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六六庄水库除险加固施工组织设计

指导老师:黄景忠

姓 名:王 壬

学 号:20100510327

院 系:水利与环境学院

专 业:水利水电工程3班

1.1 施工条件

1.1.1工程条件

六六庄水库位于**县**乡**村的淮河支流流动河上,属淮河流域。该水库于1965年10月动工兴建,1966年 5月竣工。坝址以上控制流域面积0.98km2,干流长1.9km,平均比降0.022。

六六庄水库工程等别为V等,主要建筑物级别为5级,水库原设计防洪标准为20年一遇设计,200年一遇校核,校核洪水位210.50m(黄海高程系),相应库容31.6万m3;设计洪水位208.5m,相应库容为21.66万m3;兴利水位207.50m,兴利库容19.4万m3;死水位199.5m,死库容为0.4万m3。

六六庄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,目前由**县**乡水利站代管。六六庄水库下游有**乡和毛集镇的5个行政村,耕地0.31万亩,人口0.25万人,并有沪陕高速公路,地理位置重要。

由于历史原因,六六庄水库坝体与坝基接触渗漏,坝体顶部有3~4.1m风化砂,上游护坡干砌石老化变形,下游无护面,杂草丛生,无反滤排水设施,溢洪道无护砌,大坝无观测设施及管理房、防汛路等运行管理设施。针对工程存在的主要问题,本次加固工程主要内容有:

(1)大坝加固工程。主要包括上游护坡整修后采用现浇混凝土板护坡、坝顶工程、下游护坡工程、贴坡排水工程、大坝充填式灌浆防渗工程等。

(2)溢洪道护砌整修。

(3)输水设施进口段工程。主要包括进水口爬坡漏拆除重建,新建启闭机室。

(4)防汛路工程整修。

(5)管理设施。包括管理设施及观测设施建设。

(6)其他工程。主要包括环境保护、水土保持等项目。

本次除险加固主体工程中:土石方开挖工程14996 m3,砌石工程20377 m3,混凝土及钢筋混凝土29132 m3,模板6026 m2,坝体灌浆及帷幕灌浆49893延m。详见主体工程主要工程量汇总表1.1-1。

表1.1-1 主体工程主要工程量汇总表

1.1.2自然条件

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。极端最低气温-20.3℃,极端最高气温41.l℃。多年平均降雨量为1143mm,降雨年内分配不均,降雨主要集中在6~9月,约占全年降雨量的69%,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。

依据河南省水文水资源局2007年编制的《河南省水资源》,流域多年平均径流深R=350mm,乘以流域面积0.98km2,计算得坝址处多年平均径流量34.3万m3。

由于六六庄水库无实测水文资料,设计暴雨洪水依据1984年出版的《河南省中小流域设计暴雨洪水图集》(以下简称84图集)和2005年出版的《河南省暴雨参数图集》(以下简称 05图集)查算,用推理公式法计算洪峰流量,用概化三角形叠加法推算设计洪水过程线。其计算结果为20年一遇设计洪水洪峰流量为22.3m3/s,24小时洪量19.99万m3;200年一遇洪水洪峰流量为38.9 m3/s,24小时洪量36.85万m3。

根据实测资料进行分析,目前水库坝前淤积面平均高程为201.15m,对应水库淤积量为2.35万m3。据此测算,六六庄水库目前已运行46年,年淤积量510.8m3。淤积物干容重取1.3t/m3,泥沙沉积率0.85,可推算得六六庄水库以上流域内年平均侵蚀模数为797.2t/km2。

1.2 天然建筑材料

1.2.1石料

石料拟采用外购。选用距水库下游10km有一选矿场附件有石料场,石料场岩性为花岗岩,岩石呈弱~微风化状,岩石致密、性脆、坚硬,其物理力学指标为:岩石饱和抗压强度70MPa,软化系数0.75,天然密度2.50 g/cm3,储量及质量满足要求。

1.2.2砂料

购砂料拟采用外。料场选在**县毛集镇毛集河砂场,砂料场开采条件较好,场地开阔,有公路通往料场,运距约20km。

料场岩性为砾砂,以石英为主,长石次之,砾石含量47.0%,砂粒含量49.5%,粉粒含量3.5%。控制粒径d60=2.45mm,d30=0.89mm,有效粒径d10=0.385mm,平均粒径d50=1.8mm,不均匀系数Cu=6.4,曲率系数Cc=1.8,细度模数Mn=3.20,为级配良好。

