郑家冲水库除险加固初步设计报告.doc

湖北省 红安县

郑家冲水库除险加固工程

初步设计报告

武汉大学设计研究总院

2008年 5 月

院 长：吴 帆
总 工：姚晓伙
项目负责：石自堂
审 定：石自堂
校 核：方朝阳
报告编写及参加人员：方朝阳 石自堂 赵英林
韩 超 莫倩倩 徐千群
李英鸽 李金山 张 全

郑家冲水库特性表
项 目
单 位
加固前
加固后
备 注
一、水文

1、流域面积

坝址以上流域面积
km2
4.85
4.85

2、暴雨洪水特征

多年平均降雨量
mm
1086.1
1086.1

2、设计暴雨(24h)

设计暴雨（P=3.3%）
mm
336.1
336.161.2

校核暴雨(P=0.33%)
mm
497.3
497.3

3、代表性流量

设计洪水洪峰流量（P=3.3%）
m3/s
75.8
76.9

校核洪水洪峰流量(P=0.33%)
m3/s
152.3
167.4

4、洪量

设计洪水总量
万m3/s

134.4

校核洪水总量
万m3/s

205.1

二、水库

1、水位

死水位
m
82.9
82.9

正常蓄水位
m
94.43
94.0

设计洪水位（P=3.3%）
m
95.79
95.0

校核洪水位(P=0.33%)
m
96.25
95.66

2、库容

总库容（校核洪水位以下库容）
万m3
485.0
461.3

调洪库容
万m3
74.0
67.6

兴利库容
万m3
348.0
330.8

死库容
万m3
62.9
62.9

3、调节特性

年调节
年调节

三、下泄流量

设计洪水位时最大泄量
m3/s
46.3
40.1

校核洪水位时最大泄量
m3/s
71.6
85.8

四、工程效益

1、防洪

保护农田面积
万亩
0.3
0.3

保护人口
万人
0.5
0.5

2、灌溉面积

面积
万亩
0.25
0.25

五、工程永久占地
亩
0
0

六、主要建筑物

1、大坝

坝型

心墙坝
心墙坝

坝顶高程
m
96.9
96.9

最大坝高
m
25.7
25.7

坝顶宽度
m
3.0
3.0

坝顶长度
m
275.0
275.0

2、溢洪道

型式

开敞式宽顶堰
开敞式宽顶堰

堰顶高程
m
94.0
94.0

堰顶宽度
m
19.5
25.0

最大泄量
m3/s
75.0
85.8

消能型式
/
无
消力池

3、坝身输水建筑物

型式
/
隧洞/底剅
隧洞/底剅（封堵）

引水流量

1.5 /0.6
1.5 /0

断面尺寸
m
1.44×1.72/0.44
1.44×1.72/无

进口高程
m
82.8/72.22
82.8/无

闸门启闭设备

斜拉活塞
斜拉活塞/无

七、施工

1、建筑工程

土石方开挖
m3

8466

土石方填筑
m3

56129

浆砌石
m3

501.33

混凝土
m3

420

水泥粘土浆
m

3293.8
总孔深
2、主要建筑材料总用量

水泥
t

1059.55

钢筋
t

62.27

块石
m3

1986.26

碎石
m3

4767.14

砂
m3

2085.65

3、施工临时房屋
m2

200

4、施工导流型式

围堰

5、施工占地（临时）
亩

16

6、施工期限
年

1

总工期
年

1

八、经济指标

1、主体工程投资

建筑工程
万元

398.07

金属结构及安装工程
万元

41.26

临时工程
万元

34.63

独立费用
万元

82.31

2、水土保持及环境保护
万元

12.77

3、工程总投资
万元

602.41

4、综合利用经济指标

经济净现值
万元

276.484

经济内部收益率
％

13.0

经济效益费用比

1.439

目 录
1 综合说明 1
1.1工程概况 1
1.2 水文 2
1.3 工程地质 3
1.4 工程任务及规模 8
1.5工程布置与主要建筑物 9
1.6金属结构 11
1.7施工组织设计 11
1.8工程占地 14
1.9 环境保护设计 15
1.10 水土保持设计 15
1.11 工程管理 16
1.12 工程概算 17
1.13 经济评价 17
2 水 文 17
2.1 流域概况 17
2.2 水文气象特征 18
2.3洪水标准及基本资料 18
2.4设计暴雨 19
2.5 设计洪水 22
2.6 设计洪水的合理性分析 25
2.7 施工设计洪水 26
3 工程地质 28
3.1 坝区工程地质条件 28
3.2 大坝填筑土组成及其工程特性 30
3.3　坝基及坝肩岩体工程地质特征及透水性 34
3.4　大坝主要工程地质问题及评价 35
3.5　溢洪道的工程地质条件及评价 36
3.6　输水建筑物质量问题及评价 36
3.7 天然建筑材料 36
3.8 结论及建议 37
4 工程任务与规模 39
4.1 工程存在问题 39
4.2 除险加固的必要性 39
4.3工程任务 40
4.4 水库洪水调节 40
4.5 坝顶高程 44
4.6 施工期设计洪水的调节计算 46
5 除险加固设计 47
5.1设计依据与工程现状 47
5.2主要建筑物现状 48
5.3除险加固工程总体布置 48
5.4 大坝除险加固设计 48
5.5大坝加固设计计算 51
5.6 溢洪道加固设计计算 68
5.7输水建筑物加固设计计算 76
5.8 已有建筑物搬迁 88
6 金属结构 89
6.1 金属结构现状 89
6.2 金属结构整治方案 89
7 施工组织设计 90
7.1 施工条件 90
7.2 施工导流 91
7.3 料场开采 92
7.4 主体工程施工 92
7.5 施工总布置 97
7.6 施工总进度 101
8 工程占地 102
9环境保护设计 102
9.1设计依据 102
9.2环境保护设计 103
9.3环保投资概算 110
10 水土保持 112
10.1 编制目的 112
10.2 编制依据 112
10.3项目概况 113
10.4水土流失预测 113
10.5水土保持措施 114
10.6水土保持设计投资概算 116
11 工程管理 118
11.1管理机构 118
11.2工程管理范围及保护范围 118
11.3主要管理设施 119
11.4工程运用管理 119
12 工程概算 121
12.1 编制依据 121
12.2 采用定额 121
12.3 基础单价计算 121
12.4 临时工程计算 122
12.5 独立费用 122
12.6 工程概算 123
12.7 主要工程量 123
13 经济评价 124
13.1 概述 124
13.2 国民经济评价 124

