水库安全评价报告.doc

【摘要】本文从水库的防洪安全标准复核、工程质量、结构安全、渗流安全、金属结构安全、大坝运行管理以及现场安全检查等主要方面，依据有关现行规范规定和大坝安全评价分类标准，对孙庄水库大坝工程安全性进行了全面复核和综合评价。经复核，水库现有防洪标准不满足要求，且存在许多严重安全隐患，如坝体填筑质量差、坝坡冲刷严重、坝体渗漏、金属结构老化失修等严重问题，已危及水库大坝的安全。因此，综合评价该大坝为三类坝，属于病险水库，应及早进行除险加固。关键词：孙庄水库 安全评价 病险水库 除险加固1前言孙庄水库位于信阳市浉河区吴家店乡十里村，处在游河支流上，是一座以防洪、灌溉为主，结合水产养殖等综合利用的小（2）型水库。水库于1977年建成，控制流域面积0.5km2，总库容18.3万m3，根据防洪标准（GB5020194）及水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000），本次复核将防洪标准确定为10年一遇洪水设计，50年一遇洪水校核，总库容18.3万m3。水库主要建筑物由大坝、溢洪道、1#及2#输水洞等组成。水库兴建时，工程在无任何勘测设计资料的情况下仓促上马，属“三边”工程；由于当时建筑材料缺乏，加之群众性施工，施工质量低劣，又经过三十多年的运行，导致坝体严重渗漏，坝顶高程不满足防洪标准要求，上游护坡大面积空洞、坍塌，且溢洪道未护砌，无消能设施，致使洪水不能安全下泄，直接威胁水库大坝安全。为此，在信阳市水利局直接领导下，成立了水库大坝安全鉴定领导小组，组织力量对水库各方面进行了论证和评价，按照水库大坝安全评价导则（SL2522000）的要求，结合孙庄水库的工程现状，提出的主要专题成果如下：孙庄水库防洪标准复核；孙庄水库工程质量评价；孙庄水库结构安全评价；孙庄水库渗流安全评价；孙庄水库金属结构安全评价；孙庄水库大坝运行管理评价；孙庄水库现场安全检查报告。本文将以上述成果为主，并结合其它文献对大坝工程的安全性作综合评价。2工程概况2.1水库特性孙庄水库控制流域面积0.5km2。工程设计防洪标准采用10年一遇洪水设计，50年一遇洪水校核。调洪成果为：设计水位114.47m，相应库容15.5万m3；校核水位114.95m，相应库容18.3万m3；水库起调水位113.40m，兴利水位113.40m，相应库容10.1万m3；死水位109.00m，死库容0.2万m3。根据水利水电工程等级划分及洪水标准（SL2522000），孙庄水库属小（2）型水库，工程等级为等，主要建筑物级别为5级。主要建筑物有大坝、溢洪道、1#及2#输水洞等。工程总体布置见图11。图1-1 工程现状平面布置图2.2大坝大坝为均质土坝，坝长115m（桩号0+0000+115），现状坝顶高程114.20 m114.80m，最大坝高6.8m，坝顶宽3.5m，无防浪墙。坝顶路面为土路面，凸凹不平。据我院2012实测断面，大坝上游坡比为1:2，下游坡比为1:1.81:2.1。上游坝坡未护砌，冲刷严重，杂草丛生，下无垫层；下游坝坡不规整，杂草丛生，无排水设施。2.3溢洪道溢洪道位于大坝右侧，为开敞式土渠，未护砌，无消能设施，无法安全泄洪。控制段顶高程为113.40m，底宽2.0m，最大下泄流量7.4m3/s。2.4输水洞1#输水洞位于大坝桩号0+060处，进口无控制设施，底部高程109.00m，洞身为砼管，洞身长24.7m，设计输水流量0.08m3/s。出口砌体坍塌，淤积严重。2#输水洞位于大坝桩号0+080处，进口无控制设施，底部高程110.00m，洞身为200mm砼涵管，洞身长22.5m，设计输水流量0.08m3/s。出口砌体缺失，淤积严重。2.5观测设施大坝建成时未设置任何工程安全监测设施，无位移及渗漏观测设施。2.6大坝运行情况水库大坝在30多年的运行中，曾发生坝体渗漏、溢洪道不能安全泄洪、金属结构老化失修等严重问题，虽经处理仍未消除工程隐患。目前，大坝不能正常运行。3水库防洪标准复核3.1洪水计算依据由于孙庄水库无实测流量及雨量资料，邻近又没有雨量观测站，因此暴雨参数采用河南省中小流域设计暴雨洪水图集（河南省水利勘测设计院，1984年，以下简称84图集）和河南省暴雨参数图集（河南省水文水资源局编制，2005年，以下简称05图集）分别计算。3.2库容、泄流曲线的采用通过万分之一航测图量算水库的流域面积、河道长度、河底比降，复核结果与以往水文复核的特征值结果相同，即：流域面积F=0.5km2，河道长度L=0.742km，河底平均比降J=0.0264。3.3水库现状安全标准复核成果3.3.1调洪原则起调水位113.40m，水位高于113.40m时，溢洪道敞泄。