1.2.3土料

土料场选在大坝下游1.0km右岸,该料场长100m,宽100m,面积10000m2,有用土层厚3m,储量约3万m3,用人工或机械开采均可,运距约1.0km。

土料岩性为粉质粘土,灰黄色,硬塑状态,砂粒含量7.1%,粉粒含量61.9%,粘粒含量31.0%;土料比重2.710,液限34.12%,塑限18.47%,塑性指数15.65。土料击实试验最优含水量18.89%,最大干密度1.713g/cm3。土料制备样含水量20.84%,干密度1.645 g/cm3,压缩系数αv1-2=0.15MPa-1,中等压缩性;渗透系数K=2.80×10-6cm/s,微透水;饱和固结快剪凝聚力C=43.6kPa,摩擦角φ=17.6°。

1.3 主体工程施工

1.3.1坝坡加固

1.3.1.1上游护坡工程

现状大坝上游坝坡不等,平均坡度为1:1.8,大坝迎水坡大坝上游干砌石护坡松动脱落,岸坡垮塌。

本次除险加固设计将上游坡比整修为1:2后,采用现浇混凝土板进行护砌。经比选,上游护坡设计采用C20现浇混凝土板,混凝土板几何形状采用边长2.0m×3.0m的长方形(沿坝轴线方向长3.0m,沿坝坡方向宽2.0m)。

根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001),对具有明缝的混凝土或钢筋混凝土板护坡,当坝坡坡度系数m=2~5时,板在浮力作用下稳定的面板厚度可按下式(5-1)计算:

word/media/image1.wmf (5-1)

式中:η—系数,对整体式大块护面板取1.0,对装配式护面板取1.1,此处取1.0。

hp — 累计频率为1%的波高,根据波浪计算结果取0.62m。

Lm — 平均波长,根据波浪计算结果取7.83m。

b — 沿坝坡向板长,此处取2.00m。

ρc,ρw — 板的密度和水的密度,分别取2.4t/m3和1.0t/m3。

m — 坝坡坡度,此处取2.0。

带入以上各已知值计算可得:t=0.055m。为增大现浇混凝土块护坡抗浮稳定安全系数,同时增加护坡的耐久性,设计取现浇混凝土板厚度t=0.12m。

现浇混凝土板由坝顶护至死水位,199.50m高程。在死水位199.50m高程及两岸坝肩,设计浆砌石防滑齿墙,齿墙断面尺寸为0.6m×0.6m。

在同层及上下层现浇混凝土板之间,预留5cm宽的缝隙,采用无砂混凝土填缝,对上游坝坡进行排水,无砂混凝土缝下方铺设40cm宽无纺土工布进行反滤。同时在纵向无砂混凝土缝下方设防滑齿槽,槽深12cm,梯形断面。

1.3.1.2下游坝坡工程

大坝下游坝坡不等,坡度1:2.0,本抗滑稳定要求。此次除险加固设计,坝顶宽度整修为3.0m。由于坝顶宽度不一,统一整修为3.00m宽(其中路面净宽2.60m),部分坝坡需消坡,部分坝段需回填。结合坝顶工程,下游坝坡统一整修为1:2.0。

整修后下游坝坡采用草皮护坡,并设置踏步及排水沟。在大坝桩号0+052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。踏步台阶宽1.2m,台阶两侧路沿宽0.15m,C20混凝土砌筑,上游踏步尺寸175cmm×350mm,下游踏步尺寸152cmm×350mm,下设10cm厚C10混凝土垫层。

1.3.1.3排水导渗工程

贴坡排水:设置在大坝下游,桩号0+035~0+096之间,主要用于导渗。贴坡排水体厚300mm,顶部高程202.40m。下设两层反滤层,分别为厚150mm的中粗砂层和厚150mm的5~20mm碎石层。

坝肩及坝脚纵向排水沟净过水断面尺寸为0.3m×0.3m。在桩号0+052踏步旁设置一横向排水沟,由下游坝顶连接至坝脚纵向排水沟,过水净断面尺寸为0.3m×0.3m。横向排水沟和坝顶连接处,设置雨水井,将坝面雨水导向横向排水沟。

