颍河白沙水库溢洪道泄洪闸设计报告书2

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1、摘要摘要.1ABSTRACT.2前言前言.31 工程概况工程概况.51.1 水库建设过程.71.2 水库目前存在问题.72 水文水文.82.1 流域概况.82.2 年径流复核成果.92.3 设计洪水复核成果.102.4 非汛期设计洪水.113 工程地质工程地质.114 除险加固任务和规模除险加固任务和规模.124.1 除险加固任务.124.2 除险加固洪水标准.135.5.溢洪道泄洪闸设计溢洪道泄洪闸设计.135.1 方案的说明.135.2 方案比较.145.3 设计基本资料.155.4 溢洪道轴线选择.165.5 溢洪道工程布置.165.6 水力设计.185.7 溢洪道防渗与排水设计.225

2、.8 稳定计算.236 施工组织设计施工组织设计.286.1 施工条件.286.2 施工导流.286.3 主体工程施工.296.4 施工交通运输.306.5 施工工厂设施.306.6 施工总布置.31结论结论.33特别致谢特别致谢.34参考文献参考文献.35摘要白沙水库位于淮河流域沙颖河上游，坝址位于河南省禹州市与登封市交界的白沙村以北 300m 处。,水库控制流域面积为 985km2，占颖河流域面积 7230km2的 13.6%，占颖河山丘区流域面积 1900km2的 51.8%，是以防洪灌溉为主，兼顾工业供水、水产养殖、旅游等综合利用的大型枢纽工程。白沙水库总库容 2.78 亿 m3,按国

3、标防洪标准规定，白沙水库工程等别应为大（2）型，泄洪闸为 2 级建筑物. 泄洪闸设计标准为 100 年一遇，校核标准为 2000 年一遇。据溢洪道设计规范（SL2532000）闸下防冲设计标准按 50 年一遇，校核标准 100 年一遇。本次设计是白沙水库除险加固工程中的溢洪道设计.其中包括以下几个方面内容:方案的比较和选择以及水力计算,结构稳定性计算(包括边墩,中墩和挡土墙稳定基底应力计算),简单的施工组织设计等几个方面关键词: 溢洪道 中墩 水库 结构稳定性abstractThe Baisha reservoir is located upstream of Huaihe River bas

4、in Sha Yinghe, the dam site is located the Henan Province Yuzhou and the Dengfeng city border Baisha village by northern 300m place. The reservoir control drainage area is 985km2, occupies Ying river drainage area 7230km2 13.6%, occupies Ying river massif area drainage area 1900km2 51.8%, is by prev

5、ents floods and the irrigation primarily, proper attention to both industrial water supply, aquaculture, traveling large and so on comprehensive utilization large -scale key project. Baisha reservoir total storage capacity 278 million m3, Flood prevention Standard stipulated according to GB code, Th

6、e Baisha reservoir project bank should be is big (2), The floodgate is 2 levels of buildings, the floodgate design standard is 100 years as soon as meets, The examination standard is in 2000 as soon as meets. According to Spillway Design Standard (SL253 -2000) under the floodgate the design standard

7、 of Disappearing energy and guarding against flushes meet according to 50 years, The examination standard meet as soon as 100 years. This design is the Baisha reservoir except dangerous reinforcement project in spillway design, including following several aspects content: Plan comparison and choice

8、as well as water power computation, structural stability computation including side pillar,center pillar and bulkhead stable basis stress computation, simple construction organization plan and so on several aspectsKey word: spillway center pillar reservoir structural stability前言白沙水库位于淮河流域沙颖河上游，坝址位于河

9、南省禹州市与登封市交界的白沙村以北 300m 处。是 50 年代初治淮早期我省兴建的大型水库之一，当时水库的设计洪水标准为 100 年一遇，校核洪水标准为 1000 年一遇。设计水位233.8m，校核水位 235.3m，总库容 2.95 亿 m3。水库控制流域面积为 985km2，占颖河流域面积 7230km2的 13.6%，占颖河山丘区流域面积 1900km2的 51.8%，是以防洪灌溉为主兼顾工业供水、水产养殖、旅游等综合利用的大型枢纽工程本次设计主要是白沙水库加固工程中溢洪道泄洪闸白沙水库是建国初期治淮第一批兴建的大（II）型水库，是以防洪灌溉为主，兼顾工业供水、水产养殖、旅游等综合利用

10、的大型水利枢纽工程。白沙水库目前的现状为坝顶高程 235.8m，防浪墙顶高程 237.0m，坝顶超高1.873m，水库现状允许最高水位为 235.13m。 1951 年 3 月开始施工至 1953 年 8 月建成，为此于 1956 年 2 月1957 年 12月进行了水库扩建，扩建后的大坝坝顶长 1316m，顶宽 6.6m，最大坝高 47.88m，坝型由均质土坝变为复式断面，坝顶高程 235.8m，防浪墙顶高程 237.0m。改原无控制的溢洪道为新建 8 孔（128）弧形钢闸门控制的泄洪闸，闸顶高程225.92m，最大泄量 4280 m3/s。1975 年汛后，为增强水库抗洪能力，在东付坝坝顶

11、建爆破药室 17 个，以应急需。1997 年底又对输水洞进行了较全面的加固处理。在出口新建了弧形工作门及引水岔管，输水洞由无压隧洞改为压力洞，洞身由马蹄形断面改为直径 3.3m 的圆形断面。工程存在的问题（1）泄洪闸上下游流态不好。（2）泄洪闸闸室建在强风化的石英砂岩地基上，并且有断层。（3）闸墩单薄，砼质量不好，碳化严重，普遍存在裂缝。（4）溢洪道没有尾水渠，不能做正常溢洪道使用。（5）溢洪道闸门启闭机和闸们年久失修。 主溢洪道：泄洪闸座落在强风化石英砂岩上，裂隙发育，岩体呈中等至强透水，工程地质条件差，存在闸基渗漏、抗滑稳定和不均匀沉陷问题，应对闸基稳定性进行复核，并采取必要的处理措施。本

