水利工程施工课程设计基本资料.doc

水利工程施工课程设计基本资料水利工程施工课程设计基本资料 目目 录录 1 1 综合说明综合说明 1 1 1.1 水库基本情况.1 1.2 工程特性表.3 2 2 水文水文 4 4 2.1 基本资料.4 2.2 设计暴雨.6 2.3 设计洪水.8 3 3 工程地质工程地质 1515 3.1 工程设计施工简介15 3.2 工程地质16 3.3 天然建筑材料22 3.4 工程地质及工程质量综合评价23 4 4 加固设计加固设计2424 4.1 工程任务和规模24 4.2 主要加固项目26 4.4 工程总体布置31 4.6 灌溉建筑物除险加固设计42 4.7 溢洪道除险加固设计45 4.8 工程量汇总49 4.9 对外交通51 0 1 1 综合说明综合说明 1.11.1 水库基本情况水库基本情况 1.1.1 工程位置及水文气象要素 沈家山水库位于江西省彭泽县杨梓镇红旗村沈山组，座落在严炉河上，坝址 中心地理位置坐标为：东径：11637，北纬：2937，坝址距彭泽县城区约 75km，水库坝址以上控制流域面积0.49km2，设计灌溉面积1000亩，实际灌溉面积 为700亩，沈家山水库是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养殖的综合利用性小（二） 型水利工程。 水库库区属亚热带东南季风气候区，夏季湿热多雨，冬季风寒天冷，全年四 季分明。年平均气温为17.00C，最高气温40.50C，最低气温-10.30C；年均相对湿度 78%，年蒸发量为1195mm，最大风速15.0m/s，风向多为东北风；年日照时数2000 小时以下，年无霜期240260天；年平均降水量为1440mm，降雨年内分配不均， 降雨年际变化也较大。 台风是形成本地区盛夏季节降水的主要原因之一，平均每年约 1 至 2 次影响 本流域，约 90%左右台风雨出现于 79 月，其中 8 月份占 40%左右。 经统计分析，雨季始于 3 月中、下旬，终于 7 月中旬，降水变化曲线有两个 峰值，第一峰值出现于五月上旬为春汛，第二峰值出现于 6 月下旬为夏汛。 暴雨历时一般以一天为最多，最长可达三天，一般由两次衔接的天气系统产 生的暴雨过程历时较长，而由一次天气系统产生的暴雨过程历时则较短。峰面暴 雨过程历时较长，台风暴雨过程历时较短。 1.1.2 工程建设过程及近期加固情况 沈家山水库于 1964 年由杨梓镇红旗村村民自行设计、施工，工程规模定为 小（二）型水库，同年 10 月动工建设，1965 年建成，1970 年对大坝进行续建加 高，工程达到现在坝高 13m 的规模。大坝施工建设时成立沈家山水库建设指挥部， 以大会战的形式进行，具体情况如下： 大坝于 1964 年秋开始兴建，施工前未作地质勘探工作，施工时无机械设备， 全靠人工进行作业，大坝填筑到坝高度达到 11.0m，1970 年加高加固达到 13m。当 时为了抓进度、抢时间，对施工质量控制不严，心墙填筑土料较差，土质砂性较 1 重，大坝截水槽清基不够彻底，坝体没有达到规范要求。 溢洪道始建于 1964 年,长 47.6m。 灌溉涵管于 1964 年建成，1970 年大坝加高时接长涵管，全长共计 49.9m。 灌溉涵管为瓦管结构，目前涵管断裂漏水十分严重，由于管径太小，无法进洞处 理。 目前水库因为漏水严重，无法蓄水，2009 年空库运行。 1.1.3 加固前工程任务及规模 沈家山水库是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养殖的综合利用性小（二）型水 利工程。总库容为 21.8104m3，设计灌溉面积 1000 亩，实际灌溉面积为 700 亩， 根据水利水电工程等级划分洪水标准 （SL252-2000）枢纽工程等级为 V 级，永 久性主要建筑物为 5 级。永久性次要建筑物为 5 级。 沈家山水库保护村庄 7 个，保护耕地 1300 亩，保护人口 0.08 万人，由于该 水库地理位置较高，一旦跨坝，将直接危及下游乡镇的人员、农田的安全，损失 非常大。因而该水库的防洪作用十分重要。 工程枢纽由大坝、溢洪道、灌溉涵管等建筑物组成。设计标准为二十年一遇 洪水标准，设计洪水位 103.97m，校核标准为二百年一遇洪水标准，校核洪水位 104.38m。按照水利水电工程等级划分及洪水标准 （SL252-2000）的有关规定， 沈家山水库工程规模为小（二）型水库。 1.1.4 加固前建筑物布置及结构型式 （1）大坝 大坝坝型为粘土心墙坝，风化石填筑坝体，坝顶高程为 105.0-105.6m，最大 坝高 13m，坝顶宽 3.03.45m，坝顶长度 57.1m，上游坝坡坡比为 1：2.47，下游 坝坡坡比为 1：3，坡面杂草丛生，且均未护坡，下游没有排水棱体，坝上无防浪 墙。 （2）溢洪道 溢洪道于 1965 年建成，型式为开敞式溢洪道。仅由进口段组成，无陡槽段、 消力池段两部分。进口过水断面宽度尺寸为 1.5 米，进口底板高程 102.8m，长 47.6m,最大过水流量 5.1/s，整个溢洪道仅为一开挖的过水明渠，无护砌，无任何 消能设施。 （3）灌溉涵管 2 涵管于 1964 年建成，为瓦圆管，管径为0.3 米，总长 49.9 米，进口底板高 程为 96.3 米，最大过水流量为 0.3m3/s。