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1、商洛市商州区南秦水库除险加固工程初步设计报告商洛市商州区南秦水库除险加固工程初步设计报告商洛市商州区南秦水库除险加固工程初步设计报告陕西省水利电力勘测设计研究院陕西省水利电力工程咨询有限责任公司二二年十一月?西安批 准:吕颖峰核 定:黄士典审 查:张民仙 樊春贤 董旭荣 刘宁哲校 核:韩建博 赵 玮 金勇睿 张鹏飞 史 刚 编 写:赵 玮 毛拥政 党晓军 刘宇哲 何 瑾参加工作人员:水 工:黄士典 张民仙 赵 玮 毛拥政韩建博 王君芳 刘桂荣 水 文:樊春贤 金勇睿 党晓军 乔 飞金 结:董旭荣 张鹏飞 刘宇哲施 工:赵 玮 韩建博 造 价:刘宁哲 何 瑾 史 刚前言商洛市商州区南秦水库位于丹
2、江一级支流南秦河上,枢纽位于商州城南约 9km 处的杨峪河镇张湾村,是一座以防洪为主,兼顾灌溉、发电、养殖等综合利用的小(1)型水利枢纽工程。水库枢纽工程由大坝、溢洪道、冲砂隧洞、泄洪洞、灌溉涵洞和发电引水隧洞等组成,属等小(1)型工程,主要建筑物为 4 级。工程于 1970 年 11 月动工兴建,1974 年 5 月主体工程竣工。南秦水库经过近三十年运行,存在着一些影响水库安全运行的工程隐患和问题,2002 年 4 月,陕西省商洛市水利水土保持局依据水利部水管(1995)86 号文水库大坝安全鉴定办法和水利部大坝安全管理中心 2001 年颁布的水库大坝安全评价导则相关规定,组织专家对南秦水库
3、进行了全面系统的安全鉴定工作,编写了南秦水库大坝安全鉴定报告书,评定南秦水库为类病险水库大坝,指示南秦水库管理站“采取措施,尽快完成除险加固,确保大坝安全、正常运行。 ”受商洛市商州区南秦水库管理站的委托,我院即开始南秦水库除险加固工程初步设计报告的编制工作。设计过程中,陕西省水利厅、商洛市水利水土保持局和南秦水库管理站有关领导和同志给予了热情指导和帮助,在此表示衷心感谢!1 综合说明1.1 工程概况商洛市商州区南秦水库位于丹江一级支流南秦河上,枢纽位于商州城南约 9km 处的杨峪河镇张湾村,是一座以防洪为主,兼顾灌溉、发电、养殖等综合利用的小(1)型水利枢纽工程,主要建筑物为4 级。工程于
4、1970 年 11 月动工兴建,1974 年 5 月主体工程竣工。南秦水库防洪标准为 100 年一遇洪水设计,设计洪水位121.98m,设计洪峰流量 1458m3/s;1000 年一遇洪水校核,校核洪水位123.72m,校核洪峰流量 2418m3/s。水库正常蓄水位 118.00m,汛限水位为 117.00m,死水位98.267m。水库枢纽工程由大坝、溢洪道、冲砂隧洞、泄洪洞、灌溉涵洞和发电引水隧洞等组成。大坝为粘土心墙砂壳坝,坝顶高程 124.00m,坝底高程 95.00m,最大坝高 29m,坝顶宽度 5.00m,坝顶设 1.0m 高的防浪墙,防浪墙顶高程125.00m,坝顶长度 132.0
5、0m,大坝上游坝坡坡比自上而下分别为1:2.0、1:2.25 和 1:2.5,下游坝坡自上而下坡比分别为1:1.75、1:2.0 和 1:2.0,在下游坝坡的 114.00m 和 105.00m 高程处各设戗台一道,戗台宽 2.0m。溢洪道位于大坝左岸的山梁上,进口设有 WES 型曲线堰,堰面曲线 y=0.1273X1.85,堰长 46m,堰顶高程 118.00m,侧堰首端的底板高程为 112.00m,底宽 8.0m,末端高程为 107.00m,底宽 20.50m,底坡I10.8%;泄槽段长 44.50m,底宽 20.50m,底坡 I1%;泄槽末端接 21.00m长的陡坡段,陡坡坡降 1:2.
