白沙工程设计报告书

'颍河白沙水库溢洪道泄洪闸设计摘要1ABSTRACT2前言31工程概况51.1水库建设过程71.2水库目前存在问题72水文82.1流域概况82.2年径流复核成果92.3设计洪水复核成果102.4非汛期设计洪水113工程地质114除险加固任务和规模124.1除险加固任务124.2除险加固洪水标准135.溢洪道泄洪闸设计135.1方案的说明135.2方案比较145.3设计基本资料155.4溢洪道轴线选择165.5溢洪道工程布置165.6水力设计185.7溢洪道防渗与排水设计225.8稳定计算231 颍河白沙水库溢洪道泄洪闸设计6施工组织设计286.1施工条件286.2施工导流286.3主体工程施工296.4施工交通运输306.5施工工厂设施306.6施工总布置31结论33特别致谢34参考文献35摘要白沙水库位于淮河流域沙颖河上游，坝址位于河南省禹州市与登封市交界的白沙村以北300m处。,水库控制流域面积为985km2，占颖河流域面积7230km2的13.6%，占颖河山丘区流域面积1900km2的51.8%，是以防洪灌溉为主，兼顾工业供水、水产养殖、旅游等综合利用的大型枢纽工程。白沙水库总库容2.78亿m3,,按国标《防洪标准》规定，白沙水库工程等别应为大（2）型，泄洪闸为2级建筑物.泄洪闸设计标准为100年一遇，校核标准为2000年一遇。据《溢洪道设计规范》（SL253—2000）闸下防冲设计标准按50年一遇，校核标准100年一遇。本次设计是白沙水库除险加固工程中的溢洪道设计.其中包括以下几个方面内容:方案的比较和选择以及水力计算,结构稳定性计算(包括边墩,中墩和挡土墙稳定基底应力计算),简单的施工组织设计等几个方面关键词:溢洪道中墩水库结构稳定性1 颍河白沙水库溢洪道泄洪闸设计abstractTheBaishareservoirislocatedupstreamofHuaiheRiverbasinShaYinghe,thedamsiteislocatedtheHenanProvinceYuzhouandtheDengfengcityborderBaishavillagebynorthern300mplace.Thereservoircontroldrainageareais985km2,occupiesYingriverdrainagearea7230km213.6%,occupiesYingrivermassifareadrainagearea1900km251.8%,isbypreventsfloodsandtheirrigationprimarily,properattentiontobothindustrialwatersupply,aquaculture,travelinglargeandsooncomprehensiveutilizationlarge-scalekeyproject.Baishareservoirtotalstoragecapacity278millionm3,"FloodpreventionStandard"stipulatedaccordingtoGBcode,TheBaishareservoirprojectbankshouldbeisbig(2),Thefloodgateis2levelsofbuildings,thefloodgatedesignstandardis100yearsassoonasmeets,Theexaminationstandardisin2000assoonasmeets.Accordingto"SpillwayDesignStandard"(SL253-2000)underthefloodgatethedesignstandardofDisappearingenergyandguardingagainstflushesmeetaccordingto50years,Theexaminationstandardmeetassoonas100years.ThisdesignistheBaishareservoirexceptdangerousreinforcementprojectinspillwaydesign,includingfollowingseveralaspectscontent:Plancomparisonandchoiceaswellaswaterpowercomputation,structuralstabilitycomputationincludingsidepillar,centerpillarandbulkheadstablebasisstresscomputation,simpleconstructionorganizationplanandsoonseveralaspectsKeyword:spillwaycenterpillarreservoirstructuralstability27 颍河白沙水库溢洪道泄洪闸设计前言白沙水库位于淮河流域沙颖河上游，坝址位于河南省禹州市与登封市交界的白沙村以北300m处。是50年代初治淮早期我省兴建的大型水库之一，当时水库的设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为1000年一遇。设计水位233.8m，校核水位235.3m，总库容2.95亿m3。水库控制流域面积为985km2，占颖河流域面积7230km2的13.6%，占颖河山丘区流域面积1900km2的51.8%，是以防洪灌溉为主兼顾工业供水、水产养殖、旅游等综合利用的大型枢纽工程本次设计主要是白沙水库加固工程中溢洪道泄洪闸白沙水库是建国初期治淮第一批兴建的大（II）型水库，是以防洪灌溉为主，兼顾工业供水、水产养殖、旅游等综合利用的大型水利枢纽工程。白沙水库目前的现状为坝顶高程235.8m，防浪墙顶高程237.0m，坝顶超高1.873m，水库现状允许最高水位为235.13m。1951年3月开始施工至1953年8月建成，为此于1956年2月～1957年12月进行了水库扩建，扩建后的大坝坝顶长1316m，顶宽6.6m，最大坝高47.88m，坝型由均质土坝变为复式断面，坝顶高程235.8m，防浪墙顶高程237.0m。改原无控制的溢洪道为新建8孔（12×8）弧形钢闸门控制的泄洪闸，闸顶高程225.92m，最大泄量4280m3/s。1975年汛后，为增强水库抗洪能力，在东付坝坝顶建爆破药室17个，以应急需。1997年底又对输水洞进行了较全面的加固处理。在出口新建了弧形工作门及引水岔管，输水洞由无压隧洞改为压力洞，洞身由马蹄形断面改为直径3.3m的圆形断面。工程存在的问题（1）泄洪闸上下游流态不好。（2）泄洪闸闸室建在强风化的石英砂岩地基上，并且有断层。（3）闸墩单薄，砼质量不好，碳化严重，普遍存在裂缝。（4）溢洪道没有尾水渠，不能做正常溢洪道使用。（5）溢洪道闸门启闭机和闸们年久失修。主溢洪道：泄洪闸座落在强风化石英砂岩上，裂隙发育，岩体呈中等至强透水，工程地质条件差，存在闸基渗漏、抗滑稳定和不均匀沉陷问题，应对闸基稳定性进行复核，并采取必要的处理措施。本次设计是白沙水库除险加固工程中的溢洪道设计.其中包括以下几个方面内容:方案的比较和选择以及水力计算,结构稳定性计算(包括边墩,中墩和挡土墙稳定基底应力计算),简单的施工组织设计等几个方面。27 颍河白沙水库溢洪道泄洪闸设计参照《溢洪道设计规范》（SL253—2000）附录A，泄洪闸闸室采用开敞式实用堰结构，堰顶上游采用三圆弧曲线，堰顶下游采用WES型幂曲线，幂曲线末端直接与反弧连接，根据水力计算确定工程的布置，然后进行稳定性和应力计算。27 颍河白沙水库溢洪道泄洪闸设计1工程概况白沙水库位于淮河流域沙颖河上游，坝址位于河南省禹州市与登封市交界的白沙村以北300m处。是50年代初治淮早期我省兴建的大型水库之一，当时水库的设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为1000年一遇。设计水位233.8m，校核水位235.3m，总库容2.95亿m3。水库控制流域面积为985km2，占颖河流域面积7230km2的13.6%，占颖河山丘区流域面积1900km2的51.8%，是以防洪灌溉为主，兼顾工业供水、水产养殖、旅游等综合利用的大型枢纽工程。水库位置见图1.1-1。