涵管进口采用卧管控制。 1.21.2 工程特性表工程特性表 序号及名称单位加固前加固后备注 一、水文 1集雨面积 km20.490.49 2多年平均年降雨量 mm14001400 P（%） 55 3设计洪水标准及流量 m3/s8.388.38 P（%） 0.50.5 4校核洪水标准及流量 m3/s12.512.5 二、水库 校核洪水位 m104.38104.30 设计洪水位 m103.97103.90 正常蓄水位 m102.80102.80 死水位 m94.4094.40 总库容（校核洪水位以下库容）万 m3 22.521.8 正常库容万 m3 17.617.6 死库容（死水位以下）万 m3 2.72.7 三、工程效益 保护人口万人 0.150.15 保护耕地亩 13001300 灌溉面积亩 10001000 四、主要建筑物及设备 1主坝及副坝 坝型土石坝土石坝 坝顶高程 m105.00-105.60105.40 最大坝高 m1313 坝顶长度 m57.157.1 坝顶宽度 m3.0-3.54.0 2泄水建筑物（溢流堰、溢洪道、隧洞、底孔、闸孔等） 3 型式 开敞式溢洪 道 开敞式溢 洪道 各建筑物分 别列出 堰顶高程 m102.8102.80 溢流段宽度（或泄洪洞尺寸及条数、 闸孔尺寸及孔数） m1.53.0 设计泄洪流量 m3/s3.785.72 校核泄洪流量 m3/s5.129.06 闸门型式无闸门无闸门 3输水建筑物 设计流量 m3/s0.273.65 长度 m49.966.57 断面尺寸 m0.30.81.2 2 2 水文水文 2.12.1 基本资料基本资料 2.1.12.1.1 流域自然条件流域自然条件 沈家山水库位于江西省彭泽县杨梓镇双丰村闵山坞，座落在龙源河上，坝址 中心地理位置坐标为：东径：1163647，北纬：293735，坝址距彭泽 县城区约 65km，水库坝址以上控制流域面积 1.45km2，主河道长 0.98km，河道平 均比降为 7，整个流域范围内山清水秀，植被良好，人类活动影响小，水土流失 影响不明显。 2.1.22.1.2 水文资料及测站情况水文资料及测站情况 沈家山水库坝址处无雨量站，流域上下游无水文测站，没有实测的流量资料， 所以本次设计洪水采用江西省暴雨洪水查算手册推算，其设计暴雨采用推理 公式法进行计算。 2.1.32.1.3 水库、流域特征参数水库、流域特征参数 （1）水库流域特征参数复核 本次初步设计根据万分之一航测图对流域面积、主河道长度、河道比降进行 了复核。复核前后的水库流域特征参数结果如表 2.1.1 所示。 表表 2.1.12.1.1 水库流域特征参数复核表水库流域特征参数复核表 水库流域特征参数原设计复核后 4 控制流域面积 F(km2) 0.420.49 主河道长度 L(km) 0.510.59 主河道比降 J 0.0110.011 （2）水库水位容、面积关系复核 水库原有实测库区地形图缺失，仅有库容数据，本次初步设计对库容进行了 复核，根据本次实测库区水面以上局部等高线结合万分之一航测地形图绘制库容 曲线图，推算水库的面积及库容，水位面积曲线列表详见表,2.1.2 和图 2-1 所 示。 表表 2.1.22.1.2 沈家山沈家山水库水位与面积、库容关系表水库水位与面积、库容关系表 水位Z（m）面积A（千 m2）库容V（万 m3） 91.4 00 921.20.5 933.71.5 9462.3 958.53.2 9610.84.1 9713.25 9815.56 9917.97.2 10020.38.7 10122.610.6 10225.113.3 10327.618.7 104.431.122.5 5 沈沈家家山山水水库库水水位位与与面面积积、库库容容曲曲线线图图 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 012345678910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 水位 面积、库容 H-S曲线 H-V曲线 2.22.2 设计暴雨设计暴雨 2.2.12.2.1 设计暴雨计算方法设计暴雨计算方法 本工程区属鄱阳湖水系，本流域上下游无水文测站，没有实测的流量资料， 邻近流域上下游也无降雨成因、产汇流条件相似的水文测站作为参证站。因此本 工程洪水复核仅能以降雨资料来推求洪水过程。采用江西省水位总站 1986 年编制 的江西省暴雨洪水查算手册 （以下简称手册 ）提供的方法计算，按工程所 在位置对本流域年最大 24 小时、6 小时、3 小时和 1 小时均值计算设计暴雨。根 据江西省水利厅下发的大坝安全评价技术规定，对集雨面积小于 30km2流域，一般 采用推理公式法计算设计洪水。本水库集雨面积 1.45km2，宜采用推理公式法计算 洪水过程。 2.2.22.2.2 设计暴雨计算设计暴雨计算 设计暴雨计算参数主要由均值H、变差系数 CV、偏差系数 CS= 3.5CV三个参 数组成，设计暴雨要素可通过手册等值线图及附图附表查得，计算成果见暴 雨要素查算表 2.2.1。 