12、次设计是白沙水库除险加固工程中的溢洪道设计.其中包括以下几个方面内容:方案的比较和选择以及水力计算,结构稳定性计算(包括边墩,中墩和挡土墙稳定基底应力计算),简单的施工组织设计等几个方面。参照溢洪道设计规范（SL2532000）附录 A，泄洪闸闸室采用开敞式实用堰结构，堰顶上游采用三圆弧曲线，堰顶下游采用 WES 型幂曲线，幂曲线末端直接与反弧连接，根据水力计算确定工程的布置，然后进行稳定性和应力计算。1 工程概况白沙水库位于淮河流域沙颖河上游，坝址位于河南省禹州市与登封市交界的白沙村以北 300m 处。是 50 年代初治淮早期我省兴建的大型水库之一，当时水库的设计洪水标准为 100 年一遇，

13、校核洪水标准为 1000 年一遇。设计水位233.8m，校核水位 235.3m，总库容 2.95 亿 m3。水库控制流域面积为 985km2，占颖河流域面积 7230km2的 13.6%，占颖河山丘区流域面积 1900km2的 51.8%，是以防洪灌溉为主，兼顾工业供水、水产养殖、旅游等综合利用的大型枢纽工程。水库位置见图 1.1-1。1978 年水电部颁发了水利水电枢纽工程等级划分及设计标准（山区、丘陵区部分）SDJ1278，根据该规定白沙水库正常运用洪水标准应为 500100 年一遇，非常运用洪水标准如失事后对下游不致造成较大灾害的其下限值为 2000年一遇，如果失事后对下游将造成较大灾害

14、的大型水库应以可能最大洪水作为非常运用洪水标准。1990 年水利、能源部对 SDJ1278 又颁发了补充规定，根据该规定将白沙水库的校核洪水标准由可能最大洪水改为 2000 年一遇。1994 年建设部发布国家标准防洪标准（GB5020194）作为强制性国家标准，根据该标准白沙水库设计洪水标准应为 500100 年一遇，校核洪水标准应为 50002000年一遇。我省大部分大型水库，根据以上国家颁发的洪水标准、结合各水库的具体情况，经历 20 余年基本进行了除险加固，提高了水库安全标准。已完成的有鸭河口、宿鸭湖、鲇鱼山、孤石滩、彰武、南海等水库，正在实施的有白龟山水库和昭平台水库。该工程 1951

15、 年开工，1953 年竣工。由于当时形势的需要和各方面条件的限制，存在诸多问题。1956 年进行了扩建加固。2001 年 3 月对水库安全标准进行复核，1000 年一遇洪水位为 235.51m，2000年一遇洪水位为 236.29m，而目前白沙水库允许的最高水位 235.13m。因此，白沙水库现有安全标准不足 1000 年一遇，尚未达到国家防洪标准（GB50201-94）5000 年2000 年一遇的下限。由于白沙水库在沙颖河流域防洪调度中的作用非常重要，事关禹州市、京广铁路和京深公路的安危，一旦失事，将对禹州市、襄城、临颖、许昌和郾城等县市造成严重的洪水灾害。因此急需除险加固。2001 年

16、3 月河南省水利厅组织水利部、淮委、黄委和水库管理局等单位组成专家组，对白沙水库进行安全鉴定，鉴定意见为：“白沙水库大坝现有防洪标准不足千年，属危险水库，急需进行除险加固。建议采取工程措施提高抗御洪水标准以满足国标防洪标准要求，对溢洪道混凝土建筑物和金属结构进一步进行检测。进一步补充完善观测设施，加强观测工作。在未进行除险加固前，水库管理单位应加强工程管理和工程监测，并做好超标准洪水的安全保坝措施。”2001 年 7 月水利部大坝安全管理中心对白沙水库安全鉴定成果进行核查，核查意见为：“大坝存在的主要问题是水库大坝防洪标准不满足部颁近期标准，同意三类坝鉴定结论意见。”另委托河南省水利科学研究所

17、水利水电工程质量检测中心对白沙水库溢洪道（土建部分）进行工程质量检测，并于 2002 年 2 月提出白沙水库溢洪道（土建部分）工程质量检测报告和检测描绘图集。据现场测绘各个闸墩闸墙在高程 6.0m 处有一条水平缝，缝宽较大且多为通缝；各个闸墩闸墙在中部区域，均有一条自下而上的裂缝，分别达到或超出 6m 处的水平缝高度，缝宽0.210.80mm，超声波检测 1#、3#、4#、5#墩为贯穿缝，2#、6#、7#墩未贯穿，两边墙部位是否贯穿尚未查明；闸墩在上游墩尖，下游墩尾及墩身各部位，存在多条裂缝，缝宽多在 0.101.35mm 之间，其中上游墩尖处大部分为水平缝，其余多为不规则裂缝，超声波检测缝深

18、在 65164mm 之间，大小裂缝总计有 570 余条。闸底板共有裂缝 38 条，在每孔闸底板中部，均有 12 条垂直水流方向的裂缝，缝宽一般在 0.220.71mm 之间，经超声检测，缝深在 30283mm 之间。主要结论为：“闸室结构砼的强度、钢筋的配置均不能满足现行设计规范的要求，裂缝普遍存在，一些受力部位的裂缝已经贯穿，碳化值普遍较高，土建部分维修加固方案的优势已经失去，建议考虑其它解决方案。”查阅白沙水库暨灌区志的记载和工程竣工图，发现泄洪闸建基面位于强风化石英砂岩上，岩石破碎，施工中有多处坍塌；闸室结构强度不足，限于工程建设期的经济环境和技术水平，闸室墩墙和底板砼标号太低，原设计为

19、 140 号，施工中为节约水泥，加入 15%的粉沙掺和料，实际上不足 140 号，一些部位仅有90 号，且闸墩配筋率仅为（0.020.03）%，小于钢筋砼的最小配筋率，实为少筋砼，而水工建筑物的挡水受力结构不宜采用少筋砼；工程竣工时已发现墩墙出现裂缝，运行数十年，现在闸室裂缝普遍存在，七个中墩有四个中墩的裂缝已贯穿，其余裂缝深度为 65164mm；右边墙倾斜 13cm，消力池边墙也发生变形。2001 年 12 月2002 年 3 月，河南省水利勘测总队受河南省水利厅委托，对溢洪道进行了地质勘探，揭露地层表明，老溢洪道闸室建基面在强风化带上，风化层厚度为 0.56.1m，其中有薄层泥岩，岩体破碎

