水闸防洪排涝工程可行性研究报告

'第一章概述1.1前言某水闸地处某省，位于西埔港港口入海河流上游段，属于农田灌溉排涝水闸，是周边农田灌溉排涝的重要水工构筑物。现有某水闸运行至今已几十年，是当地防汛、排涝、水环境改善和农田灌溉不可缺少的重要水工建筑。现有某水闸闸孔规模为（净高：3.4m，净宽：2m）的四孔水闸，闸墩厚度为0.65m、闸身总宽6.9m、闸长11.1m，闸板为木板闸门。某水闸在多年运行后，水闸条石表面出现明显炭化、表面腐蚀脱落、破损严重，对日常运行安全构成了威胁，且闸门启闭至今为人力，急需改用启闭机设备。为此东山县西埔镇邀请我家对某水闸进行评估，评估结论为：水闸上下游淤积严重，水质恶化，使水闸功能衰退，生态环境较差，随着东山县农田的建设和发展，水闸所在地为农业灌溉区，水闸受常年来的侵蚀，已明显老化，2010年5月我单位受东山县西埔镇的委托，开始编制某水闸防洪排涝工程的可行性研究报告。1.2工程设计范围27 按委托要求本工程的内容为：①某水闸及其配套设施的除险加固。②中游段挡水闸门改建；③河道清淤；④河道护坦扩展、加固；⑤电气设备的布置。1.3编制依据1．《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）；2．《水利水电工程可行性研究报告编制暂行规定》(中华人民共和国水利部1996年12月);3.《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）；4．《防洪标准》（GB50201-94）；5．《堤防工程设计规范》（GB50286-98）；6．《水闸设计规范》（SL265-2001）；7．《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-97）；8．《地基基础设计规范》（DGJ08-11-1999）；9．《水闸工程管理设计规范》(SL170-96)；10．《水利工程管理单位编制定员试行标准》（SLJ705-81）；11.《水工混凝土结构设计规范》（SL/T191-96）；12.《水利水电工程钢闸门设计规范》（SL74-95）；14．《供配电系统设计规范》（GB50052—95）；15．《低压配电设计规范》（GB50054—95）；27 16．《电力工程电缆设计规范》（GB50217-94）；17.其它有关规范。1.4主要研究内容1．复核工程任务及其具体要求，论述工程建设的必要性；2．收集分析水工建筑物，提出相应评价和结论；3．复核工程的等级和设计标准，确定工程规模，拟定工程总体布置、主要建筑物的结构型式和布置、控制尺寸、高程和工程数量；4．拟定建筑物的闸门和启闭机等的型式和布置；5．拟定工程的管理机构；6．提出工程的投资估算。1.5主要研究成果1.作为灌溉及防洪排涝水系改造建设的需要，为提高闸门可靠度，加固某水闸是非常必要的，技术上是可行的。某水闸的规模为净宽11.1m，闸身长度为6.9m，工程的主要任务是防洪（潮）、排水、灌溉。2.经方案比较后选定对某水闸进行除险加固并对其上、下游河段进行清淤整治。3.按规划河道口宽11.1m,底宽8m,底高程0m。27 4．水闸闸孔为净宽8m，闸首采用浆砌条石坞式结构；闸底板高程为-0.3m5．闸门采用直升式钢筋混凝土闸门，启闭设备采用手电两用启闭机。6．本工程用电为非工业重要用户。7．工程管理初拟水闸管理所定员为1人。8．工程总投资为万元。