表表 2.2.12.2.1 水库暴雨要素查算表水库暴雨要素查算表 统计参数频率(%) 时段 频率 查算50.5 6 24小时暴雨均值 H点24 查附图2-4 110110 6小时暴雨均值 H点6 查附图2-6 7575 1小时暴雨均值 H点1 查附图2-8 4040 Cv24 查附图2-5 0.50.5 Cv6 查附图2-7 0.450.45 Cv1 查附图2-9 0.450.45 KP24 查附表5-2 1.993.06 KP6 查附表5-2 1.882.79 KP1 查附表5-2 1.882.79 24小时点暴雨量 H点24p H 点24Kp24 218.9336.6 6小时点暴雨量 H点6p H 点6Kp6 141209.3 1小时点暴雨量 H点1p H 点1Kp1 75.2111.6 3小时点暴雨量 H点3p =H1P31-n2110.6 164.1 24 查附图5-1 11 6 查附图5-1 0.99990.9999 1 查附图5-1 0.99990.9999 3 查附图5-1 0.99990.9999 24小时面暴雨量 H面24 H点24p24 218.9336.6 6小时面暴雨量 H面6 H点6p6 141.0 209.2 1小时面暴雨量 H面1 H点1p1 75.2 111.6 3小时面暴雨量 H面3 H点3p3 110.5 164.1 设计暴雨按手册中的暴雨进程分配雨型表进行分配，时段取 1 小时，各时段 的分配系数见手册附表 46，得 24 小时暴雨时程分配，见表 2.2.2。 表表 2.2.22.2.2 水库水库 24h24h 暴雨时段分配表暴雨时段分配表 时 段 频 率 H24(5%)H24(0.5%) 13.9 6.4 23.9 6.4 33.9 6.4 43.9 6.4 53.9 6.4 7 63.9 6.4 70.0 0.0 80.0 0.0 90.0 0.0 107.8 12.7 117.8 12.7 127.8 12.7 136.1 6.1 1412.2 12.2 1512.2 12.2 1635.4 52.5 1775.2 111.6 181414 197.0 11.5 207.0 11.5 216.2 10.2 223.9 6.4 233.9 6.4 243.1 5.1 合计 232.9 335.9 2.32.3 设计洪水设计洪水 2.3.12.3.1 手册手册法推求设计洪水过程法推求设计洪水过程 （1）产流计算 彭泽地处南方湿润气候区，降雨径流的主要方式为蓄满产流，一次降雨的径 流总量(R总)取决于降雨量(H)和雨前土壤含水量(Pa)二个因素，降雨径流相关采 用 R总=f(H +Pa)形式。查手册附图 3-1 产流分区图知，沈家山水库位于产流 第区。该区的设计前期雨量 Pa=70mm，Im=100mm。根据不同频率的 24 小时暴雨 时程分配，查手册附表 3-2（V） ，可得到相应各时段的累积径流总量，再根据 24 小时平均雨强查手册附表 3-3 可得稳渗强度 fc，将各时段径流深 R 总减去 地下径流深 R下（R下=fct） ，即得设计净雨过程，计算见表 2.3.1，表 2.3.2。 其中：fc(5%)=2.1mm/h，fc(0.5%)=2.32mm/h。 （2）汇流计算 根据手册 ，Qtt 的计算采用下式： Qt=0.278Fht/t 8 其中：F 为流域面积，F=1.45km2；ht 为 t 时段的累积净雨；t 为净雨时间。 根据上式可求得不同频率的 Qtt 关系曲线。查手册附图 4-2 推理公式分区 可知,沈家山水库地点在区。 根据 =L/J1/3=5.122,按第区经验公式计算: 60 时，m=0.1860.265=0.287 根据公式得 Q=0.278/ m4=6.58/4 4/13/1 /278 . 0 QmJL 点绘 Qtt 及 Q 关系曲线得不同频率地面洪峰流量如下: P=5% Qm 地面=8.1m3/s 汇流时间为 3 小时 P=0.5% Qm 地面=12.2m3/s 汇流时间为 4 小时 (3) 设计洪水 采用概化五点折腰多边形过程推求地面洪水过程线,然后对地下径流进行回加 计算。 地面汇流时间及洪水总量计算采用以下公式 T=9.67W/ Qm 地面 9 表表 2.3.12.3.1 沈家山水库沈家山水库 5%5%频率净雨过程计算表频率净雨过程计算表 时段 项目 123456789101112131415161718192021222324 合计 H3.9 3.9 3.9 3.9 3.9 3.9 0.0 0.0 0.0 7.8 7.8 7.8 6.1 12.2 12.2 35.4 75.2 14.0 7.0 7.0 6.2 3.9 3.9 3.1 232.9 H3.9 7.8 11.7 15.6 19.5 23.4 23.4 23.4 23.4 31.2 39.0 46.7 52.8 65.0 77.2 112.5 187.7 201.7 208.8 215.8 222.0 225.9 229.8 232.9 H+Pa73.9 77.8 81.7 85.6 89.5 93.4 93.4 93.4 93.4 101.2 109.0 116.7 122.8 135.0 147.2 182.5 257.7 271.7 278.8 285.8 292.0 295.9 299.8 302.9 R总1.6 2.8 5.1 6.8 8.8 