郑家冲水库地理位置图

1 综合说明
1.1工程概况
郑家冲水库位于红安县上新集镇郑家冲村，所在流域是滠水支流。水库实测承雨面积4.85km2，总库容达461.3×104m3，设计灌溉面积8000亩，实际灌溉面积为2500亩，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养殖等综合利用的小（1）型水库。
水库枢纽工程主要包括大坝、溢洪道、输水剅管等三部分组成。
大坝为粘土心墙坝，坝顶长度为275m，坝顶设计宽度为4.5m，实际宽只有3.0 m，未达设计值。大坝心墙顶宽2m，边坡为1：0.2，其顶部距坝顶1.1m，心墙底部未达弱风化岩层，地基未作深层处理，心墙内外坡设过渡层。坝顶宽3.0m，坝顶高程96.9m，最大设计坝高为26.5m，实际最大坝高为25.7m，上游坝坡为1：2.0和1：2.5（由上向下），在87.1m高程设马道，马道宽2.0m。下游坝坡分别为1：1.75、1：2.0，中间设1级马道，马道高程为87.1m。外坡底部设棱体排水，顶高程77.1m，顶宽2.0m，内坡比为1：1.0，外坡比为1：1.5。坝体迎水面为防风浪冲刷，全部采用0.55m厚干砌块石护砌，背水面为草皮护坡。
溢洪道位于大坝左端山体马鞍地形处，为河岸开敞式溢洪道，水流消能后进入原河道。由于水库带病运行，为降低汛期库水位，1996年在溢洪道上挖一宽10m、深1.0m的泄水槽堰，堰顶高程94.0 m，堰顶宽度19.5m，最大泄洪流量75m3/s。进口断面为梯形断面，边坡为1：0.2，砌石衬砌。泄水槽为矩形断面，无衬砌。消力池为矩形断面，底宽为20.0m，深3.3m，长10m，钢筋混凝土结构。
输水剅管由高剅和底剅组成。高剅输水隧洞位于坝体左端，进口底高程为82.8 m，长度56.0m，断面尺寸1.44×1.72 m，边墙和底板为浆砌石衬砌。取水口位于输水建筑物的进口，斜拉活塞(φ0.7m)式启闭闸门，最大引水能力1.5 m3/s，隧洞出口渠道与溢洪道交叉。低剅管建筑大坝南岩基上，进口高程72.22m，内径为0.44 m，衬砌厚度为0.15m，涵管最大引水能力0.6 m3/s，闸门形式为斜拉活塞式，直径0.6m，手摇盘启闭。低剅兼有施工导流、放空、灌溉等任务。
本次水库大坝除险加固工程防洪复核，采用30年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核。消能防冲建筑物防洪标准采用20年一遇洪水设计。
1.2 水文
1.2.1 流域概况
郑家冲水库位于湖北省红安县上新集镇郑家冲村，大坝拦截滠水水系郑家冲而成，是一座以灌溉、防洪为主，兼顾养殖等综合利用的小（1）型水库。郑家冲水库枢纽控制集水面积4.85 km2，坝址河道高程73.1m，分水岭高程217.3m，河道长度3.2km，按分段加权法求得干流河道比降J=22.2‰，形状系数 f=0.475，属山区扇形流域。
1.2.2 水文气象特征
郑家冲流域属东亚季风副热带暖湿气候区，具有四季分明、雨热同季的特点。冬夏两季温差较大。流域极端最高气温为39.7℃，极端最低气温-15.6℃，多年平均气温为16.7℃，无霜期262天。库区汛期多年平均最大风速Wm =18m/s，全年、冬季、夏季主导风向分别为E、WNW、E。据金沙河水库雨量站1962～2006年45年实测雨量资料统计分析，流域多年平均降水量1086.1mm，年最大降水量1723.5mm，发生于1983年；年最小降水量530.7mm，发生在1978年。一年之中按暴雨洪水发生的情况可将5月1日至5月31日划为初汛期，6月1日至7月31日划为主汛期，8月1日至10月15日划为后汛期。主汛期6～7月降雨量占全年降雨量的36.2％。月降雨量最少是12月，仅占全年的1.9%。
1.2.3设计洪水
（1）防洪标准