27 1.6工程综合特性表表1-1工程综合特性表序号项目单位数量备注一工程等别五等二主要建筑物4级闸首、消力池和翼墙三次要建筑物5级四临时建筑物5级五抗震设计烈度7度六防洪标准10年一遇高潮位七水闸结构主要特征值1闸首水闸孔径m2四孔闸首长m6.9浆砌条石坞式结构闸首宽m11.1闸底板面高程m-0.3门槽立柱顶高程m2.42消力池外河消力池长m5钢筋砼坞式结构外河消力池池深m0.53翼墙外河圆弧翼墙顶高程m2.0浆砌条石重力式结构内河圆弧翼墙顶高程m2.5浆砌条石重力式结构27 续表1－1　工程综合特性表序号项目单位数量备注八河道1河道清淤km32边坡边坡护坦加固m20九闸门及启闭机1工作闸门门顶高程m2.9平板砼闸门2工作砼闸门重量Kg94.23启闭机容量kN10距离km2.5十工程管理1定员人12管理区面积亩9003管理区建筑面积m220十一工程投资估算1291闸门除险加固万元522边坡护坦加固万元123河道清淤万元6527 第二章自然条件2.1水文气象东山县位于某省南部沿海、台湾海峡西岸，属南亚热带海洋性气候，热量丰富。工程区多年平均降雨量为1151.5mm，降雨量由西北向东南随地势降低而逐步减少，多年平均径流深467mm，为全省年平均径流深1168mm的40%。降雨天数多年平均为112天，月降雨天数多年平均以6月份最多，达19天；以10月至12月份最少只有4天。历史实测日最大暴雨310.5mm，发生于1990年6月30日，根据历年实测资料分析，平均日最大降雨量112.0mm，20年一遇日最大降雨207.3mm，30年一遇日最大降雨207.3mm。经计算，水闸不同重现期的设计水位见下表。某水闸设计水位成果表重现期地点均值100年30年20年10年某水闸0.360.730.590.520.442.2地质某水闸地处东山县西埔镇的西南部，水闸建于河道上，根据邻近的地质资料及27 现场调查了解，水闸地基土层为中风化花岗岩，闸区范围内分布的地层主要有淤泥混砂层及中粗砂混粘土层。①淤泥混砂：呈深灰色、流塑为主，局部软塑，饱和。以粉粘粒为主，富含有机质，含有贝壳碎屑，中细砂含量约20%-30%，层厚约0.75-1.5m，工程性能较差。②中细砂层：第四系海积成因。黄褐、灰色，松散-稍密，饱和。以石英质中细砂为主，分选性较差，含少量淤泥，含量约5%-15%。该层厚度约0.9m，属细砂土层。③中粗砂混粘土：灰色，松散-稍密，饱和。以石英质中粗砂为主，分选性较差，含较多泥，含量约10%-20%。该层为淤泥混砂下伏土层，工程性能一般。根据《某省地质构造图（1：100万）》，长乐—南澳深断裂带南段通过本工程区，该断裂带位于东南沿海，呈北向东平行海岸线分布，宽38-58公里，长大于400公里，北入海域，南延广东，该断裂带推测发生于晚三叠世，自晚三叠世以来，由于太平洋板块向欧亚大陆板块俯冲，在某大陆边缘平行俯冲带形成长乐-南澳深断裂带，在东南沿海由祥谦-云霄、长乐-陈岱、平潭-东山等三个次一级的断裂带所组成。根据《中华人民共和国区域地质调查报告》及《1/200000漳州幅区域地质图》，本场地范围内无27 区域性地质构造穿过，动力地质左右影响较弱，构造形迹不发育。工程区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g，设计地震分组为第一组，地震动反应谱周期为0.35s。27 第三章工程建设的必要性、任务和规模3.1工程建设的必要性现有某水闸运行至今已几十年，是当地防汛、排涝、水环境改善和农田灌溉不可缺少的重要建筑，为东山县农业发展及安全渡汛起了很大作用。1．从客观环境讲，由于水闸段淤积严重，使水闸排水功能衰退，水闸四周环绕农田，交通不便，一旦遇到险情，抢险条件较差。