20、，含泥量高，承载力低，抗剪强度低，高水位时，闸室存在稳定问题。右岸翼墙地基断层发育，强风化厚度在18m 以上，右岸翼墙存在稳定问题。闸基 78%的岩体具有中等透水性，闸基存在渗漏问题。并于 2002 年 4 月完成了河南省白沙水库除险加固溢洪道工程地质勘察报告。河南省水利勘测设计院于 2001 年 3 月对溢洪道泄洪闸进行水力计算和稳定复核，认为下游消力池边墙高度比允许值低 2.2m，整体稳定安全系数小于规范允许值。由于溢洪道建成至今，没有高水位运行过，掩盖了其存在的安全隐患。白沙水库溢洪道泄洪闸应根据水库规划指标，进行加固或重建1.1 水库建设过程1950 年 10 月中央人民政府政务院发布

21、”关于治理淮河的决定”后,省治淮总部于 1951 年元月组织力量对白沙水库进行勘测设计，1951 年 3 月开始施工至1953 年 8 月建成。工程包括：拦河坝，长 1214m，坝型为均质土坝，坝顶高程231.72m，最大坝高 42.5m。溢洪道为无控制开敞式溢洪道，宽 100m，底高225.92m,最大泄量 572m3/s；输水洞为无压洞，横断面为 R=2.03m 的标准马蹄形洞，进水口为上下双层四孔 1.751.75 的油压直升平板钢闸门，进口底高195.92m，出口底高 194.86m，洞长 337.0m，最大泄量 230 m3/s。水库设计最高洪水位 228.42m，总库容 1.88

22、亿 m3。此外尚有东付坝一座。由于 1950 年设计时没有进行流域规划，设计洪水计算偏小，经 1954 年洪水考验后，发现水库规划库容偏小，溢洪道设计的溢洪断面不够大，水库的安全标准偏低，水库的效益未能充分发挥。为此于 1956 年 2 月1957 年 12 月进行了水库扩建。扩建后的大坝坝顶长 1316m，顶宽 6.6m，最大坝高 47.88m，坝型由均质土坝变为复式断面，坝顶高程 235.8m，防浪墙顶高程 237.0m。改原无控制的溢洪道为新建 8 孔（128）弧形钢闸门控制的泄洪闸，闸顶高程 225.92m，最大泄量 4280 m3/s。但 1958 年元月溢洪道泄洪闸8 扇弧形门安装

23、完毕后，4 月为支援三义寨引黄工程，拆走边孔6 扇建块石滚水坝，坝顶高程231.0m，直到1964 年 10 月才恢复拆除的6 孔闸门。建时除主坝及东付坝相应加高外，又增建一座西付坝及在主溢洪道东第一缺口处修建了付溢洪道，底宽 180m，底部高程 234.0m，最大泄量 427m3/s。1975 年汛后，为增强水库抗洪能力，在东付坝坝顶建爆破药室 17 个，以应急需。1997 年底又对输水洞进行了较全面的加固处理。在出口新建了弧形工作门及引水岔管，输水洞由无压隧洞改为压力洞，洞身由马蹄形断面改为直径 3.3m 的圆形断面。 1.2 水库目前存在问题白沙水库坝顶高程 235.8m，防浪墙顶高程

24、237m，水库现状允许最高静水位235.13m，调洪演算成果 1000 年一遇洪水位 235.51m，2000 年一遇洪水236.29m，均超过水库现状允许最高静水位 235.13m，由此说明白沙水库的现有安全标准不足 1000 年一遇，远低于国家防洪标准（BG50201-94）50002000 年一遇标准的下限，实属险库。 其中溢洪道存在问题（1）溢洪道 1956 年曾做过水工模型试验，试验结果表明：泄洪闸上下游流态不好，影响东付坝安全，降低了水库的安全标准。（2）泄洪闸闸室建在强风化的石英砂岩地基上，且右边孔跨在断层破碎带上，闸基极不均匀。（3） 闸墩单薄，砼质量不好，碳化严重，普遍存在裂

25、缝，右边墩及1、3、4、5 中墩存在上下贯通裂缝，左、右岸下游翼墙明显向内倾斜，其中右岸翼墙倾斜达 13cm。（4）溢洪道没有尾水渠，不能做正常溢洪道使用。（5）溢洪道闸门启闭机已经运行四十年，有的已超过四十年，闸门埋件锈蚀严重。闸门制作外观质量差，弧型闸门底部和右下角存在变形。所有一、二类焊缝严重未焊透属于不合格焊缝。（6）八台启闭机运行基本正常，其中 4、5 号两台启闭机为开放式减速器，起升速度慢，齿轮磨损严重，大部分齿轮被拉伤，形成内槽，7 号机开式齿轮存在局部裂纹，未扩展，减速器存在异常响声，3 号机开式齿轮存在大面积蜂窝状铸造缺陷。2 水文白沙水库建设初期，因水文资料短缺，故只能采用

26、有限的降雨资料推求设计洪水，并依此进行工程规划，此后，多次进行过水文复核。1986 年和 1998 年我院先后对白沙水库进行了水文复核且均编制有白沙水库水文复核报告。2.1 流域概况白沙水库位于淮河支流沙颍河流域颍河上游，坝址地理位置为东经11315，北纬 3420。坝址以上控制流域面积 985km2。颍河源于登封嵩山山脉，自西向东流经禹县、临颍、西华等县市，于周口以上 3km 附近的孙咀注入沙河。颍河全长约 350km，水库以上长 56km，流域面积7230km2，水库以上 985km2，占全流域的 13.6%，占颍河山区面积的 51.8%。颍河白沙以上至禹县属山区，坡陡流急，禹县至颍桥进入

27、丘陵区，颍桥以下进入平原，始有堤防。水库以上有少林河，石冲河、鱼洞河、马峪河等支流，下游较大支流有吴公渠，清淠河、清流河、柳塔河等。颍桥以上为山丘区，面积约占全流域的 26.3%，平原区约为 73.7%。地势西北高，东南低，海拨高程一般为 500550m，最高峰高程为 1512.4m。山区除少林寺、中岳庙有少量松树复盖较好外，一般为灌木丛林，高程在 8001000m 以上，植被较差；丘陵区为黄土地带，多为梯田，冲沟发育，复盖较厚，流域内土壤类别，京广铁路以西为重、中粉质壤土，以东为中、轻粉质壤土，适宜于种植旱作物，如：小麦、玉米等，兼作杂粮及经济作物。颍河流域属于温带地区，气象特征为半干旱气候

