姜哥庄水库除险加固工程_初步设计报告.doc

#区姜哥庄水库除险加固工程 初步设计报告 （修订稿） #年十二月 附 #区姜哥庄水库除险加固工程特性表（加固后） 序号指标名称单位设计备注 一一水文水文 1坝址控制流域面积Km22.44 2干流长度Km2.06 3干流平均坡降m/m0.0722 4多年平均降雨量mm761.2 二二水库水库 1水库水位水库水位 校核洪水位m39.924 设计洪水位m39.196 兴利水位m37.40 死水位m32.40 2库容库容 总库容万 m322.65 兴利库容万 m313.30 死库容万 m31.20 拦洪库容万 m35.69 调洪库容万 m38.15 三三洪水洪水 1设计洪峰流量（P=5%）m3/s57.68 设计下泄流量（P=5%）m3/s46.92 2 校核洪峰流量 （P=0.5%） m3/s90.72 校核下泄流量 （P=0.5%） m3/s78.17 四主要建筑物主要建筑物 1大坝大坝 型式均质坝 序号指标名称单位设计备注 坝长m181 坝顶高程m40.00 防浪墙顶高程m40.70 坝顶宽m4.00 上游坡1:2.75 下游坡1:2. 5 2溢洪道溢洪道 型式开敞式 底板型式宽顶堰 堰顶高程m37.40 堰顶净宽m10.00 3放水洞放水洞 断面尺寸m 250 有压铸铁管 进口底高程m32.40 控制型式闸阀控制 五五经济指标经济指标 208.75 1静态总投资万元 （采用高程基准面：相对高程） #区姜哥庄 水库地理位置图 姜姜哥哥庄庄 水水 库库 1 1.0 综合说明 1.1. 工程现状 #水库位于沙子口街道办事处#河上游，20 世纪 70 年代为加强农田 水利基本建设保证#地区农业用水，由东姜村、西姜村、北姜村共投资 4.5 万元修建，1976 年 10 月竣工。#水库原流域面积 2.2km2。 水库主体工程主要包括大坝、溢洪道、放水洞。水库大坝为粘土心墙坝， 原坝顶高程 40m，坝顶长 181m，坝顶宽 2.9m 左右，现状大坝坝顶崎岖不平， 宽度不一，坝顶路面上下游两侧长满灌木，坝顶照明设施破损，不能正常运行。 现状大坝上游坡坡比在 1:2.7 左右，上游坡护坡破损严重，护坡存留的乱石质 量较差，风化严重，局部无护坡，长有灌木。下游坡上由茂密的灌木丛覆盖， 下游边坡坡比在 1:2.4 左右。 #水库放水洞底高程 32.4m，内设 250 有压铸铁管，设计流量 0.17m3/s。现状放水洞洞身运行正常，只是闸阀锈蚀严重，放水洞闸阀房破损 严重。 现状溢洪道位于大坝左侧，与大坝左坝头相接，溢洪道上有一小桥，连接 大坝与左岸道路，交通桥面板为预制空心板，宽 2.4m，由两桥墩支撑，桥上 没有护栏；溢流堰为开敞式宽顶堰，堰顶宽 13m，溢洪道进口底高程 37.4m， 最大泄量 67.9m3/s，溢洪道下游有泄槽，泄槽质量较好；溢洪道两岸有浆砌块 石护砌，岸墙为直墙，现状岸墙护砌较好；现状溢洪道护底完好，只是交通桥 板和桥墩破损严重，溢洪道进口处有少许杂草。 #库区淤积严重，影响水库效益的发挥。 #水库为小（2）型水库，原设计洪水标准为 20 年一遇，校核标准为 200 年一遇。原设计水库总库容 20.75 万 m3，兴利库容 13.33 万 m3，死库容 2 1.20 万 m3，调洪库容 7.30 万 m3。 1.2. 初步设计报告编制的依据和过程 我公司受#区水利局的委托，从 2007 年 8 月开始，先后进行了大坝枢 纽工程测量、现场安全检查与检测、大坝地质勘察、水文资料的搜集以及按照 水利部水库大坝安全鉴定办法和水库大坝安全评价导则 （SL258- 2000）的要求，于 2007 年 9 月完成了#区#水库大坝安全鉴定报告 等工作。按照小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则 （SL189-96） 、 碾 压式土石坝设计规范 （SL274-2001）的规定和大坝安全鉴定意见，根据# 水库的实际情况，青岛市水利勘测设计研究院有限公司于 2007 年 10 月完成了 #水库除险加固工程初步设计报告。 1.3. 水文 1.3.1.水文概况 #水库位于沙子口街道姜办事处#河上游，控制流域面积 2.44km2， 其干流长 L=2.06km，干流比降为 0.0722m/m。 水库流域属胶东#区，流域累年平均降水量为 761.2mm。一年中降水量 主要集中在夏、秋两季，其中 7、8 两月的降水量占全年降水量的 49.1；秋 季三个月的降水量占全年降水量的 21.0；冬季的降水量仅占全年降水量的 3.9%。 1.3.2.水文计算 1、暴雨计算 本次设计暴雨根据山东省小型水库洪水核算办法中提供的“山东省多 年平均二十四小时暴雨等值线图” ，查得工程地点以上流域中心多年平均最大 24 小时降雨量为120mm，查“山东省最大二十四小时暴雨变差系数24H 3 （Cv）等值线图”可得变差系数 Cv=0.60，采用 Cs=3.5Cv，由皮尔逊型理 论频率曲线确定#水库流域不同设计频率的最大 24 小时降雨量，见表 1- 1。 