修文县把七水库除险加固工程
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【摘 要】修文县把七水库位于修文县东南面的扎佐镇把七村境内，距县城27km，有简易公路直通大坝，交通方便。把七水库位于鱼梁河支流上，属长江流域乌江水系，总库容32.35万m3，系小（2）型蓄水工程，工程始建于1957年9月，于1958年12月竣工。该水库是以农业灌溉为主的小（2）型水库，原设计灌溉面积772亩，该工程主要是灌溉把七村的四个村民组178户的632亩灌面、丁关村的后坝村民组的110亩灌面及天生桥村民组的30亩灌面。坝址以上流域集水面积经本次复核为2.16km2，主河长2.42km，河道平均比降35.7‰。
一、工程概况
修文县把七水库位于修文县东南面的扎佐镇把七村境内，距县城27km，有简易公路直通大坝，交通方便。把七水库位于鱼梁河支流上，属长江流域乌江水系，总库容32.35万m3，系小（2）型蓄水工程，工程始建于1957年9月，于1958年12月竣工。该水库是以农业灌溉为主的小（2）型水库，原设计灌溉面积772亩，该工程主要是灌溉把七村的四个村民组178户的632亩灌面、丁关村的后坝村民组的110亩灌面及天生桥村民组的30亩灌面。坝址以上流域集水面积经本次复核为2.16km2，主河长2.42km，河道平均比降35.7‰。
水库枢纽包括大坝、岸边溢洪道、放水设施等建筑物。该工程大坝为均质土坝，坝高10.24m，坝顶宽4.0m ，坝顶长80m。溢洪道位于大坝左岸，为开敞式溢洪道，实用堰溢洪，堰顶高程1358.5m。
水库总库容为32.35万m3，根据《防洪标准》（GB50201-94）、《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）的规定，工程等别为Ⅴ等，大坝等主要建筑物为5级。水库正常蓄水位为1358.5m。
二、放水设施现状
该工程修建时间较早，放水设施老化，原放水涵洞及出口有漏水现象，需要对其进行改造。经调查，涵洞进出口断面确为0.5 m×0.5m，但只是进出口断面尺寸为0.5 m×0.5m，涵洞中间断面只有0.3 m×0.3m左右，且涵洞有多处大小转折，涵洞轴线不直，对穿管有很大影响。为满足下游用水需要以及使用年限，经计算分析综合考虑使用DN355PE管，因此不能采用常规涵洞穿管方式将DN355PE管穿过涵洞。
三、改造设计方案
结合把七水库的放水设施的实际情况，通过对其分析，本次设计考虑到经济投资、运行维护管理等方面，通过以下两个方案对放水设施设计进行比较。方案一为封堵原涵洞，采用虹吸管跨过坝顶进行放水；方案二为以放水涵洞中心线为轴线，对坝体进行开挖，预埋PE管后，对坝体进行填筑恢复。
1、方案一
1.1方案总体布置
封堵原涵洞虹吸管方案，采用M7.5水泥砂浆反压灌浆方式封堵原涵洞，在进口死水位下设置一进水池，采用DN355钢管连接上下游，虹吸管总长度为55m，在出口处设置闸阀室。放水时通过真空泵（2BE1103-0，电机功率11kw）使管道变成真空状态，在大气压作用下管道充满水，打开出口闸阀，使管道形成虹吸状态，利用上下游水位差使水自流到下游。虹吸管方案前期投资较小、施工简单，放水设施需要专人管理，后期需要对设备进行维护，因此要专人对放水设施进行定期管理维护。
1.2虹吸管计算
考虑设计取最大月灌溉用水量为15.5万m3/月，按节水灌溉制度考虑，每天12小时工作时间。下游灌溉用水最大供水流量Q=0.120m3/s。原放水涵管长42.2m，设计虹吸管道总长为55.0m，进口底板高程1351.69m，设计出口底板高程1351.04m。 为保证虹吸管正常过流，工程上限制管内最大真空度不超过允许值。
（1）虹吸管出口流速及流量
经比选计算当选用DN355钢管（壁厚6.3mm），管道流速v=1.339m/s，管道供水流量为Q=0.123 m3/s，大于灌溉需水流量0.120m3/s的要求，因此管径选择能满足要求。
（2） 最大真空高度计算
根据计算成果，虹吸管进口设置一进水前池，水库死水位为1352.19m，坝顶高程为1360.20m，虹吸管沿上游坝面经过坝顶时下挖3.0m，虹吸管顶高程1357.20m，使虹吸管穿过坝体，经过下游坝面连接至闸阀室，将水引至下游渠道，管道出口顶高程为1351.64m，进出口最小高差为0.55m，虹吸最大高度为5.0m。
