沙子岗水库施工组织设计.docx
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沙子岗水库施工组织设计
沙子岗水库施工组织设计
学院:
水利与环境学院
专业:
水利水电工程
姓名:
学号:
指导教师:
黄景忠
沙子岗水库施工组织设计
1、沙子岗的工程概况
沙子岗水库位于**县**镇,淮河流域五里河支流上,属淮河流域。
该流域地处北亚热带北部边缘,属亚热带季风型大陆性气候,季风进退与更迭较为明显,四季分明。
该水库于1965年2月开工,1966年9月竣工。
坝址以上控制流域面积1.3km2,干流长1.7km,平均比降0.025,水文分区为I区。
水库上游属浅山丘陵区,流域内植被较差。
沙子岗水库主要建筑物有大坝、溢洪道和输水洞等,是一座以防洪为主,兼顾灌溉、水产养殖等为一体的综合利用小
(2)型水利枢纽工程。
沙子岗水库大坝为均质土坝,其主要建筑物有大坝、溢洪道和输水洞等,是一座以防洪为主,兼顾灌溉、水产养殖等为一体的综合利用小
(2)型水利枢纽工程。
坝顶高程143.23~143.39m,最大坝高12.3m,坝长167.3m。
其原设计按20年一遇洪水设计,200年一遇洪水校核,总库容48.4万m3,兴利库容25.5万m3。
水库下游有宁西铁路、206国道、欧亚光缆等重要交通通讯设施,5个行政村,人口0.13万人,耕地1200亩,地理位置重要。
沙子岗具体的工程特性参数如下表所示:
1.1、沙子岗的工程特性
沙子岗水库工程特性表
流
域
特
征
值
流域面积(km2)
1.7
坝址处年径流量
(万m3)
59.5
干流长度(km)
1.3
库区年淤积量(m3)
269.6
干流比降J
0.025
库区侵蚀模数(t/km2)
317.0
规
划
指
标
洪水标准
及特征水位
原规划指标
本次设计指标
水位
(m)
相应库容
(万m3)
泄量
(m3/s)
水位
(m)
相应库容
(万m3)
泄量
(m3/s)
200年一遇校核
143.9
48.4
21.10
143.19
43.2
31.9
20年一遇设计
142.62
40.7
18.1
兴利水位
141.10
27.5
141.10
27.5
死水位
135.85
2.0
135.85
2.0
大
坝
防浪墙顶高程(m)
无
无
坝顶高程(m)
143.23~143.39
143.40
坝顶长度(m)
167.3
165
坝顶宽度(m)
2.9~4.0
3.0
最大坝高(m)
12.3
12.3
溢
洪
道
底部高程(m)
140.59
141.0
底宽(m)
8.0~12.0
5.0
最大泄量(m3/s)
21.1
31.9
输
水
洞
进口高程(m)
135.85
135.85
洞身长度(m)
42
42
孔口尺寸(m)
0.8×0.6m
0.8×0.7m
最大输水流量(m3/s)
0.7m3/s
0.7m3/s
1.2、沙子岗的现状及存在的问题
沙子岗水库经过40余年的运行,存在许多安全隐患,一旦失事,将给下游重要基础设施和沿河人民群众带来严重灾害。
(1)沙子岗水库地处河南省**县**镇,位于淮河流域五里河支流上,下游有**镇5个行政村,人口0.13万人,耕地1200亩,以及宁西铁路、206国道、欧亚光缆等重要基础设施。
(2)经复核,水库防洪能力不满足国家《防洪标准》GB50201-94规定要求。
(3)大坝为均质土坝,坝体填筑质量差,坝坡凹陷、局部塌陷。
迎水面干砌石护坡无垫层,护坡石粒径小、散乱、风化严重。
原输水洞进口段工作桥老化断裂、启闭塔闸门漏水,且无启闭机室。
工程质量不合格。
(4)经复核,大坝河槽段上下游坝坡抗滑稳定安全系数基本满足规范要求。