各设计频率最大 24 小时降雨量成果表 表 1-1 各设计频率雨量（mm） 日次 5%0.5% 24h264.0434.4 2、汇流计算 汇流计算按照山东省小型水库洪水核算办法的计算方法，各设计频率 入库洪峰流量见表 1-2。 #水库各设计频率洪峰流量成果表 表 1-2 设计频率 5%0.5% 洪峰流量 （m3/s） 57.6890.72 3、调洪演算 水库调洪演算成果见表 1-3。 #水库调洪演算成果表 表 1-3 洪水类型 洪水频率 （%） 起调水位 （m） 最高水位 （m） 相应库容 （104m3） 相应泄量 （m3/s） 设计 5.037.4039.196 20.1946.92 校核 0.537.4039.92422.6578.17 1.4. 工程地质 #水库坝体土层结构总体自上而下可分为：坝体回填土层和坝体底部第 四系堆积层及基岩。 坝体人工回填土层为粉质粘土素填土。 坝体底部基岩为第四系堆积物及中生代燕山晚期中粒正长花岗岩。 4 根据中国地震动峰值加速度区划图和中国地震动反应谱特征周期区 划图 ，该区地震动峰值加速度分区为 0.05g，地震动反应谱特征周期为 0.45s，地震基本烈度为 6 度。 1.5. 工程规模及任务 根据水利水电工程等级划分及洪水标准 （SL2522000） ，#水库属 小（2）型水库，工程等别为等，洪水标准为 20 年一遇洪水设计，200 年一 遇洪水校核。 本次除险加固的主要任务是：针对水库存在的问题，通过方案比较，选取 合理的方案，对水库进行除险加固，以确保水库及下游广大人民的生命财产安 全。#水库除险加固后水库特征指标见表 1-4。 水库特征指标表 表 1-4 项目单位数值 坝顶高程 m40.00 死水位 m32.40 兴利水位 m37.40 设计洪水位 m39.196 相应最大泄流量 m3/s46.92 校核洪水位 m39.924 相应最大泄流量 m3/s78.17 死库容万 m3 1.20 兴利库容万 m3 13.30 拦洪库容万 m3 5.69 调洪库容万 m3 8.15 总库容万 m3 22.65 1.6. 工程布置及主要建筑物 根据水库目前存在的问题，除险加固工程项目包括： 5 1、水库大坝加固：包括大坝上游坡按设计坡比整平、浆砌方块石护坡， 大坝上游坡设一水泥砂浆砌方块石台阶；坝顶按 4m 宽修整，坝顶上游侧设浆 砌方块石防浪墙、下游侧设混凝土路沿石和 4 盏路灯；下游坡按设计坡比整平， 填土培厚、草皮护坡，下游坡设纵、横向排水沟。 2、放水洞修整：更换闸阀及拆除重建放水洞闸阀房。 3、溢洪道整修：拆除重建溢洪道内交通桥，拆除重建溢洪道右岸交通桥 以下挡墙 4m。 4、库区清淤。 1.7. 施工组织设计 #水库位于沙子口街道办事处#河上游，外部道路可以通过#路实 现对外交通。 #水库位于中纬度暖温带季风气候区，具有明显的海洋性特征。一般年 份夏热多雨，冬旱少雨，春旱多风，秋旱少雨。 工程施工交通方便，多数工程物资和材料可就近购买。工地水、电、气可 在库区解决。本次除险加固的主要任务为上游护坡工程、坝顶路面工程及溢洪 道工程，由于水库担负着防洪任务，所以上游坡护坡工程、溢洪道工程务必在 汛期之前完成，施工期排水时水库死水位以上部分水由放水洞排至坝外，死水 位以下需用潜水泵提水到坝外。 为缩短工期、节约投资工程项目施工应相互协调，可进行平行施工，穿插 流水作业，工程总工期三个月，工程要求于 2008 年 5 月底完成。 1.8. 工程淹没处理及工程占地 由于本工程为除险加固工程，兴利水位仍恢复为原设计的兴利水位，不 会增大淹没范围，因此本次除险加固不存在增大淹没占地问题。 6 本工程占压果树（初果期）65 棵。 本工程临时占地 2.63 亩，主要为临时施工道路、料场临时占地和溢洪道 施工临时占地。 1.9. 环境影响及保护 #水库除险加固工程，主要是针对水库目前存在的问题，采取工程处理 措施，保证水库的正常运行。水库除险加固工程的实施，可保证水库安全渡汛 和正常蓄水运用，解除洪水对下游村庄及交通设施的威胁，保证水库下游人民 群众生命财产的安全。 由于除险加固工程的实施，土石料堆放和溢洪道的开挖弃土、石，需临时 占用部分土地，对自然环境将产生一定影响。另外，在工程施工过程中，由于 施工人员的集中驻进，将增加施工区的暂住人口，并由此增加的一些产生环境 影响的临时建筑物，对人群健康也将产生一定影响，施工中应做好预防工作。 这些不良影响在工程完工后都可消除。 #水库除险加固工程完成后，保证了水库安全渡汛和正常蓄水运用，解 除了洪水对下游城镇、村庄和交通设施的威胁，使水库的防洪、灌溉等效益得 到充分发挥。 1.10. 投资概算 #水库除险加固工程概算根据鲁水定字【2000】号文山东省水利水电 工程设计概（估）算费用构成及计算标准及山东省水利水电工程设计概 （估）算编制办法计算。根据当地价格水平，本工程概算总投资 208.75 万 元。 1.11. 经济评价 水库除险加固工程的实施，可保证水库安全渡汛和正常蓄水运用，解除洪 7 水对下游村庄及交通设施的威胁，使水库的防洪、灌溉效益得到充分发挥，保 证水库下游人民群众生命财产的安全。 8 2.0 水文 2.1. 流域概况 #水库位于沙子口街道办事处#河上游，流域形状呈扇形，控制流域 面积 2.44km2，为#区，坝址以上干流长度 2.06km，干流比降为 0.0722m/m。 