3.3.2洪水计算成果孙庄水库洪水计算成果见表11。 表11 孙庄水库现状调洪演算成果汇总表P最高水位(m)相应库容(万m3)最大泄量（m3/s） 1/10114.47 15.5 3.9 1/50114.95 18.3 7.4 3.4结论按国标GB5020194防洪标准及SL2522000水利水电工程等级划分及洪水标准，孙庄水库属小（2）型水库，大坝级别为4级。坝顶高程核算见表12。表12 坝顶高程核算表 项 目符号单位大 坝设计状况校核状况计算风速Wm/s22.515等效风区长Dm330350波向线与坝法线夹角2222平均波长Lmm6.402 4.251 平均波高hmm0.208 0.138 平均波浪爬高Rmm0.576 0.336 5%波浪爬高R5%m1.060 0.618 折减系数K0.9520.952最终波浪爬高Rm1.009 0.589 安全加高Am0.5 0.3 安全超高ym1.509 0.889 最高静水位H0m114.47 114.95 计算坝顶高程Hm115.98 115.84 现状大坝坝顶高程为114.20114.80m，低于计算坝顶高程115.98m，不满足规范要求。因此此水库大坝现状防洪能力为C级。4工程质量评价4.1大坝质量评价4.1.1坝基根据工程地质勘察报告成果，大坝坝基由抗渗透性能较好的低液限粘土（Q4al）组成。呈灰褐色，黄褐色黄色，稍湿，土的状态为可塑状态，局部为软塑状态，标准贯入试验46击不等，含铁锰质结核，断面上有灰色网纹，分布在坝基处及冲沟处。承载力特征值fak180KPa。据当年施工人员回忆：坝体填筑前曾进行过清基，钻孔注水试验，渗透系数K10-6cm/s，属极微透水层。水库运行30多年来，未发现大的质量问题，说明坝基工程质量合格。4.1.2筑坝土料据信阳市孙庄水库安全评价工程地质勘察报告（以下简称地质勘察报告）对筑坝土料的分析资料得知，坝体填土材料以低液限粘土为主，夹灰色耕植土，填土较杂乱，填土厚度不均一，施工压实不均匀，钻进过程中缩径严重，坝体填土合格率低。故部分土料不能满足筑坝要求。4.1.3坝体填筑通过本次钻探,孙庄水库坝址区主要存在大坝填土填筑碾压质量差，坝体填土与坝基低液限粘土结合处理较差。根据小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则（SL18996），粘性土压实度可取0.950.97，因此本次坝体质量评价采用压实度0.96。取坝体填土做击实试验，最大干密度为1.70g/cm3。干密度设计值为1.690.961.62g/cm3。将干密度1.62g/cm3作为填土质量评定依据。该坝填土6组土样中干密度d范围值1.551.62g/cm3，其中d1.62g/cm3的为1，占16.7%。充分说明坝体填筑碾压质量差，填土质量合格率低。由室内试验成果并结合现场勘察，坝体填土材料以低液限粘土为主，夹灰色耕植土，填土较杂乱，填土厚度不均一，施工压实不均匀，钻进过程中缩径严重，坝体填土合格率低。填筑质量较差。故判定坝体填筑质量为不合格。4.1.4大坝护坡大坝迎水坡现状冲刷严重，未进行任何护砌，无法抗御风浪冲刷，危及坝体安全。大坝下游坡坡率不均，现状杂草丛生。4.1.5下游排水设施下游坝坡坡脚处未设置排水体，浸润线高，无排水沟，雨水顺着坝坡冲刷、淘蚀坝脚，危及坝体安全。4.1.6大坝工程质量评价从大坝坝基处理及坝体填筑等方面看，坝体填筑前曾进行过清基，运行30多年来，坝基没有发现大的质量问题。但大坝坝体填筑土料不合格，填筑质量较差，填筑土干密度未达到设计要求，造成坝体渗水、上游坝坡冲刷严重，危及大坝安全。综上所述，大坝工程质量判定为不合格。4.2输泄水建筑物质量评价4.2.1溢洪道质量评价溢洪道为开敞式土渠，未护砌，冲刷严重，无消能设施，断面不规整，两侧岸坡坍塌，泄洪不畅，危及水库安全。故溢洪道工程质量不合格。4.2.2输水洞质量评价查阅相关资料及现场察勘，1#及2#输水洞洞身基础部分持力层均为低液限粘土，该层土沉积密实，厚度大，呈硬塑状，洞身基础不存在变形、渗漏质量隐患，但是1#输水洞进口无控制设施，洞身断裂，无法使用，2#进口无控制设施，放水极为不便，出口砌体坍塌，缺失。故判定输水洞工程质量不合格。4.3工程质量综合评价大坝填筑土料不合格，填筑质量差，干密度大部分未达到设计要求；上游坝坡未护砌，冲刷严重，下游坝坡无排水设施，坝顶路面凸凹不平；溢洪道为土渠，未护砌，无消能设施，泄洪不畅；1#输水洞进口无控制设施，洞身断裂，2#输水洞进口无控制设施，无法控制水流，出口段坍塌、缺失。