毕业设计（论文）-南阳市方城县史家庄水库除险加固工程设计报告

'目录1综合说明51.1绪言51.2水文71.3地质81.4工程任务与规模121.5工程布置及主要建筑物131.6机电及金属结构151.7消防设计151.8施工组织设计151.9节能设计161.10工程占地171.11环境保护设计171.12水土保持设计171.13工程管理设计181.14工程投资概算191.15经济评价191.16工程特性表192水文222.1流域概况222.2设计洪水复核222.3施工期洪水29第3页共75页 2.4年径流及典型年292.5水库蒸发、渗漏损失302.6水库泥沙淤积303工程地质313.1概述313.2库区工程地质及水文地质条件313.3枢纽区工程地质条件323.4天然建筑材料364工程任务和规模374.1工程概述374.2农业灌溉用水374.3水库调洪计算384.4水库坝顶高程复核415工程布置及建筑物455.1设计依据455.2除险加固工程主要内容465.3大坝除险加固工程475.4溢洪道除险加固工程575.5输水洞加固工程595.6管理设施完善606机电及金属结构616.1电气设计61第3页共75页 6.2金属结构617消防设计627.1消防设计依据及设计原则627.2工程消防设计628施工组织设计638.1施工条件638.2施工导流648.3主体工程施工648.4施工交通718.5施工工厂设施718.6施工总体布置728.7施工总进度738.8施工组织机构及主要技术供应74第3页共75页 史家庄庄水库南阳市方城县史家庄水库工程位置图第75页共75页 1综合说明1.1绪言1.1.1工程概况史家庄水库位于南阳市方城县拐河镇史家庄澧河支流上，属淮河流域沙颍河水系。水库控制流域面积0.4km2，坝址以上河道干流长度1.5km，平均自然比降0.04。水库下游有下游共有人口800人，耕地500亩，地理位置重要。史家庄水库是一座以防洪、灌溉为主，并可发展水产业等综合利用的小(Ⅱ)类水库。水库自建成以来，在改善当地农业生产条件，保护下游防洪安全等方面，发挥了较大的社会效益和经济效益。该水库于1973年6月兴建，12月建成，本次初步设计复核水库总库容10.76万m3，其中兴利库容10.42万m3，死库容0.38万m3，实际灌溉面积200亩。水库枢纽工程由大坝、溢洪道和输水洞等组成。大坝为均质土坝，现状坝顶高程为232.00～232.60m，最大坝高10.8m，坝顶全长142m，为土路面，宽3m，无防浪墙及路沿石。上游坝坡坡率1:2.3～2.7，为干砌块石护坡，下游坝坡坡率1:2.3～2.9，自然草皮护坡，无排水沟、排水体。溢洪道位于大坝右侧，紧邻坝端，为开敞式明渠。现状进口底高程230.39m，底宽13m，最大泄流量14.4m3/s，总长56m。目前，溢洪道左侧浆砌石挡墙破损严重，基础岩性较差；右岸边坡不规整；底部为残坡积含砾粉质粘土，未护砌，冲刷破坏严重，不能安全泄洪。输水洞位于右坝肩下，为无压浆砌石拱涵，洞径0.5×0.65m，进口底高程224.85m，最大泄量0.5m3/s。目前进口淤积，斜拉闸门启闭设施损坏，启闭机房损毁严重，出口破损。1.1.2缘由大坝1973年建成至今已40年，在工程、管理和防汛等诸多方面存在问题，水库带病运行，到目前为止在运行中发现许多问题急待解决。2012年8月，方城县水利局委托河南省沙颍河勘测设计院对大坝进行了地质勘察和坝体质量检查，基本查清了存在问题。勘察成果表明：第75页共75页 ⑴史家庄水库所处位置为低山区，库区岩性主要为下元古界角闪片岩及第四系残坡积含砾粉质粘土，库岸山体浑厚，分水岭以外无深切谷，无较大断裂发育及通往库外的构造破碎带，不存在库水渗漏问题。⑵库区山体自然边坡多为20～40°，未有大的滑坡、崩塌体等物理地质现象，库岸处于稳定状态。⑶库区岩性为下元古界角闪片岩，表部多呈强风化状态，第四系堆积物在库岸坡脚处以及缓坡上多有分布，山坡植被较差，固体迳流物来源广，水库存在淤积问题。⑷大坝左坝段0+000～0+025上部岩性为第四系残破积粉质粘土，渗透系数K=8.18×10-6cm/s，微透水，下部岩性为强-弱风化下元古界角闪片岩，岩石透水率4.75Lu，弱透水；桩号0+025～0+060坝段坝基岩性为下元古界强风化角闪片岩，岩石透水率4.08Lu，弱透水；桩号0+025～0+060段存在渗漏问题；右坝肩坝基岩性为下元古界角闪片岩，岩石呈强风化状态，透水率7.36Lu，弱透水；桩号0+110～0+140段存在渗漏问题。⑸大坝为均质土坝，坝顶上部有4.5m厚的风化砂，分布在坝顶高程227.50m以上。粘性土最优含水量为19.15%，最大干密度为1.720g/cm3；风化砂最大干密度1.836g/cm3，最小干密度1.428g/cm3。坝体压实不均匀，按照现行规范要求，坝体粘性土干密度合格率为27.3%，风化砂压实度合格率为28.6%。建议对坝顶风化砂及桩号0+025～0+060段，高程230.50m以下坝体采取合适的防渗处理措施。⑹输水洞周围坝体渗透系数K=3.61×10-4cm/s，中等透水，存在接触渗漏问题；输水洞基础座于下元古界强风化角闪片岩上，岩石弱透水，承载力特征值500kPa。⑻溢洪道左岸岩性为坝体填土，护砌高度不足，且浆砌石挡墙损坏，建议进行加固处理；底板岩性为含砾粉质粘土建议做硬化处理；右岸岩性为下元古界强风化角闪片岩，岩石破碎、松动，边坡不稳定，底板冲刷重，建议对右岸边坡进行衬砌。⑼该区地震动峰值加速度值小于0.05g，相当于地震基本烈度小于Ⅵ度，动反应谱特征周期0.35s，应据此设防。第75页共75页 受方城县水利局委托，依据《水利水电工程初步设计报告编制规程》DL5021－93和《方城县拐河镇史家庄水库工程地质勘察报告》等，我院编制了此次《方城县史家庄水库除险加固工程初步设计报告》。本次除险加固设计主要任务是针对水库目前存在的问题，根据有关地质、测量资料及有关规范、规程，进行除险加固工程设计。1.2水文1.2.1流域概况史家庄水库位于南阳市方城县拐河镇史家庄澧河支流上，属淮河流域沙颍河水系。控制流域面积0.4km2，主河道长1.5km，河道平均比降0.04。水库上游为浅山区，植被较差，水土流失较严重。1.2.2气象史家庄水库所在区域属温带向亚热带过渡地带，四季分明，气候变化受季风影响，其特征为：夏季多雨、冬干晴燥、春旱多风、秋风细雨，冷暖及旱涝变化较突出。多年平均气温14.5℃，极端最低气温-16℃（发生在1969年），全年平均日照时间2147.6h，四季中夏季日照时间最长,冬季最少,全年无霜期221d，初霜日最早出现在10月份，终霜时最晚出现在4月份。该区多年平均降水量年际变化大，多年平均降水量为850mm，年内降水不均，6～9四个月的降水量约占全年的60%以上，冬季雨雪稀少，约占全年降水量的5%左右。由于降水时空分布不均，年内年际变化大，易发生洪涝和旱灾。1.2.3径流史家庄水库无径流资料，由《河南省水资源》（河南省水文水资源局，2007年）得史家庄水库多年平均径流深为260mm，多年平均径流量为1.04万m3。1.2.4洪水区内洪水主要由夏季降雨所形成，大洪水一般发生在7、8月份，洪水特点为：洪峰高、洪量大、历时短、陡涨陡落。（1）防洪标准属小型（Ⅱ）类水库，工程等别为Ⅴ第75页共75页 等，永久性主要建筑物为5级，水库上游位于山丘区、坝高为10.8m，确定设计洪水标准采用20年一遇，校核洪水标准采用200年一遇。（2）设计洪水计算复核水库无实测水文资料，流域内邻近地区没有实测的洪水流量资料，水库控制流域小于200km2，本次设计暴雨洪水依据《河南省中小流域设计暴雨洪水图集》（1984年）进行计算。经与2005年版《河南省中小流域设计暴雨洪水图集》相比较(比较成果详见表2-1)，洪峰流量及洪量值基本一致，且“84图集”计算结果略大于“05图集”，为安全起见，本次采用“84图集”为计算依据，20年一遇洪水总量为11万m3，洪峰流量为13m3/s；200年一遇洪水总量为21万m3，洪峰流量为22m3/s。（3）施工期洪水根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SL-2004），该工程临时性水工建筑物洪水标准为５年一遇，设计采用已经批复的温庄水库施工期洪水资料，按照面积倍比法计算，史家庄水库非汛期5年一遇洪水总量为0.87万m3。1.2.5泥沙及水库淤积水库目前坝前淤积高程224.88m，40年淤积量为0.25万m3，平均每年淤积量为0.0063万m3，剩余死库容能够满足水库除险加固后再使用30年，因此本次除险加固保持原死水位225.19m。1.3地质1.3.1库区工程地质及水文地质1、工程地质条件史家庄水库所处位置为低山区，山体总体走向NW～SE，地势北西高～南东低，自然边坡多在20°～40°之间，植被较差。海拔多为222～232m，相对高差约在5～20m之间。库区河流流向自北西流向南东，河宽20～40m不等，多呈“U”型谷，河床两岸分布第四系堆积物。分布于库区的地层岩性主要为下元古界角闪片岩及第四系松散堆积层。⑴下元古界角闪片岩(Pt1-Jsc)：分布于整个库区，鳞片变晶结构，片状构造。岩层产状：倾向230°，倾角65°。第75页共75页 ⑵第四系堆积物：主要为第四系残坡积粉质粘土，分布于冲沟、坡脚及山间平缓地段，可塑-硬塑状态，含少量碎石，粒径2-3cm。2、水文地质条件库区地下水类型为基岩裂隙水和第四系松散岩类孔隙潜水。⑴基岩裂隙水：主要储存于下元古界角闪片岩中，受构造及岩石裂隙发育程度的控制，接受大气降水入渗补给，向分水岭两侧及低凹处运移排泄。该区基岩裂隙水不甚发育，水质较好。⑵松散岩类孔隙潜水：主要为埋藏于残坡积含砾粉质粘土层中的潜水，水文地质条件简单，蓄水条件较差，水量较少，与河水的水力联系密切。3、库区渗漏库区岩性主要为下元古界角闪片岩，库岸山体浑厚，分水岭以外无深切谷，无较大断裂发育及通往库外的构造破碎带，故不存在库水渗漏问题。4、库岸稳定及固体径流库区山体自然边坡多为20～40°，未有大的滑坡、崩塌等物理地质现象，库岸基本处于稳定状态。库区山坡植被差，固体迳流物来源广，故水库存在淤积问题。5、水库地震根据《中国地震动参数区划图》，该区地震动峰值加速度小于0.05g，相当于地震基本烈度小于Ⅵ度，动反应谱特征周期0.35s。1.3.2枢纽区工程地质坝址区地层岩性主要为下元古界角闪片岩及第四系松散堆积层。⑴下元古界角闪片(Pt1-Jsc)：分布于整个坝址区。风化面黄色、灰黄色，新鲜面灰白、灰绿色，鳞片变晶结构，片状构造，主要矿物成份为石英、正、斜长石、云母，其次为少量的绿泥石、角闪石及黄铁矿等，岩石节理裂隙发育。岩层产状：倾向230°，倾角65°。⑵第四系残坡积粉质粘土(Qel+dl)：主要分布于冲沟、坡脚及山间平缓地段带。褐黄色，可塑～硬塑状态，结构较密，含砾石、风化岩屑较多，砾石粒径一般2～10mm，坝轴线部位施工时右坝肩及河槽处已清除。第75页共75页 ⑶坝体土（rQ）①砂性填土：该层主要分布在大坝桩号0+020～0+142段高程227.50～228.10m以上，填筑材料以砾砂为主，灰黄色，成分主要为含风化砂，含少量砾石。②粘性填土：该层主要分布在高程227.50～228.10m以下。填筑材料以粉质粘土为主，褐黄色，可塑～硬塑状态，含风化岩屑、砾石及铁锰结核。1.3.3坝基工程地质条件及评价左坝肩自然坡度40°，上部岩性为第四系残破积粉质粘土，厚5.9m，渗透系数K=8.18×10-6cm/s，微透水，下部岩性为下元古界角闪片岩，强风化厚度1.3m，以下为弱风化角闪片岩，岩石透水率4.75Lu，弱透水。河槽段坝基岩性为下元古界角闪片岩，强风化厚度2.2m，以下为弱风化岩石，岩石透水率4.08Lu，弱透水。现场查看该段下游坝坡处有渗水明流，坝下游形成沼泽及积水坑。通过进行野外钻孔注水试验，该段坝体土渗透系数3.61×10－4cm/s，属中等透水，存在渗漏问题。右坝肩山体自然坡度40°，坝基岩性为下元古界角闪片岩，强风化厚度1.8～2.7m，以下为弱风化岩石，岩石透水率3.86～4.67Lu，弱透水。现场查看该段下游坝坡处有渗水明流，坝下游形成沼泽及积水坑。通过野外钻孔注水试验，该段坝体土渗透系数为2.79×10－4cm/s，属中等透水，存在渗漏问题。1.3.4坝体质量检查及评价该水库大坝为均质土坝，最大坝高10.8m，坝长142m。坝顶有4.5m厚的风化砂，分布在坝顶高程227.50m以上。高程227.5m以下填筑材料为粉质粘土。通过对坝体填筑材料取样进行击实试验和相对密度试验，粘性土最优含水量为19.15%，最大干密度为1.72g/cm3；风化砂最大干密度1.836g/cm3，最小干密度1.428g/cm3。根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范》SL189-96，粘性土压实度应为95～97%，非粘性土的相对密度不低于0.70，因此粘性土质量评价以压实度的95%(1.634g/cm3)，风化砂以相对密度0.70进行评价。本次大坝质量检查沿坝轴线布设钻孔5个，取原状土样25件，由室内土工试验成果，⑴第75页共75页 粘性土填筑料干密度范围值1.559～1.662g/cm3，均值1.620g/cm3，其中ρd≥1.634g/cm3的占27.3%，1.634g/cm3＞ρd≥1.60g/cm3的占63.6%，ρd＜1.60g/cm3的占9.1%。⑵风化砂填筑料干密度范围值1.618～1.708g/cm3，均值1.661g/cm3；相对密度范围值Dr=0.503～0.709，均值0.606，Dr≥0.7的占总数的28.6%。