排水沟均采用M7.5浆砌石结构,上表面及临水面用M10水泥砂浆抹面。

1.3.2坝顶整修

1.3.2.1坝顶风化砂处理

经地质勘测,大坝顶部3.0m~4.1m为风化砂,渗透性不满足规范要求,本次除险加固坝顶工程首先对风化砂进行处理。设计选用粘土置换和水泥搅拌桩防渗墙两种处理方案进行对比,择优选用。

(1)方案一:风化砂置换土方案

将大坝顶部3.0m~4.1m风化砂全部挖除,按设计坡比重新回填粘性土,碾压密实,压实度不小于0.96。

(2)方案二:水泥搅拌桩防渗墙处理方案

对大坝顶部3.0m~4.1m风化砂采用水泥搅拌桩防渗墙进行防渗处理,以加固坝体,减小大坝渗透性。

搅拌桩防渗墙底部深入到坝体粘土以内1.0m,顶部到坝顶C20混凝土路面基础面(即211.10m),桩径500mm,桩心距320mm。

(3)两种方案比较

两种方案的优缺点及经济比较见下表1.3-1。

表1.3-1 大坝顶部风化砂处理方案比较表

1.3.2.2坝顶整修

六六庄水库大坝路面为土路,坑洼不平,现状坝顶宽1.7~2.2m,宽度不一,不满足坝顶宽度3~6m之规范规定。根据坝顶现状,结合大坝下游坝坡整修,坝顶宽度整修为3.30m。

经调洪演算可知,20年一遇设计洪水位为209.8m,风浪爬高0.66m,安全超高0.5m,经防洪复核要求坝顶最低高程210.96m;200年一遇校核洪水位为210.41m,风浪爬高0.38m,安全加高0.3m,经防洪复核要求坝顶最低高程211.10m。现状坝顶高程211.00~211.18m ,整修后即可满足防洪要求,故不设计防浪墙。但考虑行人安全,坝顶上游侧设置1.00m高、0.25m厚的C20混凝土防护墙。

按防洪标准要求,考虑交通要求,本次除险加固,坝顶3.0~4.1m的风化砂置换为粘土后,对坝顶硬化处理,整修后坝顶高程为211.10m,整修后坝顶采用20cm厚的C20混凝土路面,下部设10cm厚碎石垫层。混凝土路面向下游侧呈1%倾斜,路面净宽2.60m,上、下游混凝土路沿石宽各0.15m,坝顶总宽3.00m。

坝顶路面下游设置15cm宽C20混凝土路沿石,混凝土路沿截面尺寸0.15m×0.6m(宽×高),长0.8m,可现浇,亦可预制。在下游横向排水沟与坝顶路面连接处,设置C20混凝土雨水口。

大坝加固设计断面详见设计图册LLZSK-CS-02~LLZSK-CS-06。

1.3.3大坝防渗施工

1.3.3.1方案比较

(1)方案一:坝体充填灌浆

结合大坝整治工程,对大坝进行充填灌浆处理,并将充填灌浆向下深入基岩1.0m,以加固坝体,截断接触渗漏,减小坝体坝基渗流量。

灌浆范围为大坝桩号0+022~0+101,灌浆段长79m。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1.5 m,共106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2.0 m。充填灌浆采用2:8水泥粘土浆,水泥采用42.5#水泥。

(2)方案二:坝体高喷防渗墙

灌浆压力:水压25.0~30.0Mpa,气压0.7~0.8MPa,浆压0.2~0.3MPa。

灌浆流量:水量75~80L/min,气量1.0~1.2m /min,浆量60~80L/min。

旋转速度10r/min,提升速度10cm/min,喷嘴直径8mm。

灌浆材料采用42.5普通硅酸盐水泥粘土浆,水泥与粘土质量比为1:1。

设计沿新坝轴线布置一排高喷灌浆孔,间距0.8m,灌浆范围为大坝桩号0+022~0+101,灌浆段长79m,共99孔。高喷墙顶部坝基面以上4.0m,底部至坝基面以下2.0m。

(3)方案三: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。搅拌桩防渗墙范围为大坝桩号0+022~0+101,桩径500mm,桩心距320mm,最佳搭接墙厚380mm。搅拌桩顶部灌浆顶部高程设计为坝基面以上4.0m,底部至坝基岩面。

