小二型水库除险加固工程初步设计报告

市（名称）水库除险加固工程初步设计报告（名称）水利水电勘测设计院二一一年十二月目录1综合说明111序言212水文及调洪演算313地质414工程任务内容415工程总投资42工程概况及现状情况721工程概况722工程现状93水文1231流域概况1232气象1333洪水1434雨涝1835设计洪水过程线194地质2141工程地质2142水文地质2243力学试验2244地质条件评价235工程布置及建筑物2551设计依据2552工程当前主要任务为2653除险加固工程的建筑物设计266施工组织设计5061工程条件5062施工导流5263主体工程施工537水库淹没处理及工程永久占地5571水库淹没5572工程永久占地558工程管理5581机构设置5582管理范围和管理设施5583工程管理运行559环境保护5691水库除险加固工程队环境的影响5692环境保护措施5610投资概算57101投资概算5711经济评价62111经济评价依据621111评价依据621112主要参数62112国民经济评价631121费用计算631122效益计算641123国民经济评价指标651124敏感性分析66113评价结论661综合说明11序言111工程基本概况（名称）水库，位于城北环路（名称）口，修建于2004年，由北京国电水利电力工程有限公司设计，水库工程项目属于城防护工程之一，是和县城汉江沿岸堤防工程为一体的项目工程，承担着县城东段防洪滞洪的重要作用。（名称）水库工程修建原因是汉江涨水时，汉江水倒灌。因此必须找出一个合理的方案，能使（名称）水顺利排入汉江又不致使江水倒灌淹没其下游地区，采用在（名称）口316国道处的填方路堤蓄水滞洪后将经调节后的洪水经长820M的涵管排入汉江。水库由大坝、放水塔、泄洪涵管、防洪闸门和排涝泵站组成，大坝型为粘土心墙土石坝，坝址位于县城北环城路（名称）沟口。控制流域面积175KM2，现最大坝高1935M，总库容64M3。按照防洪标准要求，确定（名称）水库大坝的防洪标准按30年一遇洪水设计，200年一遇洪水效核，水库应该属于等工程，建筑物等级为5级。水库主要为县城东段辖区231万人、018万亩菜地及相关城市基础设施免受洪水威胁。该水库由水利局下属的防洪工程运行管理站管理。（名称）水库的修建由于受到了资金、施工设备和施工技术的限制，且水库处于县城中部，其位置特殊，受地形条件限制在建设时没有设置溢洪道，所有来水均通过压力涵管排入汉江，致使工程建成之时就存在不同程度的安全隐患，加之多年运行期间发生的洪水频率有所增加，同时，水库自投运后没有正常维修，水库病情严重。（名称）水库为自由调节，当汉江涨洪时，洪水进入泄洪涵管，当水库水位高于汉江洪水位或汉江洪水位降落时，水库中的洪水通过泄洪涵管排入汉江。按照规范要求，水库正常运行滞蓄三十年洪水。因此，水库设计挡水位为38957M，相应泄洪管径为25M，最大泄洪能力318M3/S，泄洪涵管采用钢筋砼承压管，进口高程373773M，出口高程36579M。116工程现状存在的主要问题水库修建以来，虽经历了多次洪水的考验，但在这些年来也出现了一些安全隐患，水库的正常运行存在一些问题，这些隐患和问题使水库带病运行，逐渐不能正常发挥效益。工程存在的主要问题为1、（名称）水库坝顶高程达不到200年一遇校核洪水标准。2、泄洪涵管底部冲刷严重，钢筋裸露较多，存在极大的安全隐患；涵管无通气孔。3、涵闸锈蚀严重，丝杆锈蚀，开启关闭存在问题。4、无安全监测设施。为确保人民生命财产安全，充分发挥水库的综合效益，尽快进行水库除险加固是十分必要和迫切的。117除险加固概况2010年11月水利局组织相关领导和专家对（名称）水库进行了安全鉴定，并将大坝鉴定报告上报省水利厅，列为全省重点小（2）型病险水库除险加固项目。此次（名称）水库除险加固将最大坝高度增加至217M，总库容822M3，泄洪涵管最大泄洪能力为27M3/S。加高坝顶高程为39285M，较原坝坝顶高程3905高出235M,坝高增至为217M，坝顶宽度3M，其他参数保持不变。临水面坡比采用L30的干砌石护坡，坡厚度05M，背水面坡为坡比125的草坪护坡。12水文及调洪演算（名称）水库位于汉江一级支流（名称），坝址以上流域位于东经1060610830，北纬32273410之间，坝址控制流域面积17KM2。（名称）为山间沟谷地带，河长68KM，比降45。设计洪水采用1洪峰面积相关法2综合参数法3根据暴雨资料三种方法计算其设计洪水流量。13地质花沟为一常年流水的“V”字形河沟，两岸为山岭，左岸边坡较陡，坡度为3540，右岸稍缓，坡度为2530，两岸植被覆盖较好。（名称）地下水主要以潜水和裂隙水为主，根据钻孔资料分析，坝址区右岸农田枯水季节地下水位埋深1525M，地下水位高程为3752037650M。14工程任务内容工程主要任务内容由四部分组成坝体加高，断面加固；涵管修复；闸门等部件的更换安装；完善安全监测设施。15工程总投资投资主要指标工程总投资26417万元。其中，建筑安装工程费用为19378万元，临时工程费用为1808万元，独立费用为5231万元。