1978年水电部颁发了《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》（山区、丘陵区部分）SDJ12—78，根据该规定白沙水库正常运用洪水标准应为500～100年一遇，非常运用洪水标准如失事后对下游不致造成较大灾害的其下限值为2000年一遇，如果失事后对下游将造成较大灾害的大型水库应以可能最大洪水作为非常运用洪水标准。1990年水利、能源部对SDJ12—78又颁发了补充规定，根据该规定将白沙水库的校核洪水标准由可能最大洪水改为2000年一遇。1994年建设部发布国家标准《防洪标准》（GB50201—94）作为强制性国家标准，根据该标准白沙水库设计洪水标准应为500～100年一遇，校核洪水标准应为5000～2000年一遇。我省大部分大型水库，根据以上国家颁发的洪水标准、结合各水库的具体情况，经历20余年基本进行了除险加固，提高了水库安全标准。已完成的有鸭河口、宿鸭湖、鲇鱼山、孤石滩、彰武、南海等水库，正在实施的有白龟山水库和昭平台水库。该工程1951年开工，1953年竣工。由于当时形势的需要和各方面条件的限制，存在诸多问题。1956年进行了扩建加固。2001年3月对水库安全标准进行复核，1000年一遇洪水位为235.51m，2000年一遇洪水位为236.29m，而目前白沙水库允许的最高水位235.13m。因此，白沙水库现有安全标准不足1000年一遇，尚未达到国家《防洪标准》（GB50201-94）5000年~2000年一遇的下限。由于白沙水库在沙颖河流域防洪调度中的作用非常重要，事关禹州市、京广铁路和京深公路的安危，一旦失事，将对禹州市、襄城、临颖、许昌和郾城等县市造成严重的洪水灾害。因此急需除险加固。2001年3月河南省水利厅组织水利部、淮委、黄委和水库管理局等单位组成专家组，对白沙水库进行安全鉴定，鉴定意见为：“白沙水库大坝现有防洪标准不足千年，属危险水库，急需进行除险加固。建议采取工程措施提高抗御洪水标准以满足国标《防洪标准》要求，对溢洪道混凝土建筑物和金属结构进一步进行检测。进一步补充完善观测设施，加强观测工作。在未进行除险加固前，水库管理单位应加强工程管理和工程监测，并做好超标准洪水的安全保坝措施。”27 颍河白沙水库溢洪道泄洪闸设计2001年7月水利部大坝安全管理中心对白沙水库安全鉴定成果进行核查，核查意见为：“大坝存在的主要问题是水库大坝防洪标准不满足部颁《近期标准》，同意三类坝鉴定结论意见。”另委托河南省水利科学研究所水利水电工程质量检测中心对白沙水库溢洪道（土建部分）进行工程质量检测，并于2002年2月提出《白沙水库溢洪道（土建部分）工程质量检测报告》和《检测描绘图集》。据现场测绘各个闸墩闸墙在高程6.0m处有一条水平缝，缝宽较大且多为通缝；各个闸墩闸墙在中部区域，均有一条自下而上的裂缝，分别达到或超出6m处的水平缝高度，缝宽0.21~0.80mm，超声波检测1#、3#、4#、5#墩为贯穿缝，2#、6#、7#墩未贯穿，两边墙部位是否贯穿尚未查明；闸墩在上游墩尖，下游墩尾及墩身各部位，存在多条裂缝，缝宽多在0.10~1.35mm之间，其中上游墩尖处大部分为水平缝，其余多为不规则裂缝，超声波检测缝深在65~164mm之间，大小裂缝总计有570余条。闸底板共有裂缝38条，在每孔闸底板中部，均有1~2条垂直水流方向的裂缝，缝宽一般在0.22~0.71mm之间，经超声检测，缝深在30~283mm之间。主要结论为：“闸室结构砼的强度、钢筋的配置均不能满足现行设计规范的要求，裂缝普遍存在，一些受力部位的裂缝已经贯穿，碳化值普遍较高，土建部分维修加固方案的优势已经失去，建议考虑其它解决方案。”查阅《白沙水库暨灌区志》的记载和工程竣工图，发现泄洪闸建基面位于强风化石英砂岩上，岩石破碎，施工中有多处坍塌；闸室结构强度不足，限于工程建设期的经济环境和技术水平，闸室墩墙和底板砼标号太低，原设计为140号，施工中为节约水泥，加入15%的粉沙掺和料，实际上不足140号，一些部位仅有90号，且闸墩配筋率仅为（0.02~0.03）%，小于钢筋砼的最小配筋率，实为少筋砼，而水工建筑物的挡水受力结构不宜采用少筋砼；工程竣工时已发现墩墙出现裂缝，运行数十年，现在闸室裂缝普遍存在，七个中墩有四个中墩的裂缝已贯穿，其余裂缝深度为65~164mm；右边墙倾斜13cm，消力池边墙也发生变形。2001年12月~2002年3月，河南省水利勘测总队受河南省水利厅委托，对溢洪道进行了地质勘探，揭露地层表明，老溢洪道闸室建基面在强风化带上，风化层厚度为0.5~6.1m，其中有薄层泥岩，岩体破碎，含泥量高，承载力低，抗剪强度低，高水位时，闸室存在稳定问题。右岸翼墙地基断层发育，强风化厚度在18m以上，右岸翼墙存在稳定问题。闸基78%的岩体具有中等透水性，闸基存在渗漏问题。并于2002年4月完成了《河南省白沙水库除险加固溢洪道工程地质勘察报告》。河南省水利勘测设计院于2001年3月对溢洪道泄洪闸进行水力计算和稳定复核，认为下游消力池边墙高度比允许值低2.2m，整体稳定安全系数小于规范允许值。由于溢洪道建成至今，没有高水位运行过，掩盖了其存在的安全隐患。白沙水库溢洪道泄洪闸应根据水库规划指标，进行加固或重建27 颍河白沙水库溢洪道泄洪闸设计1.1水库建设过程1950年10月中央人民政府政务院发布”关于治理淮河的决定”后,省治淮总部于1951年元月组织力量对白沙水库进行勘测设计，1951年3月开始施工至1953年8月建成。工程包括：拦河坝，长1214m，坝型为均质土坝，坝顶高程231.72m，最大坝高42.5m。溢洪道为无控制开敞式溢洪道，宽100m，底高225.92m,最大泄量572m3/s；输水洞为无压洞，横断面为R=2.03m的标准马蹄形洞，进水口为上下双层四孔1.75×1.75的油压直升平板钢闸门，进口底高195.92m，出口底高194.86m，洞长337.0m，最大泄量230m3/s。水库设计最高洪水位228.42m，总库容1.88亿m3。此外尚有东付坝一座。由于1950年设计时没有进行流域规划，设计洪水计算偏小，经1954年洪水考验后，发现水库规划库容偏小，溢洪道设计的溢洪断面不够大，水库的安全标准偏低，水库的效益未能充分发挥。为此于1956年2月～1957年12月进行了水库扩建。扩建后的大坝坝顶长1316m，顶宽6.6m，最大坝高47.88m，坝型由均质土坝变为复式断面，坝顶高程235.8m，防浪墙顶高程237.0m。改原无控制的溢洪道为新建8孔（12×8）弧形钢闸门控制的泄洪闸，闸顶高程225.92m，最大泄量4280m3/s。但1958年元月溢洪道泄洪闸8扇弧形门安装完毕后，4月为支援三义寨引黄工程，拆走边孔6扇建块石滚水坝，坝顶高程231.0m，直到1964年10月才恢复拆除的6孔闸门。建时除主坝及东付坝相应加高外，又增建一座西付坝及在主溢洪道东第一缺口处修建了付溢洪道，底宽180m，底部高程234.0m，最大泄量427m3/s。1975年汛后，为增强水库抗洪能力，在东付坝坝顶建爆破药室17个，以应急需。1997年底又对输水洞进行了较全面的加固处理。在出口新建了弧形工作门及引水岔管，输水洞由无压隧洞改为压力洞，洞身由马蹄形断面改为直径3.3m的圆形断面。1.2水库目前存在问题白沙水库坝顶高程235.8m，防浪墙顶高程237m，水库现状允许最高静水位235.13m，调洪演算成果1000年一遇洪水位235.51m，2000年一遇洪水236.29m，均超过水库现状允许最高静水位235.13m，由此说明白沙水库的现有安全标准不足1000年一遇，远低于国家《防洪标准》（BG50201-94）5000~2000年一遇标准的下限，实属险库。其中溢洪道存在问题（1）溢洪道1956年曾做过水工模型试验，试验结果表明：泄洪闸上下游流态不好，影响东付坝安全，降低了水库的安全标准。27 颍河白沙水库溢洪道泄洪闸设计（2）泄洪闸闸室建在强风化的石英砂岩地基上，且右边孔跨在断层破碎带上，闸基极不均匀。（3）闸墩单薄，砼质量不好，碳化严重，普遍存在裂缝，右边墩及1、3、4、5中墩存在上下贯通裂缝，左、右岸下游翼墙明显向内倾斜，其中右岸翼墙倾斜达13cm。（4）溢洪道没有尾水渠，不能做正常溢洪道使用。（5）溢洪道闸门启闭机已经运行四十年，有的已超过四十年，闸门埋件锈蚀严重。闸门制作外观质量差，弧型闸门底部和右下角存在变形。所有一、二类焊缝严重未焊透属于不合格焊缝。