郑家冲水库总库容461.3万m3，属小（1）型水库，工程等别为Ⅳ等，枢纽永久性水工建筑物级别为4级，次要建筑物为5级。大坝为粘土心墙坝，坝高25.7m，洪水设计标准按山丘区标准确定。根据国家《防洪标准》（GB50201-94）和部颁《水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252—2000）》等的有关规定，选定设计洪水标准为30年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核。消能防冲建筑物防洪标准采用20年一遇洪水设计。
（2） 设计暴雨
根据资料条件，设计洪水计算采用暴雨途径。郑家冲水库位于水文气象分区的第Ⅳ区，根据《湖北省暴雨径流查算图表》、《湖北省可能最大暴雨图集》和《湖北省短历时暴雨等值线图》计算设计暴雨。
（3）产流、汇流
设计暴雨过程按24h和6h两种雨型进行计算，设计净雨按扣除初损和稳定入渗的方法推求。地面汇流计算采样综合瞬时单位线法，地下径流汇流采样概化三角形过程线法。以同频率洪水对调洪不利为原则对两种雨型的设计洪水进行取舍。
（4）设计洪水
鉴于《查算图表》和《图集》经过有关部门的审查，而安全鉴定阶段所采用的设计洪水成果已经通过有关专家的审查，水文水资源局等值线图成图于2002年，所依据的雨量站系列较长。因此，初设仍采用综合瞬时单位线方法推求的坝址设计洪水。30年一遇洪水洪峰流量76.9m3/s，300年一遇洪水洪峰流量167.4m3/s。
（5）施工设计洪水
郑家冲水库属小（1）型水库，工程等别为Ⅳ等，枢纽永久性水工建筑物级别为4级。根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2004）和本工程的具体条件及施工导流阶段的要求，临时建筑物级别定为5级，相应确定该工程导流建筑物洪水标准采用5年一遇。求得郑家冲水库5年一遇11～3月各月入库水量分别为15.7万m3、7.7万m3、9.1万m3、15.1万m3、22.4万m3。11～3月及12～2月5年一遇入库水量分别为60.6万m3及28.2万m3。
1.3 工程地质
1.3.1地形地貌
本库区地貌属构造剥蚀低山丘陵区，库周群山环绕，山脉相连，山顶高程一般为100～150m。坝址建在山间“U”形沟谷中，拦截滠水小河的流水，坝址段河流大致自南向北流，河流沟谷底宽约10～15m，河底高程约88.0～89.0m。
1.3.2 地层岩性
坝址区出露地层主要为元古界红安群天台山组下段（Ptt）变质岩和第四系松散堆积层：
（1）基岩（Ptt）
根据红安幅1:20万区域地质资料，并结合现场工程地质测绘和钻探资料可知，坝址区出露地层为元古界红安群天台山组下段岩层，岩性主要为：片麻岩、黑云母片麻岩、片岩，浅灰白色，主要矿物组成有云母、长石和石英，具鳞片变晶结构，片麻状构造，片理产状240°∠54°。
（2）第四系(el+dlQ)
主要为第四系残、坡积层，岩性为黄褐～灰褐色含碎石壤土、含角砾壤土和壤土，松散~稍密状，厚约3.00～5.00m，分布于大坝上、下游沟谷、坡地。
（3）人工堆积层 (rQ)
人工堆积层岩性为壤土、细粒土质中砂和含角砾壤土等，褐～灰黄～黄褐色，为大坝心墙及坝壳代料的主要成份，坝壳料为库区山体风化物和残坡积物。
1.3.3 地质构造与地震
1.地质构造
本区在大地构造上处于秦岭褶皱系（I级）、淮阳隆起（II级）、大别山隆褶束（III级）的西南部边缘，东南侧以麻城—团凤断裂为界，西南侧与桐柏—红安隆褶束相毗邻。据区测资料和现场地质调查，坝址区构造主要发育有节理裂隙，未见区域大断层通过，区域稳定性较好。
2.地震
工程区位于华南地震区长江中下游地震亚区中的麻城~常德地震带以东地区，工程区主要受外围地震活动的影响，依据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），工程区地震动峰值加速度为0.05g，相应的地震基本烈度为VI度。
