长沙县江背镇四眼塘水库除险加固设计

目 录 摘要.1关键词.1 1前言22 工程概况23 工程地质33.1工程地质条件33.1.1地形地貌33.1.2 坝区地质概况33.1.3 坝基地质概况43.1.4 水文地质43.1.5区域稳定和地震53.2大坝施工质量53.2.1大坝填筑土质量53.2.2 大坝排水棱体施工质量53.2.3 溢洪道工程质量53.2.4 输水涵洞工程质量53.2.5 建议54 水文及调洪演算64.1 气象64.1 水文资料64.2工程等级及洪水标准64.3 设计暴雨洪水计算64.4 设计净雨过程的计算64.5 设计洪水74.5.1用推理公式求设计洪水、校核洪水74.5.2入库洪水总量84.6 调洪演算104.6.1 调洪演算的基本原则104.6.2 调洪演算的基本方程104.6.3 调洪演算的基本资料104.6.4 调洪演算的结果115 除险加固设计115.1 工程任务与规模115.2 主要加固项目125.3 设计依据125.3.1 工程等级与建筑物级别125.3.2 设计规范125.3.3 水文气象资料135.3.4主要建筑物特征水位及流量135.3.5 地震基本烈度145.3.6设计控制标准145.4加固设计145.4.1 大坝现状及存在的问题145.4.2 渗流计算145.4.3大坝除险加固设计165.4.5溢洪道建筑物改造加固设计245.4.6 输水涵洞除险加固246 结论27参考文献27致 谢2829长沙县江背镇四眼塘水库除险加固设计 摘 要：水库是我国防洪广泛采用的措施之一。水库正常运行与否关系着附近居民的生产生活，在防洪区上游河道适当位置兴建能调蓄洪水的水库，利用水库枯荣拦蓄洪水，消减进入下游河道的洪峰流量，达到见面洪水灾害的目的。本设计是对一小型水库的除险加固设计，主要加固内容有：坝体防渗处理;修建溢洪道，消力池，输水涵洞，排水棱体；管理值守用房等。 关键词：水库设计；除险加固；工程规范；调洪演算Reservoir Reinforcement Design of ChangSha JiangBei Town SiYan PondAuthou:Tang YuxinTutor: Huang Lijun(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract：The reservoir is one of the widely used measures of flood control. Reservoir normal operation or not related to the production life of the residents in the vicinity of the appropriate place in the construction of flood storage reservoirs in the upper reaches of the flood zone river, reservoir Coorong storing flood abatement peak flows into the river downstream to meet flood disasters. The design is the reinforcement design of the Danger of a small reservoir, the main reinforcement content: dam impermeable processing; construction of the spillway, stilling basin, water conveyance, culverts, drainage prism; management duty space.Key words：Reservoir design; reinforcement; engineering specifications; Flood Routing1前言水库是我国防洪广泛采用的工程措施之一。在防洪区上游河道适当位置兴建能调蓄洪水的综合利用水库，利用水库库容拦蓄洪水，削减进入下游河道的洪峰流量，达到减免洪水灾害的目的。水库对洪水的调节作用有两种不同方式，一种起滞洪作用，另一种起蓄洪作用。 滞洪就是使洪水在水库中暂时停留。当水库的溢洪道上无闸门控制，水库蓄水位与溢洪道堰顶高程平齐时，则水库只能起到暂时滞留洪水的作用。 在溢洪道未设闸门情况下，在水库管理运用阶段，如果能在汛期前用水，将水库水位降到水库限制水位，且水库限制水位低于溢洪道堰顶高程，则限制水位至溢洪道堰顶高程之间的库容，就能起到蓄洪作用。蓄在水库的一部分洪水可在枯水期有计划地用于兴利需要。当溢洪道设有闸门时，水库就能在更大程度上起到蓄洪作用，水库可以通过改变闸门开启度来调节下泄流量的大小。由于有闸门控制，所以这类水库防洪限制水位可以高出溢洪道堰顶，并在泄洪过程中随时调节闸门开启度来控制下泄流量，具有滞洪和蓄洪双重作用。降落在流域地面上的降水，由地面及地下按不同途径泄入河槽后的水流，称为河川径流。由于河川径流具有多变性和不重复性，在年与年、季与季以及地区之间来水都不同，且变化很大。大多数用水部门（例如灌溉、发电、供水、航运等）都要求比较固定的用水数量和时间，它们的要求经常不能与天然来水情况完全相适应。人们为了解决径流在时间上和空间上的重新分配问题，充分开发利用水资源，使之适应用水部门的要求，往往在江河上修建一些水库工程，进行径流调节，蓄洪补枯，使天然来水能在时间上和空间上较好地满足用水部门的要求。2 工程概况江背镇地处长沙、株洲、浏阳金三角地带，东邻浏阳河，西靠长永高速公路，319国道横贯东西，距省会长沙市和铁路枢纽株洲市各30 km，离黄花国际机场仅10 km。水、陆、空交通极为便利，具有明显的交通区位优势。