（6）八台启闭机运行基本正常，其中4、5号两台启闭机为开放式减速器，起升速度慢，齿轮磨损严重，大部分齿轮被拉伤，形成内槽，7号机开式齿轮存在局部裂纹，未扩展，减速器存在异常响声，3号机开式齿轮存在大面积蜂窝状铸造缺陷。2水文白沙水库建设初期，因水文资料短缺，故只能采用有限的降雨资料推求设计洪水，并依此进行工程规划，此后，多次进行过水文复核。1986年和1998年我院先后对白沙水库进行了水文复核且均编制有《白沙水库水文复核报告》。2.1流域概况白沙水库位于淮河支流沙颍河流域颍河上游，坝址地理位置为东经113°15M，北纬34°20M。坝址以上控制流域面积985km2。颍河源于登封嵩山山脉，自西向东流经禹县、临颍、西华等县市，于周口以上3km附近的孙咀注入沙河。颍河全长约350km，水库以上长56km，流域面积7230km2，水库以上985km2，占全流域的13.6%，占颍河山区面积的51.8%。颍河白沙以上至禹县属山区，坡陡流急，禹县至颍桥进入丘陵区，颍桥以下进入平原，始有堤防。水库以上有少林河，石冲河、鱼洞河、马峪河等支流，下游较大支流有吴公渠，清淠河、清流河、柳塔河等。颍桥以上为山丘区，面积约占全流域的26.3%，平原区约为73.7%。地势西北高，东南低，海拨高程一般为500～550m，最高峰高程为1512.4m。山区除少林寺、中岳庙有少量松树复盖较好外，一般为灌木丛林，高程在800～1000m以上，植被较差；丘陵区为黄土地带，多为梯田，冲沟发育，复盖较厚，流域内土壤类别，京广铁路以西为重、中粉质壤土，以东为中、轻粉质壤土，适宜于种植旱作物，如：小麦、玉米等，兼作杂粮及经济作物。27 颍河白沙水库溢洪道泄洪闸设计颍河流域属于温带地区，气象特征为半干旱气候，春冬季节空气干燥少雨。夏末秋初空气湿润，雨水较多，多年平均降水量为650mm，年内分配很不均匀，汛期6～9月降水量约占全年的65%，年际分配也不均匀，实测年最大降水量为多年平均的1.6倍。颍河上游多山，地形起伏，每年夏季含有大量水汽，受地形阻隔被迫上升，温度下降，遇冷空气而凝结，产生地形雨；此外，局部性的空气对流产生的雷阵雨也较多见。气旋雨在本流域也经常出现，主要是北来的寒流和南来的暖流，即高压与副高压在本地区形成相持的局面，停滞不前形成大暴雨，如1954、1956年就是此种成因产生的大暴雨。流域内多年平均降雨为650mm，最大一日降雨量为226mm；多年平均蒸发量为1823mm，最大月蒸发量为285mm，最小为15.4mm；多年平均气温为14.4°C，极端最高气温为42.9°C，极端最低气温为-13.9°C；多年平均相对湿度为68%，一日最小相对湿度为1%；多年平均风速为2.7m/s，最大风速为19m/s；最多风向为北东风；多年平均气压为1002.6毫巴；最大积雪厚度为21cm；多年平均霜降期为59.4天。白沙水库下游河道标准较低，繁城～吴公渠口段，于1957年治理过，除涝标准仍为老二年一遇，设计流量184m3/s,防洪标准约10年一遇，平槽泄量500m3/s；吴公渠口至柳塔河口段于1970年治理过，除涝标准为3年一遇，设计流量430m3/s，防洪标准为20年一遇，平槽泄量900m3/s，颍河公路桥过水流量为1500m3/s，化行闸至繁城段平槽泄量约700～800m3/s。2.2年径流复核成果白沙水库年径流自建库以来已计算过多次，1986年河南省水利勘测设计院在《白沙水库水文复核报告》中将年径流系列从1953年～1976年延长到1984年共31年系列，计算得天然年径流均值为1.64亿m3，CV=0.60，CS=2.0CV。本次年径流复核，在1986年复核的基础上，将1953年～１984年的实测年径流和天然年径流系列进行了复核并把系列延长到1997年。实测年径流按水文年6～5月统计，经计算，实测年径流均值为124.79×106m3。经还原计算，白沙水库1953～1997水文年天然年径流量均值为153.79×106m3。经验频率计算采用数学期望公式：P=m/(n+1)；理论频率曲线采用P—Ⅲ型适线，用矩法计算统计参数；均值采用计算值，Cv值在适线时作适当的调整，经适线Cv=0.60，Cs=2CV。白沙水库天然年径流量统计参数成果如表1。表1白沙水库天然年径流统计参数成果表年径流量参数各种保证率P的年径流量（106m3）27 颍河白沙水库溢洪道泄洪闸设计均值（106m3）变差系数（CV）偏差系数（CS=2CV）25％50％75％95％153.790.601.2020013786402.3设计洪水复核成果本次设计洪水复核亦采用了两种方法：一是根据雨量资料计算设计洪水，二是根据流量资料计算设计洪水，经过分析（原因同上），最后选定的是根据雨量资料计算设计洪水成果。《水利水电工程设计洪水计算规范》(SL44-93)在条文说明中指出：“用暴雨资料推算设计洪水，中间环节比较多，资料条件和计算方法都会给计算成果带来影响，因此在综合考虑各方面因素后，认为校核标准的成果有偏小的可能时应加安全修正值。”通过与临近流域大型水库10000年一遇洪峰和洪量模数的比较，认为选定的校核标准的洪水有偏小的可能，而尤以设计洪量的偏小比较突出。综合考虑，白沙水库校核标准(2000年一遇)洪水其洪量加20%安全修正值。白沙水库设计洪水采用成果如表1。表2白沙水库设计洪水采用成果重现期（年）洪峰流量（m3/s）1天洪量（万m3）3天洪量（万m3）7天洪量（万m3）520501005001000200021404348582170319592104031117650049480122951439119246211962793161551148615021176712376026264346046405124911676019959270542999639670注：2000年一遇洪量已加20%安全修正值。2.4非汛期设计洪水统计白沙水库10月初至次年5月末的历年最大旬径流量，得到1953～1997年共45年非汛期最大旬径流量系列，据此进行频率计算，得出白沙水库非汛期最大旬径流量多年平均值为850万m3，经适线Cv=1.25，Cs:Cv=2.5。白沙水库非汛期洪水过程线采用典型过程线放大法计算。1984年10月上表3白沙水库非汛期设计洪水成果表,重现期洪峰流量1天洪量3天洪量7天洪量10天洪量放大系数(年)(m3/s)(万m3)(万m3)(万m3)(万m3)27 颍河白沙水库溢洪道泄洪闸设计10735191252184820740.392201047451797265229750.563典型年（1984）1851323319147115288北汝河紫罗山旬径流量介于10年、20年一遇洪水之间，作为典型过程。因白沙水库观测时段较长（10天只有8个点据），只能借用邻近水文站的过程线，北汝河紫罗山水文站与白沙水库同属沙颍河流域，借用其流量过程作为典型过程线。N=10年、20年的设计洪水值如表3。3工程地质白沙水库位于禹州与登封交界处，地貌单元属低山丘陵区，山顶多呈平顶和浑园状，属构造剥蚀地貌，库区河道弯曲，河谷开阔，两侧发育有一、二级阶地和河漫滩。库区出露古生界寒武系、奥陶系、石炭系、二迭系及新生界第四系地层。寒武系中统下部以紫红色砂页岩为主要特征，上部以厚层鲕状灰岩、豹皮灰岩为主，上统主要为厚层状白云岩；奥陶系出露中统马家沟组地层，岩性为薄层状泥质灰岩和厚层角砾状灰岩；石炭系出露中上统地层，中统本溪组为杂色铝土矿和铝土页岩，上统太原组为灰色厚层含燧石团块灰岩夹煤层；二迭系上下统地层在库区均有出露，下统主要为灰黄色泥质页岩及石英砂岩夹煤层，上统以紫红色厚层石英砂岩为特征；第四系上更新统地层分布在河流二级阶地，岩性为褐黄色黄土状中粉质壤土和褐红色重粉质壤土，全新统下段分布在河流一级阶地，主要为卵石。库区控制性构造为白沙向斜，其轴向320°～330°，发育在古生界地层中，核部多为第四系地层所覆盖，延伸长度约30km，向东南方向倾伏，两翼产状平缓，发育有一系列小型次级褶皱。发育的断层主要有东西～北西和北北东～北东向两组，前者多为压性、压扭性，后者多为张扭性。库区周围山体宽厚，所测地下水位均在设计水位以上，虽有较大的断层存在，但多为第四系土层所覆盖，出露高程均在230m以上，不存在水库渗漏的地质条件，建库50年来亦未发现库区渗漏问题；石炭系铝土矿层分布在250m高程以上，不存在淹没问题。1987年对左岸废弃的煤井进行调查，井内及附近地下水位高程为236～245.5m，均在最高库水位以上，且高出当时库水位16.59～26.09m,矿井涌水与水库蓄水关系不大。