10.7 10.7 10.7 10.7 14.6 18.5 23.1 27.4 36.2 47.3 82.5 157.7 171.7 178.8 185.8 192.0 195.9 199.8 202.9 R总1.6 1.2 2.3 1.7 2.0 1.9 0.0 0.0 0.0 3.9 3.9 4.6 4.3 8.8 11.1 35.2 75.2 14.0 7.1 7.0 6.2 3.9 3.9 3.1 202.9 R下 （fct） 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 0.0 0.0 0.0 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 44.1 h240.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.8 1.8 2.5 2.2 6.7 9.0 33.1 73.1 11.9 5.0 4.9 4.1 1.8 1.8 1.0 160.7 表表 2.3.22.3.2 沈家山水库沈家山水库 0.5%0.5%频率净雨过程计算表频率净雨过程计算表 时段 项目 123456789101112131415161718192021222324 合计 H6.4 6.4 6.4 6.4 6.4 6.4 0.0 0.0 0.0 12.7 12.7 12.7 6.1 12.2 12.2 52.5 111.6 14.0 11.5 11.5 10.2 6.4 6.4 5.1 335.9 H6.4 12.7 19.1 25.5 31.8 38.2 38.2 38.2 38.2 50.9 63.7 76.4 82.5 94.7 106.9 159.3 270.9 284.9 296.4 307.8 318.0 324.4 330.8 335.9 H+Pa76.4 82.7 89.1 95.5 101.8 108.2 108.2 108.2 108.2 120.9 133.7 146.4 152.5 164.7 176.9 229.3 340.9 354.9 366.4 377.8 388.0 394.4 400.8 405.9 R总2.7 5.5 8.6 11.8 14.9 18.1 18.1 18.1 18.1 26.0 35.2 46.5 52.5 64.7 176.9 229.3 240.9 254.9 266.5 277.8 288.0 294.4 300.8 305.9 R总2.7 2.8 3.1 3.2 3.1 3.2 0.0 0.0 0.0 7.9 9.2 11.3 6.0 12.2 112.2 52.4 11.6 14.0 11.6 11.3 10.2 6.4 6.4 5.1 305.9 R下 （fct） 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 0.0 0.0 0.0 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 48.7 h240.4 0.5 0.8 0.9 0.8 0.9 0.0 0.0 0.0 5.6 6.9 9.0 3.7 9.9 109.9 50.1 9.3 11.7 9.3 9.0 7.9 4.1 4.1 2.8 257.2 10 11 5 5% %频频率率Q Qt t- -t t、Q Q- -相相关关图图 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 012345678910 t(小时） Q（m3/s) Qt-t Q- 0 0. .5 5% %频频率率Q Qt t- -t t、Q Q- -相相关关图图 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 012345678910 t(小时） Q（m3/s) Qt-t Q- W=0.1h24F 式中：h24为 24 小时地面净雨量（mm） ；F 为本流域流域面积（1.45km2）; Qm 地面为本流域地面设计洪峰流量(m3/s)。 根据地面汇流时间 T 和概化五点折腰多边形计算系数可得不同频率的洪水过 程。然后利用产流计算中的地下径流深 R 下，用式 Qm 地下=R 下F/3.6T 算得 Qm 地下，根据 Qm 地下=（t/T）Qm 地下可得不同频率地下流量过程，地面流量过程 和地下流量过程按时序叠加即得不同频率的设计洪水过程，成果见表 2.3.3 、2.3.4。 12 沈沈家家山山水水库库洪洪水水过过程程线线 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 0123456789101112131415161718192021222324 t(小时） Q（m3/s) 5%频率 0.5%频率 2.3.22.3.2 设计洪水成果的采用及合理性分析设计洪水成果的采用及合理性分析 为进一步检验成果的合理性，将洪水计算成果与彭泽县其它水库的设计洪水 成果进行比较，分别见表 2.3.5。 