但是上游护坡干砌石石大面积缺失,坡面淘刷严重;溢洪道未护砌;输水洞进口基础淘刷,进口段启闭塔闸门漏水。
结构安全性为C级。
(5)大坝坝体座于第四系残坡积含砾粉质粘土上,坝基回填质量差,存在接触渗漏问题,坝下大面积沼泽化,背水坡坡脚无排水体。
渗流安全性为C级。
(6)根据《中国地震动参数区划图》,该区地震动峰值加速度为0.05g,相应地震基本烈度为Ⅵ度。
不需进行抗震安全复核。
(7)输水洞进口为启闭塔结构,进口闸门漏水、启闭机锈蚀严重,不能启用。
输水洞出口分水闸损坏、无启闭设备。
金属结构安全性为C级。
(8)无大坝安全监测设施,无管理房,管理设施极不完善。
2、气象、水文、地质等资料
该流域多年平均降雨量为1050mm,降雨年内分配不均,降雨主要集中在7~9月,约占全年降雨量的80%,且多以暴雨形式出现,其暴雨大气系统以切变线和切变线低涡为最多,洪峰多为单峰。
坝址处多年平均径流量59.5万m3。
20年一遇设计洪水洪峰流量为32.4m3/s,24小时洪量28.6万m3;200年一遇洪水洪峰流量为52.0m3/s,24小时洪量50.18万m3。
根据施工安排,施工期洪水考虑为非汛期11月~12月份5年一遇洪水标准,洪水总量为2.85万m3,施工期洪水起调水位为死水位135.85m,设围堰将来水全部留在水库内,则施工期最高水位为137.03m。
根据实测资料,目前水库坝前淤积面平均高程为135.25m,即水库淤积量为1.24万m3。
据此测算,沙子岗水库年淤积量269.6m3。
淤积物干容重取1.3t/m3,泥沙沉积率0.85,可推算得沙子岗水库以上流域内年平均侵蚀模数为317t/km2。
库区的地层较单一,主要为华力西期花岗岩及第四系松散堆积层。
坝体:
大坝为均质土坝,填筑材料为粉质粘土。
根据室内试验成果及现场勘察,坝体填土干密度平均值1.620g/cm3,压实度差;填土压缩系数算术平均值0.26MPa-1,中等压缩性;渗透系数算术平均值1.39×10-6cm/s,弱透水。
坝基:
左坝肩自然坡度30-50°,岩性为花岗岩,弱风化状态,弱透水。
河槽段上部为第四系残坡积粉质粘土。
下部为华力西期弱风化花岗岩,弱透水。
右坝肩上部为第四系残坡积粉质粘土,中等压缩性,微透水,下部为华力西期强风化花岗岩厚2.5~2.7m,弱透水。
在桩号通过对接触带进行注水试验,渗透系数为5.29×10-4~6.95×10-4cm/s,说明坝体与坝基接触部位存在接触渗漏问题。
溢洪道工程地质:
溢洪道地层岩性主要为华力西期花岗岩,岩石呈强风化状态,裂隙发育。
岸坡岩性强风化花岗岩,裂隙发育,边坡不稳定。
底板从进口到出口岩性为强风化花岗岩,裂隙发育,需进行护砌处理。
输水洞工程地质:
输水洞基础地层岩性为花岗岩,岩石呈强风化状态,承载力特征值为500kPa,工程地质条件较好。
3、主体工程加固设计
3.1、大坝加固设计
经以上分析和调洪演算,沙子岗工程现状坝顶高程不满足防洪要求。
坝坡加固设计主要包括坝顶工程、上游护坡高程、下游坝坡整修及排水导渗工程。
(1)坝顶工程:
坝顶原路面坑凹不平且宽度不一,破坏严重。
本次设计对坝顶路面进行硬化处理。
采用150mm厚C20混凝土路面,下铺设150mm厚15%石灰稳定土基层,坝顶路面向下游侧呈1%倾斜。
C20混凝土路面宽2.6m,上游设0.8m高、0.25m宽防浪墙,下游设0.15m宽混凝土路沿,整修后坝顶总宽3.0m,坝顶高程143.40m,。
(2)上游护坡工程:
经比选,大坝上游设计采用C20现浇混凝土板护坡,护坡坡度采用原坡度1:
2.8,由坝顶护至水位136.65m高程。
混凝土板几何形状采用边长2.0m×3.0m的长方形。
现浇混凝土板之间预留5cm宽的缝隙,采用无砂混凝土填缝,无砂混凝土缝下方铺设40cm宽无纺土工布进行反滤。