1.3.4 水文地质条件
坝址区水文地质条件比较简单，根据含水层埋藏条件和含水层的性质，地下水的类型可分为孔隙潜水和基岩裂隙水。
孔隙潜水主要赋存于第四系松散地层和人工堆积层中，由于松散堆积物厚度不大，孔隙潜水水量不丰富；基岩裂隙水主要赋存于基岩风化裂隙中，大坝下伏强风化基岩节理裂隙发育，基岩裂隙水分布较丰富；弱风化的基岩岩芯较完整，节理裂隙不发育，基岩裂隙水分布较少，而新鲜完整岩体为相对隔水层。地下水的补给方式主要为大气降水补给，次为地表水向下入渗补给。地下水向低洼地带及下游河床中径流排泄。钻探时测得地下水位埋深4.50~6.50m（见钻孔柱状图）。据区域水文地质资料，地下水对混凝土无腐蚀性。
1.3.5 坝体心墙料的工程性质与透水性
根据钻孔揭示，心墙料的物质成份不均一，成份以壤土为主，可见砂壤土和少量的粘土，为黄褐色，松散~稍密状，局部粘性较好。心墙料中有时夹少量砾石（10~20mm），经坝顶探槽开挖及钻孔查明心墙顶部埋深为1.30~5.8m，大坝右侧心墙顶高不足，心墙顶部宽约2.0m。
据颗粒分析统计成表可见，心墙料壤土、砂壤土中砾石含量平均值为6.8%，大于0.075mm的砂粒含量平均值为14.8%，粉粒含量平均值为44.8%，粘粒含量平均值为33.6%，从颗分成果分析，砾石、砂粒含量较低，粉粒、粘料含量偏低，心墙填料颗粒组成一般符合有关规范的要求。
心墙料壤土物理力学性质指标均值分别为：含水量24.4%，干密度1.57g/cm3，孔隙比0.744，饱和固结快剪凝聚力45kPa，内摩擦角15°。
心墙料含水量偏高，心墙料干密度为1.47~1.71g/cm3，平均干密度为1.57 g/cm3，平均压实度为96.3%，心墙料的压实度应满足《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）要求。
心墙钻探时在k1、k2、k3孔中均有漏水现象，室内试验成果表明，心墙料壤土渗透系数k为6.7×10-7~5.8×10-5cm/s，平均值为4.2×10-5cm/s，具弱透水性。
1.3.6 坝壳代料层的工程性质与透水性
坝壳代料的成份为粉砂、含角砾壤土、壤土和碎石，坝壳料中夹的碎石、角砾主要为母岩风化岩块。坝壳代料钻探较困难，漏水严重，塌孔。目前上游坡面干砌块石有松动松动，下游坡面长满杂草，上、下游的外观质量较差。
本次工作在大坝共取坝壳代料土样5组进行颗分，由颗粒分析统计成表果可知，坝壳代料砾石含量平均值为10.8%，砂粒含量平均值为51.9%，粉粒含量平均值为26.8%，粘粒含量平均值为10.5%，砾石、砂粒含量较高，粉粒、粘粒含量偏低，从颗分成果分析，坝壳代料级配较差，不易压实。
由于坝壳代料结构较松散，夹有大量角砾、碎石，不易取原状土样，本次勘探仅取得一件原状土样，岩性为壤土，其含水量20.0%，干密度1.75g/cm3，孔隙比0.554，饱和固结快剪凝聚力40kPa，内摩擦角12°。
通过标准贯入试验来确定坝壳代料物理力学性质指标中共进行4次标贯试验，锤击数5~11击，说明坝壳料回填不均，且多呈松散状态。
同样坝壳代料层不易取原状土样进行室内渗透试验，只能通过现场注水试验确定坝壳代料层的渗透系数，试验得坝壳代料的渗透系数k为4.4×10-4~7.1×10-3cm/s，平均值为4.7×10-3cm/s，一般具中等透水性。
1.3.7 坝基及坝肩岩体结构及风化特征、透水性
坝址区出露主要岩性为片麻岩，大坝坝基及坝肩岩体表层均见强风化层，强风化层的厚度1.60~3.50m，岩体较破碎，岩心呈碎块状，其下弱风化层较完整、坚硬，岩芯呈5~10cm的短柱状，可见少量裂隙发育。通过现场取岩石抗压样进行单轴抗压强度试验，得到岩层饱和单轴抗压强度Rb为70.7~101.8MPa，平均值为82.2MPa，普通吸水率为0.41~0.87%，为硬质岩石。
