水坝实施方案

1#（2#）水坝实施方案

设计单位

2014年1月1 日

1项目概况

我院承担编制任务。遵照有关规程规范进行工作，编制完成《水坝实施方案》。充分考虑施工工期，结合就地取材因素及工程造价，本工程水坝拟采用碾压土石坝方案。水坝建成后，能抬高和稳定坝内区域水位，扩大了有效水面，形成了水清天蓝、绿树夹岸的大型生态绿地和公共活动空间。

2 主要建设依据

（1）《防洪标准》（GB50201-94）；

（2）《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）；

（3）《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189-96）

（4）《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）；

（5）《堤防工程设计规范》（GB50286-98）；

（6）《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2004）；

3 建设条件

3.1水文

3.2工程地质

本次设计参照《工程》地质资料及《工程》的工程地质资料综合评价。

土料主要分布于进库公路左侧山包，运距4km，储量丰富，平均厚度达3.0m，储量达4万m3，以褐色至黄褐色粉质粘土为主，土质均一，现有小道可以通行；料场击实试验其最优含水量18.6 %，最大干容重1.71g/cm3，渗透系数K=4.25×10-7cm/s，现有土料满足设计要求。

块石料建议到盘溪采石场购买，质量及储量均能满足要求，运距20km，有公路相通。

2.3 其它外部条件

1、领导重视，抓住枯水期水位低的好时期，便于施工。

2、外部有道路直通项目区，交通条件较好。

4 工程规模及建筑物布置

4.1工程规模及设计标准

根据《水利水电工程等别及洪水标准》（SL252—2000），水坝发挥蓄水效益时，内部库容仍达不到10万方（达不到五等工程），因此按常规设计。

（1）上下游特征水位：（说明：靠建筑群侧为上游）

考虑到整体景观效果，水坝暂不宜做太高，允许少量时间被淹。水坝顶高程初定为63.5m，以后根据需要再加高。根据现场测量数据，坝址现状地面高程为58.1-2.5m=55.6m，考虑到清除底部淤泥。坝高定为约10m。

（2）水位组合(不利工况)：

1）上游：63.0m, 下游坝脚无水

2）上下游水位齐平，63.0m

4.2工程布置

4.2.1坝型选择

坝型选择根据坝址特点，各种坝型特点，比较各种坝型是否适合坝址特点确定。坝型按照便于施工，利用地形的原则，合理选择。包含水利枢纽建筑物的确定，各建筑物适合不同地形确定枢纽布置。结合现场勘查初步拟定如下2个方案，技术比较并推出最优方案。

方案一：土石坝方案

考虑到施工碾压及后期可能加高大坝，坝顶宽需设置8m宽，高

10m，上、下游边坡分两级坡，59.5m高程以上1:2.5，59.5m高程以下1：3。坝前后也可采用风化土料筑坝，坝中间部位采用粘土心墙。当实施好均质坝体后在坝体上、下游采用格宾网内填鹅卵石护坡，厚30cm。

施工工艺如下：(1)坝体施工先填筑一道低矮围堰。(2)将内部水采用水泵排除，清基及开挖截水槽至强风化岩层，并将两岸山坡草皮、树根及其它有机质一次性清除干净。（3）在原围堰基础上，分区培土加厚加高大坝至设计断面（4）在坝体施工完成后，采用砼心墙进行防渗。

筑坝土料可在库区两侧取，但坝肩30m范围内不得取土，风化土和清基土不得上坝；坝体应均匀密实，具有足够的抗剪强度，较小的压缩性，设计压实度不小于0.96；填土的含水量应按最优含水量控制，允许偏差±3％；土料上坝前施工单位应作筑坝碾压试验。填土水溶盐含量不大于3%，有机质含量不大于5%。

方案二：重力坝方案

为节约投资同时考虑到坝体防渗，本工程设计大坝采用埋石重力坝。坝顶宽4m，相应最大坝高为12m，上下游边坡均为1:0.5，坝脚设置厚2.0m，高2.0m的趾板，坝体埋石比例不得超过30%。砼强度等级不得低于C20 。坝体中央设置伸缩缝，缝间采用橡胶止水带止水，并采用沥青衫板嵌缝。埋石饱和抗压强度大于40MPa，软化系数不小于0.8。

