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1 综合说明 6 1.1 绪言 6 1.1.1 工程概况 6 1.1.2 大坝安全鉴定结论 7 1.1.3 除险加固的必要性 7 1.2 水文 8 1.2.1 流域概况 8 1.2.2 气象 8 1.2.3 基本资料复核 8 1.2.4 设计洪水 9 1.2.5 分期洪水 9 1.2.6 水库泥沙 10 1.3 地质 10 1.3.1 区域地质 10 1.3.2 库区地质 10 1.3.3 枢纽区工程地质 11 1.3.4 天然建筑材料 12 1.4 工程规模和防洪安全复核 13 1.4.1 水库规模及特征水位复核 13 1.4.2 坝顶高程复核 14 1.5 工程布置及建筑物 14 1.5.1 工程等别及设计标准 14 1.6 施工组织设计 18 1.7 水库淹没处理及工程永久占地 21 1.8 工程管理 22 1.9 环境保护设计 23 1.10 设计概算 23 1.11 经济评价 24 1.12 结论及今后工作建议 24 2 水文 30 2.1 流域工程概况 30 2.1.1 流域自然地理条件 30 2.1.2 气象条件 30 2.1.3 水库工程特性 31 2.1.4 上游水利工程情况 31 2.2 暴雨洪水特性 31 2.3 基本资料及资料处理 32 2.3.1 基本资料 32 2.3.2 资料的处理 33 2.4 设计洪水计算 33 2.4.1 洪水计算方法及标准 33 2.4.2 设计暴雨及其分配 33 2.4.3 设计洪水 37 2.4.4 洪水成果的合理性检查 39 2.5 枯期洪水 40 2.5.1 分期时段划分 40 2.5.2 枯期洪水推求 41 2.5.3 枯期洪水过程线 42 2.6 泥沙估算 42 3 工程地质 44 3.1 工程概况 44 3.2 区域地质概况 45 3.2.1 地层岩性 45 3.2.2 地质构造及地震 46 3.2.3 地貌及物理地质现象 46 3.2.4 水文地质概况 46 3.3 库区地质 47 3.3.1 地层及构造 47 3.3.2 地貌及不良物理地质现象 47 3.3.3 水文地质条件 48 3.3.4 库岸稳定和水库泥沙 48 3.4 枢纽区工程地质 48 3.4.1 地形地貌 48 3.4.2 地层岩性及地质构造 49 3.4.3 枢纽区水文地质及渗漏性评价 49 3.4.4 枢纽区稳定性评价 50 3.4.5 输水涵洞工程地质条件及稳定性评价 52 3.4.6 拟建输水隧洞工程地质评价 53 3.4.7 溢洪道工程地质评价 54 3.5 大坝质量分析评价 55 3.5.1 基本情况 55 3.5.2 坝体质量分析评价 55 3.5.3 坝体渗漏评价 59 3.6 大坝岩土物理试验指标及物理力学指标建议值 61 3.6.1 主坝 61 3.6.2 副坝 61 3.7 大坝防渗加固方案建议 62 3.7.1 防渗处理方案建议 62 3.7.2 加固方案建议 62 3.8 建筑材料 63 3.8.1 土料 63 3.8.2 砂料 63 3.8.3 石料 63 3.9 结论及建议 63 3.9.1 结论 63 3.9.2 建议 65 4 工程任务和规模 65 4.1 工程概况 65 4.2 工程除险加固的必要性 66 4.2.1 目前工程存在的主要问题 66 4.3 工程规模复核 70 4.3.1 工程设计标准 70 4.3.2 水库死水位复核 70 4.3.3 正常蓄水位及其库容复核 72 4.3.4 洪水位及其库容复核 72 5 工程布置及建筑物 75 5.1 设计依据 75 5.1.1 工程等别和建筑物级别 75 5.1.2 洪水标准 75 5.1.3 设计基本资料 75 5.2.1 大坝渗流复核计算和大坝稳定复核计算 77 5.2.1 大坝渗流复核计算 77 5.2.2 大坝稳定复核计算 80 5.3 除险加固设计 85 5.3.1 大坝 85 5.3.2 泄洪输水隧洞 99 5.3.3 原右涵洞改造 103 5.3.4 原输水左涵洞封堵处理 103 5.3.5 溢洪道 103 5.3.6 观测设计 103 5.3.7 金属结构 105 6 施工组织设计 105 6.1 施工条件 105 6.1.1 工程条件 105 6.1.2 自然条件 107 6.2 施工导流 107 6.2.1导流标准 107 6.2.2 导流方式 107 6.2.3 大坝施工度汛 108 6.3 料场选择与开采 108 6.3.1 料场选择 108 6.3.2 料场开采 108 6.4 主体工程施工 108 6.4.1 主、副坝施工 108 6.4.2 泄洪输水隧洞施工 109 6.4.3 右涵洞改建施工 109 6.4.4 原输水左涵洞封堵 109 6.4.5 金属结构安装 110 6.5 施工交通 110 6.5.1对外交通运输 110 6.5.2 场内施工道路 110 6.6 施工辅助设施 111 6.6.1 砂石料加工系统 111 6.6.2 混凝土拌和系统 111 6.6.3 风、水、电、通讯及照明 111 6.7 施工总布置 112 6.7.1 枢纽区生产生活区 112 6.7.2 石料场生产生活区 112 6.7.3 弃碴场规划 112 6.7.4 施工占地 113 6.9.1 主要建筑材料 114 6.9.2 主要施工机械设备 114 7 水库淹没处理及工程永久占地 117 8 工程管理 118 8.1 管理机构 118 8.1.1 工程概述 118 8.1.2 设计依据 118 8.1.3 管理机构及管理体制 119 8.2 主要管理设施 119 8.2.1 管理机构生产、生活用房建筑面积的确定 119 8.2.2 工程管理范围和保护范围 120 8.3 管理运用 120 8.3.1 工程调度运用 120 8.3.1.1 防洪调度运用 120 8.3.2 经营管理 121 8.3.3 建筑物管理 121 8.3.4 工程监测 122 9 环境保护设计 123 9.1 编制总则 123 9.1.1 设计依据 123 9.1.2 编制原则 123 9.1.3 防治目标 123 9.2 环境现状 123 9.3 环境影响评价简介 125 9.3.1 对自然环境的影响 125 9.3.2 对社会环境的影响 125 9.4 环境保护设计 126 9.4.1 生活区人民健康的环境保护设计 126 9.4.2 施工期的环境保护设计 126 9.4.3 水土保持和绿化措施 127 9.4.4 宣传教育 128 9.5 环境监测及管理 128 9.6 环境保护投资概算 129 9.6.1 概算依据 129 9.6.2 环境保护投资概算 129 10 设计概算 129 10.1 编制说明 129 10.1.1 工程概况 129 10.1.2 编制依据 131 10.1.3 基础单价 132 10.1.4 费率标准 133 10.1.5 其他有关说明 134 10.2 工程总投资 134 11 经济评价 134 11.1 概述 134 11.2 国民经济评价 135 11.2.1 投资、年费用估算 135 11.2.2 工程效益估算 137 11.2.3 国民经济评价 138 11.2.4 敏感性分析 139 11.3 财务评价 140 11.3.1 财务投资、费用估算 140 11.3.2 财务成本核算 142 11.3.3 财务评价 143 11.4 综合评价 143 1 综合说明 1.1 绪言 1.1.1 工程概况 猫鼻子水库位于鲁甸县城北部铁厂乡黄泥寨村,距县城约50km,地理位置:东径103°24.6′,纬27°12.2′。工程于1958年12月开工,1959年12月竣工。 水库枢纽工程由主坝、副坝、坝下埋设的左涵洞、右涵洞和非常溢洪道组成。原核定的总库容为830万m3,兴利库容为476万m3,死库容30万m3。 主坝为均质土坝,高15.5m,坝顶长334m,坝顶宽5m ,上游坝坡1:2.5,采用干砌毛块石护坡,下游坝坡1:2.0,采用草皮护坡。 副坝为均质土坝,高7.6m,坝顶长123m,坝顶宽3m ,上游坝坡1:2.0,采用干砌毛块石护坡,下游坝坡1:2.0,采用草皮护坡。 左涵洞进口底板高程1533.159m,长39.5m,为浆砌料石坝下无压涵洞,洞身断面为矩形,尺寸b×h =0.8×1.0m,坡降1:400,进口启闭塔内安装一道0.6×0.6m的平面钢闸门,采用手电两用螺杆式启闭机启闭。 右涵洞进口底板高程1533.81m,长35.1m,为浆砌料石坝下无压涵洞,洞身断面为矩形,尺寸b×h=0.9×1.5m,坡降1:500,设有一道0.6×0.6m的平面钢闸门,采用手动螺杆式启闭机启闭。 溢洪道位于副坝左岸,沿线没有衬砌,断面尺寸b×h=3.0×1.5m,由于土石塌落堆积,目前已不能过水。 1.1.2 大坝安全鉴定结论 2002年2月,昭通市水库大坝安全鉴定专家组及云南省重点小(一)型水库大坝安全鉴定专家组对《鲁甸县猫鼻子水库大坝安全鉴定报告》进行审查,根据水利部《水库大坝安全鉴定办法》和《水库大坝安全评价导则》,猫鼻子水库大坝安全性评定为三类坝,属于病害水库。 1.1.3 除险加固的必要性 猫鼻子水库的功能是以灌溉为主,兼有下游农田和村镇的防洪,灌区分布于下游沿河两岸,光热条件优越,适宜种植水稻、玉米、花生、豆类、小麦等粮食作物和蔬菜、甘蔗、烤烟、亚热带水果等经济作物,但由于春耕时节干旱少雨,旱情严重,对农作物生长影响极大,产量低且不稳定。水库原设计灌溉面积16000亩,但由于大坝病害严重,加之渠系工程未配套完善,目前仅能灌溉2600亩,水库的工程效益远远没有发挥出来。 水库下游15km为铁厂乡政府所在地,水库一旦失事,将直接威胁下游三河场、迷勒勒等14个村寨10000余人的生命财产安全,对下游16000亩农田和4km国道将造成毁灭性破坏,其经济损失和政治影响是不可估量的,因此,对猫鼻子水库进行除险加固是十分迫切和必要的。 1.2 水文 1.2.1 流域概况 猫鼻子水库位于龙树河上游右岸一级支流上,水库坝址以上控制径流面积26.8km2,其中有3.9km2为封闭区,其出流是通过地下缓慢流入河道而进入水库,洪水计算时可不考虑,实际产洪面积按22.9km2计。坝址至最远分水岭河长7.1km,河道平均比降3.7‰,流域平均高程1640m。 1.2.2 气象 水库流域多年平均降雨量为1012.5 mm,年最多降雨量为1219.7 mm,年最少降雨量为670.9 mm。多年平均气温16℃左右,极端最高气温达33.2℃,最冷月为1月,极端最低气温为-7.8℃,无霜期302天,多年平均蒸发量1125.0mm,多年平均最大风速22m/s,历年最大风速24m/s,最多风向为西北风。 1.2.3 基本资料复核 水库及邻近流域无实测洪水资料,本次收集了鲁甸县气象站1958~2002年的1、6、24h时段暴雨资料,在安全鉴定阶段的基础上增补了2001和2002年各时段暴雨资料。该站为国家基本站,观测项目有降水、蒸发、风速、风向等,观测设施完备,人员素质较高,多为专业技术人员;观测的资料可靠,成果精度较高,可作为本次水文复核的依据站资料。 鲁甸气象站是昭通市最早建立的气象站之一,资料观测符合国家规范要求,资料具有连续性、一致性。主汛期资料系列中具有163.6mm、138.8mm的大暴雨,具有一定的代表性。该站因无漏测以及邻近地区没有比该站长的暴雨资料系列,故本次对该站资料系列不作查补延长。 1.2.4 设计洪水 采用鲁甸站实测资料计算的暴雨及参数作为水库洪水的计算依据,配合《手册》法进行设计洪水计算,成果见表1.1。 猫鼻子水库设计洪水成果表 表1.1 频 峰 率 量 0.1% 0.2% 0.33% 0.5% 1% 2% 3.33% 5% 10% 50% 洪峰Qm(m3/s) 162 149 140 132 119 105 95.1 86.5 73.2 60.0 洪量W24(万m3) 382 348 325 306 256 243 217 195 160 127 1.2.5 分期洪水 本地区降雨、洪水根据气候成因及洪水年内变化规律,按其时间可划分为:主汛期(6月初~9月底)和枯水期(12月初~次年4月底);根据水库工程规模、特性以及工程施工设计需要,本次提供分期洪水为枯期洪水。 水库无枯期洪水实测资料,本次依据龙树河鱼洞水库水文站枯期洪水与年洪水的比值系数推求猫鼻子水库枯期洪水,成果见表1.2。 猫鼻子水库分期洪水成果表 表1.2 时 段(月) 洪 水 特 征 值 频 率P(%) 5 10 50 施工期 (12月~次年4月) 洪峰流量(m3/s) 13.8 8.64 4.62 一日洪量 (万m3) 52.7 40.0 28.4 1.2.6 水库泥沙 根据《云南省地表水资源》悬移质多年平均侵蚀模数图推算得水库多年平均输沙量为1.145万t,折合体积为0.85万m3。 1.3 地质 1.3.1 区域地质 猫鼻子水库径流区和灌区范围主要出露地层为中三叠统个旧组一段(T2ga)及二段(T2gb)、下三叠统永宁镇组(T1y)和洗马塘组(T1x)、上二叠统吴家坪组(P2ω)和中石炭统威宁组(C2ω)、上石炭统马平组(C3m)、下石炭统董有组(C1dn)和大塘组(C1d)、上泥盆统(D3)、中泥盆统古木组(D2g)、下泥盆统芭蕉箐组(D1b)、坡脚组(D1p)、翠峰山组(D1c)。 测区处于文山巨型环状旋扭构造带东翼。该区主要有呈帚形分布的五条断层通过,均为压扭性断层,其中F1经过水库坝址区,F2、F3分布在库区西南,离库区较近,F4、F5离库区较远。 该区地震频繁,但震级小,属相对稳定区。根据1:400万《中国地震动参数区划图》(GB18306-5001),动峰值加速度为0.05g,地震基本烈度为Ⅵ度。 1.3.2 库区地质 库区主要地层为中三叠统个旧组(T2g),下三叠统永宁镇组(T1y)和洗马塘组(T1x)及中石炭统威宁组(C2ω)。个旧组分布于库区的大部分地区;永宁镇组分布西南部边缘;洗马塘组分布在近右岸部分;石炭系中统威宁组主要分布在库区右岸及近右岸地带。库区右侧主坝地段有一条北东向的逆断层F1通过,向坝下游延伸,于右坝大山脚与另一条逆断层F3相交。F1断层为次生断裂,活动性不强,但库区及枢纽区断层附近的岩层由于受该断层的影响,岩体中裂隙发育,渗漏性增强,这对水库渗漏及稳定产生较大的影响。库区南部岩层由于受F1的影响,产状较为凌乱,而北部产状则相对较为平稳,走向70~180°,倾向350~360°, 倾角10~50°。 库区地表水系不太发育,无较大的新冲沟,水库补给来源主要为季节性大气降水补给。水库库盆为不规则的椭圆形洼地。水库四周除坝址区外,其它地方地下水位均高于库水位,地表水主要向水库排泄,经水库向下游排泄。除枢纽区下游地形较低,且有F1断层从主坝坝基通过,贯穿水库上下游外,周围无低矮邻谷,也无溶洞和断层通向库外,因此,除枢纽区外,其余地方不存在库水向库外渗漏的问题,水库经40余年的蓄水运行,未出现向库外邻谷渗漏现象,库区蓄水条件较好。 水库库岸周边地形平缓,坡度约为10~500,多为农田,无不良物理地质现象发育,岸坡稳定。但由于大量耕作,地表裸露,受雨水冲刷剥蚀较为严重,大量泥沙被带入库内,成为水库的淤积物,因此,水库淤积较严重。 1.3.3 枢纽区工程地质 枢纽区为低中山剥蚀、侵蚀地貌,中间被一剥蚀残丘分割成主、副坝两个部分。主坝近右坝肩部分库岸植被发育,物理地质现象不发育;副坝近左坝肩库岸植被较稀疏,岸坡基岩溶蚀强烈,岩石较为破碎,偶有灰岩孤石滚落。横亘于主、副坝间的残丘果木茂盛,山坡植被较好,不良物理地质现象不发育。 枢纽区分布的地层为中三叠统个旧组一段(T2ga)、下三叠统永宁镇组(T1y)及中石炭统威宁组(C2ω)。个旧组一段分布于枢纽区副坝以及主坝大部分基础,岩性为白云岩及白云质灰岩。下三叠统永宁镇组及中石炭统威宁组分布于主坝右坝肩及近水库右岸部分,地层岩性分别为泥灰岩、灰岩。 枢纽区主坝中部距右坝肩159 m处有一条近北东向压扭性逆断层F1通过,为次生逆断性质。该断裂自水库右岸向坝下延伸,于右侧大山脚与另一条逆断层F3相交。由于受该断层的影响,主坝左、右侧岩层产状较为凌乱,坝底基岩溶蚀裂隙及溶洞发育,坝基渗漏严重。 溢洪道位于副坝左坝肩部位,未衬砌,由于左岸坡上部土石塌落堆积,目前溢洪道已不能过水。因水库蓄水严重不足,工程运行至今,溢洪道从未使用过。 拟建输水隧洞位于主坝左坝肩,全长约115m。地层具两元结构,上层为残坡积高液限粘质土,下层为中三叠统个旧组一段(T2ga)白云质灰岩。灰岩中—陡倾角裂隙发育,局部发育溶洞。 1.3.4 天然建筑材料 (1)土料 库区内碳酸盐岩广泛分布,山坡大面积分布有红粘土或次生红粘土,土料粘粒含量较高,粘聚力较大,满足灌浆粘土土料质量要求。经现场调查,库区和主坝右岸下游地段残坡积粘土层分布较厚,一般为3~10m,顺库岸呈条带状分布,其储量大于3万m3 。该处粘土无论从储量还是从质量上均能满足水库除险加固工程的灌浆用料要求。 (2)石料 库区下游右岸距主坝约2km处的牛背罗山上出露三叠统大塘组(C1d)灰岩、白云质灰岩。该处灰岩质量较好,储量大于30万m3,交通方便,开采条件好,可作为水库加固工程的石料场。 (3)砂砾料 水库附近无较大河流发育,因而无天然砂,建议采用人工砂代替天然砂料作为混凝土骨料。 1.4 工程规模和防洪安全复核 1.4.1 水库规模及特征水位复核 (1)工程等级及设计标准 猫鼻子水库工程现状规模为坝高15.5m,总库容630万m3, 按《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-5000)的规定, 属小(一)型水库,其永久性水工建筑物主副坝及泄洪输水涵洞均为4级,水库设计洪水标准为30年一遇(P=3.3%),校核洪水标准为300年一遇(P=0.33%),消能防冲设计洪水标准为50年一遇(P=5%)。 (2)死水位及死库容 水库所在地的高程高于灌区高程,死水位不受灌溉高程的限制,按入库泥沙淤积确定死库容。 根据泥沙估算成果,年输沙量为1.145万吨,折合体积为0.85万m3。水库除险加固后使用年限按50年计,则淤沙体积为17万m3。对应新库容曲线的高程为1534.8m,考虑到最低水位时下游供水流量的要求,确定死水位为1535.0m,相应的死库容为50万m3。 (3)正常蓄水位的确定 根据《关于我省重点小(一)型病险水库除险加固初步设计评审有关问题的通知》农水[5002]5号的精神,本次除险加固维持原正常蓄水位1539.3m不变,而正常库容从新库容曲线上查得330万m3,兴利库容为310万m3。 (4)水库防洪及洪水位 水库调洪方式:采用新建的泄洪输水隧洞泄洪,当入库洪水到来时,维持库水位为正常蓄水位1539.3m,当库水位超过正常蓄水位时,若入库洪水小于2.79m3/s时保持库水位在正常蓄水位,使出库流量与入库流量相同,若入库洪水大于2.79m3/s时,闸门控制泄洪洞出库流量保持2.79m3/s,直至洪水结束,库水位上升至最高,相应标准洪水位即为水库调洪高水位。水库300年一遇校核洪水位为1541.5m, 30年一遇设计洪水位为1540.79m。 1.4.2 坝顶高程复核 根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-5001),坝顶高程分别按以下运行情况取最大值。 ①设计洪水位+正常运用条件的坝顶超高; ②校核洪水位+非常运用条件的坝顶超高; ③正常蓄水位+正常运用条件的坝顶超高; 求得各种运行情况下的坝顶高程最大值为1542.757m,现状主坝坝顶平均高程为1543.97m,副坝坝顶平均高程为1544.88m,故坝顶高程满足要求。 1.5 工程布置及建筑物 1.5.1 工程等别及设计标准 根据本阶段调洪演算结果,猫鼻子水库总库容为630万m3,根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252—5000)规定,猫鼻子水库工程规模属小(1)型,工程等别为Ⅳ等,主要建筑物为4级,次要建筑物为5级。 1.5.2 工程布置及主要建筑物 根据枢纽工程主要建筑物存在的病害,本次除险加固设计对主副坝下游坡进行培厚和增设排水棱体处理,对主副坝坝体、坝基及两坝肩进行防渗处理,封堵左涵洞,改造右涵洞,新建泄洪输水隧洞。根据地形条件,新建的泄洪输水隧洞布置于主坝左坝肩,出口与下游左干渠相交,泄洪和下游左干渠供水由该隧洞承担,溢洪道因下游无排泄通道,且考虑到水库正常蓄水位至坝顶尚有4.7m超高,调洪库容大,不需设置溢洪道。 (一)拦河坝 猫鼻子水库主坝现状坝体上游坡满足抗滑稳定要求,但上游坡局部出现坍塌,需要进行削坡处理;下游坡抗滑稳定能力低,需进行培厚处理。大坝原坝体上坝土料不均匀,碾压质量差,加上大坝基础从未进行过防渗处理,大坝未建立完整、连续的防渗体系,导致大坝存在较严重的坝体渗漏、坝基渗漏和两岸坝肩渗漏,浸润线偏高,坝土饱和,强度逐年降低。为了满足坝体及坝基渗透稳定要求、减小渗漏量,必须对坝体、坝基及坝肩进行防渗处理。 副坝虽然上下游坡均满足抗滑稳定要求,但下游无排水棱体,浸润线偏高,坝脚常年浸泡于水中,对坝坡稳定不利,因此,必须增设排水棱体。 (1)主副坝加固处理 结合坝址地形条件,主坝坝坡的加固考虑两种处理方案。 方案一:上游坡作削坡处理,下游坝坡培厚加固至1536.00m高程,即满足下游坡稳定要求。 方案二:上游坡作削坡处理,下游坝坡培厚加固至1541.50m高程。 两种方案施工方便,施工期间输水涵洞可正常工作,对下游供水影响不大。从下游坡直接加固,使得防渗轴线相对新坝轴线前移,有利于防渗及降低后坝坡浸润线,使后坝坡抗滑稳定能力得到显著提高。方案二相对方案一而言工程量大,投资比方案一多86.1 万元。故本阶段推荐方案一为坝体加固方案,即上游坡仅作削坡处理,下游坝坡培厚加固至1536.00m高程。 副坝在原下游坝坡的基础上直接加排水棱体,加固平台宽为3m,高程为1539.00m。 主副坝工程布置: 主坝坝顶高程统一定为1544.00m,坝顶长334m,坝顶宽5.0m,坝顶上、下游侧设路缘石,路面为泥结石路面。上游坝坡由原一级坡变为二级坡,一级从坝顶1544.00~1534.80m,坡比为1:2.5;1534.80m高程以下坡比为1:2.5,此高程设置1m宽戗台。上游坝坡1534.80m高程以上坡面采用混凝土预制块护坡,为防止白蚁危害,下设厚30cm砂垫层。在原坝体下游坡1536.0m以下直接培厚坝体,采用堆石料填筑。下游坝坡坡比分为两级,一级从坝顶1544.00~1536.00m,坡比为1:2.0,为原坝体,坡面采用框格草皮护坡。1536.00m以下坡比为1:2.2,在原坝坡的基础上直接培厚,为加固坝体(排水体),并在原坝体与加固坝体之间设两层厚40cm的反滤过渡层,以保证两种不同筑坝材料的过渡。加固平台宽为6.0m,高程为1536.00m,坡面采用干砌块石护坡。 副坝坝顶高程削至1544.00m,坝顶长116m,坝顶宽6.5m,坝顶上、下游侧设路缘石,路面为泥结石路面。上游坝坡维持原坝坡不变,坡比为1:2.0,坡面为干砌块石护坡,但需加设30cm的砂石垫层;下游坝坡由原一级坡变为两级坡:一级从坝顶1544.00~1539.00m,坡比为1:2.0,为原坝体,坡面采用框格草皮护坡,框格草皮4×4m,混凝土框格梁断面50cm×15cm,为防止白蚁危害,草皮护坡下设厚30cm的砂垫层,再铺50cm的腐植土;二级从1539.00~1536.00m,坡比为1:2.0,在原坝坡的基础上直接加排水棱体,并在原坝体与加固坝体之间设两层厚50cm的反滤过渡层,以保证两种不同筑坝材料的过渡。加固平台宽为3m,高程为1539.00m,坡面采用干砌块石护坡。 (2)主副坝防渗处理 根据猫鼻子水库的具体条件,大坝坝体采用充填式灌浆方案与高压旋喷灌浆方案进行比较。 充填式灌浆方案:采用双排孔,排距1m,孔距2m,坝体采用粘土水泥灌浆,基岩采用水泥灌浆。两坝肩及坝体以下基岩部分采用常规帷幕灌浆,考虑到坝基岩石溶蚀裂隙及小型溶洞较为发育,采用双排孔,排距1m,孔距2m,两岸坝肩采用单排孔,孔距2m,右岸基岩灌浆水平延长45m,左岸基岩灌浆水平延长50m。 高压旋喷灌浆方案:坝体采用高压旋喷灌浆,最大深度14.87m,旋喷桩深入全风化基岩0.5~1.0m,高压旋喷灌浆采用三管法(φ160mm)施工,旋喷灌浆Ⅰ、Ⅱ序孔间距0.8m,搭接长度50cm。两坝肩处理方式及范围同充填式灌浆方案。 充填式灌浆施工简单,速度快,对变形的适应性强,施工干扰小,而高压旋喷灌浆方案施工机械要求相对较高,施工相对较复杂,并且投资比充填式灌浆多50.7万元。故本阶段推荐采用充填式灌浆对坝体进行防渗处理,对两岸坡及坝基进行常规帷幕灌浆防渗处理。 (3)坝坡稳定计算 大坝坝坡加固后稳定计算采用《土质边坡稳定分析程序》(STAB95)。根据坝体钻孔、注水、压水试验及室内原状样试验的成果,经分析整理,工程类比,确定坝体、坝基各区的物理力学指标。选择大坝标准剖面为坝坡稳定最不利断面。从计算成果看,大坝加固设计断面对可能出现的各种工况都是安全的,抗滑安全系数满足规范要求。 (二)泄洪输水隧洞 原左右输水涵洞均承担着泄洪任务,泄洪能力小,使水库防洪调度十分困难,常年采取空库度汛方式,使后期蓄水严重不足,且两条涵洞联合调度十分困难,给运行管理带来了很多不便。根据两条涵洞存在的问题,左涵洞断面尺寸太小,渗漏较严重,应封堵废弃,右涵洞断面尺寸比左涵洞大,渗漏不严重,总体质量比左涵洞好,因此,更换闸门后可继续使用。为彻底根除水库的险情,改善管理条件,另建一条泄洪输水隧洞,承担泄洪和左干渠供水任务,右干渠供水由处理后的右涵洞承担。 根据坝址地形地质条件,新建的泄洪输水隧洞布置于主坝左坝肩,出口与下游左干渠相交。 根据调洪计算结果,泄洪输水隧洞设计泄洪流量为2.79m3/s;向下游正常供水流量为1 .5 m3/s。 泄洪输水隧洞由10m进口明渠段、35.46m有压方洞段、4.6m闸门井、50m无压隧洞段及15.4m出口消力池段组成,全长115.46m。 有压方洞断面为1.6×1.6m,底坡i=1/100,采用C50钢筋砼衬砌,衬砌厚0.4m。闸门井段长4.6m,宽3.1m,井深9.55m,采用C50钢筋砼衬砌,衬砌厚0.5m。井内安装工作闸门和事故检修闸门各一道,闸孔尺寸1.2×1.2m。 无压洞断面型式为1.50m×1.80m的城门洞型,底坡i=1/100。采用C50钢筋混凝土衬砌,衬砌厚度为0.4m。隧洞出口消力池段底宽1.5~2.0m,消力池长15.4m,坎高0.5m,池深2.0m,采用C50钢筋混凝土衬砌。消力池后通过分水闸门接左右干渠。干渠进口设1.2m×1.5m分水闸控制左右干渠的过水流量,通过渡槽与原右干渠相接。 (三)右涵洞改造 右涵洞改造内容为:拆出原闸门,在原闸门井内另安装0.6×0.6m平面铸铁闸门一道,采用一台容量10t的手电螺杆式启闭机启闭;新建启闭机室建筑面积30m2;清除洞内的淤积物。 (四)左涵洞封堵 低水位时,在左涵洞进口位置设5m长的混凝土堵头,涵洞出口位置设3m长的浆砌石堵头。对涵洞出口、消力池边墙等设施进行适当拆除,并用浆砌石回填至原坝坡坡面。在涵洞出口回填浆砌块石时留设排水孔。 (五)金属结构 猫鼻子水库除险加固工程初步设计新建隧洞一条,设事故检修闸门及工作闸门各一套,均为上游止水。闸门的孔口尺寸为1.2m×1.2m,设计水头6.45m,闸门型式为平面定轮钢闸门。闸门采用滚动轴承轮子支承,动水启闭,为保证闸门动水下门,使用了加重块。闸门采用QP—80KN—12m卷扬机启闭。隧洞进口处设一道拦污栅,孔口尺寸3.0m×3.1m。 右涵洞另设一道0.6×0.6m平面铸铁闸门,采用一台容量10t的手电螺杆式启闭机启闭。 隧洞闸门门叶及门槽总重14t,加重块总重4t,拦污栅重1.0t。右涵洞闸门总重2t。 1.6 施工组织设计 1.6.1 施工条件 猫鼻子水库距县城约50km,水库坝址现有10km简易公路与铁厂乡政府联接,但路面不平整,路况较差,需维修后才能满足施工运输的要求。 工程所需的水泥、钢材、炸药、汽(柴)油、木材由鲁甸县城采购供应。 工程所需的毛块石料、碎石料及砂料可从水库下游2km处的牛背罗山上开采加工,岩性为灰岩、白云质灰岩,质量较好,储量大于30万m3,交通方便,开采条件好。 施工用电,目前10KV线路已至管理所,只需另设变压器即可,变压器容量为500KVA;石料场需另架设2km10KV输电线路,并设一台500KVA变压器。 工程施工用水可直接从库中抽取,生活用水可架管道从管理所水池引用。 1.6.2 施工导流 猫鼻子水库总库容630万m3,属小(一)型水库,其永久建筑物为Ⅳ级建筑物,按?水利水电工程施工组织设计规范?(SDJ338-89试行)的规定,相应施工导流建筑物为V级。施工导流标准枯期(12月初~次年4月底)按5年一遇(P=50%)设计,洪峰流量4.62m3/s,洪量28.4万m3。 施工导流利用原左、右输水涵洞过流,泄洪输水隧洞施工时在进口设1.0m高装土麻袋围堰拦洪,围堰顶高程1535.8m,最高洪水位可到1535.3m,具有29.5万m3的拦洪库容,满足导流要求。 由于坝体施工未降低坝顶高程,只要在汛期前完成主坝上游坡处理和泄洪输水隧洞施工,大坝不存在度汛问题。若在汛期前未能完成泄洪输水隧洞施工,应将进口临时封堵度汛,由左、右输水涵洞泄洪。 1.6.3 建筑物施工 (一)主副坝施工 坝后清基:采用1.0m3挖掘机挖装4.5T自卸汽车运至弃碴场。 大坝削坡:主要清除50cm厚大坝表层蠕动变形的坝土等,开挖施工由人工进行,集渣后由1.0m3挖掘机挖装4.5T自卸汽车运至下游弃碴场。 排水体填筑:由1.0m3挖掘机装8T自卸汽车运输上坝,推土机平料,13.5t振动平碾压实。岸坡接头及边角部位,辅以冲击式打夯机夯实。 护坡施工:混凝土预制块由人工装自卸汽车,运输至施工地点,人工搬运至工作面进行砌筑。 坝体和坝基灌浆:采用XU-150型地质钻机钻孔,自上而下分段孔外循环灌浆。采用立式双筒500L泥浆搅拌机制浆,卧式双缸110/60型灌浆泵进行灌浆。 (二)泄洪输水隧洞施工 土方开挖:由人工配合1.0m3挖掘机开挖,4.5T自卸汽车运至弃渣场。 石方洞挖:由手持风钻钻孔爆破,平洞由人工手推车出渣,竖井由卷扬机提升吊斗出渣,1.0m3挖掘机挖装4.5T自卸汽车运弃。 临时支护:围岩软弱和破碎段采用钢材支护,围岩较完整地段采用喷锚支护。 砼浇筑:砂石骨料从砂石料场由2.0m3装载机装4.5T自卸汽车运输,0.4m3搅拌机拌制混凝土,混凝土输送泵输送入仓,组合钢模板施工,附着式振捣器振捣。 隧洞回填灌浆、固结灌浆:用风钻钻孔,500L灰浆搅拌机制浆,中压灌浆泵灌浆。 石碴回填:人工就近取石碴回填,蛙式打夯机夯实。 (三)右涵洞改造 由人工将原二期混凝土拆除,拆除原闸门,另安装门框后,浇筑二期混凝土。闸门入槽后,修建启闭机室。 (四)左涵洞封堵 施工期间,原输水涵洞作为施工导流通道,利用其向下游供水和泄洪,泄洪输水隧洞建成后,对左涵洞进行封堵,低水位时,在涵洞进口位置设5m长的混凝土堵头,在涵洞出口回填浆砌块石,并留设排水孔。 1.6.4 主要施工工厂设施 砂石料加工系统设于石料场附近。 混凝土主要用于泄洪输水隧洞衬砌和主坝上游坡护坡,使用地点相对集中,采用3台0.4m3移动式搅拌机生产,泄洪输水隧洞进、出口附近各设一台,分别负责进口段、有压段、竖井和无压段和出口段混凝土生产。预制混凝土系统设在经平整后的弃碴场上,设1台0.4m3搅拌机。 供风地点主要为石料开采、泄洪输水隧洞开挖,在石料场附近设一台12m3/min移动式空压机,供石料开采用风;在主坝左坝肩设一台6 m3/min移动式空压机,供隧洞开挖用风。 供水对象有:坝体回填、坝体灌浆、混凝土拌和及养护、生活用水等。所有施工用水均从水库内抽取,在主、副坝之间的山包上设50m3和150m3水池各一个,用二台DL型离心式水泵抽水。生活用水从管理所供水池接引。 目前水库枢纽区已架设10kv输电线,需在枢纽区增设一台500KVA变压器;石料场需架设2km10kv输电线,并设一台500KVA变压器。 1.6.5 施工总布置 根据施工地点分布情况和场地条件,主要布置有枢纽区和石料场区两个区。 枢纽区主要布置于主坝左坝肩原管理所位置和附近地区。区内设有公路、仓库、钢筋、木材加工、混凝土系统及水、电、通讯、照明系统和住宿生活设施等,占地面积6480m2,建筑面积2630m2。 石料场区布置于石料场附近,主要设施为生活区和炸药仓库,设有风、水、电、照明和砂石料加工系统,占地面积2500m2,建筑面积300m2。 1.6.6 施工进度及工期 根据本次除险加固工程的规模和施工场地条件,工程总工期定为10个月,即从第一年的10月至第二年7月。具体安排如下: 第一年10月至12月为施工准备期,主要完成10km水库进场公路整修、场内临时公路修建、场地平整、供电、供水设施建设,砂石料加工系统修建及生产生活用房建筑等。 第一年11月至第二年5月完成泄洪输水涵洞施工。 第二年3月至4月完成右涵洞闸门改善建、启闭机室建筑和洞内淤积物清除,该时段由左涵洞过流。 第一年11月至12月完成大坝清基和原坝体削坡,第二年1月至6月完成大坝加固回填和坝面护坡。 第二年1月至6月完成大坝和基础防渗灌浆施工。 第二年5月中旬对左涵洞进行封堵。 第二年7月完成坝顶路面及清场和扫尾工作。 根据上述进度安排,施工高峰人数408人,总工日11.9万工日。 1.7 水库淹没处理及工程永久占地 一、水库淹没 库区地形较缓,地质条件较好,水库经多年蓄水运行,库岸已基本稳定,不会产生土地浸没。但水库建成运行至今,库区淹没问题一直没有解决,高程1539.0m(正常蓄水位为1539.3m)以上左岸和库尾全是农田,右岸多为旱地,使水库蓄水受到限制,历年蓄水均未达到过正常蓄水位。本次除险加固设计维持原正常蓄水位1539.3m不变,根据电力部《水电工程水库淹没处理规划设计规范》DL/T5064—1996规定,淹没区设计洪水标准:耕地为P=50~50%,取P=50%,相应水位1540.52m,在此水位下淹没农田268亩,其中水田188亩,旱地80亩。库区周边居住的农户及学校位置均高于校核洪水位,水库除险加固后不存在移民及搬迁问题。 根据有关规定,除险加固工程不进行淹没投资补偿,因此,应由鲁甸县政府采取其他方法和途径解决,库区淹没补偿费不计入本次除险加固工程设计总投资中。 二、工程永久占地 本次拦河坝下游坝坡加固没有占及耕地,新建泄洪输水隧洞占用果林0.41亩、旱地 0.43亩,必须征用。 1.8 工程管理 水库管理所位于坝址左岸,水库除险加固后,水库管理机构设置为水库工程管理所(包括灌区管理),属事业单位企业管理,隶属于鲁甸县水务局领导,水库管理采用专业管理与群众管理相结合;灌区管理采用承包责任制,主要采用季节性由受益区分段承包。 猫鼻子水库工程管理机构编制定员,参照云南省水利水电厅云水建管5000第5号文件精神,除险加固工程一般不增加人员的规定,水库管理所原有编制定员人数为5人,故水库管理所编制定员人数维持5人不变。 水库现管理范围为:主坝右坝肩40m至副坝左坝肩45m范围,库区高程1539.0m(正常蓄水位为1539.3m)以上左岸和库尾全是农田,右岸多为旱地,坝址下游全为水田,不满足规范要求。根据水利部发布的《水库工程管理设计规范》SL106-96规定,猫鼻子水库工程管理范围拟定为各建筑物外缘50m。 工程保护范围:工程保护范围在工程管理范围边界外延,主要建筑物为100m,一般建筑物50m定为工程保护范围,现库区1540.52m高程以下的188亩水田和80亩旱地必须征用为工程管理和保护范围。同时管理所应在管理范围和保护范围内搞好植树造林,在径流区内加强封山育林,做好水土保持工作。 水库管理所现有的生产用房及职工住房均为五十年代修建的土木结构,漏水严重,属于危房,须重新修建。现拟定水库管理所建筑面积共300m2。 1.9 环境保护设计 猫鼻子水库的功能是以灌溉为主,兼有下游农田和村镇的防洪。水库运行已四十余年,库区周围植被及生态环境保护较差,属轻度水土流失区,本工程整治水土流失的有效措施是林草措施与工程措施相结合,根据实际情况,在遭扰动原地面进行场地平整、迹地恢复、护坡砌级等工程措施的基础上,进行植树种草,并同水保措施相协调,搞好工程环境的绿化工作。绿化布局重点考虑采料场、弃碴场、枢纽区周围遭破坏地段。此次除险加固设计,对区域生态影响甚微,水质不会受到影响。 从环境保护的角度来看,有利的影响是主要的,不利的影响是次要的,只要采取合理的施工作业方法,并搞好水土保持和生态恢复工作,水库除险加固对当地环境的不利影响是可以得到减免和消除的。除险加固后,水库将正常发挥其应有的效益,促进当地农业和农村经济的发展,对社会效益、经济效益和环境效益都是十分有利的。 1.10 设计概算 根据国家和云南省有关部门颁发的工程概算现行有关文件规定,猫鼻子水库除险加固初步设计概算总投资为1195.68万元,其中:建筑工程1002.40万元, 机电设备及安装工程7.17万元,金属结构设备及安装工程28.40万元,临时工程7.12万元,其它费用93.65万元,预备费56.94万元。 1.11 经济评价 一、国民经济评价 猫鼻子水库经济评价的依据有《水利建设项目经济评价规范》(SL72-94)以及鲁甸县有关水费征收办法等文件,投入和产出按2003年10月现行价格水平。 猫鼻子水库是以灌溉为主,兼有下游农田和村镇防洪的综合利用水库,其直接经济效益主要为农业灌溉386.4万元。国民经济评价中的投资按工程总投资扣除税金、计划利润等属于国民经济内部转移的部份。主要评价指标如表1.3。 国民经济评价指标表 表1.3 评价指标 指标值 经济净现值(万元,Ic=12%) 1509.62 经济内部收益率 26.14 经济效益费用比 2.18 从上表可看出,项目经济内部收益率大于12%,经济净现值大于零,经济效益费用比大于1.0,各项指标均满足《规范》要求。所以该项目在经济上是可行的。 二、财务评价 本项目经财务分析,当供水水价取供水成本水价0.10元/m3时,评价指标不满足规范要求。当综合供水水价取0.25元/m3时,财务分析各项指标满足规范要求,因此,本项目建议供水水价为0.25元/m3,供上级有关部门参考。 综上所述,本工程是社会效益显著的工程,为经济上合理,财务上可行的建设项目,建议尽早实施。 1.12 结论及今后工作建议 一、结论 猫鼻子水库的功能是以灌溉为主,兼有下游农田和村镇的防洪,灌区分布于下游沿河两岸,光热条件优越,适宜种植水稻、玉米、花生、豆类、小麦等粮食作物和蔬菜、甘蔗、烤烟、亚热带水果等经济作物,但由于春耕时节干旱少雨,旱情严重,加之水库病害严重,历年限制蓄水量,水库工程的效益远远没有发挥出来。 水库下游15km为铁厂乡政府所在地,水库一旦失事,将直接威胁下游14个村寨10000余人的生命财产安全,对下游16000亩农田将造成毁灭性破坏,其经济损失和政治影响是不可估量的,因此,猫鼻子水库的安全性具有十分重要的意义。 为保障水库效益的正常发挥及下游国家和人民的生命财产安全,对猫鼻子水库进行除险加固是十分迫切和必要的。 二、今后工作建议 ⑴做好拦河坝灌浆试验,以确定灌浆参数。 ⑵做好碾压试验,确定施工参数。 猫鼻子水库除险加固主要工程量表 表1.4 序号 项 目 单位 主 坝 副坝 泄洪输水隧洞 右涵洞加固 合计 1 土石方明挖 m3 24040 2821 3098 29959 2 土石方洞挖 m3 666 666 3 土石方井挖 m3 503 503 4 开挖料回填 m3 210 210 5 块石护坡翻砌 m3 481 481 6 C15砼预制块 m3 827 827 7 C15砼 m3 82 9 91 8 C50砼 m3 705 15 750 9 C50喷砼 m3 58 58 10 M7.5浆砌石 m3 63 24 194 281 11 棱体堆石 m3 8101 344 8445 12 下游反滤过渡层 m3 4587 210 4797 13 砂、石垫层 m3 4122 868 4990 14 干砌块石 m3 1831 243 5074 15 坝顶泥结石路面 m2 1543 721 2264 16 下游框格草皮护坡 m2 5581 1602 7183 17 钢筋 t 38 38 18 钢支撑 t 16 16 19 帷幕灌浆钻孔 m 13923 1787 15710 50 帷幕灌浆 m 9238 1446 10683 21 充填灌浆 m 3343 257 3600 22 回填灌浆 m2 376 376 23 固结灌浆 m 98 98 24 金属结构 t 18 2 50 25 启闭机 台 QP-160KN-15m二台每台 容量10T手电螺杆式启闭机一台 3 26 闸门 道 2 1 3 27 启闭室建筑面积 m2 55 30 85 28 拦污栅 t 1 1 工 程 特 性 表 表1.5 序 号 及 名 称 单 位 数 量 备 注 加固前 加固后 一、水文 1、坝址以上流域面积 Km2 26.8 26.8 2、主河道长 Km 7.1 7.1 3、利用的水文系列年限 年 44 1958~5002 4、多年平均降水量 mm 1012.5 1012.5 5、多年平均蒸发量 万m3 1125 1125 6、代表性流量 设计洪水标准及流量 m3/s 95.1 P=3.33% 校核洪水标准及流量 m3/s 140 P=0.33% 7、洪量 设计洪水洪量W24 万m3 217 P=3.33% 校核洪水洪量W24 万m3 325 P=0.33% 8、泥沙 多年平均年输沙量 万吨 1.145 二、水库 1、水库水位 校核洪水位 m 1541.2 1541.5 设计洪水位 m 1540.7 1540.79 正常蓄水位 m 1539.3 1539.3 死水位 m 1533.159 1535.0 2、正常蓄水位时水库面积 万m2 104.8 3、水库容积 总库容 万m3 830 630 校核洪水位以下库容 工 程 特 性 表 续上表 序 号 及 名 称 单位 数 量 备 注 加固前 加固后 正常蓄水位以下库容 万m3 506 330 兴利库容 万m3 476 310 死库容 万m3 30 50 4、调节特性 年调节 三、下泄流量 1、设计洪水位时最大下泄流量 m3/s 2.79 2.79 2、校核洪水位时最大下泄流量 m3/s 2.79 2.79 四、工程效益 保证率 % 80 80 灌溉面积 万亩 0.26 1.6 最大供水流量 m3/s 0.5 1.5 多年平均供水量 万m3 156 640 五、主要建筑物 1、拦河坝 (1)主坝 型式: 均质土坝 地基特性 白云质灰岩夹泥灰岩 地震基本烈度/设防烈度 度 6/6 6/6 坝顶高程 M 1543.97 1544.0 最大坝高 M 15.5 15.5 坝顶长度 M 334 334 坝顶宽度 M 5.0 5.0 (2)副坝 型式 均质土坝 工 程 特 性 表 续上表 序 号 及 名 称 单位 数 量 备 注 加固前 加固后 地基特性 白云质灰岩夹泥灰岩 坝顶高程 m 1544.88 1544.0 最大坝高 m 7.6 6.72 坝顶长度 m 123 116 坝顶宽度 m 3.0 6.5 2.泄洪输水隧洞 竖井式无压隧洞 地基特性 白云质灰岩夹泥灰岩 进口高程 m 1534.8 新建项目 全长 m 115.46 设计流量 m3/s 2.79 有压方洞长/底坡 m 35.46/0.01 1.6×1.6方形 无压洞长/底坡 m 50/0.01 B×h=1.5×1.8 ,圆拱高0.75m 闸门型式 m×m 1.2×1.2 潜没式平面钢闸门 启闭机型式 台 2 QP- 80KN- 12m 卷扬机 六、工程投资概算 工程总投资 万元 1195.68 其中:建筑工程 万元 1002.40 机电设备及安装工程 万元 7.17 金属结构设备及安装工程 万元 28.40 临时工程 万元 7.12 其它费用 万元 93.65 基本预备费 万元 56.94 工 程 特 性 表 续上表 序 号 及 名 称 单位 数 量 备 注 加固前 加固后 七、经济评价 经济净现值 万元 1509.62 经济内部收益率 % 26.14 经济效益费用比 2.18 财务内部收益率 % 7.07 财务净现值 万元 8.15 供水成本 元/m3 0.1 供水水价 元/m3 0.25 单位库容投资 元/m3 1.9 2 水文 2.1 流域工程概况 2.1.1 流域自然地理条件 猫鼻子水库位于龙树河上游右岸一级支流上, 流域水系分布见图1。 水库坝址以上控制径流面积26.8km2,其中有3.9km2为封闭区,其出流是通过地下缓慢流入河道而进入水库,洪水计算时可不考虑,实际产洪面积按22.9km2计。坝址至最远分水岭河长7.1km,河道平均比降3.7‰,流域平均高程1640m。 2.1.2 气象条件 水库流域多年平均降雨量为1012.5 mm,年最多降雨量为1219.7 mm,年最少降雨量为670.9 mm。多年平均气温16℃左右,极端最高气温达33.2℃,最冷月为1月,极端最低气温为-7.8℃,无霜期302天,多年平均蒸发量1125.0mm,多年平均最大风速22m/s,历年最大风速24m/s,最多风向为西北风。 2.1.3 水库工程特性 猫鼻子水库是以灌溉为主,兼有下游村镇及农田防洪的水库,为完全年调节水库。建于1958年,原设计总库容830万m3,其中死库容30万m3,兴利库容476万m3。正常蓄水位1539.3m,设计洪水位1540.2m,校核洪水位1540.7m。实测主坝坝顶平均高程主坝为1543.97m,副坝为1544.88m,均为均质土坝。 2.1.4 上游水利工程情况 猫鼻子水库上游建成小㈠、小㈡型水库共5座,兴利库容为194万m3,控制径流面积13.2km2。上游众多小型水库在常遇洪水时对下游猫鼻子水库的峰、量有一定削减作用,但稀遇洪水时,由于其防洪标准大多低于猫鼻子水库,反而对下游造成更大的威胁(如溃坝情况),故本次初设不考虑上游水库的削减作用。 2.2 暴雨洪水特性 据鲁甸站1、6、24h时段暴雨资料统计(见表2.1),暴雨多发生在6~8月,具有明显的季节性,以24h暴雨出现频次统计为例,6~8月占总次数的72.2%,5月和9月分别为9.3%和11.6%,4月、10月和11月占6.9%。24h暴雨多年平均值为78.7mm,最大24h点暴雨量达163.6mm(1983年10月24日)。 从统计频次可以看出,每年4月后,太平洋副热带天气系统逐步北移,开始出现大雨和洪水,6~9月东南、西南暖湿气流强盛,加之高空西风槽,低涡活跃,地面低压锋系出现频繁暴雨强度大,历时短,一般10h左右,10月有少数年份也出现阻塞性暴雨,如1983年10月24日,10月份以后,西风带南支急流开始建立,副热带天气系统减弱南撤,降雨强度明显减弱。 受气候条件影响,本地区洪水来源暴雨,洪水发生时间和频次与暴雨一致,洪水过程因流域小等因素,沿程坦化不显著,大洪水过程陡涨缓落,多呈单峰偏态型,洪水历时一般在30h以内。 综上所述,本流域暴雨洪水在4~11月均有发生,但出现机率以6~8月居多,较滇中等地出现在7~9月,时间上有所提前,而汛期末的10月下旬仍有较大暴雨发生,因此,应解决好汛期末蓄水与防洪的矛盾。根据本流域暴雨洪水特性,结合设计流域为小汇水面积,河流短等特点综合分析,确定猫鼻子水库设计洪水历时为24h。 鲁甸站各月暴雨出现频次统计表 表2.1 月 份 项 目 4 5 6 7 8 9 10 11 合计 1h 出现频次 4 12 10 14 2 1 43 占总次数的百分比(%) 9.3 27.9 32.3 32.6 4.6 2.3 100 6h 出现频次 1 5 12 8 10 5 2 43 占总次数的百分比(%) 2.3 11.6 27.9 18.6 23.3 11.6 4.7 100 24h 出现频次 1 4 11 10 10 5 1 1 43 占总次数的百分比(%) 2.3 9.3 25.6 23.3 23.3 11.3 2.3 2.3 100 2.3 基本资料及资料处理 2.3.1 基本资料 水库及邻近流域无实测洪水资料,本次收集了鲁甸县气象站1958~2002年的1、6、24h时段暴雨资料,在安全鉴定阶段的基础上增补了2001和2002年各时段暴雨资料。该站为国家基本站,观测项目有降水、蒸发、风速、风向等,观测设施完备,人员素质较高,多为专业技术人员;观测的资料可靠,成果精度较高,可作为本次水文复核的依据站资料。 2.3.2 资料的处理 鲁甸气象站是昭通市最早建立的气象站之一,资料观测符合国家规范要求,资料具有连续性、一致性。主汛期资料系列中具有163.6mm、138.8mm的大暴雨,具有一定的代表性。该站因无漏测以及邻近地区没有比该站长的暴雨资料系列,故本次对该站资料系列不作查补延长。 鲁甸气象站海拔高程1580m,猫鼻子水库径流区平均海拔高程1640m、相差仅60m,从《云南省暴雨洪水查算手册》(简称《手册》,下同)说明书中看,滇东南地区24h暴雨均值随高程变化每增高100m,雨量增加2~3mm,按两地高差60m订正大致雨量增加1.5mm左右,订正与否对水库设计洪水基本无影响,而且《手册》中所指范围较大,在等值线图中两者暴雨量已无区别,同时又无邻近地区资料证明,故不作高程订正。 2.4 设计洪水计算 2.4.1 洪水计算方法及标准 工程区无实测洪水资料,《手册》适用于小型水利水电工程的初步设计阶段的洪水计算,故本次初设采用《手册》法进行设计洪水计算。 根据GB50501-91《防洪标准》,猫鼻子水库为小⑴型水库,其非常运用洪水标准为300年一遇,正常运用洪水标准为30年一遇,消能防冲建筑物洪水标准为50年一遇。 2.4.2 设计暴雨及其分配 (1)设计暴雨量 从目前资料条件而言,设计暴雨统计参数可分别采用鲁甸气象站和查《暴雨手册》确定,经分析比较后取较合理者。从《暴雨手册》附图中查得猫鼻子水库1、6、24h暴雨均值分别为H1=35mm、H6=55mm、H24=75mm,Cv值分别为Cv1=0.37、Cv6=0.35、Cv24=0.35;根据鲁甸气象站1958~2002年最大1、6、24h暴雨系列进行频率计算,用P—Ⅲ型线型适线确定统计参数(见图2),1、6、24h暴雨均值分别为H1=35.2mm、H6=55.7mm、H24=78.7m,Cv值分别为Cv1=0.4、Cv6=0.39、Cv24=0.39。从两个途径计算或查算结果可看出,各时段暴雨量均值较为接近,但各时段暴雨Cv值实测值大于查图值。水库距鲁甸站仅50km,两地高差也仅相差60m,无大的地形变化;气候条件,产生暴雨的天气系统均一致,同时由于编制《手册》较早,所使用的雨量资料年限截止到1979年,系列较短,而且资料年限有30年以上的站点偏少等因素,也要求增加实测暴雨资料订正查图值,故本次采用鲁甸站实测资料计算的暴雨及参数作为水库洪水的计算依据。各时段暴雨量及统计参数见表2.2。 各时段设计暴雨计算表 表2.2 名称 项目 统 计 参 数 频 率% 均值 Cv Cs/Cv 0.1 0.2 0.33 0.5 1 2 3.33 5 1h 35.2 0.4 3.5 107 99.3 93.6 89.1 81.2 73.3 67.3 62.5 6h 55.7 0.39 3.5 165 153 145 138 126 114 105 97.6 24h 78.7 0.39 3.5 234 217 505 195 178 161 148 138 (2)设计暴雨时程分配 经对鲁甸气象站汛期24h暴雨量在100mm以上的一次降雨过程资料进行统计分析,其1h、6h暴雨量占24h暴雨量的百分比分别为42.6%和64.7%(多年平均情况),而《手册》中暴雨分区概化的时程分配过程1h、6h暴雨占24h暴雨量的百分比为45.1%和69.9%,较鲁甸气象站实测统计值更为集中,从水库防洪安全角度考虑,《手册》中的分配较为恶劣,加之鲁甸气象站一次降雨量在100mm以上的暴雨资料有限,以及无邻近地区长系列站点作参证分析,因此,本次采用《手册》概化的本区分配过程,其分配过程详见表2.3。 表2.3 猫鼻子水库设计暴雨分配过程 时 间 (h) 项 目 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 50 21 22 23 24 P=0.2% Hp 95.6 17.9 11.9 8.6 8.1 6.0 5.4 5.3 5.0 4.6 4.2 3.9 3.7 3.4 3.5 3.0 2.8 3 3 2.5 2.5 2.4 2.4 2.2 分配过程 2.2 2.4 2.4 2.5 3.0 3.6 3.9 4.2 4.6 5.0 5.3 5.4 95.6 17.9 11.9 8.6 8.1 6.0 3.7 3.4 3.5 3.0 3 2.8 占24h百分比 1.04 1.13 1.13 1.18 1.41 1.7 1.84 1.98 2.17 2.36 2.5 2.55 45.1 8.44 5.61 4.06 3.82 2.83 1.75 1.60 1.65 1.42 1.42 1.31 P=3.33% Hp 64.8 12.4 8.4 6.4 5.3 4.7 3.9 3.6 3.4 3.1 2.8 2.7 2.4 2.4 2.2 2.0 2.1 1.9 1.8 1.8 1.8 1.6 1.5 1.6 分配过程 1.5 1.6 1.6 1.8 1.8 1.8 2.7 2.8 3.1 3.4 3.6 3.9 64.8 12.4 8.4 6.4 5.3 4.7 2.4 2.4 2.2 2.1 2.0 1..9 占24h百分比 1.04 1.11 1.11 1.24 1.24 1.24 1.87 1.94 2.15 2.35 2.49 2.71 44.8 8.58 5.81 4.43 3.66 3.25 1.66 1.66 1.52 1.45 1.38 1.31 2.4.3 设计洪水 首先根据五万分之一地形图上量算猫鼻子水库流域地理特征值,其径流面积F=22.9km2(实际),河道长7.1km,河床平均比降3.7‰。在《云南省暴雨洪水查算实用手册》附图中查得其暴雨、产流、汇流分区号分别为10、3、3,得产流参数:设计流域前期土壤最大含水量Wm=100mm,设计洪水前期土壤含水量W0=82mm,则初损量W0=Wm-W0=18mm、稳渗fc=2.2mm/h、降雨径流不平衡水量修正值△R=10mm;汇流系数Cm=0.4、Cn=0.65。根据《手册》概化分配降雨过程逐时段扣除初损量、稳渗、不平衡水量,得设计净雨过程。