2．从水闸本身讲，几十年咸潮咸气的侵蚀，使水闸已明显老化，如原来的木板闸门难以满足蓄水要求，各构件间接触部位挤压破损，设备陈旧，某水闸至今仍采用人力启闭等等，均待以投入予以维修、改造和加固。基于上述原因，现有水闸已在运行管理和功能发挥方面有所衰减，因此对现有水闸进行除险加固迫在眉睫。3.2工程任务3.2.1工程内容某水闸除险加固的内容为更换4扇平板钢筋混凝土闸门和4台10T手电两用螺杆式启闭机。对某水闸下游护坦抛大块石进行防冲消能，并对某水闸的上下游河道进行清淤整治。修建上某水闸启闭机操作室的楼梯1个。并更换上游27 小水闸的2扇平板钢闸门和2台台10T手电两用螺杆式启闭机启闭。布置距离约2.5km的380V输电线路。3.2.2工程功能某水闸主要功能为：防洪排涝和灌溉。3.3工程规模工程规模如下：水闸规模：净孔宽2m；闸底高程-0.3m。河道规模：河道口宽11.1m,底宽8m,底高程-1.0m某水闸更换4扇平板钢筋混泥土闸门和4台10T手电两用螺杆式启闭机。某水闸下游护坦抛大块石进行防冲消能，并对某水闸的上下游河道进行清淤整治，水闸两边岸墙，修建上某水闸启闭机操作室的楼梯1个。并更换小水闸的2扇平板钢筋混泥土闸门和2台台10T手电两用螺杆式启闭机启闭。工程总投资142万元。27 第四章工程选址、工程布置及主要建筑物4.1工程等别和建筑物级别4.1.1工程等别某水闸要求保证周边农田的灌溉与防涝。根据《堤防工程设计规范》（GB50286-98）第2.1.5条,堤防上的闸、涵、泵站等建筑物的设计防洪标准，应不低于堤防工程的防洪标准，并留有适当的安全裕度。本工程的主体建筑——闸首、消力池、内、外河翼墙以及外河防洪建筑物均为五级建筑物。4.2设计标准4.2.1防洪标准根据《堤防工程设计规范》（GB50286-98）第2.1.5条，堤防上的闸、涵、泵站等建筑物的设计防洪标准，应不低于堤防工程的防洪标准；又根据中华人民共和国国家标准《防洪标准》GB50201-94第2.0.1条，本工程非农业人口远小于20万人，故本工程防洪标准按《防洪标准》表2.0.1应确定为10年一遇。水闸的门顶高程按《水闸设计规范》（SL265-2001）第4.2.17条，确定为：设计高水位加0.3～0.5m超高。27 外河侧闸墙及挡墙顶高程按《水闸设计规范》（SL265-2001）第4.2.4条，确定为：设计洪水位加波浪计算高度与安全超高值之和，并按其规定，位于防洪（挡潮）堤上的水闸，其闸顶高程不得低于防洪（挡潮）堤堤顶高程来加以确定。4.2.2抗震标准根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001），本工程位于地震烈度7度区。按《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-97）规定，建筑物按地震烈度7度设防。4.3工程布置4.3.1工程布置原则工程布置的原则是：满足功能、运行要求，结合考虑地形、地质等因素，做到布置紧凑合理、协调美观，结构安全可靠、施工方便、运用灵活。4.3.2工程总体布置该工程的主要功能是防洪排涝和灌溉，平时操作上是启闭闸门自排，故工程布局上将水闸轴线置于河道中心线上，使主流平顺。闸首的外河侧设消力池，水闸管理区综合考虑地形条件、景观效果等因素进行布置。4.3.3闸门布置根据《水闸设计规范》（SL265-2001）第4.2.14条，27 仅需设置一道工作闸门。受力钢筋选用12φ10（As=942mm2），分布钢筋选用11φ10@300。