施工工艺如下：(1)坝体施工先填筑一道围堰。(2)把内部水采用水泵排除，清基及开挖截水槽至强风化岩层，并将两岸山坡草皮、树根及其它有机质一次性清除干净。（3）在基坑内砌筑坝体（4）在坝体施工完成后，围堰拆除。

二、方案比较及选择

方案一、可就地取材，施工工艺简单，施工速度快，对地基要求低，此外可以结合围堰一起施工，但占地面积大，施工仓面较大。主体工程投资约110万元。

方案二、占地面积小，施工仓面较小，施工对天气要求低，工程稳定性好。但施工速度慢，需单独设置施工围堰，对地基要求高，投资相对较大。主体工程投资约150万元。

综合上述考虑，本次设计选定方案一土坝方案。

4.2.2剖面设计

大坝轮廓尺寸包括坝顶高程、坝顶宽度、上下游坝坡、防渗排水设备等。

1、 坝顶宽度

本坝顶无交通要求，根据施工条件和考虑以后加坝的可能性以及以往工程的统计资料，对于中低坝取5-10m。本设计坝顶宽度采用B=8.0m。

2、坝坡

为便于工程施工，坝体选定为土石混合料坝体，可以在附近取土石料，大坝上游高程59.5m以下坡比1:3，以上坝坡1:2.5，下游坝坡

高程59.5m以下坡比1:3，以上1:2.5。

3. 坝顶高程

根据之前拟定为63.5m

4、护坡

为防止坝身受风浪淘刷及雨水冲刷，在大坝上、下游坡采用30cm厚格宾网，内填鹅卵石石护坡。上游护坡下均设置10cm厚砂卵石混合料垫层。

4.2.3防渗设计

（1）方案拟定

根据渗控设计原理及实际工程运用情况，坝身防渗措施有：水平防渗，垂直防渗，下游排渗减压或他们的组合。根据本工程地质条件、工程特点和目前比较成熟且应用较为广泛的技术。本工程设计防渗可以考虑冲抓粘土心墙、粘土斜墙，深层搅拌、砼防渗心墙。

a、冲抓粘土心墙

对于库区水位较低，坝体地下水位低的坝段，采用冲抓钻成孔，回填置换粘土的方式进行防渗，具有施工简单、施工速度快、造价较低等优点，但要求坝体能冲抓自然成孔，地下水位低，夯填密实，否则质量难以控制。

b、粘土斜墙+截水槽

对坝前面有较薄透水覆盖层，可采用开挖截水槽，坝身采用粘土回填，形成完整的防渗体。粘土斜墙厚度按不小于设计水头的1/4控制。粘土斜墙具有施工简单、施工速度快、造价较低等优点，但对深

厚透水层难以截渗流造价高。

c、深层搅拌

利用水泥等作固化剂，通过深层搅拌机械在地基深处将土和固化剂强制拌和，使土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥土，从而提高圩堤防渗性能。单位造价60元/m2左右，适用于粘性土、壤土、粉细砂等细颗粒土层。多头小孔径深层搅拌桩具有技术新、施工速度快、造价低的优点，但坝体水位高时，不宜成桩，质量难以保证。

d、砼防渗墙。

砼防渗墙可以作为坝身和地基的防渗体，也可用于挡土、防冲。根据施工工艺的不同，防渗墙可分为槽段式、桩柱式和预制拼装式。特别是射水、锯槽、链斗、多头搅拌桩、插板等薄墙方法可较为经济有效地适用于堤防的垂直防渗。利用机具成槽，泥浆护壁，槽内浇注砼的方法，浇注形成砼墙进行防渗，能有效降低浸润线。