再由汇流系数Cm、Cn值,按下列各式求得n、k值: m1=Cm?F0.262?J-0.171?B-0.476? n=Cn?F0.161 K=m1/n 用n、t/k查纳希瞬时单位线s(t)曲线表,求得瞬时单位线,并将该单位线错开△t=1h相减得时段单位线,与设计净雨过程分别逐一相乘,累加后得地面径流深过程,地面径流深过程与转换系数C相乘转换为全流域的设计洪水地面径流过程,将基流、潜层流回加后得设计洪水过程线。上述参数输入计算机后计算得猫鼻子水库峰量及洪水过程,各频率的设计洪水成果见表2.4。洪水过程见表2.5及图3。 猫鼻子水库各频率洪水成果统计表 表2.4 频率峰 量 0.1% 0.2% 0.33% 0.5% 1% 2% 3.33% 5% 10% 50% 洪峰Qm(m3/s) 162 149 140 132 119 105 95.1 86.5 73.2 60.0 洪量W24(万m3) 382 348 325 306 256 243 217 195 160 127 鲁甸猫鼻子水库洪水过程表 表2.5 频率 时间(h) 0.10% 0.50% 0.33% 0.50% 1% 2% 3.33% 1 5.73 4.73 3.86 2.42 1.84 0.62 0.61 2 8.38 6.98 5.89 4.43 3.33 1.56 0.87 3 11.2 9.45 8.15 6.66 5.1 2.87 1.59 4 14.35 12.3 10.8 9.21 7.24 4.59 2.8 5 162 149 140 132 119 105 95.1 6 156 144 135 127 115 102 91.4 7 136 125 117 111 89.5 87.6 78.5 8 114 105 98.2 92.7 83.2 72.9 64.9 9 94.9 87 81.3 76.6 68.5 59.6 52.7 10 78.3 71.6 66.8 62.8 55.9 48.2 42.1 11 60.9 55.4 51.4 48.2 42.6 36.8 32.2 12 47.3 42.8 39.5 36.9 32.6 28.2 24.7 13 36.8 33 30.3 28.2 25 21.7 19.1 14 28.8 25.5 23.3 21.8 19.4 17 15 15 22.5 19.7 18.1 17 15.3 13.4 11.9 16 17.8 15.6 14.3 13.6 12.4 10.9 9.77 17 14.1 12.4 11.5 11 10.1 9.06 8.15 18 11.3 10.1 9.42 9.06 8.5 7.7 6.98 19 9.22 8.37 7.92 7.7 7.35 6.73 6.16 50 7.73 7.15 6.84 6.73 6.54 6.06 5.59 21 6.67 6.29 6.08 6.05 5.98 5.61 5.21 22 5.91 5.68 5.55 5.58 5.6 5.31 4.97 23 5.38 5.27 5.19 5.28 5.37 5.14 4.83 24 5.03 5 4.97 5.1 5.24 5.06 4.77 2.4.4 洪水成果的合理性检查 设计洪水成果合理性检查从如下几方面进行:第一,从暴雨方面看,基本资料可靠,1、6、24h暴雨量频率曲线点线配合较好,各线互不相交,间距合理。其统计参数根据《龙树河流域规划》Cv值介于0.35~0.4之间,而鲁甸气象站为0.39和0.4,符合该区域规律。第二,与邻近地区工程成果比较,流域的形状系数,两地大至相等,两地洪水的影响不大,洪量模数两地略有差异,但属同一量级,按理猫鼻子水库径流面积大,对暴雨点面折减也大,究其原因,主要是两地设计所使用的暴雨系列不一致的影响,其次,两地下垫面也有一定差异,致使洪量模数稍有差异,这是符合实际的。第四,与安鉴成果对比(见表2.7),由于两阶段采用同一暴雨系列(本阶段仅增加2001、2002年),统计参数变化不大,因此,无论是洪峰流量还是24h洪量相差不大。经比较分析认为,本阶段洪水成果可作为设计依据。 邻近水库洪水成果比较表(P=0.33%) 表2.6 项 目 水库名 径流面积 F (km) 河 长 L (km) 河道比降 i 流域形状 系 数 F/L2 洪峰模数 Q/F2/3 洪量模数 W/F 猫鼻子水库 22.9 7.1 0.0037 0.454 17.2 14.2 马街水库 7.6 4.3 0.0599 0.411 22.4 13.8 猫鼻子水库初设、安鉴阶段设计洪水成果比较表 表2.7 阶 段 项 目 设计值 0.2% 2% 初设 洪峰流量(m3/s) 149 105 24h洪量(万m3) 348 243 安鉴 洪峰流量(m3/s) 142 104 24h洪量(万m3) 342 248 2.5 枯期洪水 2.5.1 分期时段划分 根据设计流域附近的鲁甸气象站降雨量分析,本地区自5月份降雨量明显增大而进入汛期,10月份汛期结束。由历年月旬平均、年旬平均降雨过程图(图略)可知,在5~10月间,降雨过程虽然起伏波动大,但总趋势呈双峰变化明显,即自5月中旬后降雨量增大,至6月底或7月初为最高峰,其后大气环流影响,出现短暂伏旱,降雨量减小,至9月下旬为低谷,受地形影响,10月份一般都出现一定量级降雨,个别还出现阻塞性暴雨天气过程,降雨量有所增大,11月份以后,西风带南支急流建立,副热带天气系统南退,降雨量逐渐减小,直至汛期结束。因此,从降雨季节变化情况看,6~9月底为主汛期,10~11月底为汛后期,12月初至次年4月底为枯期。 根据洪水资料统计,年最大洪水最早发生于6月上旬(如1974、1975年),最迟在10月上旬(如1983年),出现次数最多在8月(共18次),其次在7月(共12次),由洪峰流量散布图(见图4)中外包线可看出,变化趋势与旬降雨过程基本相同,即5月下旬后开始出现洪水,量级逐渐增大,在6~8月期间为最大,9月下旬后量级相对减小,呈一低谷,10月又增加,但量级一般小于8月份以前的洪水,11月以后逐渐减小,直至汛期结束。 综上所述,本地区降雨、洪水在9月前后段无论从暴雨成因、量级,还是洪水出现频次都有显著差异,因此,根据气候成因及洪水年内变化规律,按其时间可划分为:主汛期(6月初~9月底),汛后期(10月初~11月底)和枯水期(12月初~次年4月底);按季节可划分为:夏汛和秋汛洪水。根据水库工程规模、特性以及工程施工设计需要,本次提供分期洪水为枯期洪水。 2.5.2 枯期洪水推求 猫鼻子水库无枯期洪水资料,径流面积F=2473km2,本次依据其枯期洪水与年洪水的比值系数推求猫鼻子水库枯期洪水。经对鲁甸站枯期洪水逐年最大值选择,并对其系列进行频率计算,得其枯期设计频率洪水(见表2.8)。枯期洪水与年洪水的比值系数及猫鼻子水库枯期洪水成果见表2.8。 邻近水库洪水成果比较表 表2.8 库站名 频 率(%) 项 目 5 10 50 西 洋 街 站 年 值 QP(m3/s) 729 603 476 W日(万m3) 614 517 416 枯 期 QP(m3/s) 116 70.9 36.5 W日(万m3) 166 129 93.2 洪峰比值系数 0.159 0.118 0.077 洪量比值系数 0.27 0.25 0.224 黄泥寨 水 库 枯期QP(m3/s) 13.8 8.64 4.62 枯期W24(万m3) 52.7 40.0 28.4 2.5.3 枯期洪水过程线 参照《云南省暴雨洪水查算手册》计算的常遇洪水过程线,以枯期、设计洪水的峰、量作控制进行缩放,各频率枯期洪水过程线见表2.9。 2.6 泥沙估算 根据2000年8月“云南省土壤侵蚀图”查算得其侵蚀模数为500t/km2,为微度侵蚀区。计算泥沙的径流面积按22.9km2计,则其年输沙量为500×22.9=1.145万t,折合年淤沙体积为1.145/1.35=0.85万m3。水库从1962年起算至2002年共41年淤沙库容为34/41=0.83万m3/年,与侵蚀图计算值相近。故本次采用侵蚀图计算值作为设计泥沙量。水库按运行50年计算,则淤沙体积V淤=0.85×50=17万m3。对应新库容曲线的高程为1534.8m。 鲁甸猫鼻子水库枯期洪水过程 表2.9 频 率 时间(h) 5% 10% 50% 1 2.98 2.69 2.46 2 3.23 2.8 2.58 3 13.8 8.64 4.62 4 12.9 8.33 4.56 5 11.4 7.63 4.3 6 9.9 6.9 4.08 7 8.71 6.24 3.89 8 7.7 5.63 3.7 9 6.9 5.1 3.51 10 6.13 4.68 3.35 11 5.56 4.33 3.21 12 5.18 4.11 3.11 13 4.81 3.89 3.04 14 4.57 3.75 2.99 15 4.39 3.66 2.96 16 4.28 3.61 2.94 17 4.21 3.59 2.94 18 4.19 3.6 2.93 19 4.21 3.64 2.94 50 4.22 3.63 2.94 21 4.25 3.68 2.96 22 4.27 3.67 2.96 23 4.28 3.66 2.99 24 4.29 3.65 2.99 3 工程地质 3.1 工程概况 本次地质勘察在安全鉴定工作的基础上,布置钻孔4个,总进尺121m,探坑14个,进尺44m,并结合水文地质试验及岩土试验等,进一步查明水库大坝及其他主要水工建筑物的工程地质条件及工程病害,提出对大坝除险加固处理的建议性方案、有关地质参数等。 本阶段工程地质勘察的任务: (1)查明坝体、坝基、坝肩的工程地质条件,并对其安全稳定性进行复核评价。 (2)对左右涵洞、溢洪道运行现状及其安全性进行评价。 (3)对拟建输水隧洞及溢洪道的地质条件进行勘察评价。 (4)分析评价坝体质量及其稳定性,并提出大坝除险加固的处理方案,为设计提供有关地质资料。 (5)对除险加固工程所需的天然建筑材料进行调查,评价其质量、储量及开采条件。 本次勘察完成的主要实物工作量详见表3.1。 猫鼻子水库初设阶段地勘工作量 表3.1 工 作 内 容 单位 数量 备 注 1、工程地质测绘 枢纽区工程地质测绘 km2 0.3 表中不包括安鉴阶段完成的工作量 2、工程地质勘探 钻探 m 121m 探井 m 43m 3、原位测试 钻孔 次 8 4、现场注、压水试验 钻孔 段 18 探井 次 14 5、现场击实试验 扰动样 组 12 6、室内中三轴试验 原状样 组 4 7、室内直剪试验 原状样 组 14 8、室内常规试验 原状样 组 18 3.2 区域地质概况 3.2.1 地层岩性 猫鼻子水库径流区和灌区范围主要出露地层为中三叠统个旧组一段(T2ga)及二段(T2gb)、下三叠统永宁镇组(T1y)、洗马塘组(T1x)、上二叠统吴家坪组(P2ω)、中石炭统威宁组(C2ω)、上石炭统马平组(C3m)、下石炭统董有组(C1dn)、大塘组(C1d)、上泥盆统(D3)、中泥盆统古木组(D2g)、下泥盆统芭蕉箐组(D1b)、坡脚组(D1p)、翠峰山组(D1c)。 (1)中三叠统个旧组一段(T2ga)和二段(T2gb)地层 个旧组一段及二段主要分布在水库库区及南西一带,岩性为深灰色、灰白色白云岩夹白云质灰岩,局部夹灰黄色泥质灰岩及泥灰岩,底部夹泥岩、泥质及硅质团块。 (2)下三叠统永宁镇组(T1y)和洗马塘组(T1x) 永宁镇组主要分布在猫鼻子水库上游及下游局部地带,分布范围不大,岩性为泥灰岩。洗马塘组零星分布于水库上下游及水库南部地带,岩性为灰色泥灰岩。 (3)上二叠统吴家坪组(P2ω) 吴家坪组主要分布于库区南部,岩性为灰色、灰白色灰岩。 (4)上石炭统马平组(C3m) 马平组主要分布在水库西南部及东南部局部地段,岩性为灰白色灰岩。 (5)中石炭统威宁组(C2ω) 威宁组主要零星分布于水库上游及下游附近的局部地段,岩性为灰岩、生物碎屑灰岩,局部夹白云岩及硅质灰岩。 (6)下石炭统董有组(C1dn)和大塘组(C1d) 董有组主要分布在水库西南部,岩性为结晶灰岩。大塘组零星分布于水库的南部地带,分布范围不大,岩性为灰色、灰白色灰岩、生物碎屑灰岩夹白云、硅土质页岩、硅质岩。 (7)上泥盆统(D3) 上泥盆统为鲕状灰岩、白云岩,主要分布在库区南西一带,分布范围不是很大。 (8)中泥盆统古木组(D2g) 中泥盆统古木组岩性为灰岩,主要分布于库区东南,大面积分布。 (9)下泥盆统芭蕉箐组(D1b)、坡脚组(D1p)、翠峰山组(D1c) 下泥盆统芭蕉箐组、坡脚组和翠峰山组零星分布于库区东南部,岩性分别为泥灰岩和白云岩、粉砂质泥岩、泥岩和粉砂岩、页岩和泥岩。 3.2.2 地质构造及地震 测区处于文山巨型环状旋扭构造带东翼。该区主要有呈帚形分布的五条断层通过,均为压扭性断层,其中F1经过水库坝址区, F2、F3分布在库区西南,离库区较近, F4、F5离库区较远。 根据1:400万《中国地震动参数区划图》(GB18306-5001),动峰值加速度为0.05g,该区地震基本烈度为Ⅵ度。 3.2.3 地貌及物理地质现象 测区为低中山构造剥蚀、侵蚀地貌,最高海拔高程为1737m,最低海拔为1494m,相对高差243m。区域地势西南高北东低,由于地层岩性、地质构造等关系,其地貌形态各有差异,碳酸盐岩广泛分布,但一般地形不连续,岩溶发育,以峰丛洼地为主,多见有落水洞、漏斗、溶槽等。非碳酸盐岩地区,地形较为完整,山顶多圆滑,山脊呈波状起伏,山坡坡度18~45o,老冲沟发育,新冲沟较少。 测区多为碳酸盐岩分布区,植被发育,沟谷切割不深,除岩溶作用强烈而偶然发生破碎岩石倒落坡脚及岩溶塌陷外,滑坡、泥石流不良物理地质现象基本上不发育。 3.2.4 水文地质概况 测区属亚热带气候,地处高原,气候湿润,四季气候不太分明,夏秋之交多雨。由于岩溶分布较广,山间盆地狭窄,地表径流往往通过岩溶溶洞深入地下形成伏流。沙松冲河为测区最低侵蚀基准面。测区地下水类型主要为碳酸盐岩类岩石中富含的岩溶水、各类基岩表层裂隙中富含的基岩裂隙水以及分布于河谷阶地及山麓低凹地带的第四系松散堆积层中含孔隙水。各类地下水都有独特的补给、径流及排泄系统。 3.3 库区地质 3.3.1 地层及构造 库区主要地层为中三叠统个旧组(T2g)、下三叠统永宁镇组(T1y)和洗马塘组(T1x)及中石炭统威宁组(C2ω)。个旧组分布于库区的大部分地区;永宁镇组分布西南部边缘;洗马塘组分布在近右岸部分;石炭系中统威宁组主要分布在库区右岸及近右岸地带。库区右岸及主坝地段有一条北东向的逆断层F1通过,向坝下游延伸,于右坝大山脚与另一条逆断层F3相交。F1断层为次生断裂,活动性不强,但库区及枢纽区断层附近的岩层由于受该断层的影响,岩体中裂隙发育,渗漏性增强,这对库坝渗漏及稳定产生较大的影响。库区南部岩层由于受F1的影响,产状较为凌乱,而北部产状则相对较为平稳,走向70~180°,倾向350~360°, 倾角10~50°。 3.3.2 地貌及不良物理地质现象 库区为低中山构造剥蚀、侵蚀地貌,溶蚀作用强烈,地形不完整,溶蚀残丘多见。库尾山顶高程1652~1640m,左岸山顶高程1645m,右岸山顶高程1622m。库区两岸坡度较缓,左岸坡度约15~30°,右岸坡度为10~50°。除左岸近副坝左坝肩地段因岩溶作用强烈,坡度较陡,岩石较为破碎,山体局部容易发生滚石外,基本上无崩塌、滑坡发生。库区范围内无大的冲沟发育,滑坡、泥石流等物理地质现象不发育。 3.3.3 水文地质条件 库区地表水系不太发育,无较大的新冲沟,水库补给来源主要为季节性大气降水补给。水库库盆为不规则的椭圆形洼地。水库四周除坝址区外,其它地方地下水位均高于库水位,地表水主要向水库排泄,再由水库向下游排泄。除枢纽区下游地形较低,且有F1断层从主坝坝基通过,贯穿水库上下游外,周围无低矮邻谷,也无溶洞和断层通向库外,因此,除枢纽区外,其余地方不存在库水向库外渗漏问题,水库经40余年的蓄水运行,未出现向库外邻谷渗漏现象,库区蓄水条件较好。 库区地下水主要为碳酸盐岩类岩溶水和松散岩类孔隙水。主坝左侧下游约100m处有岩溶泉水出露,实测泉流量达3L/s。泉水与库水位连通,随库水位的升高而增大。 3.3.4 库岸稳定和水库泥沙 水库库岸周边地形平缓,坡度约为10~50°,多为农田,无不良物理地质现象发育,岸坡稳定。但由于大量耕作,地表裸露,受雨水冲刷剥蚀较为严重,大量泥沙被带入库内,成为水库的淤积物,因此,水库淤积较严重。 3.4 枢纽区工程地质 3.4.1 地形地貌 枢纽区位于水库下游,中间被一剥蚀残丘分割成主、副坝两个部分。主坝近右坝肩部分库岸植被发育,物理地质现象不发育;副坝近左坝肩库岸植被较稀疏,岸坡基岩溶蚀强烈,岩石较为破碎,偶有灰岩孤石滚落。横亘于主、副坝间的残丘果木茂盛,山坡植被较好,不良物理地质现象不发育。 枢纽区为低中山剥蚀、侵蚀地貌。总体来说,物理地质现象不发育。 3.4.2 地层岩性及地质构造 3.4.2.1 地层岩性 枢纽区分布的地层为中三叠统个旧组一段(T2ga)、下三叠统永宁镇组(T1y)及中石炭统威宁组(C2ω)。个旧组一段分布于枢纽区副坝以及主坝大部分基础,岩性为白云岩及白云质灰岩,产状为350~360°∠10~40°。下三叠统永宁镇组及中石炭统威宁组分布于主坝右坝肩及库区近右岸部分,地层岩性分别为泥灰岩、灰岩。 3.4.2.2 地质构造 枢纽区主坝中部距右坝肩159 m处有一条近北东向压扭性逆断层F1通过,为次生逆断性质。该断裂自库区右岸向坝下延伸,于右侧大山脚与另一条逆断层F3相交。由于受该断层的影响,主坝左、右侧岩层产状较为凌乱,坝底基岩溶蚀裂隙及溶洞发育,坝基渗漏严重。 3.4.3 枢纽区水文地质及渗漏性评价 枢纽区坝基分布的岩、土层具三元结构,从上至下依次为冲洪积(Qapl)粘土、坡残积(Qedl)粘土和基岩(T2ga、C2ω)。根据钻孔中注、压水试验,将上述各岩、土层的水文地质及渗漏性评价如下: (1)冲洪积层(Qapl):主要分布于主、副坝中段坝基,大坝坝土置于该层之上。根据各钻孔压、注水试验资料,该层渗透系数主坝透水率q为31.0~31.4Lu,总体为中等透水层;副坝 q为42.0.0~191Lu,为中—强透水层。 (2)残坡积层(Qedl):该层分布于主、副坝近两坝肩及两坝肩部分,向坝中部尖灭,为建坝时清基不彻底遗留下来的松散堆积层。该层岩性为残坡积粘质土,含少量碎石及灰岩风化泥质团块。据钻孔注压水试验资料,其透水率q为33.0~843Lu ,为中—强等透水。 (3)基岩(T2ga)及(C2ω):枢纽区出露的基岩为中三叠统个旧组白云质灰岩、泥灰岩及白云岩、中石炭统威宁组灰岩。中石炭组灰岩与中三叠统白云质灰岩被断层F1于主坝中部分开,其中近右岸部分为威宁组灰岩,近左岸部分及副坝全为个旧组白云质灰岩、泥灰岩及白云岩。根据主、副坝各孔注压水资料,强风化基岩透水率为0.9~260Lu,变化较大,为弱—强透水层。主坝中部由于受断层F1的影响,溶蚀裂隙较为发育,溶洞也相对较多,因此,中部透水性相对较强,一般透水率q=33.0~260Lu。主、副坝弱风化基岩一般透水率都比较小,透水率q为0.2~5.6Lu,为弱透水。 根据勘察资料综合分析评价:强风化部分基岩及以上的冲洪积层、坡残积层及填土层为中—强透水层,局部为极强透水带(个别较大溶洞)。 3.4.4 枢纽区稳定性评价 3.4.4.1 岸坡及坝肩 (一)主坝左、右岸岸坡及坝肩 主坝左坝肩及左岸坡位于主副坝间剥蚀残丘的东南坡,该处出露岩性为中三叠统个旧组(T2ga)白云质灰岩夹泥灰岩,产状 350~360°∠10~40 °。 整个残丘由于泥灰岩含量较大,所以风化作用强烈,残坡积覆盖层较厚,基岩出露不好,仅丘顶局部出露灰黄色强风化泥灰岩。岸坡上残坡积堆积层覆盖较厚,坡度约5~50°,岸上植被发育。根据钻孔揭露,坝肩部分残坡积粘质土标贯击数一般为7~10击,为松散—稍密态;下伏基岩溶蚀裂隙发育,岩石破碎,但基本上比较稳定。自水库建成至今,左坝肩及其岸坡无不良物理地质现象发生。 右坝肩及右岸地层岩性为中石炭统威宁(C2ω)组灰岩。由于受压扭性逆断层F1的影响,岩石产状较为凌乱,溶蚀及风化严重。坝肩及其岸坡覆盖层较厚,约2~10m,岸坡植被良好,仅局部因植被被破坏而在雨季产生小型滑塌,但总体上稳定,物理地质现象不发育。 (二) 副坝左、右岸及坝肩 副坝左岸及坝肩出露地层为中三叠统个旧组灰黑色白云质灰岩,该处岩体主要发育两组裂隙,一组为顺层裂隙,另一组为垂直层面裂隙。裂隙产状分别为:①350°∠50~30°,张开2~50mm;②70°∠60~80°,闭合~微张,线密度1~10m/条;③300°∠70~85°,闭合~微张,线密度1~3m/条。由于溶蚀作用较为强烈,岸坡、坝肩岩石较为破碎,产状较为凌乱,岩层倒卧。岸坡坡度较陡,上下部分较陡,中部较缓。基岩裸露,呈倒卧状,第四系覆盖层较薄(<3m)。因岩层倒卧,岩石底部易被溶蚀而产生临空面,故不时有岩石滚落和撒落坡脚,但因岸坡及坝肩所在山丘已经被剥蚀得较为低矮平缓,所以总体说来,物理地质现象不太发育。 副坝右岸及右坝肩为主、副坝间剥蚀残丘的西北坡,该处地层岩性为中三叠统个旧组(T2ga)白云质灰岩夹泥灰岩。岸坡及坝肩部分第四系残坡积覆盖层较厚,约2~5m,植被发育,物理地质现象不发育。 3.4.4.2 坝基 根据钻探勘察结果,枢纽区坝基勘察深度范围内分布的岩层主要为第四系冲洪积粘土层(Qapl)、第四系残坡积粘质土层(Qedl)及中三叠统个旧组一段(T2ga)白云质灰岩、白云岩及泥灰岩、中石炭统威宁组(C2ω)灰岩。现将各岩土层的物理力学性质及稳定性分述如下: (一)主坝坝基 (1)冲洪积(Qapl)层:分布在坝体中部并向两侧尖灭,呈透镜状产出,其组成主要为红褐色、褐黄色含砾砂红粘土及次生红粘土,软塑,厚度约0~10m,渗透系数k为4.95×10-4~4.41×10-4cm/s,为中等透水层。根据土工试验资料,该层抗剪强度Φ为18.4°,C为31.8KPa 。 (2)残坡积层(Qedl): 分布在主坝近坝肩部分并向中部尖灭,厚度一般为0.5~14 m,其组成主要为紫红色及黄褐色含碎石红粘土,松散—稍密,渗透系数k为1.23×10-2~6.42×10-4cm/s,为中—强透水层。据土工试验资料,该层抗剪强度较低,Ф为14.5°,C为29.2KPa。坝体易沿该层较软弱部位向下游滑移。 (3)基岩(T2ga)及(C2ω):中三叠统个旧组白云质灰岩、泥灰岩及中石炭统威宁组灰岩。中三叠统个旧组白云质灰岩、泥灰岩主要分布在主坝F1断层近左坝肩一侧。一般为中厚层状,结晶结构,裂隙发育,裂面倾角一般为40~85°。由于受逆断层F1影响,部分溶蚀裂隙及小型溶洞较为发育,裂隙多为微张—张状,岩芯较为破碎,透水率较大,可达156Lu。中石炭统威宁组灰岩主要分布在F1断层近右坝肩一侧。一般为中厚层状,结晶结构,裂隙发育,多呈微张—闭合状,局部为张性,多为中—陡倾角。近F1断层附近裂隙及小溶洞发育,裂隙面上多有碳酸盐岩脉充填,透水性较强,为中~强透水,透水率q可达 433Lu。 钻进中遇小溶洞时未出现掉钻现象,也未听到流水声,但岩芯较为破碎,多呈碎块状,局部充填粘土和淤泥。 (二)副坝坝基 (1)冲洪积(Qapl)层:分布在坝体中部并向两侧尖灭,呈透镜状产出,其组成主要为红褐色、褐黄色含砾砂红粘土及次生红粘土,软塑,厚度约0~8.5m,渗透系数k为2.33×10-3cm/s,为中等透水层。 (2)残坡积层(Qedl): 分布在副坝近坝肩部分并向中部尖灭,厚度一般为0~5 m,其组成主要为紫红色及黄褐色含碎石红粘土组成,松散—稍密,渗透系数k为5.53×10-2~6.44×10-4cm/s,为中—强透水层。 (3)基岩(T2ga):中三叠统个旧组白云质灰岩、泥灰岩。该处白云质灰岩、泥灰岩一般为中厚层状,结晶结构。岩体裂隙发育,裂面倾角一般为60~80°,岩石中水蚀小溶槽较为发育,局部发育小溶洞,透水率q为0.3~530Lu。 3.4.5 输水涵洞工程地质条件及稳定性评价 3.4.5.1 概况 输水涵洞分为左涵及右涵,左涵位于主坝近左坝肩部位,右涵位于主坝近右坝肩部位。现根据洞内巡视检查分别对两涵洞运行现状进行评述。 左涵洞为浆砌料石坝下无压涵洞,在洞内巡视检查共发现5处较大的滴水点:①距出口15.5m洞壁,流量约5~10mL/s;②距出口23m洞顶,流量1~5mL/s;③距出口24.5m洞壁,渗漏量2~10mL/s,当库水位升高时,流量随之增大;④距出口30m洞顶,渗漏量约2~5mL/s;⑤闸门处,渗漏量约250mL/s,该处为洞内渗漏量最大的部位。由于涵洞支砌石料为白云岩及白云质灰岩,涵洞渗水部位钙化程度较深,距出口50~30m段洞顶挂落2~5cm的钙化钟乳。 右涵洞为浆砌料石坝下无压涵洞,在本次洞内巡视检查中,除闸门处渗漏严重外(渗漏量约3~5L/s),没有发现较大的渗漏情况,只有少量的滴水点。洞内无变形、开裂情况。出口至洞内30m段,淤积严重,淤积物多含碎、块石粘土,厚度约30~40cm,局部可达50cm。洞出口有大量砂砾石及块石、卵石堆积。 3.4.5.2 基本地质条件 左涵洞下伏基岩地层岩性为中三叠统个旧组(T2ga)白云质灰岩,结晶结构,中厚层状,溶蚀裂隙发育,裂隙倾角一般为60~85°,裂隙面多被铁泥质充填浸染,裂隙中多见方解石及白云石岩脉。尽管裂隙发育,透水性较强,但无大的溶洞发育,岩体总体稳定性好。 右涵洞地层岩性为中石炭统威宁组(C2ω)灰岩,颜色为灰色、灰白色,结晶结构,中厚层状,裂隙较为发育,多为陡倾角节理,呈闭合至微张状,裂面水蚀痕迹明显,局部岩石较破碎。尽管裂隙较为发育,透水性较大,但无大的溶洞发育,岩体总体稳定性好,基本能满足涵洞承载力要求。 3.4.5.3 工程地质评述 从目前来看,虽然洞口边坡基本稳定,输水涵洞左涵及右涵地基岩体总体稳定性好,基本能满足涵洞承载力要求,但由于涵洞离坝肩较远,其左右及上部主要为坝体填筑土,受土压力和水压力的作用较大,因而对涵洞稳定有一定的不利影响。总的看来,右涵洞渗漏不严重,无变形、开裂现象,总体质量比左涵洞好。 3.4.6 拟建输水隧洞工程地质评价 3.4.6.1 基本地质条件 拟建输水隧洞位于主坝左坝肩,全长约115m。地层具两元结构,上层为残坡积高液限粘质土,下层为中三叠统个旧组一段(T2ga)白云质灰岩。灰岩中陡倾角裂隙发育,局部发育溶洞。裂隙面多被铁锰质或泥质渲染,常见有碳酸盐岩脉充填。岩石透水性较大,据钻孔ZK1、ZK10压水试验资料,其强风化基岩透水率为50~242Lu。 3.4.6.2 工程地质评价 拟建输水隧洞沿线上覆残坡层主要由红粘土组成,结构致密,标贯击数一般在8击以上,透水性较弱,据钻孔及探井注、渗水试验资料,渗透系数一般为5.53×10-6cm/s~1.06×10-3cm/s,为弱—中透水。下伏基岩裂隙发育,但满足修建输水隧洞要求。分段评价如下: 0+000~0+050:地表为残坡积层覆盖,厚度4~5m,为致密状红粘土,下伏基岩为中三叠统个旧组一段(T2ga)白云质灰岩夹泥灰岩。该段为明挖,建议开挖边坡1:0.75~1:1.0,并进行护坡。物理力学指标建议值:γ=17.8KN/m3,φ=18o,C=25KPa,[R]=500KPa。 0+050~0+100:地表为残坡积层覆盖,厚度5~6m,为致密状红粘土,下伏基岩为中三叠统个旧组一段(T2ga)白云质灰岩夹泥灰岩,陡倾角裂隙发育,局部发育溶洞,围岩类别为Ⅴ类。