山阳水库的消防安全等级及灭火设备配置

山阳水库现状主要建筑物包括主坝、东副坝、北副坝、开敞式无控制溢洪道、南放水洞、北放水洞。

鉴于本次主坝加固主要内容为坝体防渗体系、上下游护坡改建、坝顶防浪墙重建等,工程布置采取现坝轴线位置不变,原位加固方案。

东副坝坝顶高程和坝顶宽度都不满足规范要求,本次设计采用上游坡回填黏土质砂方案,这样既解决了坝顶高程和宽度问题,又解决了坝体防渗问题。

北副坝主要是坝顶宽度不足,现上游坡为浆砌石挡土墙,采取下游坡加宽方案。

在北小新庄的西北方向有一处垭口,此处高程只有137.50m左右,不能满足水库挡水的要求,在此修建一座副坝。为了尽可能少的影响此地交通,利用靠近库区的一条道路,从其北侧路面开始起坡填筑坝体,坝轴线直线布置,一直延伸到两侧岸边。

溢洪道位于主坝右岸阶地段桩号0＋800～0＋822.4处,为正槽无控制开敞式,坐落在粉土质砂和残积土层上,总长550m,由进水渠、溢流堰、泄槽、跌水消力池、尾水渠5部分组成。根据鉴定意见,本次溢洪道加固的主要内容是增加闸门调控下泄流量、解决泄槽泄流能力不足、增加消力池,采取现溢洪道位置不变,原位加固方案。

由于山阳水库仅有一条南放水洞可以放空水库,在水库加固过程中,此放水洞要作为施工期导流洞使用,所以,只有重新修建南放水洞。为了便于与下游灌溉渠连接,减少连接长度,在满足施工要求的前提下,新建放水洞尽量靠近现状放水洞,布置在现放水洞左岸。

3.4.2.1 主坝加固

1.主坝现状

主坝为均质土坝,长900m,坝顶高程139.77～140.18m。防浪墙顶高程140.43～141.20m,最大坝高13.2m,坝顶宽5m。上游坡为干砌石护坡,在133.00m高程设5m宽平台,平台以上坡度为1:2.4,以下坡度为1:3。下游坡为草皮护坡,在136.00m、131.00m高程分别设1.16m和2.4m宽的马道,136.00m高程以上坡度为1:2.2,136.00～131.00m高程之间坡度为1:2.8,131.00m高程以下为贴坡排水,坡度为1:3。

水利部大坝安全管理中心角峪水库大坝安全鉴定结论为：主坝坝顶高程不满足规范要求,上游护坡破损严重,质量不满足规范要求,部分坝段无反滤层；上游坝基清基不彻底,坝基渗漏严重,下游有冒水翻砂现象,虽经截渗处理,坝体填筑质量差,坝后渗漏严重,下游坡大面积散浸；坝基高含砂量的粉土质砂③存在渗透变形破坏的可能。

2.主坝加固项目

根据主坝现状和存在的主要问题,以及水利部大坝安全管理中心的鉴定结论,确定主坝加固项目如下。

(1)主坝体型修整。原大坝坝坡变形严重,应对其进行整修。整修原则是在保证坝坡稳定的前提下,为了减少工程投资,原坝坡基本不变,仅对坝坡进行整修。坝顶高程统一为139.90m,坝顶宽度统一为5.0m。

(2)坝体坝基防渗加固。原坝体填筑质量差,坝基清基不彻底,渗漏严重,应对其进行全面防渗处理。上游坝坡铺设两布一膜复合土工膜进行防渗,复合土工膜铺设到133.20m高程,此高程以下采用高压定喷墙作为坝基防渗,顶部与复合土工膜连接,底部深入残积土下1m。

(3)上下游护坡全部拆除重建。原上下游护坡存在大面积塌陷,护坡质量极差,上游护坡拆除重建,采用干砌石,其下设置砂砾石垫层；下游护坡全部采用0.3m厚的耕植土,其上植草护坡。

(4)坝体排水系统拆除重建。现下游坝脚贴坡排水坍塌严重,需拆除重建。大坝原排水沟坍塌、淤积严重,全部予以拆除重建。分别重新设置了A、B、C型3种纵横向排水沟。

(5)新建坝顶道路及上坝步梯。原水库防汛道路不完善、标准低,增建宽5.0m、厚0.35m的沥青路面。大坝增加了2道上坝步梯。

3.坝顶高程复核

根据《碾压式土石坝设计规范》(SL 274—2001)规定,坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和。坝顶超高计算公式采用式(3.4-1)计算。

(1)风壅水面高度。风壅水面高度e按式(3.4-2)计算。

(2)平均波高和平均波周期。平均波高和平均波周期采用莆田试验站公式计算,即式(3.4-3)。

(3)平均波长。平均波长Lm计算采用式(3.4-4)。

(4)平均波浪爬高。主坝体迎水面坡度系数为2.5,正向来波在坡度系数为1.5～5.0的单一斜坡上的平均爬高按式(3.4-5)计算。

设计波浪爬高值应根据工程等级确定,工程等级为3级的坝采用累积频率为1%的爬高值R1%。

根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274—2001),坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和,根据该工程运行情况,分别按以下组合计算,取其最大值。①设计洪水位加正常运用条件的坝顶超高,②正常蓄水位加正常运用条件的坝顶超高,③校核洪水位加非常运用条件的坝顶超高。

根据泰安市气象站的观测资料统计分析,多年平均最大风速为14.6m/s,吹程 3320m。根据规范SL274—2001,正常运用情况下设计风速取为多年平均最大风速的1.5倍,即为21.9m/s。坝顶高程计算结果见表3.4-38。

由表3.4-38知,设计洪水位加正常运用条件工况控制坝顶高程,计算的坝顶高程为141.09m。

根据测量结果,现大坝坝顶高程为139.77～140.18m。防浪墙为浆砌石结构,未设沉陷缝,经多年运行,由于不均匀沉陷产生多条裂缝,缝宽一般为3～5mm。砌筑砂浆强度较低,平均值仅为4.6MPa。在坝顶挖探坑揭示,防浪墙基础砂浆不饱满,起不到防渗作用。故现坝顶高程不满足要求,比计算值低1.2m。采取在坝顶加1.2m高防浪墙,现坝顶高程不变的加高方案。

最低处比需要的坝顶高程低1.32m,可采取在坝顶加1.2m高的防浪墙,坝顶局部加高方案。加高后防浪墙顶高程141.10m,坝顶高程139.90m。

表3.4-38　山阳水库主坝坝顶高程计算结果表

从表3.4-38看出,校核工况控制坝顶高程,计算的坝顶防浪墙高程为168.50m。

现坝顶高程为167.50m,部分基础下为全风化料,且砂浆不饱满,局部位置为砂灰砌筑,与防渗体连接不紧密,起不到防渗作用。故现坝顶高程不满足要求,比计算值低1.0m。采取在坝顶加1m高防浪墙,现坝顶高程不变的加高方案。

4.防渗系统设计

(1)方案比选。山阳水库经过多次加高加固改建,现坝体存在较多的质量缺陷,主要表现为坝体填筑质量差,干密度为1.53～1.90g/cm3,平均干密度1.72g/cm3,填筑压实度仅为71%～93%。坝体防渗性能差,坝体填土渗透系数范围值4.31×10-5～7.59×10-3cm/s,平均渗透系数3.89×10-4cm/s,接近84.6%大于1×10-4cm/s；0＋300～0＋450段和0＋150～0＋230段坝脚以上出现大面积浸润片,坝脚处已沼泽化。坝体产生裂缝、塌坑,桩号0＋152～0＋162段,高程135.50m处,上游坡出现一平行于坝轴线长8m、宽3m的椭圆形塌坑,只进行了回填处理；1960年大坝建成蓄水后,大坝下沉0.8m,在桩号0＋260～0＋310段出现纵向裂缝,宽10cm,采取腾空库容自压灌浆处理后,主坝坝基清基不彻底,含一层高含沙量的粉土质砂层③,松散～稍密,分布在桩号0＋100～0＋650段,在坝前后形成贯通,厚0.4～4.6m,平均厚度1.61m,试坑抽水试验测得渗透系数为3.8×10-2cm/s,坝基渗漏严重。为防止坝体、坝基发生大面积的渗透破坏,进而危及大坝安全,因此需对坝体和坝基进行防渗处理。

地质资料显示,坝址区岩土体共分5层,自上而下有坝体粉土质砂第①层(坝体中部局部分布有含沙量高的粉土质砂第①-1层)、坝基粉土质砂第②层、坝基含沙量高的粉土质砂第③层、残积土第④层及页岩第⑤层。其中坝体粉土质砂第①层的渗透系数平均值为3.89×10-4cm/s,属弱透水～中等透水,接近84.6%大于1×10-4cm/s；坝基粉土质砂第②层的渗透系数平均值为1×10-4cm/s,属弱透水～中等透水；坝基含沙量高的粉土质砂第③层的渗透系数为3.8×10-2cm/s,透水性较强,为库水向坝下游渗透的主要通道；粉土质砂第③层下残积土层土质均一,以黏土矿物为主,保留有原岩结构特征,局部夹有未完全风化页岩碎块,其分布广泛,层位连续,厚度从2.5～7.5m不等,该层渗透系数为4.65×10-6cm/s,透水性较弱,可作为坝基相对不透水层。在防渗墙部位,残积土厚为1.2～5.7m,为了保证防渗墙与相对不透水层的连接质量,将防渗墙底部嵌入残积土下部页岩0.5m。

针对上述存在的问题和坝基材料情况,比较了两种防渗方案。

1)方案一：上游坝坡铺复合土工膜＋坝基高压定喷灌浆防渗墙。结合上游护坡改建,在拆除现干砌石护坡后,将坝面整平压实,铺设复合土工膜(两布一膜200g/0.5mm/200g)。复合土工膜上部与坝顶防浪墙连接,左右两岸埋入土内。结合施工导流、施工规划论证,复合土工膜下部铺设至133.50m高程。133.50m高程以下,布设高压定喷灌浆防渗墙,防渗墙底部嵌入基岩顶以下0.5m,左右两端至两坝肩。坝面复合土工膜和下部坝体、坝基的防渗墙形成了完整的防渗体系。

2)方案二：坝顶高压定喷灌浆防渗墙。坝体与坝基均采用高压定喷桩防渗墙,即在坝顶向下做高压定喷墙,直至基岩顶以下0.5m。

针对以上两个方案,主要从以下几个方面进行了比较。

a.方案一复合土工膜铺设在主坝上游坡坡面,可以降低上游坝坡浸润线,减少高水位情况下的坝体变形,有利于上游坝坡稳定,且复合土工膜具有适应变形能力强,防渗性能好的特点,而且在近几年的病险水库加固处理中得到了广泛的应用,施工工艺成熟；结合坝坡修整、护坡改建,进行复合土工膜铺设,施工环节可以减少；由于该工程可用于导流的放水洞规模较小,泄水降低库水位和施工期导流受水库来流影响较大,并会在一定程度上影响工期,因此本方案施工会有一些风险。

b.方案二防渗体布置在坝顶,在工程投入运用后,定喷墙上游的坝体在长时间的高水位下,坝体处于饱和状态,坝体浸润线高,对水位降落工况下的坝坡稳定十分不利,尤其在现坝体压实度仅有71%～93%的情况下,加固工程完成投入后的上游坝体的变形极可能引起坝体裂缝,危及大坝安全；由于施工工艺单一,防渗墙施工基本无导流问题、风险相对较小。

c.由于两个方案主坝施工均不控制总工期,施工工期也基本一样,故工期不决定两个方案的比较。

d.方案一与方案二的直接工程投资比较见表3.4-39。

表3.4-39　主坝防渗加固直接工程投资比较表

续表

由表3.4-39可看出方案一比方案二工程投资低43.7万元,占坝体加固总投资的7.3%,且方案一运用条件较好,故本阶段推荐方案一即上游坝坡采用复合土工膜、基础采用高压定喷桩防渗方案。

(2)防渗方案设计。结合上游护坡改建,拆除原干砌石护坡,整平坡面后全部铺设两布一膜复合土工膜,以防止库内水位升高后坝体浸润线的升高,从而降低坝体渗透变形、阻止沿坝体裂缝可能产生的集中渗漏。

定喷墙位于主坝上游坡,上部与复合土工膜连接,下部根据基础透水性确定底高程。由于现水库在低水位时仅有南放水洞可以泄流,南放水洞底高程131.50m,根据施工洪水验算,施工期围堰顶高程应为133.50m,为了保证施工期定喷墙不受库水影响,定喷墙顶高程与施工围堰顶高程相同,取133.50m。虽然坝基残积土的渗透系数较小,可以作为坝基不透水层,但由于其厚度仅为1.2～5.7m,为了保证防渗墙与相对不透水层的连接质量,将防渗墙底部嵌入残积土下部页岩0.5m。