（2）砼防渗墙施工工艺选择

砼防渗墙施工工艺的选择主要考虑各成墙技术的成墙原理、适用条件、成墙质量、成墙成本等各方面因素进行。大坝砼防渗墙最大墙深为12m左右，墙体厚度为22cm，根据目前国内成墙工艺和我省类似工程的经验，成墙工艺主要有，抓斗、高压旋喷、射水造墙。拟定三种可行的且工程造价较低的砼防渗墙施工工艺进行经济和技术比较，各方案的主要技术参数和经济指标比较详见下表。

a、薄壁抓斗

薄型抓斗成墙 薄型抓斗斗宽30cm，开度1.7～2.8m，挖深16～40m。采用两序施工，槽段以接头管法连接，槽孔长度一般为5～8m。适应于砂、土层和砂砾石地层。每台班工效可达80～100m2，造价为200～300元/m2。

b、高喷砼防渗墙

利用高压喷射水、气、和浆液介质冲刷切割土体，并使浆液与土体颗粒置换成砼而形成防渗墙体，适用条件广，技术成熟，处理深度大，防渗效果好，造价较高。

c、射水造砼墙

利用射水造墙成型器等装置形成高速射流冲击土层，破坏土层结构，将土水混合物、流砂等溢出水面。成槽孔在水下进行砼浇筑，形成砼防渗连续墙。成墙厚度在22~30cm之间，薄墙单价约180元/m2左右，，整体防渗效果好，特别是可与坝基防渗处理相结合，形成连续防渗墙。

由表可知，射水造墙造价较低，施工质量可以保证，从经济、安全的角度出发，根据水库的工程地质条件及参照江西省类似工程基础处理的成功经验，本阶段设计推荐主坝采用射水造砼防渗墙方案。

①防渗范围

根据地勘资料及渗流稳定计算成果，在建坝初期对大坝上游面设粘土斜墙进行防渗处理，截水槽深度应进入强风化岩不少于1.0m。按规范要求，斜墙顶部高程取63.5m。大坝建设完后采用砼防渗心墙加固。砼防渗心墙顶高程63.5m，成墙厚度22cm，墙体允许渗透坡降[J]≥60，墙低深入相对不透水层（强风化岩）1.0m。

②墙体材料及防渗墙厚度

砼防渗墙体，要求K≤1×10-6cm/s，允许坡降大于60。 采用公式T＝H/J； 式中：T－设计墙厚m； H－最大作用水头m；

J－防渗墙的允许比降，取60。

根据作用水头，底层条件、综合设计要求，考虑成墙工艺和已建类似工程经验，设计墙厚采用22cm。根据渗流计算结果，砼防渗心墙最大渗透坡降J max=21＜[J]=60，墙厚度满足设计要求。

4.2.4细部构造设计

（1）上下游护坡

为防止坝身受风浪淘刷及雨水冲刷，上、下游坡需设置护坡，由于上下游有水运行工况较多，需防风浪，因此护坡可采用砼预制块护坡、干砌鹅卵石石护坡。根据本工程的实际情况，护坡选砼预制块和干砌块石两种方案进行综合比较，择优选取。

① 干砌块石护坡（方案Ⅰ）

砌石护坡厚度参照《碾压式土石坝设计规范》（SL274－2001）中A.2.1－1公式计算：

D1.018Kt

K

mm2w

w

2

1

hp

因

L

m

15

p

1.82

取t＝Kt

D

式中：D—石块的换算球形直径，m； Kt—随坡率变化的系数，查表取值1.3； ρk—块石密度，t/m3；取ρk＝1.8 ρw—水的密度，t/m3；ρw＝1.0 m—坡度，m=2.5

hp—累积频率为5%的设计波浪高度，hp＝0.447m； t —护坡厚度，m。

经计算得：D=0.186m，t=0.261m，根据干砌块石护坡的构造要求及施工技术要求，取干砌块石护坡厚度t=0.3m，护坡下采用10cm厚砂砾石垫层。

② 砼预制块护坡（方案Ⅱ）

方案Ⅱ为正六边形砼预制块护坡，砼强度为C15，边长0.3m，参照规范（SL274-2001），预制砼护坡板厚为：

t0.07h

式中：η—系数，装配式取η=1.1； b—沿护坡板向长度，b=0.52m（分缝间距） ρc—板的密度，取ρc=2.4t/m3 ρw—水的密度，取ρw=1.0t/m3

hp—累积频率为1%的波高，hp＝0.584m Lm—平均波长，Lm＝6.08m m—护坡坡率，m=3.2

经计算，正六边形砼预制块护坡板厚t=0.08m，参照其它工程经验及满足施工要求，取砼预制块护坡板厚10cm，板下设置15cm厚砂卵石混合垫层。

③ 方案比较

以面积1m2进行两方案工程量及造价比较，结果列于表.2。

表2 : 两方案工程量及造价比较表

从表4.5.2中比较结果可知，干砌块石护坡（方案Ⅰ）比砼预制块护坡（方案Ⅱ）节省投资7.2元/ m2。同时考虑与周边环境相协调，护坡采用干砌块石，建议采用大粒径，美观的鹅卵石。