水库流域内属胶东#区，流域累年平均降水量为 761.2mm。一年中降水 量主要集中在夏、秋两季，其中 7、8 两月的降水量占全年降水量的 49.1； 秋季三个月的降水量占全年降水量的 21.0；冬季的降水量仅占全年降水量的 3.9%。 2.2.设计洪水计算 #水库为小（2）型水库，流域面积较小，未设水文站，无实测雨量资 料和流量资料。 由于无实测资料，设计洪水计算采用由暴雨资料来推求。暴雨资料由山 东省小型水库洪水核算办法中提供的“山东省多年平均 24 小时暴雨等值线 图” 、 “山东省最大 24 小时暴雨变差系数等值线图”确定不同频率的设计暴雨。 本次推求的设计洪水标准为：20 年一遇（p=5）设计、200 年一遇 (p=0.5%)校核。 1、流域特征参数的计算 #水库控制流域面积为 F=2.44km2，其干流长 L=2.06km，干流比降 J 按 下公式计算： 2 01221110 2 L LZLZZLZZLZZ J nnn 9 式中： 流域图 10 Z0、Z1Z2：自出口断面起沿流程各特征地面点的高程； L1L2：各特征点间的距离； L：干流长度； 将各特征点高程及相互间的距离代入公式计算得： J=0.0722(m/m) 流域特征综合参数按下式计算： 5 2 3 1 FJ L K 式中： L：干流长度，2.06km； F：控制流域面积，2.44km2； J：干流比降，0.0722m/m。 代入公式中计算得： K=3.462 2、各频率下 24 小时降雨量的推求 采用等值线图查算雨量分析计算面雨量。#水库工程地点属#区域， 查“山东省多年平均二十四小时暴雨等值线图”可得工程地点以上流域中心多 年平均最大 24 小时降雨量为=120mm，查“山东省最大二十四小时暴雨变 24 H 差系数（Cv）等值线图”可得变差系数 Cv=0.60，采用 Cs=3.5Cv，应用皮尔 逊型频率曲线 Kp 值表查得 20 年一遇和 200 年一遇的 Kp 值分别为 2.20、3.62。 根据公式： H24=Kp H 11 式中： ：多年平均最大 24 小时降雨量，120mm； H Kp：2.20（p=5%） 、3.62（p=0.5%） 。 代入公式计算得： H24p=5%=1202.20=264.0mm； H24p=0.5%=1203.62=434.4mm。 3、各频率下洪峰流量的推求 该流域属于#区，#水库流域特征综合参数 K=3.462，20 年、200 年 一遇最大 24 小时降雨量分别为 264.0m、434.4mm。查#区 qmH24K 关 系曲线，得出 20 年一遇和 200 年一遇单位面积洪峰流量模数 qm分别为 27.64m3skm2、37.18m3skm2。 各频率最大洪峰流量为： Qm=qmF 式中： qm：不同频率单位面积洪峰流量模数，m3skm2； F：控制流域面积，2.44km2。 计算得： Qmp=5%=27.642.44=57.68m3s； Qmp=0.5%=37.182.44=90.72m3s； 4、各频率下洪水总量的推求 查根据山东省小型水库洪水核算办法查得工程前期影响雨量为 Pa=40mm，20 年一遇和 200 年一遇最大 24 小时暴雨量分别为 264.0mm、434.4mm，其 75%分别为 198.0mm、325.8mm，查 P+Pahr降雨径 12 流关系曲线得 20 年一遇和 200 年一遇净雨 hr分别为 125.0mm、241.4mm，则 洪水总量按下式计算： FhW r 1 . 0 式中： hr：各频率下的净雨，125.0mm（p=5%） 、241.4mm(p=0.5%)； F：控制流域面积，2.44km2。 代入公式计算得： Wp=5%=0.1125.02.44=30.50 万 m3； Wp=0.5%=0.1241.42.44=58.90 万 m3。 5、各频率下洪水过程的推求 根据山东省小型水库洪水核算办法 ，洪水过程为三角形，洪水历时 T（即三角形过程的底宽）按下式计算： m Q W T 1800 式中： W：设计标准洪水总量，30.50 万 m3（p=5%） 、58.90 万 m3（p=0.5%） ； Qm：设计标准最大洪峰流量，57.68m3/s（p=5%） 、90.72m3/s（p=0.5%） 。 代入公式计算得： Tp=5%=2.94 小时； Tp=0.5%=3.61 小时。 涨洪历时为三分之一 T，即最大洪峰流量 Qm出现在三分之一 T 的地方， 20 年一遇和 200 年一遇的涨洪历时分别为 0.98 小时、1.20 小时。 2.3. 洪水调节计算 13 2.3.1.水库水位、库容、泄量曲线 根据测量资料，#水库溢洪道下游建有泄槽，溢洪道采用宽顶堰公式计 算其泄量 q泄： 2 3 5 . 1hBq泄 式中： B：溢洪道宽度，13m； h：溢洪道堰顶以上的水深（m） 。 根据水库的不同水位算出溢洪道的相应泄量 q泄，并制成水库水位库 容泄量关系见表 2-1 如示。 