28、，春冬季节空气干燥少雨。夏末秋初空气湿润，雨水较多，多年平均降水量为 650mm，年内分配很不均匀，汛期 69 月降水量约占全年的 65% ，年际分配也不均匀，实测年最大降水量为多年平均的 1.6 倍。颍河上游多山，地形起伏，每年夏季含有大量水汽，受地形阻隔被迫上升，温度下降，遇冷空气而凝结，产生地形雨；此外，局部性的空气对流产生的雷阵雨也较多见。气旋雨在本流域也经常出现，主要是北来的寒流和南来的暖流，即高压与副高压在本地区形成相持的局面，停滞不前形成大暴雨，如 1954、1956 年就是此种成因产生的大暴雨。流域内多年平均降雨为 650mm，最大一日降雨量为 226mm；多年平均蒸发量为18

29、23mm，最大月蒸发量为 285mm，最小为 15.4mm；多年平均气温为 14.4C，极端最高气温为 42.9C，极端最低气温为-13.9C；多年平均相对湿度为 68%，一日最小相对湿度为 1%；多年平均风速为 2.7ms，最大风速为 19ms；最多风向为北东风；多年平均气压为 1002.6 毫巴；最大积雪厚度为 21cm；多年平均霜降期为59.4 天。白沙水库下游河道标准较低，繁城吴公渠口段，于 1957 年治理过，除涝标准仍为老二年一遇，设计流量 184 m3/s,防洪标准约 10 年一遇，平槽泄量 500 m3/s；吴公渠口至柳塔河口段于 1970 年治理过，除涝标准为 3 年一遇，设

30、计流量430 m3/s，防洪标准为 20 年一遇，平槽泄量 900 m3/s，颍河公路桥过水流量为1500 m3/s，化行闸至繁城段平槽泄量约 700800 m3/s。2.2 年径流复核成果白沙水库年径流自建库以来已计算过多次，1986 年河南省水利勘测设计院在白沙水库水文复核报告中将年径流系列从 1953 年1976 年延长到 1984 年共31 年系列，计算得天然年径流均值为 1.64 亿 m3，CV=0.60，CS=2.0CV。本次年径流复核，在 1986 年复核的基础上，将 1953 年984 年的实测年径流和天然年径流系列进行了复核并把系列延长到 1997 年。实测年径流按水文年 6

31、5 月统计，经计算，实测年径流均值为 124.79106m3。经还原计算，白沙水库19531997 水文年天然年径流量均值为 153.79106m3。 经验频率计算采用数学期望公式：P=m/(n+1)；理论频率曲线采用 P型适线，用矩法计算统计参数；均值采用计算值，Cv值在适线时作适当的调整，经适线 Cv=0.60，Cs=2CV。白沙水库天然年径流量统计参数成果如表 1。表 1 白沙水库天然年径流统计参数成果表年径流量参数各种保证率 P 的年径流量（106m3）均值（106m3）变差系数（CV）偏差系数（CS=2CV）25507595153.790.601.2020013786402.3 设计

32、洪水复核成果本次设计洪水复核亦采用了两种方法：一是根据雨量资料计算设计洪水，二是根据流量资料计算设计洪水，经过分析（原因同上），最后选定的是根据雨量资料计算设计洪水成果。水利水电工程设计洪水计算规范(SL44-93)在条文说明中指出：“用暴雨资料推算设计洪水，中间环节比较多，资料条件和计算方法都会给计算成果带来影响，因此在综合考虑各方面因素后，认为校核标准的成果有偏小的可能时应加安全修正值。”通过与临近流域大型水库 10000 年一遇洪峰和洪量模数的比较，认为选定的校核标准的洪水有偏小的可能，而尤以设计洪量的偏小比较突出。综合考虑，白沙水库校核标准(2000 年一遇)洪水其洪量加20%安全修正

33、值。白沙水库设计洪水采用成果如表 1。表 2 白沙水库设计洪水采用成果重现期（年）洪峰流量（m3/s）1天洪量（万m3）3天洪量（万m3）7天洪量（万m3）520501005001000200021404348582170319592104031117650049480122951439119246211962793161551148615021176712376026264346046405124911676019959270542999639670注：2000 年一遇洪量已加 20%安全修正值。2.4 非汛期设计洪水统计白沙水库 10 月初至次年 5 月末的历年最大旬径流量，得到 1953

34、1997年共 45 年非汛期最大旬径流量系列，据此进行频率计算，得出白沙水库非汛期最大旬径流量多年平均值为 850 万 m3，经适线 Cv=1.25，Cs:Cv=2.5。白沙水库非汛期洪水过程线采用典型过程线放大法计算。1984 年 10 月上表 3 白沙水库非汛期设计洪水成果表,重现期洪峰流量1 天洪量3 天洪量7 天洪量10 天洪量放大系数(年)(m3/s)(万m3)(万m3) (万m3)(万m3)10735191252184820740.392201047451797265229750.563典型年（1984）1851323319147115288北汝河紫罗山旬径流量介于 10 年、20

35、 年一遇洪水之间，作为典型过程。因白沙水库观测时段较长（10 天只有 8 个点据），只能借用邻近水文站的过程线，北汝河紫罗山水文站与白沙水库同属沙颍河流域，借用其流量过程作为典型过程线。N=10年、20 年的设计洪水值如表 3。3 工程地质白沙水库位于禹州与登封交界处，地貌单元属低山丘陵区，山顶多呈平顶和浑园状，属构造剥蚀地貌，库区河道弯曲，河谷开阔，两侧发育有一、二级阶地和河漫滩。库区出露古生界寒武系、奥陶系、石炭系、二迭系及新生界第四系地层。寒武系中统下部以紫红色砂页岩为主要特征，上部以厚层鲕状灰岩、豹皮灰岩为主，上统主要为厚层状白云岩；奥陶系出露中统马家沟组地层，岩性为薄层状泥质灰岩和厚

36、层角砾状灰岩；石炭系出露中上统地层，中统本溪组为杂色铝土矿和铝土页岩，上统太原组为灰色厚层含燧石团块灰岩夹煤层；二迭系上下统地层在库区均有出露，下统主要为灰黄色泥质页岩及石英砂岩夹煤层，上统以紫红色厚层石英砂岩为特征；第四系上更新统地层分布在河流二级阶地，岩性为褐黄色黄土状中粉质壤土和褐红色重粉质壤土，全新统下段分布在河流一级阶地，主要为卵石。库区控制性构造为白沙向斜，其轴向 320330，发育在古生界地层中，核部多为第四系地层所覆盖，延伸长度约 30km，向东南方向倾伏，两翼产状平缓，发育有一系列小型次级褶皱。发育的断层主要有东西北西和北北东北东向两组，前者多为压性、压扭性，后者多为张扭性。