该段洞顶以上部分围岩为残坡积层,开挖时容易塌顶,建议采用钢支撑及时支护。物理力学指标建议值:γ=24KN/m3,φ=28o,C=80KPa,fk=0.5~1.0,k0=1~2MPa/cm。 0+100~0+138:地表为残坡积层覆盖,厚度3~6m,为致密状红粘土,下伏基岩为中三叠统个旧组一段(T2ga)白云质灰岩夹泥灰岩,围岩类别为Ⅳ类。该段洞顶以上围岩相对较厚,岩层较完整,成洞条件较好,但容易出现掉块现象,建议进行喷锚支护。物理力学指标建议值:γ=25KN/m3,φ=32o,C=150KPa,fk=1~2,k0=2~4MPa/cm。 0+138以后为明挖段,地表残坡积层厚3~6m,建议开挖边坡1:0.75~1:1.0,并进行护坡。物理力学指标建议值:γ=17.8KN/m3,φ=18o,C=25KPa,[R]=500KPa。 3.4.7 溢洪道工程地质评价 3.4.7.1 概况 溢洪道位于副坝左坝肩部位,未衬砌。由于左岸坡上部土石塌落堆积,目前溢洪道已不能过水。因水库蓄水严重不足,工程运行至今,溢洪道从未泄过洪水。 3.4.7.2 基本地质条件 溢洪道沿线下伏基岩为中三叠统个旧组(T2g)灰黑色白云质灰岩,结晶结构,中厚层状。发育陡倾角节理,倾角约70~85°,多呈闭合至微张状,裂面多被铁锰质渲染,水蚀小溶槽发育,岩芯呈短柱状。 3.4.7.3 工程地质评述 溢洪道下伏基岩溶蚀作用强烈,裂隙发育,透水性较大,边坡整体稳定,承载力满足修建溢洪道要求。 3.5 大坝质量分析评价 3.5.1 基本情况 猫鼻子水库始建于1958年12月,1959年12月竣工。挡水建筑物主要由主副两座均质土坝组成。由于施工工艺粗糙、施工工期较短、管理质量差以及缺乏完善的渠系配套工程,水库建成后一直在病险中运行。目前,主坝坡蒿草丛生,荆棘密布,蚁患严重,上游及下游坝坡多处出现滑坡及塌陷,下游坝坡坡脚及其临近地带多处渗水而形成大面积的沼泽或水塘;副坝因坝高不大,且水库蓄水严重不足,因而渗漏现象显得不很严重。种种迹象表明,大坝已经处于岌岌可危的地步,这不仅造成水库蓄水严重不足而影响其工程效益的发挥,还直接威胁水库下游地区广大人民的生命及财产安全,因此,水库除险加固迫在眉睫。 3.5.2 坝体质量分析评价 3.5.2.1 坝土质量分析评价 (1)主坝填筑质量 根据主坝上布置的9个钻孔(ZK1—ZK9)及8个探井(TJ1—TJ8)勘察资料,坝土主要为高液限粉质土,局部含少量砾石及碎石。从土样基本物理力学试验成果来看,钻孔所取的6组土样含水量变化较大,为25.4~44.2%,平均36.5%;8个探井中取的8组土样含水量为32.7~42.8%,平均38.2%,大于最优含水量平均值31.6%。土样的密度较小,14组原状样干密度为1.14~1.62 g/cm3,平均为1.261 g/cm3,击实试验最大干密度ρd为1.39~1.47 g/cm3,平均1.43 g/cm3。 从基本物理力学性质来看,坝土的物理力学性质差异较大,抗剪强度较低。钻孔中所取2组坝土样的三轴剪切试验结果为:粘聚力Cuu分别为 31.8KPa和31.4KPa,内摩擦角φuu分别为11.9°和12.4°。钻孔中另2组坝土样的直剪试验结果为: 粘聚力C分别为 35.2KPa和33.2KPa,内摩擦角φ分别为10.8 °和22.7°。探井中所取8组土样的直剪试验结果为:粘聚力C为 17.8~34.0KPa,平均26KPa;内摩擦角φ为18.1~27.5 °,平均23.6°。 颗粒分析试验结果表明:在坝体探井中所取的8组土样中,粗粒(>0.075mm)含量变化较大,为8.4~17.1%,平均10.98%,粘粒含量40.8~51.6%。在钻孔中所取的4组土样中,粗粒为7.8~15.2%,平均11.3%,粘粒含量为43.1~48.4%。总体看来,坝体填土主要以细粒土为主,土质均匀性较差,基本上为高液限粉质土,部分为高液限粘质土。 从上述试验指标可以看出,坝土粘粒含量极高,最大干密度和抗剪强度小,加上碾压质量差使坝土抗剪强度大大降低。 (2)副坝坝土质量 根据副坝4个探井中所取的4组土样试验资料:坝土主要为高液限粘质土,局部含少量砾石及碎石。从土样基本物理力学试验成果来看,4个探井所取的4组土样含水量变化不大,为38.9~43.7%,平均41.1%,大于最优含水量34.5%;土样的密度较小,干密度ρd为1.15~1.23g/cm3,平均值为1.50 g/cm3。击实试验结果为:土样最大干密度为1.32~1.43 g/cm3,平均值为1.38 g/cm3。 从基本物理力学性质来看,坝土的物理力学性质差异较大,抗剪强度较低。探井中所取4组土样的直剪试验结果为:粘聚力C为14.3~42.9KPa,平均32.9KPa,内摩擦角φ为15.5~27.2 °,平均21.5°。 颗粒分析试验结果表明:在坝体探井中所取的4组土样中,粗粒(>0.075mm)含量变化较大,为6.4~18.2%,平均11.03%,粘粒含量40.8~51.6%。总体看来,坝体填土主要以细粒土为主,土质均匀性较差,基本上为高液限粉质土。 3.5.2.2 坝土碾压质量评价 (1)基本情况 猫鼻子水库建设时由于当时资金严重不足及施工工艺落后,质量管理较差,未建立健全质量保证体系,难以对工程施工进行有效监督和质量管理,检测措施也极不完备,所以难以保证工程质量。从筑坝的运输手段看,当时主要依靠人力用手推车推、肩挑及背运土料;从主坝的碾压工具看,当时主要采用人或牛拉石碾碾压,人工用榔头或石夯夯实;从铺土层厚度看,当时的铺土层厚度一般为50~60cm不等,厚度过大且铺土不均匀;从铺土土层的含水量来看,当时铺土层的含水量并没有得到合理有效的控制,大部分土料含水量偏高,难以压实。由此可以看出,无论从碾压机具还是从当时的铺土层厚度及土料含水量控制等方面分析,坝土都难以达到整体碾压的质量要求。大坝建成后,坝体变形、开裂及坍塌等现象较为严重。 (2)主坝坝土碾压质量 据主坝8个探井揭露,各铺土层主要由含角砾高液限粉质土组成,铺土层厚度变化较大,一般为10~50cm。各铺土层上部坝土较为密实,下部坝土疏松多孔,多呈蜂窝状或絮状。在挖掘过程中,井壁掉块现象严重。在探井TJ3中曾挖出幼鼠一只。根据现场试验,坝体压实度为77.6~87.2%,平均82.5%,远未达到规范要求的96~98%。从本次勘察钻孔钻进难易情况、原位测试及注、压水试验结果来看,坝体密实性较差且不均匀,标贯击数一般为5~8击,坝体土孔隙率均在50%以上。坝体渗漏性较大,渗透系数k为1.09×10-4~1.33×10-2cm/s,大部分为中等透水。坝土侧向渗漏要比竖向渗漏严重得多。整体看来,坝土较为疏松的坝段,滑坡、塌陷等物理地质现象多见。 (3)副坝坝土碾压质量 据副坝4个探井揭露,各铺土层主要由灰黄色、褐黄色灰岩风化泥质团块高液限粉质土组成,铺土层厚度变化较大,一般为5~50cm。各铺土层10cm以上坝土较为密实,下部坝土疏松多孔,多呈絮状。在探井TJ11中曾挖出白蚁巢穴一个。根据现场试验,坝体压实度为81~87%,未达到规范要求。从本次勘察钻孔钻进难易情况、原位测试及注、压水试验结果来看,坝体密实性较差且不均匀,标贯击数一般为5~8击,坝体土孔隙率均在50%以上,坝体渗漏性较大,副坝渗透系数k为1.52×10-3cm/s~4.01×10-3cm/s(探井注、压水试验),大部分为中等透水。整体看来,副坝坝土碾压质量要比主坝稍好,坝体变形、开裂等现象也较主坝少。 3.5.2.3 坝体变形、开裂评价 (一)坝体变形 大坝自1959年建成蓄水以来,坝体的许多部分都产生了不同程度的变形,这主要体现在坝体产生不均匀沉降及坝体上游及下游坡坡面产生坍塌,上下游坡面的多处小型滑坡及坡面塌陷就是坝体变形最好的证明。 (1)主坝坝体变形 主坝上游坡为毛块石护坡,但护坡毛石杂乱不堪,且护坡底层无砂子和碎石反滤垫层,因而主坝正常蓄水位以下经常遭受风浪冲刷。目前坝坡已经被波浪剥蚀得坑洼不平,多处土体产生坍塌。1995年在距右涵洞70m处出现长19m的滑移面,高程1540m左右,缝距8~10cm,错落高差50~40cm。 下游坡坡面采用草皮护坡,据管理人员介绍,1998年4月在坝坡及坝顶共挖出56对蚁王。本次勘察过程中,也曾在探井中挖出白蚂蚁数对。由于坝土疏松,蟋蟀及田鼠等小动物常在坝土中筑巢而栖。本次勘察中曾在主坝几个探井中发现有蟋蟀等小动物栖息,其中TJ3中曾发现幼鼠1只。由于坝体多处出现坍塌,坝顶土体塌落而导致坝顶沉陷。虽然以前未对坝体沉降作过系统的统计,但据管理人员介绍,坝体沉降量大约为0.3~0.5m,这主要是坝土碾压质量差造成的。主坝中段坝体沉降及坝坡土体滑坡相对较为严重。总体来看,坝土土洞密布,土体因多处坍塌而形成阶梯状陡坎,整个大坝变形严重。 (2)副坝坝体变形 副坝上游坡面采用毛块石护坡,衬砌质量较主坝稍好。下游坡坡面采用草皮护坡。坝土碾压质量较主坝稍好。由于副坝坝基位置较主坝要高,且多年来蓄水严重不足,因而坝体所受静水压力较小。目前坝体变形不是很严重,仅局部产生变形,但如果库水位再升高,那么坝坡变形将会加剧。 (二)坝体开裂 (1)主坝坝体开裂 由于坝土碾压质量较差,加上下游坝脚未设倒滤体固脚,坝土长期受水浸泡后软化严重,导致坝面塌陷。目前坝体上下游坡面上出现多处小滑坡和塌陷,由此而产生许多剪切或拉张裂缝,这些裂缝一般延伸不长,为数十公分或数米,其方向主要沿坝轴线方向或垂直坝轴线,常见于滑塌体后壁及滑坡体上。1995年曾在距主坝右涵70m处出现宽19m的滑动面,缝距8~10cm。这是目前有记载的最大的一个坝体滑坡。目前滑坡及塌陷遍及整个坝体上下游坡面的不同部位,因而裂缝也大面积分布。 (2)副坝坝体开裂 由于副坝坝基位置较高,所受水压力较小,再加之坝土碾压质量较主坝稍为密实,因此坝体变形、开裂不严重。目前副坝上下游坡面局部开裂,且裂缝延伸较短,一般仅数十公分,缝宽不大,一般仅张开数毫米。但假若库水位增高,则坝体变形将加剧,坝体开裂也会随之加剧。 3.5.3 坝体渗漏评价 3.5.3.1 坝体渗漏情况 由于铺土层过厚及碾压质量差等原因,水库自建成蓄水以来,下游坡出现大面积渗水潮湿,坝脚后形成大面积沼泽地或池塘。从整体看,主坝渗水最为严重,坝体、坝肩及坝基都存在不同程度的渗水情况,其中坝坡潮湿面积约3330m2,坝坡有被水冲刷过的痕迹。 副坝渗水不严重,仅坝脚出现少量渗水,坝坡潮湿面积约170m2。 3.5.3.2 坝体渗漏评价 (1)主坝坝体渗漏评价 为了进一步查明坝体渗漏特征,在安检工作的基础上,本次勘察在主坝布置3个钻孔(ZK7、ZK8、ZK9 )及8个探井(TJ1—TJ8),并在各钻孔中逐段做了注、压水试验,在各探井中进行了渗水试验。3个钻孔成一直线垂直坝轴线分布于主坝坝段F1经过的部位,8个探井分别位于坝体的不同部位。 主坝9个钻孔(安全鉴定阶段6个孔)22段注、压水试验结果表明:坝体部分K=1.09×10-4~1.33×10-2cm/s;坝体与坝基接触带K=1.40×10-3~4.39×10-3cm/s。 由于库水位较低,探井中基本上未出现渗水情况。从渗水试验结果来看,渗透系数K为2.18×10-3cm/s~2.4×10-2cm/s,为中—强透水。 以上注水及渗水试验资料表明,坝体透水性一般都较大,为中—强透水,特别是坝体上部和下部与坝基接触带透水性相对较大,中间部分则相对较小。产生渗漏的主要原因是:① 大坝填土铺土太厚及碾压质量差;② 坝基与坝体接触部位由于清基不彻底,尚有残坡积与冲洪积存在,该部分土体容易产生渗流破坏。 (2)副坝坝体渗漏评价 为了进一步查明副坝坝体渗漏特征,在安检工作的基础上,本次勘察在副坝增加4个探井(TJ11~TJ14),并在各探井中进行了渗水试验。 副坝3个钻孔15段注、压水试验结果表明:坝体部分K=1.84×10-3cm/s;坝体与坝基接触带渗透系数k为2.33×10-3cm/s,为中等透水层。 由于库水位较低,探井中基本上未出现渗水情况。从渗水试验结果来看,渗透系数K为1.52×10-3cm/s~4.01×10-3cm/s,为中等透水。 以上注水及渗水试验资料表明,坝体为中等透水。产生渗漏的主要原因是碾压不密实,从而造成坝土透水性较强。 3.6 大坝岩土物理试验指标及物理力学指标建议值 3.6.1 主坝 在本次勘察中,从钻孔中取原状土样6组(其中坝土4组,坝基土2组),从探井中取原状样8组及扰动样8组。取样位置简述如下: (1)从ZK8、ZK9钻孔中共取4组原状坝土土样,从TJ1~TJ8中取原状坝土样8组。 (2)从ZK8、ZK9钻孔取原状坝基土2组。 在室内对上述样品做常规物理力学性质指标试验的同时,还从钻孔样中选4组(其中坝体2组、坝基土2组)做中三轴UU剪切试验,其余2组做直剪试验。探井原状样做常规试验及颗粒分析试验。扰动样做击实试验,求取填土的压实度。试验结果基本反映了坝体的现状。 根据室内试验及野外现场试验,本次初设的坝土物理力学指标建议值如下: 地下水位以上部分:γ干=1.50g/cm3,γ天=1.67g/cm3,γ饱=1.78g/cm3,C=26Kpa,φ=23.6°,K=1.40×10-3cm/s。 地下水位以下部分:γ干=1.27g/cm3,γ天=1.81g/cm3,γ饱=1.83g/cm3,C=31.6Kpa,φ=12.2°,K=4.39×10-3cm/s。 3.6.2 副坝 在本次勘察中,从探井中取原状样4组及扰动样4组。每个探井各取一组原状土样及一组扰动土样。 对原状土样做常规物理力学性质指标试验及颗粒分析试验的同时,还对扰动土样做了击实试验。试验结果基本反映了坝体的现状。 根据室内试验及野外现场试验,本次勘察的坝土物理力学指标建议值如下: 地下水位以上部分:γ干=1.50g/cm3,γ天=1.69g/cm3,γ饱=1.78g/cm3,C=32.9KPa,φ=21.5°,K=1.84×10-3cm/s。 地下水位以下部分:γ干=1.27g/cm3,γ天=1.81g/cm3,γ饱=1.83g/cm3,C=31.6KPa,φ=12.2°,K=5.6×10-3cm/s。 3.7 大坝防渗加固方案建议 3.7.1 防渗处理方案建议 根据坝体、坝基渗漏范围内岩土性质及物理力学特征,防渗处理方案建议如下: (1)对于溶蚀裂隙或溶洞发育而岩体强度相对较高的强风化白云石、灰岩岩体,可采用帷幕灌浆的措施进行防渗处理。 (2)对于抗剪强度及承载力相对较低的软弱坝土及抗剪强度稍高的残坡积、冲洪积高液限粘质土,可采用混凝土防渗墙进行防渗处理。 (3)防渗处理深度宜进入弱风化基岩下5~10m,即基岩透水率小于10lu处。 (4)防渗处理长度宜沿坝轴线方向进入坝肩基岩3~5m。 (5)由于坝基岩体溶蚀裂隙较为发育,局部发育溶洞,透水率较大,因此,灌浆浆液用量应比理论计算值适当加大。灌浆浆液水灰比以灌浆孔中所作的注、压水试验成果为依据进行现场配制,确保防渗处理质量和效果。 3.7.2 加固方案建议 针对坝体土质疏松及坝基开挖不彻底而引发的坝体变形、开裂及沉降等诸多病险,应尽早采取措施进行除险加固。大坝加固处理建议如下: (1)增设倒滤体:因坝脚未设倒滤体而使坝体浸润线抬高,坝土及坝基土因长期泡水软化而使其力学指标降低,从而造成严重的安全隐患,所以应增设倒滤体。 (2)下游坡培厚加固:建议采用毛石对下游坝坡进行培厚加固,以对大坝固脚及降低坝体浸润线。 对上下游坡重新进行护坡处理。 3.8 建筑材料 3.8.1 土料 枢纽区附近碳酸盐岩广泛分布,因而其风化产物红粘土或次生红粘土也相应分布较广,一般以残坡积分布于山坡、坡脚或以冲洪积分布于沟谷或沟口。红粘土或次生红粘土粘粒含量均较高,粘聚力较大,满足灌浆粘土土料质量要求。经现场调查,库区及主坝右岸下游地段残坡积粘土层分布较厚,一般为3~10m,顺库岸呈条带状分布,其储量大于3万m3。该处粘土无论从储量还是从质量上均能满足水库除险加固工程的用料要求。 因本次除险加固设计主副坝培厚均未用土料,仅为坝体灌浆使用,根据坝体取样分析,其粘粒含量一般都大于40%,满足灌浆用料要求,因此,未对土料取样试验。 3.8.2 砂料 水库附近无较大河流发育,因而无天然砂,建议采用人工砂代替天然砂料作为混凝土骨料。 3.8.3 石料 水库附近白云质灰岩、灰岩广泛分布,经调查,库区下游右岸距主坝约2km处的牛背罗山上出露三叠统大塘组(C1d)灰岩、白云质灰岩。该处灰岩质量较好,储量大于30万m3,交通方便,开采条件好,可作为水库加固工程的石料场。白云质灰岩和灰岩强度高,完全能满足本工程的要求,因此,不需取样试验。 3.9 结论及建议 3.9.1 结论 (1)工程区内虽然构造较发育,但区域稳定性相对较好,工程区动峰值加速度为0.05g,地震烈度为6度。 (2)水库库区地层岩性主要为中三叠个旧组(T2g)白云质灰岩、泥灰岩,中石炭统威宁组(C2ω)灰岩,下三叠统永宁镇组(T1y)灰岩及洗马塘组(T1x)泥岩、泥灰岩。由于库盆四周山体较厚,库区周围无较大的深谷存在,也无大的断裂和溶洞通向库外,因此,库区无向邻谷渗漏的条件,水库自建成运行至今未发生向库外渗漏情况,水库渗漏主要为坝基及坝体渗漏。 (3)库区岸坡坡度较缓,虽然溶蚀作用强烈,但库岸总体稳定,物理地质现象不太发育。 (4)水库周边因种植而使地表裸露,雨量大时,坡面冲刷严重,是水库淤积的主要固体径流来源。 (5)枢纽区:①主副坝土质较差,碾压不密实,透水性较强,坝体稳定性较差,特别是与坝基接触部位。②坝基部分由于开挖清基不彻底,残留有强度较低的残坡积、冲洪积粘质土而直接影响坝基的稳定性。③坝基强风化岩体裂隙发育,属中—强等透水层,坝基、坝肩渗漏较严重,导致坝体变形、开裂严重,坝坡稳定性较差,主坝病害尤其严重。 (6)水库主副坝均未设倒滤体,坝体浸润线溢出点较高,特别是主坝,坝脚冲刷痕迹相当明显。 (7)水库主副坝未采取有效的护坡措施,虽然主副坝上游坡都曾用毛石铺砌,但质量较差。主副坝下游坡采用草皮护坡,坡面上多处垮塌,主坝尤为严重。 (8)左涵洞直接修筑于坝体中部,除涵洞闸门处漏水严重外,洞内发现4处渗漏点,渗流量1~10mL/s不等。由于涵洞断面尺寸太小,不易检修,维护十分困难,虽然衬砌质量较好,但管理困难,泄流能力小,不宜再继续使用。右涵洞断面尺寸比左涵洞大,总体质量比左涵洞好,洞内及洞口淤积严重,除闸门部位渗水严重外,洞身渗漏不严重。 (9)溢洪道下伏基岩虽然裂隙发育,透水性较强,但总体稳定性较好。 (10)拟建输水隧洞下伏基岩溶蚀裂隙极为发育,但在加强支护的条件下能成洞。 (11)工程区灰岩广泛分布,除无天然砂料外,粘土及石料都较为丰富。 3.9.2 建议 (1)对坝基和坝肩基岩渗漏,宜采用帷幕灌浆进行防渗加固。 (2)对基岩以上的残坡积、冲洪积粘质土以及坝体填筑土,可采用浇筑混凝土防渗墙或其他防渗方案进行处理。 (3)增设倒滤体并对下游坝坡进行培厚加固,以降低浸润线及对大坝进行固脚,增强坝体的稳定性。 4 工程任务和规模 4.1 工程概况 猫鼻子水库全靠发动当地群众以人海战术建设而成,当时建设规模为中型,但因蓄水后大坝出现渗漏等病害,加上库区淹没问题一直未解决和来水量不足等原因,蓄水量从未达到过设计规模。1982年工程规模复核时降级为小(一)型工程。 猫鼻子水库的功能是以灌溉为主,兼有下游农田和村镇的防洪,灌区分布于下游沿河两岸,原设计灌溉面积16000亩,但由于大坝病害严重,加之渠系工程未配套完善,目前仅能灌溉2600亩,水库的工程效益远远没有发挥出来。 水库枢纽工程由主坝、副坝、坝下埋设的左涵洞、右涵洞和非常溢洪道组成。原核定的总库容为830万m3,兴利库容为476万m3,死库容30万m3。 主坝为均质土坝,坝高15.5m,坝顶长334m,坝顶宽5m ,上游坝坡1:2.5,采用干砌毛块石护坡,下游坝坡1:2.0,采用草皮护坡。 副坝为均质土坝,坝高7.6m,坝顶长123m,坝顶宽3m ,上游坝坡1:2.0,采用干砌毛块石护坡,下游坝坡1:2.0,采用草皮护坡。 左涵洞进口底板高程1533.159m,长39.5m,为浆砌料石坝下无压涵洞,洞身断面为矩形,尺寸b×h=0.8×1.0m,坡降1:400,进口启闭塔内安装一道0.6×0.6m的平面钢闸门,采用手电两用螺杆式启闭机启闭。 右涵洞进口底板高程1533.81m,长35.1m,为浆砌料石坝下无压涵洞,洞身断面为矩形,尺寸b×h=0.9×1.5m,坡降1:500,设有一道0.6×0.6m的平面钢闸门,采用手动螺杆式启闭机启闭。 溢洪道位于副坝左端,沿线没有衬砌,断面尺寸b×h=3.0×1.5m,由于土石塌落堆积,目前已不能过水。 4.2 工程除险加固的必要性 4.2.1 目前工程存在的主要问题 由于受历史条件的限制,猫鼻子水库未经充分论证和详细勘察设计便匆匆上马建设,1958年开工,至1959年短短一年时间便建成,其速度之快,在当今也是少有的,但正因为如此,其工程质量根本无法保证,大坝自投入运行开始,便发生严重渗漏,一直带病运行至今,各建筑物的病害不断加剧。此外,还有以下两个问题严重影响了水库的正常运用和调度,其一是库区淹没问题一直没有解决,高程1539.0m(正常蓄水位为1539.3m)以上左岸和库尾全是农田,右岸多为旱地,使水库蓄水受到限制,历年最高蓄水位1999年和2001年为1538.76m,最高洪水位2001年达到1539.059m,均未达到过正常蓄水位;其二是水库下游全为水田,无天然河道,水库常年采取空库度汛的方式,由左右涵洞控制出流,沿左右干渠输水,由于渠道过流能力小,使水库防洪调度十分困难。以上两个问题不解决,水库永远都无法正常发挥效益。 根据安全鉴定和本阶段现场检查、深部地勘等工作查明各建筑物均存在不同程度的质量问题。 4.2.1.1 主坝存在的主要问题 一、坝基存在的问题 主坝基础由冲洪积粘质土、残坡积粘土、中三叠统个旧组白云质灰岩、泥灰岩及中石炭统威宁组灰岩组成。 (1)冲洪积粘质土分布在坝体中部并向两侧尖灭,呈透镜状产出,其组成主要为红褐色、褐黄色含砾砂红粘土及次生红粘土,软塑,厚度约0~10m,为中等透水层。根据土工试验资料,该层抗剪强度Φ为18.4°,C为31.8KPa 。 (2)残坡积层分布在主坝近坝肩部分并向中部尖灭,厚度一般为0.5~14 m,其组成主要为紫红色及黄褐色含碎石红粘土,松散—稍密,为中—强透水层。据土工试验资料,该层抗剪强度较低,Ф为14.5°,C为29.2KPa。坝体易沿该层较软弱部位向下游滑移。 (3)基岩(T2ga)及(C2ω):中三叠统个旧组白云质灰岩、泥灰岩及中石炭统威宁组灰岩。中三叠统个旧组白云质灰岩、泥灰岩主要分布在主坝F1断层近左坝肩一侧。一般为中厚层状,结晶结构,裂隙发育,裂面倾角一般为40~85°。由于受逆断层F1影响,部分溶蚀裂隙及小型溶洞较为发育,裂隙多为微张—张状,钻进中岩芯较为破碎,透水率较大,可达156Lu。中石炭统威宁组灰岩主要分布在F1断层近右坝肩一侧。一般为中厚层状,结晶结构,裂隙发育,多呈微张—闭合状,局部为张性,多为中—陡倾角。近F1断层附近裂隙及小溶洞发育,裂隙面上多有碳酸盐岩脉充填,透水性较强,为中~强透水,透水率q可达 433Lu。 坝基总体较稳定,但渗漏较严重,需进行防渗处理。 二、坝体存在的问题 主坝为均质土坝,填土为高液限粉质土,施工填筑厚度不均,压实质量差,土质较松散,白蚁危害严重,渗透系数k=1.09×10-4~1.33×10-2cm/s,属中~强透水,渗漏较严重,实测渗漏量为22.3L/s。坝脚未设排水棱体,排水不畅,浸润线较高,坝坡渗漏潮湿面积约3330m2,分布高程在1527.474~1534.014m之间。坝脚一带有明显的冲刷痕迹,坝后为水塘和沼泽地,总面积约25250m2。位于主坝下游左岸100m处有岩溶泉点出露,实测流量为3L/s。 上游坡为干砌毛块石护坡,未设砂石垫层,受风浪冲刷淘蚀严重,坝面凹凸不平,1995年在距右涵洞70m处出现长19m的滑移面,高程1540m左右,缝距8~10cm,错落高差50~40cm。 下游坡为草皮护坡,坝坡上荆棘草木丛生,无排水沟,坝坡被雨水冲刷得沟壑纵横,坝脚一带因无棱体固脚,受水浸泡,湿陷、软化严重,普遍出现滑动现象。 4.2.1.2 副坝存在的主要问题 一、坝基存在的问题 副坝基础由冲洪积粘质土、残坡积粘土、中三叠统个旧组白云质灰岩、泥灰岩组成。 (1)冲洪积层分布在坝体中部并向两侧尖灭,呈透镜状产出,其组成主要为红褐色、褐黄色含砾砂红粘土及次生红粘土,软塑,厚度约0~8.5m,为中等透水层。 (2)残坡积层分布在副坝近坝肩部分并向中部尖灭,厚度一般为0~5 m,其组成主要为紫红色及黄褐色含碎石红粘土组成,松散—稍密,为中—强透水层。 (3)中三叠统个旧组白云质灰岩、泥灰岩一般为中厚层状,结晶结构。岩体裂隙发育,裂面倾角一般为60~80°,岩石中水蚀小溶槽较为发育,局部发育小溶洞,透水率q为0.3~530Lu。 坝基总体较稳定,但第四系地层和基岩为极严重至中等透水性,需进行防渗处理。 二、坝体存在的问题 副坝与主坝相同,为均质土坝,填土为高液限粉质土,施工填筑厚度不均,压实质量差,土质较松散,渗透系数k=1.52×10-3~4.01×10-3cm/s,属中等透水,由于所承受的水头小,渗漏量较主坝小,坝坡渗漏潮湿面积约170m2,分布高程在1536.4~1536.8m之间。坝脚未设排水棱体,排水不畅,浸润线较高。 上游坡为干砌毛块石护坡,大部分坡面因未受库水淘刷,无大的沉降变形情况。下游坡为草皮护坡,无排水设施。 4.2.1.3 左涵洞存在的主要问题 左涵洞位于主坝左岸,为浆砌料石坝下无压涵洞,其功能是向左干渠供水,原进口闸门为2孔石球,球孔直径50cm,石球直径30cm,因止水不严,渗漏严重,1998年5月对闸门进行了改造,取消了原有石球,兴建了钢筋混凝土结构的启闭塔,安装0.6×0.6m的平面钢闸门一道,采用手电两用螺杆式启闭机启闭。最大出流量0.66m3/s。左涵洞目前存在的主要问题是: (1)断面尺寸太小,虽然高水位时出流量可满足下游用水要求,但作为水库的泄洪建筑物,其过流能力太小,使水库主汛期无法蓄水。 (2)进口高程为1533.159m,与库底高程1533.0m几乎齐平,有被泥沙阻塞的危险。 (3)在洞内实地踏勘中,共发现5处较大的滴水点:①距出口15.5m洞壁,流量约5~10mL/s;②距出口23m洞顶,流量1~5mL/s;③距出口24.5m洞壁,渗漏量2~10mL/s,当库水位升高时,流量将会增大;④距出口30m洞顶,渗漏量约2~5mL/s;⑤闸门处,渗漏量约250mL/s,该处为洞内渗漏量最大的部位。由于涵洞支砌石料为白云岩及白云质灰岩,涵洞渗水部位钙化程度较深,距出口50~30m段洞顶挂落2~5cm的钙化钟乳。 (4)只有一道闸门,无事故检修闸门,运行不安全。 4.2.1.4 右涵洞存在的主要问题 右涵洞位于主坝右坝肩,为浆砌料石坝下无压涵洞,其功能是向右干渠供水,进口启闭塔为浆砌石结构,安装0.6×0.6m的平面钢闸门一道,采用手动螺杆式启闭机启闭。最大出流量2.13m3/s。右涵洞目前存在的主要问题为: (1)在本次洞内实地踏勘中,没有发现较大的渗漏点,但涵洞闸门处渗漏严重,渗漏量约3~5L/s。洞内无变形、开裂情况,出口至洞内30m段,淤积严重,淤积物多含碎、块石粘土,厚度约30~40cm,局部可达50cm。洞口有大量砂砾石及块石、卵石堆积。 (2)闸门已运行40多年,从未进行过检修,锈蚀老化严重,止水失效,启闭不灵活。 4.2.1.5 溢洪道存在的主要问题 溢洪道仅为副坝左端与山体交接处开挖的一个缺口,没有衬砌,没有泄水道,下游为农田,无泄水通道,水库运行至今,从未泄过洪水。 由于猫鼻子水库枢纽工程各主要建筑物存在上述严重的质量问题,工程一直不能正常运行。经过安全鉴定阶段综合评价,猫鼻子水库大坝为三类坝,属病险工程。为使水库能正常发挥效益,必须有针对性的对各主要建筑物进行除险加固处理。 4.2.2 工程任务和下游安全要求 猫鼻子水库的功能是以灌溉为主,兼有下游农田和村镇的防洪,灌区分布于下游沿河两岸,光热条件优越,适宜种植水稻、玉米、花生、豆类、小麦等粮食作物和蔬菜、甘蔗、烤烟、亚热带水果等经济作物,但由于春耕时节干旱少雨,旱情严重,对农作物生长影响极大,产量低且不稳定。水库原设计灌溉面积16000亩,但由于大坝病害严重,加之渠系工程未配套完善,目前仅能灌溉2600亩,水库的工程效益远远没有发挥出来。 水库下游15km为铁厂乡政府所在地,水库一旦失事,将直接威胁下游14个村寨10000余人的生命财产安全,对下游16000亩农田和铁厂乡政府造成毁灭性破坏,其经济损失和政治影响是不可估量的,因此,猫鼻子水库的安全性具有十分重要的意义。 为保障水库效益的正常发挥及下游国家和人民的生命财产安全,对猫鼻子水库进行除险加固是十分迫切和必要的。 4.3 工程规模复核 4.3.1 工程设计标准 根据猫鼻子水库工程现状规模,按《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-5000)的规定,为Ⅳ等工程,小(一)型规模。其永久性水工建筑物为4级。水库设计洪水标准为30年一遇(P=3.3%),校核洪水标准为300年一遇(P=0.33%),消能防冲设计洪水标准为50年一遇(P=5%)。 4.3.2 水库死水位复核 4.3.2.1 水库库容曲线 猫鼻子水库安全鉴定阶段有一库容曲线,是沿用1988年的测量成果,其测量方法、精度和成图比例不清。2003年6月我院又组织测量人员进行了1:500坝址地形测量和1:1000库区地形测量。坐标系统为北京系,高程系统为黄海系。控制测量精度为:角度闭合差+30秒,允许±44秒,导线总长3081m,坐标闭合差ΔX为+0.046m,ΔY为-0.053m,fs为0.070m。相对闭合差为1/40000,允许1/10000,高程闭合差+0.068m,允许±0.087m,符合规范要求。地形采用全站仪测量,水下部份平面位置采用全数字化测量,水深用测深仪施测,其航行的点距、行距用测图精灵控制,测量精度较高,满足要求。 根据1:1000库区地形图量算得水位与面积和库容的关系,并与原成果对照如表4.1。 原成果与2003年测量成果对照表 表4.1 原测量成果 2003年6月测量成果 高程(m) 库容(万m3) 高程(m) 库容(万m3) 1533.16 30.00 1533.00 0.19 1534.16 54.40 1534.00 3.63 1536.16 171.00 1535.00 50.67 1538.16 360.00 1536.00 59.50 1539.16 506.00 1537.00 119.50 1540.16 675.00 1538.00 199.98 1541.16 823.00 1539.00 297.86 1541.50 830.00 1540.00 412.01 1541.00 550.79 1542.00 716.80 1543.00 906.27 1544.00 1150.80 从表中可看出,两次测量成果库容相差较大,无法用库容曲线推测现状泥沙淤积量。考虑到本次测量成果精度较高,因此,予以采用。 4.3.2.2 水库死水位确定 猫鼻子水库原死水位高程为1533.159m,相应死库容30万m3,根据本阶段2003年6月的测量成果,高程1533.159m所对应的库容为0.41万m3,相差29.59万m3,因两次测量成果误差较大,不能推测现状泥沙淤积量。由于水库无泥沙资料,因此,根据 “云南省土壤侵蚀图”进行查算,从图中查得侵蚀模数为500t/km2,为微度侵蚀区。计算泥沙的径流面积按22.9km2计,则其年输沙量为500×22.9=1.145万t,折合年淤沙体积为1.145/1.35=0.85万m3。 猫鼻子水库所在地的高程高于灌区高程,死水位不受灌溉高程的限制,按入库泥沙淤积确定死库容。 根据上述泥沙估算成果,水库除险加固后使用年限按50年计,则淤沙体积V淤=0.85×50=17万m3。对应新库容曲线的高程为1534.8m,考虑到最低水位时下游供水流量的要求,确定死水位为1535.0m,相应的死库容为50万m3。 4.3.3 正常蓄水位及其库容复核 猫鼻子水库原正常蓄水位为1539.3m,相应正常库容为506万m3,本次除险加固初步设计本着不改变水库原规模的原则,维持原正常蓄水位1539.3m不变,而正常库容从新库容曲线上查得330万m3,兴利库容为310万m3,比原兴利库容476万m3少167万m3。 4.3.4 洪水位及其库容复核 4.3.4.1 洪水过程线 根据洪水分析结果,已求得水库坝址断面设计洪水过程,见表4.2。 猫鼻子水库设计洪水成果表 表4.2 单位:m3/s 时段(t=1h) 0.33% 3.33% 5% 1 3.86 0.61 0.52 2 5.89 0.87 0.58 3 8.15 1.59 0.62 4 10.8 2.8 1.22 5 140 95.1 86.5 6 135 91.4 82.8 7 117 78.5 70.7 8 98.2 64.9 57.9 9 81.3 52.7 46.4 10 66.8 42.1 36.6 11 51.4 32.2 27.9 12 39.5 24.7 21.5 13 30.3 19.1 16.6 14 23.3 15 13.1 15 18.1 11.9 10.5 16 14.3 9.77 8.69 17 11.5 8.15 7.31 18 9.42 6.98 6.34 19 7.92 6.16 5.65 50 6.84 5.59 5.19 21 6.08 5.21 4.9 22 5.55 4.97 4.72 23 5.19 4.83 4.63 24 4.97 4.77 4.61 25 4.83 4.77 4.64 26 4.77 4.81 4.71 27 4.77 4.88 4.8 28 4.79 4.97 4.91 29 4.85 5.08 5.04 4.3.4.2 泄水建筑物和调洪原则 由于水库库区淹没问题一直没有解决,水库常年空库度汛,由左、右涵洞控制出流,并用渠道将水输送到下游,原河道因长年不过流,已全部被农田占用,水库下游无天然河道。考虑到目前左右涵洞断面尺寸都偏小,且存在闸门漏水、设置不合理等问题,调度困难,运行极不安全,因此,从运行安全和方便防洪调度的角度出发,有必要另建一条泄洪输水隧洞。根据地形条件,新建的泄洪输水隧洞布置于主坝左坝肩,出口与下游左干渠相交。泄洪和下游左干渠供水由该隧洞承担。因下游无排泄通道,且考虑到水库正常蓄水位至坝顶尚有4.7m超高,调洪库容大,新建的隧洞已能满足泄洪要求,为减小工程投资,不再设置溢洪道。 由于下游渠道只能通过2.79m3/s的流量,因此,洪水调洪计算时除对水库自身安全问题考虑外,还要控制下泄流量不超过2.79m3/s。调洪计算的边界条件为:起调水位为正常蓄水位1539.3m,由泄洪输水隧洞泄洪,进口底板高程根据泥沙淤积高程确定为1534.8m,洞断面为1.6×1.6 m,闸门孔口尺寸为1.2×1.2m;泄洪洞流量系数取为0.60。调洪方式:当入库洪水到来时,维持库水位为1539.3m,当库水位超过正常蓄水位时,若入库洪水小于2.79m3/s时保持库水位在正常蓄水位,使出库流量与入库流量相同,若入库洪水大于2.79m3/s时,闸门控制泄洪洞出库流量保持2.79m3/s,直至洪水结束,库水位上升至最高,相应标准洪水位即为水库调洪高水位。 4.3.4.3 调洪结果 根据水量平衡原理,按前述边界条件和调洪原则,采用试算法逐时段进行调节计算,即可求得各设计标准的最高洪水位、库容和最大下泄流量,结果见表4.3。 猫鼻子水库洪水调节计算成果表 表4.3 频率 起调水位(m) 最高水位(m) 相应库容(万m3) 下泄流量(m3/s) 0.33% 1539.3 1541.5 630.6 2.79 3.33% 1539.3 1540.79 519.3 2.79 5% 1539.3 1540.64 497.6 2.79 从表中可知,水库300年一遇校核洪水位为1541.5m,比原校核洪水位1541.2m高0.3m,总库容630万m3,比原总库容830万m3少500万m3;30年一遇设计洪水位为1540.79m,比原设计洪水位1540.7m高0.09m。 5 工程布置及建筑物 5.1 设计依据 5.1.1 工程等别和建筑物级别 根据本阶段调洪演算结果,猫鼻子水库总库容为630万m3,根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252—5000)规定,猫鼻子水库工程规模属小(1)型,工程等别为Ⅳ等,主要建筑物为4级,次要建筑物为5级。 5.1.2 洪水标准 依照《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252—5000)和《防洪标准》(GB50501—94)的规定,猫鼻子水库按30年一遇洪水设计(P=3.33%),300年一遇洪水校核(P=0.33%)。 5.1.3 设计基本资料 5.1.3.1 工程任务 猫鼻子水库以灌溉为主,兼有下游防洪功能,水库设计灌溉面积1.60万亩,目前实际灌溉面积0.26万亩。 水库的除险加固,将对缓解灌溉用水矛盾,促进当地农业的发展起到重要的作用。 5.1.3.2 水文气象资料 与设计有关的主要水文气象参数见表5.1。 主要水文气象资料表 表5.1 项 目 单位 数量 备 注 水库控制流域面积 km2 26.8 多年平均年径流量 万m3 585 多年平均流量 m3/s 0.255 设计洪峰流量(P=3.33%) m3/s 95.1 24小时洪量217万m3 校核洪峰流量(P=0.33%) m3/s 140 24小时洪量325万m3 多年平均输沙量 万t 1.145 体积0.85万m3 实测最大风速 m/s 24 多年平均最大风速 m/s 22 5.1.3.3 主要建筑物特征水位及流量 水库枢纽主要建筑物有拦河坝、泄洪输水隧洞,各建筑物特征水位及流量见表5.2。 建筑物特征水位及流量表 表5.2 项 目 水位(m) 流量 (m3/s) 备 注 水库校核洪水位 1541.50 2.79 P=0.33% 水库设计洪水位 1540.79 2.79 P=3.33% 水库正常蓄水位 1539.30 / 水库死水位 1535.0 / 输水隧洞正常输水流量 1.5 输水隧洞泄洪流量 2.79 5.1.3.4 地震基本烈度 根据1:400万《中国地震动参数区划图》(GB18306-5001),工程枢纽区场地动峰值加速度为0.05g,该区地震基本烈度为Ⅵ度。按《水工建筑物抗震设计规范》(DL5073—1997)的要求,对本工程各建筑物不要求进行抗震计算,只需要采取一定的抗震措施。 5.2.1 大坝渗流复核计算和大坝稳定复核计算 5.2.1 大坝渗流复核计算 一、主、副坝浸润线、渗漏量复核计算 原主坝、副坝渗流复核计算采用陕西省水利院编著的《土石坝二向稳定及非稳定渗流计算程序》(DQB)计算,并结合实测结果进行比较复核,确定计算浸润线。 (1)主坝浸润线、渗漏量复核计算 主坝坝基、坝体钻孔压注水试验结果表明,坝土渗透系数K=1.90×10-4~1.33×10-2cm/s,为中等~强透水性,透水层平均厚度7~9m。坝体与坝基接触带K=1.40×10-3~4.39×10-3cm/s。坝基内1521.00~1514.00m为溶洞,洞内有粘性土夹砂砾石充填物,密实度较差,透水性极强;且坝基内高程1495.00m以上岩体的透水性为极强~中等透水;坝基残坡积层粘土厚度5~7.7m,密实度较差,透水性强。故坝基内透水层厚30.8~50.5m,平均25.7m,透水率q=0.9~260.0Lu,属中等~极强透水层。 渗流计算时根据地质报告及有关渗流计算经验确定相对透水层底界。大坝渗流计算渗透系数采用值见表5.3,浸润线计算结果见表5.4。 渗流计算渗透系数采用值 表5.3 部 位 渗透系数(cm/s) 坝体 1.42×10-3 坝体与坝基接触带 2.90×10-3 坝基冲洪积层 6.98×10-4 坝基强风化灰岩 2.25×10-3 主坝正常蓄水位浸润线计算结果表 表5.4 点号 坐标 1 2 3 4 5 6 7 X 53.2 59.1 64.4 68.9 75.6 84.3 92.4 Y 35.8 35.4 34.1 33.1 31.5 29.4 27.7 坝体、坝基渗漏量采用卡明斯基公式Q=BMKH/(L+M)近似计算。 左右坝肩采用达西公式Q=BMKH/L近似计算。 计算结果:正常蓄水位1539.30m时,坝体、坝基日渗漏量为1374.8m3,年渗漏量为50.2×104m3,占总库容的7.9%;而左坝肩、右坝肩日渗漏量为172.6 m3、146.2m3,年渗漏量为11.6×104m3,占总库容的1.9%。 根据实测结果,水库现状运行水位1537.7m时,大坝下游坡实测集中渗漏量为22.3L/s,日渗漏量为1926.72m3,年渗漏量为70.3×104m3,占总库容的11.2%,表明主坝已出现渗漏异常情况且渗漏量较大。 (2)副坝浸润线、渗漏量复核计算 副坝坝体、坝基钻孔注压水试验结果表明,坝土渗透系数K=1.84×10-3cm/s,为中等透水性,透水层平均厚度5m。副坝渗漏形式主要为坝体渗漏,其表现形式为散浸。坝基岩体和残坡积层粘土为中等透水性。 渗流计算时根据地质报告及有关渗流计算经验确定相对透水层底界。大坝渗流计算渗透系数采用值见下表5.5,浸润线计算结果见表5.6。 渗流计算渗透系数采用值 表5.5 部 位 渗透系数(cm/s) 坝体 1.84×10-3 坝基冲洪积层 1.95×10-3 坝基强风化灰岩 4.2×10-3 副坝正常蓄水位浸润线计算结果表 表5.6 点号 坐标 1 2 3 4 5 6 7 X 14.4 19.8 24.8 27.8 33.6 37 40.6 Y 44.3 43.7 43.2 42.9 42.4 42 41.6 副坝渗漏由于水头较小,坝体渗漏量较小,但在正常蓄水位下坝体实际浸润线偏高,渗漏压力偏大,危及副坝的安全稳定。 因此,根据上述计算结果,猫鼻子水库主副坝坝基、坝体及左右坝肩存在严重的渗漏问题,需采取工程措施进行防渗处理。 二、坝土渗流稳定分析 主坝体碾压质量差,坝土渗透系数K=1.90×10-4~1.33×10-2cm/s,为中~强透水层,下游坝坡常年浸水,1536.00m高程以下浸水有混浊现象,可初步判定该坝土已产生管涌现象。 根据土料颗粒组成、级配曲线、土体中细粒土料的含量,通过水利水电科学研究院方法和南京水利科学研究院方法,可判定坝体可能的渗透变形类型为流土破坏。根据试验资料,通过太沙基公式计算确定坝土流土破坏的临界水力比降为0.97,取安全系数3.0,则允许比降值为0.323。正常蓄水位(1539.30 m)时,实际最大水头差为8m,实际最大渗径长44m,计算得坝体的实际水力比降为0.18。根据以上计算结果,当水库蓄水至正常高水位时,坝土的实际水力比降小于允许比降值,坝土不会产生渗透变形破坏,而轻微管涌从一方面说明坝体填筑土料颗粒不均匀。 当水库蓄水至正常高水位时,副坝渗漏由于水头较小,坝土的实际水力比降为0.102,坝土不会产生渗透变形破坏。 5.2.2 大坝稳定复核计算 主副坝坝坡稳定复核计算采用中国水利水电科学研究院的《土质边坡稳定分析程序》STAB95进行计算。 (1)计算分区 为简单起见,抗滑稳定复核主副坝按浸润线以上坝体土、浸润线以下坝体土、坝基冲洪积或残坡积层、坝基基岩(岩性为白云质灰岩、泥质灰岩、白云岩)四区考虑相关计算指标。 (2)基本参数取值 坝体土物理力学指标根据安全鉴定阶段地质资料和初步设计阶段坝体钻孔注水、压水试验、室内原状样试验的成果,在分析整理的基础上,对土工试验物理力学指标按规范所要求的方法进行统计分析。 原坝土试验资料的整理分析,其物理性质指标和渗透系数采用算术平均值,压缩系数为大值平均值。坝体土抗剪强度C、φ值在不同垂直压力作用下,采用两种方法整理,一是图解法:取同比例尺直角坐标,绘制τ~p曲线,该线的斜率及在纵轴上的截距,得tgφ、C值为标准值。二是解析法:采用式τ=ptgφ+C,计算tgφ和C标准值。 根据地勘取样深度和稳定分析指标所在分区位置,对各区试样的土工试验物理力学指标进行统计分析。不同分区的计算参数根据本次初步设计工作开展的勘探试验成果及类比类似工程,参照《碾压式土石坝设计规范》(SL274-5001)中试验成果整理方法确定。计算所采用的土料的物理性能指标湿容重、饱和容重选用各区土样实验指标的算术平均值。浸润线以下坝体填土和坝基冲洪积粉质土的抗剪强度采用钻孔样三轴试验指标的平均值,浸润线以上坝体填土的抗剪强度采用天然状态直剪试验指标的平均值,C值考虑到坝体裂缝较多和试验的人为因素影响,取试验值的1/3。以上述取值分析为基础,结合水库大坝多年的运行稳定情况,参照类似工程经验,在保证安全合理的条件下,综合工程类比分析并经反算验证后,最终确定坝体土料主要物理力学计算指标。大坝稳定计算坝体、坝基物理力学指标取值见表5.7、5.8。 主坝稳定分析物理力学指标计算值 表5.7 部位 湿容重 (g/cm3) 饱和容重 (g/cm3) 摩擦角 (度) 凝聚力 (KPa) Ⅰ区坝基强风化基岩 2.35 2.65 28.8 50 Ⅱ区坝基冲洪积粉质土 2.0 2.01 11.5 15.3 Ⅲ区浸润线以下坝体土 1.81 1.83 12.2 10.5 Ⅳ区浸润线以上坝体土 1.67 1.78 23.6 8.7 副坝稳定分析物理力学指标计算值 表5.8 部位 湿容重 (g/cm3) 饱和容重 (g/cm3) 摩擦角 (度) 凝聚力 (KPa) Ⅰ区坝基强风化基岩 2.35 2.65 28.8 50 Ⅱ区坝基冲洪积粉质土 2.0 2.01 11.5 15.3 Ⅲ区浸润线以下坝体土 1.81 1.83 12.2 10.5 Ⅳ区浸润线以上坝体土 1.69 1.78 21.5 11.0 (3)断面选择 根据坝址地形地质图,选择大坝标准剖面为坝坡稳定最不利断面,只要此断面满足稳定分析的安全要求,则整个坝体均可满足安全要求。 (4)浸润线 浸润线由地质勘察实测,并结合现场实际出逸点情况绘制,同时利用地质勘察所取得的渗透计算资料反推浸润线加以复核验证,以正确反映大坝现状的渗流情况。 (5)计算工况 根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》(SL189—96)的规定,结合猫鼻子水库的实际情况,选定坝坡稳定分析计算工况见表5.9。 坝坡稳定分析计算工况表 表5.9 上游坡 正常情况 正常蓄水位1539.30m稳定渗流 设计洪水位1540.79m稳定渗流 现状水位1537.70 m稳定渗流 正常蓄水位1539.30m缓降至死水位1535.00m 死水位1535.00m稳定渗流 非常情况Ⅰ 校核洪水位1541.50m稳定渗流 下游坡 正常情况 正常蓄水位1539.30m稳定渗流 设计洪水位1540.79m稳定渗流 现状水位1537.70 m稳定渗流 死水位1535.00m稳定渗流 非常情况Ⅰ 校核洪水位1541.50m稳定渗流 (6)复核成果 根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》(SL189-96)的规定,坝坡抗滑稳定计算采用刚体极限平衡法,分别利用瑞典圆弧法和简化毕肖普法进行分析计算。 主坝坝坡抗滑稳定计算成果表 表5.10 位置 计算工况 计算值 规范值 瑞典 圆弧法 毕肖 普法 瑞典 圆弧法 毕肖 普法 上 游 坝 坡 正常蓄水位稳定渗流 1.496 1.616 1.15 1.25 设计洪水位稳定渗流 1.536 1.658 1.15 1.25 校核洪水位稳定渗流 1.598 1.726 1.05 1.15 现状水位稳定渗流 1.445 1.562 1.15 1.25 死水位稳定渗流 1.268 1.369 1.15 1.25 正常蓄水位缓降至死水位 1.186 1.284 1.15 1.25 下 游 坝 坡 正常蓄水位稳定渗流 1.092 1.180 1.15 1.25 设计洪水位稳定渗流 1.046 1.132 1.15 1.25 校核洪水位稳定渗流 1.004 1.086 1.05 1.15 现状水位稳定渗流 1.148 1.242 1.15 1.25 死水位稳定渗流 1.265 1.366 1.15 1.25 副坝坝坡抗滑稳定计算成果表 表5.11 位置 计算工况 计算值 规范值 瑞典圆 弧法 毕肖 普法 瑞典圆 弧法 毕肖 普法 上 游 坝 坡 正常蓄水位稳定渗流 1.582 1.708 1.15 1.25 设计洪水位稳定渗流 1.635 1.766 1.15 1.25 校核洪水位稳定渗流 1.684 1.824 1.05 1.15 现状水位稳定渗流 1.527 1.650 1.15 1.25 正常蓄水位缓降至死水位 1.328 1.438 1.15 1.25 下 游 坝 坡 正常蓄水位稳定渗流 1.365 1.474 1.15 1.25 设计洪水位稳定渗流 1.327 1.446 1.15 1.25 校核洪水位稳定渗流 1.264 1.365 1.05 1.15 现状水位稳定渗流 1.429 1.558 1.15 1.25 根据以上成果分析,主坝上游坝坡稳定安全系数满足规范要求,即上游坝坡是稳定的。下游坝坡在正常蓄水位等工况下抗滑稳定安全系数小于规范值,需对主坝下游坝坡进行加固处理。 副坝上下游坝坡均满足规范要求,不需进行加固,但需增加排水棱体。 现状大坝稳定复核计算简图见附图。 5.3 除险加固设计 根据枢纽工程主要建筑物存在的病害,本次除险加固设计对主副坝下游坡进行培厚或增设排水棱体处理,对主副坝坝体、坝基及两坝肩进行防渗处理,对右涵洞闸门进行更换,新建启闭机室。封堵左涵洞,新建泄洪输水隧洞。根据地形条件,新建的泄洪输水隧洞布置于主坝左坝肩,出口与下游渠道相交。泄洪和下游左干渠供水由该隧洞承担,溢洪道因下游无排泄通道,且考虑到水库正常蓄水位至坝顶尚有4.7m超高,调洪库容大,不需设置溢洪道。 5.3.1 大坝 5.3.1.1 主坝加固处理方案 猫鼻子水库主坝现状坝体从大坝稳定复核结果可以得知,上游坡满足抗滑稳定要求,但上游坡局部出现坍塌,需要进行削坡处理;下游坡抗滑稳定能力低,需结合增设排水棱体对坝坡进行培厚处理。根据坝址地形条件,并经初步计算分析,坝坡的加固考虑两种处理方案。 方案一:上游坡作削坡处理,下游坝坡培厚加固至1536.00m高程,即满足下游坡稳定要求。 方案二:上游坡作削坡处理,下游坝坡培厚加固至1541.50m高程。 两种方案施工方便,施工期间对输水涵洞正常供水影响不大。从下游坡直接加固,使得防渗轴线相对新坝轴线前移,有利于防渗及降低后坝坡浸润线,使后坝坡抗滑稳定能力得到显著提高。方案二相对方案一而言工程量大,投资比方案一多86.1万元。故本阶段推荐方案一为坝体加固方案,即上游坡仅作削坡处理,下游坝坡培厚加固至1536.00m高程。坝体加固方案工程量及投资对比见表5.12。 主坝加固方案工程量及投资对比表 表5.12 项 目 单位 数 量 差值 方案一 方案二 坝顶开挖 m3 941 941 0 清基 m3 17123 50663 -2811 原坝上游削坡 m3 5975 4051 0 路肩石 m3 63 63 0 砂石垫层 m3 4122 2163 0 上游混凝土预制块护坡 m3 827 827 0 坝顶泥结石路面 m2 1543 1543 0 下游框格草皮护坡 m2 5581 1742 3839 干砌块石护坡 m3 1831 3011 -1086 下游堆石棱体回填 m3 8101 12130 -6117 下游反滤过渡层 m3 4587 9826 -4177 C15踏步混凝土 m3 36 36 0 C15蹬脚混凝土 m3 46 46 0 排水沟M7.5浆砌石 m3 63 128 -65 投 资 万元 506.3 292.4 86.1 5.3.1.2 坝体及坝基防渗处理方案比较 一、防渗处理的必要性 根据地勘资料,主坝坝体钻孔压、注水试验结果表明,坝土渗透系数K=1.90×10-4~1.33×10-2cm/s,为中~强透水性,透水层平均厚度7~9m。坝体与坝基接触带K=1.40×10-3~4.39×10-3cm/s。坝基内1521.00~1514.00m为溶洞,洞内有粘性土夹砂砾石充填物,密实度较差,透水性极强;且坝基内高程1495.00m以上岩体的透水性为极强~中等透水性;坝基残坡积层粘土厚度5~7.7m,密实度较差,透水性强。故坝基内透水层属极强~中等透水层。据此计算,坝体、坝基、坝肩总渗漏量为61.80×104m3,占总库容(630×104m3)的9.8%。主坝下游坡实测集中渗漏为22.3L/s,年渗漏量为70.3×104m3,占总库容的11.2%。 猫鼻子水库大坝设计时虽然为均质土坝,但土工试验结果表明,坝体填筑土土质不均匀,据主坝8个探井揭露,各铺土层主要由含角砾高液限粉质土组成,铺土层厚度变化较大,一般为10~50cm。各铺土层上部坝土较为密实,下部坝土疏松多孔,多呈蜂窝状或絮状。根据现场试验,坝体压实度为77.6~87.2%,平均82.5%,远未达到规范要求的96~98%。从本次勘察钻孔钻进难易情况、原位测试及注、压水试验结果来看,坝体密实性都较差且不均匀,标贯击数一般为5~8击,坝体土孔隙率多在50%以上。坝体渗漏性较大,大部分为中~强透水。坝土侧向渗漏要比竖向渗漏严重得多。整体看来,坝土较为疏松的坝段滑坡、塌陷等物理地质现象多见。 猫鼻子水库始建于1958年12月,1959年12月竣工,工期仅为一年。由于当时资金严重不足及施工技术落后;管理质量较差,未建立健全质量监督和保证体系,难以对工程施工进行有效监督和质量管理;检测措施也极不完备;所以难以保证工程质量。从筑坝的运输手段看,当时主要依靠人力用手推车推、肩挑及背运土料;从主坝的碾压工具看,当时主要采用人或牛拉石碾碾压、人工石夯夯实;从铺土层厚度看,当时的铺土层厚度一般为50~60cm不等,厚度过大且铺土不均匀;从铺土土层的含水量来看,当时铺土层的含水量并没有得到合理有效的控制,大部分含水量偏高,难以压实。由此可以看出,无论从碾压机具还是从当时的铺土层厚度及铺土含水量控制等方面分析,坝土都难以达到整体碾压的质量要求。大坝建成后,坝体变形、开裂及滑塌等现象较为严重。 以上资料表明,原坝体上坝土料不均匀,碾压质量差,加上大坝基础从未进行过防渗处理,大坝未建立完整、连续的防渗体系,导致大坝存在较严重的坝体渗漏、坝基渗漏和两岸坝肩渗漏,浸润线偏高,坝土饱和,强度逐年降低。为了满足坝体及坝基渗透稳定要求、减小渗漏量,必须对坝体、坝基及坝肩进行防渗处理。 