钢筋排列见图纸。4.4主要建筑物结构型式4.4.1结构设计原则满足有关设计规范要求;满足设备布置、安装、运行及检修的要求；技术适当先进、安全可靠、管理方便、整齐美观；施工便利。4.4.2闸首结构孔数：4孔，净高：3.4米，净宽：2米，闸墩厚度：0.65米，闸身总宽11.1米，闸长：6.9米。4.4.3楼梯1）梯板几何尺寸:水平步级数n1=14级垂直步级数n2=15级步级尺寸a1Xb1=200X240梯段净跨n1Xb1=14X240=3360梯段净高n2Xa1=15X200=3000上折平台跨度L2=0mm下折平台跨度L3=0mm2）梯板荷载条件(除注明外，均为标准值):27 每米宽斜板重=25x150x4504=16.8kN每米宽步级重=25x0.5x200x240x14=8.4kN20厚水泥沙浆面层=2.4kN20厚纸筋灰底层=01.5kN梯级面层(大理石)自重=7.1kN楼梯栏板(钢栏杆)自重=1.4kN/m恒载总标准值=11kN/m活载标准值=3.5kN/m2活载准永久值系数=0.3总荷载(设计值)=18.28kN/m(控制组合方式:1.35*g+1.4*0.7*q)3）计算结果：计算砼强度等级C25计算斜板厚度h=250mm实选斜板厚度h=250mm计算跨中弯矩M=20.63kN.m计算选用钢筋:φ10@98(I级799)实际选用钢筋:φ10@90(I级799)4.4.4消力池由于不引水，故内河不设消力池。外河消力池净宽由闸孔处的11.1m渐变到13m，长5m。消力池深为0.5m27 ，池底面高程-1.5m，底板厚度初拟9.5m。墙身采用浆砌条石及底板结构采用钢筋砼结构。4.4.5圆弧翼墙内、外河圆弧翼墙采用钢筋砼悬臂式结构，基础采用钢筋砼方桩。外河侧墙顶高程为2.5m，与外引河的防浪墙岸相接。内河侧墙顶高程为2.0m，与内引河的防汛墙岸相接。4.4.6河道河底宽8m，河口宽度11.1m，河底高程-1.0m，河道工程段长3.3km。1）防洪标准区域河道规划控制最高水位2.1m，根据《城市防洪工程设计规范》（CJJ50-92）表2.3.1，取安全超高0.4m，由此确定区域河道设防标高为1.5m。2）布置原则内容包括河道疏拓、新建亲水型护岸和绿化工程，以防洪排涝及改善水环境为主要功能。因此，设计主要遵循以下原则：a．以水利规划为基础，综合考虑现状地形、水流特征、建设单位及两岸建筑规划建设单位意见，尽量满足各方面要求；27 b．从实际出发，尽量减少工程投资；c．按照河道规划要求，在不影响河道实施后过流能力情况下，根据需要局部调整河道线型，保持河道线型自然光滑、曲折优美。3）河道结构断面由于受规划过水断面、两岸地形的限制，护岸采用方桩重力式承台结构，即-1.0m高程以上设重力式浆砌块石挡墙。4.5主要建筑物结构计算水力计算公式取自《水闸设计规范》SL265-2001。4.5.1.计算流量Q=σ’μ0heB0(2gH0)^(1/2)4.5.2.消能设计消力池深:池长:底板厚:4.5.3.防渗设计4.5.4.闸首稳定计算公式（1）.基底应力27 （2）.抗滑稳定:<（3）.不均匀系数:η=Pmax/Pmin<〔η〕4.5.5.地基承载力设计值：[R]=NBγBB+NBγBD+NCC经计算复核，水闸的结构稳定及消能、防渗均能满足规范要求。27 第五章小闸门改建5.1闸门概况某水闸上游处有一挡水闸门。闸门有2孔，闸孔高3m，闸墩厚为0.65m，水闸受常年的侵蚀，老化、损坏严重，如混凝土表层爆裂剥落，受力钢筋外露锈蚀、闸板漏水严重等。5.2主要整改内容1.