表11工程特性表数量序号及名称单位加固前加固后备注一、水文1、坝址以上流域面积KM217172、主河道长KM68683、多年平均降水量MM873987394、代表性流量设计洪水标准及流量M3/S958958校核洪水标准及流量M3/S9581525、洪量设计洪水洪量W12万M341385校核洪水洪量W12万M365664二、水库1、水库水位校核洪水位M39053937设计洪水位M3895738957死水位M37377373772、水库容积总库容万M364822校核洪水位以下库容设计洪水位以下库容万M349594959兴利库容万M349594959死库容万M300三、工程效益保护田地万亩018018保护人口万人231231四、主要建筑物1、大坝类型土石坝地基特性土质地震基本烈度/设防烈度度6/66/6坝顶高程M39239435防浪墙顶最大坝高M1935217坝顶长度M10621062坝顶宽度M332、泄洪涵管地基特性土基进口高程M3737737377全长M820820设计流量M3/S2727无压洞堤坡M1/1001/100闸门形式MM41334133五、工程投资概算工程总投资万元26417其中建筑工程万元19378临时工程万元1808其他费用万元5231六、经济评价经济净现值万元10652经济内部收益率1256经济效益费用比131单位库容投资元/M33212工程概况及现状情况21工程概况211（名称）水库（名称）水库位于（名称）与（名称）环城路交叉口，距离（名称）汽车站约1KM。是座落于城偏东的一座小2水库,设计水库库容为64M3。自建设以来，对城部分地段防洪安全起了至关重要的作用。（名称）水库是一座以防洪滞洪为主的水库，设计洪水标准为30年一遇的洪水，校核洪水为200年一遇（注由于资金等问题，坝顶高程仅相当于50年洪水水位高程3905M）。（名称）水库的主要用途是滞留（名称）上游来水和排泄（名称）内的洪水，当汉江及（名称）同时发生较大的洪水时候，（名称）水库先滞留（名称）的上游的来水，然后逐渐抬高库内水位，当库内水位高于汉江水位时，再将库内洪水通过压力泄洪涵管排入汉江。（名称）水库的枢纽工程是一座粘土心墙土石坝，大坝坝顶高程为3905M，坝顶宽度3M。坝顶轴线长度117M（为东西走向），坝高1935M，大坝迎水面边坡130，采用干砌石护面；下游边坡为坡度125的草皮护坡，降落高程3862M的时候，存在一个广场，广场北边为（名称）水库，广场南边为环城路（316国道），环城路南为二里村田地或房屋，田地或房屋高程为376M，坝体与广场及316国道路基相连接，融为一体，大坝底部宽度达1438M。原设计断面示意图见图21图21现状（名称）水库横断面图222排洪涵管（名称）水库排洪措施采用卧管式排洪（强度为C25泄洪涵管），泄洪涵管穿过316国道和二里桥的两处桥涵之后，再穿过汉江大堤至到汉江；泄洪涵管长820M，管径为25M，管壁厚04M055M；泄洪涵管采用钢筋混凝土压力管道，进口高程37377M，出口高程36579M；泄洪涵管基础底座结构为1M5M碎石垫层上接C15混凝土管座，管道转弯处设置镇墩。入口处布置放水塔一座，结构为钢筋混凝土结构，内布置检修、工作闸门各一扇。223排洪泵站（名称）水库及其压力泄洪涵管可以解决坝址以上的洪水问题，但不能解决坝址至汉江堤防之间的洪水问题。为充分发挥（名称）水库的滞洪泄洪作用，彻底解决（名称）的洪水问题，为此，在（名称）316国道以下设一处涵闸，涵闸处修建泵站一座。修建本站及涵闸的作用原理是1、在汉江枯水期时候，城区内自流水和田地内的灌溉用水可以直接通过涵闸排入汉江。2、当汉江涨水，水位抬高的时侯，涵闸将关闭，这时候汇入这种低洼地方的雨水不能自流进入汉江，必须依靠泵站通过动力提升，为此在涵闸一侧兴建排水泵站一座，（名称）泵站安装排水泵五台4台工作1台备用，单机装机容量185KW，额定流量075M3/S，设计排水流量为283M3/S。22工程现状根据（名称）水库的作用及其排洪功能，可以将（名称）水库工程分为水库、放水塔、泄洪涵管、涵闸及排水泵站等。现将主要运行情况分述如下221（名称）水库枢纽工程现状（名称）水库原库容为64万M3，水库正常挡水位为38957M，坝顶高程为39050M。根据陕西汉江喜河水电站城防护工程初步设计报告中认为水库正常运行时具有滞蓄三十年一遇的洪水能力。自工程竣工以来，（名称）水库防洪的关键作用逐渐体现，且防洪标准符合设计规范要求。按国家防洪标准（GB5020194）和水利水电工程等级划分及设计标准（SD2522000）的有关规定，（名称）水库主要建筑物防洪标准确定为设计洪水标准为30年一遇；校核洪水标准为200年一遇。上游干砌石护坡在2010年的山洪中部分损坏，后经水利局临时抢险修复，但未彻底修复。222泄洪涵管现状泄洪涵管采用C25钢筋砼承压管，进口高程37377M，出口高程36579M，涵管长820M，管径为25M，管壁厚04M055M，。涵管沿线基础为1M5M碎石垫层上接C15混凝土管座，管道转弯处设置镇墩。水利局组织专业技术及管理人员，沿涵管实地踏勘，发现不仅仅出现多处渗漏，而且涵管底部多处（总长度大于60）已经被洪水冲蚀严重，钢筋裸露，存在锈蚀。如再不及时进行相应措施，若涵管冲蚀贯穿管壁，后果将不堪设想。223放水塔、涵闸及排水泵站情况放水塔目前运行情况良好，基本不存在安全隐患。