水库周围岸坡低缓，除局部有小规模坍塌外，库岸基本稳定。水库周围及上游有大面积的页岩、黄土状土分布，植被不好，水土流失严重，水库存在着较为严重的淤积问题；库区地震烈度Ⅵ27 颍河白沙水库溢洪道泄洪闸设计度，区域稳定性较好，库区虽有大的断裂存在，但在水体以下多为第四系土层覆盖，阻断了库水沿断层下渗的途径，不存在水库诱发地震的条件，建库50年来未出现水库诱发地震。主溢洪道：泄洪闸座落在强风化石英砂岩上，裂隙发育，岩体呈中等至强透水，工程地质条件差，存在闸基渗漏、抗滑稳定和不均匀沉陷问题，应对闸基稳定性进行复核，并采取必要的处理措施。如建新闸，溢洪道中心线须左移25m以上，基础降低置于弱风化岩石上，但存在闸基渗漏问题，应采用帷幕灌浆处理，闸室左岸与东付坝连接处边坡高20m左右，应采取必要的处理措施。4除险加固任务和规模4.1除险加固任务白沙水库是建国初期治淮第一批兴建的大（II）型水库，是以防洪灌溉为主，兼顾工业供水、水产养殖、旅游等综合利用的大型水利枢纽工程。白沙水库目前的现状为坝顶高程235.8m，防浪墙顶高程237.0m，坝顶超高1.873m，水库现状允许最高水位为235.13m。白沙水库总库容大于1.0亿m3，属II等工程，其校核洪水标准根据GB50201—94《防洪标准》规定应为5000～2000年一遇，根据1998年复核的设计洪水成果、现状工程和目前水库的调度运用方式进行调洪演算，其结果1000年一遇洪水位为235.51m，2000年一遇洪水位为236.29m，因此，白沙水库的安全标准不足1000年一遇，尚不能满足其下限2000年一遇。根据2001年3月河南省水利勘测设计院编制的《河南省白沙水库大坝安全论证报告》，其鉴定结论为白沙水库的抗洪安全性为C级，属险库。因此，除险加固的首要任务是提高水库的安全标准。此外，水库已运行40余年，也存在一些急需解决的问题，因此，本次除险加固的任务是：在维持原规划的建库任务及效益的前提下，提高水库安全标准，解决水库存在的遗留问题。4.2除险加固洪水标准按照中华人民共和国国家标准GB50201—94《防洪标准》,白沙水库总库容界于10～1.0亿m3，工程等别属II等，工程规模为大(2)型。II等工程的永久性主要水工建筑物级别为2级，其防洪标准，设计500～100年一遇，校核5000～2000年一遇。根据白沙水库的现状和地形、地质条件，设计和校核标准均选其下限，亦即正常运用洪水标准为100年一遇，非常运用洪水标为2000年一遇。5.溢洪道泄洪闸设计27 颍河白沙水库溢洪道泄洪闸设计5.1方案的说明方案1：老闸拆除，新建七孔新闸从上述两种老闸加固的方案可明显看出，老闸加固存在不少问题。拟将八孔老闸拆除，在原闸址新建七孔泄洪闸。新闸堰顶高程223.0m，七孔，每孔净宽12m，总净宽84m。调洪演算成果100年洪水位231.97m，泄量1000m3/s，2000年洪水位235.25m，下泄量7048m3/s。泄洪闸按100年一遇洪水设计，2000年一遇洪水校核。下游消能按50年一遇洪水设计，100年一遇洪水校核。见附图5.3-5及方案比较图集。新泄洪闸工程布置泄洪闸工程包括上游引渠段、上游铺盖段、闸室控制段、下游消能段、下游海漫段和尾水渠段。以闸室底板前沿做为溢洪道的0+000桩号，溢洪道中心线位于勘探中心线左边4m处。0-211.85~0+000为上游引渠段，长211.85m。前181.85m底部不做护砌，两岸边坡为1:0.5，底宽为99m，渠底高程为219.5m；闸前30m为铺盖段，护底为0.2m厚的砼，两岸为圆弧型翼墙，圆弧半径为45m，墙顶高程为236.1m，采用半重力式挡土墙。0+000~0+23.5为闸室控制段，泄洪闸采用7孔闸，每孔净宽12m，采用流量系数较大的实用堰型闸底板，堰顶高程223m，上游堰高3.5m，下游堰高6.5m，闸孔总净宽7×12=84m，闸室长度23.5m，中墩厚.5m，墩顶高程为236.1m，边墩为衡重式。闸室堰上设12×8m弧型钢闸门7扇。0+023.5~0+103.5为闸后消能段。0+023.5~0+073.5为闸后斜坡段，底部坡降为1:40，墙顶高程由230m渐变至223.05m；之后接消力池，池深2.0m，池底高程213.25m，池长22m，两岸为衡重式挡土墙。0+103.5~0+173.5为海漫段。海漫底部高程215.25m，护底厚度为0.4m，0+143.5~0+173.5m为30m长的扭曲渐变段，之后与下游地面自然连接。溢洪道做工程段全长485.45m。方案2：，老闸拆除，新建五孔新闸新闸堰顶高程222.0m，五孔，每孔净宽12m，总净宽60m。调洪演算成果：100年一遇洪水位231.85m，下泄流量1000m3/s，2000年一遇洪水位235.56m，下泄流量5922m3/s。泄洪闸按100年一遇洪水标准设计，2000年一遇洪水标准校核，下游消能按50年一遇洪水设计，100年一遇洪水校核。工程布置见附图5.3-7及方案比较图集。新泄洪闸工程布置根据最新地质勘探资料建议，溢洪道泄洪闸中心线较原中心线向左平移17.75m，以闸室底板前沿做为0+000桩号。27 颍河白沙水库溢洪道泄洪闸设计0-205~0+000为上游引渠段，长205m。前175m底部不做护砌，两岸边坡为1：0.5，底宽为70m，渠底高程为218.5m；闸前30m为铺盖段，护底为0.2m厚的砼，两岸为圆弧型翼墙，圆弧半径为45m，墙顶高程为236.6m，采用半重力式挡土墙。0+000~0+026为闸室控制段，泄洪闸采用5孔，每孔净宽12m，堰顶高程222m，闸孔总净宽为60m，闸室长度26m。闸室采用上游堰高3.5m，下游堰高6.5m的实用堰。中墩厚2.5m，墩顶高程236.6m，闸室总宽70m，堰上设12×9.5m的弧形钢闸门5扇。0+026~0+113为闸后消能段。0+026~0+076为闸后斜坡段，底部坡降为1:40，墙顶高程由230m渐变至223.8m；之后接1:4的陡坡段；0+086~0+113为消力池段，池深2.5m，池底高程211.75m，池长27m，两岸为衡重式挡土墙。0+113~0+183为海漫段。海漫底部高程214.25m，护底厚度为0.4m，0+153~0+183m为30m长的扭曲渐变段，之后与下游地面自然连接。溢洪道做工程段全长485.45m。5.2方案比较从调洪演算和工程布置来看，方案Ⅰ需新建七孔泄洪闸，闸室较宽，闸室堰顶高程223.0m。由于闸址区地质条件复杂，右边岩石破碎，位于断层影响带，岩质软弱，易产生不均匀沉陷，需进行地基处理，但处理难度较大，为使进流顺畅，右岸山包需进行削坡处理。由于尾水渠偏向右侧，闸室不宜向左偏移太多，且向左偏移需挖东副坝，建堵坝，投资增加，闸坝接头处理费用较高。此方案闸室宽度大，尾水渠宽度大，增加了征地的难度。从工程投资进行比较，方案Ⅰ的工程投资比建新闸的方案IV增加约16%。因此，方案II亦不是最优方案。从调洪演算结果来看，方案Ⅱ需建五孔闸，闸室堰顶高程222.0m。由于闸址区左岸约85m范围地质条件较好，右边位于断层影响带，岩石破碎，岩质软弱，五孔闸闸基总宽度75m，可充分利用左岸良好的地质条件，闸底板适当降低后，使其位于较好的弱风化地基上，闸室受力均匀，结构稳定性好，工程安全可靠。溢洪道中心线左移以后，工程总体布置较为合理，进出口水流条件较好，五孔闸过水断面的总宽度为70m，是经方案比较尾水渠规模最小的。大坝结合上游坝坡翻修，坝顶防浪墙加固和坝顶路面翻修加高0.5m，使大坝面貌焕然一新，结合观测设施布设，使坝体状况更为完善。从工程投资比较分析，方案II投资最省。综上所述，从工程布置、调洪演算、投资比较、施工方便和工程的安全可靠度诸方面进行综合分析，方案II的优势是显而易见的，因此推荐方案为方案II。5.3设计基本资料5.3.1基本资料27 颍河白沙水库溢洪道泄洪闸设计5.3.1.1工程等别和建筑物级别按国标《防洪标准》规定，白沙水库工程等别应为大（2）型，泄洪闸为2级建筑物。5.3.1.2洪水标准白沙水库总库容2.78亿m3，属大Ⅱ型水库，泄洪闸设计标准为100年一遇，校核标准为2000年一遇。据《溢洪道设计规范》（SL253—2000）闸下消能防冲设计标准按50年一遇，校核标准100年一遇。