作为东山县灌溉水系改造建设的需要，为提高闸门可靠度加固挡水水闸是非常必要的，且技术上是可行的。2．闸门采用平板式钢筋混凝土闸门。3．设置2道闸槽，以便于闸门更换、维修。4．钢筋混凝土闸门受力钢筋选用21φ10（As=1648.5mm2），分布钢筋选用15φ10@200。钢筋排列见图纸。5．启闭机的更换，2台10T手电两用螺杆式启闭机。5.3整改估算钢砼闸门：数量：2；单价：16541元；10吨手电两用螺杆启闭机：数量：2套单价：15507元；更换费用：96144元。27 第六章电气及金属结构6.1电气设计6.1.1供电方式本工程用电为非工业用户，拟申请一路10kV高压电源供电。10kV架空线路引至闸区外终端杆，管理区内采用电缆引入变配电所变压为380v电压。计量采用高压计量方式。10kV外线由供电部门负责。6.1.2用电负荷及电气结线1.闸门液压启闭机配套油泵电动机6台14kW，一用一备，采用软起动方式。2.检修动力负荷约为3kW。3.控制电源5kW。4.管理房照明、空调照明电约5kW。总装接容量约为27kW；10kV电源电缆引至变配电所高压进线负荷开关。备用电源采用电缆方式引至变配电所内低压开关柜电源切换处。变电站内配置低压计量、无功补偿、电源切换、动力出线及照明出线等部分。低压柜主开关为双投刀开关，实行手动切换，备用电源用以确保水闸启闭机动力，控制室照明供电。6.1.3电气设备布置27 变配电所设于距某水闸2.5km的地方，变配电所内配置高压开关柜、变压器柜、量电屏及无功补偿柜。另外设置动力配电，照明配电各一台。6.1.4照明启闭机控制机房内按规范及功能作照明设计。照明均采用节能灯源。6.1.5防雷与接地在闸首门架机房屋顶及管理房屋顶设置避雷装置，利用电缆于大地连接，接地电阻不大于1欧。6.1.6电缆敷设由变配电所引出室外的电力电缆、沿电缆沟敷设，室内照明线路采用一般塑铜线沿墙、沿地暗敷。6.1.7控制1.控制系统本工程采用人工监控，配备一名专职人员管理和监控水闸的运行。2.检测仪表在变配电所内高压及低压进线柜处设置微机型综合测量装置，电量信号送闸首油压泵房内的PLC柜。27 6.1.8其他水闸控制室内设置1门电话，并设置一台传真机，由当地邮电部门进行规划，设计和安装。6.1.9电气主要设备材料表序号名称型号及规格单位数量备注1高压开关柜HXGN-10kV台22箱式变压器SC9-160/10,160kVA,10/0.4kV台13低压配电屏MNS型台44计量柜台1供电部门提供5操作台、椅桌：宽800×长2500，椅：1只套16动力配电箱非标台37照明配电箱非标台89投光灯白炽灯100W套2配镇流器、灯杆，触发器等16电力电缆VV-1-4×25米300024PLC柜非标台228打印机单色激光，A3套129不间断电源（UPS）输入电压：220VAC输出电压：220VAC2kVA，1h套130过电压保护装置套132通讯电缆屏蔽双绞线米200034电源避雷器900104，900121只1035信号避雷器SACH-5只5027 第七章投资估算与资金筹措7.1编制依据及标准7.1.1编制依据工程投资估算编制依据某省水利厅闽水[2005]计财73号文颁发的《某省水利水电工程设计概（估）算编制办法》。7.1.2定额依据1、建筑工程定额主要采用1997年某省水利厅颁发的《某省水利水电建筑工程预算定额》，并扩大3%计算，不足部分参照其它有关专业定额。2、安装工程定额采用水利部水建（1993）63号文颁发的《（中小型）水利水电设备安装工程概算定额》。