37、库区周围山体宽厚，所测地下水位均在设计水位以上，虽有较大的断层存在，但多为第四系土层所覆盖，出露高程均在 230m 以上，不存在水库渗漏的地质条件，建库 50 年来亦未发现库区渗漏问题；石炭系铝土矿层分布在 250m 高程以上，不存在淹没问题。1987 年对左岸废弃的煤井进行调查，井内及附近地下水位高程为 236245.5m，均在最高库水位以上，且高出当时库水位16.5926.09m,矿井涌水与水库蓄水关系不大。水库周围岸坡低缓，除局部有小规模坍塌外，库岸基本稳定。水库周围及上游有大面积的页岩、黄土状土分布，植被不好，水土流失严重，水库存在着较为严重的淤积问题；库区地震烈度度，区域稳定性较好，

38、库区虽有大的断裂存在，但在水体以下多为第四系土层覆盖，阻断了库水沿断层下渗的途径，不存在水库诱发地震的条件，建库 50 年来未出现水库诱发地震。主溢洪道：泄洪闸座落在强风化石英砂岩上，裂隙发育，岩体呈中等至强透水，工程地质条件差，存在闸基渗漏、抗滑稳定和不均匀沉陷问题，应对闸基稳定性进行复核，并采取必要的处理措施。如建新闸，溢洪道中心线须左移 25m 以上，基础降低置于弱风化岩石上，但存在闸基渗漏问题，应采用帷幕灌浆处理，闸室左岸与东付坝连接处边坡高 20m 左右，应采取必要的处理措施。4 除险加固任务和规模4.1 除险加固任务白沙水库是建国初期治淮第一批兴建的大（II）型水库，是以防洪灌溉为

39、主，兼顾工业供水、水产养殖、旅游等综合利用的大型水利枢纽工程。白沙水库目前的现状为坝顶高程 235.8m，防浪墙顶高程 237.0m，坝顶超高1.873m，水库现状允许最高水位为 235.13m。白沙水库总库容大于 1.0 亿 m3，属 II 等工程，其校核洪水标准根据GB5020194防洪标准规定应为 50002000 年一遇，根据 1998 年复核的设计洪水成果、现状工程和目前水库的调度运用方式进行调洪演算，其结果 1000年一遇洪水位为 235.51m，2000 年一遇洪水位为 236.29m，因此，白沙水库的安全标准不足 1000 年一遇，尚不能满足其下限 2000 年一遇。根据 20

40、01 年 3 月河南省水利勘测设计院编制的河南省白沙水库大坝安全论证报告，其鉴定结论为白沙水库的抗洪安全性为 C 级，属险库。因此，除险加固的首要任务是提高水库的安全标准。此外，水库已运行 40 余年，也存在一些急需解决的问题，因此，本次除险加固的任务是：在维持原规划的建库任务及效益的前提下，提高水库安全标准，解决水库存在的遗留问题。4.2 除险加固洪水标准按照中华人民共和国国家标准 GB5020194防洪标准,白沙水库总库容界于101.0 亿 m3，工程等别属 II 等，工程规模为大(2)型。II 等工程的永久性主要水工建筑物级别为 2 级，其防洪标准，设计 500100 年一遇，校核500

41、02000 年一遇。根据白沙水库的现状和地形、地质条件，设计和校核标准均选其下限，亦即正常运用洪水标准为 100 年一遇，非常运用洪水标为 2000 年一遇。5.溢洪道泄洪闸设计5.1 方案的说明方案 1：老闸拆除，新建七孔新闸从上述两种老闸加固的方案可明显看出，老闸加固存在不少问题。拟将八孔老闸拆除，在原闸址新建七孔泄洪闸。新闸堰顶高程 223.0m，七孔，每孔净宽12m，总净宽 84m。调洪演算成果 100 年洪水位 231.97m，泄量 1000m3/s，2000 年洪水位 235.25m，下泄量 7048m3/s。泄洪闸按 100 年一遇洪水设计，2000 年一遇洪水校核。下游消能按

42、50 年一遇洪水设计，100 年一遇洪水校核。见附图 5.3-5及方案比较图集。 新泄洪闸工程布置 泄洪闸工程包括上游引渠段、上游铺盖段、闸室控制段、下游消能段、下游海漫段和尾水渠段。 以闸室底板前沿做为溢洪道的 0+000 桩号，溢洪道中心线位于勘探中心线左边 4m 处。 0-211.850+000 为上游引渠段，长 211.85m。前 181.85m 底部不做护砌，两岸边坡为 1:0. 5，底宽为 99m，渠底高程为 219.5m；闸前 30m 为铺盖段，护底为0 .2m 厚的砼，两岸为圆弧型翼墙，圆弧半径为 45m，墙顶高程为 236.1m，采用半重力式挡土墙。0+0000+23.5 为

43、闸室控制段，泄洪闸采用 7 孔闸，每孔净宽 12m，采用流量系数较大的实用堰型闸底板，堰顶高程 223m，上游堰高 3.5m，下游堰高 6.5m，闸孔总净宽 712=84m，闸室长度 23.5m，中墩厚.5m，墩顶高程为 236.1m，边墩为衡重式。闸室堰上设 128m 弧型钢闸门 7 扇。 0+023.50+103.5 为闸后消能段。0+023.50+073.5 为闸后斜坡段，底部坡降为 1:40，墙顶高程由 230m 渐变至 223.05m；之后接消力池，池深 2.0m，池底高程 213.25m，池长 22m，两岸为衡重式挡土墙。 0+103.50+173.5 为海漫段。海漫底部高程 21

44、5.25m，护底厚度为0.4m，0+143.50+173.5m 为 30m 长的扭曲渐变段，之后与下游地面自然连接。溢洪道做工程段全长 485.45m。 方案 2：，老闸拆除，新建五孔新闸 新闸堰顶高程 222.0m，五孔，每孔净宽 12m，总净宽 60m。调洪演算成果：100 年一遇洪水位 231.85m，下泄流量 1000m3/s，2000 年一遇洪水位235.56m，下泄流量 5922m3/s。泄洪闸按 100 年一遇洪水标准设计，2000 年一遇洪水标准校核，下游消能按 50 年一遇洪水设计，100 年一遇洪水校核。工程布置见附图 5.3-7 及方案比较图集。新泄洪闸工程布置根据最新地