6、67,其宽度由 20.50m 变为 25.50m。溢洪道采用挑流消能,挑流鼻坎段长 11.00m,宽 25.50m,挑坎高程98.60m。溢洪道设计最大泄流量 1441m3/s。泄洪洞为圆形,内径 3.4m,洞长 273m,进口底坎高程 110.00m,出口高程 98.86m,最大泄洪流量为 84.4 m3/s。泄洪洞的控制设施为平板钢闸门,其中工作闸门宽 2.92m,高 2.82m,自重 6.13t,最大启闭力为 50t;检修闸门宽 2.98m,高 2.84m,自重 2.87t,最大启闭力 15t。冲砂洞为圆形,钢筋混凝土衬砌,内径 3.0m,洞长 102m,进口底坎高程 98.267m,出
7、口高程 96m,最大泄洪流量为 110.0 m3/s。冲砂洞的控制设施为平板钢闸门,其中工作闸门宽 3.65m,高 3.10m,自重 9.54t,最大启闭力为 125t;检修闸门宽 3.34m,高 3.17m,自重2.79t,最大启闭力 15t。水库的灌溉涵洞位于大坝的右侧,为圆形压力管道,内径为0.6m,管道长 114.0m,涵洞的进口高程为 118.00m,出口高程为104.00m,最大引水流量 1.28 m3/s,启闭机形式为螺杆式启闭机。1.2 水库大坝存在的主要问题2002 年 4 月陕西省商洛市水利水土保持局组织有关专家依据水利部水管(1995)86 号文水库大坝安全鉴定办法和水利
8、部大坝安全管理中心 2001 年颁布的水库大坝安全评价导则的有关规定,对南秦水库大坝进行了全面、系统的安全鉴定工作,编写了南秦水库大坝安全鉴定报告书,明确指出南秦水库存在以下影响安全运行的问题:1.2.1 大坝防洪标准不足,坝体存在安全隐患根据南秦水库大坝安全鉴定报告,南秦水库在设计和校核洪水情况下洪水位均超过坝顶及防浪墙顶高程,不能满足防洪要求。1.2.2 溢洪道侧堰漏水,侧槽和泄槽裂缝开展,年旧失修 目前侧堰存在渗漏现象,当库水位升高时,在侧堰底板和堰体的多处渗水。在堰顶的砼上可见两条横缝,宽约 35mm,长约 23m。泄槽底板多处岩石出露,右边墙外侧顶面以下 0.20.5m 出现大范围裂
9、缝,宽度约 23cm,部分衬砌被错断。 1.2.3 冲砂洞磨损严重,需要加固处理南秦水库冲砂洞磨损严重,内壁保护层已被磨损,钢筋外露,甚至有的钢筋已经松动,闸门后存在气蚀现象,洞壁出现蜂窝状孔穴,严重影响洞身泄洪安全,需要进行加固处理。1.2.4 泄洪洞、冲砂洞金属结构不能正常运用,无备用电源南秦水库经过 28 年的运行后,发现闸门、启闭机在运行中存在许多问题,表现在:(1)泄洪洞、冲砂洞闸门由于当时加工条件的局限性,闸门加工质量差,闸门扭曲度达到 25cm,闸门不能灵活启闭、不能严密封水,上下启闭困难。(2)启闭设备老化,导致启闭机不能保证正常运行,操作时险象环生,安全隐患极大,曾多次出现飞
10、车险情。更为严重的是泄洪洞工作闸门启闭机在启闭过程中钢丝绳突然断裂、闸门从空中坠落的恶性事故,致使闸门严重变形;(3)排砂洞在运行之初就发生隧洞和闸室被水冲毁、隧洞磨损严重等问题,在以后的运行中闸门底槛磨损量也达到了 4cm。由于两条隧洞的泄洪流速较大、水流携带泥砂量大、门槽附近流态不佳、局部漏水严重引起闸门振动和气蚀等方面的影响,长期运行后闸门埋件表面局部产生空蚀麻面和沟槽,损坏严重。本次冲砂洞、泄洪洞的金属结构改造保持原闸室布置型式不变,各闸门原来的安装位置不变,启闭机安装高程不变,更换原检修闸门及其启闭机、工作闸门及其埋件和启闭机。本次冲砂洞、泄洪洞的金属结构改造闸门及埋件制作总量53.