3、施工机械台班费采用1997年省水电厅颁发的《水利水电工程施工机械台班费定额》，并将其一类费用小计乘1.45系数。7.1.3取费标准根据闽水（2005）计财73号文规定计算：1、其他直接费：建筑工程3%、安装工程4.2%。2、间接费：土石方工程10%、砌石工程8%、混凝土及钢筋制安工程10%、设备安装（人工费的）80%。3、计划利润：5%。4、税金：3.381%。7.1.4基础单价27 1、人工费：根据闽水（2005）计财73号文规定，人工费为28元/工日。2、主要材料估算价格采用当地的现场价，不足部分参考2010年4月份《漳州建设工程造价信息》上的东山县材料信息价格。设备按国内代理商报价计列。7.1.5独立费用1、工程建设监理费：按闽建计[2001]18号文的规定执行。2、勘测及设计费：按国家计委计价格[2002]10号文《工程勘察设计收费管理规定》执行。3、工程保险费：取工程建安费的0.45%计算。4、生产准备费：按照设备费的1.53%计算。5、基本预备费：按估算一至三部分之和的4%计算。7.2估算总投资东山县西埔镇某水闸除险加固及河道清淤整治工程静态总投资为135.35万元。其中：土建工程费为119.35万元；工程建设监理费4.75万元；勘测及设计费4.25万元；建设单位管理费及基本预备费7万元。详见工程投资总估算表：27 第八章环境影响评价8.1环境状况及环境效益本工程是以蓄水和排涝为主的综合利用工程,本身就是一项水利环境工程,实施后对整个区域能提供良好的环境效益。某水闸工程实施后，可以增大调水力度，改善水环境。同时，也增大了排涝流量，为促进工农业生产发展、人民生活安定奠定了坚实的基础。本工程的排涝、蓄水功能发挥，有利于地区经济的可持续发展。8.2主要环境影响本工程实施后，提高了地区排涝标准，改善了水环境和投资环境，因此，水利工程实质上是一项水环境工程，其建设后会对环境带来长期有利的影响。但本工程在施工期会对环境带来一些不利影响，而这些影响只是次要的、短期的，并可采取措施加以控制，使影响程度减小。施工期产生的不利影响主要体现在以下几个方面：1.施工时挖掘机、起重机、砼搅拌机、机动车辆等施工设备产生的噪音对周围的居民带来的不利影响；27 2.施工期生活垃圾若不合理地处置和加强管理，会影响周围的地面环境。此外，生活废水如不经处理直接排放入周围河道，会对水环境有污染影响；3.施工时需临时占地，会对占用的农田带来影响。8.3环境保护措施针对上述施工期间产生的不利影响，可采取以下几个方面的措施来加以改善和控制：1．噪音治理施工时尽量采用低噪音的施工机械，并保持施工机械良好地运行，对因故障而发出强噪音的机械，应及时停止使用，加以维修。施工车辆行驶路线尽量避开居民集中点。对噪音大的车辆和施工机械尽量不要在夜间使用，以免影响周围居民的休息。加强施工管理，减少施工期人为的噪音，做到文明施工。2.生活污水处理可结合工程管理区的需要，配置小型的污水处理装置，使施工期间的生活污水处理达标后，再排放到附近的河道内。3.卫生防疫27 工程建设管理单位应重视施工区的卫生防疫工作，加强卫生监督管理和卫生防疫宣传工作，定期检查施工人员的饮水和饮食卫生。对施工区的垃圾等污物要加强管理，定期清扫运出工区。施工单位也要积极配合工程建设管理单位，制定工区卫生管理制度，并定期对工区卫生进行自检，发现问题及时解决。4．土壤、植被的保护和恢复工程完工后，把施工临时占用的土地要尽快地归还到当地部门，以便使被占用的土地尽早复耕，减少土地资源的浪费。为保护土壤、植被，防止水土流失及美化环境，工程完工后，堤防的内外侧及植被遭破坏的堤防处，需植树种草进行绿化。27'