45、质勘探资料建议，溢洪道泄洪闸中心线较原中心线向左平移17.75m，以闸室底板前沿做为 0+000 桩号。0-2050+000 为上游引渠段，长 205m。前 175m 底部不做护砌，两岸边坡为1：0.5，底宽为 70m，渠底高程为 218.5m；闸前 30m 为铺盖段，护底为 0.2m 厚的砼，两岸为圆弧型翼墙，圆弧半径为 45m，墙顶高程为 236.6m，采用半重力式挡土墙。0+0000+026 为闸室控制段，泄洪闸采用 5 孔，每孔净宽 12m，堰顶高程222m，闸孔总净宽为 60m，闸室长度 26m。闸室采用上游堰高 3.5m，下游堰高6.5m 的实用堰。中墩厚 2.5m，墩顶高程 23

46、6.6m，闸室总宽 70m，堰上设129.5m 的弧形钢闸门 5 扇。0+0260+113 为闸后消能段。0+0260+076 为闸后斜坡段，底部坡降为1:40，墙顶高程由 230m 渐变至 223.8m；之后接 1:4 的陡坡段；0+0860+113 为消力池段，池深 2.5m，池底高程 211.75m，池长 27m，两岸为衡重式挡土墙。0+1130+183 为海漫段。海漫底部高程 214.25m，护底厚度为0.4m，0+1530+183m 为 30m 长的扭曲渐变段，之后与下游地面自然连接。溢洪道做工程段全长 485.45m。5.2 方案比较 从调洪演算和工程布置来看，方案需新建七孔泄洪闸

47、，闸室较宽，闸室堰顶高程 223.0m。由于闸址区地质条件复杂，右边岩石破碎，位于断层影响带，岩质软弱，易产生不均匀沉陷，需进行地基处理，但处理难度较大，为使进流顺畅，右岸山包需进行削坡处理。由于尾水渠偏向右侧，闸室不宜向左偏移太多，且向左偏移需挖东副坝，建堵坝，投资增加，闸坝接头处理费用较高。此方案闸室宽度大，尾水渠宽度大，增加了征地的难度。从工程投资进行比较，方案的工程投资比建新闸的方案 IV 增加约 16%。因此，方案 II 亦不是最优方案。 从调洪演算结果来看，方案需建五孔闸，闸室堰顶高程 222.0m。由于闸址区左岸约 85m 范围地质条件较好，右边位于断层影响带，岩石破碎，岩质软弱

48、，五孔闸闸基总宽度 75m，可充分利用左岸良好的地质条件，闸底板适当降低后，使其位于较好的弱风化地基上，闸室受力均匀，结构稳定性好，工程安全可靠。 溢洪道中心线左移以后，工程总体布置较为合理，进出口水流条件较好，五孔闸过水断面的总宽度为 70m，是经方案比较尾水渠规模最小的。大坝结合上游坝坡翻修，坝顶防浪墙加固和坝顶路面翻修加高 0.5m，使大坝面貌焕然一新，结合观测设施布设，使坝体状况更为完善。从工程投资比较分析，方案 II 投资最省。综上所述，从工程布置、调洪演算、投资比较、施工方便和工程的安全可靠度诸方面进行综合分析，方案 II 的优势是显而易见的，因此推荐方案为方案II。5.3 设计基

49、本资料5.3.1 基本资料5.3.1.1 工程等别和建筑物级别按国标防洪标准规定，白沙水库工程等别应为大（2）型，泄洪闸为 2 级建筑物。5.3.1.2 洪水标准白沙水库总库容 2.78 亿 m3，属大型水库，泄洪闸设计标准为 100 年一遇，校核标准为 2000 年一遇。据溢洪道设计规范（SL2532000）闸下消能防冲设计标准按 50 年一遇，校核标准 100 年一遇。表 4 水库规划指标表20 年泄水流量（m3/s）20020 年设计库水位（m）229.4350 年泄水流量（m3/s）50050 年设计库水位（m）230.96100 年泄水流量（m3/s）1000100 年设计库水位（m

50、）231.85续表 42000 年泄水流量（m3/s）66302000 年设计库水位（m）235.56闸室堰顶高程（m）222.0孔数（孔）5闸孔口尺寸（m）（宽高）129.55.3.1.4 设计参数（1）水库规划指标（2）地质参数泄洪闸建基面位于 P2sh5弱风化石英砂岩上，根据白沙水库溢洪道 2002 年 3月地质资料，闸室稳定计算采用力学参数如下：摩擦系数 f=0.55 粘结力 c=0.2MPa承载力标准值 fk=2.0MPa5.4 溢洪道轴线选择原泄洪闸为开敞式平底板闸，闸轴线与东副坝交角 2.93。溢洪道中心线基本呈倒“S”型，闸室段垂直于闸轴线。原闸自建成后由于种种原因 40 多年

51、来并未过水，但根据原水工模型试验，由于受进口右岸山包影响，且左岸导水墙长度及高度不足，闸室进流条件较差，导致闸前产生很大横比降，影响到闸室边孔的过流能力。另外，从地质勘探情况看，老闸闸基中左边地质条件较好，基岩为硅质胶结或铁泥质胶结石英砂岩，岩芯采取率高，完整性好；闸室右边孔附近有 f81断层穿过，基岩为 P2sh3泥质粉砂岩，岩芯采取率低，强风化深度大，透水性强。本次除险加固考虑地形、地质及水流条件，将中心线沿溢洪道地质勘探中心线向左岸偏移 17.75 米。轴线上 O1点（桩号 0-205.5）大地坐标x=3801848.061、y= 38432153.679；O2点（桩号 0+163.8）