排涝涵闸是我县县城234平方公里内雨水、生活污水排放的唯一出口，为门洞型涵，进口底板高程3655M，闸门为钢制平板闸，采用双面止水橡胶止水，闸门高41M宽33M，采用双吊点启闭机制动启闭闸门，非汛期污水由涵闸自然排放，汛期根据汉江水位涨势，污水由排涝泵抽排至汉江，涵闸随即关闭阻挡汉江洪水入侵县城，水进则挡，水退则开，闸门启闭频繁，它是（名称）水库防洪工程的重要组成部分。由于锈蚀严重，于2009年4月进行了喷漆防锈处理，但仍然存在重大安全隐患。（名称）泵站运行情况良好，负担较重，在城区雨水及汉江堤防渗透洪水压力下，显得有些力不从心，每逢汉江发生较大洪水导致闸内水位陡涨之际，泵站需从抗旱服务队借泵抽水。归根到底，是因为闸门锈蚀关闭不密实，导致渗水倒灌淹没农田。224安全监测设施情况（名称）水库工程安全监测设施基本处于空白状况，建设初期，仅在放水塔一侧绘制有水位标尺，经过几年的老化腐蚀已经变得模糊不清，严重影响了大坝的安全监控，给水库的安全运行带来了很大隐患。（名称）水库大坝枢纽和涵管没有沉降变形等稳定的监测设施。其现状既无法满足大坝自身安全监测的实际需要，也不符合土石坝安全监测技术规范（SL6094）的要求。225（名称）水库存在的安全隐患综上所述，（名称）水库存在的安全隐患有以下几条1、（名称）水库坝顶高程仅满足防洪标准为50年一遇的洪水水位高程，按照国家防洪标准（GB5020194）的规范要求，（名称）水库必须满足200年一遇的效核洪水。2、泄洪涵管底部冲刷严重，钢筋裸露处比较多，存在极大的安全隐患；涵管无通气孔。3、涵闸锈蚀严重，并存在启闭问题。4、（名称）水库安全监测设施不健全，唯一的水位标尺发挥不了作用，可以说（名称）水库无安全监测措施，存在很大的安全隐患。3水文31流域概况（名称）水库位于汉江一级支流（名称），坝址以上流域位于东经1060610830，北纬32273410之间，坝址控制流域面积17KM2。（名称）为山间沟谷地带，河长68KM，比降45。流域内山峦层叠，属于较复杂地形，（名称）由北向南汇入汉江，依据地区实用水文手册进行计算。采用CS20CV，查得该流域的多年平均径流深Y390MM、年径流变差系数CV049，及各频率的模比系数KP值，按式YPYKP，求得设计年径流深，然后根据式WP1000YPF计算结果。计算得（名称）水库处的多年平均径流量663万M3，多年平均流量021M3/H；计算成果如表31年径流分析成果表31频率P（）12510205075909599KP248224192166137092065045035007YP（MM）967287367488647453433588253517551365273WPM3996216089980807712640666822055032903695640261105018076501405950281190流量M3/S032029024021017012008006004001（名称）流域水系示意图图3132气象该流域位于秦岭以南，属副热带季风气候，气温季节变化明显，夏季湿热多雨，冬季干冷少雨，冬季各月平均气温都在0以上。同时，受秦岭和大巴山地形的影响，各处又具有不同的区域性气候特征。一般春季回温快，天气不稳定，冷暖变化大，常有寒潮、霜冻、大风和浮尘天气；夏季降雨集中，时有暴雨发生，局部洪涝，常有不同程度的夏旱和伏旱；秋季较为干燥。根据（名称）站19601999年资料统计，多年平均气温为145，以7月份气温最高，多年平均为256，1月份气温最低，多年平均为28。极端最高气温为4141966年8月16日；极端最低气温为1081991年12月28日。多年平均气温小于等于5的日数为648日，大于等于25的日数为462日。降水量随季风的进退而变化，形成明显的季节性。此外，受地形的影响，形成降水分配的地域差异。根据（名称）站19601999年资料统计，（名称）多年平均降水量为8739MM。从降水的年内变化来看，510月受西南季风和东南季风的影响，水汽充沛、降水集中，其间降水量可占全年降水量的80，11月至翌年4月，盛行来自西北的大陆干冷季风，空气干燥，降水量少，仅占全年雨量的20；从年际变化来看，最大年降水量14395MM1983年，最小年降水量5746MM1966年，降水极差8649MM，倍比为25倍。（名称）气象站日降水量大于等于01MM的日数为1214日，大于等于5MM的日数为431日，大于等于10MM的日数为259日，大于等于25MM的日数为82日，大于等于50MM的日数为19日，大于等于100MM的日数为02日。流域内以东南风为主，春季风速最大，根据（名称）气象站19601999年资料分析，多年平均风速为14M/S；根据19781999年最大风速资料分析，最大风速可达21M/S1978年4月30日。33洪水城区汉江支流洪水同汉江一样，均来自流域暴雨，水陡涨陡落、峰高量小、洪水历时较短，（名称）一般为12H，其它支流流域面积较小，洪水历时则更短。通过县城区的这些汉江支流均无水文测站，没有实测水文资料，属无资料地区。为了分析这些支流洪水，本次主要采用地区实用水文手册中的关于无资料地区或缺乏水文资料的中小流域洪水计算经验公式推求设计洪水和根据暴雨资料推求设计洪水的方法进行，并结合洪水调查综合分析确定。地区实用水文手册所推荐的经验公式本身是通过广泛的历史洪水调查，按照河段、洪水、水系逐级进行合理检查，比较筛选，从中选用了其中107条河段，217场洪水资料作为分析洪峰流量经验公式的依据。