二、防渗方案 (1)主坝防渗方案的比选 为防止坝体和坝基渗透破坏,减少坝体、坝基及绕坝渗漏量,对主坝坝基及两坝肩采取帷幕灌浆处理。 劈裂灌浆处理坝体渗漏,目前也取得了一些成功经验,但坝体与有连续渗浆通道的地基是有区别的。坝体的壤土、粘土其可灌性很差。若采用劈裂灌浆,在局部有架空现象的坝体中,其劈裂的路径和宽度也难以控制。猫鼻子水库大坝透水性较强,其防渗体承担整个坝体的防渗。采用劈裂灌浆处理坝体防渗,其防渗效果和防渗耐久性难以达到设计要求,故本阶段对劈裂灌浆方案未作更详细的比较。 从省内外工程实践看,采用冲击钻或抓斗成槽建造混凝土防渗墙处理坝体防渗,效果较为明显。防渗墙方案优点是有较为成熟的理论,对地层的适应性较强,安全可靠,使用有效期长,但造价较高。考虑到猫鼻子水库为小(一)型水库,投资受限的实际情况,本阶段对防渗墙方案也未作更详细的比较。 近年来,特别是1998年长江特大洪水后,采用振动沉模防渗板墙技术在长江大堤上进行防渗取得了成功。其原理是利用强力振动将空腹模板沉入土中,向空腹内注满浆液,边振动边拔模,浆液留于槽孔中形成单块板墙,将单板连接起来,即形成连续的防渗板墙帷幕。该项新技术主要用于砂、砂性土、粘性土、淤泥质土及砂砾石地层建造混凝土连续防渗墙,墙厚8~25cm,最厚30cm。其不足之处是对卵石含量高的地层沉入困难,不能沉入基岩和较大块石中,且目前造墙深度尚不能超过50m,50m以内才能保证施工质量,超过50m后因孔斜率难以保证,各段的接头难以控制,成为该项技术的最大缺点。其优点是防渗效果好,经久耐用,单位面积投资小。但由于该项新技术推广时间不长,设备不多,施工单位选择较困难,特别猫鼻子水库为边远地区的小型水库,工程量小,更不易吸引有专长的施工队伍。 根据猫鼻子水库的具体条件,经过分析,大坝坝体考虑进行两种垂直防渗处理方案作研究比较,即充填式灌浆方案与高压旋喷灌浆方案。 方案一(充填式灌浆方案):根据工程经验,结合坝基帷幕灌浆,采用双排孔,排距1m,孔距2.0m,坝体采用粘土水泥灌浆,基岩采用水泥灌浆。两坝肩及坝体以下基岩部分采用常规帷幕灌浆,考虑到坝基岩石溶蚀裂隙及小型溶洞较为发育,采用双排孔,排距1m,孔距2m,两岸坝肩采用单排孔,孔距2m,右岸基岩灌浆水平延长45m,左岸基岩灌浆水平延长50m。 方案二(高压旋喷灌浆方案):坝体采用高压旋喷灌浆,最大深度14.87m,旋喷桩深入全风化基岩0.5~1.0m,高压旋喷灌浆采用三管法(φ160mm)施工,旋喷灌浆Ⅰ、Ⅱ序孔间距0.8m,搭接长度50cm。两坝肩处理方式及范围同方案一。 高压喷射灌浆技术当防渗板墙高超过50m时,造孔精度要求较高,联接难度也增大。由于高压喷射形成的板墙较薄,板墙质量也不均匀,单层板墙防渗耐久性低,双层板墙防渗耐久性可提高到50年以上,但其施工难度大,工程量也大。采用高压喷射灌浆技术,施工参数的获得和施工过程的质量控制都比较困难。 充填式灌浆的优点是施工简单,速度快,造价低,对变形的适应性强,施工干扰小,而高压旋喷灌浆方案施工机械要求相对较高,施工相对较复杂,造价高。 因此,结合猫鼻子水库的实际情况,综合比较,坝体采用造价低、安全性能能够满足水库运行要求的充填式灌浆处理方案,同时对两岸坡及坝基进行常规帷幕灌浆防渗处理。 (2)副坝防渗方案 猫鼻子水库副坝虽然坝坡抗滑稳定满足规范要求,但由于坝体碾压不密实,透水性强,加之未设排水棱体,排水不畅,坝体浸润线偏高,对坝坡稳定不利。由于副坝水头较小,坝体渗漏量较小,再加上副坝断面小,工程量不大,故本阶段副坝的防渗处理方案选择造价低、安全性能能够满足水库运行要求的充填式灌浆处理方案,并在后坝坡新建排水棱体,以达到减少坝体渗漏量、降低浸润线的目的。 5.3.1.3 主副坝防渗处理设计 一、主坝防渗处理设计 主坝的垂直防渗处理方案:坝体采用充填式灌浆处理方案、坝基及两岸坡防渗采用帷幕灌浆。 (一)充填式灌浆 (1)布置的原则 结合本工程的实际特点,充填式灌浆布置的原则为:a.确保工程质量,保证大坝加固后正常运行;b.降低工程造价,力求防渗体工程量最小;c.保证防渗体施工期大坝稳定安全,不因施工造成坝体失稳; d.减少施工与蓄水的矛盾,尽量满足用水需要;e.施工单一,便于与其它处理措施相协调。 (2)墙体轴线拟定 防渗轴线位置选择主要考虑的因素有:施工期坝体安全稳定;具备良好的施工场地条件;灌浆后受力条件好,坝体应力分布状态得以改善。考虑到便于充填式灌浆与两岸的帷幕灌浆连接形成一道完整的防渗体,因此,选定防渗轴线在原坝体轴线位置。 (3)充填灌浆顶界、底界高程的确定 坝顶高程为1544.00m,坝顶宽5m,满足施工平台宽度要求,充填灌浆顶界高程为正常蓄水位1539.30m,底界综合考虑确定伸入基岩0.5m,其下作常规帷幕灌浆。 (4)充填式灌浆参数 大坝防渗处理采用双排孔,排距1m,孔距2m,坝体采用粘土水泥灌浆,基岩采用水泥灌浆。两坝肩及坝体以下基岩部分采用常规帷幕灌浆,考虑到坝基岩石溶蚀裂隙及小型溶洞较为发育,采用双排孔,排距1m,孔距2m,两岸坝肩采用单排孔,孔距2m,右岸基岩灌浆水平延长45m,左岸基岩灌浆水平延长50m。初拟灌浆材料粘土水泥浆配比初定为1:2,孔距、压力、浆液配比等灌浆参数下一阶段由灌浆试验复核确定。 (二)帷幕灌浆设计 (1)帷幕灌浆布置 坝体以下基岩灌浆布置为双排孔,初拟排距1m,孔距2m,两坝肩为单排孔,孔距2m,采用水泥灌浆。最大灌浆孔深33m。耗浆量分析、孔排距、压力、浆液水灰比、耗浆量由灌浆试验确定。 (2)灌浆范围 坝基帷幕灌浆下游排布置在原坝轴线位置,沿整个大坝基础向两岸山体延伸,将坝基及两岸岩体与相对透水层封闭,以达到降低坝基水头压力、防止渗透破坏、减少渗漏损失的目的。大坝右岸灌浆范围为水库正常蓄水位与相对隔水层相交(坝0+379.00 m),水平延长45m。左岸灌浆范围为0-050~0+000m,水平延长50m。 (3)防渗要求及深度 根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274—5001)第6.3.9条的规定:对三级以下的中低坝,相对不透水层的标准可按基岩透水率q≤5~10Lu确定。本工程运行四十多年来,下游坡一直有渗漏、潮湿现象,考虑到坝不高,因此,确定防渗帷幕底界深入相对不透水层(q≤10Lu)内不少于5m;顶界与设计洪水位相同,即为1540.79m。 二、副坝防渗处理设计 副坝的垂直防渗处理方案:坝体采用充填式灌浆处理方案,坝基及两岸坡防渗采用帷幕灌浆。其布置原则、防渗轴线、灌浆范围、灌浆参数等与主坝确定原则相同。 5.3.1.4 筑坝材料及坝体结构设计 (1)筑坝材料 ①坝壳堆石料及石料 根据地质勘察结果,库区及库区外围临近地区白云质灰岩、灰岩广泛分布。经调查,库区下游右岸距主坝约2km处的牛背罗山上出露三叠统大塘组(C1d)灰岩、白云质灰岩。该处灰岩不仅质量较好,储量丰富(储量大于30万m3),而且易于露天开采,开采及交通方便。该料场可作为大坝加固工程的石料料场。 ②反滤料 工程附近缺乏天然砂砾料,本阶段根据地质建议采用人工砂代替。 ③防渗土料 库区内碳酸盐岩广泛分布,因而其风化产物红粘土或次生红粘土也相应分布较广,一般以残坡积分布于山坡、坡脚或以冲洪积分布于沟谷或沟口。红粘土或次生红粘土粘粒含量均较高,粘聚力较大,能满足灌浆粘土土料的质量要求。经现场调查,库区和主坝右岸下游地段残坡积粘土层分布较厚,一般为3~10m,顺库岸呈条带状分布,其储量大于3万m3 。该处粘土无论从储量还是从质量上均能满足水库除险加固工程的灌浆用料要求。 (2)主副坝坝顶高程的确定 根据水库调洪计算,正常蓄水位为1539.30m,设计洪水位(P=3.33%)为1540.79m,校核洪水位(P=0.33%)为1541.50m。多年平均最大风速为22m/s,水库吹程为2.2km。大坝按Ⅳ级建筑物设计。 根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》(SL189—96)规定,坝顶高程分别按以下情况进行计算,取其最大值。因本工程处于6o地震区,可不考虑地震作用工况。 ①设计洪水位加正常运用情况的坝顶超高; ②正常蓄水位加正常运用情况的坝顶超高; ③校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高; 坝顶超高按下式确定: Y=R+A 式中: Y——坝顶在静水位以上的超高(m); R——风浪沿着坝坡的最大爬高(m); A——安全加高(m),正常运用情况取A=0.5m,非常运用情况取A=0.3m。 根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》(SL189—96)的建议,波浪爬高采用莆田试验站公式进行计算,正常运用条件下,采用多年平均最大风速的1.5倍,非常运用条件下采用多年平均最大风速。计算结果见表5.13。 坝顶高程计算结果表 表5.13 计算情况 库水位(m) R(m) A(m) Y(m) 坝顶高程 (m) (1) 1540.79 1.467 0.5 1.967 1542.757 (2) 1539.30 1.488 0.5 1.988 1541.288 (3) 1541.50 0.861 0.3 1.161 1542.661 根据计算结果,坝顶高程由设计洪水位加正常运用情况的坝顶超高控制(1542.757m),现状主坝坝顶平均高程为1543.97m,副坝坝顶平均高程为1544.88m,故坝顶高程满足要求尚有余量。因此,坝顶高程统一确定为1544.00m。 (3)主副坝结构布置 ①坝顶 主坝坝顶高程1544.00m,坝顶长334m,坝顶宽5.0m,坝顶上、下游侧设路缘石,路面为泥结石路面。为便于坝顶排水,设2%横坡倾向下游。 副坝坝顶高程削至1544.00m,坝顶长116m,坝顶宽6.5m,坝顶上、下游侧设路缘石,路面为泥结石路面。为便于坝顶排水,设2%横坡倾向下游。 ②坝坡 主坝上游坝坡由原一级坡变为二级坡,一级从坝顶1544.00~1534.80m,坡比为1:2.5;1534.80m高程以下坡比为1:2.5,此高程设置1m宽戗台。上游坝坡1534.8m高程以上坡面采用混凝土预制块护坡。在原坝体下游坡1536.0m以下直接培厚坝体,采用堆石料填筑。根据培厚后的大坝稳定计算,下游坝坡坡比分为两级,一级从坝顶1544.00~1536.00m,坡比为1:2.0,为原坝体,坡面采用框格草皮护坡。1536.00m以下坡比为1:2.2,在原坝坡的基础上直接培厚,为加固坝体(排水体),加固平台宽为6.0m,高程为1536.00m,坡面采用干砌块石护坡。 副坝上游坝坡维持原一级坡不变,坡比为1:2.0,坡面为干砌块石护坡;下游坝坡由原一级坡变为两级坡:一级从坝顶1544.00~1539.00m,坡比为1:2.0,为原坝体,坡面采用框格草皮护坡;二级从1539.00~1536.00m,坡比为1:2.0,在原坝坡的基础上直接加排水棱体,加固平台宽为3m,高程为1539.00m,坡面采用干砌块石护坡。 ③反滤排水 为改善坝体的渗流条件、降低浸润线,增强坝体的抗滑稳定性,在主副坝下游坡设置新的排水棱体,并在原坝体与加固坝体之间设两层反滤过渡层(主坝厚40cm,副坝厚50cm),以保证两种不同筑坝材料的过渡。 主副坝下游坝坡与岸坡连接处及戗台内侧设置0.3m×0.3m排水明沟,截断山体地表水对坝坡的冲刷,将坝面集水和岸坡集水引向下游。 ④护坡 主坝上游坡1534.8m高程以上采用厚10cm预制混凝土块护坡,为防止白蚁危害,下设厚30cm砂垫层;副坝上游坡维持原干砌块石护坡不变,但需加设30cm的砂石垫层;主副坝下游坡采用干砌块石护坡和混凝土框格草皮护坡,干砌块石护坡厚度30㎝,框格草皮4×4m,混凝土框格梁断面50cm×15cm,为防止白蚁危害,草皮护坡下设厚30cm的砂垫层,再铺50cm的腐植土。 5.3.1.5 加坝后主副坝渗流、稳定计算 (1)渗流计算 主副坝进行防渗处理后,坝体及坝基渗流主要受防渗体系(充填式灌浆防渗体及帷幕灌浆)控制。按《碾压式土石坝设计手册》介绍的方法—采用透水地基上有截水墙的心墙土石坝渗流计算方法计算坝体和坝基的渗漏量,并推求坝体浸润线。同时采用陕西省水利院编著的《土石坝二向稳定及非稳定渗流计算程序》(DQB)进行坝体渗流复核计算,并结合实测结果进行比较,确定计算浸润线。 大坝渗流计算渗透系数采用值见表5.14、5.15,渗流计算结果见表5.16、5.17。 主坝渗流计算渗透系数采用值 表5.14 部 位 渗透系数(cm/s) 防渗体 1×10-6 老坝体 1.42×10-3 新坝体 1.2×10-2 坝体与坝基接触带 2.90×10-3 坝基冲洪积层 6.98×10-4 坝基强风化灰岩 2.25×10-3 副坝渗流计算渗透系数采用值 表5.15 部 位 渗透系数(cm/s) 防渗体 1×10-6 坝壳料 1.84×10-3 坝基冲洪积层 1.95×10-3 坝基强风化灰岩 4.2×10-3 主坝渗流计算结果表 表5.16 坝 位 校核情况水力坡降计算值 允许水力 坡降[ ] 渗透流量设计情况(m3/d.m) 渗透量 (万m3/y) 大坝(长90m) 标准剖面 0.156 0.292 1.03 12.5 副坝渗流计算结果表 表5.17 坝 位 校核情况水力坡降计算值 允许水力 坡降[ ] 渗透流量设计情况(m3/d.m) 渗透量 (万m3/y) 大坝(长34m) 标准剖面 0.085 0.287 0.12 0.59 计算结果表明,防渗处理后主坝坝体、坝基年渗漏量为12.5万m3;副坝坝体、坝基年渗漏量为0.59万m3。可见采用充填式灌浆方案防渗效果极为明显。充填式灌浆与帷幕灌浆防渗措施构成的综合防渗体系可满足大坝坝体、坝基及坝肩防渗要求。 (2)坝坡稳定计算 大坝坝坡加固后稳定计算采用中国水利水电科学研究院陈祖煜编著的《土质边坡稳定分析程序》(STAB95)。 由于副坝加固前即已稳定,副坝处理的目的主要是减少渗漏量、降低浸润线,故只复核主坝加固后的稳定性。 ①计算分区 根据坝体结构设计,加固后主坝稳定分析按不同部位分别取用对应的物理力学指标计算。 ②基本参数取值分析 原坝体土抗剪强度凝聚力c、内摩擦角φ根据地质建议,取值同前原坝体稳定复核计算。 根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274—5001),对反滤堆石料等粗砾料以及粘性土,在试验组数较少的情况下,根据试验成果和参考类似工程整理后确定抗剪强度指标。 排水棱体、堆石料等物理力学指标参考《中小型水利水电工程地质勘察经验汇编》及有关工程经验取值。 以上述取值为基础,结合水库大坝多年的运行情况,参照类似工程经验,在保证安全合理的条件下,综合工程类比分析并经反算验证后,最终确定各区坝料主要物理力学计算指标进行抗滑稳定分析,所用取值基本可靠。坝体各区土料物理力学指标见表5.18。 主坝稳定分析物理力学指标计算值 表5.18 部 位 湿容重 (g/cm3) 饱和容重 (g/cm3) 摩擦角 (度) 凝聚力 (KPa) Ⅰ区坝基强风化基岩 2.35 2.65 28.8 50 Ⅱ区坝基冲洪积粉质土 2.0 2.01 11.5 15.3 Ⅲ区浸润线以下坝体土 1.81 1.83 12.2 10.5 Ⅳ区浸润线以上坝体土 1.67 1.78 23.6 8.7 Ⅴ区新增堆石料 2.35 2.38 30.9 0 ③断面选择 选择实测最大断面为坝坡稳定最不利断面,只要此断面满足稳定分析的安全要求,则整个坝体均满足安全要求。 ④浸润线 根据地勘试验成果,通过渗流计算确定加固后坝体各运行水位的自由表面浸润线。 ⑤计算工况 根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》(SL189—96)规定,结合猫鼻子水库的实际情况,选定坝坡稳定分析计算工况见下表5.19。 坝坡稳定分析计算工况表 表5.19 上游坡 正常情况 正常蓄水位1539.30m稳定渗流 设计洪水位1540.79m稳定渗流 现状水位1537.70 m稳定渗流 正常蓄水位1539.30m缓降至死水位1535.00m 死水位1535.00m稳定渗流 非常情况Ⅰ 校核洪水位1541.50m稳定渗流 下游坡 正常情况 正常蓄水位1539.30m稳定渗流 设计洪水位1540.79m稳定渗流 现状水位1537.70 m稳定渗流 死水位1535.00m稳定渗流 非常情况Ⅰ 校核洪水位1541.50m稳定渗流 ⑥稳定计算方法及成果 根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》(SL189—96)的规定,坝坡抗滑稳定计算采用刚体极限平衡法,分别采用瑞典圆弧法和简化毕肖普法进行计算。计算成果见表5.50。 主坝坝坡抗滑稳定计算成果表 表5.50 位置 计算工况 计算值 规范值 瑞典圆弧法 毕肖普法 瑞典圆弧法 毕肖普法 上 游 坝 坡 正常蓄水位稳定渗流 1.496 1.616 1.15 1.25 设计洪水位稳定渗流 1.536 1.658 1.15 1.25 校核洪水位稳定渗流 1.598 1.726 1.05 1.15 现状水位稳定渗流 1.445 1.562 1.15 1.25 死水位稳定渗流 1.268 1.369 1.15 1.25 正常蓄水位缓降至死水位 1.186 1.284 1.15 1.25 下 游 坝 坡 正常蓄水位稳定渗流 1.234 1.340 1.15 1.25 设计洪水位稳定渗流 1.198 1.294 1.15 1.25 校核洪水位稳定渗流 1.163 1.256 1.05 1.10 现状水位稳定渗流 1.308 1.414 1.15 1.25 死水位稳定渗流 1.426 1.568 1.15 1.25 从计算结果可见,大坝加固设计断面对可能出现的各种工况都是安全的,抗滑稳定安全系数满足规范要求。 大坝培厚加固稳定计算简图见附图。 5.3.2 泄洪输水隧洞 原左右输水涵洞均承担着泄洪任务,泄洪能力小,使水库防洪调度十分困难,常年采取空库度汛方式,使后期蓄水严重不足,且两条涵洞联合调度十分困难,给运行管理带来了很多不便。根据两条涵洞存在的问题,左涵洞断面尺寸太小,渗漏较严重,应封堵废弃,右涵洞断面尺寸比左涵洞大,渗漏不严重,总体质量比左涵洞好,因此,更换闸门后可继续使用。为彻底根除水库的险情,改善管理条件,另建一条泄洪输水隧洞,承担泄洪和左干渠供水任务,右干渠供水由加固后的右涵洞承担。 根据坝址地形地质条件,新建的泄洪输水隧洞布置于主坝左坝肩,出口与下游左干渠相交,左干渠扩建由鲁甸县另筹资金解决,投资不列入除险加固项目。 5.3.2.1 隧洞布置 根据调洪计算结果,泄洪输水隧洞设计泄洪流量为2.79m3/s,向下游正常供水流量为1 .5 m3/s。 输水隧洞由10m进口明渠段、35.46m有压方洞段、4.6m闸门井、50m无压隧洞段及15.4m出口消力池段组成,全长115.46m,具体布置如下: 桩号0+000.00~0+010 m为进口明渠段,长10m。根据水库调节计算,为充分利用水资源,选定引渠进口底高程为水库死水位1534.80m,底坡i=0,底宽5.0~2.8m,矩形断面,采用C50钢筋砼衬砌,衬砌厚0.4m。开挖边坡为1:1,采用M7.5浆砌块石护坡,衬砌厚度为0.3m。 0+010~0+045.46m为方形有压隧洞段,长35.46m,洞断面为1.6×1.6m,底坡i=1/100,进口设置拦污栅,其中,0+025.0~0+040.46m为转弯段,0+040.46~0+045.46m为渐变段,由1.6×1.6m方形渐变为1.2×1.2m方形。采用C50钢筋砼衬砌,衬砌厚0.4m。 0+045.46m~0+050.06m为闸门井段,长4.6m,宽3.1m,井深9.55m,采用C50钢筋砼衬砌,衬砌厚0.5m。井内安装工作闸门和事故检修闸门各一道,闸孔尺寸1.2×1.2m,闸门形式为平面定轮焊接钢闸门,均为前止水,闸门采用滚动轴承轮子支撑,动水启闭,为保证闸门动水下门,使用加重块。 0+050.06~0+100.06m为无压隧洞段,长50m,其中0+050.06~0+055.06m为渐变段,底宽由1.2m渐变为1.5m;无压洞断面型式为1.50m×1.80m的城门洞型,底坡i=1/100。采用C50钢筋混凝土衬砌,衬砌厚度为0.4m。为使衬砌与岩石紧密贴合,隧洞顶部进行回填灌浆,回填灌浆范围在顶拱中心角150°以内,孔、排距3m,灌浆压力0.2MPa,灌浆孔深入围岩5cm以上,钻孔直径38~56mm或留孔(40~60mm)。 0+100.06~0+115.46m为隧洞出口消力池段,底宽1.5~2.0m,消力池长15.4m,坎高0.5m,池深2.0m,采用C50钢筋混凝土衬砌。 0+115.46m以后通过54.1m长的渠道与左干渠相交。 5.3.2.2 设计计算 本阶段主要进行了水力学计算、洞身结构计算、闸门井基础承载力计算等。 (一)水力学计算 基本资料:隧洞设计流量Q=2.79m3/s,糙率n=0.015。进水塔闸孔尺寸1.2×1.2m,无压洞断面为1.5m×1.8m的城门洞,底坡i=1/100。引水渠进口底板高程为1534.80m,正常蓄水位为1539.30m,校核洪水位为1541.50m。 (1)闸孔出流计算 进水塔闸孔出流按有压短管进行计算。 计算公式采用下式: 式中:Q——流量; μ——流量系数; B——过水断面宽度; e——闸孔开启度; g——重力加速度; H——进出口水位差; hc——收缩断面水深, hc =εe; ε——闸孔收缩系数; la——管道全长; Ra——有压短管平均过水断面的水力半径; Ca——有压短管平均过水断面的谢才系数; Wc——收缩断面面积,Wc=εBe; Wa——有压短管平均过水断面的面积; ζi——局部损失系数;Wi——与ζi相对应的过水断面面积。 根据计算,正常蓄水位1539.30m,设计流量Q=2.79m3/s,闸门开启度e=0.33m,闸后收缩水深h=0.21m,流速v=13.2m/s。 (2)水面线计算 无压洞身段按《水利水电工程PC—1500程序集》之D—7“明渠恒定非均匀渐变流水面曲线计算与绘图程序”进行计算。 其中掺气水深按下式计算: 式中:β——含水比; h——不掺气水深(m); ha——掺气水深(m); B——底宽(m); R——不掺气水流的水力半径(m); n——粗糙系数,n=0.015。 当库水位为正常蓄水位1539.30m,设计流量Q=2.79m3/s,闸后收缩水深h=0.21m,水面线为C2型雍水曲线,水流变为均匀流后正常水深h0=0.59m,流速v=4.73m/s,净空面积大于隧洞断面面积的15%,净空高度大于40cm,满足规范要求。 (3)消能计算 根据计算,出口消力池长15.4m,坎高0.5m,池深2.0m。 (二)结构计算 洞身及竖井采用PC1500的《G-12 隧洞衬砌内力及配筋计算通用程序》计算,用边值法分别对洞身段进行了内力分析及配筋计算,围岩类别及计算相关参数见表5.21。计算分三种工况进行;运行工况、检修工况及施工工况。计算结果表明,无压洞身段施工工况是控制工况,竖井段检修工况为控制工况。洞身段轴力Tmax=157KN(边墙底部受压),剪力Qmax=131KN,弯矩Mmax=38KPa(底板中部内侧受拉);闸门井段轴力Tmax=264.56KN(受压),剪力Qmax=431.28KN,弯矩Mmax=267.02KPa(外侧受拉)。 计算采用物理力学指标表 表5.21 围岩 类别 天然容重 γ(KN/m3) 凝聚力 c(KPa) 内摩擦角φ(°) 坚固系数fk 单位抗力系数Ko (MPa/cm) 容许承载力[R](KPa) 灌浆压力(KPa) Ⅴ 24 80 28 0.5~1 1~2 260 500 Ⅳ 25 150 32 1~2 2~4 400 500 (三)闸门井基础承载力计算 进水塔竣工后,上下游均无水,仅有建筑物自重,此时地基压应力最大,地基压应力按偏心受压公式计算,计算地基压应力为0.216MPa,小于地基允许承载力[R]=0.40~0.60MPa,满足承载力要求。 5.3.3 原右涵洞改造 右涵洞改造内容为:拆出原闸门,在原闸门井内另安装0.6×0.6m平面铸铁闸门一道,采用一台容量10t的手电螺杆式启闭机启闭;新建启闭机室建筑面积30m2;清除洞内的淤积物。 5.3.4 原输水左涵洞封堵处理 施工期间,涵洞作为施工导流通道,利用其向下游泄洪和供水,左涵洞的封堵要结合施工导流的工期安排进行,在施工结束后对其进行封堵。 低水位时,在左涵洞进口位置设5m长的混凝土堵头,涵洞出口位置设3m长的浆砌石堵头。对涵洞出口、消力池边墙等设施进行适当拆除,并用浆砌石回填至原坝坡坡面。在涵洞出口回填浆砌块石时留设排水孔。左涵洞封堵工程量:C15砼9m3,M7.5浆砌石9m3。 5.3.5 溢洪道 猫鼻子水库原非常溢洪道位于副坝左岸,为开敞式河岸正槽溢洪道,无闸控制,全长42.6m。断面为3.0×1.5m,进口底板高程为1541.50m。溢洪道侧墙及底板均没有进行衬砌,因闲置时间较长,有边墙土石脱落现象。因水库建成后溢洪道从未泄过洪水,下游全为农田,已无泄流通道。考虑到水库超高富裕度较大,调洪库容也大,根据调洪计算,采用新建的隧洞泄洪已完全能满足要求,因此,不需再建溢洪道。采用粘土将缺口回填封堵。 5.3.6 观测设计 5.3.6.1 大坝观测 大坝的安全是水库能否正常运行的关键,为了监测大坝施工期及运行情况,在水库运行期间,除应进行一般外表观测外,还应对坝面位移、坝体及坝基渗流、绕坝渗漏、库水位等进行观测并作详细记录。 (1)一般外表观测 一般外表观测是对坝面是否受到人为或生物破坏,坝面是否出现裂缝、坍陷、隆起、渗水、流土、管涌等异常现象进行观测。 (2)渗流观测 大坝渗流观测包括坝体浸润线、渗流量及绕坝渗漏等观测。 渗流量包括坝体、坝基及绕坝渗漏,这三种形式的渗漏量一般难以分开,因此,在下游坝脚处设一座三角堰观测总渗漏量。由于该坝为除险加固工程,加强施工期的渗流观测是十分必要的。在大坝培厚加固后,坝体浸润线采用测压管观测。坝面及坝肩设测压管,总长267m。测压管采用φ50mm镀锌钢管。 (3)位移观测 位移观测包括坝面垂直位移观测和水平位移观测。大坝位移观测标点设于坝顶下游侧和下游坡戗台内侧。在两岸坡上设水平位移观测工作基点和校核基点。为提高垂直位移观测精度,方便观测实施,将垂直位移观测基点设在与观测标点埋设高程相近的左右岸山坡。 (4)库水位观测 库水位是水库运行调度的重要依据,也是大坝安全运行控制参数,故必须进行观测。拟定用水尺作为库水位观测设施。水尺布置在岸坡较稳定、观测较方便的位置。 5.3.6.2 其它观测 其它观测包括输水隧洞的出流量、消能、建筑物外表观测。在高水位期间,应加强泄洪输水隧洞出口渗流观测。通过出流量观测,验证泄洪输水隧洞的水位~开度~流量关系。 5.3.6.3 大坝观测设备 根据《土石坝观测技术规范》要求,猫鼻子水库大坝所布设的观测设施见表5.22。 大坝观测设备工程量表 表5.22 序号 观测项目 观测仪器类型 单位 数量 1 坝体表面位移观测 位移标点 个 15 2 起测基点 个 6 3 工作基点 个 6 4 校核基点 个 6 5 坝体浸润线 测压管 m 267 6 渗流量观测 量水三角堰 个 1 7 库水位观测 水位尺 根 3 5.3.7 金属结构 猫鼻子水库除险加固工程初步设计新建隧洞一条,设事故检修闸门及工作闸门各一套,均为上游止水。