 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。

(4)三种防渗方案比较

三种方案的优缺点及经济比较见下表1.3-2。

表1.3-2 大坝防渗方案比较表

经综合比较,本次六六庄水库大坝防渗处理采用方案一,即坝体充填灌浆并向下深入坡积粉质粘土2.0m方案进行大坝防渗处理。

1.3.3.2大坝防渗施工

根据地质勘查报告,六六庄水库大坝桩号0+028~0+095,长67m,存在接触渗漏问题,需进行防渗处理。结合大坝整治工程,经方案比较,设计对坝体坝基接触渗漏段进行充填灌浆处理,以加固坝体,截断接触渗漏,减小坝体坝基渗流量。

灌浆处理范围为大坝桩号号0+022~0+101,即对渗漏段进行坝基灌浆处理,并向左右案岸方向各延长6.0m进行灌浆,以防止绕灌浆处理带渗漏,灌浆段总长79m。灌浆孔为双排,分别布置在新坝轴线上、下游0.75m处,排距1.5m,单排孔距1.5 m,共106孔,上下游排灌浆孔呈梅花状布置。坝体充填灌浆顶部高程为坝基面以上4.0m,底部至坝基面以下2.0m。

灌浆采用2:8水泥粘土浆, 浆液浓度1.3~1.6t/m3,水泥采用42.5#水泥,灌浆土料要求塑性指数10%~25%,粘粒含量25%~45%,粉粒含量40%~70%,沙粒含量小于10%。每孔每次平均灌浆量,以孔深计每米孔深控制在0.3~0.5m3,自下而上循环灌浆,每孔灌浆次数应在5次以上。

当每孔灌完后,待孔周围泥浆不再流动时,将孔内浆液取出,扫孔到底,采用大于1.5t/m3水泥粘土浆进行封孔,直至浆液达到坝顶不再下沉。均质土坝可向孔内灌注稠浆或用含水量适中的制浆土料捣实。

充填灌浆质量检查以压水试验和开挖探井为主,配合钻孔取芯,检查孔数量为总数的10%。

大坝防渗设计详见设计图册LLZSK-CS-09。

1.3.4监测设施施工

变形观测:大坝桩号0+051处,设置一个观测横断面,布设3个表面观测标点,各标点均为竖直位移与水平位移共用,安装强制对中装置。在左右坝肩地基坚硬稳固部位各布置位移观测基点,进行大坝水平位移、沉降观测。

另外,本次设计还增设了一组水尺,共5根,以观测水库水位。水尺布置在桩号0+052处踏步旁,以方便观测。每根水尺长3.4m,其中刻度段长2.4m,基础为浆砌石,埋深1.0m。

监测设施设计详见设计图册LLZSK-CS-07~LLZSK-CS-08。

1.3.5溢洪道加固施工

1.3.5.1现状溢洪道

溢洪道位于大坝右侧低凹处,为人工开挖开敞式沟槽,进口高程208.32m,底宽4.0~8.0m,最大泄量25.88m3/s。

此次设计依据《防洪标准》(GB50201-94),《溢洪道设计规范》(SL253-2000)及其它相关规范,本着投资节省的原则,对溢洪道按5级建筑物、20年一遇设计,200年一遇校核,取原溢洪道行洪断面,清淤疏挖后,对边坡、底板进行衬砌。

1.3.5.2溢洪道布置施工

溢洪道由位于水库大坝右岸,紧靠坝头,开敞式明渠,进口高程207.50m,底宽3.6m,长179m,最大泄量为18.47m3/s。

溢洪道由进口段、控制段、泄水槽、冲沟组成,总长179m。

(1)进口段:布置桩号0-007~0+000,共长7m,底宽3.6m,两岸边坡1:1.0,渠底为1:50的倒坡。护底采用C20混凝土,厚30cm,护坡采用M7.5、厚30cm浆砌石。

(2)控制段:溢洪道控制段为平底渠道,布置桩号0+000~0+010,共长10m,底宽3.6m,两岸边坡1:1.0,渠底高程207.50m。边坡采用30cm厚M7.5浆砌石护砌,顶部高程210.71m,护砌顶部高程为207.50m;护底采用C20混凝土,厚30cm。

(3)泄槽段:包括泄槽一段和泄槽二段。根据地形、地质情况分段进行削坡或护砌设计。

泄槽一段:控制段末端至陡坡段,桩号0+010~0+150,共长140m。包括三部分:

桩号0+010~0+070,底宽3.6m,两岸边坡1:1.0,底坡i=0.01。桩号0+010~0+030段,全部护砌,边坡采用30cm厚M7.5浆砌石护砌,护底采用C20混凝土,厚30cm。

桩号0+030~0+070,底宽3.6m,底坡为0.01,左岸边坡采用30cm厚M7.5浆砌石护砌,护底采用C20混凝土,厚30cm,右岸仅仅进行消坡整修,不衬砌。

桩号0+070~0+0150,底宽3.6m,底坡为0.01,左岸边坡为1:1.0,右岸边坡1:1.0,仅仅进行消坡整修,不衬砌。

泄槽二段:桩号0+150~0+170,共长20m。底宽3.6m,右岸边坡1:1.0,左岸边坡为1:1.0,底坡为1:15。边坡采用30cm厚M7.5浆砌石护砌,护底采用C20混凝土,厚30cm。

(4)尾水渠段:溢洪道桩号0+170之后为一冲沟,为溢洪道的尾水渠。

渠体填土充分利用大坝及溢洪道整修挖方,挖方不够时采用外调土方。混凝土衬砌平均每10m分一道伸缩缝。缝宽2cm,闭孔泡沫塑料板填缝,缝表面灌沥青。

溢洪道设计详见设计图册LLZSK-CS-10~LLZSK-CS-11。

1.3.6管理房施工

六六庄水库现状水库无管理站。本次设计拟新建管理站一处,并配备专门的管理、维修人员3名。主要房屋建筑:建筑总面积40m2。其中包括水库管理站办公用房20m2,职工住宅及文化福利房20m2。房层结构为单层砖混结构。

因建设管理站需要永久用地0.5亩,因管理站紧靠坝肩,用地在水库管理用地范围内,不涉及征地。

管理房设计详见设计图册LLZSK-CS-18~LLZSK-CS-19。

另外,工程竣工后,新建工程标志牌一座,设计详见设计图册LLZSK-CS-21。

1.3.7 防汛路施工

该公路主要用于水库防汛,平常仅有小型农用机械通过,因此设计标准可较低。设计主要遵循标准新、技术可行、价格低、选材合理、施工方便、利于养护等原则。上坝路与防汛路总长1000m,在原有生产路的基础上拓宽路面。设计为单车道,路基宽4.0m,路面宽3.0m。中间路面为厚20cm的泥结碎石,两侧各0.5m的路基保护体。路面由中心线向两侧设置1%的横坡,以排除路面积水。路肩采用粘土墩填夯实,路面水通过公路肩漫流至路堑边沟。为防公路被水流冲蚀,在路肩两侧边坡可人工植草。防汛路设计详见设计图册LLZSK-CS-20。

1.4施工总布置

1.4.1施工条件

六六庄水库位于**县**乡大棚村,附近有沪陕高速、312国道,县乡公路及通向水库的防汛道路等,交通十分便利。

工程施工所需的水泥从**县附近水泥厂采购,钢筋、木材、汽油、柴油等建筑材料均从**县城区建材市场购运,砂从毛集河购运,碎石、块石就近从工程地附近的石料场购运,运距约20km。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电动移动式空压机供应:施工通讯设备采用移动通信和固定电话配套使用。

为了连接各施工场地和料场的运输,需修建临时道路2500m,路面宽6.0m。

1.4.2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。混凝土及水泥砂浆采用专用机械制浆,浆液多项指标按设计要求控制,严格控制砂浆配合比。溢洪道、输水洞工程施工,安排在枯水季节,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**县小型水库除险加固工程建设管理局为项目法人单位,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。

1.5 施工总进度

1.5.1 施工总进度安排原则及依据

1.5.2 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。先进行坝坡整修及坝体灌浆,再进行输水洞进口段重建、溢洪道护砌工程,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7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。

1.6主要技术供应

1.6.1 主要建筑材料

本工程所需主要建筑材料包括水泥、钢筋、木材、汽油、柴油、砂石料等,根据主体及临时建筑工程量、施工方法、施工机械配备,并参考有关定额,计算工程所需主要建筑材料用量及预算见表1.6-1。

表1.6-1 主要材料预算价格汇总表

(2012年第三期造价信息价格物价水平) 单位:元

1.6.2 主要施工机械设备

主要施工机械及费用汇总情况见表1.6-2。

表1.6-2 施工机械台时费汇总表

单位:元