综合评定坝体粘性土干密度合格率为27.3%，风化砂压实度合格率为28.6%，坝体压实不均匀，达不到规范要求。坝体土室内渗透试验，⑴粘性土填筑料渗透系数7.10×10-6cm/s；钻孔注水试验渗透系数7.26×10-5cm/s，属弱透水。桩号0+025-0+060段230.50m高程以下坝体渗透系数为3.61×10-4cm/s，中等透水，该段坝体存在渗漏问题。⑵风化砂填筑料渗透系数4.43×10-4cm/s；钻孔注水试验渗透系数3.89×10-4cm/s，中等透水。由室内试验得出，⑴粘性土填筑料饱和固结快剪指标算术平均值C=32.7kPa、φ=17.7°，小值平均值C=31.4kPa、φ=17.0°。⑵风化砂填筑料自然快剪指标算术平均值C=0.0kPa、φ=30.8°，小值平均值C=0.0kPa、φ=29.4°。坝体土现状呈中等压缩性。1.3.5溢洪道及输水洞工程地质条件及评价溢洪道右岸山体岩性为下元古界角闪片岩；左岸与坝体连接段为浆砌石挡墙，破损严重，墙基和溢洪道底部岩性为残坡积含砾粉质粘土，未硬化，不能安全泄洪。输水洞顶部坝体填料含砾粉质粘土，干密度平均值ρd=1.62g/cm3，压缩系数αV1-2=0.24MPa-1，中等压缩性；洞周坝体渗透系数K=2.79×10-4cm/s，中等透水。输水洞基础座于强风化角闪片岩上，岩石透水率4.67Lu，弱透水，岩体稳定，岩石承载力特征值fak=500kPa。1.3.6天然建筑材料土料场位于大坝下游左岸，土层厚3m，可采量达2.5万m3。开采条件良好，人工或机械开采均可，运距1km。因当地无粗砂，石料达不到使用要求，故设计砂、石料外购。砂料选自拐河镇白湾村砂场，运距约10km；石料选用杨集乡大河口石料场石料，运距约15km，交通便利，储量及质量满足要求。第75页共75页 1.4工程任务与规模1.4.1工程概况史家庄水库位于南阳市方城县拐河镇史家庄澧河支流上，属淮河流域沙颍水系。水库控制流域面积0.4km2，坝址以上河道干流长度1.5km，平均自然比降0.04。总库容10.76万m3，是一座以防洪、灌溉为主，兼顾水产养殖等综合开发利用的小型(Ⅱ)类水库。水库下游有0.08万人和0.05万亩耕地，水库地理位置重要，安全问题关系重大。水库实际灌溉面积200亩，灌溉效益显著。1.4.2农业灌溉用水史家庄水库设计灌溉面积200亩。灌区内主要农作物有小麦、玉米等，复种指数1.7，其中小麦70%，玉米75%，其它作物及蔬菜25%。按照《灌溉与排水设计规范》（GB50288-99）规定，本次设计灌溉保证率取75%。根据灌溉制度和灌水定额分析，75%年份灌溉需水量为5.21万m3。根据水量调节计算，除险加固后，保证率75%时水库来水量为5.82万m3，扣除损失后尚有5.22万m3，基本满足灌溉要求。1.4.3洪水调节计算根据《防洪标准》GB50201-94和《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252-2000，本次加固标准为：20年一遇设计和200年一遇校核。水库溢洪道位于大坝左侧，为开敞式短明渠。现状溢洪道底高程230.39m，底宽13m，总长度56m。溢洪道过流能力按宽顶堰流公式计算。洪水调节计算根据水量平衡方程，用试算法逐时段作调洪演算，经计算，水库20年一遇设计洪水位为231.16m，最大下泄流量7.1m3/s；200年一遇校核洪水位为231.65m，最大下泄流量14.4m3/s。1.4.4坝顶高程复核第75页共75页 史家庄水库现状坝顶高程为232.50m，设计修建防浪墙顶高程为233.10m。按照《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》有关规定，坝顶高程等于水库静水位与超高之和，经计算各工况水库静水位加坝顶超高后高程均小于防浪墙顶高程。因此，史家庄水库坝顶高程定为232.50m，防浪墙顶高程为233.10m是合理的。1.4.5工程规模水库经除险加固后，校核洪水位231.65m，水库总库容10.76万m3；设计洪水位231.16m；兴利水位230.39m，兴利库容7.5万m3；死水位225.19m，死库容0.38万m3。1.5工程布置及主要建筑物1.5.1工程等别及建筑物级别史家庄水库总库容10.76万m3，按照《防洪标准》（GB50201-94）及《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）规定，属小(Ⅱ)型水库，工程等别为Ⅴ等，其主要建筑物水库大坝、溢洪道、输水道及次要建筑物均为5级，施工围堰等临时建筑物为5级。根据《防洪标准》（GB50201-94）的有关规定，水库大坝、溢洪道等设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准为200年一遇；临时导流建筑物的防洪标准，土石围堰按非汛期5年一遇洪水标准设计。1.5.2工程存在的主要问题（1）大坝迎水坡干砌石护坡块石粒径小，风化、松动、脱落严重，无垫层，坡面局部凹陷；坝顶凹凸不平，无防浪墙及路沿石；背水坡有渗水现象，坡面排水设施不完善，坝脚排水体不能满足要求。（2）溢洪道进口不规整，护砌不完善，地质条件差，不能安全泄洪。（3）输水洞进口淤积，出口损毁，启闭设备损坏，闸房破坏，不能正常使用。（4）无大坝安全监测及管理设施。1.5.3除险加固工程设计（1）大坝除险加固设计①坝顶改造第75页共75页 此次加固坝顶高程为232.50m，全长142m，坝顶宽度规整为3m。坝顶路面改造宽度2.45m，采用泥结碎石路面，厚20cm，坡向下游；上游侧修建C20砼防浪墙，宽30cm，高出坝顶60cm，墙顶高程233.10m；下游侧设C20砼路沿石，宽20cm，高出坝顶20cm，埋深40cm。②迎水坡护砌采用C20现浇砼板对迎水坡死水位至坝顶间进行护砌，每块板平面尺寸2.0×2.0m，厚度12cm，板间填无沙砼，板下铺碎石垫层厚20cm。③下游坝坡加固对下游坡进行整平处理，并植草皮护坡。增设C20砼岸坡排水沟，底宽30cm，深30cm，边坡1:1。坝脚设贴坡排水体，顶高程228.07m，由外到内设干砌石厚40cm、卵石层20cm、碎石层20cm。④大坝观测设施完善变形观测选择2个观测横断面，在桩号0+050和0+100断面下游坝坡高程232.00m处各一处，设变形观测点位2处。大坝右岸岸坡设1个工作基点和1个校核基点，其位置与观测点共线。⑤防渗处理采用粘土斜墙防渗，回填粘土的压实度不小于0.96，回填时严格控制含水率。（2）溢洪道加固设计本次除险加固对溢洪道进行疏浚，规整进口段，对岸坡及底板进行护砌。溢洪道加固设计分进口段、控制段、出水渠段三部分，总长16m，设计最大泄量14.4m3/s。进口段（0+000～0+002）底部高程230.09m，底宽13m，矩形断面，底板采用C20砼护砌，厚20cm；右岸导流墙采用C20砼重力式挡墙，与右岸山坡间回填至坝顶高程。对左岸现状挡墙采用C20砼护砌，厚20cm，基础埋深50cm，护砌高度以现状挡墙高度为准。控制段（0+002～0+006）底板高程230.39m，底宽13m，矩形断面，底板采用C20砼护砌，厚50cm；右岸侧墙采用C20砼重力式挡墙，顶部高程232.50m。左岸现状挡墙采用C20砼护砌，厚20cm，基础埋深50cm，护砌高度以现状挡墙高度为准，但不得低于坝顶高程。控制段起端及末端设齿墙。第75页共75页 出水渠段（0+006～0+016）纵坡1:15，起始端底板高程229.89m，末端底板高程229.22m，底宽13m；左岸现状挡墙采用C20砼护砌，厚20cm，基础埋深50cm，护砌高度以现状挡墙高度为准；底板和右岸不护砌，只整修疏浚。出水渠下游为自然沟道，已远离大坝，不再进行处理。溢洪道底板、侧墙及护坡分缝处填闭孔低发聚乙烯泡沫板。出水渠段设排水孔，采用φ50mmPVC排水管，外包反滤布，间距2m，呈梅花形布置。（3）输水洞加固设计对输水洞出口按原断面进行修复加固。更新斜拉闸门，配套启闭设施，新建启闭机房，面积12.44m2。（4）管理设施完善水库目前无管理用房和防汛仓库，不能满足运行管理要求，需新建管理用房面积40m2。1.6机电及金属结构1.6.1电气为方便管理房和启闭机房用电，从史家庄村上引低压线路供电即可。为防止直击雷侵害，在管理房屋顶明敷避雷带，利用建筑物的柱中的主钢筋作为防雷引下线，不再专设接地线。1.6.2金属结构史家庄水库输水洞进口设斜拉闸门，闸门选用PGZ0.5×0.5m，启闭机选用QL型2T手电两用螺杆启闭机。1.7消防设计消防设计贯彻“预防为主、防消结合”和确保重点、兼顾一般的原则，分清主次，以易引起火灾部位为重点，采取措施加以预防。史家庄水库除险加固工程消防范围包括管理所、防汛仓库等。管理所建筑面积40m2，按民用建筑防火要求设置消防器材，采用承重墙隔离，并配备手提式泡沫灭火器。防汛仓库储藏有防汛物质，火灾危险性类别按丁类，因其为重要的防汛物资储藏场所，耐火等级应按二级设计。采用承重墙隔离，并配备手提式干粉灭火器。1.8施工组织设计1.8.1施工条件第75页共75页 有乡村路通往史家庄水库坝区。工程施工所需施工设备、建筑材料均可经此运到工地。施工用水可由水库引用，用电可就近从村上接线，用房可在水库右岸空地修建。生活用水就近从村上引用。史家庄水库属暖温带大陆性季风气候，四季分明，冬长春短，一年的施工期较长，对工程施工有利。1.8.2施工导流史家庄水库控制流域面积较小，除险加固工程施工尽量安排在枯水期，修筑临时导流围堰。1.8.3主体工程施工大坝加固主要内容及施工顺序为：①粘土心墙防渗加固；②上游坝坡砼板护坡；③下游坝坡铺设草皮护坡，增设排水沟和贴坡排水；④坝顶改造，重建防浪墙和路沿石；⑤增设观测设施；⑥其它工程。溢洪道主要是土石方开挖及底板、侧墙护砌等。土石方开挖要准确放样，确定开挖起始边线，施工中须注意边坡，严防塌滑危及安全，挖至基底要组织验槽，做到位置正确、尺寸准确。开挖废弃料运至指定弃渣场。重建斜拉闸门是在原建筑物的基础上进行，构拆除设备时尽可能减少对保留部分的震动和冲击，以免造成不应有的损失。要严格按照设计要求进行施工，确保新、老建筑物接合部的施工质量。1.8.4施工总体布置施工总布置遵循“因地制宜、因时制宜，有利生产、方便生活、易于管理，安全可靠、经济合理”的原则，妥善处理施工场地内外关系，为确保工程质量、加快工程进度、提高经济效益创造良好条件。本工程施工场区总体布置分散安排，统一管理，充分利用水库管理范围内的场地，布置施工临建工程，主要分区为生活区和施工生产区。1.8.5施工总进度根据本次除险加固工程规模和施工场地条件，计划总工期为8个月。1.9节能设计第75页共75页 在加固措施中优化设计方案，降低能源使用量。施工中根据工程量多少、负荷大小分别使用功率不同的施工机械，避免空载、空负荷运转等情况，减少能源浪费。运行管理期日常办公充分利用自然光，在满足照明质量的前提下，优先选用高效发光的荧光灯，采用节能型开关或装置。在管理房的设计中，科学确定建筑朝向、平面形状、空间布局、外观体型、间距层高，选用节能型建筑材料和节能技术措施。1.10工程占地本次工程占地主要为临时占地，包括溢洪道、坝下游、右坝头、输水洞进口斜拉闸门施工临时挖压占地、修建临时施工道路占地以及施工生活区、生产加工区占地等，共占地1亩。1.11环境保护设计1.11.1环境影响评价史家庄水库除险加固工程对促进当地经济社会发展，改善区域生态环境并促使其实现良性循环起着积极作用，有利影响主要表现在所获得的显著的社会效益、经济效益和环境效益；而不利影响主要表现在施工期会造成小范围水土流失以及工程废渣堆放、施工噪声和扬尘等。施工期的影响是时段性的，可通过科学的管理减小施工对环境的不利影响。总体来说，该工程从环境影响角度来看是可行的。1.11.2施工期环境保护设计通过施工区生活污水、含油废水、砼拌和系统废水处理，环境空气质量保护，噪声防护，固体废弃物处理及施工区人群健康防护等方面进行环境保护设计，对影响区水环境、大气环境、声环境及生态环境进行保护，最大限度地降低施工期对环境的影响。1.12水土保持设计1.12.1水土流失防止范围与分区史家庄水库除险加固工程主要是对已建工程存在的问题进行加固处理，对库区外部环境没有直接影响，故其水土保持防治责任范围主要在项目建设区：包括上下坝游坡、溢洪道、输水洞斜拉闸门、场内道路、弃渣场以及施工生活区等。第75页共75页 根据本次工程项目分布和水库水土保持现状，将项目区水土保持防治分为如下几个区域：（1）主体工程建设区；（2）取土场；（3）弃渣场；（4）施工管理生活区及水库管理区。1.12.2项目区水土流失预测与分析本次加固设计预测破坏水土保持设施面积共计4380m2，扰动地表土新增水土流失预测量为340m3。1.12.3项目区水土流失防治措施防治措施选定的原则为:防治并重，恢复为主，生态优先，工程措施与植物措施相结合，安全经济。主体工程采取工程措施与植物措施相结合；防汛公路工程以植物措施为主，做好排水、护砌；拌和系统、附属企业、施工管理生活区、水库管理区及取土区以生态恢复为主；弃渣场以植物措施为主。1.13工程管理设计1.13.1管理机构(1)管理机构管理机构史家庄水库没有专门的管理机构，由拐河镇政府代管。按照《水库工程管理设计规范》相关规定，拟设立“方城县史家庄水库管理所”，由方城县政府负责组建，隶属方城县水利局。(2)人员编制及工程管理用房根据《水利工程管理单位定岗标准》、《水利工程维修养护定额标准》有关规定，经分析测算，共需生产和管理人员2人。管理用房包括两部分，直接用于生产和办公用房及仓储用房。