根据主坝坝轴线地质纵剖面图和定喷墙地质纵剖面图,坝基从桩号0＋120～0＋630之间存在一层厚0.4～4.6m的高含砂量粉土质砂,平均厚度1.61m,为了封堵坝基主要渗漏通道,定喷墙的设计范围为桩号0＋100～0＋650之间。高压定喷墙注浆孔距1.2m,墙体最小厚度0.1m。

复合土工膜从坝顶开始铺设,其顶端埋于坝顶上游防浪墙底；与放水涵洞混凝土和定喷墙连接采用锚固连接；与两岸壤土边坡的连接,在岸坡的连接处挖深2.0m、底宽4.0m的槽,把土工膜埋入槽内,再用土回填密实；与底部壤土连接处挖深1.0m、底宽1.5m的槽,把土工膜埋入槽内,再用土回填密实。

由于顶部定喷墙施工质量难以保证,施工中,定喷墙顶高程按照133.50m控制,在土工膜连接时,将顶部0.3m高的部分凿除,再将墙周边的壤土挖0.3m深,浇筑混凝土与定喷墙顶齐平,宽度根据两侧包住定喷墙,选为0.7m。土工膜锚固在现浇的混凝土上,锚固后上部再浇筑0.3m厚混凝土,保证定喷墙与土工膜的连接可靠。锚固方法是先将连接处混凝土表面清理干净,涂上一层沥青,贴上橡胶垫片后再铺膜,土工膜上再贴橡胶垫片,并用10mm厚钢板压平,每隔25cm用膨胀螺栓固定,最后用混凝土或砂浆覆盖封闭。

5.坝顶加高及结构设计

主坝防浪墙为浆砌块石结构,顶宽0.7m。防浪墙未设沉陷缝,经多年运行,由于不均匀沉陷产生多条裂缝,缝宽一般为3～5mm。砌筑砂浆强度较低,平均值仅为4.6MPa。在坝顶挖探坑揭示,防浪墙基础与防渗体结合紧密,但防浪墙基础砂浆不饱满,起不到防渗作用。复核后坝顶高程不满足要求,本次结合上游坝坡改建和坝顶路面硬化,将原防浪墙拆除重建。根据计算,坝顶高程应为141.09m。测量结果显示,现大坝坝顶高程为139.77～140.18m,最低处比需要的坝顶高程低1.32m,采取在坝顶加1.2m高的防浪墙,坝顶局部加高方案。加高后防浪墙顶高程141.10m,坝顶高程139.90m,高出坝顶1.2m,墙身采用M10浆砌粗料石结构,厚0.4m,基础采用M10浆砌石,并在墙顶设M10浆砌粗料石帽石。

原坝顶宽5m,凹凸不平,未作硬化处理,为了防汛安全、交通方便和坝体美观,本次对其作整平、硬化处理。坝顶清基0.3m,然后碾压整平。硬化路面宽度4.7m,为沥青路面,厚0.34m,其中灰土基层厚0.3m,沥青碎石层厚0.04m。路面设倾向下游的单面排水坡,坡度为2%。

6.上、下游坝坡复核及加固

(1)上游坝坡加固。现上游坝坡为干砌石护坡,大坝0＋140～0＋410段上游护坡为应急翻修部分,原护坡石曾发生脱坡,后来重新进行了护砌。护坡实测厚度20～25cm,平均厚度23.6cm,平均直径24.2cm,护坡下无反滤层,仅有10～30cm的碎石和毛石垫层。从库水位以上观察,护坡局部存在塌陷、架空现象,现场监测水面以上面积6800m2,存在塌陷和损害的面积为480m2,测量10处,最大塌陷深度28.6cm,平均塌陷深度19.6cm。

大坝0＋000～0＋140和0＋410～0＋800段,护坡局部塌陷严重,护坡厚度18～20cm,平均厚度18.5cm,护坡下无反滤,仅有10～20cm的碎石垫层。护坡塌陷、架空现象严重,现场检查水面以上面积1200m2,存在塌陷和损害的面积为258m2,测量10处,最大塌陷深度28.6cm,平均塌陷14.6cm。

由于坝坡损坏严重,厚度不足,部分护坡下无反滤层,在水位下降时造成坝体渗透破坏,故需对其进行拆除重建。

主坝上游坝面由于采用复合土工膜防渗,须对上游坝面进行清基,故与上游护坡改造相结合,统一考虑。

为了保证复合土工膜与坝体连接质量、避免其他材料对土工膜的破坏,上游坝面应清除干砌石护坡及其垫层,并应对清基面进行整平压实,保持坝面平顺。

复合土工膜直接铺设在原坝坡上。为防止波浪淘刷、风沙的吹蚀、紫外线辐射以及膜下水压力的顶托而浮起等因素对土工膜的影响,需在土工膜上设保护层。保护层分为面层和垫层。

由于当地石料丰富,可采用干砌方块石护坡。根据《碾压式土石坝设计规范》(SL 274—2001)中护坡计算,砌石护坡在最大局部波浪压力作用下所需的换算球形直径和质量、平均粒径、平均质量和厚度按式(3.4-6)计算。

山阳水库上游干砌方块石护坡厚度计算结果见表3.4-40。

表3.4-40　山阳水库上游干砌方块石护坡厚度计算结果表

经计算,上游干砌方块石护坡厚度取0.3m。现状干砌石护坡厚度不满足要求。设计方块石尺寸：厚0.3m,宽度为厚度的1.0～1.5倍,长度为厚度的1.5～2.0倍。要求石料坚硬,抗风化能力强。为了保护坝坡上游复合土工膜,复合土工膜上游面铺设1层0.1m后的粗砂,粗砂上部铺设0.2m厚砂砾石垫层,为了保证垫层不被波浪淘刷,粒径范围取10～40mm的连续级配。

(2)下游坝坡加固。

1)坡面整修。现大坝下游坡为天然草皮护坡,护坡质量极差,大部分坝坡裸露,少部分坝坡分布有稀疏草皮；坝后凹凸不平,存在多处雨淋冲沟现象,冲沟最大深度0.6m,需要对其进行整修。在保证坝坡稳定的前提下,为减少工程投资,原坝坡基本不变,仅对坝坡进行整修。

下游坝面采用草皮护坡。为了保证草皮护坡的成活率,在坝坡填筑垂直厚度为0.3m的耕植土。

2)贴坡排水。现下游坝脚排水体表面凹凸不平,局部位置塌陷,石料风化较严重,块径小,探槽发现排水体干砌石内侧无碎石夹砂层,垫层直接与坝壳接触,反滤层结构不合理,不能保护坝体,需进行整修。为了保证排水畅通和坝体填土的渗透稳定,将现贴坡排水体挖除,在清除后的下游面,分别铺设垂直厚度为0.2m的2层反滤料和0.3m厚的干砌石。

原排水棱体桩号0＋280～0＋400,本次加固增加了排水棱体范围,桩号为0＋248～0＋411。

棱体排水顶高程与原设计基本相同,为131.0m,顶宽2m,外坡1:3。

3)坝坡排水。原坝后排水设施不完善,排水沟坍塌、淤积严重,现全部予以拆除重建。在下游坝坡136.00m高程马道内侧设置1排纵向排水沟,在下游坝坡上,每100m设置1道横向排水沟,与136.00m高程马道上的排水沟联通。下游坝坡排水汇入坝下游坝脚排水沟,形成完整的排水系统。下游坝脚的排水最终汇集到位于河漫滩最低处的渗流监测处,然后流入下游河道。横向排水沟宽0.2m、深0.2m,马道内侧纵向排水沟宽0.3m、深0.3m,下游坝脚纵向排水沟宽0.4m、深0.4m,均采用浆砌石。

4)上坝步梯。为了方便管理人员上下坝坡,在大坝下游坝坡设置2道上坝步梯。步梯采用浆砌石结构,宽1.2m。

(3)坝体裂缝处理。受当时筑坝技术限制,山阳水库在施工时全是人抬肩扛,上坝土料不均,冻土上坝,碾压不实,施工分缝多,造成坝体土料差异性大。组成坝体的土料主要为含砾壤土,局部夹杂有中粗砂。

桩号0＋152～0＋162段,高程135.50m处,上游坡出现一平行于坝轴线长8m、宽3m的椭圆形塌坑,只进行了回填处理。1990年水库溢洪,大坝在高水位137.00m运行时,浸润线较高,下游坝坡出现浸润面,132.00～136.00m高程坝体沉陷量在3%以上,进行了回填处理。

大坝第一期高程结束后,坝顶高程达到139.00m,1960年大坝建成蓄水后,大坝下沉0.8m,在桩号0＋260～0＋310段出现纵向裂缝,宽10cm,采取腾空库容自压灌浆处理后,以后再未出现明显的沉陷和裂缝。

针对已发现和未发现的裂缝,在上下游坝坡清坡完成后,出露的裂缝采取以下处理方法。

1)深度不超过1.5m的裂缝,可顺裂缝开挖成梯形断面的沟槽。

2)深度大于1.5m的裂缝,可采用台阶式开挖回填。

3)横向裂缝开挖时应作垂直于裂缝的结合槽,以保证其防渗性能。

坝体裂缝处理,开挖前需向裂缝内灌入白灰水,以利于掌握开挖边界。开挖时顺裂缝开挖成梯形断面的沟槽,根据开挖深度可采用台阶式开挖,确保施工安全。裂缝相距较近时,可一并处理。裂缝开挖后要防止日晒、雨淋。回填土料与坝体土料相同,应分层夯实,达到原坝体的干密度。回填时要注意新老土的接合,边角处用小榔头击实,同时保证槽内不发生干缩裂缝。

7.材料设计

(1)坝体填筑土料。土料场位于右坝肩距坝址约300m的河流一级阶地和高漫滩上,土料以黏土质砂为主,颗粒中黏粒(d＜0.005mm)平均含量19.1%；粉粒(0.05～0.005mm)平均含量19.2%；塑性指数平均为11.3,天然干密度的平均值1.9g/cm3,最优含水率平均12.0%,渗透系数平均值7.7×10-6cm/s。此土料可作为均质坝的填筑土料。填筑土料级配曲线见图3.4-8。

主坝、副坝填筑均可采用此料场土料,压实度控制为98%。

(2)反滤料设计。保护坝体土料的反滤料设计方法采用《碾压式土石坝设计规范》(SL274—2001)中附录B反滤料设计,通过计算,反滤料级配曲线见图3.4-9。

保护坝体填土的第一层反滤级配为0.25～10mm,第二层反滤级配为5～40mm。

(3)复合土工膜的耐老化性能和选材。

1)复合土工膜的耐老化性能。土工膜应用于水工建筑物,其使用寿命有多长,这是工程技术人员最关心的问题。要比较全面和准确地测定和评价土工膜在各种条件下的耐老化性能,最好的方法是进行自然老化试验。国外坝工中应用土工膜已有40多年的历史,国内也有30多年。国内外工程长期运行情况表明,土工膜其耐老化性能是可信的。

图3.4-8　山阳水库上坝土料级配曲线图

图3.4-9　山阳水库反滤料级配曲线图

美国、南非和纳米比亚从20世纪60年代起就进行土工膜试验室研究和野外试验,得到的结论是：不论在寒冷地区、干热地区,土工膜的强度和伸长率都变化甚微。有关实测资料还表明,埋设在坝内的PE膜在15年中,抗拉强度只降低5%,极限伸长率只降低15%。因而可以推估,土石保护下的薄膜使用寿命可达60年(按伸长率估算),或180年(按强度估算)。

苏联对聚乙烯膜作老化试验,根据推算认为用在坝内可使用100年。苏联能源部《土 石坝应用聚乙烯防渗结构须知》(BCH 07—1974)中规定：聚乙烯膜可用于使用年限不超过50年的建筑物。苏联文献认为：之所以限制在50年,是因为观测时间不长,因此对使用寿命的结论是极为谨慎的。当积累足够的观测资料以后,这个年限将延长。

另外一个旁证是：英国从1860年开始,混凝土坝内的伸缩缝止水片应用天然橡胶制品,经检查,至今尚未损坏。由此可以认为,坝内埋设的橡胶膜使用寿命应在100年以上。而目前使用的土工合成材料,属聚合物橡胶,其耐久性优于天然橡胶,因此用于坝内防渗是安全耐久的。

国内外大量试验研究和原型工程观测资料表明,土工膜具有足够长的使用寿命。巴家嘴土坝采用复合土工膜防渗,膜位于上游坝坡,其上覆盖土石保护层,应力较小且避免了紫外线的照射,其使用寿命可达到50年以上。