（2）坝顶

坝顶宽度需同时满足机械施工要求，并考虑以后可能加高。高程初定为63.5m，宽度为8.0m。路面向上游侧设2%的横坡排水。

4.2.5渗流稳定分析

（1）本工程大坝无渗流原型观测资料，渗流计算选取的典型断面为最大断面，其计算分区见下图所示。

图1：计算模型图

(2)计算工况及断面参数

计算工况1（最不利工况）：上游水位为水位63.0m、下游坝脚无

水。

计算工况2：上游水位为水位63.0m、下游水位齐平。 (3) 渗流计算结果

渗流计算结果见表，流网图图4-1～图4-5。

表3 大坝加固后渗流计算结果表

由上表可知，大坝加固后下游坝脚地面出逸坡降及渗流量都大为降低，浸润线也大幅降低，对大坝的渗流稳定及下游坝坡抗滑稳定都非常有利，且均质渗透坡降小于允许值。

图2 工况1渗流流网图

4.2.6边坡稳定分析

大坝坝体填筑土的物理力学指标及抗剪强度指标的确定以本次地勘资料为准，见下表4。

表4. 大坝力学性能指标

坝坡稳定计算计算工况如下:

a．工况1：上游水位为63.5m时形成稳定渗流期的下游坡； b．工况2：上下游水位63.5，上下游坡

加固后大坝抗滑稳定计算结果见表2，结果图见图4-4～4-8；

图3: 工况1稳定计算图，K＝

1.92

图4:工况2稳定计算图，K＝1.90

表.5.大坝边坡稳定计算结果表

由上表知大坝加固后的上、下游坝坡抗滑稳定安全系数均满足规范要求， 所以加固后的断面满足坝坡稳定要求。

4.2.7坝基处理

根据坝基情况，从坝轴线工程地质剖面图上可知坝基处理措施如下：

（1）将坝基上的松散覆盖层（淤泥及杂草）和部清除，开挖清理至强风化岩层。

（2）为防止坝基渗漏及两坝肩的绕坝渗漏，砼防渗心墙深入两侧坝肩不少于10m。

（3）坝体与岸坡的连接。坝肩结合范围内的所有腐殖土层、树根、草根、均需彻底清除。

5 工程施工

5.1 施工条件 5.1.1对外交通现状

工程位于开发区酒店房屋建筑群附近，对外交通较为便利，有公路直通工地。

5.1.2施工场地条件

施工面主要集中在大坝、护坡，防渗墙等，施工线路短，施工干扰

较小，坝身及坝基防渗处理技术要求较高。

5.1.3 主要建筑材料

本工程所需天然建筑材料数量如下：土料10870m3，块石500m3，砂石190m3，本阶段对工程区土料、砂砾料、块石料进行了详细调查。

土料主要分布于进库公路左侧山包，运距4km，储量丰富，平均厚度达3.0m，储量达4万m3，以褐色至黄褐色粉质粘土为主，土质均一，现有小道可以通行；料场击实试验其最优含水量18.6 %，最大干容重1.71g/cm3，渗透系数K=4.25×10-7cm/s，现有土料满足设计要求。

块石料建议到盘溪采石场购买，质量及储量均能满足要求，运距20km，有公路相通。

砂料建议到虬津购买，质量及储量均能满足要求，有公路相通。

5.1.4 水、电及通信

库区农用电力线路和电话通信线路均已接通，施工用电可由农网输送，为确保工程施工，配备备用电源；施工通信可向附近农家租用；施工用水可从水库径流抽取，其水质及水量均满足施工要求。