表4水库规划指标表20年泄水流量（m3/s）20020年设计库水位（m）229.4350年泄水流量（m3/s）50050年设计库水位（m）230.96100年泄水流量（m3/s）1000100年设计库水位（m）231.85续表42000年泄水流量（m3/s）66302000年设计库水位（m）235.56闸室堰顶高程（m）222.0孔数（孔）5闸孔口尺寸（m）（宽×高）12×9.55.3.1.4设计参数（1）水库规划指标（2）地质参数泄洪闸建基面位于P2sh5弱风化石英砂岩上，根据白沙水库溢洪道2002年3月地质资料，闸室稳定计算采用力学参数如下：摩擦系数f=0.55粘结力c=0.2MPa承载力标准值fk=2.0MPa5.4溢洪道轴线选择原泄洪闸为开敞式平底板闸，闸轴线与东副坝交角2.93°。溢洪道中心线基本呈倒“S”型，闸室段垂直于闸轴线。原27 颍河白沙水库溢洪道泄洪闸设计闸自建成后由于种种原因40多年来并未过水，但根据原水工模型试验，由于受进口右岸山包影响，且左岸导水墙长度及高度不足，闸室进流条件较差，导致闸前产生很大横比降，影响到闸室边孔的过流能力。另外，从地质勘探情况看，老闸闸基中左边地质条件较好，基岩为硅质胶结或铁泥质胶结石英砂岩，岩芯采取率高，完整性好；闸室右边孔附近有f81断层穿过，基岩为P2sh3泥质粉砂岩，岩芯采取率低，强风化深度大，透水性强。本次除险加固考虑地形、地质及水流条件，将中心线沿溢洪道地质勘探中心线向左岸偏移17.75米。轴线上O1点（桩号0-205.5）大地坐标x=3801848.061、y=38432153.679；O2点（桩号0+163.8）大地坐标x=3801592.458、y=38432416.060。溢洪道尾水渠依据地形布置，轴线向左偏转，同O1、O2两点连线夹角为83.17°，末端O3点（桩号0+285.8）大地坐标x=3801515.964、y=38432516.049。闸轴线垂直于溢洪道中心线，同东副坝中心线平行。闸室前沿桩号确定为0+000，与勘探闸室横剖面II—II（对应桩号0+004.8）的水平距4.8米。5.5溢洪道工程布置溢洪道建筑物总长491.3m，分上游引渠段、进口圆弧墙段、闸室控制段、闸后陡坡及消力池段和出口尾水渠段共五部分。5.5.1上游引渠段（0-205.5～0-030）进口引渠段桩号0-205.5～0-030，中心长度175.5米。引渠呈梯形断面，渠底宽度70.0m，渠底高程218.5m，两岸边坡1：0.75与原地面相连，进口表层覆盖层部分可放缓至1：1.5。引渠两侧边坡以10厘米厚喷混凝土防护，引渠底部不做护砌。5.5.2进口圆弧墙段（0-030～0+000）桩号0-030～0+000，中心线长度30米。两岸为半径R=45m，圆心角42°的圆弧翼墙，左右岸对称布置，圆弧翼墙末端与闸室边墙平顺连接。圆弧墙根据地形布置，分成两部分，前端0-030～0-020采用半重力混凝土墙，建基面高程223.5m，墙顶高程236.3m。0-020～0+000两侧采用衡重墙，墙底高程217.0m，基础宽度3.0m，墙背坡度1：0.3，衡重台高程225.5m，墙顶高程236.3m。圆弧墙混凝土标号C15。0-030至闸室前沿引渠底板采用20cm厚混凝土护底，混凝土标号C15，两侧边坡1：0.75，与圆弧翼墙呈弧线连接。5.5.3闸室控制段（0+000～0+025.5）通过水力计算和堰面曲线计算，堰体采用低实用堰，堰顶高程222.0m。堰面曲线拟定参照《溢洪道设计规范》附录A之规定，上游由三圆弧组成，圆弧半径从前至后分别为R3=0.368m、R2=1.84m、R1=4.6m。三圆弧末端为堰轴线位置，相对桩号0+007.094。堰面下游采用WES幂曲线型式，曲线方程y=0.0758x1.85，后接半径为16.5m、圆心角38.0°的反弧和长0.946m平段。堰体上游高3.5m，下游堰高6.5m，堰体总长21.0m。堰体表面0.8m厚采用C20钢筋砼，堰体内部采用C15素砼填筑。27 颍河白沙水库溢洪道泄洪闸设计闸室共五孔，单孔净宽12m，总宽度70.0m，闸室长25.5米，闸底板前沿桩号0+000，末端桩号0+025.5。闸墩顶高程236.3m，高于水库2000年校核洪水位235.56m，同东副坝顶平。闸室为开敞式实用堰结构，设五扇弧型钢闸门，闸门高9.5m，门顶高程231.33m，采用卷扬启闭机控制。中墩厚度2.5m，底部和两侧堰体浇筑成一体，单孔基础总宽度14.5m，建基面高程215.5m，闸室前趾处设2.5m宽齿槽，齿槽底高程215.0m，闸基在0+012.5处为斜坡段，末端高程213.0m，后接3m长水平后趾。边墩为衡重式侧墙，和边孔堰体整体连接，墩顶宽度1.5m，底宽3.25m，墙背坡度1：0.3，衡重台高程225.0m，边墩底部型式同中墩。闸墩牛腿轴线同水平线夹角为14°，牛腿总长3.0m，宽1.6m，牛腿外悬厚度1.4m，闸门轴高程为227.83m，门轴距闸室后趾水平距为6.522m。闸墩混凝土标号为C25，牛腿及周围应力集中部位采用C30砼。闸室每孔堰体中间设沉降缝，分缝处以止水带和混凝土塞与防渗帷幕封闭连接，边墩后侧设刺墙一道，深入东副坝及右侧堵坝心墙内部组成侧向防渗体。闸顶上游设汽—10级交通桥连接两岸交通，桥宽5.0米，交通桥中心线桩号0+006.2。交通桥后墩顶抬高，上部设启闭机操纵室，宽6.0米，底板高程241.9m。操纵室两侧设桥头堡。操纵室后墩顶设2.5米宽平台，通过钢爬梯与操纵室侧门相连，平台以后墩顶以1：1坡度由236.3m高程渐变至233.5m高程，上设防护栏杆。牛腿上方设爬梯至墩顶。溢洪道闸室总宽度较老溢洪道有所缩窄，缩窄部分以粘土心墙堵坝和右岸山包相连。堵坝有关设计详见5.4节。5.5.4陡坡及消力池段（0+025.5～0+145.3）桩号0+025.5～0+105.5为直线泄槽，泄槽宽度70.0m，底坡1：40，起端底板高程215.5m。桩号0+025.5～0+045.5墙高由14.7m渐变至8.8m，其它部位墙高均为8.8m。泄槽边墙采用混凝土衡重墙结构，衡重台根部设一排水孔，墙体混凝土标号为C20。衡重台以上用石渣回填至墙顶，顶部宽度2.0m，外侧以1：1.5坡度与原地面相连。泄槽底部采用C20混凝土护底，0+025.5～0+60.5护底厚度为80厘米，其后护底厚度为50厘米，末端0+105.5处设深2.5m的混凝土齿槽，以C10素混凝土回填。泄槽段边墙及护底每15～20m设一道结构缝。桩号0+105.5～0+142.3为消力池段。消力池底宽70m，采用深挖式结构，经计算消力池深2.7m，池长28.5m，消力池墙高9.2m。消力池段前部为1：4斜坡段，水平投影长度6.8m，底部以80厘米厚C20混凝土护底。消力池底高程211.8m，护底厚度1.2m，底板设竖向排水孔，梅花型布置。消力池底板末端设1.5m宽混凝土齿坎，齿坎高度2.7m，顶部与出口尾水渠底平，高程214.5m。消力池两侧边墙采用衡重式结构，建基面高程210.8m，墙顶高程221.0m，墙后回填石渣与墙顶平。消力池护底及两侧边墙混凝土标号均为C20。27 颍河白沙水库溢洪道泄洪闸设计5.5.5出口尾水渠段（0+142.3～0+285.8）接消力池为出口尾水渠段，始端桩号0+142.30，底高程214.5m，坡降1：1000，底宽70m。尾水渠前端0+142.3～0+160.8设18.5m长缓冲段，呈矩形槽结构，底板采用40厘米C20混凝土护砌，两岸采用衡重墙结构，墙高6.5m。接矩形槽末端设30m长扭曲渐变段，底部以40厘米厚C20混凝土护砌，两岸为浆砌石直线扭曲面，末端桩号0+190.8，底高程214.45m。扭曲面末端底部设2.5m深齿槽，以C10素混凝土回填。0+190.8～0+285.8段为梯形渠道，渠底宽度70m，两岸开挖边坡1：0.75。渠道底部采用15厘米厚标号C15素混凝土护底，两岸采用10厘米厚喷混凝土护坡。5.6水力设计5.6.1堰面曲线设计参照《溢洪道设计规范》（SL253—2000）附录A，泄洪闸闸室采用开敞式实用堰结构，堰顶上游采用三圆弧曲线，堰顶下游采用WES型幂曲线，幂曲线末端直接与反弧连接。