(3)下游护坡整修:
大坝下游坡度不一,本次加固全部整修为1:
2,部分坝坡需削坡,部分坝段需回填。
整修后下游坝坡采用草皮护坡,在大坝桩号0+070处,上下游坝坡均设置一处踏步,以方便坝体巡视及位移桩观测。
(4)排水导渗工程:
贴坡排水:
设置在大坝下游桩号0+005~0+138之间,贴坡坦石厚300mm,顶部高程为139.85m,下设两层反滤层,分别为厚200mm的0.2mm~2mm中粗砂层和厚200mm的5mm~20mm碎石层。
下游坝坡整修后在左右坝肩修建岸坡排水沟,在坝肩修建岸坡排水沟,在坝脚修建纵向排水沟,在桩号0+070踏步旁设置一横向排水沟。
排水沟过水净断面尺寸均为0.3m×0.3m,采用M7.5浆砌石结构,上表面及临水面用M10水泥砂浆抹面。
3.2大坝灌浆工程
大坝采用充填式灌浆,灌浆范围为大坝桩号0+005~0+139,灌浆段长134.0m。
灌浆孔双排布置,上下游灌浆孔分别布置在新坝轴线上、下游0.75m处,排距1.5m,单排孔距1.5m,共180孔。
灌浆顶部高程设计为坝基面以上4.0m,底部至坝基岩面以下第四系坡积粉质粘土1.0m。
3.3溢洪道加固设计
溢洪道由位于水库大坝右岸垭口,系开敞式明渠,设计边坡采用M7.5浆砌石护砌,底坡采用C20混凝土护底。
加固后溢洪道由进口段、控制段、明渠段、尾水渠段组成,护砌总长47.0m。
(1)进口段:
布置桩号0+000~0+006,共长6.0m,八字形布置,底宽由9.0m收缩到5.0m,底部为i=0.05的倒坡。
两岸边坡1:
1,采用30cm厚M7.5浆砌石护砌,护底采用20cm厚C20混凝土,下设10cm厚C10混凝土垫层。
(2)控制段:
布置桩号0+006~0+014,共长8.0m,底部水平,高程为141.10m,梯形断面,底宽5.0m,两岸坡度1:
1。
边坡采用30cm厚M7.5浆砌石护砌,护砌高度2.5m,护底采用20cm厚C20混凝土,下设10cm厚C10混凝土垫层。
(3)明渠段:
布置桩号0+014~0+047,共长33.0m。
底宽5.0m,底坡i=0.008。
左边坡采用30cm厚M7.5浆砌石进行护砌,护底采用20cm厚C20混凝土,下设10cm厚C10混凝土垫层。
在桩号0+019~0+024段和桩号0+032~0+037段,设置渐变段,将两岸坡度1:
1的梯形断面渐变为矩形断面,再由矩形断面渐变为两岸坡度1:
1的梯形断面,使水流通过老206国道交通桥。
(4)尾水渠段:
布置桩号0+047~0+067,共长20.0m。
明渠段末端至下游河道为尾水渠段,仅进行开挖疏浚,不再进行护砌。
溢洪道护砌总长47.0m,护底混凝土及护坡浆砌石平均每10m分一道伸缩缝,缝宽2cm,低发泡沫塑料板填缝,缝表面灌沥青。
3.4放水设施加固设计
原输水洞进口段工作桥老化断裂、启闭塔闸门漏水,且无启闭机室。
本次加固设计启闭塔及工作桥拆除,新建塔式进水口及启闭机室,配备启闭机。
输水洞出口分水闸拆除重建。
本次出现加固设计拟在桩号0+123处新建启闭塔及工作桥,启闭塔进水口高程为死水位135.85m,启闭机室地面高程与坝顶齐平,即高程为143.40m。
启闭机室通过两跨工作桥与坝顶相连,单跨桥长7.5m。
启闭塔采用钢筋混凝土结构,配备工作闸门、检修闸门各一部,均为1.1m×0.9m×0.4m平面钢闸门,均采用QL-10t手动螺杆式启闭机启闭。
输水洞出口分水闸拆除重建,具体见输水洞出口分水闸结构设计图。
3.5监测设施设计
变形观测:
在大坝桩号0+071处,设置一个观测横断面,布设3个位移观测标点,各标点均为竖直位移与水平位移共用,安装强制对中装置。
在两岸坝肩地基坚硬稳固部位各布置一个位移观测基点。