基岩钻探时循环水有漏失现象，本次工作基岩采用钻孔压水试验确定岩体的透水性。由坝基、坝肩基岩6次钻孔压水试验资料可知，强风化岩体的透水率为11.8~19.2Lu，为中等透水性，弱风化岩体的透水率为6.7~8.3Lu，表明弱风化岩体具弱透水性。
1.3.8　大坝主要工程地质问题及评价
1.大坝坝基渗漏问题及评价
大坝坝基及左右坝肩为片麻岩，基岩顶部1.60~3.50m为强风化带，强风化带岩性较软且破碎，坝基基岩的透水率为11.8~19.2Lu，基岩具中等透水性，说明筑坝时坝基清基工作不彻底，坝基渗漏是坝脚产生多处渗漏的原因。建议对坝基、坝肩进行深度至弱风化基岩1.0-1.5m的防渗处理。
2.大坝中部转折处山体两侧坝肩绕坝渗透问题及评价
大坝中部山体两侧（即转折部位）在高水位时有绕坝渗漏现象，外坡可见3处明显的渗水眼，该处存在绕坝渗漏同样是筑坝时清基工作不彻底，而山体表层强风化带基岩裂隙发育，基岩同样具中等透水性，库水沿裂隙渗出形成绕坝渗漏。处理的方法同样是进行深度至弱风化基岩1.0-1.5m的防渗处理。
3.大坝心墙顶高不足
大坝右侧心墙埋深5.80m，该段土层岩性主要为砂壤土、粉砂和片麻岩碎块，结构松散，钻探时易塌孔、埋钻，漏水，该水库右侧心墙顶高严重不足。建议该段心墙应接高。
4.大坝坝体稳定问题
迎水面干砌块石护坡松动，块石风化严重；该大坝较高，坝顶宽只有3.0m，大坝内外坡均较陡，坝体极为单薄，加之大坝中部坝肩绕坝渗漏严重，这些都影响到坝体稳定性。建议对内外坝坡进行整坡处理。
1.3.9　溢洪道的工程地质条件及评价
溢洪道位于大坝左侧坝肩，为开敞式明渠，长87.0m，堰顶高程现为94.00m，堰宽上为20m，下宽为10.0m，最大下泄流量为66.3m3/s，基础为强风化片麻岩，其抗冲性能较差。
1.3.10　输水建筑物质量问题及评价
输水建筑物基础为片麻岩，地基条件较好。现输水石涵口漏水严重，闸门关闭时出水口见库水流出，漏水的原因是输水石涵直接坐落在强风化片麻岩上，强风化基岩节理裂隙发育，通过后期的风化作用裂隙不断扩大和贯通，输水石涵漏水不排除外围强风化基岩裂隙漏水，建议在对输水石涵本身进行隔渗加固的同时，同样应对输水石涵周围强风化基岩进行灌浆处理。
1.3.11 天然建筑材料
土料：大坝加固工程或灌浆需少量粘土料，土料场选择在大悟河口镇，距大坝15.0km，料场地形起伏不大，多为剥蚀残丘地貌，广泛分布有Q3、Q4的老粘性土或一般性土，土料成分为粘土、壤土，褐~黄褐~红褐色，其粘粒含量高，无膨胀性，土料场开采条件好，运输较便利，其储量和质量都满足工程需要。
砂石料：大坝加固所需砂石料较多。石料可从大悟县桃园采石场购进，运输距离45.0km，石料为片麻岩，灰白色，新鲜片岩抗压强度大于50MPa，储量丰富，质量满足设计要求，建筑砂料需到的滠水河购进，运输距离20km。
1.4 工程任务及规模
1.4.1工程存在问题
1. 下游坡的抗滑稳定不能满足规范要求。
2. 大坝坝坡太陡，坝体不能按照设计要求挡水。大坝心墙高度严重不足，坝基清基不彻底，特别是岸坡削坡或清基不符合要求，导致坝体坝基渗漏，部分地段坝体与坝基的接触渗漏及坝体与岸坡的接触渗漏。大坝存在坝基渗漏和大坝中部转折处山体两侧坝肩绕坝渗透问题。
3. 溢洪道施工质量较差，且大部分未衬砌，由于浆砌石衬砌的基础处理不好，普遍存在不均匀沉降，砌体质量差，所以出现了边墙破损严重，底板老化，已破坏了结构的整体性和稳定性，一旦宣泄较大洪水时，必将造成严重的后果。
4. 高剅管隧洞衬砌可以满足强度和承载力要求，但隧洞内壁衬砌脱落老化严重，低剅管正截面承载力不满足要求。涵管表面冲蚀严重。管壁接缝处止水老化。
5.输水设施的闸门锈蚀严重，启闭设备老化、陈旧，操作不便。
6.大坝无安全监测设施。
7.水库无水雨情自动测报系统，无洪水调度系统。通讯及管理设施落后。
1.4.2除险加固必要性