2)复合土工膜选材。工程常用土工膜有聚氯乙烯(PVC)和聚乙烯(PE)两种。PVC膜比重大于PE膜；PE膜较PVC膜易碎化；PE膜成本价低于PVC膜；两者防渗性能相当；PVC膜可采用热焊或胶粘,PE膜只能热焊；PVC膜和PE膜还有一个突出差别,就是膜的幅宽,PVC复合土工膜一般为1.5～2.0m,PE复合土工膜可达4.0～6.0m,相应地接缝PE膜比PVC膜减少1倍以上。

一般情况下,在物理性能、力学性能、水力学性能相当的情况下,大面积土工膜施工,应尽量选用PE膜。而且,PE膜接缝采用热焊,施工质量较稳定,焊缝质量易于检查,施工速度快,工程费用低。PVC膜虽然可焊接,可胶粘,但胶粘施工质量受人为因素较大,大面积施工中粘缝质量较难控制,成本较高；采用焊接时温度控制很关键,温度较高则易碳化,较低则焊接不牢。

因此经综合分析,该工程初步确定采用PE膜。根据工程类比,PE膜厚度初选0.5mm。

复合土工膜是膜和织物热压粘合或胶粘剂粘合而成。土工织物保护土工膜以防止土工膜被接触的卵石碎石刺破,防止铺设时被人和机械压坏,亦可防止运输时损坏。织物材料选用纯新涤纶针刺非织造土工织物。复合土工膜采用两布一膜,规格为200g/0.5mm/200g。

3)复合土工膜厚度验算。土工膜厚度可按《水利水电工程土工合成材料应用技术规 范》(SL/T 225—1998)中的公式计算,即式(3.4-9)。

计算土工膜的厚度时,考虑土工膜垫层采用中细砂、砾石,最大作用水头按最大水头5.5m计,即p＝55kPa,根据运行资料分析,在裂缝宽度为25mm时,5.5m水头的水压力荷载得到土工膜的拉应力T-拉应变ε关系如下：

此曲线应与选用厚度的土工膜材料的拉应力-拉应变曲线对比,求出应力安全系数和应变安全系数,要求安全系数为5。如不满足,应选较厚膜。

根据国内已建工程经验,以及土工合成材料生产厂家的能力,设计要求0.5mm厚的土工膜极限抗拉强度为8kN/m,许可应变为10%,进行验算得T＝0.89kN/m,安全系数 FS＝8/0.89＝8.99＞4～5,满足《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》(SL/T 225—1998)要求的数值。

8.坝的计算分析

(1)渗流计算。

1)计算方法。渗流计算采用河海大学工程力学研究所编制的《水工结构分析系 统(AutoBANK v5.0)》程序,计算选用二维有限元法,按各向同性介质建立分析模型。

2)计算断面。主坝总长940m,沿坝轴线选择了桩号为0＋100、0＋300、0＋500三个有代表性的断面进行渗流计算。上游正常蓄水位为136.80m,下游水位与地面平。

3)基本参数选取。根据地质勘探资料,结合工程的材料特性,采用的坝身、坝基材料渗流计算参数见表3.4-41。

表3.4-41　坝身、坝基材料渗流计算参数表

4)渗流计算成果及分析。各断面渗流计算结果见图3.4-10～图3.4-12及表3.4-42。

图3.4-10　山阳水库主坝0＋100渗流计算成果图

图3.4-11　山阳水库主坝0＋300渗流计算成果图

图3.4-12　山阳水库主坝0＋500渗流计算成果图

表3.4-42　代表断面二维渗流计算成果表

从渗流计算结果看：由于坝体采用复合土工膜,坝体浸润线位置均较低,对大坝稳定有利。

坡脚处的最大渗透坡降为0.04,小于压实壤土的容许水力比降,因此不会发生渗透破坏。

(2)坝坡稳定计算分析。大坝为3级建筑物,根据《碾压式土石坝设计规范》(SL 274—2001)要求及该工程情况,大坝抗滑稳定应包括正常情况和非常情况,计算情况及要求如下。

1)正常运用条件。①水库水位处于正常蓄水位和设计洪水位与死水位之间的各种水位稳定渗流期的上游坝坡,《碾压式土石坝设计规范》(SL 274—2001)要求安全系数不应小于1.30；②水库水位处于正常蓄水位和设计洪水位稳定渗流期的下游坝坡,《碾压式土石坝设计规范》(SL 274—2001)要求安全系数不应小于1.30；③水库水位的非常降落,每年灌溉期,库水位从正常蓄水位降落到死水位。规范要求安全系数不应小于1.30。

2)非常运用条件。①本次加固未改变原坝体体型,因此不再复核施工期的稳定；②大坝地震动峰值加速度为0.05g,相应的地震基本烈度为Ⅵ度,按照《碾压式土石坝设计规范》(SL 274—2001)和《水工建筑物抗震设计规范》(SL 203—1997)的要求,不再进行抗震设防的验算。

稳定计算采用黄河勘测设计有限公司与河海大学工程力学研究所联合研制的《土石坝稳定分析系统》,计算方法选用计及条块间作用力的简化毕肖普圆弧法。

简化毕肖普法公式见式(3.4-7)。

坝体和坝基材料物理力学指标见表3.4-43。

表3.4-43　山阳水库坝体和坝基材料物理力学指标表

各断面稳定计算分析成果见表3.4-44及图3.4-13～图3.4-15。计算结果表明各断面坝坡在各计算工况下均满足抗滑稳定要求。

表3.4-44　山阳水库坝体稳定计算成果汇总表

(3)复合土工膜的稳定分析。根据《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》(SL/ T225—1998),需验算水位骤降时,防护层与土工膜之间的抗滑稳定性。采用该规范附录A中推荐的计算方法,即极限平衡法。坝坡复合土工膜上面铺设了20cm厚的砂砾石和30cm厚干砌石护坡,为等厚保护层,因此抗滑稳定安全系数可按式(3.4-8)计算。

根据工程经验,土工织物与砂砾石之间的摩擦角取28°。上游坝坡坡度为1:2.5。边坡计算的抗滑安全系数为1.18,边坡复合土工膜与砂砾石之间的抗滑稳定安全系数不满足《碾压式土石坝设计规范》(SL274—2001)所规定的3级建筑物骤降情况下安全系数不小于1.30的要求。但考虑复合土工膜铺设高度仅有7m,边坡为1:2.5,工程实例中1:1.5的边坡铺设复合土工膜,运行状态良好,故认为土工织物与砂砾石之间是稳定的。

图3.4-13　山阳水库主坝0＋100稳定计算成果图

图3.4-14　山阳水库主坝0＋300稳定计算成果图

图3.4-15　山阳水库主坝0＋500稳定计算成果图

复合土工膜直接铺设在主坝材料土坡上。土工织物与土的摩擦系数一般为0.43左右,取0.43计算,上游坝坡坡度为1:2.5,按此计算的土工织物与大坝边坡的抗滑稳定安全系数为1.08,安全系数不满足规范要求。为增强复合土工膜的抗滑稳定性,在高程133.00m及坡脚136.9m处设止滑槽。

山阳水库的主要功能是灌溉,水位降落速度较慢,随着库水位的降落,坝坡干砌石后的水位也会随之下降,对坝坡稳定不会造成危害。

规范中有增加止滑槽提高防渗结构的抗滑稳定性的规定,并且在已完工的除险加固工程中有应用,如义乌长堰水库为黏土斜墙坝,坝高37m,坝坡分3级,分别为1:1.5、1:2.6及1:2.8,采用复合土工膜防渗加固,设3道抗滑沟。

9.主要工程量

主坝除险加固主要工程量见表3.4-45。

表3.4-45　山阳水库主坝除险加固主要工程量表

3.4.2.2 副坝加固设计

1.东副坝加固设计

(1)加固方案。东副坝为均质土坝,长1450m,设计坝顶高程140.00m,无防浪墙,最大坝高5m,设计坝顶宽度2.0m,现坝顶宽1.0～2.0m,坝顶高程138.46～140.14m,绝大部分没有达到设计高程。上下游边坡均为1:2,现坝坡上下游均植满树,对工程安全极为不利。坝体土料为粉土质砂,黏粒含量21.8%,粉粒含量31.2%,砂粒含量41.0%,砾石含量6%；天然含水量12.2%～25.0%,平均含水量19.9%,压实干密度1.39～1.74g/cm3,平均压实干密度1.57g/cm3,渗透系数范围值3.63×10-8～6.61×10-4cm/s,平均渗透系数5.36×10-4cm/s,属极微透水～中等透水,有接近66.7%大于1×10-4cm/s。由此可知,坝体填筑质量差,压实度低,渗透系数偏高,部分坝体存在缺口。

水利部大坝安全鉴定管理中心的鉴定结论为：东副坝坝顶高程不满足规范要求；坝顶宽度严重不足,上游无护坡,坝坡太陡。

针对以上存在的问题,对东副坝采取上游加高加宽回填黏土质砂方案,这样既解决了坝顶高程和宽度问题,又解决了坝体防渗问题。上游坝坡采取干砌石护坡,其下设置具有反滤功能的垫层料。

(2)坝顶高程确定。坝顶高程计算与主坝计算方法相同,吹程2990m,多年平均最大风速14.6m/s,风向与上游坝坡夹角为45°,上游边坡1:2.5。东副坝坝顶高程计算结果见表3.4-46。

表3.4-46　山阳水库东副坝坝顶高程计算结果表

由表3.4-46知,设计工况与校核工况计算的坝顶高程非常接近,最大为140.50m,以此作为坝顶设计高程。现大坝坝顶高程为138.46～140.14m,故坝顶需要加高0.36～1.54m。

(3)结构设计。加高加宽以后的东副坝仍为均质坝,由于现坝坡质量较差,采取在上游加宽加高方案,新填筑的土压实度高,透水性低,在坝体上游可以起到主要防渗作用。

经稳定计算,上游坝坡为1:2.5,下游坝坡为1:2,为了防汛和交通便利,坝顶宽度取5.0m。上游采用干砌石护坡,由于风向与东副坝上游坡面夹角为45°,且此处水深较小,护坡厚度取0.2m,为了保证在水位降落时上游坝坡不发生渗透破坏,护坡下设2层具有反滤作用的垫层,厚度分别为0.15m,粒径范围与主坝下游反滤料相同,分别为0.25～15mm和5～80mm,连续级配,要求石料坚硬,抗风化能力强。

现大坝下游坝坡变形严重,坡面遍布冲沟,应对其进行整修。在保证坝坡稳定的前提下,为了减少工程投资,原坝坡基本不变,仅对坝坡进行整修。清除现坝坡表面0.5m厚树、杂草等,然后碾压整平,整修后下游坝坡在距离下游坡脚处填至与排水沟顶一样高。下游坝面采用草皮护坡,为了保证草皮护坡的成活率,在下游坝坡填筑垂直厚度为0.3m的耕植土。

原坝顶宽1～2m,凹凸不平,未作硬化处理,为了防汛、交通方便和坝体美观,本次对其作整平、加宽、硬化处理。坝顶清基0.3m,然后碾压整平。整修后下游坝坡为1:2,坡脚与排水沟顶齐平。坝脚处设贴坡排水,排水高1.0m、顶宽1.34m。硬化路面宽5.0m,为沥青路面,厚0.34m,其中灰土基层厚0.3m,沥青碎石层厚0.04m,路两侧设路缘石。路面设倾向上游的单面排水坡,坡度为2%。

(4)坝体稳定计算分析。

1)渗流计算。东副坝渗流分析与主坝体计算方法相同,东副坝总长1411.51m,由于坝高较低,坝基地质条件相差不大,故本次选择桩号为0＋890断面进行渗流计算。上游正常蓄水位136.80m,下游水位与地面平。

东副坝渗流计算结果见图3.4-16及表3.4-47。

图3.4-16　山阳水库副坝0＋890渗流计算成果图

表3.4-47　东副坝二维渗流计算成果表

渗流计算结果显示,坝体浸润线位置较低,对坝体稳定有利。坡脚处的最大渗透坡降为0.05,小于压实壤土的容许水力坡降,因此不会发生渗透破坏。

2)坝坡稳定计算分析。东副坝坝坡稳定计算情况、计算方法同主坝计算分析,稳定计算各材料物理力学指标见表3.4-42。

稳定计算结果见表3.4-48及图3.4-17。计算结果表明坝坡在各计算工况下均满足抗滑稳定要求。

表3.4-48　坝体稳定计算成果汇总

2.北副坝加固设计

(1)坝体现状。北副坝为均质土坝,长300m,设计坝顶高程140.00m,无防浪墙,最大坝高5m,设计坝顶宽度3.0m,现坝顶宽2.0～3.0m,坝顶高程138.48～139.66m,均未达到设计高程。上游坡为1:0.3的浆砌石挡土墙,下游坡度1:2,零星分布有天然草皮护坡。坝体土料为粉土质砂,坝体填筑质量差,压实度低,渗透系数偏高。