闸门的孔口尺寸为1.2m×1.2m,设计水头6.45m,闸门型式为平面定轮钢闸门。闸门采用滚动轴承轮子支承,动水启闭,为保证闸门动水下门,使用了加重块。闸门采用QP—80KN—12m卷扬机启闭。隧洞进口处设一道拦污栅,孔口尺寸3.0m×3.1m。 右涵洞另设一道0.6×0.6m平面铸铁闸门,采用一台容量10t的手电螺杆式启闭机启闭。 隧洞闸门门叶及门槽总重14t,加重块总重4t,拦污栅重1.0t。右涵洞闸门总重2t。 6 施工组织设计 6.1 施工条件 6.1.1 工程条件 猫鼻子水库距县城约50km,水库坝址现有10km简易公路与铁厂乡联接,但路面不平整,路况较差,需维修后才能满足施工运输的要求。 猫鼻子水库于1958年12月1日开始兴建,1959年12月1日竣工,全靠发动当地群众以人海战术建设而成,蓄水后大坝出现渗漏等病害,加上库区淹没问题一直未解决和来水量不足等原因,蓄水量从未达到过设计规模。 猫鼻子水库的功能是以灌溉为主,兼有下游农田和村镇的防洪,灌区分布于下游沿河两岸,原设计灌溉面积16000亩,但由于大坝病害严重,加之渠系工程未配套完善,目前仅能灌溉2600亩,水库的工程效益远远没有发挥出来。 水库枢纽工程由主坝、副坝、坝下埋设的左涵洞、右涵洞和非常溢洪道组成。 主坝为均质土坝,高15.5m,坝顶长334m,坝顶宽5m ,上游坝坡1:2.5,采用干砌毛块石护坡,下游坝坡1:2.0,采用草皮护坡。 副坝为均质土坝,坝高7.6m,坝顶长123m,坝顶宽3m ,上游坝坡1:2.0,采用干砌毛块石护坡,下游坝坡1:2.0,采用草皮护坡。 左涵洞进口底板高程1533.159m,长39.5m,为浆砌料石坝下无压涵洞,洞身断面为矩形,尺寸b×h=0.8×1.0m,坡降1:400,进口启闭塔内安装一道0.6×0.6m的平面钢闸门,采用手电两用螺杆式启闭机启闭。 右涵洞进口底板高程1533.81m,长35.1m,为浆砌料石坝下无压涵洞,洞身断面为矩形,尺寸b×h=0.9×1.5m,坡降1:500,设有一道0.6×0.6m的平面钢闸门,采用手动螺杆式启闭机启闭。 溢洪道位于副坝左端,沿线没有衬砌,断面尺寸b×h=3.0×1.5m,由于土石塌落堆积,目前已不能过水。 猫鼻子水库除险加固工程项目为:(1)对主坝上游坡进行削坡整平,采用混凝土预制块进行护坡;下游坡增设排水体,并用碾压堆石培厚至1535.0m高程;坝体采用充填式灌浆进行防渗,坝基和两岸坝肩采用帷幕灌浆。(2)副坝下游坡增设排水体;坝体采用充填式灌浆进行防渗,坝基和两岸坝肩采用帷幕灌浆。(3)封堵废弃原左涵洞,改建右涵洞,在左坝肩新建一条泄洪输水隧洞。 工程所需的水泥、钢材、炸药、汽(柴)油、木材由鲁甸县城采购供应。 工程所需的毛块石料、碎石料及砂料可从水库下游2km处的牛背罗山上开采加工,岩性为灰岩、白云质灰岩,质量较好,储量大于30万m3,交通方便,开采条件好。 施工用电,目前10KV线路已至管理所,只需另设变压器即可,变压器容量为500KVA;石料场需另架设2km10KV输电线路,并设一台500KVA变压器。 工程施工用水可直接从库中抽取,生活用水可架管道从管理所引用。 6.1.2 自然条件 猫鼻子水库工程地处亚热带季风气候区,四季分明,降水量丰沛,多年平均气温仅16℃。干湿季节明显。多年平均降水量1012.5 mm,降水主要集中于主汛期的6~10月,枯季为11月至次年5月。多年平均最大风速22m/s,历年最大风速24m/s,最多风向为西北风。 6.2 施工导流 6.2.1导流标准 猫鼻子水库总库容630万m3,属小(一)型水库,其永久建筑物为Ⅳ级建筑物,按?水利水电工程施工组织设计规范?(SDJ338-89试行)的规定,相应施工导流建筑物为V级。施工导流标准枯期(12月初~次年4月底)按5年一遇(P=50%)设计,洪峰流量4.62m3/s,洪量28.4万m3。 6.2.2 导流方式 施工导流利用原左、右输水涵洞过流,泄洪输水隧洞施工时在进口设1.0m高装土麻袋围堰拦洪,围堰顶高程1535.8m,最高洪水位可到1535.3m,具有29.5万m3的拦洪库容,满足导流要求。 6.2.3 大坝施工度汛 由于坝体施工未降低坝顶高程,只要在汛期前完成主坝上游坡处理和泄洪输水隧洞施工,大坝不存在度汛问题。若在汛期前未能完成泄洪输水隧洞施工,应将进口临时封堵度汛,由左、右输水涵洞泄洪。 6.3 料场选择与开采 6.3.1 料场选择 本工程施工所需的建筑材料主要为堆石料、块石料、碎石、砂料、灌浆粘土料等。 石料场位于水库下游2km处的牛背罗山上,岩性为灰岩、白云质灰岩,储量大于30万m3,场地开阔,开采较容易,各项指标满足混凝土粗细骨料的技术用求,所有石料、人工砂料均可在该料场开采加工。 坝体灌浆所需粘土料位于库区和主坝右岸下游地段,呈条带状分布,为红粘土或次生红粘土,粘粒含量均较高,粘聚力较大,满足灌浆粘土土料质量要求。厚度一般为3~10m,其储量大于3万m3 。 6.3.2 料场开采 石料采用硐室爆破开采,粒径大者采用手风钻造孔爆破改小,就近堆积备用,1.0m3挖掘机挖装8T自卸汽车运输上坝或运至砂石料加工场。 粘土采用1.0m3挖掘机挖装4.5T自卸汽车运至搅浆池附近堆放。 6.4 主体工程施工 6.4.1 主、副坝施工 坝后清基:采用1.0m3挖掘机挖装4.5T自卸汽车运至弃碴场。 大坝削坡:主要清除50cm厚大坝表层蠕动变形的坝土等,开挖施工由人工进行,集渣后由1.0m3挖掘机挖装4.5T自卸汽车运至下游弃碴场。 排水体填筑:由1.0m3挖掘机装8T自卸汽车运输上坝,推土机平料,13.5t振动平碾压实。岸坡接头及边角部位,辅以冲击式打夯机夯实。 护坡施工:混凝土预制块由人工装自卸汽车,运输至施工地点,人工搬运至工作面进行砌筑。 坝体和坝基灌浆:采用XU-150型地质钻机钻孔,自上而下分段孔外循环灌浆。采用立式双筒500L泥浆搅拌机制浆,卧式双缸110/60型灌浆泵进行灌浆。 6.4.2 泄洪输水隧洞施工 土方开挖:由人工配合1.0m3挖掘机开挖,4.5T自卸汽车运至弃渣场。 石方洞挖:由手持风钻钻孔爆破,平洞由人工手推车出渣,竖井由卷扬提升吊斗出渣,1.0m3挖掘机挖装4.5T自卸汽车运弃。 临时支护:围岩软弱和破碎段采用钢材支护,围岩较完整地段采用喷锚支护。 砼浇筑:砂石骨料从砂石料场由2.0m3装载机装4.5T自卸汽车运输,0.4m3搅拌机拌制砼,混凝土输送泵输送入仓,组合钢模板施工,附着式振捣器振捣。 隧洞回填灌浆、固结灌浆:用风钻钻孔,500L灰浆搅拌机制浆,中压灌浆泵灌浆。 石碴回填:人工就近取石碴回填,蛙式打夯机夯实。 6.4.3 右涵洞改建施工 由人工将原二期混凝土拆除,拆除原闸门,另安装门框后,浇筑二期混凝土。闸门入槽后,修建启闭机室。 6.4.4 原输水左涵洞封堵 施工期间,原输水涵洞作为施工导流通道,利用其向下游供水和泄洪,泄洪输水隧洞建成后,将左涵洞封堵,低水位时,在涵洞进口位置浇筑5m长的混凝土堵头,在涵洞出口回填浆砌块石,并留设排水孔。 6.4.5 金属结构安装 本工程金属结构包括泄洪输水隧洞工作门、检修门、拦污栅和右涵洞闸门。施工时由载重汽车运输至安装现场,再由5t汽车吊吊装就位。 6.5 施工交通 6.5.1对外交通运输 水库枢纽距鲁甸县城50km,其中水库坝址现有10km简易公路与铁厂乡联接,但路面不平,路况较差,需整修后才能满足施工运输的要求。 6.5.2 场内施工道路 场内现场已有简易公路连接主坝、副坝,至石料场也有公路相通,稍加维修后即可满足施工要求。施工区至弃碴场、土料场、隧洞进出口等的施工道路需新建0.61km,为满足施工车辆对道路的要求,道路设计为泥结石路面、路基宽7m,路面宽6m。道路里程见表6.1。 场内施工道路里程表 表6.1 通往地点 单位 长 度 备 注 至输水隧洞进口 km 0.10 新建临时公路 至输水隧洞出口 km 0.06 新建临时公路 主坝至堆渣场 km 0.12 新建临时公路 副坝至堆渣场 km 0.13 新建临时公路 至土料场 km 0.2 新建临时公路 至石料场公路维修 km 2.0 合计 km 2.61 6.6 施工辅助设施 6.6.1 砂石料加工系统 根据枢纽工程人工砂和碎石的需用量和进度计划,选择加工系统设备为: PEF400×250腭式破碎机各1台,打砂机2台,SZZ1250×2500自定中心振动筛2台,FG—15高堰式螺旋洗砂机2台。工艺流程为:采石-碎石-筛分-碎石成品-制砂-洗砂-砂成品。系统设于石料场附近。 6.6.2 混凝土拌和系统 混凝土主要用于泄洪输水隧洞衬砌和主坝上游坡护坡,使用地点相对集中,采用3台0.4m3移动式搅拌机生产,泄洪输水隧洞进、出口附近各设一台,分别负责进口段、有压段、竖井和无压段和出口段混凝土生产。预制混凝土系统设在经平整后的弃碴场上,设1台0.4m3搅拌机。 6.6.3 风、水、电、通讯及照明 (1)供风 供风地点主要为石料开采、泄洪输水隧洞开挖,在石料场附近设一台12m3/min移动式空压机,供石料开采用风;在主坝左坝肩设一台6 m3/min移动式空压机,供隧洞开挖用风。 (2)供水 供水对象有:坝体回填、坝体灌浆、混凝土拌和及养护、生活用水等。所有施工用水均从水库内抽取,在主、副坝之间的山包上设50m3和150m3水池个一个,用二台DL型离心式水泵抽水。生活用水从管理所供水池接引。 (3)供电 目前水库枢纽区已架设10kv输电线,需在枢纽区增设一台500KVA变压器;石料场需架设2km10kv输电线,并设一台500KVA变压器。 (4)照明 需要照明的地点有:泄洪输水涵洞照明10kw、坝区施工场地照明30kw、石料场照明10kw及生活区照明50kw。 6.7 施工总布置 根据施工地点分布情况和场地条件,主要布置有枢纽区和石料场区两个区。 6.7.1 枢纽区生产生活区 该区布置枢纽工程的生产生活设施,主要布置于主坝左坝肩原管理所位置和附近地区。区内设有公路、仓库、钢筋、木材加工、混凝土系统及水、电、通讯、照明系统和住宿生活设施等,占地面积6480m2,建筑面积2630m2。 6.7.2 石料场生产生活区 该区布置于石料场附近,主要设施为生活区和炸药仓库,设有风、水、电、照明和砂石料加工系统,占地面积2500m2,建筑面积300m2。 6.7.3 弃碴场规划 枢纽区弃碴主要来源于隧洞和坝基开挖,总量为3.1万m3。堆碴场规划于主坝下游,分两个渣场,渣场一占地面积3664 m3,渣场二占地面积4987 m3,总面积为0.87万m2,运距不超过400m,平整后布置护坡预制混凝土加工厂。 6.7.4 施工占地 枢纽区施工场地、生产和生活区主要布置在主坝左坝肩及附近地区,堆碴场主要布置在主坝下游左岸山上,根据施工布置占地总面积为34亩,其中原管理所宅基地14亩,果林地12亩,旱地8亩。详见表6.2。 主要施工设施占地面积表 表6.2 序号 名 称 建筑面积(m2) 占地面积(m2) 备注 1 枢纽区生活及办公区 1790 5000 临时房屋为木结构,石棉瓦屋面 2 机修站 100 500 3 砂石料堆场 5000 4 砼拌和站 100 400 5 泥浆系统 150 300 6 油库 30 500 7 炸药库 40 50 8 水泥仓库 150 250 9 综合仓库 90 150 10 土料场 1000 11 弃碴场 8700 12 施工道路 4270 13 石料场 300 2500 14 综合加工厂 100 450 木材、钢筋等加工 15 停车场 400 16 配电室 50 50 17 空压站 30 30 18 合计 2930 22950 6.8 施工总进度 根据本次除险加固工程的规模和施工场地条件,工程总工期定为10个月,即从第一年的10月至第二年7月。具体安排如下: 第一年10月至12月为施工准备期,主要完成10km水库进场公路整修、场内临时公路修建、场地平整、供电、供水设施建设,砂石料加工系统修建及生产生活用房建筑等。 第一年11月至第二年5月完成泄洪输水涵洞施工。 第二年3月至4月完成右涵洞闸门该建、启闭机室建筑和洞内淤积物清除,该时段由左涵洞过流。 第一年11月至12月完成大坝清基和原坝体削坡,第二年1月至6月完成大坝加固回填和坝面护坡。 第二年1月至6月完成大坝和基础防渗灌浆施工。 第二年5月中旬对左涵洞进行封堵。 第二年7月完成坝顶路面及清场和扫尾工作。 根据上述进度安排,施工高峰人数408人,总工日11.9万工日。 6.9 主要技术供应 6.9.1 主要建筑材料 各种建筑材料供应见《主要材料用量汇总表》。 6.9.2 主要施工机械设备 根据本章建议的施工方法和进度安排,选择施工主要机械设备型式和数量见《主要施工机械设备汇总表》。 主要材料用量汇总表 表6.3 序号 材料名称 单位 数量 1 水泥 t 3541 2 钢筋 t 38 3 钢材 t 16 4 木材 m3 11 5 油料 t 46.72 6 炸药 t 1.73 7 碎石 m3 7343 8 砂 m3 6603 9 毛块石 m3 12859 主要施工机械设备汇总表 表6.4 序 号 名 称 规 格 型 号 单 位 数 量 一 土石方机械 1 推土机 74kw 台 2 2 装载机 ZL40,斗容2m3 台 1 3 挖掘机 CAT350,斗容1m3 台 2 4 振动平碾 YZT13.5t 台 1 5 打夯机 HZ-380A 台 2 二 运输设备 1 自卸汽车 8T 辆 8 2 自卸汽车 4.5T 辆 4 3 载重汽车 5T 辆 4 4 手推车 辆 30 三 混凝土机械 1 混凝土搅拌机 J4-375 台 3 2 插入式振捣器 HZ6-50 台 5 3 附着式振捣器 台 2 4 混凝土喷射器 HPHG 台 2 5 混凝土输送泵 ZH05 台 1 四 木材钢筋加工机械 1 木工圆锯机 MJ104 台 1 2 木工压刨机 MB103 台 1 3 钢筋调直机 GJ4-14/4 台 1 4 钢筋弯曲机 GJ7-49 台 1 5 钢筋切断机 GJ5-40 台 1 6 交流电焊机 BX-500 台 2 7 普通车床 C-650 台 1 8 台式钻床 24008 台 1 续上表 9 手提式电钻 J3Z-3 台 4 五 空压设备 1 空压机 12m3/min 台 1 2 空压机 6m3/min 台 1 六 抽水、造孔、灌浆设备 1 离心式水泵 DL型 台 4 2 地质钻机 XU-150 台 12 3 手持式凿岩机 Y30 台 5 4 气腿式凿岩机 YT24 台 5 5 灰浆搅拌机 HJ1-500 台 6 6 灌浆泵 卧式双缸100/60 台 6 六 砂石料加工设备 1 鄂式破碎机 PEF400×250,17KW 台 1 2 鄂式破碎机 PEF600×400,17KW 台 1 3 自定中心振动筛 SZZ1250×2500,5.5KW 台 2 4 打砂机 台 2 5 螺旋洗砂 FG—15高堰式 台 2 七 启重设备 1 吊车 5t 辆 1 八 供电变压设备 1 变压器 S7-500/10 台 2 7 水库淹没处理及工程永久占地 一、水库淹没 库区地形较缓,地质条件较好,水库经多年蓄水运行,库岸已基本稳定,不会产生土地浸没。但水库建成运行至今,库区淹没问题一直没有解决,高程1539.0m(正常蓄水位为1539.3m)以上左岸和库尾全是农田,右岸多为旱地,使水库蓄水受到限制,历年蓄水均未达到过正常蓄水位。本次除险加固设计维持原正常蓄水位1539.3m不变,根据电力部《水电工程水库淹没处理规划设计规范》DL/T5064—1996规定,淹没区设计洪水标准:耕地为P=50~50%,取P=50%,相应水位1540.52m,在此水位下淹没农田268亩,其中水田188亩,旱地80亩。库区周边居住的农户及学校位置均高于校核洪水位,水库除险加固后不存在移民及搬迁问题。 库区不同高程淹没指标见表7.1。 库区不同高程淹没指标 表7.1 高 程(m) 耕地面积(亩) 备 注 1539.0~1540.0 139 正常蓄水位1539.3m 1539.0~1540.62 268 P=50%洪水位1540.62m 1539.0~1541.0 461 1539.0~1541.5 586 校核洪水位1541.5m 1539.0~1542.0 711 1542.8m以上居住黄泥寨村 1539.0~1543.0 954 1544.8m以上有黄泥寨小学校一所 根据有关规定,除险加固工程不进行淹没投资补偿,因此,应由鲁甸县政府采取其他方法和途径解决,库区淹没补偿费不计入本次除险加固工程设计总投资中。 二、工程永久占地 本次拦河坝下游坝坡加固没有占及耕地,新建泄洪输水隧洞占用果林0.41亩、旱地 0.43亩,必须征用。 8 工程管理 8.1 管理机构 8.1.1 工程概述 猫鼻子水库始建于1958年,主坝高15.5m,副坝高7.6m,水库枢纽工程由拦河主坝、副坝、溢洪道及左右输水涵洞组成。本次除险加固工程项目为加固拦河坝、废除左涵洞、改造右涵洞、增建泄洪输水隧洞。除险加固后主坝高15.5m,副坝高6.72m,正常蓄水位1539.3m不变,相应正常蓄水库容330万m3,死库容50万m3,兴利库容310万m3,水库总库容630万m3。 水库管理所位于坝址左岸,属事业单位企业管理。水库管理所隶属于鲁甸县水务局领导,现有职工5人,猫鼻子水库以农田灌溉为主,设计灌溉面积16000亩,目前实际灌溉面积2600亩。 8.1.2 设计依据 猫鼻子水库管理机构的设置,是以水利部标准汇编《水利工程管理单位编制定员试行标准》SLJ705-81(以下简称《标准》);《水库工程管理设计》SL106-96;《水库工程管理通则》SLJ702-81和云南省水利水电厅云水规字(1993)第41号文件等为设计依据,结合猫鼻子水库具体情况进行设计。 8.1.3 管理机构及管理体制 为了促进农业高产、稳产、合理利用水资源,加强水库工程管理,确保水库工程安全运行,充分发挥水库工程的经济效益,建立和健全岗位责任制,合理配备管理体制、机构设置和人员编制,本着既符合专业化管理的要求,又符合精简的原则,实行合理兼职,尽量节省人力,减少开支。 猫鼻子水库为小(一)型四等工程,主要建筑物为4级。水库除险加固后,水库管理机构设置为水库工程管理所(包括灌区管理),属事业单位企业管理,水库管理采用专业管理与群众管理相结合;灌区管理采用承包责任制,主要采用季节性由受益区分段承包。 猫鼻子水库工程管理机构编制定员,参照云南省水利水电厅云水建管5000第5号文件精神,除险加固工程一般不增加人员的规定,水库管理所原有编制定员人数为5人,故水库管理所编制定员人数维持5人不变。 8.2 主要管理设施 8.2.1 管理机构生产、生活用房建筑面积的确定 猫鼻子水库管理所生产、生活用房建筑面积根据《云南省水利水电工程生产管理单位永久性房建指标(初稿)》来确定。 猫鼻子水库管理所现有的生产用房及职工住房均为五十年代修建的土木结构,漏水严重,属于危房,须重新修建。 猫鼻子水库办公室综合指标按每个管理人员15m2计算,水库管理所共有管理人员5人,则行政办公室(建筑面积)为75 m2;生活用房指标按每个管理人员50m2计算,为100 m2;拟建辅助生产用房:仓库80m2,车库45m2,合计300m2。 8.2.2 工程管理范围和保护范围 一、工程管理范围 水库现管理范围为:坝址右岸40m,左岸45m,库区高程1539.0m(正常蓄水位为1539.3m)以上左岸和库尾全是农田,右岸多为旱地,坝址下游全为水田,不满足规范要求。根据水利部发布的《水库工程管理设计规范》SL106-96规定,猫鼻子水库工程管理范围拟定为各建筑物外缘50m。 二、工程保护范围 工程保护范围:工程保护范围在工程管理范围边界外延,主要建筑物为100m,一般建筑物50m定为工程保护范围,现库区1540.52m高程以下的188亩水田和80亩旱地必须征用为工程管理和保护范围。同时管理所应在管理范围和保护范围内搞好植树造林,在径流区内加强封山育林,做好水土保持工作。 8.3 管理运用 8.3.1 工程调度运用 水库工程管理的目的是确保水库工程安全运行,充分发挥工程效益。水库工程管理必须在保证水库工程安全运行的前提下,根据水库的开发目标—以农田灌溉为主,合理利用水资源,选用最优调度方案。 8.3.1.1 防洪调度运用 猫鼻子水库溢洪道仅为副坝左端与山体交接处开挖的一个缺口,没有衬砌,没有泄水道,下游为农田,无泄水通道,水库运行至今,从未泄过洪水。 本次除险加固设计新建泄洪输水隧洞,布置于主坝左坝肩,出口与下游左干渠相交,该隧洞承担泄洪和下游左干渠供水任务。右干渠供水由改建后的右涵洞承担。考虑到水库超高富裕度较大,调洪库容也大,根据调洪计算,采用新建的隧洞泄洪已完全能满足要求,因此,不需再建溢洪道。调洪方式:当入库洪水到来时,维持库水位为1539.3m,当库水位超过正常蓄水位时,若入库洪水小于2.79m3/s时保持库水位在正常蓄水位,使出库流量与入库流量相同,若入库洪水大于2.79m3/s时,闸门控制泄洪洞出库流量保持2.79m3/s,直至洪水结束。 8.3.2 经营管理 水库管理所目前年运行费为11.1万元,现行收费标准:农田灌溉用水为15.0元/亩。本工程为除险加固工程,总投资1195.68万元,根据财务分析,供水水价为0.25元/ m3,鲁甸县人民政府应据此制定相应的水费征收标准及实施办法,以确保项目实施后能够维持正常的运行管理。 本工程为除险加固工程,项目实施后能够根治工程病害,使水库免遭失事威胁,同时使水库效益得以正常发挥,社会效益十分显著。 水库管理所应按鲁甸县人民政府制定的水费征收标准,向用水单位和农户收费,对不照章交费的单位和农户,水库管理所有权停止向其供水;对违章引水、用水或超计划用水的单位,管理所应向其提出警告甚至停止向其供水。 为了管好用好工程,确保工程安全运行,充分发挥工程的综合效益,逐步实现工程管理现代化,水库管理所实行定岗位、定责任、定设备、定人员、定任务、定奖罚等六定管理方法,采用专业管理办法进行管理,灌区管理采用承包责任制,主要采用季节性承包,由受益区分段承包。水库管理所应建立健全责任制,建立健全质量管理,做到事事有人管,事事有责任,真正实现责、权、利的统一。同时结合猫鼻子水库的实际情况,在保证灌溉的前提下,充分利用水土资源,依靠水源,发展供水;利用水库,发展旅游;依靠水面,发展养殖业;依靠土地,发展种植业等。积极发展生产,改善职工生活福利,为国家创造财富。做到加强管理,实现良性运行的目的。 8.3.3 建筑物管理 (1)对工程主要建筑物,如主副坝、泄洪输水隧洞、干渠等要进行经常性保养与维护。 (2)每年近大春作物种植放水前,要对输水干渠进行全面安全检查,及时维修补漏,清除淤积、杂草,对坍塌及隐患地段及时护砌等,做好放水前的准备工作,八月或九月大春收获后,再做一次整修,排除故障,消除隐患。 (3)对于检修发现的较大问题或险情,要及时上报主管单位,并安排有关人员进行抢修。 (4)灌溉季节,值班人员必须坚守工作岗位,不得擅离职守,严格遵守用水计划调度,按时按量放水。 (5)闸门及启闭机要定期进行检修及时更换磨损机件等。闸门必须缓慢操作,保持均匀速度,不宜用力过猛,若发现沉重阻滞时,应立即停止操作,检查原因,不得强行下压。 8.3.4 工程监测 水库工程监测主要是监视各建筑物的工作情况和状态变化,掌握规律,及时发现不利隐患,为使工程安全运行,需设置必要的监测设备。 水库大坝为小(一)型四等4级建筑物,应设置的监测设施有:(1)主坝位移监测:在坝顶和坝体的位置上共布设10个水平位移和垂直位移观测点;在两岸布设位移工作基点4个点,校核基点4个。副坝位移监测:在坝顶上共布设5个水平位移和垂直位移观测点;在两岸布设位移工作基点2个点,校核基点2个。(2)浸润线监测:在主坝设2列测压管,每列3个孔,共6个孔。在副坝设1列测压管,每列3个孔。(3)坝体渗漏监测:为监测大坝渗漏情况,在主坝下游布设量水堰一个。 (4)绕坝渗流观测:在大坝左右坝肩各布设测压管3个。以上监测设备详见大坝监测设备布置图。 以上各项观测资料,每年应及时整编、归档、妥善保管。其成果应进行分析,如发现异常,应及时向上级管理部门报告。 9 环境保护设计 9.1 编制总则 9.1.1 设计依据 ①《中华人民共和国环境保护法》(试行); ②《环境影响评价大纲》(1995.1); ③《环境保护设计编制规程》(1997.7); ④云南省环境保护暂行条例。 9.1.2 编制原则 充分考虑工程建设对环境的影响和有关环境保护要求,提出环境保护措施,使之符合工程的总体要求,使其成为总体设计的组成部分,并与主体工程的“三同时”一起实施,消除工程建设对环境的不利影响,保证周围环境的良好效益。 9.1.3 防治目标 工程建设将破坏部份植被、地表等自然环境,编制环境保护设计的目的就是要贯彻落实《环保法》规定的环境保护防治义务。根据库区流域生态环境现状,在社会经济和生态环境协调发展的前提下,通过工程建设对周围环境的主要不利影响进行预测,提出切实可行的环境保护设计方案,争取做到保护人民健康、合理利用环境和资源、协调环境和经济的关系,以获得较好的环境、经济和社会效益。 9.2 环境现状 一、水文、气象 猫鼻子水库位于龙树河上游右岸一级支流上,鲁甸县城以北约50km处的黄泥寨村附近。地理位置为东径103°24.6′,北纬27°12.2′。水库坝址以上控制径流面积26.8km2,其中有3.9km2为封闭区,其出流是通过地下缓慢流入河道而进入水库,洪水计算时可不考虑,实际产洪面积按22.9km2计。坝址至最远分水岭河长7.1km,河道平均比降3.7‰,流域平均高程1640m。水库流域多年平均降雨量为1012.5 mm,年最多降雨量为1219.7 mm,年最少降雨量为670.9 mm。多年平均气温16℃左右,极端最高气温达33.2℃,最冷月为1月,极端最低气温为-7.8℃,无霜期302天,多年平均蒸发量(直径50cm蒸发皿)1125.0mm,多年平均最大风速22m/s,历年最大风速24m/s,最多风向为西北风。 二、地貌、地质 枢纽区为低中山剥蚀、侵蚀地貌,中间被一剥蚀残丘分割成主、副坝两个部分。主坝近右坝肩部分库岸植被发育,物理地质现象不发育;副坝近左坝肩库岸植被较稀疏,岸坡基岩溶蚀强烈,岩石较为破碎,偶有灰岩孤石滚落。横亘于主、副坝间的残丘果木茂盛,山坡植被较好,不良物理地质现象不发育。 枢纽区分布的地层为中三叠统个旧组一段(T2ga)、下三叠统永宁镇组(T1y)及中石炭统威宁组(C2ω)。个旧组一段分布于枢纽区副坝以及主坝大部分基础,岩性为白云岩及白云质灰岩。下三叠统永宁镇组及中石炭统威宁组分布于主坝右坝肩及近右库岸部位,地层岩性分别为泥灰岩、灰岩。水库经40余年的蓄水运行,未出现向库外邻谷渗漏现象,库区蓄水条件较好。 三、泥沙 根据 “云南省土壤侵蚀图”进行查算,侵蚀模数为500T/km2,为微度侵蚀区,年输沙量为1.145万t,折合体积为0.85万m3。 四、生物群落及其它 猫鼻子水库工程建设地段内没有名贵植物和珍稀动物,也没有具有开采价值的矿藏资源和有害泉水及放射性物质。 