11、5t,固定卷扬启闭机 3 台、电动葫芦 1 台。南秦水库无备用电源,坝区无照明设施,一旦水库出现险情,冲砂洞、泄洪洞的金属结构不能正常开启,将导致无法估量的后果。本次设计配置一台 30kw 柴油发电机,并在坝顶安装 3 套 1kw 照明路灯。1.2.5 大坝无安全监测设施水库大坝建成运用了进近三十年,除了粗略的库水位观测外,坝体浸润线、沉降、位移、坝后渗漏量等正常观测项目无法实施,坝体安全运行状态无法获取一手资料,对水库的安全运行无法作出正确合理的判断。水库监测设施的现状既无法满足大坝自身安全监测的实际需要,也不满足土石坝安全监测技术规范(SL60-94)要求。1.2.6 管理设施急需改善目前
12、,南秦水库管理处房建破埙严重,急需整修重建。水库通讯和交通工具缺乏,遇到特殊情况,报汛工作非常困难,因此,需添置交通工具和通讯设施。1.3 除险加固工程的必要性1.3.1 除险加固是满足水库大坝正常安全运行的需要大坝防洪标准不足、坝体存在安全隐患、溢洪道侧堰漏水、侧槽和泄槽裂缝开展、年旧失修、冲砂洞磨损严重、泄洪洞、冲砂洞金属结构不能正常运用等问题直接影响水库运行安全。只有按照规范规程的要求,对水库进行除险加固,才能保证水库的正常安全运行。1.3.2 除险加固是满足下游防洪的要求南秦水库所处的地理位置非常重要,下游是商洛市新区“南秦化工区”,水库一旦失事,将威胁区内现有 22 家企事业单位、1
13、2所学校、1.8 万群众、1.3 万亩耕地及“318”省道商州柞水公路的安全。1.3.3 除险加固是水库发挥原有效益的要求南秦水库运行近三十年来,为下游防洪、灌溉、发电和人民生活水平的提高以及区域经济的迅速发展起到了积极的推动作用,使当地人民群众生活水平发生了显著变化。但由于上述隐患和病险问题的存在,严重影响水库安全运行及效益的正常发挥。1.3.4 除险加固是满足水库科学管理的要求大坝无安全监测系统、泄洪洞和冲砂洞闸门及启闭机不能正常运行将给水库的安全运行造成潜在的威胁,无法对水库进行科学的管理,预防安全事故的发生,也无法进行水库洪水的科学调度。只有通过除险加固建立健全大坝安全监测系统,才能为
14、水库管理提供科学的依据,从而使水库的运行管理走向制度化、科学化。1.4 设计依据和内容1.4.1 设计依据碾压式土石坝设计规范(SL274-2001);南秦水库大坝安全鉴定报告书;水利水电工程初步设计报告编制规程(DL5021-93);商洛市商州区南秦水库除险加固工程地质勘察报告(初步设计阶段);其它相关规范和南秦水库有关文件资料。1.4.2 设计内容根据陕西省商洛市商州区南秦水库管理站的设计委托,本次南秦水库除险加固工程初步设计包括以下几部分内容:(1)大坝加高培厚设计;2 溢洪道加固计;(3)冲砂洞加固设计;(4)泄洪洞、冲砂洞金属结构更新改造;(5)大坝安全监测设计;(6)管理设施改善。
15、1.5 除险加固工程设计概况1.5.1 水文南秦河是丹江上游的一级支流,该河发源于秦岭南麓商县东岳庙乡杜家沟,于商县刘家湾乡汇入丹江。河流全长 48km,流域面积576km2,河道平均比降 16.6。流域内多为石山区和黄土川塬,树木、杂草稀少。坝址位于南秦河下游杨峪河镇的张家村,控制流域面积453km2,占南秦河全流域的 78.6%,坝址以上河长 38km,河道平均比降11.6。南秦河流域属暖温带和北亚热带过渡性季风气候,四季分明,冬季寒冷少雨雪,空气干燥;春季气温上升较快,气候温和,降水量开始增加;夏季气温较高,是一年的主要降水期;秋季气温迅速下降,阴雨较多。据商县气象站 30 多年观测资料
16、统计,多年平均气温 12.8,极端最高气温 39.8,最低气温-14.8;多年平均降水量为 709 mm,多年平均相对湿度 65%,多年平均日照时数 1976h,多年平均风速2.4m/s,最大风速 19m/s,风向为 WNW;多年平均蒸发量 1700mm。南秦河的径流主要由降水形成,降水特性决定着该河的径流特性。南秦河的径流在汛期主要靠降水补给,枯水季节靠地下水补给,径流具有年际变化较大,年内分配不均的特点。据谢塬水文站及邻近流域 40 多 年实测资料统计,汛期 710 月径流量占全年径流量的 60%以上,年径流的最大值和最小值分别为平均值的 2.76 倍和 0.28 倍。根据南秦河流域的降雨资料插补延长和邻近流域麻街水文站资料插补延长两种方法计算分析确定多年平均径流量为:1.01 亿 m3。据南秦水库 1983 年库区实测资料计算,19741983 年 1