5.6.1.1上游堰面曲线设计上游三圆弧半径及圆弧起点至堰顶水平距分别为：R1=0.5Hd，0.175Hd（1）R2=0.2Hd，0.276HdR3=0.04Hd，0.282Hd式中R1、R2、R3——三圆弧半径（m）；Hd——堰面曲线定型设计水头，取Hd=0.75Hmax（m）；Hmax——校核流量下的堰上水头（m）5.6.1.2下游堰面曲线设计下游WES幂曲线设计采用公式：xn=kHdn-1y（2）式中：Hd—堰面曲线定型设计水头，取Hd=0.75Hmax（m）；x、y—原点下游堰面曲线横、纵坐标；n—与上游堰坡有关的指数，取n=1.85；k—P1/Hd<1.0，取k=2.05.6.1.3反弧段设计反弧前端与上游幂曲线平顺连接，接点处二者斜率相等。根据《溢洪道设计规范》，取反弧半径R=（3～6）倍反弧最低点最大水深。5.6.2泄流能力计算27 颍河白沙水库溢洪道泄洪闸设计闸室总净宽60m。溢洪道设计标准为100年一遇洪水，相应水位为231.85m，控泄泄量1000m3/s。校核标准为2000年一遇洪水，校核洪水位235.56m，根据调洪演算计算结果，溢洪道敞泄泄量7258m3/s。Q=CLH03/2----《水工设计手册》基础理论P1-481（3-12-27）(3)H0=H+L=B-2（NK中+K边）H0上各式中H——堰上水头（米）;V0——行进流速（米/秒）;B——溢流堰前缘总宽度减去所有的中墩厚度（米）；B=60N——中墩个数；N=4C——流量系数（米0.5/秒）；K淹——堰因淹没影响而致的流量减少百分数；K中，K边——分别为中墩收缩系数和边墩收缩系数。K边=0.1经计算库水位与流量计算成果见表4。5.5.4.3闸后陡坡段水面线计算A堰后反弧末端水深计算堰后反弧末端水深为控制水深，用能量方程试算得到，按《水力学》表5库水位~流量计算成果表库水位（m）泄量（m3/s）库水位（m）泄量（m3/s）库水位（m）泄量（m3/s）222.00.00227.51716.37233.06833.88222.536.80228.01953.8233.57440.57223.087.95228.52333.90234.08153.29223.5197.53229.02700.22234.58861.99224.0310.22229.53030.13235.09630.64224.5444.39230.03494.25235.510499.4225.0596.61230.5355.21236.011519.4225.5771.65231.04415.02236.513217.8226.0970.02231.55013.91237.013790.2226.51192.13232.05588.00237.514394.027 颍河白沙水库溢洪道泄洪闸设计227.01441.98232.56137.18238.014998.7公式计算:E0=hc+q2/（2g×f2×hc2）（4）式中：q—计算断面单宽流量(m3/s-m)；Eo—计算断面渠底以上的总水头(m)；q—泄槽底板与水平面的夹角；hc—反弧最底点水深(m)；f—考虑从进口到计算起始断面间沿程和局部阻力损失的流速系数。取f=0.95各控制标准情况下反弧末端水深计算结果见表6。表6闸后收缩水深计算成果表标准2000年一遇敞泄100年一遇控泄50年一遇控泄流量（m3/s）58051500500反弧水深（m）4.91.3210.492B陡坡段水面线推算水面线按《溢洪道设计规范》（SL253—2000）用分段求和法计算各段水面线，其计算公式为：DL=DEs/(i-)(5)式中:△L—分段长度;△Es—断面单位能量差;—平均水力比降;—断面平均流速(m/s);—断面平均水力半径(m):糙率n=0.014堰后水位及各控制断面水位计算成果见表7。表7闸后陡坡段水面线推算成果表桩标准0+025.5泄槽起端0+045.50+075.5+0105.527 颍河白沙水库溢洪道泄洪闸设计2000年敞泄5805（m3/s）4.94.8254.7234.631100年控泄1500（m3/s）1.3211.3341.3511.33650年控泄500（m3/s）0.4920.5300.5800.62C掺气水深及两岸墙高计算：闸后陡坡段墙高由2000年最大泄量控制。掺气水深按《溢洪道设计规范》SL253—2000公式（A.3.2）公式估算:hb=(1+)h(6)式中：h─不计入波动及掺气的水深(m)；hb─计入波动及掺气的水深(m)；n─不计入波动及掺气的计算断面上的平均流速(m/s)；z─修正系数：选取1.1～1.4(s/m)。闸后消力池前陡坡段墙高按100年控泄1000m3/s流量设计，2000年敞泄5922m3/s流量校核。消力池及尾水渠墙高按50年控泄500m3/s流量设计，100年控泄1000m3/s流量标准校核。墙高=掺气水深+安全超高（其中安全超高取1.5m）陡坡段掺气水深及墙高计算成果见表8。表8堰后陡坡段水位计算成果表控制断面桩号0+025.50+045.50+075.50+105.5控制断面水深（m）6.346.055.735.49掺气水深（m）7.447.156.836.60墙高（m）8.948.658.338.095.6.3消能计算查《溢洪道设计规范》2级建筑物消能设计标准为50年一遇洪水，根据建筑物重要程度确定其校核标准为100年一遇。参照第四章白沙水库调度运用方式：50年控泄500m3/s，库水位230.96m;100控泄1000m3/s，水位231.85m。消力池采用深挖式消力池，消力池斜坡始端水力参数可参照表6计算得到，出消力池为梯形缓坡渠道，尾水深度按均匀流水深计算。结果见表9。确定消力池设计长度取28.5m，消力池深2.7m。消力池墙高暂按跃后最大水深加安全超高确定，待水工模型试验后予以修正。表9消力池消能计算成果表27 颍河白沙水库溢洪道泄洪闸设计项目标准收缩水深（m）跃后水深（m）消力池长（m）消力池深（m）50年一遇泄量500m3/s0.5863.9517.441.59100年一遇泄量1000m3/s1.36.1226.72.415.7溢洪道防渗与排水设计闸基防渗处理：溢洪道地质勘探在闸室段11个钻孔做压水试验64段。试验表明，现闸基有5%的岩体具有强透水性，78%的岩体具中等透水性，因此存在闸基渗漏问题，需进行防渗处理。结合闸室稳定，在闸前趾设2.5m宽，0.5深齿槽，齿槽内设帷幕灌浆孔一排，帷幕灌浆孔深度10m，孔距1.5m。帷幕左右岸与东副坝和堵坝的截渗槽相接，形成完整的防渗体系。闸后排水布置：桩号0+006处设一排横向排水沟，排水沟内设竖向排水孔，间距2.0m。0+025.5~0+105.5设4排横向排水沟，0+000~0+105.5设5条纵向排水沟，纵横排水沟贯通，排水沟内埋设φ100软式透水管，周围回填碎石，并在护坦底板设置φ80明排水管，部分竖向排水管与下面纵横排水管相通，使基岩渗水顺利排向下游，确保主体建筑物安全。5.8稳定计算5.8.1闸室稳定计算闸室为跨中分缝，稳定计算分别考虑边墩双向稳定和中墩顺水流向的稳定计算。2.8.1.1计算参数砼与岩石综合摩擦系数f=0.55，地基允许承载力2.0MPa，回填石渣干容重取1.90t/m3,湿容重2.0t/m3，饱和容重2.1t/m3，回填料可用强、弱风化石渣，采用综合摩擦角：水上f=35B，水下f=33B。根据《水工建筑物抗震设计规范》（SL203—97），白沙库区地震基本烈度为6度，泄洪闸为2级非壅水建筑物，不再进行抗震计算。2.8.1.2计算工况各断面均按基本荷载组合和特殊荷载组合进行计算。基本组合1：完建期：自重+土压力+土重+风荷载；基本组合2：50年关门挡水：自重+水重+水压力+土重+土压力+扬压力27 颍河白沙水库溢洪道泄洪闸设计基本组合3：100年控泄工况：自重+水重+水压力+土重+土压力+扬压力特殊组合1：关门挡水、排水失效：自重+水重+水压力+土重+土压力+扬压力2.8.1.3计算公式（1）抗剪断强度计算公式(7)式中：K—按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；　　f"—堰体混凝土与基岩接触面的抗剪断摩擦系数，采用f‘=0.55；c"—堰体混凝土与基岩接触面的抗剪断凝聚力，c‘=0.2Mpa；　　ΣW—作用于堰体上的全部荷载对计算滑动面的法向分量(kN)；　　ΣP—作用于堰体上的全部荷载对计算滑动面的切向分量(kN)；A—堰体于基岩接触面的截面积。（2）闸室基底压力计算公式:(8)式中：ΣG——作用在基底上的全部竖向荷载；σ——基底压力(kN/m2)；　　A——基底面积(m2)；　　e——偏心距(m)(x向，y向)　　B——基底宽度(m)(x向，y向)（3）基底压力不均匀系数η=σmax／σmin（9）式中：η——不均匀系数σmax，σmin——最大及最小压力值(kPa)闸室稳定计算荷载组合见表10。