9.3 环境影响评价简介 9.3.1 对自然环境的影响 ①对周围气候的影响 引起天气变化的因素有很多,水面和大气之间的湍流热量交换作用,水面蒸发导致空气湿度的增大都会引起微气候的变化,本工程建设的性质为除险加固,维持原主坝高15.5m、正常蓄水位1539.3m不变,因此水库的除险加固对整个流域的气候无影响。 ②环境地质、水土流失 造成水土流失的主要原因是地质构造、地表风化,另外,人为的毁林开荒及降雨、洪水冲刷也是重要因素之一。施工期间,由于土石方的开挖,必然会破坏部分地表结构,使土壤松散、岩石破裂等,而部份植被也将遭受破坏,致使边坡裸露,增强地表风化作用,容易产生水土流失。但流域内植被发育状况较好,水文地质条件良好,工程建设不会造成太大的水土流失,也不会产生大的诱发性地震和滑坡。 9.3.2 对社会环境的影响 ①水温、水质 整个施工过程至结束,库水位并无多大变化,这对水库原水温结构层几乎没有改变,因此工程建设对水温无影响。 水库施工期间,仅会暂时改变河水的物理性质,但无化学物质的渗入。河水自身为清洁能源,常年流动,自净力强,不会对下游河流产生不良影响。 ②水库淹没情况 工程建设地段无需移民搬迁,但水库建成运行至今,库区淹没问题一直没有解决,高程1593.0m(正常蓄水位为1593.3m)以上左岸和库尾全是农田,右岸多为旱地,使水库蓄水受到限制,历年蓄水均未达到过正常蓄水位。本次除险加固设计维持原正常蓄水位1539.3m不变,根据电力部《水电工程水库淹没处理规划设计规范》DL/T5064—1996规定,淹没区设计洪水标准:耕地为P=50~50%,取P=50%,相应水位1540.22m,在此水位下淹没农田268亩,其中水田188亩,旱地80亩。 ③对人民群众的生活影响 猫鼻子水库运行已四十余年,存在着大坝老化和漏水等一系列问题,影响了农业用水的保证程度,威胁着下游人民群众的生命财产安全。 通过除险加固工程措施后,猫鼻子水库将使下游农田灌溉用水得到保障,同时还可继续加强开展水产养殖业和景观旅游业,从而推动鲁甸县工农业的发展,提高人民群众的物质和文化生活水平。 9.4 环境保护设计 9.4.1 生活区人民健康的环境保护设计 ①水源、水质 为确保水库功能的正常发挥,应在水库上游划出一定范围,作为水库水源保护区。在防护地带范围内,应加强管理,保护现有植被,严禁开垦荒地,以免造成水土流失,污染水源。 生活区饮用水源应积极采取措施,水池与厕所之间的距离不得少于30m,实行人畜分饮,水池加盖,保证饮用水质符合卫生标准。 ②卫生防疫 健全防疫机构,重视卫生防疫工作,积极开展卫生知识的宣传教育工作。由县卫生防疫部门出面负责,定期在居民区周围喷洒药物,防止蚊虫孽生,预防疾病的发生和传播。另外应围栏立栅,加强对牲畜家禽的管理,减少病菌传播的机会,确保人民群众的生活和健康。 9.4.2 施工期的环境保护设计 ①生活污水 施工期的生活污水主要包括日常生活废弃水和粪便。生活废弃水污染较轻,只要不随意乱泼,注入相应排水沟即可;处理粪便的方法是:根据施工期生活区的具体布置和施工人员的多少,建盖相应数量的临时性厕所,做到妥善管理、集中处理便可。 ②生产废渣、废料 废料场设置在拦河坝下游缓坡地段上,施工组织设计中对此作了较为详细的规划。施工过程中的废渣、弃料应遗弃到废料场,或合理堆放在低凹处,尽量做到不压占耕地、植被,不随意被雨水冲蚀带走。工程结束,应在废料场植树种草,以防止水土流失。 ③噪音防护 施工人员在强力噪声环境作业时,应选配个人防声用具(如耳塞、耳罩、防声头盔等)进行防护,工作时数应视环境噪音的强弱而定,这样才能保证人体身心健康不受到损害。 ④粉尘处理 施工期粉尘污染主要来自枢纽区的土石方开挖和爆破、料场土石方的开采等。粉尘对人体表层和眼睛有刺激作用,其中飘尘(粒径≤10μm的的浮游状粉尘)会引起人体呼吸道感染、中毒。水利工程施工要求使用湿式除尘、半湿式除尘或电除尘器配套进行操作,可有效地控制和降低粉尘污染的浓度。 ⑤迹地恢复 包括枢纽区的扰动地面和土、石料场的处理。开采后的料场,表层植物被剥离,地面裸露,风化作用增强,致使水土流失加剧。采料后应重视料场的迹地恢复,除基础地表复土、压实外,还应列入计划绿化范围内,定期定量地进行植树造林,恢复自然景观,减少水土流失。 9.4.3 水土保持和绿化措施 (1)水土保持 水土流失是普遍存在的一个问题,工程建设会加剧局部地区的水土流失,同时水土流失又会影响到工程的环境质量。所以应当重视水土保持的防护措施。 猫鼻子水库运行已四十余年,库区两岸植被覆盖较差,大多数为山地,水土流失严重。本工程整治的水土流失范围主要针对枢纽区、场内临时施工道路、土料场及弃渣场进行。有效措施是林草措施和工程措施相结合,根据实际情况,在遭扰动原地面进行场地平整、迹地恢复、护坡砌级等工程措施的基础上,进行植树种草,并同环境措施相协调,搞好工程环境的绿化工作。 (2)绿化措施 植被不仅可以阻挡雨水对坡面的直接冲击,还可削减其对坡面的冲刷作用。因此,应该重视水库周区的绿化工作,并加强管理,提倡承包造林,实行专人护林,严禁乱砍滥伐,维持生态平衡,充分发挥工程的效益。 绿化布局重点考虑采料场、废渣场、枢纽区周围遭破坏地段。管理所周围生活区可在现有基础上因地制宜地选择适量优良树种,就地移栽,并常年坚持,以逐步扩大绿化范围,美化生活环境。 9.4.4 宣传教育 环境质量关系到人民的生活和健康,保持一个清洁、良好、舒适的环境,符合人民群众的利益和愿望。爱护、保护环境是每个人的权利和义务,保护和改善环境人人有责。所以应该制订环境标准条例,健全环境管理机构,并加强对水库管理所职工及当地群众进行环境知识的宣传教育,以提高人们热爱环境、保护环境的心理素质。 9.5 环境监测及管理 根据水库功能,应建立相应的环境监测机构,监测项目包括水质、水温、土壤、森林植被等内容,范围包括库区周围、水库下游可能影响的河道附近地段。委托环境监测部门负责,农、林、水部门配合共同完成。每年周期性地作2~3次定量监测,监测质量按有关标准执行,监测成果报归水库管理所存档。 9.6 环境保护投资概算 9.6.1 概算依据 ①原水电部颁(87)《水利水电建筑工程预算定额》 ②94年《云南省水利水电基本建设工程概(估)算编制暂行规定》 ③《水土保持综合治理技术规范》(GB/T16453-1996) 有关费率标准,按云南省有关规定执行。 9.6.2 环境保护投资概算 环境保护设计总投资10万元,其中林草措施1.7万元,结合水土保持方案施行;工程措施3.0万元,列入主体工程共同实施;卫生防疫、施工防护等投资3.8万元;环境监测管理费1.5万元;其它措施如宣传教育、生活区居民自行绿化等项目不再列专项投资。 环境保护项目费用列入工程总投资,由工程建设主管部门统一安排、合理使用。 10 设计概算 10.1 编制说明 10.1.1 工程概况 猫鼻子水库位于鲁甸县城北部铁厂乡黄泥寨村,距县城约50km,水库工程于1958年12月开工,1959年12月竣工。水库的功能是以灌溉为主,兼有下游农田和村镇的防洪,水库原设计灌溉面积16000亩,但由于大坝病害严重,加之渠系工程未配套完善,目前仅能灌溉2600亩,水库的工程效益远远没有发挥出来。 本次水库除险加固设计:对主副坝下游坡进行培厚和增设排水棱体处理,对主副坝坝体、坝基及两坝肩进行防渗处理,封堵左涵洞,改建右涵洞,新建泄洪输水隧洞。 工程施工总工期为10个月,跨二年完成。 (一)拦河坝加固 (1) 主坝加固 主坝坝顶高程为1544.00m,坝顶长334m,坝顶宽5.0m,坝顶上、下游侧设路缘石,路面为泥结石路面。上游坝坡由原一级坡变为二级坡,一级从坝顶1544.00~1534.80m,坡比为1:2.5;1534.80m高程以下坡比为1:2.5,此高程设置1m宽戗台。上游坝坡坡面采用混凝土预制块护坡。在原坝体下游坡1536.0m以下直接培厚坝体,采用堆石料填筑。下游坝坡坡比分为两级,一级从坝顶1544.00~1536.00m,坡比为1:2.0,为原坝体,坡面采用框格草皮护坡。1536.00m以下坡比为1:2.2,在原坝坡的基础上直接培厚,为加固坝体(排水体),并在原坝体与加固坝体之间设两层厚40cm的反滤过渡层,以保证两种不同筑坝材料的过渡。加固平台宽为6.0m,高程为1536.00m,坡面采用干砌块石护坡。 主坝采用充填式灌浆对坝体进行防渗处理,采用双排孔,排距1m,孔距2m,坝体采用粘土水泥灌浆,基岩采用水泥灌浆。两坝肩及坝体以下基岩部分采用常规帷幕灌浆,考虑到坝基岩石溶蚀裂隙及小型溶洞较为发育,采用双排孔,排距1m,孔距2m,两岸坝肩采用单排孔,孔距2m,右岸基岩灌浆水平延长45m,左岸基岩灌浆水平延长50m。 (2)副坝加固 副坝坝顶高程1544.00m,坝顶长116m,坝顶宽6.5m,坝顶上、下游侧设路缘石,路面为泥结石路面。上游坝坡维持原坝坡不变,坡比为1:2.0,坡面为干砌块石护坡;下游坝坡由原一级坡变为两级坡:一级从坝顶1544.00~1539.00m,坡比为1:2.0,为原坝体,坡面采用框格草皮护坡;二级从1539.00~1536.00m,坡比为1:2.0,在原坝坡的基础上直接加排水棱体,加固平台宽为3m,高程为1539.00m,坡面采用干砌块石护坡。 副坝防渗处理同主坝,采用单排孔,孔距2.0m,坝体采用粘土水泥灌浆,基岩采用水泥灌浆。 (3)原左涵洞封堵 在涵洞进口位置设5m长的混凝土堵头,并在涵洞出口回填浆砌块石时留设排水孔。 (二)新建泄洪输水隧洞 根据左右干渠灌区输水要求,输水隧洞设计流量为2.79m3/s,全长115.46m。输水隧洞由10m进口明渠段,矩形断面,采用C50钢筋砼衬砌;35.46m有压方洞段,洞断面为1.6×1.6m,采用C50钢筋砼衬砌;4.6m闸门井段,井深9.55m,采用C50钢筋砼衬砌,井内安装工作闸门和事故检修闸门各一道,闸孔尺寸1.2×1.2m;50m无压隧洞段,断面型式为1.50m×1.80m的城门洞型,采用C50钢筋混凝土衬砌;15.4m出口消力池段,消力池长15.4m,池深1.5m,采用C50钢筋混凝土衬砌。 (三)右涵洞改造 右涵洞改造内容为:拆除原闸门,在原闸门井内另安装0.6×0.6m平面铸铁闸门一道,采用一台容量10t的手电螺杆式启闭机启闭;新建启闭机室建筑面积30m2;清除洞内的淤积物。 (四)工程管理 猫鼻子水库为小(一)型水利工程,水库管理所隶属于鲁甸县水务局领导,原有职工5人,故水库管理所编制定员人数维持5人不变。猫鼻子水库大坝没有设置系统的观测设施,本次除险加固设计设置完善了水库工程系统的观测设施。由于历史原因,水库管理所缺乏应有的管理设施,管理较为落后,为加强水库管理工作,本次除险加固工程建管理房300m2。 10.1.2 编制依据 (一)文件依据 (1)省计委、省水利水电厅云水建管[5000]5号文关于试行《云南省水利水电工程设计概(估)算费用构成及计算标准》的通知。 (2)省计委、省水利水电厅、省建设厅、省财政厅云水建字(1996)第36号文《关于调整云南省水利水电建筑工程预算定额的通知》。 (3)省水利水电厅云水建字(1997)第1号文《关于我省水利水电基本建设工程设计概(估)算编制中几个问题的处理意见》。 (4)省水利厅农水处“关于我省小(一)型病险水库除险加固初步设计概算编制有关问题的补充意见”。 (5)省水利水电厅、建设经济定额站云定建字(1996)第3号文《关于调整云南省水利水电基本建设工程建筑安装工程次要材料预算价格的通知》。 (6)省物价局、省交通厅云交财(1990)285号文《关于整顿公路汽车货运价格的通知》、云价费发[1993]34号《关于调整和放开我省汽车客运、货运价的通知》。 (7)设计文件、图纸及有关资料。 (二)定额依据 (1)水利电力部(86)水电基字第81号《关于颁发水利水电建筑工程预算定额的通知》。 (2)水利部水建字[1994]243号《关于颁发水利水电建筑工程补充预算定额的通知》。 (3)水利部水建字[1993]63号《关于颁发中小型水利水电安装工程预算定额和概算定额的通知》。 (4)水利部、能源部能源水规[1991]1272号《关于颁发水利水电施工机械台班费定额的通知》。 10.1.3 基础单价 (1)人工费预算单价 参照云水建管[5000]5号文的规定,人工费预算单价按:18元/工日计算。 (2)施工机械台班费 根据云水建管[5000]5号文的规定:执行能源水规[1991]1272号文颁发的《水利水电施工机械台班费定额》,第一类费用的小计乘以1.40调整系数,自行施工机械按省规定计列第三类费用(养路费、运管费、车船税)。 (3)主要材料预算价格 根据云水建管[5000]5号文的规定:进入工程单价计费直接费部份的主材基价为: 钢筋 3000元/t 水泥 400元/t 汽油 2700元/t 柴油 2500元/t 板枋材 800元/m3 炸药 5000元/t 原木 500元/m3 块石 40元/m3 条料石 45元/m3 碎石 45元/m3 机制砂 50元/m3 主要材料:砂石料按自行开采,其余材料根据工程区运距和当地市场价计算出预算价格,具体为: 钢筋 3353元/t 水泥 298元/t 汽油 4415元/t 柴油 3914元/t 板枋材 890元/m3 炸药 5802元/t 原木 793元/m3 块石 46元/m3 条料石 82元/m3 碎石 34元/m3 机制砂 44元/m3 (4)施工用电、风、水价按有关规定计算为: 电价:0.60元/kwh 风价:0.12元/m3 水价:0.40元/m3 。 10.1.4 费率标准 根据云水建管[5000]5号文的规定: (1)其他直接费:统一按计费直接费的2.0%计算。 (2)现场经费: 建筑工程:按计费直接费用的7.5%计算。 机电及金属结构设备安装工程:按人工费的50%计算。 (3)间接费: 建筑工程:按(计费直接费+其他直接费+现场经费)的4.0%计算。 机电及金属结构设备安装工程:按人工费的50%计算。 (4)计划利润: 统一按计费直接费+其他直接费+现场经费+间接费的7.0%计算。 (5)税金: 统一按(直接工程费+间接费+计划利润)的3.22%计算。 (6)基本预备费按费率5%计算;价差预备费物价指数为0。 10.1.5 其他有关说明 (1)本工程设计概算为2003年10月价格水平。 (2)本工程初步设计概算采用预算定额编制,按规定定额乘1.03定额过渡系数。 10.2 工程总投资 工程设计概算总投资:1195.68万元,其中:建筑工程1002.40万元(占83.84%);机电设备及安装工程7.17万元(占0.60%);金属结构设备及安装工程28.40万元(占2.38%);临时工程7.12万元(占0.60%);其他费用93.65万元(占7.83%);基本预备费56.94万元(占4.76%)。 11 经济评价 11.1 概述 根据鲁甸县水利规划要求,猫鼻子水库主要承担农业灌溉用水、兼有下游农田和村镇的防洪。项目建成后,可灌溉耕地面积1.6万亩(现灌溉耕地面积0.26亩),年供水量640万m3(现年供水量156万m3)。 本除险加固工程施工总工期为10个月,跨二年度完成。 经济评价的主要依据:国家计委、建设部发布的《建设项目经济评价方法与参数》(第二版);能源部、水利部颁发的《水利建设项目经济评价规范》(SL72—94);云南省人民政府云政发<1991>5号文,关于发布《云南省水利工程供水收费标准和管理办法》的通知。 经济评价的任务是对本项目投入产出的各种经济因素进行调查研究,计算及分析论证,研究本项目建设的经济合理性,通过国民经济评价及财务分析,拟定出主要经济指标,作出经济评价的结论意见。国民经济评价采用影子价格,计算总费用和总效益进行整体评价;财务评价按照国家现行的财务、税收制度,采用现行价格、资金来源、贷款利率、偿还年限,计算总费用和总效益,进行分析评价。 按《水利建设项目经济评价规范》(SL72—94)的规定,取本项目计算期为42年,其中:建设期2年,运行初期2年,正常运行期38年,基准年定为建设初期。本项目的实施对改善当地环境状况及经济的快速发展具有促进作用,因此,本工程属社会公益性质的建设项目,故国民经济评价社会折现率采用12%计算,财务评价基准收益率为7%。 本项目设计概算总投资1195.68万元,由各级政府联合解决,依据水利工程的特点,属拨款项目,可不计利息。 11.2 国民经济评价 11.2.1 投资、年费用估算 (1) 影子投资估算 本项目影子投资估算方法,采用《建设项目经济评价方法与参数》中的方法和《水利建设项目经济评价规范》(SL72—94)附录E:水利建设项目国民经济投资简化调整办法进行调整,即调整主要材料费、剔除估算中属于国民经济内部的转移支付(计划利润和税金)费用。 国民经济评价中的投资费用应以影子价格计算调整, 但投资估算采用的主要建材及设备价格均超过了国家计委颁布的货物影子价格加影子运费,故对投资不作调整,即视影子价格系数为1.0。 (2)经调整计算国民经济评价总投资为1099.86万元,国民经济评价影子投资估算见表11.1,分年度投资估算见表11.2。 国民经济评价影子投资估算表 表11.1 单位:万元 编号 工程或费用名称 工程投资或费用 一 枢纽工程 1099.86 1 建筑工程 907.60 2 机电设备及安装工程 7.15 3 金属结构设备及安装工程 28.07 4 临时工程 6.45 5 其他费用 93.65 6 1~5合计 1042.92 7 基本预备费 56.94 8 价差预备费 9 贷款额度 10 建设期还贷利息 11 静态总投资 1099.86 12 总投资 1099.86 分年度投资估算表 表11.2 单位:万元 年度 第一年 第二年 投资额 439.94 659.92 (3)流动资金估算 水利建设项目的流动资金,是指项目投产运行初期,用于维持正常生产的周转资金,包括购买燃料、材料、备品、备件和支付运行管理人员工资等所需的周转资金,按固定资产投资的2‰计,流动资金为2.2万元,建设期末提取,计算期末一次收回。 (4)年运行费用估算 水利建设项目年运行费用,是指项目建成投产后,工程设施在运行管理中,每年所支付的各项费用,一般包括:材料和燃料动力费、管理费、维护费、大修理费、行政管理费、其他费用等。 1)材料和燃料动力费: 材料和燃料动力费指在运行管理中所耗用的材料和油、煤、电等的费用。根据类似工程按固定资产原值的0.4%计,则费用为3.96万元。 2)管理费:管理费包括管理机构职工工资、福利基金和行政以及日常的防汛、观测、科研和试验等费用。 ① 工资 本工程设管理人员5人,年人均工资7500元,总计3.6万元。 ② 福利基金 按工资的10~50%计,取15%为0.54万元。 ③ 行政及日常费用 按工资的30%计取为1.08万元。 工程管理费合计为5.22万元。 3) 维护费: 维护费指维修、养护工程设施所需的费用,包括日常维修、养护、岁修等项。 按固定资产原值的0.3%计取,为2.97万元。 4)大修理费:大修理费按固定资产原值的0.5%计,则大修理费为4.95万元。 5)其他费用: 其他费用包括为消除或减轻项目带来的不利影响所需的补救措施费用。按上述前三项费用之和的8%计,为0.97万元。 以上五项费用合计即为年运行费,为18.07万元。 11.2.2 工程效益估算 本项目建成投产后的国民经济效益,主要是农业灌溉供水效益。 (1)农灌供水效益估算 本灌区规划灌溉面积1.6万亩,灌区内作物主要由水稻、玉米、花生、豆类、小麦、蔬菜、甘蔗、烤烟、亚热带水果等粮食作物和经济作物构成。 在当前生产水平条件下作物现状单产是根据当地近几年的多年平均单产作为现状单产,工程建成后的单产预测是以当地近几年水利条件较好地区的作物单产作为依据预测工程建成后的单产。 根据规范规定,灌区的主要作物增产量是包括水利灌溉和农业其他技术措施的综合效益,灌溉效益的分摊系数根据当地的统计资料分析为:水稻0.50,玉米、小麦、蔬菜、甘蔗、烤烟、豆类、花生等其他粮食作物和经济作物为0.35。 本工程效益计算,农作物主副产品价格均采用当地市场价格作为影子价格进行计算,在计算农作物的产值时,根据当地调查资料计入15%的副产品的产值,由此按作物种植比例计算产量和产值,同时采用分摊系数法计算农业灌溉供水效益产值为552万元。考虑到本工程项目灌溉效益还需要配套田间渠系工程才能完全发挥,因此,灌溉供水效益根据当地渠系配套情况按70%来分摊本工程项目的效益,则灌溉供水效益估算为386.4万元。 (2)国民经济评价效益计算 根据以上计算成果,可得国民经济评价效益为386.4万元。 11.2.3 国民经济评价 本工程项目是具有农业灌溉效益的社会公益性质的水利工程,据《水利建设项目经济评价规范》(SL72—94)规定,国民经济评价可采用7%的社会折现率进行。 经济内部收益率EIRR=26.14%>12% 经济效益净现值(i=12%)ENPV= 1509.62万元>0 经济效益费用比(i=12%)EBCR=2.18>1 各项指标均满足规范要求,详见表11.3。 11.2.4 敏感性分析 由于经济评价为决策前评价,采用的数据涉及因素很多具有一定程度的不确定性,为分析其对经济评价指标的影响,需进行不确定性分析, 以预测可能承担的风险和评价指标的可靠程度,不确定性分析只作敏感性分析。 敏感性分析计算的基本方案为国民经济评价方案,其余方案为:投资变化、效益变化及工期变化,计算指标见表11.4。根据工程的具体情况,对主要可能变动的参数及浮动幅度拟定如下: ①投资增加10%;②效益减少10%;③建设期增加一年;④以上因素同时浮动。 国民经济敏感性分析表(ic=12%) 表11.4 项 目 净 现 值 (万元) 内部收益率 ( % ) 效益费用比 一、基本方案 1509.62 26.14 2.18 二、投资变化 1.投资增加10% 1117.73 24.13 2.00 三、效益变化 1.效益减少10% 985.77 23.77 1.96 四、建设期增加一年 989.59 21.74 1.96 五、三项因素同时浮动 建设期增加一年,效益减少10%,投资增加10% 695.85 18.51 1.62 备注:经济社会折现率ic=12% 从上表中可以看出,在各项敏感因素影响下,各方案的经济内部收益率EIRR>12%,经济净现值ENPV>0,经济效益费用比EBCR>1,即该项目具有较好的抗风险能力。 11.3 财务评价 11.3.1 财务投资、费用估算 (1)财务投资估算的依据、方法及成果 财务投资估算是根据国家现行财务、税收制度和现行价格、资金来源、还贷利率、偿还期、建设计划,分析估算本项目的总投资、总费用和总效益,分析评价财务的可行性,供项目评估。财务评价总投资包括固定资产投资、建设期贷款利息,本项目总投资1195.68万元,工程建设期为二年,财务评价投资估算见表11.5,分年度投资见表11.6。 财务评价投资估算表 表11.5 单位:万元 编号 工程或费用名称 工程投资或费用 一 枢纽工程 1195.68 1 建筑工程 1002.40 2 机电设备及安装工程 7.17 3 金属结构设备及安装工程 28.40 4 临时工程 7.12 5 其他费用 93.65 6 1~5合计 1138.74 7 基本预备费 56.94 8 价差预备费 9 贷款额度 10 建设期还贷利息 11 静态总投资 1195.68 12 总投资 1195.68 分年度投资估算表 表11.6 单位:万元 年度 第一年 第二年 投资额 478.27 717.41 (2)流动资金估算 流动资金按固定资产投资的2‰计为2.39万元,建设期末提取,计算期末一次回收。 (3)年运行费用估算 水利建设项目年运行费用,是指项目建成投产后,工程设施在运行管理中,每年所支付的各项费用,一般包括:材料和燃料动力费、管理费、维护费、大修理费、行政管理费、其他费用等。 1)材料和燃料动力费: 材料和燃料动力费指在运行管理中所耗用的材料和油、煤、电等的费用。根据类似工程按固定资产原值的0.4%计,则费用为4.31万元。 2)管理费:管理费包括管理机构职工工资、福利基金和行政以及日常的防汛、观测、科研和试验等费用。 ①工资 本工程设管理人员5人,年人均工资7500元,总计3.6万元。 ②福利基金 按工资的10~50%计,取15%为0.54万元。 ③行政及日常费用 按工资的30%计取为1.08万元。 工程管理费合计为5.22万元。 3) 维护费: 维护费指维修、养护工程设施所需的费用,包括日常维修、养护、岁修等项。按固定资产原值的0.3%计取,为3.23万元。 4)大修理费:大修理费按固定资产原值的0.5%计,则大修理费为5.38万元。 5)其他费用: 其他费用包括为消除或减轻项目带来的不利影响所需的补救措施费用。按上述前三项费用之和的8%计,为1.02万元。 以上五项费用合计即为年运行费,为19.16万元。 (4)基本折旧费 据规范规定,本工程年基本折旧费按固定资产原值的2%计取,则年基本折旧费为21.52万元。 11.3.2 财务成本核算 (1)供水成本核算 根据《云南省水利工程供水收费标准和管理办法》确定合理的供水成本的规定,供水成本包括年运行费用和固定资产基本折旧费以及其他按规定应计入供水成本的费用。本工程在生产计算期内未考虑其他费用,故供水成本由年运行费用和固定资产基本折旧费组成,即供水成本为年基本折旧费及年运行费之和,故供水成本=年基本折旧费+年运行费=40.68万元。 (2)供水水价 根据《云南省水利工程供水收费标准和管理办法》的规定,供水水价由供水成本确定。设计规划灌面积农业灌溉用水量为640万m3,水库经除险加固工程实施后,增加供水量共计484万m3(水库原供水量156万m3),则供水成本水价为: 取用水价为0.10元/m3 (3)财务效益 本工程财务效益也就是供水效益,主要包括农业灌溉水费效益。本工程供水效益等于供水水价乘以供水量: 供水效益=0.10×484=48.4(万元) 11.3.3 财务评价 (1)评价指标计算 根据以上分析计算的基础数据:投资概算1195.68万元,年运行费19.16万元。当供水成本水价定为0.10元/m3,年效益为48.4万元时,评价指标不满足规范要求。提高综合供水水价为0.25元/m3,年效益为121万元,采用财务基准收益率ic=7%进行计算,其各项计算指标如下: 财务内部收益率FIRR=7.07%>7% 财务净现值FNPV=8.15万元>0 投资回收期Pt=15.12年 各项指标均满足规范要求,详见表11.7,为此,建议提高综合供水水价为0.25元/m3,以满足项目正常之需求。 (2)财务评价 从以上评价指标分析,当综合供水水价取0.25元/m3时,财务分析各项指标满足规范要求,因此,本项目建议供水水价为0.25元/m3,供上级有关部门参考。 11.4 综合评价 猫鼻子水库是以农业灌溉供水为主的具有社会公益性质的水利工程,工程所有国民经济评价指标都符合《规范》要求的评价准则,在经济上是合理的,水库经除险加固后,恢复了水库的功能,效益是显著的,对国民经济的贡献是很大的。 综上所述,本工程是社会效益显著的工程,为经济上合理,财务上可行的建设项目,建议尽早实施

某水库除险加固工程设计cad全套施工图纸(含word版详细设计说明)-图一

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某水库除险加固工程设计cad全套施工图纸(含word版详细设计说明)-图二

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