52、大地坐标x=3801592.458、y=38432416.060。溢洪道尾水渠依据地形布置，轴线向左偏转，同 O1、O2 两点连线夹角为 83.17，末端 O3点（桩号 0+285.8）大地坐标x=3801515.964、y=38432516.049。闸轴线垂直于溢洪道中心线，同东副坝中心线平行。闸室前沿桩号确定为 0+000，与勘探闸室横剖面 IIII（对应桩号0+004.8）的水平距 4.8 米。5.5 溢洪道工程布置溢洪道建筑物总长 491.3 m，分上游引渠段、进口圆弧墙段、闸室控制段、闸后陡坡及消力池段和出口尾水渠段共五部分。5.5.1 上游引渠段（0-205.50-030）进口引渠

53、段桩号 0-205.50-030，中心长度 175.5 米。引渠呈梯形断面，渠底宽度 70.0m，渠底高程 218.5m，两岸边坡 1：0.75 与原地面相连，进口表层覆盖层部分可放缓至 1：1.5。引渠两侧边坡以 10 厘米厚喷混凝土防护，引渠底部不做护砌。5.5.2 进口圆弧墙段（0-0300+000）桩号 0-0300+000，中心线长度 30 米。两岸为半径 R=45m，圆心角 42的圆弧翼墙，左右岸对称布置，圆弧翼墙末端与闸室边墙平顺连接。圆弧墙根据地形布置，分成两部分，前端 0-0300-020 采用半重力混凝土墙，建基面高程223.5m，墙顶高程 236.3m。0-0200+00

54、0 两侧采用衡重墙，墙底高程 217.0m，基础宽度 3.0m，墙背坡度 1：0.3，衡重台高程 225.5m，墙顶高程 236.3m。圆弧墙混凝土标号 C15 。0-030 至闸室前沿引渠底板采用 20cm 厚混凝土护底，混凝土标号 C15， 两侧边坡 1：0.75，与圆弧翼墙呈弧线连接。5.5.3 闸室控制段（0+0000+025.5）通过水力计算和堰面曲线计算，堰体采用低实用堰，堰顶高程 222.0m。堰面曲线拟定参照溢洪道设计规范附录 A之规定，上游由三圆弧组成，圆弧半径从前至后分别为R3=0.368m、R2=1.84m、R1=4.6m。三圆弧末端为堰轴线位置，相对桩号0+007.09

55、4。堰面下游采用 WES 幂曲线型式，曲线方程 y=0.0758x1.85，后接半径为 16.5m、圆心角 38.0的反弧和长 0.946m 平段。堰体上游高 3.5m，下游堰高6.5m，堰体总长 21.0m。堰体表面 0.8m 厚采用 C20 钢筋砼，堰体内部采用 C15 素砼填筑。闸室共五孔，单孔净宽 12m，总宽度 70.0m，闸室长 25.5 米，闸底板前沿桩号 0+000，末端桩号 0+025.5。闸墩顶高程 236.3m，高于水库 2000 年校核洪水位235.56m，同东副坝顶平。闸室为开敞式实用堰结构，设五扇弧型钢闸门，闸门高 9.5m，门顶高程 231.33m，采用卷扬启闭机

56、控制。中墩厚度 2.5m，底部和两侧堰体浇筑成一体，单孔基础总宽度 14.5m，建基面高程 215.5m，闸室前趾处设2.5m 宽齿槽，齿槽底高程 215.0m，闸基在 0+012.5 处为斜坡段，末端高程213.0m，后接 3m 长水平后趾。边墩为衡重式侧墙，和边孔堰体整体连接，墩顶宽度 1.5m，底宽 3.25m，墙背坡度 1：0.3，衡重台高程 225.0m，边墩底部型式同中墩。闸墩牛腿轴线同水平线夹角为 14，牛腿总长 3.0m，宽 1.6m，牛腿外悬厚度 1.4m，闸门轴高程为 227.83m，门轴距闸室后趾水平距为 6.522m。闸墩混凝土标号为 C25，牛腿及周围应力集中部位采用

57、 C30 砼。闸室每孔堰体中间设沉降缝，分缝处以止水带和混凝土塞与防渗帷幕封闭连接，边墩后侧设刺墙一道，深入东副坝及右侧堵坝心墙内部组成侧向防渗体。闸顶上游设汽10 级交通桥连接两岸交通，桥宽 5.0 米，交通桥中心线桩号 0+006.2。交通桥后墩顶抬高，上部设启闭机操纵室，宽 6.0 米，底板高程 241.9m。操纵室两侧设桥头堡。操纵室后墩顶设 2.5 米宽平台，通过钢爬梯与操纵室侧门相连，平台以后墩顶以 1：1坡度由 236.3m 高程渐变至 233.5m 高程，上设防护栏杆。牛腿上方设爬梯至墩顶。溢洪道闸室总宽度较老溢洪道有所缩窄，缩窄部分以粘土心墙堵坝和右岸山包相连。堵坝有关设计详

58、见 5.4 节。5.5.4 陡坡及消力池段（0+025.50+145.3）桩号 0+025.50+105.5 为直线泄槽，泄槽宽度 70.0m，底坡 1：40，起端底板高程 215.5m。桩号 0+025.50+045.5 墙高由 14.7m 渐变至 8.8m，其它部位墙高均为 8.8m。泄槽边墙采用混凝土衡重墙结构，衡重台根部设一排水孔，墙体混凝土标号为 C20。衡重台以上用石渣回填至墙顶，顶部宽度 2.0m，外侧以 1：1.5坡度与原地面相连。泄槽底部采用 C20 混凝土护底，0+025.50+60.5 护底厚度为 80 厘米，其后护底厚度为 50 厘米，末端 0+105.5 处设深 2.

59、5m 的混凝土齿槽，以 C10 素混凝土回填。泄槽段边墙及护底每 1520m 设一道结构缝。桩号 0+105.50+142.3 为消力池段。消力池底宽 70m，采用深挖式结构，经计算消力池深 2.7m，池长 28.5m，消力池墙高 9.2m。消力池段前部为 1：4 斜坡段，水平投影长度 6.8m，底部以 80 厘米厚 C20 混凝土护底。消力池底高程211.8m，护底厚度 1.2m，底板设竖向排水孔，梅花型布置。消力池底板末端设1.5m 宽混凝土齿坎，齿坎高度 2.7m，顶部与出口尾水渠底平，高程 214.5m。消力池两侧边墙采用衡重式结构，建基面高程 210.8m，墙顶高程 221.0m，墙