水库水位库容泄量关系表 表 2-1 水位 （m） 库容（万 m3） 调洪库容 （万 m3） 溢洪道宽 （m） 溢洪道水深 （m） 溢洪道泄量 (m3/s) 37.414.5000.000130.0 0.000 37.615.1090.609130.21.744 37.815.7241.224130.44.933 38.016.3451.845130.69.063 38.216.9732.473130.813.953 38.417.6073.107131.0 19.500 38.618.2473.747131.225.633 38.818.8944.394131.432.302 39.019.5475.047131.639.465 39.220.2065.706131.847.092 39.420.8726.372132.0 55.154 39.621.5457.045132.263.631 39.822.2247.724132.472.502 40.022.9108.410132.681.751 2.3.2.调洪计算成果 起调水位溢洪道进口底齐平即 37.40m 高程。调洪计算采用图解法，见图 2-1 和图 2-2。 14 504043 40 B C Qm q Q(m 3/s) 30 20 10 D 1010 A 2T(h)2030 50 60 70 V调洪(万m 3) 图 2-1 #水库 20 年一遇（P=5%）调洪计算图 90 80 70 60 50 3020T(h)2 A 0110 D 10 20 30 Q(m 3/s) q Qm C B 40 344050 V调洪(万m 3) 图 2-2 #水库 200 年一遇（P=0.5%）调洪计算图 各设计频率洪水调算成果见表 2-2。 #水库调洪计算成果表 表 2-2 起调水位 (m) 频率 项目 5%0.5% 最高水位(m) 39.19639.924 最大泄量(m3/s) 46.9278.17 37.40 对应库容(万m3) 20.1922.65 15 2.4. 坝顶高程计算 本次坝顶高程的复核采用小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则 SL18996 中的相关规定及方法进行计算。 2.4.1.坝顶超高 1、波浪爬高 (1) 平均波高和平均波周期的计算 波浪的平均波高和平均波周期采用莆田公式进行计算： 7 . 0 2 45 . 0 2 7 . 0 22 7 . 013 . 0 0018 . 0 7 . 013 . 0 W gH th W gD th W gH th W gh m mm 5 . 0 438 . 4 mm hT 式中： ：平均波高，m； m h ：平均波周期，s； m T ：计算风速，取值如下：W P=5%时，W=22.5m/s； P=0.5%时，W=15m/s； ：风区长度，取值如下：D P=5.0%时，D=230m； P=0.5%时，D=235m； ：水域平均水深，取值如下： m H P=5.0%时，Hm=6.797m； P=0.5%时，Hm=7.525m； 16 ：重力加速度，取 9.81m/s2。 g 将数值代入公式中计算得： 当 P=5.0%时，hm=0.180m，Tm=1.885s； 当 P=0.5%时，hm=0.117m，Tm=1.518s。 (2) 平均波长的计算 平均波长按下式进行计算： m m m L H th gT L 2 2 2 式中： ：平均波长，m； m L ：坝迎水面前水深，取值如下： H P=5.0%时，H=10.200m； P=0.5%时，H=10.920m； ：重力加速度，取 9.81m/s2； g ：平均波周期，取值如下： m T P=5.0%时，Tm=1.885s； P=0.5%时，Tm=1.518s； 将数值代入公式并进行试算可得： 当 P=5.0%时，Lm=5.548m； 当 P=0.5%时，Lm=3.598m。 (3) 平均波浪爬高的计算 按单坡计算正向来波的平均波浪爬高，当 m=1.55.0 时，正向来波在单 坡上的平均波浪爬高 按下式进行计算： 17 mm w m Lh m KK R 2 1 式中： ：平均波浪爬高，m； m R ：单坡的坡度系数，m=2. 75； m ：斜坡的糙率渗透性系数，根据护面类型查表得，此处取 0.8； K Kw：经验系数，根据查表得： gh W P=5%，Kw=1.120； P=0.5%，Kw=1.018； 将数值代入公式中计算得： 当 P=5%时，Rm =0.306m； 当 P=0.5%时，Rm =0.181m。 (4) 波浪爬高的计算 根据规范的规定，5 级坝的波浪爬高值采用累积频率为 5%的爬高值 R5%。 累积频率为 5%的爬高值 R5%与平均爬高的比值 R5%Rm可根据平均波高与坝 迎水面前水深的比值 hmH 和累积频率 5%查表求得，此处： ：平均波高，取值如下： m h P=5%时，hm=0.180m； P=0.5%时，hm=0.117m； H：坝迎水面前水深，取值如下： P=5%时，H=10.200m； P=0.5%时，H=10.920m； 18 故可求得： 当 P=5%时，R5%=0.564m； 当 P=0.5%时，R5%=0.332m。 