闸室稳定计算成果见表9、表10，各项指标均满足规范要求。表10闸室稳定计算荷载组合荷载组合结构自重水重静水压力扬压力土压力27 颍河白沙水库溢洪道泄洪闸设计基本荷载组合①完建期ÖÖ②50年关门挡水ÖÖÖÖÖ③100年设计、控泄ÖÖÖÖÖ特殊荷载组合④50年关门挡水排水失效ÖÖÖÖÖ表11闸室中墩稳定计算成果表荷载组合基本组合特殊组合组合1组合2组合3组合1抗剪断稳定安全系数K5.87.75.62平均基底压力(kPa)149.66143.21126.43124.82最大基底压力σ1(kPa)162.52163.96146.031589.77最小基底压力σ2(kPa)136.787122.45106.7789.87不均匀系数h1.1881.341.371.78备注σ1为上游前趾，σ2为下游后趾。表12闸室边墩稳定计算成果表荷载组合基本组合特殊组合组合1组合2组合3组合1抗剪断稳定安全系数11.851811.9平均基底压力(kPa)314.94296.31279.07277.9基底压力σ1(kPa)466.74391.425413.0350.71基底压力σ2(kPa)236.83263.42346.6304.58基底压力σ3(kPa)393.04329.2144.6251.2227 颍河白沙水库溢洪道泄洪闸设计基底压力σ4(kPa)163.14201.19211.5205.09不均匀系数h1.2651.232.131.436备注①应力不均匀系数h为后趾两角点应力平均值与前趾两角点应力平均值之比。②边墩外土压力按静止土压力计算。5.8.2挡土墙稳定计算挡土墙稳定计算，分闸前圆弧翼墙、闸后陡坡段及消力池段三个部分，选择典型断面进行稳定分析。挡土墙根据地形、地质条件进行布置，闸前进口部分采用半重力式、靠近闸室段采用衡重式结构，闸后均采用衡重式结构。5.8.2.1计算参数岩基部分：砼与岩石综合摩擦系数f=0.55，地基允许承载力2.0MPa，回填石渣干容重取1.90t/m3,湿容重2.0t/m3，饱和容重2.1t/m3，回填料可用强、弱风化石渣，采用综合摩擦角：水上f=35B，水下f=33B。5.8.2.2计算工况各断面均按基本荷载组合和特殊荷载组合进行计算。基本组合1：完建期：自重+土压力+土重；基本组合2：泄设计洪水工况：自重+水重+水压力+土重+土压力+扬压力；基本组合3：水位突降：自重+水重+水压力+土重+土压力+扬压力；特殊组合：校核洪水工况：自重+水重+水压力+土重+土压力+扬压力；由于各断面所处的部位不同，工作条件亦有所不同。5.8.2.3计算方法基底压力计算时，衡重式挡土墙的底板宽度计算，按水平底板宽加俯斜式墙背水平投影长度的1/2计算。墙后回填石渣的水平压力按主动土压力计算。抗滑稳定计算按抗剪强度公式：k=f·SG/SH（9）式中：k—抗滑稳定安全系数；f—基础底面与地基之间的摩擦系数；SG—作用在挡土墙上的全部竖向荷载；SH—作用在挡土墙上的全部水平向荷载；基底应力按单向偏心受压公式计算：27 颍河白沙水库溢洪道泄洪闸设计(10)式中：s—基底应力的最大值或最小值；SG—作用在挡土墙上的全部竖向荷载;B—挡土墙基础底面的长度；e—全部外荷载对于挡土墙基础底面形心的偏心距。抗滑稳定安全系数，按《溢洪道设计规范》（SL253-2000）规定，2级建筑物基本组合k=1.05，特殊组合k=1.0；基底应力各种工况下均应大于零，而小于基岩的容许承载力。挡土墙稳定计算成果见表12，各项指标均满足规范要求。表12挡土墙稳定计算成果部位工况计算条件地基反力安全系数s前趾(kPa)s后趾kPa)抗倾抗滑溢洪道进口0+000完建期墙前后无水683.6394.992.0474.4设计洪水情况墙前后均按百年设计水位231.85m395.94271.181.602.8水位突降墙后水深231.85m,墙前水位低于墙后1.5m384.55274.931.602.8校核洪水工况墙前后均按2000年校核水位235.56m624.4922.651.561.60闸后0+025.5完建期墙前后无水528.73118.031.9155.0027 颍河白沙水库溢洪道泄洪闸设计设计洪水情况墙前后均按百年控泄水深1.01m533.74108.261.876.32校核洪水情况墙前后水深5.7m（2000年泄洪水面高程）569.44142.81.9515.28水位突降墙后水深5.7m,墙前低于墙后1.5m522.85153.981.8814.3消力池完建期墙前后无水234.47136.842.064.71设计洪水情况墙前后均按百年设计水深7.5m236.91123.341.825.4校核洪水情况墙前、后水位平墙顶464.21133.241.536.48水位突降墙前水位平尾水渠底,墙前高于墙后1.5m310.9960.421.822.4827 颍河白沙水库溢洪道泄洪闸设计6施工组织设计6.1施工条件6.1.1工程条件白沙水库位于淮河支流沙颍河流域颍河上游，距禹州市区约30km。水库始建于1951年，1956年2月～1957年12月进行了水库扩建，1997年底又对输水洞进行了较全面的加固处理。现主坝顶长1316m，东西副坝顶分别长327m和390m。水库建成至今已运行40余年，在防洪、兴利、环境等方面发挥了很大的作用，但水库安全标准偏低，不足2000年一遇，尚未达到国家《防洪标准》，属险库，需要进行除险加固。6.1.2自然条件根据水文气象资料，白沙水库地区属于温带地区，气象特征为半干旱气候，春冬季节空气干燥少雨。夏未秋初空气湿润，雨水较多，多年平均降水量为650mm，年际分配不均匀。多年平均气温为14.4°C，多年平均无霜期305天，可全年施工。6.2施工导流6.2.1导流标准导流建筑物根据其保护对象、失事后果、使用年限和围堰工程规模，按照《水利水电工程施工组织设计规范》(SDJ338-89)导流建筑物级别按四级建筑标准设计。根据调洪演算成果表13，采用十年一遇的洪水标准设计，考虑上游中、小水库的影响，设计洪水位226.99m。表13施工期洪水调洪演算成果表序号重现期（年）起调水位（m）水位高程（m）备注110220.6226.09考虑上游中小水库的影响220220.6228.21310223226.99420223228.7336 颍河白沙水库溢洪道泄洪闸设计6.3主体工程施工6.3.1施工要点（1）基础石方开挖绝大多数较浅，不能放大炮，应严格控制装药量，大部分应考虑底部或坡面保护层石方开挖，以免人为的破坏岩体的完整性。（2）混凝土的浇筑应避开高温季节，若实在避不开，应采取适当的温控措施。（3）混凝土浇筑要做好工作缝及止水伸缩缝的处理工作。（4）闸门、埋件及启闭机的安装要求较高，要措施得当，从严掌握。6.3.2施工程序泄洪闸的施工程序为：老闸拆除à基础开挖à闸底板混凝土浇筑à基础处理à闸墩混凝土浇筑à检修桥和交通桥混凝土浇筑à消力池混凝土浇筑à上游引渠段护底与护坡à闸门槽二期混凝土浇筑à闸门及启闭机安装à其它零星工程à围堰拆除的顺序进行。6.3.3施工方法（1）拆除老闸混凝土拆除采用人工凿除和钻孔爆破相结合方式施工。土方开挖采用1m3挖掘机配75kw推土机装10t自卸汽车运土至堆料区堆存。（2）石方开挖石方采用150型潜孔钻钻孔爆破，自上而下分层和分段爆破开挖，底部保护层石方开挖采用手风钻钻孔爆破，开挖后采用2m3挖掘机配75kw推土机装15t自卸汽车运0.5km内至弃渣场推平。（3）混凝土浇筑混凝土浇筑采用0.8m3搅拌机拌和混凝土，采用1t机动翻斗车水平运输，倒入0.30m3混凝土卧罐，闸墩采用25t塔式起重机垂直吊运入仓浇筑，挡土墙和翼墙则采用20t汽车吊车垂直运输入仓，浇筑高度每层一般可在3～5m。混凝土浇筑的工作缝应按施工规范要求，混凝土表面用压力水、风砂枪或刷毛机等方法处理成毛面并冲洗干净，排除积水，层面铺一层高标号水泥砂浆后再浇新混凝土。混凝土浇筑一般应放在春秋季，应避开高温和低温季节，尤其对工程的主要部位，若实在因进度的需要回避不了时，必须采取适时的措施，以保证混凝土的浇筑质量。当室外温度>30℃时，骨料堆应尽量堆高，并搭设凉棚，粗骨料还可喷雾降温，同时采用低温水加冰拌和，加快混凝土入仓覆盖速度，并尽量避开高温时段（10点～1636 颍河白沙水库溢洪道泄洪闸设计点），一般可安排在早晚和夜间进行，浇筑厚度减薄至1.5m左右，加强表面覆盖保护，洒水降温。