因此，综合判定工程质量不合格。5大坝结构安全评价5.1大坝5.1.1计算方法坝坡稳定安全计算采用有限元法，采用有效应力参数。5.1.2指标采用大坝填筑土物理特性指标采用地质勘察报告中提供的数据，其中土体容重采用均值，c、值均采用小值平均值。采用值见表13。表1-3 筑坝材料物理特性指标（采用值）含水量(%)密度(g/cm3)干密度(g/cm3)孔隙比压缩系数(MPa)压缩模量(MPa)饱和快剪饱和固结快剪凝聚力(Kpa)内摩擦角(度)凝聚力(Kpa)内摩擦角(度)25.31.971.570.7300.2556.8230.014.029.015.05.1.3计算工况坝坡稳定按稳定渗流期和水库水位降落期两种工况进行复核。取大坝最不利断面（桩号0+050）作坝坡稳定计算。上游坝坡：上游最不利水位111.53m；校核水位114.95m突降至兴利水位113.40m。（2）下游坝坡：上游设计水位114.47m；正常蓄水位113.40m上游校核水位114.95m；5.1.4大坝稳定分析大坝结构安全最小安全系数复核成果见表14。表14 大坝稳定安全分析成果表坝 段坝坡情况分 析 工 况最小安全系数允许值河槽段（0+0300+080）下游坡正常上游设计水位114.47m1.1221.15正常蓄水位113.40m1.1401.15非常上游校核水位114.95m1.0191.05上游坡正常上游最不利水位111.53m1.3721.15非常校核水位突降至兴利水位113.40m95109.78m95.00125.60m.00 m1.2041.05孙庄水库大坝属5级建筑物，根据小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则（SL189-96）对5级建筑物最小安全系数规定:正常情况为1.15，非常情况为1.05。由上表可见，大坝下游坝坡稳定安全系数不满足规范要求。5.1.5大坝变形分析孙庄水库大坝建成后没有设置大坝变形观测点，沉陷变形只能现场观测。水库大坝由于未安装沉降、位移等观测设施，所以无沉降、位移等观测资料。水库建成于1977年，经过30多年的运行，大坝坝体沉降和水平位移基本趋于稳定，经现场检查未见异常现象。5.1.6大坝结构安全评价及建议（1）评价经计算，下游坝坡稳定安全系数不满足规范要求，坝体填筑质量差，上游坝坡未护砌，坝顶路面凸凹不平。坝体存在白蚁侵害。综合评定大坝结构安全性为C级。（2）建议按设计坡比整修坝坡；对大坝坝体进行防渗补强加固处理；硬化坝顶路面；新建上游砼护坡；做好坝面排水沟与坝后排水体；大坝安装位移及浸润线观测点，以便运行管理；白蚁侵害治理；加强对大坝检测，发现情况及时上报。5.2溢洪道安全评价5.2.1过流能力复核溢洪道堰顶高程113.40m，堰顶宽2m，泄洪时，按宽顶堰自由溢流情况复核其过流能力。经复核，现状坝顶高程不满足防洪要求，故溢洪道泄流能力不满足要求。5.2.2溢洪道安全评价及建议(1)评价经复核，溢洪道泄流能力不满足设计要求，且溢洪道为土渠，未护砌，无消能设施，无法安全泄洪，判定其结构安全性别为C级。 (2)建议对溢洪道开挖护砌；增设下游消能设施。5.3输水洞安全分析5.3.1过流能力复核1#及2#输水洞均按压力洞进行过流能力复核。经复核，在正常蓄水位113.40m时，输水洞过流能力分别为0.1m3/s、0.12m3/s，满足设计过流能力要求。5.3.2存在问题通过现场检查及老化病害检测，发现输水洞主要存在以下问题：1#输水洞进口无控制设施，洞身断裂，无法使用；2#输水洞进口无控制设施，出口砌体坍塌缺失，淤积严重。5.3.3输水洞安全评价及建议评价输水洞未达到设计标准，工程存在严重的安全隐患，已不能正常运用，故判定其为三类建筑物，安全性能为C级。建议1#输水洞拆除重建；2#输水洞更新 进出口。5.4结构安全综合评价经复核，下游坝坡稳定安全系数不满足规范要求，但坝体填筑质量差，上游坝坡未护砌，坝顶路面凸凹不平；溢洪道为土渠，无消能设施；1#输水洞无控制设施，洞身损毁，2#输水洞进口无控制设施，出口段砌体坍塌、缺失。故结构安全性为C级。6大坝渗流安全评价6.1坝体渗流安全评价由于大坝下游未设置量水堰，因此大坝的渗漏量无法量测，仅从下游湿润的明显程度观察渗漏状况。观察结果表明：当库水位达113.40m时，大坝背水坡即出现大面积渗水，下游坝坡出现明流,并伴有散浸现象，散浸主要位于桩号0+0300+080处，由高程113.0m至坝脚。经对坝体钻孔进行分段注水试验揭示，坝体渗透系数K=2.8610-41.5310-4cm/s，呈中等透水性。采用河槽段典型断面进行渗流计算。