3、安全加高的选值 根据小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则SL18996 查表可得本 工程的安全加高值 A 取值如下： 当 P=5%时，A=0.5m； 当 P=0.5%时，A=0.3m。 4、坝顶超高的计算 根据小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则SL18996，坝顶在水 库静水位以上的超高应按下式计算： ARy 式中： y：坝顶超高，m； R：最大波浪在坝坡上的爬高，取值如下： P=5%时，R5%=0.564m； P=0.5%时，R0.5%=0.332m。 A：安全加高，取值如下： P=5%时，A=0.5m； P=0.5%时，A=0.3m。 将数值代入公式中计算可得： 当 P=5.0%时，y=0.564+0.5=1.064m； 当 P=0.5%时，y=0.332+0.3=0.632m。 19 5、坝顶高程 本工程 P=5%时，水库水位为 39.196m，P=0.5%时，水库水位为 39.924m，再分别加坝顶超高，P=5%时，y=1.064m；P=0.5%时，y=0.632m， 按小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则SL18996 要求，取两者之中 的大值，得坝顶高程为 40.56m，现坝顶最低点高程为 40.00m，故现坝顶高程 不满足规范的要求。 20 3.0 工程地质 3.1. 大坝岩土层的分布、结构构造及其物理学性质 根据钻探揭示，坝体土层结构总体自上而下可分为坝体回填土层和坝体底 部第四系堆积层及基岩。 （一）坝体人工回填土层 勘察查明，水库大坝为由粉质粘土构成的均质坝；坝体上游坡为块石护坡； 下游坡为草皮护坡。通过野外原位测试和取样进行室内测试，坝体回填土层主 要为粉质粘土素填土，其物理力学性质描述如下： 第层: 粉质粘土素填土 填筑土料主要为粉质粘土，黄褐色，稍湿湿，可塑，含大量花岗岩风化 砂砾。钻孔揭露：层厚 6.007.00m；层底标高 32.0034.00m；埋深 6.007.00m。对其进行标准贯入试验计 6 次，统计结果见表 3-1。室内土工试 验物理力学性质指标统计见表 3-2。击实实验结果：最大干密度 （dmax）为 2.05g/cm3，最优含水率（Wopt）为 10.2%。 野外标准贯入试验统计表 表 3-1 N最大N最小N平均推荐值变异系数状态 73.64.94.30.22可塑 物理力学试验成果统计表 表 3-2 粘聚力 (kPa) 摩擦角 (度) 项目 含水率 （%） 比重 湿密 度 (g/cm3 ) 干密 度 (g/cm3 ) 孔隙比 液限 (%) 塑限 (%) 塑性 指数 - 液性 指数 压缩 模量 (MPa ) 压缩 系数 (MPa1 ) 剪切 试验 (cq) 剪切 试验 (cq) 最大值22.92.712.041.730.66526.614.8 14.20.76 7.910.342 31.741.619.521.2 最小值17.602.711.991.630.56824.211.7 11.00.38 4.760.206 25.938.913.718.2 平均值19.912.712.021.680.61625.8313.21 12.640.54 6.380.260 25.938.913.718.2 （二）坝体底部基岩 第层: 粉质粘土 黄褐色，湿，可塑，含大量花岗岩风化砂砾及碎石。钻孔揭露：层厚 21 5.607.80m；层底标高 25.0528.00m；埋深 11.6014.80m。对该层进行标 准贯入试验计 8 次，统计结果见表 3-3；室内土工试验物理力学性质指标统计 见表 3-4。 物理力学指标建议值表 表 3-3 N 最大 N 最小 N 平均 推荐值变异系数状态 6.63.44.84.10.24可塑 物理力学试验成果统计表 表 3-4 粘聚力 (kPa) 摩擦角 (度) 项目 含水率 （%） 比重 湿密度 (g/cm3) 干密 度 (g/cm3 ) 孔隙 比 液限 (%) 塑限 (%) 塑性 指数 - 液性 指数 压缩 模量 (MPa ) 压缩 系数 (MPa- 1) 剪切 试验 (cq)剪切 试验 (cq) 最大值20.92.712.051.720.663 25.214.710.50.59 5.711 0.331 28.117.6 最小值19.42.711.971.630.578 24.714.310.40.49 4.773 0.291 27.014.3 平均值 20.152.712.011.68 0.621 24.95 14.5 10.45 0.54 5.242 0.311 27.55 40.0 15.95 15.0 第-1 层:强风化正长花岗岩 浅黄色,岩体呈散体状，岩心呈碎裂状。矿物成分以长石和石英为主，属 软较软岩，岩体破碎较破碎，岩体基本质量等级分类为类。其天然 重度（）取 24.0KN/m3,粘聚力（c）取 0.0kPa，天然状态内摩擦角（）取 500550。 钻孔揭露：层厚 2.703.90m；层底标高 22.3525.00m；埋深 15.0017.50m。 