算见表10-2。财务评价投资估算表表10-2项目单位数量工程总投资万元244.15建筑工程万元173.8机电工程万元15.75临时工程万元6.71其它费用万元36.26基本预备费万元11.63（2）流动资金估算水利建设项目的流动资金，是指项目投产运行初期，用于维持正常生产的周转资金，包括购买燃料、材料、备品、备件和支付运行管理人员工资等所需的周转资金，按固定资产投资的2‰计，流动资金为0.45万元，建设期末提取，计算期末一次收回。（3）年运行费用估算水利建设项目年运行费用，是指项目建成投产后，工程设施在运行管理中，每年所支付的各项费用，一般包括：材料和燃料动力费、管理费、维护费、大修理费、行政管理费、其他费用等。1)材料和燃料动力费：材料和燃料动力费指在运行管理中所耗用的材料和油、煤、电等的费用。根据类似工程按固定资产原值的0.4%计，则费用0.93万元。2)管理费：管理费包括管理机构职工工资、福利基金和行政以及日常的防汛、观测、科研和试验等费用。①工资本工程设管理人员8人，年人均工资7500元，总计6.0万元。96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院①福利基金按工资的10～50%计，取14%为0.84万元。②行政及日常费用按工资的30%计取为1.8万元。工程管理费合计为8.64万元。3）维护费：维护费指维修、养护工程设施所需的费用，包括日常维修、养护、岁修等项。按固定资产原值的0.3%计取，为0.67万元。4）大修理费：大修理费按固定资产原值的0.5%计，则大修理费1.12万元。5）其他费用：其他费用包括为消除或减轻项目带来的不利影响所需的补救措施费用。按上述前三项费用之和的8%计0.9万元。以上五项费用合计即为年运行费，共计12.18万元。（4）基本折旧费据规范规定，本工程年基本折旧费按固定资产原值的2%计取，则年基本折旧费为4.47万元。10.3.2财务成本核算（1）供水成本核算供水成本包括年运行费用和固定资产基本折旧费以及其他按规定应计入供水成本的费用。本工程在生产计算期内未考虑其他费用，故供水成本由年运行费用和固定资产基本折旧费组成，即供水成本为年基本折旧费及年运行费之和，故供水成本=年基本折旧费+年运行费=16.65元。（2）供水水价供水水价由供水成本确定，按以下公式计算：96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院设计规划灌溉面积农业灌溉用水量为252万m3，水库经除险加固工程实施后，供水量保持不变，则供水成本水价为0.07元/m3，取用水价为0.10元/m3（3）财务效益本工程财务效益也就是供水效益，主要包括农业灌溉水费效益。本工程供水效益等于供水水价乘以供水量：供水效益=0.10×252=25.2（万元）10.3.3财务评价（1）评价指标计算根据以上分析计算的基础数据：投资概算518.94万元，年运行费14.26万元，当供水成本水价定为0.10元/m3，年效益为25.2万元，评价指标不满足规范要求。提高综合供水水价为0.25元/m3，年效益为63万元，采用财务基准收益率ic=7%进行计算，其各项计算指标如下：财务内部收益率FIRR=9.8%＞7%财务净现值FNPV=6.5万元＞0投资回收期Pt=11.60年各项指标均满足规范要求，为此，建议提高综合供水水价为0.25元/m3即可满足项目正常需求。（2）财务评价从以上评价指标分析，在适当提高水价的前提下，各项财务分析指标满足规范要求，因此，本项目建议供水水价为0.25元/m3，供上级有关部门参考。10.4综合评价老虎冲水库是以农业灌溉供水为主的具有社会公益性质的水利工程，96 茶陵县老虎冲水库除险加固初步设计株洲市水利水电设计院工程所有国民经济评价指标都符合《规范》要求的评价准则，在经济上是合理的，水库经除险加固后，恢复了水库的功能，效益是显著的，对国民经济的贡献是很大的。综上所述，本工程是社会效益显著的工程，为经济上合理，财务上可行的建设项目，建议尽早实施。96'