根据勘测资料，坝体渗透系数取k=2.28104cm/s，坝基相对于坝体为不透水地基。本次计算工况取兴利水位113.40m、10年一遇的设计洪水位（114.47m）和二种情况。该断面在三种工况下，下游无水。计算结果见表15。表1-5 大坝渗流计算结果表水位（m）a0（m）逸出点高程（m）渗漏量q（m3/dm）坝坡JJ113.40（兴利）0.70108.700.2830.380.35114.47（设计）1.90109.900.2900.400.35计算结果显示，在不同工况下坝坡渗透坡降大于其允许水力坡降，且坝体渗流逸出点较高，渗漏量大，故坝体的渗流是不稳定的。分析其原因：一是坝体填筑质量差，渗透系数大，造成下游坝坡大面积散浸。二是下游坝脚处无排水体，无法降低坝体浸润线。综合分析，坝体渗流形态不安全。6.2坝基渗流安全评价据钻探分析，坝基为密实的低液限粘土（Q4al），黄褐色黄色，稍湿，土的状态可塑硬塑状态状态，含铁锰质结核，断面上有灰色网纹，渗透系数K10-6cm/s，属极微透水层。由下游坡观察及钻孔结果分析孙庄水库不存在坝基渗水，且当年施工时，坝体填筑前进行了清基。运行30多年来，没有发现大的质量问题，变形、渗透均表现正常，说明坝基渗流性态稳定。6.3大坝渗流安全评价及建议（1）评价大坝坝体呈中等透水性，自投入运用以来，在遭遇到数次较高库水位（113.40m）以上时，发现下游坝坡有渗水、散浸现象，且目前坝体无排水设施，出逸点高。综合分析各种因素，判定大坝渗流安全性为C级。（2）建议对坝体进行防渗处理，其中以河槽段为重点，兼顾其它坝段，以增加大坝的整体抗渗性能；加强渗流观测，特别是高水位的观测工作，增设浸润线观测管； 增设下游量水堰，以便准确地观察大坝渗漏状况；增设下游排水体，防止渗透变形；做好坝外坡面排水工作。7金属结构安全评价输水洞进口缺失控制设施，无闸门等金属结构设施。8大坝抗震复核由中国技术监督局2001年发布的中国地震动参数区划图查得，孙庄水库坝区地震动参数为0.05g，相当于地震基本烈度为度，按规范不进行抗震安全复核。9大坝运行管理评价孙庄水库自建成投入运行以来，累计提供灌溉用水0.03亿m3，水库拦蓄洪水，有效地减轻了下游的旱涝灾害，促进了当地工农业生产和国民经济的发展。根据水库管理通则要求，水库管理有三大任务，即大坝运行(调度)、大坝维护和大坝安全监测。9.1大坝运行9.1.1大坝管理孙庄水库水管所根据有关要求编制了孙庄水库防汛运用调度表，规范了调度工作，规定了水库在防洪和兴利调度方面的具体做法和工作程序。每年都能够根据当年的实际情况编报水库的防洪与兴利调度计划。9.1.2洪水调度方案洪水调度方案：起调水位为113.40m，超过此水位时溢洪道自由泄流。9.2大坝维护为了及时掌握和发现大坝在运行中是否正常，建立了工程检查制度，孙庄水库管理单位每年在汛前、汛后都开展工程检查，并将工程检查结果及时上报县、市主管部门，针对在工程检查中发现的问题及时制定维护方案，报请上级主管部门审批，尽量使其处于安全和完整的可运行状态。为确保大坝维护工作的正常进行，制订有各项规章制度，并能够依照程序执行。9.3大坝安全监测水库大坝监测仅包括巡视检查，巡视检查分为定期检查以及特殊情况(如高水位、大风浪)检查。水库建成后并没有设测压管及变形观测等设施，大坝仪器监测工作无法正常开展。9.4大坝运行情况综合评价9.4.1综合评价综上所述，大坝运行管理有章可循，制度基本健全，并能执行，但从监测情况看，大坝监测设施缺乏，水库输泄水建筑物不能正常运行，大坝坝体出现渗漏，护坡塌陷、空动，所以大坝是处于不安全的运行状态。由此判定孙庄水库运行情况为差。9.4.2建议增加垂直、水平位移观测项目，增加渗漏量观测，增加监测仪器设备，以利于更有效地监测大坝运行。10大坝综合情况评价本次水库大坝安全鉴定，在全面整理分析建库以来的各种技术资料的基础上，结合现场检查，进行了洪水和大坝、溢洪道、输水洞等主要建筑物的安全复核，综合评价如下：孙庄水库是以防洪、灌溉为主，结合水产养殖等综合利用的小（2）型水库，水库下游有0. 1万人，地理位置十分重要。经复核，坝顶高程不满足防洪标准（GB5020194）规定要求，溢洪道不能安全泄洪。防洪安全性为C级。大坝填筑土料不合格，填筑质量差，干密度大部分未达到设计要求；上游坝坡未护砌，下游坝坡无排水设施，坝顶路面凸凹不平；溢洪道为土渠，无消能设施；1#输水洞进口淤塞，洞身断裂，2#输水洞无控制设施，出口段砌体坍塌，缺失，淤积严重。综合判定工程质量不合格。