该手册所推荐根据暴雨资料推求设计洪水方法也是通过对地区及邻区有实测雨洪资料的10个流域进行分析对比将本地区划分为五个产流区确定降雨径流相关来确定产流，再进行汇流计算确定洪水。以上洪水计算方法均是通过对该地区的降雨、洪水调查分析，按照洪水计算理论得出的结论。本次洪水计算仅利用手册中推荐的方法和成果。县城区汉江支流（名称）的主要特征及参数见表32。（名称）支流主要特征参数表32沟名流域面积KM2河长KM比降备注（名称）176849全流域17KM2，316国道以下049KM21洪峰面积相关法QPKPF式中QP重现期为P的设计洪峰流量M3/SF设计流域面积KM2；KP、P重现期为N的经验参数。根据地区实用水文手册中洪峰流量与面积经验公式分区图以及公式适用条件，该公式适用于流域面为101000KM2。（名称）属汶地区，KP、P按区查算。2综合参数法QPK6PFAH6PJR式中QP设计频率为P的洪峰流量M3/S；F设计流域面积KM2；J主河道平均比降；H6P设计频率为P的6小时暴雨模比系数；,A,R分区综合经验性指数。按地区实用水文手册要求取值。根据手册中图54得各支流流域6小时平均降雨量，由手册图55得变差系数CV值，并由CS3CV表得30年一遇模比系数KP，按公式H6PKPH6得30年一遇降雨量，计算分析过程详见水文手册，这里不再赘述。按综合参数法公式计算得出各支流设计重现期的洪峰流量。3根据暴雨资料根据暴雨资料推求设计洪水，是缺乏水文资料的中小流域最常用的一种方法。暴雨是形成洪水的主要因素，通过暴雨间接推求设计洪水时，首先假定设计暴雨与设计洪水的频率是相应的。按照地区实测水文手册要求进行计算。其分析计算的主要内容包括以下两部分产流计算根据各条河流在地区实用水文手册中所划分的产流区，按手册中降雨径流相关法的要求和计算过程来求得净雨过程。该方法通过对本区及邻近区有实测雨洪资料的10个流域进行分析对比，将本地区划分为5个产流区，见手册图63。可得出（名称）为区，即江北及白石河产流区；汇流计算汇流计算采用“推理公式“，是把流域上的产流、汇流条件均匀概化以后，从水流的连续和运动方程，直接推求出设计流域出口断面洪峰流量，所利用公式为QM0278H/TF式中QM洪峰流量M3/S；H单一洪峰的净雨量MM；F流域面积KM2；T流域汇流时间H；0278单位换算系数。按上述三种方法计算的各支流设计洪峰流量成果见表33。（名称）支流洪水计算成果表表33洪峰流量M3/S河道名称频率洪峰面积法综合参数法暴雨推求法033134135167051201261521105111126（名称）288696611033380385695857277856105486266954洪水分析及结论根据上述三种方法计算结果，计算结果相差不大，我们从建筑物安全的角度考虑，采用结果数值较大者作为本次设计的洪水结果值。为了进一步确定城（名称）洪水，除了进行洪水分析计算以外，还组织进行了各支流洪水的调查工作，但因时间和条件限制，均未调查到较大洪水，仅调查到一般洪水。但根据洪水调查资料，距（名称）较近的瓦子沟，直线距离（名称）仅约30KM，同属（名称）江北及饶峰河支流的汶池区，流域面积为125KM2，接近（名称）111KM2，调查得1958年发生洪峰为100M3/S的洪水，距今40年；中坝河属任洞区，直线距离（名称）仅约15KM，流域面积146KM2，调查得1954年8月发生洪峰为170M3/S的洪水，距今45年。由以上调查成果可以看出，瓦子沟和中坝河流域面积和（名称）（名称）流域面积相当，同属小流域，且距（名称）较近，降雨条件、气候条件相似，作为（名称）（名称）洪水分析的参考是合理的，从这两个小流域调查成果来看，洪峰模数在812M3/S之间，（名称）汉江支流（名称）分析成果与本次分析计算的成果相当，可见，这次（名称）汉江小支流洪水分析成果是合理可靠的，可以作为（名称）水库除险加固工程的洪水分析的成果。城（名称）河道洪水设计成果见表34（名称）河道洪水设计成果表34P单位（名称）033M3/S16705M3/S1521M3/S1262M3/S110333M3/S9585M3/S85610M3/S69534雨涝（名称）位于城区范围内，每逢雨季，（名称）同时负担部分城区排涝任务。根据城规划，（名称）控制的排涝面积为1092KM2，合1092HM2，其中山坡、沟道、菜地等面积436HM2，城区656HM2。二里沟控制城区的排涝面积为060KM2，合60HM2。其中山坡，沟道面积20HM2，城区面积40HM2。根据室外排水设计规范GBJL487及给排水设计手册第6册室外排水与工业废水处理，城排涝设计标准为20年一遇一日暴雨一日排除。雨涝设计流量由下式计算QQF式中Q雨涝设计流量L/SQ设计暴雨强度L/SHM2径流系数F汇流面积HA计算时，城区考虑1L/SHM2的污水量，经计算（名称）的排涝流量分别为（名称）135M3/S。35设计洪水过程线根据实用水文手册，内容五点概化过程线法推求洪水过程线，不同频率洪水过程线计算结果见表36。