郑家冲水库是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养殖等综合利用的小（1）型水库，水库建成以来发挥了重要的作用，取得了良好的社会效益，但由于水库建设过程中诸多不规范因素，郑家冲水库是在特殊年代设计、施工的，受当时条件限制，水库枢纽前期准备工作不足，设计施工不规范，工程质量受限，属“三边”工程。无全面规划和文字材料，从原始资料来看，仅保存有工程勘测设计任务书、水库枢纽工程设计说明书、高低剅管及闸门安装图等资料。在以后的两次整险加固工程中虽有整险加固（工程）说明书和工程图纸，但受当时条件限制，资料不够全面，方法不够完善，成果较为粗糙。
目前，该水库仍存在较多的安全隐患，影响水库效益的发挥。在水库下游有2条交通干线，影响城镇厂矿10km，影响耕地3000亩，影响人口5000人，水库一旦失事，将给下游带来不可估量的损失。
因此，对郑家冲水库进行除险加固是十分必要的。
1.4.3工程规模
郑家冲水库是一座灌溉为主，兼顾防洪、养殖等综合利用的小（1）型水库，枢纽工程为Ⅳ等工程，主要建筑物（包括大坝、溢洪道和输水涵洞等）级别为4级，次要建造物级别为5级。按照《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252－2000）的规定，防洪标准为30年一遇设计，300年一遇校核，溢洪道消能防冲设计洪水标准按20年一遇设计。水库设计洪水位为95.0m，校核洪水位为95.66m，20年一遇的最大泄流量为31.9m3/s。
1.5工程布置与主要建筑物
1.5.1工程等级与防洪标准
郑家冲水库总库容461.3万m3，根据部颁《水利水电工程等级划分及设计标准》（SL 252-2000）和国家《防洪标准》（GB50201-94）的有关规定，水库属于小（1）型，工程等别为Ⅳ等，主要建筑物（包括大坝、溢洪道和输水涵洞等）级别为4级，次要建造物级别为5级。水库大坝的防洪标准采用30年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核。
工程所在地区地震基本烈度为Ⅵ度。
1.5.2大坝
根据运行中大坝出现的险情、地质钻探成果与安全鉴定中洪水复核的结果，对主坝的加固主要包括以下内容：
（1）心墙加高与下游坝坡培厚
心墙局部顶部高程欠高，心墙顶加高结合防渗处理一并考虑；由于下游坝坡抗滑稳定性不满足要求，需对下游坝坡贴破加固；对大坝坝顶加宽整平后做泥结石路面。
（2）坝体、坝肩、坝基防渗加固
解决大坝粘土心墙渗漏问题的加固方案可有多种，一种为对粘土心墙劈裂灌浆；另一种为建混凝土防渗墙。经分析研究，本设计拟采用第一种方案，底部伸入基岩，基岩下部及坝肩进行帷幕灌浆，帷幕灌浆深度按10Lu防渗控制下限考虑。
（3）加固后的渗流与坝坡稳定性分析
加固后的大坝渗流稳定性分析采用理正软件有限元分析法，对正常蓄水位、设计洪水与校核洪水三种工况进行了计算。计算结果表明，下游坝体内浸润线位置、渗流出逸坡降满足规范要求。
大坝的坝坡稳定性计算结果在各计算工况下均满足规范要求。
（4）大坝下游坝坡排水
在大坝下游坡整修纵向排水沟、两岸坝肩排水沟。
1.5.3溢洪道
溢洪道位于大坝左端山体马鞍地形处，为河岸开敞式溢洪道，水流消能后进入原河道。堰型设计为开敞式宽顶堰，堰顶宽度19.5m，最大泄洪流量167.4m3/s。进口断面为梯形断面，边坡为1：0.2，砌石衬砌。泄水槽为矩形断面，无衬砌。消力池为矩形断面，底宽为20.0m，深3.3m，长10m，破损严重。溢洪道绝大部分未衬砌，消力池为混凝土结构。
本次除险加固对溢洪道进口段、控制段、泄槽段的边墙、底板、消力池、尾水渠重建。
1.5.4输水建筑物
郑家冲水库设置有高剅管和低剅管两种涵管，输水建筑物与大坝同期建设。低剅管已经封堵。
由于下游坝坡培厚，改用输水埋管（50cm钢管）代替下游过坝渠输水。
由于下游坝坡培厚，故高剅出口移后，管长需要增加12米。
高剅为隧洞形式，衬砌可以满足强度和承载力要求，闸门锈蚀严重，启闭设备老化、陈旧、操作不便，本次加固对高剅更换闸门和启闭设备，对地剅进行全断面封堵。