第-2 层:弱风化正长花岗岩 浅肉红色，粗粒花岗结构，块状构造，节理、裂隙等结构面较发育，结构 面闭合无充填，岩体较完整,岩心呈碎块短柱状，锤击易碎，钻进困难, 矿物 成分以长石和石英为主，属较硬坚硬岩，岩体较完整，岩体基本质量等级分 类为类。其天然重度（）取 25.0KN/m3，粘聚力（c）取 0.0kPa，天 然状态内摩擦角（）取 750（干燥状态） 、700（天然状态） 、650（饱和状态） 。 22 该层未被揭穿，最大揭露深度 3.00m。 3.2. 坝体工程地质条件及评价 （一）坝体人工回填土层 第层:粉质粘土素填土 填筑土料主要为粉质粘土，含大量花岗岩风化砂砾及碎石。渗透系数建议 值为 K=2.55.010-6cm/s，为微透水层。渗透变形为流土，允许水力比降 J=0.45。压实度为 0.800.84。该层物理力学性质相对较稳定。 根据水库大坝安全评价导则 （SL258-2000）,结合粉质粘土渗透系数， 坝体和截渗槽抗渗比降允许值为 5.0，为防止流土破坏，其出溢坡降允许值为 0.6。 （二）坝基 第层: 粉质粘土 黄褐色，湿，可塑，含大量花岗岩风化砂砾及碎石。渗透系数建议值为 K=1.02.510-6cm/s，为微透水层。渗透变形为流土，允许水力比降 J=0.55。该层物理力学性质相对较稳定。 第-1 层:强风化正长花岗岩 岩体呈散体状，岩心呈碎裂状。建议承载力标准值 fk取 800KPa，渗透系 数为 K=2.55.010-5cm/s； 第-2 层:弱风化正长花岗岩 岩体破碎，建议承载力标准值 fk取 1.5MPa，渗透系数为 K=1.05.010- 6cm/s。 3.3. 结论与建议 23 （1）坝体主要构筑材料为粉质粘土，含大量砂砾，渗透系数建议值为 K=2.55.010-6cm/s，根据击实试验结果，坝体土料的压实度为 0.800.84， 不满足碾压式土石坝设计规范中 4.2.3 中对坝体土料压实度的要求。 （2）通过勘察查明，坝体座于第四系堆积地层粉质粘土之上。渗透系数 K=1.02.510-6cm/s，土体物理力学性质较稳定。 （3）钻探揭示坝体底部基岩为中生代燕山晚期中粗粒正长花岗岩，为微 透水层。未发现大的断层和构造通过。 （4）场区内地下水含水层不发育，富水性差，地下水无腐蚀性。 （5）根据中国地震动峰值加速度区划图和中国地震动反应谱特征 周期区划图 ，该区地震动峰值加速度分区为 0.05g，地震动反应谱特征周期为 0.45s，地震基本烈度为 6 度。 24 4.0 工程任务和规模 4.1. 工程现状 #水库位于沙子口街道姜办事处#河上游，20 世纪 70 年代为加强农 田水利基本建设保证#地区农业用水，由东姜村、西姜村、北姜村共投资 4.5 万元修建、1976 年 10 月竣工。#水库原流域面积 2.2km2。 水库主体工程主要包括大坝、溢洪道、放水洞。水库大坝为均质坝，原坝 顶高程 40m，坝顶长 181m，坝顶宽 2.9m 左右，现状大坝坝顶崎岖不平，宽度 不一，坝顶路面上下游两侧长满灌木，坝顶照明设施破损，不能正常运行。现 状大坝上游坡坡比在 1:2.7 左右，上游坡护坡破损严重，护坡存留的乱石质量 较差，风化严重，局部无护坡，长有灌木。下游坡上由茂密的灌木丛覆盖，下 游边坡坡比在 1:2.4 左右。 现状溢洪道位于大坝左侧，与大坝左坝头相接，溢洪道上有一小桥，连接 大坝与左岸道路，交通桥面板为预制空心板，宽 2.4m，由两桥墩支撑，桥上 没有护栏；溢流堰为开敞式宽顶堰，堰顶宽 13m，溢洪道进口底高程 37.4m， 最大泄量 67.9m3/s，溢洪道下游有泄槽，泄槽质量较好；溢洪道两岸有浆砌块 石护砌，岸墙为直墙，现状岸墙护砌较好；现状溢洪道护底完好，只是交通桥 板和桥墩破损严重，溢洪道进口处有少许杂草。 #水库放水洞底高程 32.4m，内设 250 有压铸铁管，设计流量 0.17m3/s。现状放水洞洞身运行正常，只是闸阀锈蚀严重，放水洞闸阀房破损 严重。 #水库为小（2）型水库，原设计洪水标准为 20 年一遇，校核标准为 200 年一遇。原设计水库总库容 20.75 万 m3，兴利库容 13.33 万 m3，死库容 1.20 万 m3，调洪库容 7.30 万 m3。 25 4.2. 建筑物存在的主要问题及综合评价 4.2.1.大坝 大坝存在的主要问题主要包括以下几个方面： （1）上游坡 现状大坝上游坡坡比 1:2.7 左右，上游坡护坡破损严重，护坡存留的乱石 质量较差，风化严重，局部无护坡，长满灌木，不满足规范要求。 （2）坝顶 根据现场测量资料，坝顶宽度在 2.9m 左右，不满足规范要求，且坝顶路 面凹凸不平，坝顶上下游两侧长有灌木。 （3）大坝下游坡坡比不一，长有大量灌木，影响大坝安全，大坝下游坡 无排水设施。 （4）渗漏 钻探揭示坝体底部基岩为中生代燕山晚期中粗粒正长花岗岩，为微透水层。 未发现大的断层和构造通过。 （5）坝体土料 #水库大坝坝体主要构筑材料为粉质粘土，含大量砂砾，根据击实试验 结果，坝体土料的压实度，不满足规范要求。 （6）大坝综合评估 大坝综合评估成果见表 4-1，评定大坝为 C 级。 