表36各频率设计洪水过程线成果表0330501002003305001000T（小时）QM3/ST（小时）QM3/ST（小时）QM3/ST（小时）QM3/ST（小时）QM3/ST（小时）QM3/ST（小时）QM3/S00000000000000121251124228130189135165139144143128151104221167226152237126245110253958261856275695404284413258433214448187464163477146502118959098201029010640110201133011940图32（名称）水库设计洪水过程线050100150200051015洪水流量M3/S时段M3/S03305010020033050010004地质41工程地质411地形地貌（名称）为一常年流水的“V”字形河沟，两岸为山岭，左岸边坡较陡，坡度为3540，右岸稍缓，坡度为2530，两岸植被覆盖较好。（名称）内平时过水断面较小平均宽度2M，平均水深030M，流量较小，洪水期河沟汇水面积较大，过水断面加大宽度5M以上，水深3M以上，历史上曾经多次发生较大流量的洪水直接冲向下游农田和汉江入口的防护堤，淹没周围居民住房，交通中断，基础设施破坏严重。为此在（名称）口内侧修建一座均质土石坝拦蓄滞洪。412地层岩性根据地质钻探和探坑资料，结合踏勘和地质调查资料分析，（名称）水库坝址区地层主要为1两岸残、坡积物，比较松散，主要分布于两岸边坡，厚度多小于050M，左岸边坡局部覆盖层厚度接近100M。坝址河流主线靠近右岸坡脚。2河床冲、洪积物，主要由砂和砾石组成，其中河床右侧农田主要为砂，厚度较大，最厚处达1400M；河沟内主要为冲积卵、砾石，砾石直径一般为310CM，少数漂石直径达1320CM，极少大于30CM，厚度一般为1525M。3绢云母千枚岩，灰白色，绢云母含量较高，有丝绢光泽，易碎裂，岩层产状为NW335NE25。坝址区河谷底部基岩绢云母千枚岩高程36200M左右，为坝址区基岩高程最低处。坝址右侧上游50M处，基岩高程为36300M左右到37950M左右递增，覆盖层厚度为10130M不等。413地质构造（名称）坝址区地表出露的地质构造不太发育，在边坡右岸一高差不大的陡壁有两条裂隙和一条断层发育，其产状和特征见表32。通过现场勘查，（名称）水库库区没有发现滑坡和对边坡稳定不利的地质构造。（名称）水库坝址区主要地质构造表32产状编号走向倾向倾角特征描述L172NW50宽25CM，面平直粗糙，充填石英岩脉L2345NE20宽13CM，面平直粗糙，充填碎裂岩F1318NE36宽1030CM，面起伏粗糙，断层带内见碎裂岩，上盘岩石风化强烈，较破碎42水文地质（名称）地下水主要以潜水和裂隙水为主，根据钻孔资料分析，坝址区右岸农田枯水季节地下水位埋深1525M，地下水位高程为3752037650M。地下水主要由地表水垂直入渗补给和两岸基岩裂隙水补给，主要向（名称）内排泄。43力学试验为了了解（名称）水库坝址区各地层结构和力学参数，在坝址区布置了5个钻探孔，并进行了动力触探试验，试验结果见表33。由表32可以看出，（名称）水库坝址区各地层动力触探平均值分别为砂层10击，碎石土13击，砂卵石25击。（名称）水库坝址区动力触探试验成果表表33钻孔编号孔深M岩性N635击ZK1300粘性土夹碎石块25ZK2200碎石土13200砂8400砂11600砂6800砂9ZK31000砂13200碎石土9400砂11ZK4600砂12200碎石土10400碎石土15600碎石土14800碎石土131000碎石土15ZK51200砂卵石2544地质条件评价根据现场地质勘查和钻孔、探坑资料分析，（名称）水库坝轴线两岸边坡覆盖层厚度较小，且无大的地质构造发育，可直接将基岩作为水库建筑物的基础；河谷覆盖层较厚，在施工中需要处理。河谷的砂卵石层可能出现渗透变形，洪水期（名称）流量较大，可能会沿着坝基渗漏通道出现管涌现象，因此应采取必要的防渗措施。为了防止水库坝基渗透变形，允许水力比降建议采用JCR015。根据（名称）地质条件和钻孔动力触探资料分析，结合已建工程经验类比，各地层物理力学参数建议值见表34。（名称）水库坝址区各地层物理力学参数建议值表34地层地基承载力KPA摩擦系数F渗透系数CM/S土层1200336104砂卵石层3000658102强风化4000386105基岩千枚岩弱风化80004581065工程布置及建筑物51设计依据511工程等别及建筑物级别（名称）水库位于（名称）与（名称）环城路交叉口，距离（名称）汽车站约1KM。坝址以上控制流域面积17KM2，2005年10月动工修建，2006年4月竣工蓄水，水库库容64M3，属小（2）型水库。水库作用主要是使县城东段辖区231万人、018万亩菜地及相关城市基础设施免受洪水威胁。除险加固工程主要建筑物有大坝、泄洪涵管、涵闸等。按照防洪标准，确定（名称）水库大坝的防洪标准按30年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核，水库属等工程，建筑物等级为5级。512设计参数及依据的规范A）设计参数水文、气象设计洪水重现期30年（P33），洪峰流量958M3/S；校核洪水重现期200年（P05），洪峰流量152M3/S。汉江20年（P5），洪水水位38034M。