图3.4-17　山阳水库副坝0＋890稳定计算成果图

(2)坝顶高程确定。坝顶高程计算与主坝计算方法相同,北副坝坝顶高程计算结果见表3.4-49。

表3.4-49　山阳水库北副坝坝顶高程计算结果表

由表3.4-49知,校核工况控制坝顶高程,计算的坝顶高程为139.70m,设计坝顶高程为139.70m。现大坝坝顶高程为138.48～139.66m,故坝顶需要加高。

(3)大坝加固及护坡设计方案。北副坝坝体上游的浆砌石挡墙比较完好,坝顶宽2～3m,凹凸不平,未作硬化处理,下游坝体部分缺失。为了防汛、交通方便和坝体稳定,本次向下游加宽坝体,坝顶加宽至5.0m,并作硬化处理。坝顶路面采用沥青路面,厚0.34m,其中灰土基层厚0.3m,沥青碎石层厚0.04m。路面设倾向下游的单面排水坡,坡度为2%。

加固后坝下游坡度为1:2,坝面采用草皮护坡。为了保证草皮护坡的成活率,在下游坝坡填筑垂直厚度为0.3m的耕植土。

现北副坝长450m,为了与周围建筑物及地形较好衔接,在现坝体左、右两侧分别加长80.0m和69.85m,加长坝段均采用壤土填筑,上、下游坡均为1:2,坝顶高程139.70m,顶宽5.0m。加长坝段上、下游均作草皮护坡,为了保证草皮护坡的成活率,在上、下游坝坡填筑垂直厚度为0.3m的耕植土。

3.新建副坝

(1)工程布置。在北小新庄的西北方向有一处垭口,此处高程只有137.50m左右,不能满足水库挡水的要求,在此修建一座副坝。为了尽可能少的影响此地交通,利用靠近库区的一条道路,从其北侧路面开始起坡填筑坝体,坝轴线直线布置,一直延伸到两侧岸边。

(2)坝顶高程确定。坝顶高程计算与主坝计算方法相同,吹程490m,多年平均最大风速14.6m/s,风向与上游坝坡夹角为45°,上游边坡1:2.5,采用草皮护坡。新副坝坝顶高程计算结果见表3.4-50。

表3.4-50　山阳水库新副坝坝顶高程计算结果表

由表3.4-50知,校核工况控制坝顶高程,计算的坝顶高程为140.04m,取坝顶高程140.00m。

(3)结构设计。由于坝址区土料丰富,可作为坝体填筑土料,采用黏土质砂均质坝,为了满足防洪要求和坝顶交通要求,坝顶宽度取5m,采用泥结碎石路面。上下游坝坡边坡均为1:2,采用草皮护坡,为了保证草皮护坡的成活率,在上、下游坝坡填筑垂直厚度为0.3m的耕植土。

4.北副坝与主坝间路面设计

北副坝与主坝之间的道路,路面凹凸不平,没有硬化,影响防汛期间的交通。现状路面高程约140.00m,可满足水库要求的高程,故不需加高,仅将路面硬化。现路面清基、碾压整平后做硬化处理,路面宽度5.0m,为沥青路面,厚0.34m,其中,灰土基层厚0.3m,沥青碎石层厚0.04m。

5.副坝除险加固主要工程量

副坝除险加固主要工程量见表3.4-51。

表3.4-51　山阳水库副坝除险加固主要工程量表

续表

3.4.2.3 溢洪道加固

1.改建目标及基本方案确定

(1)存在问题。山阳水库原溢洪道位于主坝右岸阶地段桩号0＋800.00～0＋822.40处,溢流堰为平底浆砌石宽顶堰,净宽20m,顺水流方向长7.5m,桩号0-003.75～0＋003.75,堰顶高程136.80m,坐落在土基上,堰上为交通桥,共5孔,每孔净宽4m,中墩宽0.6m,总宽22.4m。溢洪道总长550m,由进水渠、溢流堰、泄槽、跌水消力池、尾水渠5部分组成。原溢洪道设计最大流量72m3/s,“三查三定”审定最大泄量为188m3/s。

水利部大坝安全管理中心大坝安全鉴定结论为：开敞式溢洪道进口无导墙,泄槽边墙高度不足,消能防冲设施不完善,溢流堰、泄槽、尾水渠过流及抗冲刷能力不满足规范要求,溢流堰护底砌石强度低于设计要求,反滤、边墙稳定性均不满足规范要求,下游泗良路石拱桥阻水,泄流直冲对岸农田,交通桥混凝土老化、锈蚀严重。

(2)改建目标。鉴于溢洪道存在的上述问题,溢洪道改建的目标如下。

1)恢复水库原设计功能,并在汛期有足够能力宣泄洪水,保证大坝安全。

2)下游河道防洪标准为20年一遇,现状河道过流能力为57.7m3/s。控制20年一遇洪水的最大泄量57.7m3/s,以充分发挥水库防洪功能,保证下游生产和生活安全。

3)控制下泄洪水对泄槽段及下游的冲刷,保证大坝安全。

(3)改建方案选择。根据鉴定意见,本次溢洪道加固的主要内容是增加闸门调控下泄流量、解决泄槽泄流能力不足、增加消力池,改建采取现溢洪道位置不变,原位加固方案。

根据改建目标,进行了开敞式无闸门控制溢洪道和开敞式有闸门控制溢洪道2种形式的方案比较。

1)开敞式无闸门控制溢洪道改建方案。采用开敞式无控制溢洪道,为了保证兴利库容,溢流堰顶高程与正常蓄水位相同,为136.80m；保证20年一遇洪水下泄不超过57.7m3/s,则闸孔尺寸为18m,设计洪水最大泄量87.69m3/s,相应水库最高水位138.89m；校核洪水最大泄量为150.46m3/s,相应水库最高水位139.80m。这样,坝顶需加高0.8m,对于山阳水库,水位升高后,水库周围需要增加大量的副坝,工程投资较大,且实施起来困难。若降低溢流堰顶高程,可以降低设计洪水位和校核洪水位,不加高坝高,但却无法满足兴利库容的要求。虽然开敞式无控制溢洪道运用方便,但不能同时满足下游河道的防洪要求和水库的兴利库容,故本次设计不推荐此方案。

2)开敞式有闸门控制溢洪道改建方案。为了满足水库的防洪功能,溢洪道需要设置闸门控制下泄流量,控制标准为20年一遇洪水标准以下洪水控泄最大泄量57.7m3/s,超20年一遇洪水标准敞泄。

综上所述,山阳水库溢洪道改建方案推荐采用“开敞式有闸门控制溢洪道改建方案”。该方案工程措施主要包括：新建引渠工程,新建控制工程,改建泄槽工程,改建泗良路交通桥工程,改建消能、防冲工程,增建与八里沟交汇处的防护工程等。

2.总布置方案比选

在现有开敞式溢洪道基础上进行改建,首先考虑紧密结合现状溢洪道的布置和结构,尽量利用其合理的和有利的部分,降低工程投资。

根据改建工程特点,该工程改建后溢洪道轴线相对明确,采用与原溢洪道轴线平行方案。需对闸孔宽度、堰顶高程、消能位置进行比选。

(1)控制段结构型式的比选。原山阳溢洪道为开敞式宽顶堰,堰顶宽度20m,由4个浆砌石中墩和2个浆砌石边墩分为5孔,根据改建方案的比选结果,需要在溢洪道上设控制闸以控制下泄流量。因此控制段结构形式的比选主要就是溢流堰堰顶高程、闸孔尺寸和闸孔数目的选择。而控制段结构形式方案比选的最终目标是在坝体不加高条件下控制不同标准洪水条件下的最大下泄流量。

根据甲方提供资料,下游20年一遇洪水标准安全泄量为57.7m3/s,因此控泄目标为20年一遇洪水标准时控泄最大泄量为57.7m3/s,且需要同时满足校核洪水标准时大坝不加高。由此可以确定在满足上述条件时,溢流堰堰顶必须降低,本次设计共比较了以下4种方案,详见表3.4-52。

表3.4-52　山阳水库控制段结构方案比较表

从表3.4-52可以看出,同样闸孔尺寸条件下,随控制段闸底板高程升高,控制段过流能力降低,设计洪水位升高,堰顶高程升高,校核洪水过程综合泄流能力降低,校核洪水位相应增加；同样闸底高程条件下,随闸孔尺寸增加过流能力增加,设计洪水位降低,堰顶高程降低,校核洪水过程综合泄流能力增加,校核洪水位相应降低。

经坝顶高程计算,方案一、方案三不满足大坝不加高条件,予以废除；方案二、方案四满足控制段结构型式方案比选目标：在大坝不加高条件下,充分利用大坝除险加固后具备的防洪能力(防洪库容)。但方案二同方案四相比增加了中墩数目,使底板宽度增大,相应增加了工程量和投资。

综上所述,控制段结构型式的比选结果为方案四,即闸底高程为134.60m,控制段采用3孔×6m净宽闸门控制。

(2)消能位置比选及确定。由于是改建工程,为减少工程量,溢洪道轴线采用与原溢洪道轴线平行方案,在桩号Y0＋253.46～Y0＋318.92之间存在转弯段。溢洪道改建后,溢流堰堰顶高程134.60m,较原溢流堰降低2.2m,溢洪道与下游八里沟交汇处高程126.00m,相对高差8.60m,对溢洪道消能设施的布置,本次进行了两个方案的比较。

1)转弯段前部消能方案。该方案是将消力池设在转弯段前,其优点是泄槽内无弯段,从而避免在泄槽内产生不利流态,减少混凝土衬砌长度；缺点是由于消能后水头降低,要保证消力池后尾水渠能下泄校核洪水,必须加大尾水渠过流面积,增加下游征地面积及工程量,对控制投资不利。

2)入河道处消能方案。该方案是将消力池设在泗良路桥与八里沟间,其优点是可充分利用溢洪道上下游水头差,减小溢洪道征地面积和工程量；缺点是在泄槽内出现弯道,影响水流流态,增加溢洪道混凝土衬砌长度。

采用在转弯段前消能,若消力池后尾水渠保留一定的纵向坡度,可以缩减尾水渠下泄校核洪水所需的过流面积,这样不但可以适当控制尾水渠的征地面积及工程量,而且可以避免在入河道处消能所带来的泄槽内存在转弯段、影响水流流态问题。综合考虑工程投资和水力条件,推荐转弯段前消能方案。

3.建筑物设计

山阳水库溢洪道位于主坝桩号0＋807.00处右阶地坝段,总长869.7m,由进水渠段、翼墙段、交通桥段、闸室段、泄槽段、消力池段、海漫段及防冲墙段组成。

进水渠长300.2m,底宽31.50m,底板高程为134.60m,由直段、转弯段、衬砌段和渐变段组成。桩号Y0-307.70～Y0-244.24之间为直段,两侧边坡1:2.0；桩号Y0-244.24～Y0-122.20之间为转弯段,转弯半径150.0m,两侧边坡1:2.0；桩号Y0-030.00～Y0-017.50之间为浆砌石衬砌段,衬砌厚度0.3m,两侧边坡1:2.0；桩号Y0-017.50～Y0-007.50之间为渐变段,首端的浆砌石衬砌厚0.3m、边坡1:2.0,末端为浆砌石重力式挡土墙。

“八”字翼墙段长7.5m,为浆砌石重力式挡土墙。首端底宽31.5m,末端与交通桥桥墩相接,底宽21.0m,渠底板高程为134.60m。翼墙顶宽0.5m,顶部与上游坝坡齐平。

交通桥段长8m、底宽26.4m,被桥墩自然分为3孔,每孔净宽6.0m,桥中墩厚1.5m,边墩顶宽1m,在顶面以下1m处以1:0.25的坡与底面相接,桥墩底厚1.5m,两桥墩之间底板厚0.5m。

闸室段长8m、宽25.15m,溢流堰为无坎宽顶堰,分为3孔,每孔净宽6.0m。中墩厚1.5m,边墩顶部厚1.0m,底板厚1.0m。Y0＋008.00～0＋016.00之间为闸室,闸室设工作门,闸墩顶与坝顶齐平,上部设机架桥层和启闭机层,机架桥顶高程145.90m,顺水流向跨度6.2m,垂直水流方向跨度7.5m。