1.5.5 观测设施
根据工程现状，结合《郑家冲水库大坝安全鉴定报告》等内容中所提问题，本次监测设计的主要方案为：
在大坝下游坝脚布置一套三角量水堰，监测大坝的渗漏情况。
在大坝上、下游侧各设一组水尺观测库水位。
1.6金属结构
（1）现状
郑家冲水库金属结构及高剅启闭设备为斜拉活塞(φ0.7m)闸门，因闸门和启闭机系统存在严重的老化问题，影响水库效益的正常发挥；拉杆锈蚀，启闭不灵活，难以正常工作，致使水库运行存在安全隐患。
（2）加固设计
更换郑家冲水库高剅工作闸门及启闭设备。
1.7施工组织设计
1.7.1 施工条件
（1）对外交通
从上集镇市区至郑家冲水库有一条公路，但不能够直接到达坝区，公路末端距离坝体约有300～400m，不能满足防汛抢险要求。
（2）施工场地条件
本工程为加固改造工程，其部分施工房屋建筑可利用管理单位房屋及管理仓库，不足部分可现场搭设临时工棚。
（3） 施工期供水供电
郑家冲水库水源充足，水质较好，施工用水可直接从库中抽取。施工用电，只需从距0.5km的坝旁引一根专用电源线。
（4） 建筑材料来源
工程所需建筑材料主要有钢筋、钢材、水泥、木材、油料、块石、砂石骨料和土料等，除土料、块石、砂石骨料从工地附近购买外，其它各建筑材料均需从红安县城采购。
1.7.2 施工导流
为保证水库枢纽的正常运行及隧洞的正常开挖，在隧洞进口前应修施工围堰，由涵管导流。根据《水利水电工程施工组织设计规范》(SL303—2004)的要求，施工围堰为临时建筑物，按5级设计，相应的洪水标准为5年一遇。
具体的导流方式为：首先从11月下旬开始利用高剅隧洞将库水位降至死水位82.9m，12月~1月对高剅进口修筑挡水围堰，更换工作闸门，之后拆除涵管进口前围堰。
经调洪计算，施工期最高洪水位84.62m，以此进行围堰设计，围堰堰顶高程85.62m，围堰高度4.0m。
围堰采用草袋粘土围堰，围堰顶宽3.0m，坝坡1：1.15，根据地形条件，围堰长度40.0m。
1.7.3 料场选择与开采
土料场选择在大悟河口镇，距大坝15.0km，料场广泛分布有Q3、Q4的老粘性土或一般性土，土料成分为粘土、壤土，褐~黄褐~红褐色，其粘粒含量高，无膨胀性，土料场开采条件好，运输较便利，其储量和质量都满足工程需要。
石料可从大悟县桃园采石场购进，运输距离45.0km，石料为片麻岩，灰白色，新鲜片岩抗压强度大于50MPa，储量丰富，质量满足设计要求。
砂料需到的滠水河购进，运输距离20km。
1.7.4 主体工程施工
主体工程施工主要包括大坝、溢洪道、输水隧洞等工程。
（1）主坝防渗与加固
由于坝顶宽只有3m，施工不便，因此将坝顶下挖1m，再进行大坝防渗加固的施工，待施工完毕后，回填坝顶至原有高程96.9m。
大坝基岩帷幕灌浆采用水泥浆液灌注，分三序孔进行。采用150型地质钻机钻孔，BW250/50型灌浆泵灌浆，0.4m3强制式搅拌机制浆。帷幕孔采用一次成孔，自下而上分段灌浆。基岩上部坝体钻孔采用粘土泥球和砂料回填。
心墙劈裂灌浆施工，劈裂灌浆孔直径为75mm。灌注材料以粘土泥浆为主，泥墙的设计干容重为灌浆1年以后应为1.4～1.6t/m3。
由于大坝心墙欠高，采用套井冲抓回填粘土心墙，加固后回填心墙顶高程为96.0m。心墙粘土材料渗透系数不大于1×10-5cm/s，心墙粘土的干密度大于15kN/m3粘粒含量35%~50%，含水率控制最优含水量±3%的范围内，套井回填土压实度≥96%。钻孔布置在坝轴线上，按主孔和套孔相间布置，一主一套相交连接成墙。设计单排孔布置，与心墙同轴线，开孔直径2R=1.1m，孔距L=0.8m，填筑心墙成墙有效厚度T=1.0m，套井冲抓为220m。
坝顶施工程序为：土方开挖+土方回填+坝肩石施工→铺路基→泥结碎石路面。施工按设计由低到高进行，由人工施工。大坝下游坡原为草皮护坡，除去表层土约15cm，然后回填坝壳料，使下游坝坡至加固设计坡度1：2、1：2.5（由上到下），采用草皮护坡。