表表 2.3.52.3.5 沈家山水库与附近水库设计洪水成果比较表沈家山水库与附近水库设计洪水成果比较表 洪峰流量 Q（m3/s）洪峰模综合系数（Q/F2/3） 水库 名称 乡镇 集雨面积 F （km2） P=0.5%P=5%P=0.5%P=5% 竹子坞东升镇 1.272817.523.8814.92 正冲马当镇 1.7239.623.427.59 16.30 沈家山杨梓镇 0.4912.58.3820.1113.48 从表 2-3-6 可以看出，沈家山水库的洪峰模综合系数与附近水库的洪峰模综 合系数相近。从水库坝址的设计洪峰模数与其它已建水利工程情况比较看，各频 率模数基本上处在中间位置。从双对数纸上点绘的设计洪峰流量与集水面积关系 图上看，该水库坝址和各已建水利工程设计洪峰流量与其集水面积的关系呈线性 关系，其点据基本分布在关系线附近。故认为本次的设计洪水计算结果是合理的。 2.3.3 施工设计洪水 本工程部分水下工程有施工导流要 13 求，因此需推算相应施工期洪水。根据施工组织设计，主要水下施工项目为拆除 重建灌溉涵管、启闭台建筑，其施工期安排在 10 月至次年 2 月，故只需该时段的 洪水进行分析和推求。 施工洪水采用水文比拟法计算，长河流域内有一座落在长河北支乌石河中游 的铺头水文站。该站设立于 1958 年 4 月 30 日，观测 3 年后于 1961 年底撤消，后 来又重新开始观测，目前有 19802002 年 23 年的流量资料。铺头水文站距沈家 山直线距离 90km, 控制集雨面积 185km2，其流域气侯及下垫面条件与沈家山流域 相同。以铺头水文站提供的年枯水期洪峰流量资料为依据，选样时以枯水施工期 （102 月）按不跨期原则独立选取，采用 P线型配线选定统计参数，尔后按 流域面积比的 2/3 次方关系将铺头水文站的设计值换算至沈家山坝址处，即得沈 家山坝址处施工期设计洪水，各分期设计洪水计算成果见表 2.3.6。经计算施工期 P=20%最大洪峰流量为 0.92m3/s。 表表 2.3.62.3.6 沈家山水库沈家山水库 P=20%P=20%分期设计洪峰流量成果表分期设计洪峰流量成果表 (m3/s) 月份9次年 2 月9次年 3 月10次年 3 月10次年 2 月 铺头水文站 79.5893.2273.1460.66 沈家山 1.20 1.41 1.10 0.92 施工期设计洪水过程线，经比较选择 1983 年 10 月 1618 日洪水过程线为典 型洪水，采用按设计洪峰流量同倍比放大法求得，其 102 月时段的设计洪水过 程线见表 2.3.7。 表表 2.3.72.3.7 沈家山水库施工期（沈家山水库施工期（10102 2 月）月）P=20%P=20%设计洪水过程线设计洪水过程线 序号（t=1h） 0123456 铺头站 00.430.7360.6628.4914.899.82 流量 （m3/s ） 沈家山 0.00 0.01 0.01 0.92 0.43 0.22 0.15 序号（t=1h） 7 8910111213 铺头站 6.594.84.033.543.092.692.33 流量 （m3/s ） 沈家山 0.10 0.07 0.06 0.05 0.05 0.04 0.04 14 3 3 工程地质工程地质 3.13.1 工程设计施工简介工程设计施工简介 沈家山水库于 1964 年由杨梓镇红旗村村民自行设计、施工，工程规模定为小 （二）型水库，同年 10 月动工建设，1965 年建成，1970 年对大坝进行续建加高， 工程达到现在坝高 13m 的规模。大坝施工建设时成立沈家山水库建设指挥部，以 大会战的形式进行。 沈家山水库是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养殖的综合利用性小（二）型水 利工程。总库容为 21.8104m3，设计灌溉面积 1000 亩，实际灌溉面积为 700 亩， 根据水利水电工程等级划分洪水标准 （SL252-2000）枢纽工程等级为 V 等，永 久性主要建筑物为 5 级。永久性次要建筑物为 5 级。 工程枢纽由大坝、溢洪道、灌溉涵管等建筑物组成。设计标准为二十年一遇 洪水标准，设计洪水位 103.90m，校核标准为二百年一遇洪水标准，校核洪水位 104.30m。按照水利水电工程等级划分及洪水标准 （SL252-2000）的有关规定， 沈家山水库工程规模为小（二）型水库。 （1）大坝 大坝坝型为粘土心墙坝，风化石填筑坝体，坝顶高程为105.0-105.6m，最大 坝高 13m，坝顶宽 3.03.45m，坝顶长度 57.1m，上游坝坡坡比为 1：2.47，下游 坝坡坡比为 1：3，坡面杂草丛生，且均未护坡，下游没有排水棱体，坝上无防浪 墙。 （2）溢洪道 溢洪道于 1965 年建成，型式为开敞式溢洪道。仅由进口段组成，无陡槽段、 消力池段两部分。进口过水断面宽度尺寸为 1.5 米，进口底板高程 102.9m，长 47.6m,最大过水流量 5.9m3/s，整个溢洪道仅为一开挖的过水明渠，无护砌，无任 何消能设施。 15 （3）灌溉涵管 涵管于 1964 年建成，为瓦圆管，管径为0.3 米，总长 49.9 米，进口底板 高程为 96.3 米，最大过水流量为 0.3m3/s。涵管进口采用卧管控制。 