大坝老化病害评估结果表 表 4-1 上游护坡 结构体 指标级别 项目 护坡反滤层 坝体坝基下游护坡 砌体块径C 26 护砌体厚度C 砌体坍陷、架空 护坡石风化C 反滤料C 软弱（松散）层A 裂缝及塌陷AA 渗漏AA 草皮质量及冲刷C 坝顶宽度C 结构体级别CCCAC 4.2.2.放水洞 #水库放水洞底高程 32.4m，内设 250 有压铸铁管设计流量 0.17m3/s。现状放水洞洞身运行正常，只是坝后闸阀锈蚀严重，放水洞闸阀房 破损严重。 放水洞工程病害指标评估等级为 C 级。 4.2.3.溢洪道 现状溢洪道位于大坝左侧，与大坝左坝头相接，溢洪道上有一小桥，连接 大坝与左岸道路，交通桥面板为预制空心板，宽 2.4m，由两桥墩支撑，桥上 没有护栏；溢流堰为开敞式宽顶堰，堰顶宽 13m，溢洪道进口底高程 37.4m， 最大泄量 67.9m3/s，溢洪道下游有泄槽，泄槽质量较好；溢洪道两岸有浆砌块 石护砌，岸墙为直墙，现状岸墙护砌较好；现状溢洪道护底完好，只是交通桥 板和桥墩破损严重，溢洪道进口处有少许杂草。 溢洪道工程病害指标评估等级为 C 级。 4.3. 综合评估 综合上述各分项评定，坝体存在安全隐患，根据大坝安全鉴定评价导则的 27 规定，综合评定该库大坝安全等级为 C 级，即三类坝。 4.4. 除险加固的必要性 #水库工程效益主要为防洪、灌溉等。主要体现在： 1、防洪：#水库的安全运行，保护着下游村庄及公路的安全。 2、灌溉：#水库的水资源用于#地区的耕地、经济林、果、茶叶的 浇灌。 针对水库存在的问题，及时对水库进行除险加固，对于发展地区经济、稳 定社会秩序都具有重要的意义。 4.5. 工程的规模和任务 根据水利水电工程等级划分及洪水标准 （SL252-2000） ，#水库属小 （2）型水库，工程等别为等，其主要建筑物如大坝、溢洪道、放水洞为 5 级建筑物，洪水标准为 20 年一遇洪水设计，200 年一遇洪水校核。 本次除险加固工程的主要任务是：针对水库存在的问题，通过方案比较， 选取合理的方案，对水库进行除险加固，以确保水库及下游广大人民的生命财 产安全。 除险加固主要内容包括： 1、水库大坝加固：包括大坝上游坡按设计坡比整平、浆砌方块石护坡， 大坝上游坡设一水泥砂浆砌方块石台阶；坝顶按 4m 宽修整，坝顶上游侧设浆 砌方块石防浪墙、下游侧设混凝土路沿石和 4 盏路灯；下游坡按设计坡比整平， 填土培厚、草皮护坡，下游坡设纵、横向排水沟。 2、放水洞整修：更换 250 闸阀及拆除重建放水洞闸阀房。 3、溢洪道整修：拆除重建溢洪道内交通桥，拆除重建溢洪道右岸交通桥 以下挡墙 4m。 28 4、库区清淤。 29 5.0 工程布置及建筑物 5.1. 工程等别和设计标准 根据水利水电工程等级划分及洪水标准 （SL2522000） ，#水库属 小（2）型水库，工程等别为等。 水库的防洪标准为 20 年一遇洪水设计，200 年一遇洪水校核。 #水库场地地震基本烈度为 6 度，可不进行抗震设计计算。 5.2. 设计基本资料 5.2.1.设计依据及规范 （1） #水库大坝工程地质勘察报告 ； （2） 碾压式土石坝设计规范SL2742001； （3） 小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则SL18996； （4） 水工混凝土结构设计规范SL/T191-96。 5.2.2.设计基本参数 （1）风速 多年平均最大风速：15.0m/s； （2）特征水位、库容及洪水流量 死水位：32.40m，死库容：1.20 万 m3； 兴利水位：37.40m；兴利库容：13.30 万 m3； 设计洪水位：39.196m，拦洪库容：5.69 万 m3，相应的溢洪道下泄流量： 46.92m3/s； 校核洪水位：39.924m，调洪库容：8.15 万 m3，相应的溢洪道下泄流量： 78.17m3/s； 总库容：22.65 万 m3。 30 5.3. 大坝 5.3.1.上游坡护坡 上游上游坡护坡考虑了三种方案： 1、浆砌方块石护坡方案 将原坝坡土坡按设计坡比 1:2. 75 找坡，在找平的坝坡上铺设一层土工布 （200g/m2） ，其上铺设厚度为 200mm 的碎石垫层（粒径 0.52cm） ，碎石垫 层上做浆砌方块石（153040cm）护坡，护坡厚度为 150mm。砌石护坡每 20m 设一道伸缩缝，缝宽 20mm，缝内填发泡塑料板。方块石护坡上设有无砂 混凝土块，以排除渗水。 附计算过程，公式如下： p wk w t h mm m KDD )2( 1 018 . 1 85 . 0 2 50 Q=0.85Q50=0.525kD3 当 Lm/hp15 时 D K t t 67 . 1 当 Lm/hp15 时 D K t t 82 . 1 式中：D石块的换算球形直径(m)； Q石块的质量(t)； D50石块的平均粒径 (m)； Q50石块的平均质量(t)； t块体或块石护面层厚度（m） ； 31 Kt随坡率变化的系数，查表得 Kt =1.4； k块石的密度（t/m3） ，2.65 t/m3； w水的密度（t/m3） ，1.0t/m3； hp累计频率为 5%的波高（m） 。 经过计算，其成果见表 5-1。 