（2）输水建筑物施工
金属结构施工主要为高剅的闸门和启闭机更换。过坝渠改为坝内钢管，高剅出口处接长。其中闸门及启闭机的更换采用汽车起重机配合吊装。过坝渠由于漏水严重，改用输水埋管（50cm钢管）代替下游过坝渠输水。由于下游坝坡培厚，故高剅出口移后，管长需要增加12米。
（3）溢洪道施工
溢洪道上的土石方开挖主要采用人工手持式风钻钻孔结合爆破开挖。土石方回填主要为挡土墙两侧石渣填筑，拟采用1.0m3反铲挖掘机挖装、5t自卸汽车运输、推土机铺筑、轻型碾碾压的方法施工。靠近挡土墙部分，采用人工夯实。砼浇筑主要包括底板和两岸砼挡土墙等部位。溢洪道下游出水渠底板和两岸护坡均为浆砌石。
1.7.5 施工总布置
根据工程建设内容和特点，为方便施工，将主要生产区布置在大坝左、右两岸的岗地上，包括钢、木加工场、砼拌和站及水泥仓库等。临时生活区、灌浆基地和综合仓库布置在电站附近的相对开阔地上。
各工作面施工用水可分别从库中取水。大坝及输水建筑物用电可结合永久用电，加大输电线路和变压器的容量，满足施工高峰用电要求，需架设临时供电线路0.5km。
输水洞施工项目主要是进口处的重建和防碳化处理。从现场地形条件来看，右岸坝肩有比较开阔的施工场地，施工时用来布置砼拌和系统、砂石料堆放场等施工辅助设施。
1.7.6 施工总进度
首先从10月下旬开始利用涵管将库水位降至死水位82.8m，12月更换闸门和机电设备，1月初拆除涵管进口前围堰。
大坝心墙劈裂灌浆和坝基帷幕灌浆安排在12月～4月，12月～3月进行坝体心墙冲抓套井回填粘土及坝顶路面施工。3月到5月完成下游坝坡培厚整形、草皮护坡及坝面排水沟等的施工。
溢洪道施工安排在11月至次年3月。
管理设施等施工安排在6～7月。
8月～9月进行现场清理及工程完工。
1.8工程占地
根据防洪复核成果，本次除险加固未提高水库水位，不存在库区淹没损失和淹没处理问题，
移民拆迁问题，四户，计330 m2
根据施工组织设计，本工程临时占地16亩，无永久占地。
1.9 环境保护设计
该库是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养殖等综合利用的小（1）型水库，但由于该水库枢纽工程存在质量隐患，不能正常的运行，影响了水库综合效益。通过采取一系列工程措施对水库除险加固后增加水库的整体效益。
施工期间产生的废气、废水、废渣、噪声对工程区环境造成一定程度的污染，但采取措施后可以得到减免。
施工开挖和废渣堆放对工程区植被有一定的影响，也易造成水土流失，采取适当防治措施后亦可得到减免。
水库除险加固后对工程区有一定的影响，但从总体上看，工程加固后提高了灌溉、养殖效益，并且水库下游的防洪安全有了保障。虽然施工期间，将对工程区环境产生不利影响，但影响是局部的、暂时的，通过采取相应的对策措施可以减免。因此，从环境角度讲，不存在制约因素，不会造成大的不利影响，工程是完全可行的。
本工程环境保护投资为4.86万元。
1.10 水土保持设计
本工程在施工期将产生一定量土石开挖及回填，损坏现有林草植被，如果任意让地表裸露或弃土弃渣随意倾倒、堆放在河边、河滩、耕地中，将造成严重的水土流失，淤积河道，同时对土地资源也将造成不容忽视的破坏和浪费。
郑家冲水库除险加固施工期长且不集中，计划工期12个月，施工期为枯水期，停工期为主汛期，雨季容易造成取土场地、新开挖填筑的土质裸露面以及基础开挖面的水土流失发生。
根据建设活动类别、工程布局、防治责任、水土流失特点等，对防治责任范围划分为5个水土保持治理区：主体工程区、弃渣治理区、取土场治理区、施工附属企业区、施工道路区。
根据工程建设区地形、地质、土壤条件及区域水土流失状况，结合施工特点、施工布置和建设区近远期发展规划，以及所产生的水土流失影响和防治目标，统筹制定水土保持措施。按照工程措施和植物措施相结合、重点治理和一