3.23.2 工程地质工程地质 3.2.1 地质勘察概况 本次勘察遵照水利水电工程地质勘察规范 （GB50487-2008） 、 中小型水利 水电工程地质勘察规范 （SL55-2005） 、 水利水电工程地质测绘规程 （SL299- 2004） 、 水利水电工程天然建筑材料勘察规程 （SL251-2000） 、 江西省小型水库 大坝安全评价导则 （试行）及其他有关技术标准及结合水库实际险情。主要采用 工程地质测绘及适量的槽坑探、室内外岩土试验等手段，并天然建筑材料进行调 查。报告编制中引用了相应地区的 1/20 万区域地质成果，分析利用了业主提供的 有关水库建设、运行等资料。 本次勘察土工试验由我院试验室承担；测量由测绘分院承担。 本次勘察采用任意直角坐标系，黄海高程。 3.2.2 区域地质概况 3.2.2.1 地形地貌及物理地质现象 本区位于剥蚀堆积丘陵地貌，库区河谷呈狭长条状，走向南东-北西向，经坝 址峡谷后开阔。 区内冲沟虽较发育，但切割不甚强烈，山坡一般较缓且较稳定，植被较发育， 未见塌岸等不良地质现象。 3.2.2.2 地层岩性 本区出露地层主要为元古界板溪群利安组（Ptbnl）及第四系（Q）松散堆积 物。现将区内地层岩性由老至新分述如下： 1、元古界板溪群利安组（Ptbnl）：广泛分布于坝址及库区，岩性为灰色条 带状板岩、粉砂凝灰质板岩、凝灰质砂岩夹钙质砂岩、板岩团块和黄铁矿晶体。 2、第四系松散堆积物() 区内第四系地层较发育，现分述如下： a、第四系全新统残坡积层(el-dlQ4)：分布于低丘及坡麓一带，岩性主要为灰、 黄褐色含砾低液限粘土夹风化岩碎块，局部为粘土质砾(砂)。 16 b、第四系全新统洪冲积层（pl-alQ4）：分布于沟谷中，岩性主要为灰黄、黄 褐色(含砂)低液限粘土夹风化岩碎块，局部为粘土质砾(砂)。 3.2.2.3 地质构造及地震 工程区处于扬子准地台东南缘，二级构造单元属下扬子钱塘台坳的一部分， 基底褶皱强烈，断层发育，以北东向断裂为主。 据中国地震动参数区划图 （GB18306-2001）界定，工程区地震动峰值加速度 为 0.05g， 相应地震基本烈度为度。 3.2.2.4 水文地质条件 本区地下水可分为基岩裂隙水和孔隙潜水两种类型。 1、基岩裂隙水：主要赋存于断层破碎带及节理裂隙中，接受大气降水或地下 水补给，排泄于盆地及沟谷内。 2、孔隙潜水：主要赋存于第四系全新统洪冲积地层中，水量不丰，接受大气 降水和基岩裂隙水补给，向低洼地带排泄。 3.2.3 坝址区工程地质条件 3.2.3.1 坝体状况及质量评价 1、坝体状况 大坝坝型为粘土心墙坝，风化石填筑坝体，坝顶高程为 105.0-105.6m，最大 坝高 13m，坝顶宽 3.03.45m，坝顶长度 57.1m，上游坝坡坡比为 1：2.47，下游 坝坡坡比为 1：3，坡面杂草丛生，且均未护坡，下游没有排水棱体，坝上无防浪 墙。 大坝均为就近取土填筑而成，其成份较复杂，土质极不均一。根据坝体结构， 将坝体分为坝壳(rQ1)、粘土心墙(rQ2)两部分，现分别叙述如下： a.坝壳(rQ1)：主要分布于坝体心墙两侧, 填筑料主要取自坝区分布的元古界 板溪群利安组板岩风化状碎块石及坝基清基土等，土质主要为粘土质砾、碎块石， 以灰色为主，局部夹灰黄、黄褐色，稍湿湿，块径大者达 20 30cm，含量一般 为 20 %30 %，具中等透水性，建议渗透系数 K=210-3cm/s。压缩系数为 0.357MPa-1，具中等压缩性；呈疏松稍密状。 b.粘土心墙(rQ2)：分布于坝轴线附近，据沈家山水库现场检查报告及本 次坑探揭露心墙顶高程约为 104.66m。心墙填土主要由灰黄色、黄褐色的低液限粘 土(含少量砾的重粉质壤土)组成, 多处含有碎石。稍湿, 呈可塑硬可塑状。据室内 17 试验成果干密度 1.54g/cm3，孔隙比 0.867。心墙土体的渗透系数建议值 k=410- 4cm/s。 2、坝体质量评价 坝壳(rQ1)：主要由粘土质砾、碎块石组成，局部为低液限粘土，填筑质量较 差，局部存在孔隙、空洞及施工界缝。具中等透水性。 粘土心墙(rQ2)：主要由低液限粘土(含少量砾的重粉质壤土)填筑而成，多处 含有碎石块。渗透系数建议值 k=410-4cm/s，不满足现行规范强制性条文要求。 心墙填土干密度偏小。孔隙比偏大，表明碾压不均匀，欠密实，心墙填筑质量较 差。水库在运行期间，大坝下游坝脚存在渗水，大坝下游坡范围内也存在不同程 度的渗漏，故大坝存在坝体渗漏问题。 上游坝坡坡面无护坡，坡面冲刷严重，凹凸不平。下游坝坡坡面杂草丛生， 且不平整，冲蚀严重。下游坝脚未设排水反滤设施，渗流出口无保护，对大坝渗 透稳定不利。 综上所述，该大坝坝体单薄，填筑质量较差，填土不均匀，欠密实，存在较 多的施工界缝，粘土心墙墙顶高程偏低，防渗性能不满足现行规范对防渗体的强 制性条文要求，存在坝体渗漏问题，建议对坝体采取必要的防渗处理，对坝坡采 取相应的整理措施，增设下游坝脚排水反滤设施。 据坝体土的颗粒组成，按规范要求判别，坝体土属流土型渗透变形，其允许 水力比降建议值为 0.35。根据试验成果及工程类比，坝体土主要物理力学参数及 渗透系数建议采用值见表 3.2.3.1。 3.2.3.2 坝址区工程地质条件及评价 1、坝址工程地质条件 （1）地形地貌及物理地质现象 坝址位于山间盆地的峡谷出口，属剥蚀堆积丘陵地貌，小溪自南东向北西流 经坝址。 