桩号Y0＋016.00～Y0＋180.00之间为泄槽段,长度为164.00m,为钢筋混凝土结构,底宽21.00m；其中桩号Y0＋016.00～Y0＋024.00间泄槽两侧填土较高,采用钢筋混凝土悬臂式挡土墙,挡土墙高5.30m,底板厚0.30m；桩号Y0＋024.00～Y0＋180.00间泄槽两侧填土较低,为减少工程量,采用受力条件较好的钢筋混凝土U形槽结构,U形槽结构底板衬砌厚度为0.4m。桩号Y0＋016.00～Y0＋018.00间为平段,泄槽底板高程134.60m；桩号Y0＋018.00～Y0＋180.00之间纵向坡度为i＝0.04,末端高程128.12m。

桩号Y0＋180.00～Y0＋200.00间为消力池段,池底高程126.12m,为钢筋混凝土结构。消力池段长20.0m,池深2m,池底板厚1.0m。消力池段边墙为钢筋混凝土U形槽结构。

桩号Y0＋200.00～Y0＋562.00间为尾水渠段,总长362.00m。桩号Y0＋200.00～Y0＋210.00之间为渐变段,渠道断面由矩形渐变为梯形,采用浆砌石衬砌,底板衬砌厚度0.3m。桩号Y0＋210.00～Y0＋398.00之间为梯形渠道,其中,桩号Y0＋253.46～Y0＋318.92间为转弯段,转弯半径150.00m,圆心角为25.00°,渠道底宽21.00m,边坡为1:1.5,渠深2.50m；Y0＋210.00～Y0＋225.00段采用浆砌石衬砌,厚度0.30m,下部设0.20m厚的级配碎石垫层；Y0＋225.00～Y0＋388.00段两侧边墙采用浆砌石衬砌,厚度0.3m,底板不衬砌。桩号Y0＋408～Y0＋418.00之间原为泗良路跨溢洪道拱桥,因阻水严重,本次予以拆除,在原址新建跨度21.00m的预应力钢筋混凝土T形梁桥,桥面高程为130.76m,较现状桥面高程129.10m抬高1.66m；桥下为钢筋混凝土矩形渠道,其前后各设10m长浆砌石渐变段与梯形渠道相连,为了防止水流对桥梁基础的冲刷破坏,上游渐变段及以上10m范围采用浆砌石护坡及护底,厚度0.3m,下游渐变段及以下30m范围采用浆砌石护坡及护底,厚度0.3m。桩号Y0＋458.00～Y0＋562.00间渠道断面为梯形,边坡采用浆砌石衬砌,厚度0.3m,渠底不衬砌,其中,在桩号Y0＋458.00～Y0＋463.00间渠深由2.50m均匀降至1.50m,尾水渠在桩号Y0＋562.00处汇入八里沟。尾水渠起点高程128.12m,桩号Y0＋200.00～Y0＋503.00间纵坡为0.007,桩号Y0＋503.00～Y0＋562.00间为平段,底高程为126.00m。

4.下泄流量及相应水位

根据泰安市岱岳区山阳水库除险加固资料和泰安市水利局提供资料,确定溢洪道的下泄流量和相应水位：20年一遇洪水下泄流量Q＝57.7m3/s,相应库水位137.90m,相应下游水位127.20m；30年一遇洪水下泄流量Q＝174m3/s,相应库水位137.90m,相应下游水位127.50m；100年一遇洪水下泄流量Q＝191m3/s,相应库水位138.13m；1000年一遇洪水下泄流量Q＝263m3/s,相应库水位138.95m。

5.水力计算

(1)溢洪道泄量。宽顶堰自由溢流的泄流能力可按下式计算：

式中：Q为流量,m3/s；b为溢流堰每孔净宽,m；H0为计入行进流速的堰顶水头,m；g为重力加速度,取9.81m/s2；m为自由溢流的流量系数,根据溢流堰布置型式,计算得m＝0.364；n为溢流堰孔数。

溢流堰共分3孔,每孔净宽6m,中墩厚1.5m,边墩与前部八字形翼墙连接,八字形翼墙段始端渠道宽31.5m,至闸墩处渐变为21m,采用式(3.4-43)计算,溢流堰的水位流量,计算成果见表3.4-53。

表3.4-53　溢洪道泄流量与库水位关系表

(2)泄槽段设计。泄槽段沿程水面线可按式(3.4-21)进行计算。

波动及掺气水深可根据式(3.4-22)计算。

依据上述公式,泄槽在下泄千年一遇洪水时水面线计算成果见表3.4-54。

表3.4-54　山阳水库泄槽水面线计算成果表

(3)消能防冲设计。

1)设计标准。消能防冲按30一遇洪水标准(P＝3.33%)设计,相应溢洪道泄量为174m3/s,下游水位为127.50m。

2)消力池。消力池深度d按《溢洪道设计规范》(SL253—2000)所给公式计算,即式(3.4-28)求得,其中σ＝1.05。

共轭水深计算公式为

式中：hc为收缩水深,m；q为单宽流量,m3/(s·m)。

收缩水深计算公式为

式中：T0为以消力池底板为基准的消力池上游总能头；φ为水流自消力池出流的流速系数,此处取φ＝0.95。

采用以上各式计算得下泄30年一遇洪水时消力池深为1.35m,设计消力池深为2.0m,则消力池底板高程为128.12m-2m＝126.12m。

消力池长度计算公式为

式中：LK为消力池长度,m；LJ为水跃长度,m。

由式(3.4-46)计算得消力池长度为19.15m,取消力池长度为20m。

3)下游河道防冲墙。溢洪道与下游八里沟河道交角近50°,原防冲墙已部分损坏,为避免下泄水流对河岸冲刷,在八里沟溢洪道水流顶冲部位、原防冲墙的基础上建一新防冲墙,新防冲墙厚1.0m、高3.0m、长50m。

6.闸室稳定计算

(1)荷载及荷载组合。作用在水闸上的竖直向荷载主要有闸室自重、设备自重、水重、扬压力等,水平向荷载主要有静水压力。荷载组合分基本组合与特殊组合,其中基本组合包括完建情况、正常蓄水位情况及设计洪水位情况,特殊组合包括检修情况及校核洪水位情况,荷载组合情况见表3.4-55。

表3.4-55　荷载组合表

(2)计算公式及标准。根据《水闸设计规范》(SL265—2001),闸室沿基础底面抗滑安全系数Kc可采用式(3.4-17)求得,其中闸室基底面与地基之间摩擦系数f,采用下式计算：

式中：φ0为闸室基底面与土质地基之间摩擦角,按0.9倍粉土质砂摩擦角计取；c0为闸室基底面与土质地基之间黏结力,按0.2倍粉土质砂黏结力计取。

根据粉土质砂物理力学指标,计算得综合摩擦系数在0.42～0.43之间,根据工程类比最终采用取f＝0.35。

闸室基底应力计算采用式(3.4-16)计算。(www.xing528.com)

闸室抗浮稳定计算公式为

式中：Kf为闸室抗浮稳定安全系数；∑V为作用在闸室上全部向下的铅直力之和；∑U为作用在闸室基底面上的扬压力。

溢洪道为3级建筑物,按100年一遇洪水设计,1000年一遇洪水校核。稳定分析取3孔整体进行计算。闸室底板高程134.60m,闸室段长8.0m,宽25.15m。地基为粉土质 砂,地基承载力为85～95kPa,闸室基础高程为133.60m。根据《水闸设计规范》(SL 265—2001)规定,建在土基上的闸室稳定计算应满足下列要求。

1)在各种计算情况下,闸室基底应力平均值不大于地基允许承载力,最大基底应力不大于地基允许承载力的1.2倍。

2)闸室基底应力的最大值与最小值比不大于2.00(基本组合)、2.50(特殊组合)。

3)沿闸室基底面的抗滑稳定安全系数不大于1.25(基本组合)、1.10(特殊组合)。

4)闸室抗浮稳定安全系数不应小于1.10(基本组合)、1.05(特殊组合)。

(3)计算结果。各类工况闸基的抗滑稳定安全系数、抗浮稳定安全系数和基底应力的计算成果见表3.4-56。

表3.4-56　基底应力及稳定安全系数汇总表

由上表可见,闸室的基底应力在基础承载力范围内,满足规范要求；闸基抗滑稳定和抗浮稳定均满足规范要求。

7.闸底板内力及配筋计算

(1)计算方法。根据《水闸设计规范》(SL265—2001),对于开敞式闸室底板的应力分析,黏性土地基或相对密度大于砂土地基的可采用弹性地基梁法进行计算。山阳水库溢洪道闸室地基为粉土质砂,符合以上条件,因此,闸底板应力分析采用弹性地基梁计算。

计算采用中国建筑科学研究院PKPM CAD软件计算,计算过程采用该软件《结构平面计算机辅助设计》PMCAD和《基础工程计算机辅助设计》JCCAD两大模块。采用结构计算模块建模并布置荷载,经荷载传导计算,由基础工程计算机辅助设计模块按照弹性地基筏板基础板元法计算(按广义文克尔假定)。根据基床反力系数推荐值表,对于中等密实的黏土和亚黏土,K＝10000～40000kN/m3,该工程K取10000kN/m3。

(2)计算结果。闸底板内力计算结果见图3.4-18。

图3.4-18　山阳水库闸底板内力计算结果

底板配筋根据以上弯矩包络图按钢筋混凝土结构计算配筋,经计算,地梁(板带每延米)配筋面积为2000mm2,实配φ25@200,闸底板单位长度实配钢筋面积为2454.37mm2。

8.挡土墙设计

(1)设计参数。根据地质资料,挡土墙主要坐落在粉土质砂基础上,挡土墙断面与土层对应关系见表3.4-57,各土层力学参数见表3.4-58。

表3.4-57　挡土墙计算断面与土层对应关系

表3.4-58　挡土墙基底各土层力学参数

桩号Y0＋016.00～Y0＋024.00之间的泄槽边墙采用悬臂式钢筋混凝土挡土墙,桩号Y0＋024.00～Y0＋180.00之间的泄槽采用钢筋混凝土U形槽结构,引渠渐变段、八字翼墙段的边墙采用重力式浆砌石挡土墙。为提高悬臂式钢筋混凝土挡土墙的抗滑稳定性,在墙踵处设厚0.5m、深0.5m的齿墙。

(2)计算公式及标准。根据《水工挡土墙设计规范》(SL379—2007),挡土墙基底应力按式(3.4-16)计算。

抗滑稳定计算采用式(3.4-17)。

抗倾覆稳定安全系数K0计算公式为

式中：∑MV为对挡土墙基底前趾的抗倾覆力矩,kN·m；∑MV为对挡土墙基底前趾的倾覆力矩,kN·m。

《水工挡土墙设计规范》(SL379—2007)中对挡土墙各种工况的抗滑和抗倾覆稳定安全系数以及最大、最小应力的比值的规定见表3.4-59。

表3.4-59　挡土墙抗滑、抗倾覆稳定安全系数允许值表

(3)荷载及计算工况。主动土压力采用朗肯理论进行计算,公式为

式中：Ka为主动土压力系数；β为墙后回填土表面与水平面的夹角；φ为土的内摩擦角。

按以下3种工况分析挡墙的稳定：①完建工况,挡土墙前后均无水；②校核工况,挡土墙前后均为校核水面高程；③不利工况,挡土墙前无水,墙后水位离底板1.0m。

(4)计算结果。采用依据上述公式编制的《水利水电工程设计计算程序集V3.0》中相关程序计算挡土墙的稳定,各工况下不同断面的计算成果见表3.4-60。

表3.4-60　挡土墙稳定计算成果表

由计算结果可知,拟定的钢筋混凝土悬臂式挡土墙和浆砌石重力式挡土墙均满足抗滑、抗倾覆稳定要求,R4计算断面对应的最大基底压应力为103.25kPa,R5计算断面对 应的基底最大压应力为113.20kPa,依据《水工挡土墙设计规范》(SL379—2002)6.3.1条,土质地基挡土墙基底应力应满足最大基底应力不大于地基允许承载力的1.2倍,山阳水库溢洪道地基允许承载力为114kPa,大于各计算断面的最大基底应力。可见拟定的挡土墙尺寸满足要求。

9.泄槽排水设计

由现场勘察可知,溢洪道泄槽地下水位较高,在转弯段后均有地下水出露。为防止地下水位过高,影响泄槽底板的稳定,在闸室段后(桩号Y0＋018.00～Y0＋024.00)、泗良路桥(桩号Y0＋408.00～Y0＋418.00)分别设置底板排水区,底板排水区从下往上依次为400g/m2土工布、0.2m厚砂砾石、0.1m厚C10素混凝土垫层、0.5m厚C20钢筋混凝土底板,在素混凝土和钢筋混凝土之间采用φ＝0.1m无砂混凝土柱排水,无砂混凝土柱长0.6m,采用等边三角形布置,间距1.5m。