低温季节（<5℃～－3℃）施工，对骨料应采取覆盖保温措施，并加热拌和用水，延长拌和时间，加快铺料速度，浇筑完毕后外露表面应及时覆盖保温。仓面的立模、清理、钢筋绑扎、混凝土骨料拌和、运输、浇筑、振捣、拆模、养护都必须遵照混凝土施工规范的要求。石渣回填，采用1m3挖掘机装10t自卸汽车运输0.5km，大面积的用59kw推土机平料，拖拉机压实，小面积的用人工铺料，人工夯实。（4）基础处理基础采用帷幕灌浆处理，在闸室底板混凝土浇筑后利用闸墩前的2.5m长底板(并予留灌浆孔)进行灌浆。灌浆孔应按序逐渐加密的原则进行施工，采用自上而下的分段钻孔灌浆方法进行施工。亦可以根据具体情况作以调整。灌浆孔的长度，表层第一段不宜大于2m，以下各段宜采用5m，在特大吃浆和严重坍孔处应适当缩短，吃浆量很小的地段可适当加长，做好钻孔冲洗和压力试验，控制灌浆压力和吸浆量，对特殊情况应及时处理，灌浆操作细则应按规范执行，并做好封孔工作。帷幕灌浆的具体使用参数，在灌浆前通过灌浆试验确定。施工时应严格按照有关规程、规范及设计要求执行。其它同主坝坝肩帷幕灌浆方法。6.4施工交通运输6.4.1对外交通运输白沙水库距禹州市区约30Km，现有禹（州）～白（沙）公路可直接到达水库，主坝及东西副坝后均有公路相通，对外交通运输条件相当方便，外来材料和设备可通过公路运输到达工地。6.4.2场内交通运输场内现通向东副坝、西副坝坝后亦有沥青道路，场内交通条件尚好。土料场修筑临时道路与现有乡村公路相连坝后与上坝道路相连。主坝施工时，道路只有从右坝头进出，上游坡修筑斜坡道到高程220.92m平台，该台宽5m，作为临时道路，局部加宽作为回车场。坝顶既是施工区，又是坝顶施工道路。在泄洪闸右岸修筑道路进入闸基，可满足施工车辆的交通要求。在每个施工区根据施工需要修筑场内临时施工道路。外来材料和设备可通过公路和场内施工道路运往各个施工点满足施工交通的需要。其中泄洪闸施工路宽7m泥结碎石。6.5施工工厂设施36 颍河白沙水库溢洪道泄洪闸设计6.5.1混凝土拌和系统水库施工期间，需浇筑混凝土方量5.23万m3，日最大强度约245m3，混凝土标号为从C10～C30，根据部位及要求，混凝土标号会有所调整。结合建筑物布置、浇筑强度、运输及工程特点和场地情况，采用混凝土拌和机布置方式满足工程需要。根据泄洪闸所处周围的地形情况，闸前围堰范围内有一平台，较为平坦开阔，易于混凝土拌和系统和砂石料堆放场地布置，经比较确定在闸前设0.8m3搅拌楼3台，并设砂石料储放场，储存3～4天浇筑的用量。并设临时水泥库。主坝和东、西副坝分别设置混凝土拌和系统。设置水泥仓库累计300m2。混凝土大多安排在适宜的温度下浇筑，但有部分混凝土尚需温控，工地不单独布置制冷系统，需要温控时采取加冰拌制混凝土或骨料采取遮阳降温等措施。工程开始，混凝土拌和系统应建设以备工程需要。6.5.2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、碾压机械，石方开挖钻爆机械，混凝土拌和浇筑振捣机械，钢木加工机械，混凝土浇筑吊运机械。在施工期间要求对施工机械进行必要的保养维修及钢筋和模板的加工，为此在闸室上游和堵坝之间设置钢木加工厂，在溢洪道消力池以后道路旁以及主坝和东、西副坝后分别设置机械停放及简易维修厂。6.5.3风、水、电及通讯泄洪闸基础石方开挖，用手风钻钻孔爆破，另有混凝土浇筑工作缝的冲毛，金属结构的喷锌防腐，都需要使用压缩空气。根据用风需要，设置移动式17m3/min油动空压机2台，9m3/min油动空压机2台，根据实际用风需要灵活使用。施工用水及生活用水，在泄洪闸左岸上游设2台7kw离心水泵，出水量为45m3/h，将水从水库内抽到设在236m高程的水池或塔式水罐，场内设供水管道，可满足泄洪闸生产及生活区的供水。也可以与水库管理局的供水管线结合。施工用电以水库现有的10kv线路下线变压供应为主，另考虑设置200kw柴油发电机组1台，占总供电量的10%，确保电网停电不停工，最高用电负荷约1100kvA。施工期间的通讯可利用水库管理局现有的通讯设施，基本上能满足通讯需要，施工期间不再另设通讯系统。6.6施工总布置36 颍河白沙水库溢洪道泄洪闸设计6.6.1规划原则因地制宜是设计施工总布置的基本原则，一般场地划分和区域布置要满足有利生产，易于管理，便于生活的原则，必须满足各项主体工程施工要求，施工总布置应根据需要分阶段逐步形成。本工程施工区场总体布置应分区，分散安排，统一管理，采取以下措施：充分利用水库管理局范围内的场地，布置施工临建工程；适当利用水库管理局的房屋布置生活区。6.6.2施工分区（1）主体工程施工区主体工程包括主坝、东、西副坝、堵坝和泄洪闸等，主体工程施工区主要以土石料采挖、加工和上坝线路为主，布置混凝土系统，妥善解决安排施工道路，能适应施工进度的要求，尽量避免或减少反向运输和二次倒运。（2）附属企业生产区附属企业主要布置在泄洪闸施工场地附近，机修厂、钢筋加工厂、木工厂、库房均设在这里。由外地运到的物料、机电、金属结构等可贮存于此或加工后运入相应的工作面。（3）弃渣场及临时堆渣场通过现场察看比较，最终选定东副坝后及道路所包围的面积及溢洪道泄洪闸尾水渠两侧，此地作为弃渣场及临时堆料场，此处地形开阔，能够满足工程需要，且距离较近，便于运输。（4）施工管理中心及生活区施工管理中心包括水库建管局、监理中心、设计代表及相应生产生活福利设施，也包括施工单位指挥部等，生活区与水库管理局相结合，管理局面积较大可布置在该区内，民工生活区设在主坝后黑龙潭附近。施工单位生活区亦布置在管理局院内或主坝下游区。36 颍河白沙水库溢洪道泄洪闸设计结论本次设计主要是白沙水库加固工程中溢洪道泄洪闸设计展开的，我们围绕.从实际工程出发。整个设计报告包括工程概况，水文，地质，除险加固的规模和任务，泄洪闸的设计，施工组织设计几个部分。整个设计是根据水文，地质和工程要求对工程进行方案的比较，水力计算和布置，同时对其结构进行稳定校核。本次设计加深了我们对实际工程设计过程的了解。对大学四年的知识有一个系统的总结同时也掌握了一定资料查阅技巧，提高我们的实际工作能力。36 颍河白沙水库溢洪道泄洪闸设计致谢36 颍河白沙水库溢洪道泄洪闸设计参考文献[1]颖河白沙水库除险加固工程初步设计报告（上，下册）.河南省水利勘测设计院.2002年5月(m)[2]中华人民共和国行业标准SL253-2001.溢洪道设计规范.北京：中华人民共和国水利部发布，2000年8月1日实施[3]中华人民共和国行业标准.水利水电工程启闭机设计规范.北京：中华人民共和国水利部，电力部联合发布，1993年10月1日实施[4]中华人民共和国行业标准SL27-91.水闸施工规范.北京：中华人民共和国水利部发布[5]中华人民共和国行业标准SDL214-83.水利水电水文计算规范.北京：水利水电出版社，1985年12月.[6]中华人民共和国水利部，电力部SDL22-79.水利水电工程设计洪水计算规范.北京：水利水电出版社，1983年2月.[7]中华人民共和国电力行业标准DL5077-1997.建筑物荷载设计规范.北京：中华人民共和国电力工业部发布.[8]中华人民共和国行业标准SL265-2001.水闸设计规范.北京：中华人民共和国水利部发布，2001年4月1日实施[9]华东水利学院主编.水工设计手册3—结构计算.北京：水利水电出版社.1983年10月[10]华东水利学院主编.水工设计手册6—泄水与过坝建筑物.北京：水利水电出版社.1983年10月[11]华东水利学院主编.水工设计手册7—水电站建筑物.北京：水利水电出版社.1983年10月[12]华东水利学院主编.水工设计手册1—基础理论.北京：水利水电出版社.1983年10月水利电力部水电施工总局.水利水电工程施工组织设计手册1—施工规范.中国水利水电出版社，1991年8月.[13]华东水利学院主编.水工设计手册1—基础理论.北京：水利水电出版社.1983年10月36 颍河白沙水库溢洪道泄洪闸设计[14]吕洪业，斐国霞，杨玲霞.水力学.中国农业出版社.2002年7月1日[15]陈仲颐，周景星，王洪瑾.土力学.北京：清华大学出版社.1994年4月[16].祁庆和.水工建筑物.中国水利水电出版社.1981年9月.[17]谈松曦.水闸设计.水利水电出版社.1986年2月36'