大坝上游坡砌石护坡厚度计算成果表 表 51 运行工况 平均波高 hm（m ） 平均波长 Lm（m） 波高 hp(m) Lm/hp 石块质量 Q（t） 护坡厚度 t(m) 设计工况 （P=5%） 0.1805.5480.35215.7610.00040.07 经计算得护坡厚度为 0.07m，考虑到施工和构造要求，此次取浆砌方块石 护坡厚度为 0.15m。 2、现浇钢筋混凝土护坡方案 将原坝坡按设计坡比找平，其上铺一层 200g/m2的土工布，再做厚度 200mm 的砂垫层，其上做 C15 素混凝土垫层，厚度 50mm，再在其表面现浇 120mm 厚的混凝土面板，混凝土标号为 C25，抗冻标号 F150，混凝土面板纵 横向每隔 3.0m 用沥青木条分缝，缝宽 20mm。混凝土面板上设有直径 50mm 的透水孔，透水孔间距 2.5m，呈梅花状布置。现浇混凝土护坡按构造配 8 的 双向钢筋网，纵横间距均为 200mm。 附计算过程，公式如下： t=0.07 m m b L h wc wm p 1 2 3 式中： t混凝土护面板厚度（m） ； 系数，对整体式大块护面板取 1.0； 32 hp累计频率为 1%的波高（m） ； c混凝土的密度（t/m3） ，2.4 t/m3； w水的密度（t/m3） ，1.0t/m3； Lm设计波长（m） ，m； b沿坝坡向护面板长度（m） ，3m； m斜坡坡率，2.75。 经过计算，其成果见表 5-2。 大坝上游坡混凝土护坡厚度计算成果表 表 52 运行工况 平均波高 hm（m） 平均波长 Lm（m） 波高 hp(m)护坡厚度 (m) 设计工况 （P=5%） 0.1805.5480.3520.02 经计算混凝土护面板厚度 t= 0.02m，考虑到构造要求，此次取混凝土面 板厚度为 0.12m。 3、干砌混凝土预制块护坡方案 人工按设计坡比 1:2. 75 找坡，在原有反滤层上铺设一层土工布 （200g/m2） ，其上铺设厚度为 200mm 的碎石垫层（粒径 0.52cm） ，碎石垫 层上铺设 15cm 厚混凝土预制工字块，混凝土标号为 C25，抗冻标号 F150。 三种方案从技术上均适用于水库的上游坡护坡，方案一浆砌方块石护坡 施工简单，适合大面积开展施工，完成后工程美观自然，耐久性好，同时，此 种护坡形式还可以利用部分拆除的原护坡石。方案二现浇钢筋混凝土护坡，护 坡整体性好，抗风浪冲击能力强，在青岛地区有较成功的实践经验，并且工程 投资小、适合大面积开展施工，但是施工难度较大、水灰比难控制、施工质量 不易保障。方案三采用预制混凝土块护坡，需要较大的预制场地，对预制块的 33 尺寸要求严格，如果偏差过大后期安装困难。 三种护坡方案的技术经济比较见表 5-3。 三种护坡方案技术经济比较表 表 5-3 方案 编号 护坡 型式 每平方米造 价 （元/m2） 优 点缺 点 1 浆砌 方块 石护 坡 81.60 耐久性好、抗风浪的冲刷能力 强、自然、美观，与周围山体 协调一致 投资较高 2 现浇 钢筋 混凝 土护 坡 76.90 整体性好、抗风浪能力强、投 资较少、整齐、美观、有成熟 的施工经验 需要较大的施工场地、 受气候条件影响大、施 工难度较大、水灰比难 控制、浇筑质量不易保 障 3 预制 混凝 土块 护坡 79.80 工期短、抗变形能力强、投资 少 需要较大的预制场地、 运输、安装量大 4、护坡形式的选定 通过以上技术、经济综合分析比较，根据#水库的实际情况，拟定 #水库上游坡采用浆砌方块石护坡方案，并在大坝上游坡桩号 0+100 处设一 台阶，台阶设至 32.35m 高程，台阶踏步为 M10 水泥砂浆砌方块石，宽度为 0.9m，垫层为 C20 素混凝土，厚 200mm，台阶两侧设 M10 浆砌方块石路沿石， 宽 300mm，厚 300mm。 5.3.2.坝顶 现状坝顶高程在 40.00m 左右，坝顶宽约 4.0m，但现状坝顶路面凹凸不 平，坝顶上杂草丛生。 34 本次除险加固按设计坝顶高程 40.00m 找平，坝顶总宽度为 4.0m。达不 到设计宽度的坝段，以上游侧为中心，拓宽时向下游侧加宽。坝顶路基翻起 30cm，掺入 10水泥（水泥与干土重量的百分比）搅拌均匀后分两层用压路 机压实，压实度不小于 0.96，路面铺设 12cm 厚中砂面层。坝顶路面的横向 坡度为 0.02，排向下游。 本次除险加固拟在坝顶上游侧及距坝顶下游侧 20cm 新设 C20 预制混凝土 路沿石，宽度 0.15m，高度 0.35m，下游侧路沿石在有横向排水沟处设排水口。 本次除险加固拟在坝顶下游侧布置路灯 4 盏，1400W 高压纳灯，杆高 10m，间距 50m，分别在桩号 0+100、0+600、0+110、0+160 处布置，照明用 电由#接入。 5.3.3.防浪墙 根据#水库大坝安全鉴定报告，现状坝顶高程不满足规范要求，现坝 顶新做防浪墙，防浪墙顶高程为 40.70m，新建防浪墙高 0.7m，墙厚 0.5m，基 础深 0.7m，为浆砌甲级乱石基础，防浪墙每 20m 设变形缝一道，缝宽 20mm，缝内充填发泡塑料板。防浪墙迎水面采用浆砌方块石砌筑，墙顶采用 蘑菇石压顶。 5.3.4.下游坡 大坝下游坡坡比不一，且坝坡上杂草丛生，并生长有大量灌木，影响大 坝安全。 本次除险加固工程采用补坡培土措施，首先清除草皮和腐植土以及灌木