按照《水库工程管理设计规范》有关规定，办公用房和仓库用房合计建筑面积40m2。1.13.2主要管理设施(1)工程管理范围和保护范围为保障枢纽安全及正常运用，根据《水库大坝安全管理条例》和《水库工程管理设计规范》相关规定，结合本工程重要性划定管理和保护范围。工程、水库保护区范围内的土地不征用，但为保证工程安全，应参照有关法规制定保护区的管理办法。第75页共75页 (2)工程管理区规划水库管理区规划在左坝头下游侧。管理所占地40m2，生产用水由水库引用，生活用水和管理用电就近引自村庄。1.14工程投资概算1.14.1主要工程量及主要材料主要工程量如下：土石方明挖12178m3，土石方填筑10312m3，砌体810m3，混凝土及钢筋混凝土759m3。主要材料用量：水泥268.65t，钢筋1.52t，汽油0.75t，柴油24.31t，砂718.03m3，碎石1507.11m3，块石789.27m3。总工时数量为4.2万个（以上工程量、材料量、工时均不含管理房工程）。1.14.2工程投资概算史工程概算总投资172万元。其中：建筑工程92.52万元，材料价差23.83万元，机电设备及安装工程0.06万元，金属结构及设备安装工程2.51万元，施工临时工程7.46万元，独立费用59.12万元，水土保持及环境投资2.24万元，基本预备费8.08万元。1.15经济评价依据国民经济效益分析计算，史家庄水库除险加固工程经济内部收益率EIRR=10.3%>8%，经济净现值ENPV=37.84万元>0，经济效益费用比EBCR=1.19>1。国民经济评价满足规范要求，切实可行，在经济上是合理的。1.16工程特性表工程主要特性指标见表1-16-1。表1-16-1（1）史家庄水库工程特性表第75页共75页 序号及名称单位数量备注一、水文1.流域面积km20.42.代表性流量:设计洪水标准及洪峰流量（P=5%)m3/s13除险加固工程采用标准校核洪水标准及洪峰流量（P=0.5%)m3/s223.洪量设计洪水总量万m311校核洪水总量万m321二、水库　1.水库水位校核洪水位m231.65设计洪水位m231.16正常蓄水位m230.39死水位m225.192.水库库容总库容万m310.76正常蓄水位以下库容万m37.68兴利库容万m37.30死库容万m30.38三、溢洪道下泄流量1.设计洪水时最大泄量m3/s7.12.校核洪水时最大泄量m3/s14.4四、工程效益指标1.灌溉面积亩5002.保护人口人800五、主要建筑物及设备1.挡水建筑物大坝坝型均质土坝坝顶高程m232.50表1-16-1（2）史家庄水库工程特性表第75页共75页 序号及名称单位数量备注最大坝高m10.8坝顶长度m1422.泄水建筑物溢洪道底宽m13梯形断面，边坡1:1.5长度m56进口底高程m230.39溢流堰堰顶出口底高程m226.56泄槽段出口3.输水建筑物斜拉闸门放水孔m0.5×0.5输水洞孔径m0.5×0.65（宽×高）长度m45进口底高程m225.19m第75页共75页 2水文2.1流域概况2.1.1流域特征史家庄水库位于南阳市方城县拐河镇史家庄澧河支流上，属淮河流域沙颍河水系。水库控制流域面积0.4km2，坝址以上河道干流长度1.5km，平均自然比降0.04。澧河发源于南阳市东北部的伏牛山东南麓方城县七峰山，全长达163km，流域面积有2707km2，在方城县境内有20多条支流，这些支流大多在拐河镇汇入澧河，流域面积198km2。澧河流经南阳市、平顶山市、漯河市，在漯河市内与沙河相汇称为沙澧河，后汇入淮河后进入洪泽湖。澧河上游是河南省的暴雨多发区，来水峰高量大，河道流程短，坡陡流急，常形成暴雨中心，是澧河洪水的主要来源。2004年7月中旬，澧河流域发生特大洪灾，使澧河沿岸的叶县和舞阳县20多个乡（镇）、100多万群众严重受灾。史家庄水库坝址所处位置为低山区，两岸山体基本对称，山体走向近于S～N，地势北高～南低，山体自然坡度约20～40°，山顶高程高于230.00m。坝址区河流方向146°，坝轴线方向236°，河流与坝轴线正交，河床宽40m左右，为“U”型河谷。2.1.2气象特征史家庄水库所在区域属温带向亚热带过渡地带，四季分明，气候变化受季风影响，其特征为：夏季多雨、冬干晴燥、春旱多风、秋风细雨，冷暖及旱涝变化较突出。多年平均气温14.5℃，极端最低气温-16℃（发生在1969年），全年平均日照时间2147.6h，四季中夏季日照时间最长,冬季最少,全年无霜期221d，初霜日最早出现在10月份，终霜时最晚出现在4月份。该区多年平均降水量年际变化大，多年平均降水量为850mm，年内降水不均，6～9四个月的降水量约占全年的60%以上，冬季雨雪稀少，约占全年降水量的5%左右。由于降水时空分布不均，年内年际变化大，易发生洪涝和旱灾。2.2设计洪水复核2.2.1防洪标准第75页共75页 史家庄水库库容为10.76万m3，按照水利部《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）和《防洪标准》（GB50201-94）的规定，属小型（Ⅱ）类水库，工程等别为Ⅴ等，主要建筑物大坝、输水洞、溢洪道为5级建筑物，防洪标准为：设计洪水20～30年一遇，校核洪水200～300一遇。由于史家庄地理位置和作用重要，本次除险加固设计，史家庄水库防洪标准为：设计洪水20年一遇，校核洪水200年一遇。2.2.2设计洪水计算方法水库无水文观测资料，流域内邻近地区没有实测的洪水流量资料，本次设计暴雨洪水依据《河南省中小流域设计暴雨洪水图集》（1984年）(以下简称《图集》)进行计算。经与2005年版《河南省中小流域设计暴雨洪水图集》相比较(比较成果详见表2-1)，两版本中变差系数Cv基本一致，1小时、6小时、24小时点雨量均值相差在0～9.5%之间，洪峰流量及洪量值基本一致，认为两者差别不大，且利用1984年图集计算结果略大于利用2005年图集，为安全期间，计算结果取较大值。本次采用1984年图集为计算依据。2005年版与1984年版暴雨参数比较表表2-1图集版次参数量值洪峰流量(m3/s)洪量(万m3)1小时6小时24小时1984年版变差系数Cv0.550.640.65　　点雨量均值50100138.3　　点雨量P=5%104.7228.4318.71311P=0.5%166.7386.2542.422212005年版变差系数Cv0.550.70.7第75页共75页 点雨量均值50100125点雨量P=5%104.7240.7300.91211P=0.5%166.7423.1528.92120两版本点雨量差值比（%）P=5%05.25.67.60P=0.5%09.52.54.54.72.2.3设计暴雨计算1、设计点雨量设计点雨量采用下列公式计算：式中：—t时段设计频率为P的点雨量(mm)；—t时段点雨量均值(mm)；—设计频率为P的模比系数。2、设计面雨量根据《图集》中的水文分区，本地区为水文Ⅲ区。根据《图集》各历时暴雨参数等值线图由流域重心查得，偏差系数CS选用3.5Cv。因本流域面积小于50km2，根据《图集》中有关规定，可以采用点雨量代替面雨量，点面折算系数为1。本次计算流域内各频率短历时设计暴雨参数及设计雨量见表2-2。水库流域设计暴雨和设计雨量成果表2-2项目10分钟1小时6小时24小时点雨量(mm)17.550100138.3Cv0.40.550.640.65第75页共75页 Cs/Cv3.53.53.53.5点面折减系数111110%面雨量(mm)26.986181.92535%面雨量(mm)31.1104.7228.4318.70.5%面雨量(mm)44.3166.7386.2542.42.2.4产流计算1、暴雨递减指数根据《图集》中5、6、7公式计算：（1h以内）（1～6h）（6～24h）式中：为点面折算系数，、、、分别为10min、1h、6h、24h在设计频率下的设计点雨量。计算成果见表2-2。2、设计雨型24h设计雨型采用长短历时雨量同频率相包形式。各时段雨量由下式计算：t=1～6h，t=6～24h，式中：、—设计1、24h雨量(mm)；t—设计历时(h)；、—设计面雨递减指数。3、设计净雨24h净雨由次降雨径流关系曲线P+Pa～R求得，6h净雨由第75页共75页 计算。其中P为24h设计雨量，Pa为前期影响雨量。本流域50年一遇以上Imax值采用40mm。50年一遇以下，各频率时段净雨量计算成果见表2-3。各设计频率下24h净雨深计算成果表表2-3单位：mm频率10%5%0.50%P255321.3546.7Pa272740P+Pa282348.3586.7R217.7283.3521.72.2.5设计洪水计算1、设计洪峰计算本工程流域面积小于200km2，根据《图集》要求，洪峰流量采用推理公式计算：式中：—设计洪峰流量（m3/s）;—洪峰径流系数；—洪峰汇流时间；—流域面积（km2）；；—河道平均坡降；；—设计频率1h雨强（mm/h），见表2-2；—平均入渗率（mm/h），取；—汇流参数；—设计暴雨递减指数，见表2-2；第75页共75页 —河道干流长度（km），=1.5km。各设计频率洪峰流量计算成果，见表2-5。2、设计洪量24h设计洪量计算公式：式中：—24h净雨深(mm)；—流域面积，=0.4km2；—24h设计洪量(m3)。各设计频率洪量计算成果，见表2-4。史家庄水库各设计频率下洪水成果表表2-4项目10%5%0.50%S(mm/h)86104.7166.7n10.3510.3220.26n20.5820.5650.531n30.7620.760.755m0.950.950.95μ(mm/h)555ψ0.9490.9580.974τ(h)0.70.70.6Q(m3/s)101322W(万m3)911213、设计洪水过程线根据《图集》使用说明中表（3）对设计频率24h净雨进行概化分配后，采用概化过程线叠加方法，按以下步骤计算：(a)由次降雨径流关系查算出24h设计净雨量，计算24h设计洪量。(b)以设计暴雨递减指数n2、n3为参数，按24h暴雨时程分配表，计算逐时降雨量，以计算逐时净雨。第75页共75页 (c)将设计洪峰(主峰)的和，对应时段的最大平均净雨强度，绘出概化等腰三角形，其顶高为，底宽为2。(d)计算出主峰前后各个时段的净雨量，当不够整时段时，按小时平均分配取值。以各个时段的净雨平均强度计算各次峰的洪峰流量(m3/s)，叠加绘出24h洪水过程线，过程线量算的洪量与净雨计算的基本相等。洪水过程线见表2-5。设计洪水过程线表表2-5单位：m3/s时段10%5%0.50%91101.3110.812.5121.423.8132.43.16144.25.51015101322162.83.45.4171.823.4180.912.2191.3200.64、设计洪水成果的合理性分析本次计算设计洪水采用推理公式方法，经与相近其它已批复除险加固水库水文复核成果相比较洪水模数相近，认为本次复核结果是合理的。见表2-6。水库洪水成果比较表表2-6第75页共75页 河道名称澧河支流澧河支流澧河支流水库名称方城县徐沟水库方城县牛心山水库史家庄水库流域面积(km2)0.710.4(m3/s)P=5%20.33213P=0.5%37.15322W24(万m3)P=5%24.32811P=0.5%39.25221单位面积(m3/s·km2)P=5%303233P=0.5%5352552.3施工期洪水根据流域内的暴雨、洪水特性及水库除险加固工程项目的具体情况，主体工程施工宜安排在12～1月，按照《水利水电工程施工组织设计规范》(SL303-2004)3.2之规定，确定施工期设计洪水标准取5年一遇。为减少围堰工程量，输水洞进口工程安排在12～1月份进行。计算该期间径流总量，据此确定围堰高程。本流域无实测水文资料，利用已批复的温庄水库施工期洪水资料，进行面积比计算本流域施工期洪水计算该水库施工期洪水。温庄水库非汛期5年一遇标准径流总量为1.33万m3，水库控制流域面积0.61km2，经计算史家庄水库5年一遇施工期洪水径流总量为0.87万m3.，对应库水位为225.53m。2.4年径流及典型年史家庄水库无径流资料，由《河南省水资源》（河南省水文水资源局，2007年）得史家庄水库多年平均径流深为260mm，多年平均径流量为1.04万m3，水库断面以上流域面积为0.4km2，采用Cs=2.0Cv，CV=0.6。利用P—Ⅲ型曲线计算不同频率下水库年径流量见表2-7。水库年径流量计算成果表表2-7保证率1%10%20%50%75%90%95%Kp2.891.81.440.890.560.350.26第75页共75页 水库年径流深（mm）751.4468374.4231.4145.69167.6年径流量（万m3）30.0618.7214.989.265.823.642.70本流域无实测流量资料，利用当地气象局1972年～2007年降水量资料，对36年降水量进行频率计算，得出保证率年份和年降水量，根据各典型年各月降水占全年百分数分配相应保证率年径流量各月的百分数，从而得出不同保证率各月来水量。见表2-8。保证率频率下月分配（采用同倍比放大法）月份保证率表2-8单位：万m3123456789101112合计P=75%0.110.120.230.300.450.731.381.420.450.200.300.115.822.5水库蒸发、渗漏损失水库无渗漏及蒸发观测，水库经除险加固治理后，其蒸发渗漏损失量按来水量的10%计算，保证率为75%年份损失量为0.58万m3。