为防止降雨使泄槽外侧水位增加,影响挡土墙的抗滑稳定性,在泄槽两侧挡土墙内各设一排φ80mm的PVC排水管,排水管间距2.0m,排水管出口位于挡土墙趾端,距底板0.3m处,为防止墙外侧杂物随水流进入排水管造成堵塞,在排水管外侧设1条宽0.3m、高0.5m的纵向反滤带,反滤带构成从外到内依次为土工布(400g/m2)、0.2m厚砂砾石(1～4mm粒径级配)、0.3m厚碎石(20mm粒径级配)。为防止溢洪道泄水时,水流沿排水管向墙外倒灌,排水管沿挡墙倾斜向下游布置。

10.交通桥设计

山阳水库共有两座交通桥,跨溢洪道闸室交通桥和跨泄槽段泗良路交通桥。交通桥设计标准为公路-Ⅱ(相当于原汽-20)。

(1)坝顶交通桥。根据枢纽总体布置和交通需要,在闸室前部设交通桥与坝顶公路相接,设计交通桥宽7.5m,桥上路面宽6.0m,两侧设人行道和混凝土栏杆。交通桥为钢筋混凝土预制空心板桥,根据溢洪道闸墩的布置型式,桥分3跨,每跨7.5m。

(2)泗良路交通桥。溢洪道与泗良路交汇处原桥净宽13m,桥面较低,阻水严重,根据本次除险加固要求,决定此桥拆除重建。重建后的泗良路交通桥为预制预应力钢筋混凝土T形梁结构,桥宽12.5m,跨度22.0m,桥路面净宽9.0m,路两侧设人行道和钢筋混凝土栏杆,由于新建泗良路桥较原桥面抬高1.66m,为与原路面平顺连接,桥两侧34m范围重新填筑,铺设纵坡为0.05的沥青混凝土路,将原路面与桥相接。

11.主要工程量

山阳水库溢洪道改建、加固主要工程量见表3.4-61。

表3.4-61　溢洪道改建、加固主要工程量表

续表

3.4.2.4 放水洞设计

1.加固方案

南放水洞位于主坝桩号0＋250.00处,1960年建成,为单孔无压半圆砌石拱涵洞,洞底进口高程131.50m,砌石拱涵总长50.5m,底坡0.01。涵洞宽1.0m,墩高1.0m,拱高0.5m,基础坐落在粉土质砂上。设计引水流量3.0m3/s,闸孔尺寸1.0m×1.0m；闸门为平板铸铁闸门,尺寸1.4m×1.4m,采用螺杆启闭机。存在的主要问题如下。

(1)经过40多年的运行,洞身内壁浆砌石砌筑缝处可见大面积的水泽,墙壁溶蚀现象严重,洞内可见大面积的碳酸钙结晶物析出,拱涵内部有20%左右的面积被碳酸钙结晶物所覆盖。拱涵内壁存在裂缝并渗水,且伴有大量结晶物覆盖表面,这将造成拱涵结构强度的下降。

(2)由于不均匀沉陷等的影响,放水洞浆砌石拱涵存在一条横向裂缝,位于放水洞闸门下游10m处,裂缝最大宽度3.0mm,该断裂已贯穿整个放水洞洞身,浆砌块石也被剪断,影响其整体稳定性。由于放水洞竖井基础沉陷,放水洞启闭机房与坝体间的引桥已断裂,存在一条宽3.6mm的断裂缝,危及竖井和引桥的安全。

鉴于南放水洞存在以上问题,应对其进行加固处理。由于现洞身断面小,在内部加固施工困难,再加上山阳水库仅有1条南放水洞可以放空水库,在水库加固过程中,此放水洞要作为施工期导流洞使用,所以,只有重新修建南放水洞。现南放水涵洞作为施工期导流洞使用,待施工结束后对其进行封堵处理。北放水洞处于报废状态,本次予以封堵。

根据水库地形条件,新建放水洞仍按坝下埋涵方式设计。

2.放水涵洞布置

为减少工程量并考虑与下游渠道合理连接,新建放水洞布置在原南放水洞左侧,其轴线与原放水洞轴线夹角近15°,与坝轴线夹角73°,在满足工程施工条件下紧靠现输泄水涵洞布置。新建涵洞坐落在粉土质砂地基上,为钢筋混凝土结构,断面型式仍采用城门洞型,按明流涵洞设计,设计流量与原南放水洞相同,为3.0m3/s。

新建放水洞主要由进口段、闸室段、洞身段、出口消力池、干渠连接段5部分组成,总长130.96m。

进口段由9.00m长的浆砌石引渠和6.00m长的钢筋混凝土引渠组成,平面布置为八字翼墙,渠底高程为131.50m。

闸室段采用塔式进水口,为钢筋混凝土结构,混凝土强度等级C25。闸室底板长8.0m,宽5.0m,底板下铺10cm强度等级为C10的素混凝土。闸室内设置检修及工作2道闸门,检修门闸孔尺寸为1.5m×1.5m,工作门闸孔尺寸为1.0m×1.0m。检修门和工作门之间设置胸墙1道,检修门启闭机室布设在闸室上部,底板与坝顶平,高程为139.90m,启闭机室内设可以顺水流向移动的单轨移动启闭机作为检修门的启门设备,并可以作为工作门及启闭机检修的起吊设备。工作门启闭机室布置于前后胸墙之间,底板高程为134.00m,设固定螺杆启闭机作为工作门的启闭设备,该层与检修门启闭机室之间设置爬梯供操作人员通行。

涵洞全长32.0m,受现状下游灌溉渠道高程的限制,以及为最大限度地利用库内水量,进口底板高程确定为131.50m,出口底板高程131.18m,纵坡为1/100。涵洞断面在满足设计流量的前提下,还应保证运用期的正常检查、维修,尺寸为1.5m×2.0m,圆拱直墙式城门洞型,钢筋混凝土结构,断面净宽1.5m,侧墙高1.57m,顶拱中心角120°,半径0.866m。

涵洞出口处设置消力池,为钢筋混凝土结构,总长10.3m,其中,陡坡水平长4.8m、坡度为0.1,池长5.2m、宽4.0m、深0.3m,池底高程为130.70m,池边墙为重力式挡土墙。

消力池与东干渠间连接段长65.66m,其中消力池后19.0m长渠道采用浆砌石衬砌,渠底宽4.00m,渠道边坡为1:1；其余渠道为土渠,渠顶宽1.5m,渠道内、外边坡均为1:1.5。

3.水力计算

(1)正常水深及临界坡度。洞内正常水深按下式计算：

式中：R为水力半径；n为渠道糙率系数,取n＝0.015；i为渠道比降；A为过流面积。

临界坡度iK计算公式为

式中：g为重力加速度；α为流量不均匀系数,取α＝1.1；χK为湿周；CK为谢才系数；BK为断面宽。

设计流量为3m3/s时洞内正常水深ht为0.617m,临界水深为0.765m,临界坡度iK为0.0056。涵洞坡度大于临界坡度,为陡坡。正常水深时,洞内过水流速为3.24m/s。

(2)闸门开启度。当水库水位在133.50m以上时,放水洞自由泄流量将大于设计流量,此时应按设计流量通过闸门控制放水。因进口段设置有压短洞,设下游水位不影响隧洞的泄流能力,此时,其泄流量可由闸孔自由出流的公式计算：

式中：e为闸门开启高度；B为水流收缩断面处的底宽；H为由有压短洞出口的闸孔底板高程起算的上游水深；ε为垂直收缩系数；μ为短洞有压段的流量系数,计算公式为

式中：ωc为收缩断面面积,ωc＝εeB；ζi为局部能量损失系数；ωi为与ζi相应的过水断面面积；la为有压短洞长度；ωa、Ra、Ca分别为有压短管的平均过水断面面积、相应的水力半径和谢才系数。

由以上公式计算新建放水洞不同水位的闸门开启高度见表3.4-62。

表3.4-62　新建放水洞不同水位的闸门开启高度结果表

由于为陡坡,洞内临界水深大于正常水深,闸后水深将由正常水深及下游渠道水深决定,而正常水深为0.617m,下游渠道水位为131.97m时涵洞末端水深为0.79m,因此洞内水深将不超过0.79m。洞内水面线以上的空间大于涵洞断面面积的15%,且涵洞内净空超过40cm,故涵洞过流能力满足《水工隧洞设计规范》(SL279—2002)规范要求。

(3)消力池。消力池尺寸按《溢洪道设计规范》(SL 253—2000)规定方法计算,计算公式见式(3.4-15),而自由水跃长度Lj按下式计算：

式中：h1为跃前水深；h2为池中发生临界水跃时的跃后水深。

经计算,跃长3.9m,池深为0.13cm,故所设计的池长5.2m、底坎高30cm满足消能要求。

(4)海漫。海漫长度Lp按《水闸设计规范》(SL265—2001)所给公式计算,即

式中：qs为消力池末端单宽流量；Ks为海漫长度计算系数,取Ks＝11；ΔH′为上、下游水位差。

经计算,海漫长度为15.5m,设计海漫长为19.0m,满足要求。

4.结构设计

(1)闸室稳定分析。

1)荷载组合。作用在水闸上的竖直向荷载主要有闸室自重、启闭机自重、水重、扬压力、浪压力、风压力等,水平向荷载主要有静水压力、填土压力等。荷载组合分基本组合与特殊组合,其中基本组合包括完建情况、正常蓄水位情况及设计洪水位情况,特殊组合包括检修情况及校核洪水位情况,荷载组合情况参见表3.4-55。

2)计算公式及标准。与溢洪道闸室稳定计算方法相同,闸室抗滑稳定、基底应力、闸室抗倾覆稳定分别按式(3.4-17)、式(3.4-16)、式(3.4-18)计算。根据粉土质砂物理力学指标,由式(3.4-47)计算得闸基底面与地基之间摩擦系数为0.32～0.35,取f＝0.32。

新建闸室为3级建筑物,闸底宽5.0m,长8.0m。基础为更新统壤土,其允许承载力 为110kPa。根据《水闸设计规范》(SL265—2001)规定,建在土基上的闸室稳定计算应满足下列要求：①在各种计算情况下,闸室平均基底应力不大于地基允许承载力,最大基底应力不大于地基允许承载力的1.2倍；②闸室基底应力的最大值与最小值比不大于2.00(基本组合)、2.50(特殊组合)；③沿闸室基底面的抗滑稳定安全系数不大于1.25(基本组合)、1.10(特殊组合)；④闸室抗倾覆稳定安全系数不应小于1.10(基本组合)、1.05(特殊组合)。

3)计算结果。各类工况下抗倾覆稳定安全系数为2.19～2.85,基底应力及抗滑稳定安全系数计算结果见表3.4-63。

表3.4-63　山阳水库基底应力、抗滑稳定安全系数汇总表

计算表明,抗倾覆稳定安全系数均大于规范规定的允许值,闸室满足抗倾覆要求；抗滑稳定安全系数均大于规范规定的允许值,闸室稳定能满足要求；完建情况下闸室基底平均应力大于地基允许承载力,最大应力亦大于地基允许承载力的1.2倍,不满足规范要求,需要做基础处理。

(2)复合地基承载力计算。地基采用旋喷桩进行加固处理,依据《建筑地基基础设计 规范》(GB50007—2002),深层搅拌桩的复合地基承载力按下式计算：

式中：fsp,k为复合地基的允许承载力,kPa；m为桩土面积置换率；为单桩竖向允许承载力；Ap为单桩横截面面积；β为桩间土的承载力折减系数；fs,k为桩间土的允许承载力,kPa。

单桩允许承载力估算如下：

式中：fcu,k为搅拌桩桩深加固土相同配比的室内加固土试块立方体28d龄期的无侧限抗压强度平均值,kPa；η为强度折减系数；Up为桩周长,m；qs为桩周土允许侧阻力的加权平均值；α为桩端土承载力折减系数；qp为桩端土的允许承载力；l为桩的长度,m。

经计算,取其中最小值作为设计值,施工前应通过现场单桩载荷试验验证单桩竖向承载力。

设计旋喷桩直径0.6m,桩间距1.6m,桩座至页岩岩面长9.3m。采用梅花形布置36根旋喷桩时,复合地基承载力达194.1kN,满足基底应力要求。

(3)涵洞衬砌结构计算。

1)荷载组合。作用在涵洞上的荷载主要有衬砌自重、填土压力、外水压力、内水压力、地基抗力等,本次主要计算了衬砌自重、填土压力、外水压力、地基抗力等荷载共同 作用下衬砌的内力。各类荷载分项系数按《水工混凝土结构设计规范》(SL/T191—1996) 及《水工建筑物荷载设计规范》(DL5077—1997)规定确定。