坝址区未见其他不良物理地质现象，近坝库岸较稳定。 （2）地层岩性 坝基覆盖层为第四系全新统洪冲积层（plalQ4） ，坝肩覆盖层为第四系全新统 残坡积层（eldlQ4） ，下伏基岩为元古界板溪群利安组（Ptbnl） ，现据地层由老至 新分述如下： 18 1)元古界板溪群利安组（Ptbnl）：岩性为灰色条带状板岩、粉砂凝灰质板岩、 凝灰质砂岩夹钙质砂岩、板岩团块和黄铁矿晶体，变余砂状、泥状结构，板状构 造， 19 板理较发育，面光滑，与层理一致。岩体总体走向呈北东，倾向总体倾南东，倾角 7585，岩体小褶皱较发育。 2)第四系松散堆积物() 全新统洪冲积层（plalQ 4）：低液限粘土(含少量砾的重粉质壤土)分布于坝 基，层厚约 1.92.4m，呈灰黄、黄褐等色，湿，以可塑状为主，局部软可塑状，含砂 14.5%，含砾 4.2%，底部含较多粉细粒及少量石英细砾，粘塑性稍差。室内试验渗透系 数为 3.6510-4cm/s，建议值为 4.010-4cm/s，具中等透水性，压缩系数为 0.271MPa-1，具中等压缩性。 全新统残坡积层（eldlQ4）：分布于左、右坝肩坡麓一带，厚度较薄，岩性主 要为含砾低液限粘土夹风化岩碎块，局部为粘土质砾，以硬可塑状为主，物理力学性 质较好，一般具中等压缩性，弱透水性。 上述坝基各土层物理力学参数及渗透系数建议采用值见表 3.1。 （3）地质构造 1)褶皱、断层 工程区为扬子准地台基底的板溪群，褶皱强烈，地层产状变化较大, 经野外地质 测绘，坝址区未见大的断层分布。 2)裂隙 坝址区在基岩出露点经地质测绘，节理裂隙较发育，主要有发育 NNE 向、NW 向两 组节理，面平整、闭合，延伸较长，裂面见铁、锰质薄膜，发育频率为 35 条/m。 （4）水文地质条件 1)地下水 坝址区地下水根据赋存及埋藏特性，可分为二种类型。 孔隙潜水：主要赋存于第四系全新统洪冲积地层中，水量不丰，接受大气降水、 基岩裂隙水及库水的补给，向低洼地带排泄，地下水头受库水位变化影响较大。 基岩裂隙水：储存和运移于基岩裂隙（带）中，接受大气降水补给，排泄于沟谷 低地。 2)岩土体透水性 基岩透水性：大坝坝基岩体为板岩，全强风化岩体具中等弱透水性，在坝基连 续分布，厚度较大。 20 土体透水性：粘土心墙底部座落在第四系全新统洪冲积的低液限粘土层(含少量砾 的重粉质壤土)之上，渗透系数 K=4.010-4cm/s，具中等透水性。 2、坝址工程地质评价 （1）坝基处理 据现场检查及业主提供的访谈资料，左、右两岸两端山坡坝基作了简单的清基处 理，清除了零星的树根及残坡积土，利用全强风化板岩作坝基，但没有开挖基槽。溪 沟段坝基清基不彻底，坝基为第四系全新统洪冲积层，岩性为低液限粘土(含少量砾的 重粉质壤土), 且夹较多植物根系，坝基清基效果较差。 （2）坝基压缩变形问题 大坝左、右侧坝基为全强风化板岩，承载力均可满足坝体荷载要求；溪沟部位 坝基主要为第四系全新统洪冲积层的低液限粘土(含少量砾的重粉质壤土)，局部为粘 土质(砂)砾，以可塑状为主，具中等压缩性，物理力学性质较好，经 40 余年上部坝体 荷载自然压密固结，承载力可满足坝体荷载要求。故坝基不存在压缩变形问题。 （3）坝基渗漏及绕坝渗漏问题 如前所述，溪沟段坝基清基不彻底，坝基为第四系全新统洪冲积层，岩性为低液 限粘土层(含少量砾的重粉质壤土)，层厚约 1.92.4m，该土层贯穿大坝上、下游，具 中等透水性，且由于坝基夹有较多植物根系，坝体填筑时对坝基未进行碾压处理，该 部坝基存在渗漏薄弱环节，故坝基存在渗漏和浅层接触渗漏问题。水库运行期间坝体 与坝基接触渗漏严重，存在集中渗漏点，漏水量随库水位升高而增大；左、右坝肩坝 基为全强风化板岩，岩体节理裂隙连通性较差，一般具中等弱透水性，防渗性能一 般，基本不存在绕坝渗漏问题。且坝体与坝基基岩接触部位坝体填土碾压不充分，存 在浅层接触渗漏问题。建议对坝基采取必要的防渗加固处理 3.2.4 坝下输水涵管工程地质条件及评价 坝下输水涵管位于大坝右端，该管于 1964 年建成，主要用于灌溉、泄洪，管身为 瓦圆管，管径为 0.3 米，总长 36 米，进口底板高程为 91.4 米，最大过水流量为 0.3m3/s。涵管进口采用卧管控制。 涵管基础持力层为元古界板溪群的强风化板岩，物理力学性质及承载条件较好。 据对大坝现场安全检查，现坝下涵管砼多处老化剥蚀，且大面积露筋，断裂漏水严重， 出口无消能防冲设施。水流冲刷较严重且直冲下游坝脚。建议对涵管进行加固处理。 3.2.5 溢洪道工程地质条件及评价 21 溢洪道于 1965 年建成，在大坝右侧上由山体中开挖而成，主要由进口段、泄槽段 组成，进口过水断面宽度尺寸为 1.5 米，进口底板高程 102.9m，下游无消能防冲设施。 溢洪道出露地层岩性为元古界板溪群板岩，呈灰色，变余砂状结构，板状构造， 板理及节理裂隙较发育，呈全、强风化状，未见较大断裂通过，岩层产状一般为 N80 E/SE7585，具中等弱透水性，工程地质条件较好。建议砼/强风化岩体抗剪强度 为 f=0.42， 抗剪断强度为 f =0.45，C =0.20Mpa，允许不冲刷流速 3.0m/s。建议强风 化岩体永久边坡值为 1:0.751:1。 