2.6水库泥沙淤积按照水库于1973年开始蓄水运行，至今己40年，实际测量资料显示，淤积高程约为224.88m，总淤积量为0.25万m3，平均每年淤积量约为0.0063万m3。由于泥沙淤积一般多在库尾。输水洞进口附近未出现淤积状况，为了充分发挥水库效益和水库未来可能进行清淤和冲淤，死水位不进行抬高。因此，水库死库容仍维持原规划的0.38万m3不变，相应的死水位为225.19m。经综合分析计算，水库除险加固后使用年限为30年。第75页共75页 3工程地质3.1概述根据史家庄水库除险加固初步设计的需要，为查清水库枢纽工程存在的地质问题，调查、分析坝体病害的分布情况、类型及成因，评价其危害程度，提供坝体渗透和抗剪力学参数，查明地质病害和隐患的部位、范围和类型，分析其产生的原因，给除险加固设计提供真实、准确的地质资料与建议，2012年8月，方城县水利局委托河南省沙颍河勘测设计院对史家庄水库等5座小水库进行了地质调查和勘探，作了坝体土的物理力学性试验和颗粒分析试验，编制了《方城县拐河镇史家庄水库工程地质勘察报告》及有关图件。3.2库区工程地质及水文地质条件3.2.1工程地质条件史家庄水库所处位置为低山区，山体总体走向NW～SE，地势北西高～南东低，自然边坡多在20°～40°之间，植被较差。海拔多为222～232m，相对高差约在5～20m之间。库区河流流向自北西流向南东，河宽20～40m不等，多呈“U”型谷，河床两岸分布第四系堆积物。分布于库区的地层岩性主要为下元古界角闪片岩及第四系松散堆积层。⑴下元古界角闪片岩(Pt1-Jsc)分布于整个库区。风化面灰黄色，新鲜面灰白色或灰绿色，鳞片变晶结构，片状构造。岩层产状：倾向230°，倾角65°。⑵第四系堆积物第四系松散堆积层主要为第四系残坡积粉质粘土，分布于冲沟、坡脚及山间平缓地段，可塑-硬塑状态，含少量碎石，粒径2-3cm。3.2.2水文地质条件库区地下水类型为基岩裂隙水和第四系松散岩类孔隙潜水。⑴基岩裂隙水第75页共75页 主要储存于下元古界角闪片岩中，受构造及岩石裂隙发育程度的控制，接受大气降水入渗补给，向分水岭两侧及低凹处运移排泄。该区基岩裂隙水不甚发育，水质较好。⑵松散岩类孔隙潜水主要为埋藏于残坡积含砾粉质粘土层中的潜水，水文地质条件简单，蓄水条件较差，水量较少，与河水的水力联系密切。3.2.3库区渗漏库区岩性主要为下元古界角闪片岩，库岸山体浑厚，分水岭以外无深切谷，无较大断裂发育及通往库外的构造破碎带，故不存在库水渗漏问题。3.2.4库岸稳定及固体径流库区山体自然边坡多为20～40°，未有大的滑坡、崩塌等物理地质现象，库岸基本处于稳定状态。库区山坡植被差，固体迳流物来源广，故水库存在淤积问题。3.2.5水库地震根据《中国地震动参数区划图》，该区地震动峰值加速度小于0.05g，相当于地震基本烈度小于Ⅵ度，动反应谱特征周期0.35s。3.3枢纽区工程地质条件3.3.1工程地质概况坝址所处位置为低山区，两岸山体基本对称，山体走向近于S～N，地势北高～南低，山体自然坡度约20～40°，山顶高程高于230.00m。坝址区河流方向146°，坝轴线方向236°，河流与坝轴线正交，河床宽40m左右，为“U”型河谷。坝址区地层岩性主要为下元古界角闪片岩及第四系松散堆积层。⑴下元古界角闪片(Pt1-Jsc)分布于整个坝址区。风化面黄色、灰黄色，新鲜面灰白、灰绿色，鳞片变晶结构，片状构造，主要矿物成份为石英、正、斜长石、云母，其次为少量的绿泥石、角闪石及黄铁矿等，岩石节理裂隙发育。岩层产状：倾向230°，倾角65°。第75页共75页 ⑵第四系残坡积粉质粘土(Qel+dl)主要分布于冲沟、坡脚及山间平缓地段带。褐黄色，可塑～硬塑状态，结构较密，含砾石、风化岩屑较多，砾石粒径一般2～10mm，坝轴线部位施工时右坝肩及河槽处已清除。⑶坝体土（rQ）①砂性填土：该层主要分布在大坝桩号0+020～0+142段高程227.50～228.10m以上，填筑材料以砾砂为主，灰黄色，成分主要为含风化砂，含少量砾石。②粘性填土：该层主要分布在高程227.50～228.10m以下。填筑材料以粉质粘土为主，褐黄色，可塑～硬塑状态，含风化岩屑、砾石及铁锰结核。3.3.2水文地质条件坝址区地下水类型为基岩裂隙水和第四系松散岩类孔隙潜水。⑴基岩裂隙水主要储存于下元古界角闪片岩中，受构造及岩石裂隙发育程度的控制，接受大气降水入渗补给，向分水岭两侧及低凹处运移排泄。该区基岩裂隙水不甚发育，水质较好。⑵松散岩类孔隙潜水主要为埋藏于残坡积粉质粘土层中的潜水，水文地质条件简单，蓄水条件较差，水量较少，与河水的水力联系密切。3.3.3坝基工程地质与水文地质条件大坝坝基由左坝肩、河槽段及右坝肩组成。⑴左坝段（0+000～0+025）左坝肩自然坡度40°，上部岩性为第四系残破积粉质粘土，厚5.9m，渗透系数K=8.18×10-6cm/s，微透水，下部岩性为下元古界角闪片岩，强风化厚度1.3m，以下为弱风化角闪片岩，岩石透水率4.75Lu，弱透水。⑵河槽段（0+025～0+060）该段坝基岩性为下元古界角闪片岩，强风化厚度2.2m，以下为弱风化岩石，岩石透水率4.08Lu，弱透水。第75页共75页 现场查看该段下游坝坡处有渗水明流，坝下游形成沼泽及积水坑。通过进行野外钻孔注水试验，该段坝体土渗透系数3.61×10－4cm/s，属中等透水，存在渗漏问题。⑶右坝肩（0+060～0+142）右坝肩山体自然坡度40°，坝基岩性为下元古界角闪片岩，强风化厚度1.8～2.7m，以下为弱风化岩石，岩石透水率3.86～4.67Lu，弱透水。现场查看桩号0+110～0+140段下游坝坡处有渗水明流，坝下游形成沼泽及积水坑。通过野外钻孔注水试验，该段坝体土渗透系数为2.79×10－4cm/s，属中等透水，存在渗漏问题。3.3.4坝体质量评价该水库大坝为均质土坝，最大坝高10.8m，坝长142m。坝顶有4.5m厚的风化砂，分布在坝顶高程227.50m以上。高程227.50m以下，填筑材料为粉质粘土。通过对坝体填筑材料取样进行击实试验和相对密度试验，粘性土最优含水量为19.15%，最大干密度为1.72g/cm3；风化砂最大干密度1.836g/cm3，最小干密度1.428g/cm3。根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范》SL189-96，粘性土压实度应为95～97%，非粘性土的相对密度不低于0.70，因此粘性土质量评价以压实度的95%(1.634g/cm3)，风化砂以相对密度0.70进行评价。（1）坝体填筑质量评价⑴粘性土填筑料：根据室内土工试验成果，干密度范围值1.559～1.662g/cm3，算术平均值1.620g/cm3，其中ρd≥1.634g/cm3的占总数的27.3%，1.634g/cm3＞ρd≥1.60g/cm3的占总数的63.6%，ρd＜1.60g/cm3的占总数的9.1%。⑵风化砂填筑料：根据室内土工试验成果，风化砂干密度范围值1.618～1.708g/cm3，算术平均值1.661g/cm3；相对密度范围值Dr=0.503～0.709，算术平均值0.606，Dr≥0.7的占总数的28.6%。坝体压实不均匀，按照现行规范要求，坝体粘性土干密度合格率为27.3%，风化砂压实度合格率为28.6%。（2）压缩性评价⑴第75页共75页 粘性土填筑料：根据室内压缩试验成果，压缩系数范围值0.18～0.35MPa-1，算术平均值0.24MPa-1；压缩模量范围值4.8～9.2MPa，算术平均值7.4MPa，中等压缩性。⑵风化砂填筑料：根据室内压缩试验成果，风化砂压缩系数范围值0.14～0.17MPa-1，算术平均值0.16MPa-1；压缩模量范围值9.2～11.9MPa，算术平均值10.4MPa，中等压缩性。（3）坝体土抗剪强度⑴粘性土填筑料：根据室内试验成果，粘性土饱和固结快剪指标算术平均值C=32.7kPa、φ=17.7°，小值平均值C=31.4kPa、φ=17.0°。⑵风化砂填筑料：根据室内试验成果，风化砂自然快剪指标算术平均值C=0.0kPa、φ=30.8°，小值平均值C=0.0kPa、φ=29.4°。（4）坝体渗透性评价⑴粘性土填筑料：粉质粘土砂粒含量(＞0.075mm)占14.6%，粉粒含量(0.075-0.005mm)占54.2%，粘粒含量(＜0.005mm)占31.2%；渗透系数算术平均值7.10×10-6cm/s，大值平均值8.28×10-6cm/s；钻孔注水试验渗透系数算术平均值7.26×10-5cm/s，大值平均值7.26×10-5cm/s，属弱透水。桩号0+025-0+060段，230.50m高程以下坝体渗透系数为3.61×10-4cm/s，中等透水，该段坝体存在渗漏问题。⑵风化砂填筑料：砂粒含量(＞0.075mm)占65.9%，粉粘粒含量(＜0.075mm)占34.1%；渗透系数算术平均值4.43×10-4cm/s，大值平均值5.06×10-4cm/s；钻孔注水试验渗透系数算术平均值3.89×10-4cm/s，大值平均值4.10×10-4cm/s，中等透水。3.3.5溢洪道工程地质条件溢洪道位于大坝右端。左岸为坝体填土，坡度60°，该处下部为浆砌石挡墙高约1.7m，破损严重，挡墙座于残坡积粉质粘土中，应对左岸浆砌石挡墙进行加固处理。右岸山体边坡坡度35°，坡高约2～5m，岩性为下元古界角闪片岩，建议对右岸边坡削坡护砌处理，边坡允许坡度值建议采用1:0.75。底部岩性为残坡积含砾粉质粘土，未硬化，建议对底板做硬化处理。3.3.6输水洞工程地质条件第75页共75页 输水洞顶部坝体填料含砾粉质粘土，取样干密度算术平均值ρd=1.62g/cm3，ρd≥1.634g/cm3的占总数27.3%，压缩系数αV1-2=0.24MPa-1，中等压缩性；输水洞周围坝体渗透系数K=2.79×10-4cm/s，中等透水。输水洞基础座于强风化角闪片岩上，岩石透水率4.67Lu，弱透水，岩体稳定，岩石承载力特征值fak=500kPa。3.4天然建筑材料史家庄水库工程勘察选土料场、砂料场、石料场各1个。土料场位于大坝下游1.0km左岸，可用土层厚3m，储量约2.5万m3，开采条件良好，人工或机械均可。土料岩性为褐黄色粉质粘土，砂粒含量8.9%，粉粒含量59.6%，粘粒含量31.5%。土料比重2.718，液限36.32%，塑限19.67%，塑性指数16.65。土料击实试验最优含水量17.22%，最大干密度1.723g/cm3。土料制备样含水量19.41%，干密度1.724g/cm3，压缩系数αv1-2=0.15MPa-1，中等压缩性；渗透系数K=3.98×10-6cm/s，微透水；饱和固结快剪凝聚力C=38.3kPa，摩擦角φ=17.4°。砂料拟采用外购。料场选用拐河镇白湾村砂场。砂料场开采条件较好，场地开阔，有村村通公路通往料场，运距约10km。料场岩性为砾砂，矿物成份以石英为主，长石次之，砾石含量43.4%，砂粒含量51.4%，粉粘粒含量5.2%。控制粒径d60=2.32mm，d30=0.95mm，有效粒径d10=0.247m，平均粒径d50=1.82mm，不均匀系数Cu=6.8，曲率系数Cc=0.62，细度模数Mn=3.2，为级配不良砂。石料拟采用外购。选用杨集乡大河口石料场石料，料场储量约10万m3，运距约15km。岩性为角闪片岩，岩石呈弱～微风化状，岩石致密块状、性脆、坚硬,其物理力学指标为：饱和抗压强度85MPa，软化系数0.75，天然密度2.70g/cm3。第75页共75页 4工程任务和规模4.1工程概述史家庄水库位于南阳市方城县拐河镇史家庄澧河支流上，属淮河流域沙颍河水系。水库控制流域面积0.4km2，坝址以上河道干流长度1.5km，平均自然比降0.04。总库容10.76万m3，是一座以防洪、灌溉为主，兼顾水产养殖等综合开发利用的小型(Ⅱ)类水库。水库下游有0.08万人和0.05万亩耕地，地理位置重要，安全问题关系重大。水库原有灌溉渠道设计灌溉面积200亩，本次除险加固后，修复输水洞出口与灌溉渠道连接部位，灌溉保证率达到75%。4.2农业灌溉用水根据《灌溉与排水工程设计规范》(GB50288-99)中有关规定，灌溉设计保证率：在采用地面灌溉，灌溉以旱作物为主时，灌溉保证率为50-75%。本工程灌溉保证率取75%，水库设计灌溉面积200亩。水库主要以农业灌溉为主，灌溉保证率采用设计保证率P=75%的典型年进行分析计算。本地以旱作物为主，设计灌溉保证率采用75%，恢复后的渠系均采用节水灌溉，根据《节水灌溉技术规范》（SL207—98）渠系水利用系数采用0.76，田间水利用系数采用0.95，灌溉水利用系数为0.722，每亩净灌水定额分别为40m3/亩和50m3/亩。根据本地灌溉及降雨得出不同作物不同时间的灌溉制度，作物复播指数为1.70，其中小麦70%，晚秋75%，早秋25%，每次灌溉时间为10d，见表4－1。库区作物灌水定额及用水量表4－1作物名称种植比例灌溉次数灌溉时间净灌水定额(m3/亩)灌水率(m3/s/·亩)0.02万亩净用水量（万m3）小麦70%310月2-11日400.3240.5612月9-18日500.4050.702月18-27日500.4050.70第75页共75页 晚秋75%27月2-11日400.3470.608月1-10日500.1450.75早秋25%25月12-21日400.1160.207月11-20日500.1450.25在保证率P=75%时农田灌溉净用水为3.76万m3，灌溉需水量为5.21万m3，水库除险加固后，在保证率75%时，水库来水量为5.82万m3，扣去蒸发渗漏损失量0.58万m3后，尚有5.22万m3，满足灌溉要求。由于原灌溉面积较小，水库完全可以满足下游灌溉所需。水库除险加固之后，附近区域还可利用节水灌溉发展林果业，绿化荒山，建设生态示范园，为当地经济发展提供有力的保障。