大坝结构安全评价经复核，下游坝坡稳定安全系数不满足规范要求，坝体填筑质量差，上游坝坡未护砌，坝顶路面凸凹不平；溢洪道为开敞式土渠，无消能设施，渠道冲刷淘蚀严重，无法安全泄流；1#输水洞进口淤塞，洞身断裂，2#输水洞无控制设施，出口段砌体坍塌，缺失，淤积严重。综合判定大坝结构安全性为C级。渗流安全评价大坝坝体呈中等透水性，自投入运用以来，在遭遇到数次较高库水位（113.40m）以上情况时，发现下游坝坡有渗水、散浸现象，且目前坝体无排水设施，出逸点高。综合分析各种因素，判定大坝渗流安全性为C级。金属结构安全评价1#及2#输水洞均未发现金属结构设施。大坝抗震复核由中国技术监督站2001年发布的中国地震动参数区划图查得，孙庄水库坝区地震动参数为0.05g，相当于地震基本烈度为度，按规范不进行抗震安全复核。大坝运行管理评价由于水库现状严重缺乏监测设施，大坝监测无法按照规范操作，判定大坝运行管理差。综合各专项安全性级别分类，孙庄水库大坝安全性级别为C级，为三类坝，属病险水库。建议及早对其进行除险加固，以充分发挥其综合效益。图1-6 孙庄水库工程特性表集雨面积0.5km2多年平均降雨量1100mm多年平均年最大风速22.5m/s正常蓄水位113.40m死 水 位109.00m死 库 容0.2万m3设计水位114.47m相应库容117.7万m3校核水位114.95m总库容18.3万m3兴利水位113.40m兴利库容9.9万m3设计洪水设计洪水频率10年一遇校核洪水校核洪水频率50年一遇洪 量7.8万m3洪 量13.5万m3洪峰流量13.0m3/s洪峰流量18.8m3/s下泄流量7.4m3/s下泄流量9.5m3/s大坝型 式均质土坝溢洪道型 式开敞式溢洪道坝顶高程114.20114.80m堰顶高程114.70m最大坝高6.8m最大过流量9.5m3/s坝顶长度115m堰顶宽2.0m1#、2#输水洞型 式砼管、砼管进口底部高程109.00m、110.00洞身尺寸200mm设计流量0.08m3/s、0.08m3/s1基本情况1.1洪水标准孙庄水库位于丘陵区，属小（2）型水库，主要建筑物为5级，最大坝高6.8m。根据防洪标准（GB5020194），洪水标准按丘陵区标准确定，设计洪水标准采用10年一遇，校核洪水标准采用50年一遇。1.2水文气象水库流域属亚热带季风气候区，年平均气温15.3，极端最低气温为-20，极端最高气温为42.5。多年平均降水量1100mm。年内、年际雨量相差甚大，六、七、八月份降雨较多，常以暴雨形式出现，一次洪水历时较短，一般小于24小时。1.3水库特性资料通过万分之一航测图量算水库的流域面积、河道长度、河底比降，复核结果与以往水文复核的特征值结果相同，即：流域面积F=0.5km2，河道长度L=0.742km，河底平均比降J=0.0264。水位库容数据关系见表21。表21 水 位库 容 关 系 表水位(m)库容(万m3)水位(m)库容(万m3)108.00 0.0 112.00 4.8 109.00 0.2 113.00 8.3 110.00 1.1 114.00 12.9 111.00 2.6 115.00 18.6 图21 水位库容关系曲线图2设计洪水由于库区无实测资料，计算依据采用河南省中小流域设计暴雨洪水图集（河南省水利勘测设计院，1984年，以下简称84图集）和河南省暴雨图集（河南省水文水资源局编制，2005年，以下简称05图集）分别计算。孙庄水库流域面积为0.5km2，小于50km2，面雨量采用点雨量。根据流域大小及本地降雨特点分析，孙庄水库较大洪水过程持续时间一般为24小时左右，此次计算设计雨期确定为24小时。2.1设计面雨量查84图集年最大10min、1、6、24小时点雨量值、相应时段的变差系数Cv（Cs=3.5Cv）和相应频率的模比系数Kp，并计算各频率的设计面雨量值 (流域面积小于50km2，点面折减系数为1，面雨量等于点雨量)，见表22。表22 年最大10min、1、6、24小时设计面雨量表（05图集）时段t(mm)CvCs=3.5Cv1/101/201/301/50KpHtpKpHtpKpHtpKpHtp10min180.361.4826.71.6930.4 1.81 32.6 1.95 35.2 1h490.461.61 78.9 1.90 93.3 2.07 101.5 2.28 111.7 6h860.561.73 148.9 2.12 182.0 2.34 201.4 2.62 225.7 24h1250.551.72 215.0 2.09 261.9 2.31 289.3 2.59 323.6 查84图集计算各频率的设计面雨量值，见表23。