60、后回填石渣与墙顶平。消力池护底及两侧边墙混凝土标号均为 C20。5.5.5 出口尾水渠段（0+142.30+285.8）接消力池为出口尾水渠段，始端桩号 0+142.30，底高程 214.5m，坡降 1：1000，底宽 70m。尾水渠前端0+142.30+160.8 设 18.5m 长缓冲段，呈矩形槽结构，底板采用 40 厘米 C20 混凝土护砌，两岸采用衡重墙结构，墙高 6.5m。接矩形槽末端设 30m 长扭曲渐变段，底部以 40 厘米厚 C20 混凝土护砌，两岸为浆砌石直线扭曲面，末端桩号 0+190.8，底高程 214.45m。扭曲面末端底部设2.5m 深齿槽，以 C10 素混凝土回填。

61、0+190.80+285.8 段为梯形渠道，渠底宽度 70m，两岸开挖边坡 1：0.75。渠道底部采用 15 厘米厚标号 C15 素混凝土护底，两岸采用 10 厘米厚喷混凝土护坡。5.6 水力设计5.6.1 堰面曲线设计参照溢洪道设计规范（SL2532000）附录 A，泄洪闸闸室采用开敞式实用堰结构，堰顶上游采用三圆弧曲线，堰顶下游采用 WES 型幂曲线，幂曲线末端直接与反弧连接。5.6.1.1 上游堰面曲线设计上游三圆弧半径及圆弧起点至堰顶水平距分别为： R1=0.5Hd，0.175Hd （1）R2=0.2Hd，0.276HdR3=0.04Hd，0.282Hd式中 R1、R2、R3三圆弧半径

62、（m）；Hd堰面曲线定型设计水头，取 Hd=0.75Hmax（m）；Hmax校核流量下的堰上水头（m）5.6.1.2 下游堰面曲线设计下游 WES 幂曲线设计采用公式：xn=kHdn-1y （2）式中：Hd堰面曲线定型设计水头，取 Hd=0.75Hmax（m）；x、y原点下游堰面曲线横、纵坐标；n与上游堰坡有关的指数，取 n=1.85；kP1/Hd30时，骨料堆应尽量堆高，并搭设凉棚，粗骨料还可喷雾降温，同时采用低温水加冰拌和，加快混凝土入仓覆盖速度，并尽量避开高温时段（10 点16 点），一般可安排在早晚和夜间进行，浇筑厚度减薄至 1.5m 左右，加强表面覆盖保护，洒水降温。低温季节（53）

63、施工，对骨料应采取覆盖保温措施，并加热拌和用水，延长拌和时间，加快铺料速度，浇筑完毕后外露表面应及时覆盖保温。仓面的立模、清理、钢筋绑扎、混凝土骨料拌和、运输、浇筑、振捣、拆模、养护都必须遵照混凝土施工规范的要求。 石渣回填，采用 1m3挖掘机装 10t 自卸汽车运输 0.5km，大面积的用59kw 推土机平料，拖拉机压实，小面积的用人工铺料，人工夯实。（4）基础处理基础采用帷幕灌浆处理，在闸室底板混凝土浇筑后利用闸墩前的 2.5m长底板(并予留灌浆孔)进行灌浆。灌浆孔应按序逐渐加密的原则进行施工，采用自上而下的分段钻孔灌浆方法进行施工。亦可以根据具体情况作以调整。灌浆孔的长度，表层第一段不宜

64、大于 2m，以下各段宜采用 5m，在特大吃浆和严重坍孔处应适当缩短，吃浆量很小的地段可适当加长，做好钻孔冲洗和压力试验，控制灌浆压力和吸浆量，对特殊情况应及时处理，灌浆操作细则应按规范执行，并做好封孔工作。帷幕灌浆的具体使用参数，在灌浆前通过灌浆试验确定。施工时应严格按照有关规程、规范及设计要求执行。其它同主坝坝肩帷幕灌浆方法。6.4 施工交通运输 6.4.1 对外交通运输白沙水库距禹州市区约 30Km，现有禹（州）白（沙）公路可直接到达水库，主坝及东西副坝后均有公路相通，对外交通运输条件相当方便，外来材料和设备可通过公路运输到达工地。 6.4.2 场内交通运输场内现通向东副坝、西副坝坝后亦有

65、沥青道路，场内交通条件尚好。土料场修筑临时道路与现有乡村公路相连坝后与上坝道路相连。主坝施工时，道路只有从右坝头进出，上游坡修筑斜坡道到高程 220.92m 平台，该台宽 5m，作为临时道路，局部加宽作为回车场。坝顶既是施工区，又是坝顶施工道路。在泄洪闸右岸修筑道路进入闸基，可满足施工车辆的交通要求。在每个施工区根据施工需要修筑场内临时施工道路。外来材料和设备可通过公路和场内施工道路运往各个施工点满足施工交通的需要。其中泄洪闸施工路宽 7m 泥结碎石。6.5 施工工厂设施6.5.1 混凝土拌和系统水库施工期间，需浇筑混凝土方量 5.23 万 m3，日最大强度约 245m3，混凝土标号为从 C1

66、0C30，根据部位及要求，混凝土标号会有所调整。结合建筑物布置、浇筑强度、运输及工程特点和场地情况，采用混凝土拌和机布置方式满足工程需要。根据泄洪闸所处周围的地形情况，闸前围堰范围内有一平台，较为平坦开阔，易于混凝土拌和系统和砂石料堆放场地布置，经比较确定在闸前设0.8m3搅拌楼 3 台，并设砂石料储放场，储存 34 天浇筑的用量。并设临时水泥库。主坝和东、西副坝分别设置混凝土拌和系统。设置水泥仓库累计300m2。混凝土大多安排在适宜的温度下浇筑，但有部分混凝土尚需温控，工地不单独布置制冷系统，需要温控时采取加冰拌制混凝土或骨料采取遮阳降温等措施。工程开始，混凝土拌和系统应建设以备工程需要。6.5.2 机械修配及综合加工系统施工期间所需主要机械有土石方挖装运输、碾压机械，石方开挖钻爆机械，混凝土拌和浇筑振捣机械，钢木加工机械，混凝土浇筑吊运机械。在施工期间要求对施工机械进行必要的保养维修及钢筋和模板的加工，为此在闸室上游和堵坝之间设置钢木加工厂，在溢洪道消力池以后道路旁以及主坝和东、西副坝后分别设置机械停放及简易维修厂。 6.5.3 风、水、电及通讯泄洪闸基础石方开挖，用手风钻钻孔爆破