4.3水库调洪计算4.3.1泄水建筑物及泄流曲线水库溢洪道位于大坝右端，为宽顶堰，实测堰底宽13m，由于L<10h，溢洪道出流为无坎宽顶堰出流。出流按下列公式计算：　　式中：—流量系数，取0.36；—侧收缩系数，取为0.97；—堰上水头；—堰顶宽度。由于多年来库区及库区以上周围地形基本无变化，库区以上无大的基本建设，根据1:1万地形图重新量算，除水库多年淤积死库容减少外，与原库容曲线基本一致，本次符合采用经复核后的水库库容曲线，计算成果见表4－3。水位库容曲线表表4—3序号水位H(m)库容V(万m3)序号水位H(m)库容V(万m3)1224.680.17229.886.52224.880.38230.387.5第75页共75页 3225.881.29230.889.54226.882.410231.3810.65227.883.611231.8810.96228.884.912232.1811水位泄量曲线表序号水位H(m)泄量q（m3/s）1230.3902230.883.453231.389.94231.8818.295232.1824.084.3.2调洪计算调洪计算根据水量平衡方程进行，用试算法逐时段作调洪演算，起调水位230.39m。由于输水洞过流量较小，本次调洪不考虑输水洞过流。库容曲线采用复核后的成果。水位、库容及泄流曲线见表4－4。计算基本公式为：式中：Q1、Q2——时段始、末入库流量（m3/s）；q1、q2——时段始、末出库流量（m3/s）；——时段始、末库容变量（m3）。——计算时段，取0.5h。洪水调节计算成果表4—4时段(.5h)频率P=10%P=5%P=0.5%入流(m3/s)水位(m)库容(万m3)出流(m3/s)入流(m3/s)水位(m)库容(万m3)出流(m3/s)入流(m3/s)水位(m)库容(万m3)出流(m3/s)第75页共75页 1　230.397.5　　230.397.5　1230.397.5　2　230.397.5　　230.397.5　1.3230.437.680.331230.417.580.11230.417.580.12.5230.497.930.741.4230.457.740.42230.467.790.53.8230.598.31.452.4230.57.970.83.1230.548.111.16230.728.852.364.2230.68.361.55.5230.668.621.910230.969.684.5710230.829.24313230.979.694.622231.6510.7614.482.8230.979.74.63.4231.1610.127.15.4231.5410.712.791.8230.869.43.32230.939.64.13.4231.049.855.54.3.3调洪演算成果本次调洪演算成果见表4-5。第75页共75页 水库调洪演算成果表4-5设计频率P（%）入库洪峰Qm（m3/s）水位(m)库容(万m3)出流(m3/s)10%10230.979.74.65%13231.1610.127.10.522231.6510.7614.44.4水库坝顶高程复核根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274－2001）及《水利水电等级划分及洪水标准》（SL252-2000）中有关坝顶超高的规定，对水库坝顶高程进行计算复核。4.4.1坝顶超高坝顶超高计算公式如下：式中：Y—坝顶超高；e—风壅水面高度R—风浪在坝坡上的爬高；A—安全加高，5级坝，设计情况A=0.5m，校核情况A=0.3m。根据水库管理所提供的当地风速风向资料，水库水面以上10m高度处年最大平均风速为15m/s。根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274－2001）有关规定，永久建筑物级别为5级，设计风速为：校核情况下取多年平均年最大风速15m/s，设计情况下采用多年平均年最大风速的1.5倍为22.5m/s。根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274—2001)中公式(A.1.3)条规定，大坝风区长度为0.4km，静水位以上超高，平均风浪高计算采用公式(A.1.12－1)，波高和平均波长计算采用鹤地水库公式计算，经验系数取1.02，糙率渗透系数取0.90，边坡系数根据(A.1.14.2)的规定，采用单坡坡度系数，经计算折算后的单坡坡度系数为2.5。根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274—2001)中规定，设计波浪爬高值应根据工程等级确定，4、5级坝采用累积频率为5％的波浪爬高值R5％，平均波浪爬高按下式计算:第75页共75页 式中:—平均波浪爬高，m；—单坡的坡度系数，若坡角为，即等于,m=2.5；—斜坡的糙率渗透系数，根据护面类型由表A.1.12-1查得=0.90；—经验系数，按表A.1.12-2查得=1.02；—平均波高，m；—平均波长，m。不同累积频率下的波浪爬高可由平均波高与迎水坡前水深的比值和相应的累积频率按规范中附录表A.1.13规定的系数计算求得。不同累积频率下的爬高与平均爬高比值(RP/Rm)表A.1.130.112451014203050＜0.12.662.231.761.904.841.641.531.391.220.960.1～0.32.442.081.941.801.751.571.481.361.210.97＞0.32.131.861.761.651.611.481.391.311.190.99波高和平均波长计算采用鹤地水库公式计算：式中：—累积频率为5％的波高，m。不同累积频率P（％）下的波高由平均波高与平均水深的比值和相应的累积频率按附录表A.1.8中规定的系数计算。第75页共75页 不同累积频率下的波高与平均波高比值(HP/Hm)表A.1.80.010.112451014205090＜0.13.422.972.422.232.021.951.711.601.430.940.370.1～0.33.252.822.302.131.931.871.641.541.380.950.43根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274—2001)中公式:式中：—计算点处的风壅水面高度，m；—风区长度，300m；—综合摩阻系数，取3.6×10-6；—计算风向与坝轴线法线的夹角，（°），=0°；—水域平均水深。经计算在设计和校核两种情况下风壅水面高度很小，可忽略。计算得，设计情况下波浪爬高1.06+0.5=1.56m，校核情况下波浪爬高0.71+0.3=1.01m。4.4.2坝顶高程复核设计和校核情况下要求的坝顶高程为水库静水位与坝顶超高之和。设计情况下：P=5%要求坝顶高程=231.16+1.56=232.72m校核情况下：P=0.5%要求坝顶高程=231.65+1.01=232.66m水库大坝现状坝顶高程为232.50m，防浪墙顶高程为233.10m，维修加固防浪墙后满足防洪要求。4.5工程任务和工程规模4.5.1工程任务第75页共75页 根据水库目前存在的问题和工程地质勘察中发现的有关问题，经综合分析，确定党庄水库除险加固工程主要内容是：(1)大坝除险加固工程：坝基防渗加固；上游坝坡整修护砌；下游坝坡重铺草皮护坡，完善排水设施；改造坝顶路面，修建防浪墙和路沿石。(2)溢洪道除险加固工程：对现状溢洪道进行疏浚，进口段护砌加固。(3)放水设施除险加固工程：重建放水设施及闸房。(4)管理设施完善：增设大坝观测设施；重建管理房。(5)环境绿化及水土保持工程。4.5.2工程规模水库经除险加固后，校核洪水位231.65m，水库总库容10.76万m3；设计洪水位231.16m；兴利水位230.39m，兴利库容10.42万m3；死水位225.19m，死库容0.38万m3。第75页共75页 5工程布置及建筑物5.1设计依据5.1.1工程等别及建筑物级别史家庄水库总库容10.76万m3，按照《防洪标准》（GB50201-94）及《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）规定，属小(Ⅱ)型水库，工程等别为Ⅴ等，其主要建筑物水库大坝、溢洪道、输水道及次要建筑物均为5级，施工围堰等临时建筑物为5级。根据《防洪标准》（GB50201-94）的有关规定，水库大坝、溢洪道等设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准为200年一遇；临时导流建筑物的防洪标准，土石围堰按非汛期5年一遇洪水标准设计。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306－2001）查得：工程区地震动峰值加速度小于0.05g，相当于地震基本烈度小于Ⅵ度，地震动反应谱特征周期值为0.35s。5.1.2设计依据及基本资料5.1.2.1标准、规范、规程(1)《水利水电工程初步设计报告编制规程》DL5021－93；(2)《2004工程建设标准强制性条文》（水利工程部分）(3)《防洪标准》GB50201－94；(4)《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252－2000；(5)《河南省中小流域设计暴雨洪水集》1984年编印；(6)《河南省暴雨参数图集》2005年12月编印；(7)《河南省水资源》2007；(8)《水利水电工程设计洪水计算规范》SL44-2006；(9)《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001；(10)《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》SL189-96；(11)《溢洪道设计规范》SL253-2000；(12)《水闸设计规范》SL265-2001；(13)《水库工程管理设计规范》SL106-96；第75页共75页 (14)《水利水电工程启闭机设计规范》SL41-93；(15)《水利工程水力计算规范》SL104-95；(16)《水工建筑物抗震设计规范》DL5073－2000；(17)《水工输水洞设计规范》SL279－2002；(18)《土石坝安全监测技术规范》SL60-94；(19)《土石坝养护修理规程》SL210-98；(20)《水利水电工程施工组织设计规范》SL303-2004；(21)《水利建设项目经济评价规范》SL72-94；(22)《水利水电工程设计工程量计算规定》SL328-2005；(23)《河南省水利厅中小型水库除险加固工程设计方案编制大纲》。5.2除险加固工程主要内容5.2.1工程现状及存在主要问题史家庄水库控制流域面积0.4km2，实际灌溉面积200亩，是一座以防洪、灌溉为主，兼顾水产养殖等综合利用的小（Ⅱ）型水库。水库枢纽工程由大坝、溢洪道和输水洞等组成。大坝为均质土坝，全长142m，坝顶高程232.00～232.60m，最大坝高10.8m，坝顶为土路面，宽3m，高低不平，杂草丛生，无防浪墙及路沿石。大坝桩号0+020～0+142段高程227.50～228.10m以上为砾砂，高程227.50～228.10m以下为粉质粘土。上游坝坡坡率1:2.3～2.7，为干砌块石护坡，下游坝坡坡率1:2.3～2.9，自然草皮护坡，无排水沟、排水体。溢洪道位于大坝右端，为开敞式明渠，总长56m，现状进口底部高程235.42m，宽13m，最大泄流量为14.4m3/s。目前，溢洪道左岸浆砌石侧墙基础差，破损严重，右岸山体边坡不规整，底部为残坡积含砾粉质粘土，未护砌，冲刷破坏严重，不能安全泄洪。输水洞位于大坝桩号0+113处，洞身型式为浆砌石，洞径0.5×0.65m，最大泄量0.5m3/s。现状进口底部高程为224.85m。目前进口淤积，斜拉闸门启闭设施损坏严重，启闭机房损坏严重，出口破损严重。5.2.2除险加固工程主要内容第75页共75页 本次设计的主要任务是针对水库存在的问题，根据有关地质及测量资料，进行除险加固。根据水库目前存在的问题和工程地质勘察中发现的有关问题，经综合分析，确定史家庄水库除险加固工程主要内容有以下四项：(1)大坝除险加固工程：坝基防渗加固；整修护砌上游坝坡；下游坝坡设草皮护坡，增设排水沟、导渗沟及贴坡排水；坝顶路面改造，修建防浪墙和路沿石。(2)溢洪道除险加固工程：对现状溢洪道进行疏浚，护砌加固。(3)放水设施除险加固工程：重建放水设施及闸房。(4)管理设施完善：增设大坝观测设施；重建管理房。5.3大坝除险加固工程5.3.1大坝现状及存在问题5.3.1.1大坝工程概况史家庄水库1973年6月动工兴建，12月竣工。大坝为均质土坝，现状坝顶高程为232.00～232.60m，最大坝高10.8m，坝顶全长142m，为土路面，宽3m，无防浪墙及路沿石。上游坝坡坡率1:2.3～2.7，为干砌块石护坡，下游坝坡坡率1:2.3～2.9，自然草皮护坡，无排水沟、排水体。5.3.1.2目前存在的主要问题（1）坝顶为土路面，凸凹不平，杂草丛生，无防浪墙及路沿石。（2）大坝迎水坡为干砌块石护坡，无垫层，块石粒径小，风化、松动、脱落严重，局部凹陷。（3）背水坡为自然杂草护坡，坡面凹陷、隆起，坡陡，无排水沟，无上坝台阶。（4）大坝桩号0+025～0+060及桩号0+110～0+140段下游有渗水明流，形成集水坑。