表23 年最大10min、1、6、24小时设计面雨量表（05图集）时段t(mm)CvCs=3.5Cv1/101/201/301/50KpHtpKpHtpKpHtpKpHtp10min17.70.361.48 24.71.69 29.91.80 31.91.95 34.51h480.461.61 77.31.90 91.22.06 98.92.28 109.46h860.551.72 147.92.10 180.62.30 197.92.58 221.924h1240.531.70 210.82.05 254.22.25 278.62.52 312.5比较上面两个表可知：10min设计面雨量，采用05图集的暴雨参数比采用84图集的暴雨参数所计算的数值大2%；1h设计面雨量，大2%3%；6h设计面雨量，大1%2%；24h设计面雨量，大2%4%。经分析本次复核采用按05图集查取的暴雨参数所计算的成果。设计暴雨递减指数：;设计各频率10min、1、6、24小时点雨量，mm；相应的点面折减系数，这里为1；计算见下表：表2-4 各频率暴雨递减指数时段t(h)项目1/101/201/301/5010.395 0.375 0.366 0.355 160.646 0.627 0.618 0.608 6240.735 0.738 0.739 0.740 2.2设计净雨降雨径流关系线选用84图集“河南省山区丘陵地区降雨径流关系曲线图”号线，降雨最大初损值Imax=50mm。由各频率24小时暴雨查84图集次降雨径流关系得24小时净雨深R24，P为24小时设计雨量，Pa为设计前期影响雨量，50年一遇以上暴雨，10年一遇。计算结果见表25。表25 设计净雨计算表 单位：mm项 目1/101/201/301/50P215.0 261.9 289.3 323.6 Pa33.3 33.3 40.0 50.0 P+Pa248.3 295.2 329.3 373.6 R24156.0 197.5 229.2 270.5 R6108.0 137.3 159.6 188.6 2.3设计洪水2.3.1设计洪量24小时设计洪量采用下式计算：24小时净雨深，mm；流域面积，km2。列表计算如表26：表26 24小时各频率设计洪量频率P项目1/101/201/301/50W24(万m3)7.8 9.9 11.5 13.5 2.3.2设计洪峰流量用推理公式计算洪峰流量，基本公式为：式中：设计洪峰流量，m3/s；洪峰径流系数；洪峰汇流时间，h；流域面积，km2；干流长度，km；的平均比降；设计最大1小时雨量平均强度，即设计频率1小时面雨量，mm；设计暴雨递减指数，当小时n=n2，小时n=n3，计算公式及结果如下：;设计各频率1、6、24小时点雨量，mm；相应的点面折减系数，这里为1；平均入渗率，取3mm/h；汇流参数，根据公式，求出。将三个基本公式联立转换成方程：为最大1小时净雨平均强度。计算过程如表27。表27 推理公式法计算洪峰流量频率P项 目1/101/201/301/505.00 5.00 5.00 5.00 m0.61 0.61 0.61 0.61 3.00 3.00 3.00 3.00 S78.9 93.3 101.5 111.7 n0.395 0.375 0.366 0.355 00.593 0.568 0.556 0.543 S76.5 90.8 99.1 109.3 0.599 0.573 0.560 0.546 0.97 0.97 0.98 0.98 Qm13.0 15.6 17.0 18.8 4洪水调节计算4.1洪水调节计算方法采用简化三角形法进行调洪演算，基本公式为：式中：V调洪水库的调洪库容；Wp设计频率为P的设计洪水总量；Qm设计频率为P的设计洪峰流量；qm最大泄洪流量。采用上式进行调洪演算的具体步骤是：假设一个qm，即可得出一个V调洪，此V调洪在qV*曲线上又可查处一个q值。如与原假设的qm相等则qm、V调洪即为所求；否则需再行试算(V*为溢洪道顶以上的库容，等于总库容减去溢洪道顶以下的库容)。4.2调洪原则水库汛限水位为113.40m，当水位高于113.40m时，溢洪道自由泄流。4.3调洪计算按调洪原则采用简化三角形法求得不同频率的最大库容、最高库水位和最大泄流量。调洪辅助曲线值见表。表28 现状调洪辅助曲线值表库水位H(m)调洪库容V*(万m3)qm(m3/s)库水位H(m)调洪库容V*(万m3)qm(m3/s)113.40 0.0 0.0 114.40 5.0 3.5 113.60 0.9 0.3 114.60 6.2 4.8 113.80 1.8 0.8 114.80 7.4 6.2 114.00 2.8 1.5 115.00 8.5 7.8 114.20 3.9 2.4 表29 调 洪 成 果 表 P最高水位(m)最大库容(万m3)最大泄量(m3/s) 1/10114.47 15.5 3.9 1/50114.95 18.3 7.4 5水库防洪能力复核5.1防洪标准该水库防洪标准选用10年一遇洪水设计，50年一遇洪水校核。