经计算本工程虹吸管最大真空高度为=9.09m。能满足贵州地区工程上限制管内最大真空度值[Hv]=9.1m的要求。
1.3年运行费用
固定资产总值：21.9×90%=19.7万元
1）折旧费：19.7×3.3%=0.65万元/年
2）维修费用：23.85×1.5%=0.30万元/年
3）人员工资：
按年每人15000元计，定员2人，年支出为30000元。
4）电费：本项目为提水供水项目，水泵装机11kw，工作时间1h/d，一年365 天，农业排灌用电电价0.265元/kw.h计，则年电费为1065元。
5）年运行总费用为4.06万元/年。
2、方案二
开挖坝体预埋PE管方案，由于原放水涵洞弯曲，洞深断面不规则，出口断面较大，洞身断面较小，但工程采用DN355PE管道才能满足下游放水需求，不能穿过原涵洞，因此以放水管线为中心，以1：1.15的坡向两侧进行梯级开挖，挖至放水涵洞后，原涵洞能铺设管道的铺设管道，不能铺设管道的，拆除原涵洞后进行铺设管道，管道采用C15砼管座，采用C15砼包裹管道，并且设置管道截流环。
工程采用的筑坝用土石料必须满足以下要求：1、渗透系数需要达到1×10-5cm/s；2、干压重的设计指标为1.2～1.3；3、含水量最好接近最优含水量，以便于压实，从降低孔隙水压力观点出发，含水量最好控制在最优含水量以下0.5%～1%；4、颗粒级配，小于0.005mm的粘粒含量不宜大于40%，一般以30%以下为宜，因为粘粒含量大，土料压实性能差，土料中所含最大粒径不应超过铺土厚度的2/3；5压实密度不小于96%～98% 。
与原坝体相连，新老坝体接触带采用结合键槽形式连接。放水设施进口设置一进水池，进水池后采用C15砼墩固定连接，出口采用C15砼墩固定并设置闸阀室，闸阀室内设计工作阀和检修阀。
本方案施工对坝体填筑质量要求高，如果填筑不当，对坝体渗漏以及稳定安全形成隐患，且土方开挖、填筑工程量较大，前期投资较大，但后期不用专人管理，运行费用较低。
2.1放水管计算
考虑设计取最大月灌溉用水量为15.5万m3/月，按节水灌溉制度考虑，每天12小时工作时间。下游灌溉用水最大供水流量Q=0.120m3/s。放水涵管长42.2m，进口底板高程1351.69m，设计出口底板高程1351.04m。
按有压淹没出流计算，计算公式如下：
Q=μ·A·
μ=
经试算，放水管选用PE63级，承压0.4Mpa，DN355PE管，壁厚为16.9mm时，在作用水头为0.45m情况下计算得放水流量Q=0.129m3/s，能保证通过设计流量0.120m3/s的需水要求。
3、方案比选
方案一工程量小，不需要对坝体进行开挖，不会对坝体渗流造成影响，但虹吸管运行需要专人管理且设备需要后期维护，工程为小（2）型水库，无专人管理，后期运行费用很大。方案二虽然对放水设施后期运行管理较为方便，但工程坝体开挖、回填土石方量较大，且工程的施工对坝新老结合处的填筑质量要求较高，如果填筑质量不能达标，对坝体的渗透稳定有安全隐患，工程完成后不需要专人管理，运行简单，管理方便。
两方案经济指标表
综合考虑，方案二的投资虽然较方案一大，但后期不需要专人管理，运行操作简单，便于管理。从长远考虑，推荐方案二为实施方案。
四、施工工艺及标准
1、土方开挖回填工程施工
土方开挖为梯级开挖，开挖边坡为1.：1.0～1.2.0。土石坝坝面作业施工工序包括卸料、铺料、洒水、压实、质量检查等。坝面作业，工作面狭窄，工种多，工序多，机械设备多，施工时需要有妥善的施工组织。为配合碾压施工，防渗体土料铺筑应平行于坝轴线方向进行。坝体填筑压实应保证有1/3的重叠区，即铺土料30cm，压土料到20cm，保证土的含水量达到最优含水量。
2、混凝土工程
混凝土施工主要集中在排水沟部分，施工时，混凝土可采用0.6m3手推车或人工挑混凝土至施工点，采用人工或辅以溜槽（或溜筒）入仓；平仓方式采用人工辅以振捣器平仓，平板式或插入式振捣器振捣。混凝土振捣时，以混凝土不再显著下沉、不出现气泡，并开始泛浆为准。振捣器前后两次插入混凝土中的间距应不超过振捣器有效半径的1.5倍。在浇筑仓内，无法使用振捣器的部位，辅以人工捣固，使其密实。混凝土表面采用人工清光压平。混凝土养护采用人工洒水养护。