现状溢洪道底板及两侧边坡均未衬砌，且边坡较陡，坡高 34m，受节理裂隙的组 合影响边坡稳定性较差，局部见小型崩塌，抗冲性能较差，下游出口无消能防冲设施， 尾水渠未按设计标准完建，建议对溢洪道采取工程处理措施。 3.33.3 天然建筑材料天然建筑材料 3.3.1 土料 坝址区附近防渗土料缺乏，本次勘察在坝区下游选择了一土料场，土料场位于杨 梓镇红旗村东侧公路旁，为低丘岗地地貌，地面高程 5254m(黄海高程） ，为旱地。土 料场面积 2.0104m2，无用层厚度 0.3m，体积 0.6104m3；有用层平均厚度为 2m， 储量 4.0104m3。土料为第四系全新统残积层低液限粘土，红褐色，稍湿，硬塑状。 根据经验类比，土料有关物理力学指标建议采用值为： W=24%，d=1.45g/cm3，Ip=17；土料击实后的物理力学及渗透指标建议采用 dmax=1.64g/cm3，Wop=23%，K=4.010-6cm/s，C=20Kpa，=18。根据水利 水电工程天然建筑材料勘察规程(SL 251-2000)天然建筑材料质量技术要求中“防渗 体土料质量指标”进行评定，各项指标均满足规范要求。 土料场与大坝运距约 4.6km。质量及储量均可满足要求。 3.3.2 砂砾石料 工程区附近砂砾石料缺乏需外购。彭泽县龙城镇砂砾石销售点，运距 2530km。 质量及储量均可满足要求。 3.3.3 块石料 22 工程区块石料较缺乏，需从浪溪镇购买，岩性为燕山晚期黑云母花岗岩，青灰色， 出露岩石呈微新状。根据经验类比，饱和抗压强度为 60MPa，容重为 2.60g/cm3，软化 系数为 0.8，质量及储量可满足要求。 料场距坝址约 5055km。 3.43.4 工程地质及工程质量综合评价工程地质及工程质量综合评价 1、据中国地震动参数区划图(GB18306-2001)的界定，本区地震动峰值加速度 为 0.05g，相应地震基本烈度为度。 2、工程区地下水类型主要为孔隙潜水和基岩裂隙水。 3、大坝为粘土心墙坝，坝壳(rQ1)主要由粘土质砾及碎块石组成，局部为低液限粘 土，存在较多的孔隙，空洞及施工界缝，具中等透水性，填筑质量较差。粘土心墙 (rQ2)主要由低液限粘土(含少量砾的重粉质壤土)组成, 干密度偏小，孔隙比偏大，碾压 不密实，渗透系数 K=410-4cm/s，防渗性能不满足规范强制性条文要求。大坝未设排 水体。运行中下游坝脚及坝坡见有渗水点，大坝存在坝体渗漏问题。建议对坝体采取 除险加固措施。 4、大坝坝基溪沟段清基不彻底，表部多残留植物根系、松散土层，易形成浅层接 触渗漏通道，左、右坝肩岩性为全强风化的板岩，具中等弱透水性，基本不存在绕 坝渗漏问题。坝基土具中等透水性，存在坝基渗漏及坝体与坝基接触渗漏问题。建议 对坝基采取相应的防渗措施。 5、 坝下涵管管基为强风化板岩，承载条件较好。现状涵管断裂漏水严重，存在 管与围岩的接触冲刷破坏问题。建议对坝下涵管采取除险加固处理。 6、溢洪道堰、槽基为板溪群强风化板岩，工程地质条件较好，现状底板及两侧边 坡均未衬砌，且边坡较陡，抗冲及边坡稳定性较差，下游出口无消能防冲设施，尾水 渠未按设计标准完建，建议对溢洪道采取工程处理措施。 7、工程所需天然建筑材料中，土料储量及质量基本可满足要求，开采条件较好， 交通运输不便；坝壳用风化料储量和质量可满足要求；砂料和砾石料需商业购买，储 量和质量均可满足要求；块石料需商业购买，质量和储量均可满足要求。 23 4 4 加固设计加固设计 4.14.1 工程任务和规模工程任务和规模 4.1.1 工程任务 本次除险加固的主要任务是保持工程现有规模，加固大坝、溢洪道、拆除重建坝 下涵管，完善工程运行、管理及防汛设施，提高水库蓄水和防洪能力，确保水库大坝 安全，充分发挥本工程的经济和社会效益。除险加固主要建设内容为： （1）大坝：对坝体进行培厚、防渗处理；按规范要求拟定新的大坝断面； 对大坝上、下游坝坡进行护坡处理，增设贴坡排水； （2）溢洪道：对大坝溢洪道进行加固，重建溢洪堰及泄槽，新建消能设施。 （3）坝下涵管：对坝下涵管拆除并在原处新建，重建进口控制设施，更换金属结 构及启闭设施。 （4）管理设施：增设水位观测设施；增加通讯设施；制订合理调度方案。 4.1.2 洪水调节 按上述方程组逐时段进行水库调洪计算，求得水库最高调洪水位。迭代计算时， 每计算时段控制水位计算误差 dh0.0001m。 1、设计洪水 设计洪水采用本阶段坝址设计洪水，见表 2.2.32.2.6。 2、泄流曲线 水库现有泄洪设施主要为开敞式溢洪道。仅由进口段组成，无陡槽段、消力池段两部 分，本次设计重建右侧溢洪道，重建后堰顶溢流宽度确定为 3.0m，堰顶高程 102.80m。 3、起调水位、调度方式及调洪计算方法 本次设计经比较确定水库的正常蓄水位为 102.80m，水库的起调水位为 102.80m， 泄洪调度方式是：在库水位达到 102.80m 时,溢洪道开始泄流。 4.1.3 工程规模 水库除险加固后，枢纽工程等级为等，主要为永久性建筑物为 5 级建筑物，次 要建筑物属 5 级。水库正常高水位为 102.80m（黄海高程，下同） ，相应库容 24 17.6104m3，死水位为 94.40m，死库容为 2.7104m3。设计洪水标准为 20 年一遇， 设计洪水位为 103.90m，相应库容为 19.5104m