5.2安全超高根据规范小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则（SL189-96）规定，参照碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）的计算方法， 计算结果见表210。超高式中：y超高，m;R波浪爬高，m；A安全加高，孙庄水库大坝为5级建筑物，设计状态取0.5m，校核状态取0.3m；5.2.1波浪爬高式中：g重力加速度，取9.81m/s2；hm平均波高，m;Hm水域平均水深，m；D风区长度，m，设计状况为330m，校核状况为350m;W计算风速，m/s，设计状况为22.5m/s，校核状况为15m/s；Tm平均波周期，s;Lm平均波长，m。大坝迎水坡坡度m=1.55.0时，平均波浪爬高采用公式：式中：Rm平均波浪爬高，m；m单坡系数，1.9；K斜坡的糙率渗透系数，水库上游采用草皮护坡，查表A.1.12-1（碾压式土石坝设计规范SL2742001）取0.875；Kw经验系数，按表A.1.12-2查得；经过计算，设计状况平均波浪爬高Rm0.576m，校核状况平均波浪爬高Rm0.336m。孙庄水库大坝为5级坝，应采用累积频率为5的波浪爬高值R5%。从1/万地形图上测得，主风区来波波向线与坝轴线的法线的夹角22，查表A.1.15，折减系数K0.952。根据以上公式核算坝顶高程见下表：表210 坝顶高程核算表项 目符号单位大 坝设计状况校核状况计算风速Wm/s22.515等效风区长Dm330350波向线与坝法线夹角2222平均波长Lmm6.402 4.251 平均波高hmm0.208 0.138 平均波浪爬高Rmm0.576 0.336 5%波浪爬高R5%m1.060 0.618 折减系数K0.9520.952最终波浪爬高Rm1.009 0.589 安全加高Am0.5 0.3 安全超高ym1.509 0.889 最高静水位H0m114.47 114.95 计算坝顶高程Hm115.98 115.84 5.3结论现状大坝坝顶高程为114.20114.80m，低于计算坝顶高程115.98m，不满足防洪标准要求，故判定水库大坝现状抗洪能力为C级。1大坝1.1大坝工程概况1.1.1大坝座落位置及组成部分孙庄水库位于信阳市浉河区吴家店乡十里村，处在游河支流上流。水库于1977年建成，控制流域面积0.5km2，防洪标准采用10年一遇洪水设计，50年一遇洪水校核，总库容18.3万m3。水库由大坝、溢洪道、输水洞组成，是一座以防洪、灌溉为主，结合水产养殖等综合利用的小（2）型水库。1.1.2坝型及结构尺寸大坝为均质土坝，坝长115m（桩号0+0000+115），现状坝顶高程114.20 m114.80m，最大坝高6.8m，坝顶宽3.5m，无防浪墙。坝顶路面为土路面，凸凹不平。据我院2012实测断面，大坝上游坡比为1:2，下游坡比为1:1.81:2.1。上游坝坡未护砌，冲刷严重，杂草丛生，下无垫层；下游坝坡不规整，杂草丛生，无排水设施。1.2大坝工程质量分析及安全评价1.2.1坝基a)地质构造灰褐色，黄褐色黄色，稍湿，土的状态为可塑硬塑状态，标准贯入试验46击不等，含铁锰质结核，断面上有灰色网纹，承载力特征值fak180KPa。b)大坝坝基评价汛季库水位高时,沿坝外坡渗漏,渗漏主要原因坝基施工时河槽段清基不彻底，接触地带处理不当，故下游坝脚处常年渗水,因此该大坝主要存在接触渗漏问题。1.2.2筑坝土料坝体填筑主要为人工回填的低液限粘土，黄褐色,黄色,灰褐色，湿，土呈可塑状,填筑不均，并夹灰色耕植土，填土较杂乱，填土厚度不均一，施工压实不均匀，钻进过程中缩径严重，坝体填土合格率低，故不能满足筑坝要求。1.2.3坝体填筑查阅施工规范，要求大坝回填土的干密度达到1.65g/cm3。填筑方法是：基本采取全断面上升，羊脚碾碾压，机械转弯与山坡或建筑物接触地方必须辅以人工打夯。为了保证坝坡质量，每层多铺出坡面线0.10m以上。在接合坡面填筑前，将坡面上松土清除至合格层。据坝体填筑施工人员回忆，当时调集当地劳动力修筑大坝，高峰期出动民工上千人，土料含水量大部分来不及检测就上坝。