（5）大坝无位移及渗流观测设施。鉴于大坝存在以上诸多问题，推荐大坝坝体防渗处理；新建坝顶防浪墙、路沿石及坝顶路面；上游坡重新护坡；下游坡平整坡面，增设排水沟、导渗沟，新建贴坡排水体；增设位移及渗流观测设施。5.3.1.3大坝渗流稳定复核本次除险加固初步设计，首先对现状大坝渗流进行安全分析复核。第75页共75页 根据大坝运行情况和实测资料，经综合分析后选取河槽段、最大坝高断面为代表断面进行渗流计算。计算工况按照《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）的相关规定及稳定复核要求，结合工程实际运行情况确定，考虑到校核洪水出现的机会少，且历时短，形不成稳定渗流，经分析后确定渗流工况如下：Ⅰ、库水位为正常蓄水位230.39m，下游无水，坝体形成稳定渗流；Ⅱ、库水位为设计洪水位231.16m，下游无水，坝体形成稳定渗流；Ⅲ、库水位位于不利水位（及1/3坝高、考虑淤积）225.30m，下游无水，坝体形成稳定渗流。史家庄水库大坝为均质土坝，下游坝坡无排水体，正常运行时下游无水。据地质勘探和调查知，大坝坝基下元古界角闪片岩，强风化厚度2.2m，以下为弱风化岩石。按水利水电出版社出版的《水工设计手册》（结构计算），根据史家庄水库大坝的横断面图情况，进行坝体的浸润线计算。该水库大坝坝体的浸润线方程式为：式中：x、y—分别为浸润线的横坐标和纵坐标；H—上游水头；L—坝体的有效长度；—大坝上游坡坡率。利用计算机应用相应程序，根据公式计算出典型断面在不同水位下的浸润线位置。下游坡的出逸高度h0、出逸坡降J分别按下式计算：第75页共75页 式中：x、y—分别为浸润线的横坐标或纵坐标；H1—上游水深；H2—下游水深；L—坝体的有效长度；—大坝下游坡坡率。由坝体浸润线计算成果可以看出，坝体最大渗透坡降为0.399。坝体允许渗透坡降采用《小型水利水电工程碾压土石坝设计导则》（SL189-26）中规定的相关公式计算。计算公式如下：式中：、—坝体填土破坏、允许渗透坡降；—土粒密度；—水密度；n—空隙率；—流土安全系数，1.5～2.0。经计算，允许渗透坡降为0.521～0.695,计算最大渗透坡降0.399小于允许渗透坡降，计算工况下坝体渗透坡降基本满足规范要求，发生渗透破坏的可能性较小。从地质勘察成果可以看出，大坝桩号0+025～0+060及桩号0+110～0+140段下游坡有渗水明流，形成集水坑。通过野外钻孔注水试验，两处坝体的渗透系数为10－4cm/s等级，属中等透水，存在渗漏问题，需进行防渗处理。5.3.1.4大坝结构稳定复核第75页共75页 2012年8月，河南省沙颍河勘测设计院对史家庄水库重新进行了地形图测量。1、计算断面的选择根据规范要求及史家庄水库实际情况，选择具有代表性的坝体最高、坝体土物理参数最不利于稳定的0+060横断面作为计算断面。2、计算工况作用于土坝的力的组合，可分为正常运用情况、非正常运用情况和特殊运用情况三种。根据中国技术监督局2001年发布的《中国地震动参数区划图》(GB18306－2001),该区动峰值加速度小于0.05g，故水库坝区地震烈度小于Ⅵ度。按照《水库大坝安全评价导则》（SL258-2000）规定，可不进行抗震稳定性分析。由于史家庄水库溢洪道为开敞式溢洪道，水库在校核水位时持续时间短，形不成稳定渗流，因此可不再进行校核洪水位（非常情况）的坝坡稳定计算。因此计算工况仅有正常运用一种情况。根据《小型水利水电工程碾压土石坝设计导则》（SL189—96）的要求，并结合本工程的具体运行情况，确定坝坡抗滑稳定计算工况如下：(1)上游坝坡，正常运用情况下，库水位位于1/3坝高，水位为225.30m；库水位位于设计水位231.16m处，大坝形成稳定渗流；库水位自设计水位231.16m降至兴利水位230.39m。(2)下游坝坡，正常运用情况下，下游产生稳定渗流。库水位为正常蓄水位230.39m；库水位位于设计水位231.16m。3、典型断面土的物理力学指标根据《地质勘察报告》，大坝坝坡抗滑稳定计算采用的物理力学指标见表5—1。大坝稳定分析选用物理力学指标表5－1所在部位干容重(KN/m³)湿容重(KN/m³)比重饱和容重(KN/m³)浮容重(KN/m³)摩擦角(度)凝聚力(kpa)坝体坝体土16.219.742.71520.2310.231731.4粉质粘土16.4519.792.70120.3610.361937.7第75页共75页 坝基角闪片岩（强风化）24.52.6725.515.528150注：力学指标采用饱和固结快剪指标4、大坝边坡稳定计算坝坡抗滑稳定计算采用河南省水力勘测设计院编制的软件进行计算，采用的是瑞典圆弧法。5、计算结果根据《水库大坝安全评价导则》（SL258-2000）规定，5级建筑物的坝坡抗滑稳定安全系数为：瑞典圆弧不计算条块间的作用力，要求正常情况下不小于1.15，非正常情况下不小于1.05。此次初步设计大坝稳定计算结果见表5-2。第75页共75页 抗滑稳定计算安全系数成果表表5－2坡面运用条件最小安全系数切出点位置圆心点位置规范值XLYLXoYo上游正常库水位位于1/3坝高，水位位于225.30m。2.058729.1710.6926.48-25.121.15库水位位于设计水位231.16m2.284229.4710.5626.27-25.251.15库水位自设计水位231.16m降至兴利水位230.39m2.102329.4810.6426.25-25.141.15下游正常库水位位于兴利水位230.39m，下游形成稳定渗流1.975226.328.3219.21-20.351.15库水位位于设计水位231.16m，下游形成稳定渗流1.832426.218.2119.48-20.451.15从表中可以看出，初步设计阶段，大坝上、下游坝坡的抗滑稳定安全系数满足规范要求。5.3.2大坝除险加固设计5.3.2.1坝坡加固本次坝坡加固除险加固设计主要内容包括上游护坡工程、下游坝坡整修工程以及下游排水导渗工程。1、上游护坡工程大坝迎水坡干砌石护坡不平整，块石粒径小，冲刷脱落、沉陷，影响大坝运行安全，对上游坝坡应重新护砌。目前国内土石坝护坡的方法很多，经验成熟且运用较多的方法有干砌石护坡、浆砌石护坡、堆石护坡、预制砼块护坡等。根据本工程的具体情况和各种护坡形式在全国各个水库中的应用情况，采用结构安全性比较高且常用的的混凝土护坡。(1)混凝土护坡厚度计算：本次除险加固大坝上游护坡采用现浇混凝土板护坡，平面尺寸2.0×2.0m,砼采用C20，厚度根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）公式计算：第75页共75页 式中：—系数，取；—累积频率为1%的波高（m）；b—沿坝坡向板长（m）,b=2m；—平均波长（m）；—砼的容重，2.4t/m3。计算得t=0.107m，设计取0.12m。每块现浇混凝土板的尺寸为2.0×2.0×0.12m，板与板中间设8cm的排水缝，中间填无砂混凝土。在排水缝处无砂混凝土与碎石垫层之间铺一层土工布，宽48cm，反滤土工布300g/m2。护坡纵横方向每隔8m在无砂混凝土处设一道伸缩缝，缝宽2cm，内填聚乙烯闭孔泡沫板。具体见图。铺设土工布或及浇筑砼护坡前，对局部坡面沉陷、隆起、浪窝处，应先进行整坡处理，保证坝体密实，坡面平整。(2)护坡范围水库水位变化范围为死水位至校核水位（231.16m）之间。①护坡上限:根据土坝结构的需要及本工程的实际情况，本次护坡加固至上游坡坡顶高程232.50m。②护坡下限:根据史家庄水库的具体情况，大坝护坡下限取30年后的淤积高程225.19m。2、下游坝坡工程经过几十年的运行，背水坡有冲沟、冲坑，无排水系统，坝脚无排水体。对下游坡进行整平处理，并植草皮护坡。C20砼岸坡排水沟底宽0.3m，深0.3m，边坡1:1。详见图纸。3、排水导渗工程第75页共75页 大坝下游坝坡贴坡排水体顶部高程按出溢点高程确定，典型断面出溢点高程及贴坡排水体参数计算成果见表5-3。排水体顶高程计算成果表表5-3断面内容典型断面20年一遇出溢点高程（m）227.58m兴利水位出溢点高程（m）226.57m安全超高（m）1.5m地面高程（m）223.72m排水体顶高程（m）228.07m由于校核水位及设计水位形成的时间短，不易形成稳定渗流，下游坡出逸的情况较少，因此贴坡排水顶部高程按兴利水位形成的浸润线出逸点高程确定。根据渗流计算结果，确定下游坡贴坡排水体顶高程取228.07m，贴坡排水体自上而下结构为干砌块石厚40cm，1～8cm卵石厚20cm，0.25～1cm砂砾厚20cm。具体结构见图纸。5.3.2.2坝顶整修根据本次初步设计水文复核，校核水位为231.65m，校核情况（200年一遇）下要求的坝顶高程为232.86m，设计水位为231.16m，设计情况（20年一遇）下要求的坝顶高程为232.52m，史家庄水库现状坝顶高程为232.50m，坝顶无防浪墙，不满足防洪安全要求。现状坝顶为土路面，凸凹不平，杂草丛生，无防浪墙、路沿石。因此，本次除险加固新建坝顶防浪墙、路沿石、坝顶路面。本次除险加固上游侧新建坝顶防浪墙，采用C20砼防浪墙，高出坝顶0.6m，宽30cm，墙顶高程233.10m，每8m设一道伸缩缝，与坝体连接良好，满足防洪安全需要。设计坝顶路面为泥结石路面，宽3m，泥结碎石厚20cm，泥结碎石层要求控制含水量，避免出现碾压翻浆现象。路面倾向下游侧设2%的缓坡，下游处设10×10cm的排水沟。下游侧设砼路沿石，宽20cm，高60cm，高出坝顶20cm，埋深40cm。对应坝坡横向排水沟处,路沿石设20×20cm的排水槽。5.3.2.3大坝防渗设计第75页共75页 大坝防渗是本次党庄水库除险加固的一个关键点，根据坝体、坝基岩土和水库运行中出现的问题，大坝防渗控制应采用垂直防渗措施。设计采用粘土斜墙、水泥土搅拌桩二种方案进行综合比较，择优选用。方案一：粘土斜墙根据党庄水库工程实际，本次除险加固工程，迎水坡先按1:2.5整平处理，做粘土斜墙。上游坝坡及坝顶回填粘土的压实度不小于0.96，回填时严格控制含水率。防渗土料应满足下列要求：（1）渗透系数：斜墙不大于1×10-4cm/s;（2）水溶盐含量（指易溶盐和中溶盐，按质量计）不大于3%；（3）有机质含量（含质量计）斜墙不大于2%；（4）有较好的塑性和渗透稳定性；（5）浸水与失水时体积变化小；方案二：水泥土搅拌桩防渗墙方案对坝体采用搅拌桩防渗墙，深入到第四系残坡积含砾粉质粘土层以下基岩。搅拌桩防渗墙桩径500mm，桩心距320mm，最佳搭接墙厚380mm。搅拌桩底部至坝基岩。根据水泥土搅拌桩防渗墙和先导孔试验经验，结合工程地质条件，机械设备和现场试桩具体情况，确定施工采用工艺参数及水泥掺入比。初步设计建议值如下： ①桩径5000mm，桩心距320mm（最佳搭接墙厚383mm）； ②钻进及提升速度V=0.288～1.96m/min； ③输浆压力：P=0.25～0.3mpa；输浆管压力P=0.2～0.25mpa； ④注浆量：30～65L/min； ⑤水泥掺入比：16%；水泥掺量43Kg/m3； ⑥水灰比：0.5～0.55；⑦钻头直径500mm；⑧桩体渗透系数＜1×10-5cm/s。二种方案的优缺点及经济比较见下表。大坝防渗方案比较表项目优点缺点投资第75页共75页 方案一：粘土斜墙1.施工不需在坝体内进行；2.投资较少,施工工艺简单；3.既满足了防渗要求有加厚了坝体。在水库施工易受水库水位影响。总投资11.64万元方案二：水泥土搅拌桩防渗墙施工工期短、无公害、施工过程无振动、无躁音、不排污。1.设备定位的垂直度控制主要靠人为调控，精度不易控制。2.检测手段还不成熟，特别是单元墙体间的搭接质量还没有过硬的检测方法。总投资17.34万元经综合比较，本次党庄水库采用方案一，即采用粘土斜墙进行防渗处理。5.3.2.4观测设施完善1、观测目的为了解土坝在运行期间是否稳定和安全，应对土坝进行变形观测，及时掌握其变位规律，研究其有无裂缝、滑坡、滑动等趋势。2、观测要求史家庄水库要制定巡视检查制度，派专人负责巡视检查。3、位移及渗流观测设施布置表面沉陷位移和水平位移观测，共享一个测点。观测基面选择地质、地形、坝体填筑质量变化及运行管理中发现有异常反应处。起测基点均布置在右岸稳定的山坡上，在所处观测基面的延长线上。每个观测基面每侧布置起测基点各一个，共计1个起测基点。在不易产生位移的地方设一个校核基点。大坝位移观测点平行于坝轴线方向的观测基面设置1排：下游坡高程232.00m处。垂直于坝轴线方向的观测基面设置2排，所在桩号分别为0+050、0+100，纵横观测基面的交点即为变形观测点位，共计有2个点，详见观测设施平面布置图。第75页共75页 5.4溢洪道除险加固工程5.4.1溢洪道现状及地质条件溢洪道位于大坝右侧，紧邻坝端，为开敞式明渠。现状进口底高程230.39m，底宽13m，最大泄流量14.4m3/s，总长56m。现状溢洪道右岸坡为下元古界角闪片岩，左岸为高1.7m的浆砌石挡墙，墙基残坡积粉质粘土，底部残坡积含砾粉质粘土，未护砌。5.4.2溢洪道目前存在的主要问题溢洪道左侧浆砌石挡墙破损严重，基础岩性较差；右岸边坡不规整；底部为残坡积含砾粉质粘土，未护砌，冲刷破坏严重，不能安全泄洪。5.4.3溢洪道加固改造史家庄水库属小（Ⅱ）类，溢洪道为5级建筑物，根据防洪复核和泄洪计算成果，泄流洪水标准为200年一遇，最大泄流量14.4m3/s。本次除险加固设计对溢洪道进行疏浚，对岸坡及底板进行护砌。溢洪道加固设计分进口段、控制段、出水渠段三部分，总长16m。桩号0+000～0+002为进口段。