另外,本次设计还增设一组4根水尺,每根长2.4m,以观测水库水位。
水尺布置在桩号0+070处踏步旁,以方便水位观测。
3.6防汛路设计
沙子岗水库在老206省道旁,大坝右坝肩通过65m土路连接到老206省道,与外界交通比较方便。
设计此65m连接道路作为防汛路进行硬化,以方便水库的防洪抢险和日常管理。
新建防汛路位于大坝右坝肩,全长65m,本次设计路面总宽度设计为4.0m,中间为15cm厚C20混凝土路面,下设15cm厚10%水泥稳定土基层,两侧各0.5m粘土夯实路肩。
路面由中心线向两侧设置1%的横坡,以迅速排除路面积水。
路面水通过公路肩漫流至路堑边沟。
为防路肩被水流冲蚀,路肩顶部及边坡可人工植草。
4、施工组织设计
4.1、施工条件
沙子岗水库位于**县**镇,土料场在大坝下游1.5km处,需修建临时道路2000m连接土料场取施工场区,临时道路路面宽6.0m。
大坝紧靠县乡公路,水泥、砂石料等进场比较方便。
工程施工所需的水泥从**县城采购,钢筋、木材、汽油、柴油等建筑材料均从**县城区建材市场购运。
砂料场选在**县毛集镇毛集河砂场,碎石、块石选择从距水库20km处的**县毛集镇铁山石料场购运。
施工用电以电网供电为主,从水库附近电网架设输电线路至施工现场,并配备500KW柴油发电机供电为辅助;生活用水可用潜水泵直接从地下或附近村庄取水;施工用风采用6m3/min电动移动武空压机供应;施工通讯设备采用移动通信和固定电话配套使用。
大坝防渗、上游护坡、坝顶道路、溢洪道护砌、新建启闭塔及启闭机室等工程用水可直接从水库中抽取,工程期间生活用水可现场打井解决,施工用电可就近接线解决。
4.2、主要施工方法
施工采用人工与机械相结合的方法施工,机械为主,人工为辅。
制浆应采用专用机械制浆,浆液指标按设计要求控制。
大坝混凝土护坡施工时,应严格控制砂浆配合比。
围堰设计洪水标准根据临时性水工建筑物洪水标准,施工期选择5年一遇标准,围堰等级为V级。
本次除险加固工程由**县人民政府明确以**县水利局为项目法人单位并组建“**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、征地、质检、安全保卫等工作。
在项目管理上严格按照基本建设程序,实施“三项制度”改革。
4.3、施工进度安排
本次除险加固工程计划在一年内完成,即从2012年汛后开始,整体工程在2013年汛前全部完工。
先进行输水洞进口段重建及大坝灌浆,再进行坝坡整修及溢洪道护砌,最后施工坝顶道路、观测设施、防汛路、管理房等剩余工程。
在主体工程开工之前,作好各项工作的准备工作。
施工建设主要包括施工准备期、主体工程施工期。
本工程计划于2012年10月进行施工准备,11月开始施工,2013年5月底完工,施工期共计8个月。
施工应在枯水期抓紧时间进行。
由于总体工程量较小,工作面较大,各个分项工程施工互相干扰较小,可同时施工以加快施工进度。
4.4、工程占地
沙子岗水库地处浅山丘陵区,本次除险加固工程内容主要包括:
挡水建筑物工程、泄水建筑物工程、放水建筑物工程等。
根据本工程的实际情况,本次在库岸新建管理房40m2,用地在水库管理范围内,不涉及征地。
根据施工平面布置,临时施工道路占地8亩,料场、拌合场及项目部占地7亩,临时占地共计15亩。
4.5、环境保护及水土保持设计
工程施工过程中,因施工开挖、噪声、粉尘、废水、废渣等会对当地环境造成一定的不利影响,但通过水土保持以及洒水等辅助措施可以将上述不利影响减小到最低限度,对于占压的部分农田,造成的农作物损失按标准加以补偿。
沙子岗水库除险加固工程造成的水土流失主要是在施工过程中占压、破坏土地和植被,以及因施工形成的大量废弃石渣等。
为了做好水土保持工作,本次除险加固采用如下措施:
工程设计中提出切实可行的水土流失预防和治理措施;尽量减小土石方开挖量;尽量缩短工期,避开雨季和汛期施工。
施工过程中土料开挖完毕后,应及时恢复植被;尽量放缓边坡开挖;施工中应尽量做到挖填平衡;规范施工行为,减小必要的水土破坏。
4.6、工程管理
沙子岗水库除险加固工程完成后,各项配套设施基本完善,参照中华人民共和国水利部《水利工程管理单位定岗标准》,结合当地实际情况,成立“沙子岗水库管理站”。
定员编制3人,负责日常大坝维修、养护。
水工观测、水库调度运行、闸门与启闭机运行维修等。
工程管理范围参照《河南省水库大坝安全管理条例》实施细则,结合沙子岗水库的基本情况,确定管理范围为:
大坝上游从坝轴线向上不少于100m,下游从坝脚线向下不少于150m,上、下游均与坝头管理范围线相衔接。
其他建筑物边从工程外轮廓线向外不少于20m。
工程保护范围:
在工程管理范围边界线外延,主要建筑物不少于200m,一般建筑物不少于50m。
沙子岗水库管理人员全面负责水库安全调度、工程维修、水工观测和资料整编等工作。
应经常和定期的对大坝及其附属建筑物的表观进行巡视检查,了解建筑物有无异常情况。
观测资料及巡视检育结果应及时记录整理和分析,随时掌握大坝运行状况,出现异常,应及时地采取措施并上报,确保大坝本身安全。
4.7、消防设计
生产区的各建筑物,根据场所及室内设备的用途和重要程度,确定防火等级和消防设计内容,安排好消防水源、消防供电和消防交通车道,确保生产安全。
制定施工期和运行期的消防方案,对启闭塔启闭机室和管理房两个主要消防区,布置灭火器等消防设施。
4.8、工程概算及经济评价
(1)工程概算
工程区交通方便,所需建筑材料均可由**县及其周边地区购买,工地附近水源充足,用水方便,施工用电可由附近供电线路和自备发电机解决。
本次除险加固主体工程工程量为:
土石方开挖4360m3,土石方填筑3169m3,砌石工程884m3,混凝土及钢筋混凝土1302m3,模板1323m2,灌浆总进尺1069延m。
概算总投资为218.92万元,其中建筑工程120.73元,机电设备及安装2.37万元,金属结构设备及安装2.33万元,临时工程12.38万元,独立费用67.83万元,基本预备费10.28万元,水土保持、环境保护工程费3.0万元。
(2)经济评价
根据《水利建设项目经济评价规范》,本工程国民经济评价指标为内部收益率。
EIRR=11.63%,大于社会折现率8%;经济效益净现值89.67万元大于零;经济效益费用比1.29大于1.0。
主要材料如钢筋、水泥、汽油、柴油、砂石料等,其价格参考2012年第三期当地县城有关价格,并考虑运杂费等综合计算所得。
由于钢筋、汽油、柴油价格较高,且市场价格波动较大,为控制工程单价,故采用限价方式进入工程单价,然后进行主材补差,列入相应工程之后。
说明该项目在经济上是合理的。
我国水资源短缺状况越加突出,充分利用沙子岗水库拦蓄汛期洪水,满足当地工农业生产需要,具有重要经济价值。
本项目是具有社会公益性质的工程建设项目,本工程实施后,一方面可保证大坝安全,保证下游人民群众生命财产和交通设施的安全;另一方面使下游灌区有充足的水源,保证了当地的农业灌溉,为国民经济发展和人民生活水平的提高提供条件。
同时,水库水面的增加有利于改善当地的气候条件,增加空气湿度,净化环境,对改善和恢复当地的生态环境十分有利。
综合分析,沙子岗水库除险加固工程经多方面论证,工程上是必要的,经济上是可行的。
其工程施工条件较好,自然条件优越,各项技术指标均满足规范要求,社会效益和经济效益显著,建议尽早决策,尽快立项实施。
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