2)计算方法及结果。按荷载结构法计算涵洞衬砌内力,采用衬砌边值问题的数值解法,即计算衬砌的内力和变形时,不需事先对抗力作出假设,而由程序自动迭代求出。

设计衬砌厚0.30m,混凝土强度等级为C25,衬砌的内力计算结果见表3.4-64。

表3.4-64　山阳水库衬砌内力计算结果统计表

注　表中轴力拉为正、压为负。

计算结果显示在直墙与底板交汇处,衬砌内力较大。衬砌按正常使用极限状态限裂设计,取衬砌最大裂缝宽度允许值为0.25mm,依此进行配筋计算。

5.主要工程量

山阳水库新建放水洞及原洞封堵主要工程量见表3.4-65。

表3.4-65　新建放水洞及原洞封堵主要工程量表

3.4.2.5 工程监测

1.监测设计原则

该工程监测设计的主要原则如下。

(1)突出重点、兼顾全局,既密切结合工程具体情况,以危及建筑物安全的因素为重点监测对象,做到少而精,同时兼顾全局,又要能全面反映工程的运行状况。

(2)由于该工程为已建工程,因此以外部变形和坝体渗流为主。监测项目的设置和测点的布设应满足监测工程安全资料分析的需要。

(3)对于监测设备的选择要突出长期、稳定、可靠。

2.监测项目选择

为确保大坝的安全运行,掌握大坝的工作状态,根据《土石坝安全监测技术规 范》(SL60—1994)要求,结合该工程的实际情况以及类似工程的经验,该工程设置了如下监测项目。

(1)坝体水平位移和垂直位移监测。

(2)坝体浸润线监测。

(3)坝基渗透压力、绕坝渗流和渗流量监测。

(4)南放空洞与坝体结合部的渗流监测。

(5)溢洪道的安全监测。

(6)库水位、气温和降雨量监测。

3.大坝安全监测

(1)已有安全监测项目。山阳水库1960年建成后,没有安装观测设备。1990年11月安装了6支浸润线测压管和量水堰观测设施。由于年久失修,测压管已经严重淤堵,量水堰已损坏,原有观测设施均不能正常使用。鉴于上述情况,在本次改造中不考虑对原有的观测设施进行利用,所有项目均为新设项目。

(2)监测布置。

1)坝体的水平位移和垂直位移监测。外部变形监测是判断大坝是否正常运行的重要指标。根据该水库自身的特点以及运行情况,在主坝的平行坝轴线方向上布设2条测线,分别位于坝顶和坝下游一级马道上,每条测线上每间隔50m左右设置1个位移标点,监测坝体的水平位移和沉降,共18个测点。

2)坝体浸润线监测。对土石坝而言,坝体浸润线的高低是大坝稳定与否的关键,为监测坝体浸润线的分布情况,主坝沿坝轴方向共布设5个监测断面进行监测,分别位于坝轴线桩号0＋180、0＋280、0＋380、0＋500和0＋600处,每个监测断面上布设3个测压管,分别位于坝顶、坝下一级马道、马道下的边坡上,每个测压管内放置1支渗压计,共15支。除此之外,为监测复合土工膜和高喷混凝土墙的防渗效果,在上述监测断面的高喷混凝土墙后、复合土工膜下的坝体133.00m高程附近布设1支渗压计,共5支。渗压计通过电缆引向观测站。

3)坝基渗透压力、绕坝渗流和渗流量观测。为监测坝基的渗流情况,在上述5个监测断面上,坝顶和坝下一级马道的测压管底部的坝基内,分别布设1支渗压计,共5支。

为监测主坝的绕坝渗流状况,在主坝两侧坝肩分别布设3支测压管,每个测压管内放置1支渗压计,共6支。

另外,在坝后300m处的公路桥下,布设1个量水堰,用以监测坝体的渗流量情况。

4)南放空洞与坝体结合部的渗流监测。为监测南放空洞与坝体结合部的渗流状况,在其结合部布设5支渗压计。

5)溢洪道的安全监测。在本次除险加固中,溢洪道属于重建工程,为监测溢洪道底板渗透压力,在沿底板中心线上布置3支渗压计；为监测溢洪道与坝体结合部的接触渗流,沿溢洪道与坝体结合部布设5支渗压计,溢洪道左侧设2支,溢洪道右侧设3支,共计8支。渗压计通过电缆引向监测站。

另外,为监测溢洪道的不均匀沉陷情况,在溢洪道闸室及挡墙左右两侧各布置6个垂直位移标点,共12个。

6)库水位、气温和降雨量监测。根据该水库目前现状,水位计拟放在主坝上游坡库水位比较平稳的部位,通过水压力的变化来测定库水位的高低。同时,在南放水洞闸室侧面布设1个水尺,用以进行人工观测。

为监测库区附近的大气温度和降雨量,拟在监测房顶设1个百叶箱和1个雨量计。

由于该工程规模不大,监测仪器电缆引设距离不长,为了便于管理,拟将所有的监测仪器电缆均引到水库管理所内。

4.监测工程量

大坝安全监测工程量见表3.4-66。

表3.4-66　大坝安全监测工程量表

3.4.2.6 机电及金属结构

1.电气一次

(1)现状。现有变电站1976年建造,电气设备运行年久,已严重老化,变压器型号为S7-50/10kVA,型号老、容量小、损耗大,运行的安全性和可靠性较差,不符合节能要求,属于淘汰产品；跌落式熔断器已损坏无法使用,该站已无法进行停电检修。变电站现有低压配电盘1面,为自制的“三无”产品；动力箱小,进、出线混乱且不规范,低压线路均为架空裸线,部分地段较低,存在严重安全隐患,对人身安全构成威胁；坝顶照明电源线路、灯具及放水洞电源线路已被盗,供电设施已不存在；柴油发电机组型号老,容量为7.5kW,该容量已不能满足此次改造所需要的容量,且漏油严重,启动不可靠；变电站无补偿设备,变电站房子十分破旧,属危房。

此次更新改造将原有电气设备、线路全部更换,变电站重建。

(2)电源引接方式。本次属除险加固改造,根据《供配电系统设计规范》(GB50052—1995)规定该工程按二级负荷设计。主供电源利用原有10kV电源,从原“T”接 杆处“T”接经电缆(YJV22-3×358.7/10kV)引至变电站；备用电源由柴油发电机组发 电经电缆(ZR-YJV22-3×70＋1×351kV)引至变电站0.4kV母线；变电站主要为溢洪道、放水洞闸门启闭机负荷、照明负荷、检修负荷、计算机监控负荷及管理房原有负荷等供电。电网与柴油发电机组通过SQG1-200-3PF自动电源转换开关,完成双回路供电系统的电源自动转换,以保证重要负荷供电的可靠性。

(3)电气接线。该变电站属永久变电站,电压等级为10kV/0.4kV,高压均采用组合式变电站1台,变压器容量为100kVA。

10kV进线1回,0.4kV进、出线采用MNS组合式低压开关柜2面；电容补偿柜1面,补偿装置容量为15kvar×2＝30kvar。另设1台柴油发电机组作为外来电源失去时的备用电源,为重要闸用负荷供电。本站10kV侧采用单母线接线,0.4kV侧亦采用单母线接线,高压侧1回进线接入10kV母线,经主变压器至0.4kV母线,考虑到负荷功率不大,距离较近,在低压母线上采用集中补偿装置补偿。

(4)主要电气设备选择。

1)组合式变电站。变压器容量选择：按最大运行工况为2台7.5kW启闭机运行、正常照明加1台7.5kW启闭机启动,经计算选择变压器容量为100kVA。

高压单元：型式ZBN-100/10户内型,额定电压10kV,最高工作电压11.5kV,额定电流630A,额定短时耐受电流16kA,额定峰值耐受电流40kA。

变压器单元：型式SC10-100/10环氧树脂浇注干式变压器,额定容量100kVA,额定电压10/0.4kV,绝缘水平LI175AC35/LI0AC3,高压分接范围±2×2.5%,联接组别Dyn11,阻抗电压Uk＝4%。

2)氧化锌避雷器。型号Y5WS5-17/50,系统额定电压10kV,避雷器额定电压17kV,避雷器持续运行电压13.6kV,雷电冲击残压50kV,爬电比距大于2.4cm/kV。

3)跌落式熔断器。型号RW9-10,额定电压10kV,额定电流100A,额定断流容量100kVA。

4)低压开关柜。型式为MNS型低压抽出式开关柜,额定工作电压380V,额定绝缘电压660V,水平母线额定工作电流4000A,垂直母线额定工作电流1000A,水平母线短时耐受电流100kA,垂直母线短时耐受电流60kA,外壳防护等级为IP4X。

5)柴油发电机。柴油发电机容量选择：按2台7.5kW启闭机运行,正常照明加1台7.5kW启闭机起动,选择柴油发电机容量为68kW。

额定输出功率68kW,额定电压400V、三相四线,额定频率50Hz,额定功率因数0.8,噪声水平(dB)不大于92。

(5)主要电气设备布置。变电站在原站位置布置,与10kV“T”接杆、溢洪道、放水洞、管理房均相对合理,且地势相对较高,不易集水、便于值班人员巡视的地方。组合式变压器、低压柜、无功补偿柜布置在变电站内。柴油发电机布置在柴油发电机房内。变电站布置见配电房电气设备布置图。

溢洪道、放水洞启闭机控制箱布置在启闭房内,为方便溢洪道、放水洞启闭机检修,溢洪道、放水洞房内各布置1个配电箱、1个照明箱。

从变电站至溢洪道,管理房、放水洞电缆均采用穿管直埋；溢洪道、放水洞房内电缆穿管暗敷。

(6)照明。为降低损耗,采用节能型高效照明灯具。启闭机房照明布置工矿灯,事故照明灯采用带蓄电池灯具；变电站、柴油发电机房、管理房办公楼照明布置荧光灯、吸顶灯,事故照明灯采用带蓄电池灯具。坝顶道路照明灯具布置在坝顶上游侧,灯杆采用钢管杆、杆高8m,安装间距为30m、电缆穿管直埋。

(7)过电压保护及接地。为防止雷电波侵入,在变电站10kV电源进线处,即原10kV架空线“T”接杆上装设1组氧化锌避雷器。

接地系统以人工接地装置(接地扁钢加接地极)和自然接地装置相结合的方式。人工接地装置包括：变电站、溢洪道、管理房、放水洞等处设的人工接地装置。自然接装置主要是利用结构钢筋等自然接地体,人工接地装置与自然接地装置相连,所有电气设备均与接地网连接。接地网接地电阻不大于1Ω,若接地电阻达不到要求时,采用高效接地极或降阻剂等方式有效降低接地电阻,直至满足要求。

(8)电缆防火。根据《水利水电工程设计防火规范》(SDJ278—1990)要求,所有电缆孔洞均应采取防火措施,根据电缆孔洞的大小采用不同的防火材料,比较大的孔洞选用耐火隔板、阻火包和有机防火堵料封堵,小孔洞选用有机防火堵料封堵。电缆沟主要采用阻火墙的方式将电缆沟分成若干阻火段,电缆沟内阻火墙采用成型的电缆沟阻火墙和有机堵料相结合的方式封堵。

(9)主要工程量。电气一次主要工程量见表3.4-67。

表3.4-67　电气一次主要工程量表

续表

2.电气二次

(1)控制范围。山阳水库闸门自动控制系统的控制范围包括放水洞工作闸门1扇、溢洪道工作闸门3扇,其中放水洞工作闸门配套螺杆式启闭机,电机功率为3kW；溢洪道工作闸门配套固定卷扬启闭机,电机功率为7.5kW。

(2)控制方式及系统组成。闸门控制拟采用由上位计算机系统及现地控制单元组成的分层分布式控制系统。

上位计算机系统由监控计算机、不间断电源、以太网交换机、打印机等设备组成,设于水库管理处办公室内。

现地控制单元设于启闭机房,与上位计算机系统通过以太网连接,由PLC控制屏、动力屏、自动化元件构成。

PLC控制屏内装设可编程序逻辑控制器(PLC)、触摸屏、信号显示装置、网络服务器等。PLC具有网络通信功能,采用标准模块化结构。PLC由电源模块、CPU模块、I/O模块、通信模块等组成。