进口段采用平底与控制段底板相衔接，底部高程230.09m，底宽13m，矩形断面，底板采用C20砼护砌，厚20cm；右岸设导流墙，采用C20砼重力式挡墙结构，与山坡间回填至坝顶高程。对左岸现状挡墙采用C20砼护砌，厚20cm，基础埋深50cm，护砌高度以现状挡墙高度为准。进口段首端和末端设齿墙。桩号0+002～0+006为控制段。控制段底板高程230.39m，底宽13m，矩形断面，底板采用C20砼护砌，厚50cm；右岸侧墙采用C20砼重力式挡墙，左岸对现状挡墙采用C20砼护砌，厚20cm，基础埋深50cm，根据溢洪道设计规范，紧邻坝肩时，顶部高程与大坝协调一致，设计取侧墙顶高程为232.50m。控制段起端及末端设齿墙。出水渠段（0+006～0+016）纵坡1:15，起始端底板高程229.89m，末端底板高程226.56m，底宽13m；第75页共75页 桩号0+006～0+056为出水渠段。出水渠段纵坡1:15，起始端底板高程229.89m，末端底板高程229.22m，底宽13m；左岸现状挡墙采用C20砼进行护砌，厚20cm，基础埋深50cm，护砌高度以现状挡墙高度为准；底板和右岸不护砌，只整修疏浚。为确保新护砌砼与现状挡墙结合良好，设锚筋进行加固，锚筋按构造布置。溢洪道底板和侧墙分缝处填闭孔低发聚乙烯泡沫板。出水渠段设排水孔，采用φ50mmPVC排水管，外包反滤布，间距2m，呈梅花形布置。5.4.4溢洪道水力计算（1）溢洪道泄流能力计算史家庄水库溢洪道为宽顶堰型式，堰顶高程230.39m，堰宽13m，顺水流方向堰厚4m，按堰流公式进行过流能力计算。其泄流公式如下：式中：Q—下泄流量，m3/s；B—溢流堰底宽，m；m—流量系数，根据《溢洪道设计规范》表A.2.3.1取m=0.36；ε—侧收缩系数，取ε=0.97；H—堰上水头，m；H0—计入流速水头的堰上总水头，m。溢洪道水位～泄量关系见表4-3。由本次洪水调节计算可知，通过20年一遇洪水时，溢洪道下泄流量为7.1m3/s，溢流水深为0.77m；通过200年一遇洪水时，溢洪道下泄流量为14.4m3/s，溢流水深为1.26m。（2）出水渠水力计算出水渠水面线计算根据能量方程，以临界水深断面起算，用分段求和法计算。计算公式如下：式中：Δl1-2—分段长度，m；h1、h2—分段始、末断面水深，m；第75页共75页 v1、v2—分段始、末断面平均流速，m/s；α1、α2—流速分布不均匀系数，取1.05；θ—泄槽底坡角度，（°）；i—泄槽底坡，i=tgθ;—分段内平均摩阻坡降，；n—泄槽槽身糙率系数；—分段平均流速，，m/s；—分段平均水力半径，，m。根据溢洪道设计规范，断面设计水深采用加波动掺气水深hb，按下式计算：式中：h—不计入波动掺气的水深（m）；v—不计入波动掺气计算断面上的平均流速（m/s）；ζ—修正系数，一般为1.0～1.4s/m，取1.2s/m。经计算，出水渠段设计水深0.31m，两岸护砌高度相应加50cm超高。为保证过流能力且方便施工，护砌高度均取为1.5m。5.5输水洞加固工程5.5.1输水洞现状及存在问题输水洞位于大坝桩号0+113处，洞身型式为浆砌石，洞径0.5×0.65m，最大泄量0.5m3/s。现状进口底部高程为224.85m。输水洞进口淤积，为斜拉闸门，启闭设施损坏严重，启闭机房损坏严重，出口破损严重。5.5.2输水洞加固设计输水洞进口新建斜拉闸门，闸门为0.5×0.5m，闸门进口高程225.19m。新建启闭机房层高3.6m，坡屋顶高1.6m，采用红色小波瓦，建筑面积12.44m2。本次除险加固根据有关专家意见，先用环氧砂浆对洞身的孔洞、射流点进行堵漏、勾缝，再用充填灌浆的方法处理洞身与坝体间的空隙。第75页共75页 输水洞与坝体之间的空隙采用从坝面钻孔进行充填灌浆的处理方法。灌浆孔沿洞布置。灌浆段长30m。灌浆孔设2排，洞两侧各一排，排距1.8m，灌浆孔间距2.0m。两侧灌浆孔深入基岩1m，高出洞顶2m。灌浆材料采用水泥粘土浆，水泥为32.5级普通硅酸盐水泥，要求粘土的颗粒比水泥的颗粒细。必要时，为加快浆液的固结速度，可掺加适量的速凝剂。浆液的容重控制在13～17KN/m3之间，同时还要考虑到浆液的失水量、静切力、胶结率等基本性质指标的影响。灌浆按二序施工，灌浆按由稀到浓的原则进行灌浆。输水洞出口浆砌石损坏严重，按原断面维修加固。5.5.3抗浮稳定分析式中，——全部垂直荷载；——浮力——进口消力池房抗浮安全系数的允许值，基本荷载组合为1.1。本次设计中，输水洞C20砼进水池外部尺寸沿进水方向长、宽、高分别为2.3m、1.4m、3m，现浇砼厚度均为0.3m.。=147.30KN=94.67KN满足抗浮稳定要求。5.6管理设施完善水库目前无管理用房和防汛仓库，不能满足运行管理要求，需新建管理用房面积40m2。第75页共75页 6机电及金属结构6.1电气设计6.1.1供电电源根据要求配置低压线路lkm，供启闭机室用电。6.1.2机电设备更新管理房设置配电箱（型号PZ-30）控制各供电回路。6.1.3防雷和接地管理房屋顶上设置避雷带，用来保护电力设备、机电设备等。避雷带采用ψ8镀锌圆钢，埋在屋檐内，高出檐顶1.0m；防雷引下线利用墙体构造柱纵向钢筋和控制室主筋连接，不再专设接地线。6.2金属结构本次除险加固更新输水洞闸门一套，闸门选用定型产品，更新闸门为钢闸门（PGZ0.5×0.5m），1扇，动水启闭，适用最高水头12m，工作方式为斜拉启闭。为方便启闭，启闭机选用QL型2T手电两用螺杆启闭机。第75页共75页 7消防设计7.1消防设计依据及设计原则7.1.1设计依据本消防设计依据《水利水电工程初步设计报告编制规程》DL5021-93、《水利水电工程设计防火规范》SDJ278-90、《建筑设计防火规范》GB50016-2006、《建筑灭火器配置设计规范》GB50140-2005及其他国家有关消防设计的规范。7.1.2设计原则本工程消防设计根据有关规范，贯彻“预防为主，防消结合”和“确保重点、兼顾一般”的原则，从全局出发，统筹兼顾，正确处理生产和安全的关系，积极采用行之有效的防火技术，做到保障安全、使用方便、经济合理。7.2工程消防设计史家庄水库除险加固工程消防范围包括管理所、防汛仓库等。管理所建筑面积40m2，按民用建筑防火要求设置消防器材，采用承重墙隔离，并配备手提式泡沫灭火器，设置2个灭火器分布点布置，确保工程管理安全。防汛仓库储藏有防汛物质，火灾危险性类别按丁类，因其为重要的防汛物资储藏场所，耐火等级应按二级设计。采用承重墙隔离，并配备手提式干粉灭火器，设置1个灭火器分布点布置。第75页共75页 8施工组织设计8.1施工条件8.1.1工程条件史家庄水库位于南阳市方城县拐河镇史家庄西100m处，乡级道路直接从史家庄直达坝顶，对外交通比较便利。目前水库水质符合地表水Ⅱ类水质标准，能满足施工用水要求，安全可靠，施工用水可直接由水库抽取，视其用水量设置蓄水池，供给比较方便。为保证施工的顺利进行，应考虑一定比例的自发用电，做到常用电源、备用电源（水库管理、防汛用电）与临时用电（施工用电）合理安排。8.1.2自然条件史家庄水库地处暖温带向亚热带过渡地带，属大陆性季风气候，其特征为：夏季多雨、冬干晴燥、春旱多风、秋风细雨，冷暖及旱涝变化较突出。多年平均气温14.5℃，极端最低气温-16℃（发生在1969年），全年平均日照时间2147.6h，四季中夏季日照时间最长,冬季最少,全年无霜期221d，初霜日最早出现在10月份，终霜时最晚出现在4月份。该区多年平均降水量年际变化大，多年平均降水量为850mm。年内降水不均，6～9四个月的降水量约占全年的60%以上，冬季雨雪稀少，约占全年降水量的5%左右，由于降水时空分布不均，年内年际变化大，易发生洪涝和旱灾。史家庄水库坝址所处位置为低山区，两岸山体基本对称，山体走向近于S～N，地势北高～南低，山体自然坡度约20～40°，山顶高程高于230.00m。坝址区河流方向146°，坝轴线方向236°，河流与坝轴线正交，河床宽40m左右，为“U”型河谷。8.1.3建筑材料水库除险加固工程所用材料主要有砂石料、水泥、粘土、钢材等。钢材可由方城县购进，根据地质报告，所需粘土可就地取材，在水库两岸广泛分布，储量丰富，能够满足设计需要。第75页共75页 由于本工程使用石料总量不大，工程所需的石料、水泥选用普通硅酸盐水泥，可直接从方城县建材市场购进，通过乡村公路运至场地。8.1.4主要工程量及材料用量本工程除险加固工程初步设计主要工程量有砼和钢筋砼905m3，砌石2718m3，土石方开挖1639m3，土石方回填2209m3，主要材料：水泥306.32t，钢筋0.49t，碎石835.86m3，块石1347.44m3，砂1626.89m3。总工时4.23万个。8.2施工导流本工程为除险加固工程，大部分工程在库水位降低情况下施工，不存在施工导流问题。但输水洞改建需要考虑施工导流。根据《水利水电工程施工组织设计规范》(SL303—2004)的要求，水库除险加固工程施工期设计洪水按非汛期5年一遇洪水设计，5年一遇施工期洪水径流总量为0.87万m3，对应库水位为225.53m。施工进度设计原则是尽量保证8个月空库运行。所有工程项目应在汛期前结束或具备过水条件。输水洞进口改建工程，需根据工程施工的需要修筑施工围堰。根据施工期洪水计算成果。史家庄水库为小（Ⅱ）型水库Ⅴ等工程，主要建筑物为Ⅴ级，次要建筑物5级，临时工程建筑物为5级。根据《碾压土石坝设计规范》（SL274—2001）中有关规定，安全超高为0.5m，围堰顶高程不能低于232.82m。输水洞围堰布置在进口上游，围堰顶宽1.5m，高1.2m，埋深0.3m，上、下游坡比为1:1。临时围堰采用编织袋装土料。围堰拆除采用挖掘机开挖，拆除料利用12t自卸汽车运至弃料场处弃置。输水洞积水采用抽水泵抽排。当输水洞进口基础及洞身加固完成以后，可利用输水洞进行施工导流，满足工程施工的需要。坝坡维修加固处理、输水洞工程均安排于非汛期水位较低时施工。8.3主体工程施工第75页共75页 史家庄水库除险加固工程计划8个月完成。工程内容包括坝基防渗加固、大坝护坡及排水设施修建、溢洪道加固、输水洞改建加固、观测设施布设等。因项目多、工作面集中，各项工程之间施工干扰大，汛期影响大，为缩短工期，降低施工影响，应合理安排施工期和施工顺序。在施工顺序上，先进行坝基防渗加固、溢洪道工程和输水洞工程，然后进行坝坡整修及排水设施、坝顶工程及防汛道路大坝观测管理设施，最后进行水土保持及环境保护等剩余所有工程。施工期安排上，在枯水期1个月完成输水洞工程，本着先进行坝基坝体加固后坝坡整修、先上游护坡后下游护坡、先溢洪道工程后排水、观测设施等工程，道路、管理房及水保环保工程安排在工程最后施工。8.3.1施工要求为保证工程质量，史家庄水库除险加固工程施工，要进行公开招标，要求由乙级以上的水利工程资质的专业队伍进行施工。施工应按设计图纸和有关规程、规范进行，精心组织、精心施工，确保质量、定位准确，符合图纸、规程及使用要求。8.3.2施工进度要求根据施工总进度计划，结合施工导流特点，合理安排工程施工程序，对缩短工期和保证工程质量至关重要。根据施工总进度安排，先利用输水洞导流，对大坝上游护坡施工，然后在坝前输水洞进口建低围堰，进行斜拉闸门及输水洞等工程施工，施工结束后，拆除围堰。8.3.3施工技术要求8.3.3.1土石方工程首先做好施工测量前的准备工作，先用水准仪根据水准点在河道两边山体引测出起始标高线。根据施工进度用钢尺沿铅直方向，向下量至设计标高。将水准仪安置到施工层，校测各水平线，土方工程采用人工与机械相结合的方法施工，机械为主，人工为辅。大面积、大方量土方开挖以机械为主，近距离采用59kw或74kw推土机推运，远距离采用1m3挖掘机或1m3装载机挖装，8t自卸汔车运输至弃料区。对于局部小沟槽开挖或边坡修整可采用人工施工。第75页共75页 土方回填工程，对于挡土墙或基础沟槽土方回填工程可采用挖掘机填土或人工填土，采用人工或打夯机夯实的方法，以免破坏主体结构。除去机械难以到达地方只能采用人工施工外，其余土方回填等可采用推土机推土，羊脚碾碾压回填。采用人工夯实铺土厚度15cm，夯击5遍；采用蛙式打夯机夯实铺土厚度15～20cm，夯击5遍；采用75kw以上拖拉机夯实铺土厚度25～30cm，夯击10遍。回填后的粘土压实度不小于0.95。石方开挖以前应对永久建筑物岩质边坡，沿设计开挖轮廓面采用预裂爆破，或施行光面爆破。当不具备或不能进行沿开挖轮廓面倾斜钻孔时，则应采用预留斜面保护层开挖方法。对开挖完成的岩基建基面和坡面应进行清理和整修，要做到：1.岩面无松动岩块、小块悬挂体及爆破影响裂隙。2.建基面及坡面的风化、破碎、软弱夹层和其他有害岩脉根据具体地质情况进行处理。3.开挖坡面应稳定，无松动岩块且不陡于设计边坡。4.岩面轮廓无反坡，陡坎顶部应削成锐角或圆滑状。保护层开挖应采用梯段爆破作业方法分层开挖，其中：（1）第一层：炮孔不得穿入距水平建基面1.5m的范围，药卷直径不应大于40mm，孔底应设置柔性材料或空气垫层段。（2）第二层：炮孔不得穿入距水平建基面0.5m的范围，对节理裂隙极发育和软弱的岩体，炮孔不得穿入距水平建基面0.7m的范围。炮孔与建基面的夹角不应大于600，药卷直径不应大于32mm，并采用单孔起爆方法，孔底应设置柔性材料或空气垫层段。（3）第三层：炮孔不得穿过水平建基面。对节理裂隙极发育和软弱的岩体，炮孔不得穿入距水平建基面0.2m范围，剩余0.2m的岩体应进行撬挖。炮孔角度、药卷直径和起爆方法均同第二层规定。钻爆开挖时，距建基面预留一定保护层，爆破后欠挖部分采用人工配合风镐清至设计基面。8.3.3.2砌石工程第75页共75页 浆砌石采用座浆砌筑、人工安放的方法。