多年平均气温145极端最高气温414极端最低气温108多年平均最大风速14M/S水库特征水位正常蓄水位38900M设计洪水位38957M校核洪水位3905M（50年一遇校核）3937M200年一遇校核死水位37377M涵管进口底板高程地震烈度枢纽区地震基本烈度为度，根据水工建筑物抗震设计规范（SL20397）有关规定，可不进行抗震计算。B）采用的主要技术规范及有关文件（1）水利水电工程等级划分及洪水标准SL2522000；（2）防洪标准GB5020194；（3）水利水电工程水文计算规范SDJ21483（试行）；（4）水利水电工程设计洪水计算规范SL442006；（5）水利工程水利计算规范SL10495；（6）水利水电工程初步设计报告编制规程DL5020193；（7）碾压式土石坝设计规范SL2742001；（8）溢洪道设计规范SL2532000；（9）水工隧洞设计规范DL/T51952004；（10）土石坝安全监测技术规范SL6094；52工程任务针对水库存在的安全隐患，确定本次除险加固工程的内容如下1、坝体加高培厚，提高水库防洪能力；2、下游坡整修培厚，上游坝坡整修及砌护，提高坝体安全性；3、修复泄洪涵管，增加通气孔，保证水库泄洪安全；4、改建加固涵闸建筑物，更换锈蚀闸门，提高水库防洪效益；5、新建大坝安全监测系统。53除险加固工程的建筑物设计531大坝枢纽建筑物的设计本次除险加固工程的总体布置，在尽量维持原大坝枢纽工程布置的基础上，对工程存在的安全隐患进行分项加固处理。1坝顶高程的校核现根据防洪标准（GB5020194），防洪标准按30年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核。2水库的库容曲线根据实测地形图量算，库容如下表51。库容曲线见图51。水库水位库容表表51水位M库容万M3373500037500603800600382011838502403880396392065037237437637838038238438638839039210010203040506070水位M库容万M3图51红花沟水库库容曲线3调洪计算泄洪涵管长820M，管径为25M，管壁厚04M055M；泄洪涵管采用钢筋混凝土压力管道，进口高程37377M，出口高程36579M。（名称）水库为自由调节，当汉江涨洪时，洪水进入泄洪涵管，当水库水位高于汉江洪水或汉江洪水降落时，水库中的洪水通过泄洪涵管泄入汉江。采用自由调节是安全可靠节省投资的需要。汉江水位按照喜河水库在（名称）口处20年回水位38034M考虑，由于泄洪涵管进口高程为37377M，低于汉江水位，因此管道为淹没出流。调洪计算成果见表52表58及图52图58。（名称）水库洪水调节计算P05表52时间T入流QH库容V1水位H下泄流量Q000000000375860011838700337358008147097212376410124228000509379160144306676993803401566333339853813368731728360001358382441058918810386671830383601280820412413332400385171555422615200003358386841859526129054548313893721807294106109159923912023525328831636683039270251253626021827394393282591455396372727755039370261384132580007550393702613852185527409393302593571587179104720039320256376741396566830392702512576110020763733918024390484860759587439101235259352131152823900822394982049253895221807（名称）水库洪水调节计算P1表53时间小时入流M3/S库容万M3水位M下泄流量M3/S00000003735000001145003373570001145426237687000131890442378540001538926503801700017589497838130687197896141138257105921989719633839313782371260029063859717142810305438738867205832380105467390372297366571661653914724074093421637239180243943321406372391802439518996275391652407567165961233914124076341418592039109235370111785671390702297768937537539023226683569750353896921819024564655389092120969215423138843205810290003821387731959（名称）水库洪水调节计算P2表54时间小时入流M3/S库容万M3水位M下泄流量M3/S000000000373500001704625788380652881805475953