5.2施工导流和排水

水坝工程是在柘林水库库区内施工，施工导流及施工围堰工作量较大，为减少排水工作量，拟在非汛期施工，施工安排在枯水季节。采用抽水机排水。

5.3主体工程施工

本工程主体工程施工主要包含大坝碾压，砼防渗墙施工，护坡等 ⑴ 大坝土方开挖

上游坡采用推土机清除大坝表层土体，清除原坝表面淤泥，根据设计断面控制高程及边坡。

下游坡坝身土方削坡采用人工配合反铲进行，对削坡较薄层坝段由人工完成，较厚层坝段由反铲分层开挖，人工修整。削坡料部分于附近堆放，作后期利用料，用于坝体填筑、围堰填筑、其余削坡料由自卸汽车运于弃碴场弃碴。

⑵土方填筑施工

土料自料场开采，74kw推土机推除无用层，人工配合1m3反铲挖掘机挖装，用汽车运输至填土区，采用人工配合推土机铺土，每层铺土厚度25～30cm，采用轮胎碾顺坝轴线碾压密实，边角采用打夯

机夯压密实。在铺上层土料时，下层土料表屋应进行刨毛处理，并洒水湿润，待下层检验合格后，方可进行上层填筑。填筑面接缝与老坝面结合处亦必须进行刨毛处理。

⑶护坡施工

首先平整坝坡，在上游坡脚砌筑浆砌石护脚，再铺设垫层，然后进行干砌块石护坡施工放样，铺设垫层。砌筑自下而上进行，预制块之间接缝密实，稳定牢固。下游坡采用草皮护坡，其施工程序：整地——铺设——养护。

（4）射水造砼墙

施工工艺流程为：测量放线、先导孔施工→槽段划分、射水造

墙机安装就位→造一期槽孔→清孔验收→泥浆下混凝土浇筑。待一期槽孔内混凝土全部浇筑完毕后，再进行二期槽孔的施工，施工工艺流程与一期槽孔相同。

首先进行测量放线，通过测量,精确施放防渗墙轴线控制点，定出防渗墙轴线。

然后进行先导孔施工，采用地质回转钻机配合金钻头钻进→套管固壁→钻取地层芯样→探明地层界线→确定防渗墙线。先导孔施工要求尽可能地减少对原状地层芯样的扰动,以准确探明相对不透水层界限和各地层地质情况。

采用射水法成槽施工时，将防渗墙划分为Ⅰ、Ⅱ期槽段，根据设备及地质条件确定Ⅰ、Ⅱ期槽段开挖长度同为2.0 m。 造墙机具为射水造墙机，它由正反循环泵组、造槽机、拌和浇筑

机三部分组成，各自安装在独立的平台上，三个平台均用滚轮支承在同一条钢轨上，钢轨与防渗墙轴线平行，布置在墙轴线一侧，施工机械作业平台宽度为8 m。射水造墙机安装就位流程：平整夯实机具作业面→铺轨水平→造墙机就位→调校造槽机平台水平→精调造槽机导向门架铅垂天轮、导向门架中心、平台口定位中心同在一条铅垂线上。

通过正循环泵抽吸泥浆池内的泥浆，经正循环管至成型器底部喷嘴射出而产生的泥浆射流作用及主卷扬提落成型器产生的重力冲击作用，联合冲切、破碎地层。由于正循环流量大，槽孔内的泥浆射流随成型器往复冲击式运动而产生剧烈铲动，使槽孔底部渣浆呈翻流状态，加上成型器底口呈倒三角形具有聚渣作用，因此，携带粗颗粒的渣浆或浓度较大的渣浆因比重较大聚向槽底中心，可从反循环抽吸口经反循环管、砂石泵（反循环泵）抽排至排渣池，而携带细颗粒的渣浆或浓度较小的渣浆可从槽口随泥浆溢出，砂粒沉积在泥浆沟内，由人工清至排渣池，泥浆经沉淀后流回泥浆池重复利用，并可充分利用成型器自身的往复运动自行造浆，即在槽口直接往槽内加入黏土、烧碱等制浆材料，由成型器自行造浆，保持泥浆具有良好的固壁性能，造槽过程中，成型器同时在不断修整槽形，使槽孔形状呈比较规则的矩形柱。造槽时，槽孔的各项性能指标必须满足以下设计要求：①垂直度e≤1/300；②孔位偏差δ≤3 cm；③槽孔深度：孔口底部深入基岩以下0.5 m；④槽孔宽度d≥0.22 m。施工槽段成槽完工，经监理确定岩层岩性，并最终确定该施工槽段成槽深度。利用设备自