动力屏装设主回路控制器件,主要包括空气开关、接触器、热继电器等。

为了配合实施闸门控制系统的功能要求,实现闸门的远方监控,启闭机均装设闸门开度传感器、荷重传感器和水位传感器,将闸门位置信号、荷载信号及水位信号传送至现地控制单元和上位机系统,为闸门控制提供重要参数。

(3)上位计算机系统的功能。

1)数据采集和处理。

a.模拟量采集：闸门启闭机电源电流、电压、闸前水位、闸后水位、闸门开度、闸门荷载。

b.状态量采集：闸门上升或下降接触器状态、闸门启闭机保护装置状态、动力电源、控制电源状态、有关操作状态等。

2)实时控制。通过监控计算机对闸门实施上升或下降的控制,所有接入闸门控制系统的闸门均采用现地控制与远方控制两种控制方式,互为闭锁,并在现地切换。

3)安全运行监视。

a.状态监视。对电源断路器事故跳闸、运行接触器失电、保护装置动作等状态变化进行显示和打印。

b.过程监视。在控制台显示器上模拟显示闸门升降过程,并标定升降刻度。

c.监控系统异常监视。监控系统中硬件和软件发生故障时立即发出报警信号,并在显示器显示记录,同时指示报警部位。

d.语音报警。利用语音装置,按照报警的需要进行语言的合成和编辑。当事故和故障发生时,能自动选择相应的对象及性质语言,实现汉语语音报警。

4)事件顺序记录。当供电线路故障引起启闭机电源断路器跳闸时,电气过负荷、机械过负荷等故障发生时,应进行事件顺序记录,进行显示、打印和存档。每个记录包括点的名称、状态描述和时标。

5)管理功能。

a.打印报表。包括打印闸门启闭情况表、闸门启闭事故记录表。

b.显示。以数字、文字、图形、表格的形式组织画面在显示器上进行动态显示。

c.人机对话。通过标准键盘、鼠标可输入各种数据,更新修改各种文件,人工置入各种缺漏的数据,输入各种控制命令等,实现各涵闸运行的监视和控制。

6)系统诊断。主控级硬件故障诊断：可在线和离线自检计算机和外围设备的故障,故障诊断能定位到电路板。

主控级软件故障诊断：可在线和离线自检各种应用软件和基本软件故障。

7)软件开发。应能在在线和离线方式下,方便地进行系统应用软件的编辑、调试和修改等任务。

(4)现地控制单元的功能。

1)实时数据采集和处理。

模拟量采集：闸门启闭机电源电流、电压、闸前水位、闸后水位、闸门开度、闸门荷载。

状态量采集：闸门行程开关状态、启闭机运行故障状态等。

涵闸监控系统通过在不同点安装一定数量的传感器进行以上数据的信号采集,并对数据进行整理、存储与传输。

2)实时控制。

a.运行人员通过触摸屏在现场对所控制的闸门进行上升、下降、局部开启等操作。闸门开度实时反映,出现运行故障能及时报警并在触摸屏上显示。

b.通过通信网络接受上位机系统的控制指令,自动完成闸门的上升、下降、局部开启。

3)安全保护。闸门在运行过程中,如果发生电气回路短路电源断路器跳闸,当发生电气过负荷,电压过高或失压,启闭机荷重超载或欠载时,保护动作自动断开闸门升/降接触器回路,使闸门停止运行。如果由于继电器、接触器接点粘连,或发生其他机械、电气及环境异常情况时,应自动断开闸门电源断路器,切断闸门启闭机动力电源。

4)信号显示。在PLC控制屏上通过触摸屏反映闸门动态位置画面、电流、电压、启闭机电气过载、机械过载、故障等信号。

5)通信功能。现地控制单元将采集到的数据信息上传到上位机系统,并接收远程控制命令。

3.金属结构

(1)概况。山阳水库除险加固金属结构设备主要布置在新建南放水洞和溢洪道控制闸。金属结构设备包括平面闸门5扇、螺杆启闭机1台、单轨移动式启闭机1台、固定卷扬式启闭机3台。总工程量约为45.3t。

(2)工程现状和存在的主要问题。山阳水库水库始建于20世纪60年代,由主坝、东副坝、北副坝、南北放水涵洞和开敞式溢洪道组成。金属结构设备布置在南北放水涵洞进口。

南放水洞进口设有活动式拦污栅1扇,上游坝肩竖井内设工作闸门1扇,闸门为平面铸铁闸门,孔口尺寸为1.4m×1.4m,采用启闭容量为80kN的螺杆启闭机启闭。

北放水洞上游坝肩竖井内设工作闸门1扇,闸门为平面铸铁闸门,孔口尺寸为1.0m×1.0m,采用启闭容量为50kN的螺杆启闭机启闭。

南放水洞的闸门和启闭设备运行已30年以上,北放水洞因灌渠未开挖,闸门和启闭设备处于报废状态。2条放水洞闸门和启闭设备均已陈旧,锈蚀、破损严重,操作困难,不能正常运行。放水洞进口没有设置检修门,工作闸门无法进行正常维修。运行管理存在安全隐患,已不能满足运行要求。

大坝安全鉴定结论是：北放水洞已报废,但未封堵；2条放水洞的闸门和启闭设备陈旧、老化不能正常运行。

(3)设备选型与布置。南放水洞进口增设检修闸门,更换工作闸门及启闭机,封堵北放水洞。

由于溢洪道下游河道防洪能力低,为控制下泄流量,溢洪道增设控制闸门及启闭设备。

1)放水洞。新建南放水洞的主要任务是灌溉引水,依次设进口检修闸门、工作闸门及相应的启闭设备。

a.检修闸门及启闭设备。检修闸门选用平面滑动门,孔口尺寸为1.5m×1.5m,闸门尺寸2.04m×2.0m,设计水头5.3m,底坎高程131.50m。运用条件为静水启闭,采用门顶充水阀充水平压。闸门平时锁定在塔顶139.90m高程,当工作门槽需要检修时闭门挡水。闸门主要材料采用Q235B,主支承材料为油尼龙。

启闭设备选用单轨移动式启闭机,同时兼顾工作闸门及其启闭机的检修；启闭容量为50kN,扬程12m。

b.工作闸门及启闭设备。工作闸门选用平面滑动闸门,孔口尺寸为1.0m×1.0m,闸门尺寸1.54m×1.4m,设计水头6.63m。运用方式为动水启闭,有局部开启要求,闸门平时根据灌溉引水流量要求局部开启运用,汛期或不引水时闸门闭门挡水。闸门主要材料采用Q235B,主支承材料为油尼龙。

启闭设备选用螺杆启闭机,启闭容量为50kN/30kN,扬程3.0m。

2)溢洪道控制闸。根据水工布置,新建溢洪道控制闸设在原溢洪道处,共3孔；由于水库水位一般低于正常蓄水位,闸门检修可安排在低水位时进行,故不设检修闸门,仅设工作闸门,工作闸门每孔1扇。

工作闸门孔口尺寸6.0m×2.53m,闸门尺寸6.9m×3.0m,底坎高程为134.60m,根据闸门控制泄量57.7m3/s的要求,设计水头2.53m,闸门运用方式为动水启闭,有局部开启要求。工作闸门选用平面滑动闸门。门体主要材料采用Q345B,埋件采用Q235B,主支承为自润滑复合材料。

启闭设备选用固定卷扬启闭机,1门1机布置,共3台。启闭机容量2台×100kN,扬程7m。

(4)启闭设备及控制要求。螺杆式启闭机和固定卷扬式启闭机均可现地控制与远方控制。

启闭机设有荷载限制器,具有自动报警及切断电路功能。当荷载达到90%额定起重量时自动报警,达到110%额定起重量时自动切断起升机构电路,确保运行安全。

启闭机设有行程限位开关,用于控制闸门的上、下极限位置,具有闸门到位自动切断电路的功能。

启闭机设有闸门开度传感器,用于显示和控制闸门的起升高度,与行程限位开关一起控制闸门的运行,其接收装置具有数字动态显示功能,可安装于现场；对于要求远方控制的启闭机其信号可传至远方控制中心。该装置可控制闸门停在预先设定的任意位置,满足工作闸门的局部开启要求。

(5)金属结构工程量表。金属结构工程量详见表3.4-68。

3.4.2.7 消防与节能设计

山阳水库除险加固工程主要建筑物包括新建南放水洞和溢洪道控制闸。根据运行要求和结构特点,溢洪闸3孔设进口工作闸门3套,工作闸门用固定卷扬式启闭机,上面布置卷扬启闭机室。放水洞设进口检修门、工作门各1套,上面设闸门启闭机室。溢洪闸附近有变电站和柴油发电机房、集中控制室等建筑物。

1.节能设计

(1)设计依据。

1)《水利水电工程设计防火规范》(SL329—2005)。

2)《建筑设计防火规范》(GB50016—2006)。

3)《建筑灭火器配置设计规范》(GB50140—2005)。

(2)设计原则。该工程消防设计贯彻“预防为主,防消结合”和“确保重点,兼顾一般,便于管理,经济实用”的原则。

2.消防设计

该工程中需要消防的部位有：放水洞的启闭机房、溢洪闸的卷扬式启闭机室、柴油发电机房、变压器房、闸门集中控制室、值班及生活用房等。

表3.4-68　山阳水库除险加固工程金属结构工程量表

根据《水利水电工程设计防火规范》(SL 329—2005)的规定,上述各部位的火灾危险性及耐火等级见表3.4-69。

表3.4-69　山阳水库需要消除部位的火灾危险性及耐火等级表

因该工程涉及的建筑物比较简单,消防面积相对较小,大多为混凝土结构,耐火等级高,易燃物较少。故根据不同的耐火等级、火灾危险性类别和火灾危险等级,配备适当的移动灭火器即可满足防火要求。

山阳水库需要消防部位的灭火器配置见表3.4-70。

表3.4-70　山阳水库需要消防部位的灭火器配置表

3.节能设计

(1)电气设备。在整个配电系统中,变压器的能源消耗所占比重最大,因而选用低损耗变压器可以降低能源消耗。山阳水库原有1台S7-50/10型三相油浸站用电力变压器,为20世纪70年代生产,属超期服务,其技术参数落后,能耗指标偏高,运行的安全性和可靠性较差,不符合节能要求,属于淘汰产品。本次改造将该站变压器更新为1台ZBN-100/10型干式变压器,变压器参数按《三相配电变压器能效限定值及节能评价值》(GB 20052—2006)控制。

为提高电网潮流功率因数、减少无功潮流、降低电网损耗,在变电站设计中增设无功补偿装置。

新站高、低压母线均采用铜母线,与铝母线相比电能损耗降低,节约了能源。

在此次改造中,为降低损耗,照明均采用节能型灯具和节能控制系统等高效产品。

在闸门控制系统设计中,控制设备在选型时充分考虑安全可靠,经济合理,节约运行费用并选择节能产品。控制系统采用PLC控制,采用弱电集成模块,较常规继电器接线回路节省了设备,降低了电能损耗,节约了能源。

(2)金属结构。在金属结构设备运行过程中,操作闸门的启闭设备消耗了大量的电能,降低启闭机的负荷,就能减少启闭机的功电能消耗,实现节能。

闸门启闭力的大小与闸门重量、闸门的支承和止水的摩阻力有关。因此,在闸门设计中选用摩擦系数较小的自润滑复合材料作为主滑块的材质；闸门的止水采用摩擦系数小、耐磨性强的橡塑复合材料。这些设计和新材料的选用降低了闸门的启闭力,从而减少了启闭机的容量,在保证设备安全运行的情况下减少电能消耗。

(3)施工机械。该工程主要施工项目有：原大坝、水闸等建筑物的混凝土、砌石拆除和重建,基础固结灌浆、土工膜铺设及高喷防渗墙、土石方挖装和运输、混凝土拌和和浇筑、金属结构和机电设备运输和安装等等。这些项目均需要施工机械、设备和配套设施。施工期从机械设备使用与管理等方面应尽量采用节能新工艺、新技术、新材料和新产品,并采用以下节能措施：

1)限制并淘汰落后的施工机械和设备。

2)施工期夜间照明,采用节能型灯具和节能控制系统。

3)尽量采用生物柴油、乙醇类燃料汽车和机械。

4)尽量采用高效节能水泵和空压机。

5)使用逆变式焊接电源焊机、自动和半自动焊接设备、CO2气体保护焊机等。

6)建立一套完善的施工机械设备技术状况检查方法及管理制度,推广燃油节能添加剂、燃油清净剂、润滑油节能添加剂、子午线轮胎等汽车节能新技术产品。

7)推广节能驾驶操作培训,提高驾驶员技术素质。

8)更新改造老化的大中型拖拉机、推土机等施工机械,加强柴油机的节能技术改造。