381226871906325112138180856200717512873822699732076274410388712084345650248533894121813954254541839030227342031295544390502297512167654423903322976081384518838993223970410934854389412181800801444238876209010640002983386121714（名称）水库洪水调节计算P333表55时间小时入流M3/S库容万M3水位M下泄流量M3/S00000000037350000010104002373550000505180473750000010010361863761700013914403603777800015022254333784500020050101020381456872539580220638452147030078093396386911860350592542793885020584641630495938957218150015384881389452181800772385538780196811020002319384801521（名称）水库洪水调节计算P5表56时间小时入流M3/S库容万M3水位M下泄流量M3/S0000000003735000001009000237354000143128032937750000180356365238018000217584511803822092826185602131384341470300727830193861917143395996369538749192837847144166388322058477146045213888821205201364441338871208590750330433862417499504072845385861714993312264038546163710362162400385201555107912021923844914701122024198338397137811330001929383841378（名称）水库洪水调节计算P10表57时间小时入流M3/S库容万M3水位M下泄流量M3/S0000000003735000001006900137353000030207011373780001208261793761000015110402833770600019028995593796200022947581042381527762756950184138362128135050443050386251751425313736583874219285021180372138754192865092832843867017887986752787385741675119400013203823410594水库坝顶高度的校核确定由以上计算结果可知，洪水标准越高，水库挡水位越高。根据防洪标准、坝址处的地形条件及不同坝高工程量，水库正常运行标准采用30年一遇洪水设计、200年一遇洪水校核安全合理。30年一遇设计洪水位为38957M，200年一遇校核洪水位为3937M。（名称）水库原设计坝顶按30年一遇洪水设计，坝顶高程为3905M,防浪墙高15M，防浪墙顶高程为392M。不难看出，（名称）水库防浪墙顶高程392M小于200年一遇校核洪水位3937M。因此，（名称）水库坝顶高程不满足校核洪水位，因此应提高大坝高度。计算公式依据碾压式土石坝设计规范SL2742001，坝顶超高按下式计算YREA式中Y坝顶超高M；R最大波浪在坝坡上的爬高M；E最大风雍水面高度M；A安全加高M。坝顶高程等于水库静水位与超高之和，复核坝顶高程采用校核洪水位加非常运用条件的坝顶超高；计算采用的参数特征水位设计洪水位38957M（30年一遇设计）校核洪水位3905M（50年一遇校核）3937M200年一遇校核死水位37377M涵管进口底板高程风速多年平均最大风速为14M/S。正常运用条件下计算风速取多年平均最大风速的15倍，即21M/S，非常运用条件下计算风速取多年平均最大风速14M/S。吹程风作用于水域的有效吹程D取1000M。安全超高大坝为5级建筑物，根据规范，正常运用条件下的安全超高取05M，非常运用条件下的安全超高取03M。计算结果波浪要素采用蒲田公式进行计算。公式参考碾压式土石坝设计规范SL2742001附录A中A15公式A151A154。702457022138130WGHTHDTWGHTHGMMMTM4438HM05式中HM平均波高，M；TM平均周期，S；W计算风速，M/S；D风区长度，M；HM水域平均水深，M；G重力加速度，981M/S2。平均波长可按下式计算MMLHTHTL2式中LM平均波长，M；H坝迎水面前水深，M。风壅水面高度按碾压式土石坝设计规范SL2742001附录A中A110公式A110计算。COS2MGHDKWE式中E计算点处的风壅水面高度，M；D风区长度，M；K综合摩阻系数，取36106；计算风向与坝轴线法线的夹角，。