身的正反循环系统进行换浆清孔, 满足槽内固壁泥浆设计性能指标，即：①造浆黏土要求塑性指数大于20，粒径小于0.005 mm，黏粒含量在50%以上，含砂量小于5%；②孔内浆液比重γ≤1.3 kg/cm3，黏度小于等于30 s，含砂量小于等于10 %；③槽底沉渣淤积厚度小于等于10 cm，接缝面刷洗质量满足设计要求。清孔换浆工作可以结束。槽段清孔换浆结束前将钢丝刷子安装在成型器上，紧贴一、二期混凝土结合面，分段上下反复提动，达到刷子上不带泥屑，孔底淤积不再增加，即接头面清洗合格。采用人工推车运料入拌和机料斗, 拌和机拌制混凝土，利用浇筑机电动葫芦下入导管、固定在浇筑平台上，再吊运混凝土浇筑成墙。施工方法采用直升导管法泥浆下混凝土浇筑。对混凝土原材料质量（425# 普通硅酸盐水泥；碎石粒径：10～20 mm，砂料：中粗砂）、拌和（t≤30 s）和浇筑工序质量等都要严格控制，按施工要求严格操作，对浇筑过程中所发生的任何异常现象都要密切注视，果断采取措施，防止发生质量事故。

混凝土防渗墙是在泥浆下灌筑混凝土，本工程是采用刚性导管法进行墙壁体灌注，混凝土竖向顺导管下落，利用导管隔离泥浆，使其不与混凝土接触，导管内混凝土依靠自重压挤下部管口的混凝土，并在已灌入的混凝土体内流动、扩散上升，最终置换出泥浆，保证混凝土的整体性。

清孔换浆结束后，下设混凝土灌注导管，导管内径为200mm。导管底部距槽孔底板不大于25 cm，当槽底高差大于25cm 时，将导

管置于控制范围的最低处。

灌注前导管内置入可浮起的隔离塞球，灌注时先注入水泥砂浆，随即注入足够的混凝土，挤出塞球并埋住导管底端，避免混凝土与泥浆混合。

灌注过程中每30 min 测量一次混凝土面，每2 h 测量一次导管内混凝土面，根据混凝土面上升情况，决定导管的提升长度。导管在混凝土内的埋深最小不得小于1.0 m，最大不得大于6.0 m，在保证埋深的前提下，随着混凝土面的上升，用吊车提升导管，并将顶部的部分导管拆除。

槽孔内混凝土面上升至槽口时，采用泥浆泵抽出浓浆，并提升导管，减小埋深，增加混凝土的冲击力，直至混凝土顶面超出设计墙顶标高0.5 m，即可停止浇筑，拔出导管。

6 投资概算

6.1 编制依据

⑴ 江西省水利厅“赣水建管字［2006］242号”文颁发的《江西省水利水电建筑工程估算定额》。

⑵江西省水利厅“赣水建管字［2006］242号”文颁发的《江西省水利水电设备安装工程估算定额》。

⑶ 江西省水利厅“赣水建管字［2006］242号”文颁发的《江西省水利水电工程施工机械台时费定额》。 （4）本工程设计文件及图纸工程量。

（5）工程主要材料单价根据建设单位上报材料价格确定，次要材料参考武宁县2013年第四季度的市场材料价格。

9.2 基础单价分析

9.2.1人工工资

工 长4.37元/工时, 高级工3.93元/工时, 中级工3.51元/工时, 初级工2.91元/工时。

10.2.2施工用风、水、电价格

风 0.15元/m3 水 0.6元/m3 电 0.91元/Kwh

9.2.3主要材料估算价格

主要材料与价格水平为2013年第四季度武宁县材料市场价格作

为原价，加上运杂费、运输保险费、采购保管费构成材料预算价格。

运杂费：汽车运输费0.6元·吨/km，装车费5元/吨，卸车费5元/吨。 9.3 费用标准

⑴ 建筑及施工临时工程

临时公、生活及文化福利建筑、暂不计入本工程，由中信庐山西海项目部统一考虑，仅考虑临时施工工仓库。

⑵ 独立费用

建设单位项目管理费、工程监理费、勘测设计费等暂不计入本工程

表6：建筑工程概算表