据本次钻探资料揭示：坝体填土材料以低液限粘土为主，夹灰色耕植土，填土较杂乱，填土厚度不均一，施工压实不均匀，钻进过程中缩径严重，坝体填土合格率低。但经过30多年的自重固结，目前填土已趋于稍密状态，下游坡现场观察发现大坝桩号0+0300+080下游坡有散浸现象。根据小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则（SL18996），粘性土压实度可取0.950.97，因此本次坝体质量评价采用压实度0.96。取坝体填土做击实试验，最大干密度为1.70g/cm3。干密度设计值为1.690.961.62g/cm3。将干密度1.62g/cm3作为填土质量评定依据。该坝填土6组土样中干密度d范围值1.551.62g/cm3，其中d1.62g/cm3的为1。占16.7%。充分说明坝体填筑碾压质量差。故判定坝体填筑质量为不合格。大坝钻孔注水试验成果见孙庄水库渗流安全评价中表51，土的物理力学指标见表31，大坝工程地质剖面见图31、32。1.2.4大坝护坡大坝迎水坡未护砌，下无垫层，由于坝体填筑质量差，坝坡经多年风浪冲刷及风吹日晒，部分坝坡已塌陷毁坏严重，无法抗御风浪冲刷，危及坝体安全。大坝下游坡为草皮护坡。1.2.5下游排水设施下游坝坡坡脚处未设置排水体，无排水沟，雨水顺着坝坡冲刷、淘蚀坝脚，坝脚沼泽化，危及坝体安全。1.3大坝质量评价根据上述大坝各部分存在的问题，综合评定孙庄水库大坝工程质量为不合格。图3-1 大坝工程地质横剖面图图32 工程地质钻孔平面布置图2输泄水建筑物2.1溢洪道工程质量评价溢洪道位于大坝右侧，为开敞式土渠，未护砌，无消能设施，无法安全泄洪。控制段顶高程为113.40m，底宽2.0m，最大下泄流量7.4m3/s。溢洪道基础座在(Q3)低液限粘土上，承载力特征值fak=180Kpa。孙庄水库溢洪道位于大坝右侧，为土渠，未护砌，无消能设施，抗冲能力差，不满足安全泄流要求。故溢洪道工程质量不合格。2.2输水洞工程质量评价据勘查，1#及2#输水洞基础均座在基础座在(Q3)低液限粘土上，建议：承载力特征值fak=180Kpa。从目前输水洞存在的问题来看，不是工程地质方面的原因，皆由建筑物本身造成。目前，1#输水洞进口淤塞，洞身断裂，2#输水洞进口没有控制设施，无法控制水流，出口坍塌。无法进行正常使用。故判定输水洞工程质量不合格。3工程质量的综合评价大坝填筑土料不合格，填筑质量差，干密度大部分未达到设计要求；上游坝坡无护砌、塌陷严重，下游坝坡无排水设施，坝顶路面凸凹不平；溢洪道进口两侧岸坡冲刷、坍塌严重，渠底凸凹不平，无消能设施；1#输水洞进口淤塞，洞身断裂，2#输水洞进口没有控制设施，无法控制水流，出口坍塌。因此，综合判定工程质量不合格。1大坝1.1工程概况大坝为均质土坝，坝长115m（桩号0+0000+115），现状坝顶高程114.20 m114.80m，最大坝高6.8m，坝顶宽3.5m，无防浪墙。坝顶路面为土路面，凸凹不平。据我院2012实测断面，大坝上游坡比为1:2，下游坡比为1:1.81:2.1。上游坝坡未护砌，冲刷严重，杂草丛生；下游坝坡不规整，杂草丛生，无排水设施。1.2坝基地质大坝坝基由抗渗透性能较好的低液限粘土（Q3al+pl）组成。灰褐色，黄褐色黄色，稍湿，土的状态为可塑硬塑状态，标准贯入试验46击不等，含铁锰质结核，断面上有灰色网纹，承载力特征值fak180KPa。渗透系数K10-6cm/s，属微透水层。1.3筑坝土料大坝坝体填土主要由低液限粘土组成（Q4ml），黄褐色,黄色,灰褐色,湿，土呈可塑状,填筑不均。粘性土压实度可取0.950.97，因此本次坝体质量评价采用压实度0.96。取坝体填土做击实试验，最大干密度为1.70g/cm3。干密度设计值为1.690.961.62g/cm3。将干密度1.62g/cm3作为填土质量评定依据。该坝填土6组土样中干密度d范围值1.551.62g/cm3，其中d1.62g/cm3的为1。占16.7%。充分说明坝体填筑碾压质量差。由室内试验成果并结合现场勘察，坝体填土材料以低液限粘土为主，填土较杂乱，填土厚度不均一，施工压实不均匀，钻进过程中缩径严重，综合以上情况判定坝体填土合格率低，填筑质量较差。1.4坝坡稳定分析1.4.1资料的选用本次安全鉴定使用的参数均取自地质勘察报告。筑坝材料各种物理特性指标汇总见表41。表4-1 筑坝材料物理特性指标（采用值）含水量(%)密度(g/cm3)干密度(g/cm3)孔隙比压缩系数(MPa)压缩模量(MPa)饱和快剪饱和固结快剪凝聚力(Kpa)内摩擦角(度)凝聚力(Kpa)内摩擦角(度)25.31.971.570.7300.2556.8230.01