要求块石粒径不小于30cm，块石表面干净无杂物。浆砌石水泥砂浆标号为M7.5，采用普通硅酸盐水泥拌制，标号不低于42.5级，砂料应选用质地坚硬、清洁、级配良好的天然砂或人工砂，天然砂中含泥量要小于5%，人工砂中石粉含量要低于12%。对于土质地基，砌筑前应先将地基夯实，并在地基面上铺一层3～5cm厚的稠砂浆，然后再安放石块；对于岩石地基，铺筑前应先洒水湿润，表面冲洗干净。砌筑时应保证座浆饱满，填捣密实，表面平整。缝口应用比砌体砂浆高一等级的砂浆勾缝。工程完工后，须经常洒水养护，在砌体未达到要求强度之前，砌体前后不得回填土料等。干砌块石护坡石料须选用石质良好、质地坚硬、不易风化的新鲜石料，块石粒径不小于25cm，不得使用有尖角或薄边的石料砌筑。砌筑干砌块石护坡前，进行坝坡修整，使之符合设计要求。砌筑应做到：认真挂线，自下而上，错缝竖砌；紧靠密实，塞垫稳固，大块封边，表面平整，注意美观。严禁出现通缝、叠砌和浮塞。砌石应垫稳填实，与周边砌石靠紧，严禁架空。砌石护坡质量控制：①石料的质量和块石的尺寸、形状是否符合设计要求；②砌筑方法和砌筑质量，护坡块石是否稳定；③块石护坡的厚度。反滤层厚度、铺筑位置及反滤料的粒径、级配、不均匀系数、含泥量、压实质量等，均应符合设计要求。反滤层必须压实。保证水库在蓄水后，不致因反滤层的变形失效而使块石护坡破坏。反滤层材料应选用具有良好的抗水性、抗冻性、耐风化和不易被水溶解的砂砾石、卵石或碎石。加工好的各种反滤材料经检验合格后，应分别堆放在干净的场地上，并采取适当措施，防止泥水和土块等杂物混入。堆料不易过高，以免颗粒分离。卵石、碎石材料在转运时如有分离，应经过处理后，才可使用。堆放反滤料应标明编号、规格、数量、检验结果及拟铺筑的工程部位。铺筑反滤料前，须将坝坡上的草皮、树根、乱石等全部清除，应做好排水工作，不宜在水下施工。铺筑反滤层须自底部向上进行，不得从坡面上向下倾倒，必须严格控制厚度，当层厚较薄时，应采用人工铺筑，一般宜每10m设样板一个，并经常进行检查。砂和砂砾料应适当洒水，相临层面必须拍打平整，保证层次清楚，互不混杂。每层厚度的偏小值不得大于设计厚度的15%。第75页共75页 在挖装和铺筑反滤料过程中，应防止反滤料颗粒分离，防止杂物与其它料物混入，反滤料宜在挖装前洒水，保持其湿润状态，以免颗粒分离。反滤料铺筑必须严格控制滤料厚度。对已碾压合格的反滤层应做好防护，一旦发生土料混杂，则必须及时清除。反滤料宜采用自行式振动碾压实。分段铺筑时，必须做好接缝处各层之间的连接，使接缝层次清楚，不得发生层间错位、折断、混杂。不论平面或斜面接头，都必须为阶梯状，即上层应当比下层缩进去一定宽度。在斜面上的横向接缝，尚应收成不小于设计的斜坡。对已铺好的反滤层应做必要的保护，禁止车辆行人通行、抛掷石料以及其他物件，防止土料混杂、污水浸入。在反滤层上堆砌石料时，不得损坏反滤层。与反滤层接触的第一层堆石应仔细铺筑，其块径应符合设计要求，且应防止大块石集中。负温下施工时，反滤料应呈松散状态，不得含有冻块，下雪天应停止铺筑，并妥善遮雪。雪后复工时，应仔细清除积雪和其他杂物。堆筑排水设备的石料，不得含有冻土或冰块。8.3.3.3砼工程砼应按设计要求的配合比严格控制材料配比量。采用机械拌制和运输，砼的拌和时间应根据塌落度试验确定，一般不宜少于1.5min。根据经验，从拌成到开始浇筑，以不超过45min为宜，超过者作为废料处理。砼的入仓温度一般控制在4～25℃，夏季施工当外界气温超过30℃时要求砼出机温度25℃以下，如气温太高时可避开高温时段再行浇筑。冬季施工当地平均气温低于-5℃时采取冬季施工措施，砼工程需要有保温防冻措施，以防砼出现裂缝。砼浇筑时如遇降雨，当雨量超过5mm/h又无防雨措施时要立即停止浇筑。在砼浇筑施工时，应严格按操作规程进行，均匀振捣，避免出现麻面、蜂窝、空洞、裂缝等。严格控制模板支撑强度，保证模板的平整度，严禁出现跑模、漏浆。掌握好拆除模板时间，一般为浇筑后约隔3～5h(根据具体施工时的气温气象条件确定)，砼工程一般应在其强度达到设计强度的70%方可拆模，以保证其表面及棱角不会因拆模而破坏。第75页共75页 砼浇筑完一般12～18h内即开始洒水养护，平面砼养护可用水覆盖或用草袋、湿沙覆盖，垂直方向养护可人工或带孔水管定时洒水养护，保持砼表面经常湿润，养护期不少于14d。冬季为了防止砼发生冻裂，应采取保温措施，减少洒水次数，0℃以下停止洒水。砼工程施工顺序为基础面→钢筋布设与帮扎→模板安装→立模→止水安装及伸缩缝→浇筑系统、观测仪器、设备及预埋件安装→混凝土生产与浇筑→拆模、养护等。若砼工程在冬季施工，应采取必要的温控措施，保证砼的浇筑质量。现浇砼护坡要求震捣密实，及时养护，养护期覆盖草袋，并洒水养护。坡面平整，垫层必须符合设计要求。施工中应严格遵守《水工混凝土施工规范》（DL/T5144-2001）。8.3.4大坝施工大坝加固主要包括：坝基防渗、上下游护坡、排水导渗、坝顶改造和观测设施安装。大坝施工顺序为：①坝基水泥土搅拌桩防渗加固；②上游坝坡清理，坝坡规整，设砼板护坡；③规整下游坝坡，铺设草皮护坡，增设排水沟和贴坡排水；④增设观测设施；⑤坝顶改造；⑥其它工程。1、上下游坝坡加固坝体施工包括基本作业和辅助作业。基本作业为卸料、平料、压实及质量检查；辅助作业为洒水、刨毛、清理坝面、夯实等。填筑工程，要选用符合设计要求的土料，分层夯实。填土层厚度和夯实干容重都要严格按设计要求掌握，取样试验，做好记录，以备验收。上游坝坡施工前先将原坝坡杂草及腐殖土清除，迎水面用12cm厚现浇砼板护坡，铺设前要对坡面进行消坡整平，保证坡面的平整。当工作面较多时，及时增加作业人员，确保施工进度。下游坝坡平整前先将原坝坡杂草清除，然后按设计坡比培厚规整，建排水沟、植草皮。上、下游坝坡削坡翻新采用机械加人工的方式进行，严禁超挖，预留保护层，采用1.0m3挖掘机装5t自卸汽车运输，最后采用人工修理边坡。2、观测设施埋设埋设前，应对钻孔深度、孔底高程、孔内水位以及管加工质量、各管段长度、接头、管帽情况等进行全面检查并做好记录。3、粘土斜墙防渗加固第75页共75页 迎水坡先按1:2.5整平处理，做粘土斜墙。上游坝坡及坝顶回填粘土的压实度不小于0.96，回填时严格控制含水率。防渗土料应满足下列要求：（1）渗透系数：斜墙不大于1×10-4cm/s;（2）水溶盐含量（指易溶盐和中溶盐，按质量计）不大于3%；（3）有机质含量（含质量计）斜墙不大于2%；（4）有较好的塑性和渗透稳定性；（5）浸水与失水时体积变化小。8.3.5溢洪道施工溢洪道工程施工，主要是溢洪道开挖疏通、底板及侧墙护砌等。1、土石方开挖要准确放样，确定开挖起始边线，要严格注意边坡，严防岸坡塌滑危及人员及工程安全，挖至基底，要组织验槽，做到位置正确，尺寸准确。土方开挖，采用1m3液压挖掘机装10t自卸汽车运1.0km至大坝或运至指定弃渣场，74kw推土机推平。2、混凝土浇筑溢洪道混凝土浇筑严格按照混凝土施工技术要求进行。8.3.6输水洞施工和金属结构及机电设备安装该工程主要内容是拆除原斜拉闸门，改建斜拉闸门，配套启闭设施，新建启闭机房等。1、施工要点（1）因进口四面环水且水深较深，难以创造干燥的施工环境，材料及设备进出困难，施工条件相对较差，应注意施工安全，避免发生人身伤亡事故。（2）改造加固工程量小且复杂，要严格按照设计要求进行施工，确保新、老建筑物接合部的施工质量。（3）闸门、埋件及启闭机的安装要求较高，施工时要措施得当，严格掌握。第75页共75页 （4）金属结构均在专业厂家购置，汽车运至现场，起重机或扒杆吊装就位。若有可能闸门埋件提前运输至现场，与门槽一、二期砼一同浇筑、安装。2、施工程序输水洞加固施工顺序为：拆除原斜拉闸门安装闸门及启闭设备新建启闭机房其它零星工程。8.4施工交通8.4.1对外交通运输史家庄水库所处位置交通便利，水库与方城县相距8.5km，施工中所需物料及机械设备等均可运至工地并通过施工道路运至施工现场。8.4.2场内运输条件由于本工程生产区内没有交通道路，需要从溢洪道进口和出口重新修筑临时施工道路，以满足大坝、溢洪道等工程项目的临时交通运输要求。本工程共需修整场内交通道路150m。8.5施工工厂设施因本次工程为除险加固工程，工程总量不大，工期不长，料物绝大部分为成品料购进，机械修配任务不大，不需设专门的加工、修配厂。基本施工设施有：砼拌和系统、钢筋加工系统、木材加工系统、砼构件预制系统、施工供水、供电系统等。8.5.1混凝土拌和系统根据料场位置、对外交通及施工方法等因素，将砼拌和系统设置在溢洪道进口右侧地势开阔平坦地带。砼所用砂、石料全部购进，搅拌后制成砼，由翻斗车运至施工点浇筑。8.5.2机械修配及综合加工系统施工期间所需主要机械有土石方挖装、运输、砼拌制机械等，加工材料有钢材、木材、砼预制构件等。第75页共75页 主要设备、机械的日常保养等，一般在现场进行，重大机械故障到县城维修。钢筋、木材等综合加工厂，设在管理所旁边的空地上，主要进行钢筋拉直、切割等工作，可露天作业，金属结构主要部分可在厂家焊接制作，木材加工可在院旁搭建临时施工房屋，存放加工设备及原料和成品料。8.5.3施工供水、供电1、供水本工程在左右两岸分别设置供水系统，根据施工用水量布设提水设备，由水泵自水库抽水。水库水质良好，可供砼及其它工程直接使用。生活用水与管理所用同一水源。2、供电因此施工用电直接从附近的史家庄村上连接。该村经过农网改造以后，其用电保证率有所提高，基本可以满足水库工程管理用电需求。为保证工地施工的顺利进行，应考虑一定比例的自发用电，做到常用电源、备用电源（水库管理、防汛用电）与临时用电（施工用电）合理安排。施工工地准备一套75ＫＷ发电机组，保证一般工程项目的正常施工。8.6施工总体布置8.6.1布置原则施工总布置遵循“因地制宜、因时制宜，有利生产、方便生活、易于管理，安全可靠、经济合理”的原则，统筹规划，合理布置，妥善处理施工场地内外关系，为确保工程质量、加快工程进度、提高经济效益创造良好条件。因该工程施工项目多，部位集中，施工干扰大，因此，要合理安排施工期和项目施工顺序，有效地利用施工道路和场地，并同附近村镇及有关单位搞好协调工作，以确保施工的顺利进行。8.6.2施工分区本次除险加固工程主要有三大部分：大坝坝坡整修、输水洞进出口工程和溢洪道整修，三者生产区紧邻一块，施工时有一定干扰，通过适当安排可满足工程施工。根据以上规划原则，分区规划布置如下：办公生活区设在水库管理所及其旁边的空地上，搭建临时施工房屋。水泥等物料仓库，砂石料场及砼拌和站就近设在大坝两侧的空地内，堆料场、混凝土拌和站、仓库、加工厂、供水站、机械停放场等均靠近施工区布置；生活区与生产区分开布置。主要临时房屋规划见表8-1。第75页共75页 临时房屋规划表表8-1序号建筑物名称建筑物面积（m2）备注一生产用房501水泥仓库202钢筋加工203工地发电配电房10二办公生活用房1501生活用房1002建设单位用房508.7施工总进度本次除险加固工程按照有关规范规程的要求，计划在8个月内完成，即先完成施工招投标、临时房屋搭建、场地“三通一平”等前期准备工作，整体工程在8个月内全部完工，并进行工程竣工验收。在主体工程施工前，以关键性的工程即坝体加固为施工先导，协调安排其他各单项工程的施工进度。在主体工程开工前，做好各项工程的准备工作。在工程施工中，尽可能采用先进施工技术设备，最大限度地组织均衡施工，力争加快施工进度，同时，应保证工程质量和安全施工。在施工实施过程中，应统筹考虑，坝体施工对工程总进度起决定作用，因此要妥善安排。施工进度见表8-2。史家庄水库施工进度表表8-2部位工程项目第一年第1月第2月第3月第4月第5月第6月第7月第8月大坝坝坡整理　　　　　　　　第75页共75页 工程　　坝顶道路、路缘石等　　　　　　　　　　　排水沟、导渗沟、排水体等　　　　　　　　　观测设施安装　　　　　　　　　　　溢洪道工程进、出口段　　　　　　　　　　　　护底及边坡　　　　　　　　　　水泥搅拌桩　　　　　　　　　　　输水洞工程输水洞进出口改建　　　　　　　　　　　　　　　　闸门及启闭设备安装　　　　　　　　　　　　　　　　管理工程管理房及其它设施　　　　　　　　　　　　　　　　厂坝区绿化　　　　　　　　　　　工程竣工验收　　　　　　　　8.8施工组织机构及主要技术供应8.8.1组织机构本次除险加固工程由方城县人民政府组织、协调成立“方城县小型水库除险加固工程建设管理局”，统一协调工程实施过程中的资金、补偿、质检、安全保卫等工作。管理办公室设总工、工程质检人员、财务人员、安全生产人员和综合管理人员等科室,统一领导，分工负责，具体工作。8.8.2组织管理该工程在项目管理上严格按照基本建设程序，实行“三项制度”，即项目法人制、施工招投标制和工程建设监理制。第75页共75页 由建管局全面负责项目规划、年度计划审定、资金筹措、各部门间关系协调及项目实施中的组织领导，全面负责项目规划和年度计划编制，组织实施中的施工管理、质量监督、财务管理等，制订并落实管理制度。在本工程实施过程中，必须认真细致地严把质量关，建立项目管理责任制和质量管理安全保证体系，确保工程质量，力争工程按期顺利完工。8.8.3主要技术供应施工中的技术供应工作是保证工程施工顺利进行的关键，是施工总进度的基础保障。必须根据技术要求及施工进度计划，做好技术供应工作。本工程所需的主要建筑材料应及早编列计划上报，由主管部门或市场调剂供应，做到及时落实。由于本工程施工期短，且施工场地开阔，适宜于机械化施工，因此，本工程必须保证施工所需的常用及特殊机械或设备及时到位，不影响工程的顺利实施及施工质量。施工过程中遇到技术难题应及时向监理、设计等有关单位反馈信息，保证施工顺利进行。第75页共75页'