波浪爬高按正向来波在单坡上计算，上游坝坡为1235，平均波浪爬高按碾压式土石坝设计规范SL2742001附录A中A112公式A1121计算MWMLHKR21式中RM平均波浪爬高，M；M单坡的坡度；K斜坡的糙率渗透性系数，根据护面类型由表A1121查得，大坝上游护坡型式为干砌石护坡，K取08；KW经验系数，按A1122查得，采用莆田试验站公式法计算最大波浪在坝坡上的爬高为035M，最大壅水高度0006M。计算结果坝顶超高为065M。确定坝顶防浪墙顶部高程为39435M才能满足防洪标准要求。从而得到坝顶高程为39285M。大坝坝高增加235M。0204060801001201400051152253354455流量M3/S时间H图52红花沟滞洪库洪水调节成果P10入流出库V63720204060801001200051152253354455流量M3/S时间H图53红花沟滞洪库洪水调节成果P20入流过程线出库过程线V5564万M301020304050607080901000051152253354455流量M3/S时间H图54红花沟滞洪库洪水调节成果P333入流过程线出库过程线V4959万M3H38957M01020304050607080900051152253354455流量M3/S时间H图55红花沟滞洪库洪水调节成果P50入流过出库过V4521万M3010203040506070800051152253354455流量M3/S时间H图56红花沟滞洪库洪水调节成果P100入流过程线出库过程线V3721万M30204060801001200051152253354455流量M3/S时间H图57红花沟滞洪库洪水调节成果P033入流过程线出库过程线V822万M3图58红花沟滞洪库洪水调节成果P050204060801001201401600051152253354455时间H流量M3/S入流过程线出库过程线V755万M3H3937M不同频率下水库分析表见表59（名称）水库规模分析表表59洪水频率洪峰流量M3/S最大下泄流量M3/S库容万M3库水位M坝顶高程M坝高M1126243963723918392732158211022975544390539143202833395821814959389573905019355856212452138888389811866106951928372138754388471732033167278223944639476236105152261387553937394762361大坝加高示意图见图59图59大坝坝顶加高示意图5大坝断面加高坝顶高程为39285M，较原坝坝顶高程3905高出235M,坝高增至为217M，坝顶宽度3M，其他参数保持不变。临水面坡比采用L30的干砌石护坡，坡厚度05M，背水面坡比125的草坪护坡。上、下游坡脚处分别设置排水棱体和排水沟。6稳定性计算渗流稳定性计算大坝渗流计算采用有限单元二维稳定渗流计算方法。计算断面选取大坝最大断面（44）作为计算断面，土层渗透系数按各向同性考虑。本次渗流计算采用北京理正软件设计研究所开发的渗流分析软件45版，此软件适用于各类大坝、不同坝基、各种水位下的大坝渗流稳定分析。渗流计算考虑以下2种工况，见表510。大坝坝体各土层的渗透系数取值，是根据地质工作所取土样，在土工实验的基础上，分析类比后确定的，具体见表511。经过渗流计算，计算断面二维渗流等势线见图510、图511。计算成果见表512。表510计算工况表计算工况上游水位（M）下游水位（M）备注139373666上游为效核核洪水位2386237115上游为洪水过后死水位表511计算采用渗透系数表序号位置土层渗透系数（CM/S）备注1坝体壤土61042反滤料砂砾层81023坝基壤土6104土层渗透性均各向同性考虑表512二维渗流计算成果表计算断面上游水位（M）下游水位（M）下游坡出逸比降出逸点高程M单宽渗流量（M3/D）443937366602636660092443862371150295371150102根据渗流计算结果，大坝在各种水位下，其渗流坡降最大值为0295，小于粘土允许渗透坡降值045，故加固后大坝渗流稳定满足要求。图510上游为200年效核核洪水位二维渗流等势线剖面44图511上游为洪水过后死水位二维渗流等势线边坡稳定性计算根据碾压式土石坝设计规范（SL2742001）规定，按极限平衡稳定分析原理，采用条分法，不计条块间的作用力，用瑞典圆弧法进行计算。在计算时，坝体饱和层面以渗流计算成果中浸润线位置为准。采用瑞典圆弧法计算时，公式如下SIN21SECCOSECWTGBZWUBK式中、固结排水剪切有效应力强度值和土壤内摩擦角；坝坡外水位以上土条实重；1W坝坡外水位以下土条浮容重；2Z坝坡外水位高出条块底面中心点的距离；稳定渗流期或水位降落期坝体中的孔隙水力；UW水的容重；条块重力线与通过此条块中心线底面水平的夹角；B条块宽度；计算程序采用北京理正软件设计研究所开发的边坡稳定设计程序45版，此软件适用于各类大坝各种水位下的大坝边坡稳定计算。水工况下下游边坡的稳定，根据渗流稳定性计算结果简图，计算采用滑裂面形状圆弧滑动法，不考虑地震。表513计算土质采用参数表容重（KN/M3）内摩擦角度粘聚力KPA备注182510上游为校核核洪水位计算结果简图510如下图510200年校核滑动面计算简图计算结果坡面滑动安全系数等于2207大于105，滑动面安全。532涵管冲蚀断面修复涵管沿线