江背镇是长沙的东大门，是老一辈无产阶级革命家徐特立、熊瑾玎等同志的故乡。全镇辖16个行政村（社区居委会）。总面积178平方公里，常住人口5.8万人。海拔高度92m，四眼塘水库位于江背镇梅花村境内，坝址距江背集镇约2km，距县城约35km。地理坐标东经 1131811，北纬2872.0。1958年10月建成。四眼塘水库位于属于浏阳河流域，控制流域面积0.24km2，总库容为11万m3，兴利库容为7万m3，坝高11.5m，坝长78m，是一座以灌溉为主，兼顾防洪综合利用的小（2）型年调节水库。坝址多年平均径流量16.8万m3,水库灌溉面积为1600亩。属乌川灌区，库区内山丘众多，地势较平缓，植被较好，水土流失较轻。水库枢纽工程由大坝、溢洪道、输水涵洞等永久建筑物组成。四眼塘水库堰顶水位（起调水位54.12m），相应库容为11万m3，则调洪复核结果为：20年一遇的设计洪水位为54.62m，最大下泄流量为1.78m3/s，相应库容为11.50万m3；200年一遇校核洪水位为55.37m，最大下泄流量为2.79 m3/s，相应库容23.20万m3。大坝为心墙土坝，坝顶高程56.71m。最大坝高11.5m，坝轴长78m，坝顶宽3.5m。溢洪道位于大坝右侧，为正槽开敞式溢洪道，全长81.3 m，堰顶高程为54.70m,坝顶采用600涵管泄洪。输水涵洞位于大坝右侧，为直径0.4*0.60m箱涵，有斜拉闸门，手摇式启闭机，涵洞出口高程为48.27m。根据防洪标准GB50201-94及水利水电工程等级划分及洪水标准SL252-2000的相关规定，四眼塘水库总库容为11万m3，为小(2)型水库，工程等别为等，主要建筑物为5级，次要建筑物为5级。根据水利水电工程等级划分及洪水标准的3.2.1条的规定，四眼塘水库大坝为山区、丘陵区永久性水工建筑物，确定其设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准为200年一遇。溢洪道消能防冲标准为10年一遇。3 工程地质3.1工程地质条件3.1.1地形地貌库区地形属丘陵地貌单元，山体呈东西向分布，坝址位于山溪冲沟交汇处，山坡较平缓，两岸山坡坡角2540，相对切割深10m30m。坝顶高程57.1m，最大坝高11.5m，坝轴长78m，坝顶宽9m。水库库区植被较发育，分布于山坡和坝后的耕土约0.51.0m（坝基部位已清除），分布于山坡第四系残积土层稍厚，约2.05.0m。勘测期间水位52.40m。3.1.2 坝区地质概况工程区出露地层为第四系人工堆积层、第四系残坡积土层、白垩系戴家坪组泥质粉砂岩夹砂砾岩（K2d），区域厚度不大，现将各岩土层特征自上而下分别描述如下： （1）第四系（Qml）人工堆积层人工堆积层（填筑土）为素填土，黄褐色、灰褐色，可塑硬塑状态，稍密状态，主要成分为黏性土、风化泥质粉砂岩碎块和少量砾石，碎块含量约20%，其中坝底部含灰色可塑状粘土，采取率95%。该层主要分布在大坝坝体。厚度：8.2017.60m，平均层厚15.32m；层底标高：36.7040.55m，平均39.25m；层底埋深：8.2017.60m。（2）戴家坪组（K2d）强风化泥质粉砂岩夹砂砾岩紫红色、褐红色夹灰白色，中厚层状，粉砂质结构，块状构造，节理裂隙发育，节理面多附有褐色铁锰质氧化物膜，岩体破碎，岩石为极软岩，岩体基本质量等级为级，其中砂砾岩为砾质结构，块状构造，砾石粒径220mm，大者3040mm，成分主要为板岩、石英岩和砂岩，泥质胶结，岩芯多呈块状、碎块状，少量短柱状，岩块用手易折断，遇水易软化崩解，RQD为2026，采取率55%。厚度：9.610.50m，平均层厚9.90m；层底标高：26.9030.74m，平均29.35m；层底埋深：17.8028.00m, 平均25.22m。 （3）戴家坪组（K2d）中风化泥质粉砂岩夹砂砾岩紫红色、青灰色、灰绿色、灰白色，中厚层状，粉砂质结构，块状构造，节理裂隙较发育，岩体较破碎，岩石为软岩，岩体基本质量等级为级，其中砂砾岩为砾质结构，块状构造，砾石粒径220mm，大者3040mm，成分主要为板岩、石英岩和砂岩，泥质胶结，岩芯多呈短柱状、柱状，少量碎块状、块状，岩块遇水易软化崩解，RQD为6575，采取率为8086%，系场地基岩，本次勘察揭露最大厚度为7.80m。3.1.3 坝基地质概况坝基岩性为戴家坪组强（中）风化泥质粉砂岩夹砂砾岩，岩体较破碎，岩层产状为34025，其中强风化泥质粉砂岩夹砂砾岩岩块用手易折断。坝基地下水为基岩裂隙水，以风化泥质粉砂岩夹砂砾岩节理裂隙为径流通道，集地表降雨和库水，在库岸边和下游坝坡出露，流量动态变化大，但坝后坡脚的渗漏出水点，受库水位的升降影响小，流态较稳定。坝基岩性为泥质粉砂岩夹砂砾岩，节理裂隙发育，岩体较破碎；根据现场检查出现的渗漏问题和钻孔检查结果表明坝基接触面清基不彻底。钻孔压水试验表明：下伏基岩岩石透水率特征为：基岩表层强风化岩段岩层透水率为16.923.8Lu，为中等透水带。下部岩层中风化岩段岩层透水率4.06.7Lu，为弱透水岩体。3.1.4 水文地质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。二者均以大气降水为补给源，库坝区在坝周的地下水则接受库水的补给。以孔隙和裂隙为径流通道，向河床、库内和溪谷排泄，动态变化大。3.1.5区域稳定和地震根据区域地质构造资料，场地在区域上位于永安地洼一相对稳定的断块内，在不断的拱断作用下，由地洼沉积层组成褶皱平缓的红色盆地，地层产状平缓。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，属相对稳定地块。根据中国地震动参数区划图（GB18306-2001）和建筑抗震设计规范（GB500112010），建筑场地地震基本烈度为度，地震动峰值加速度为0.05g，设计地震分组为第一组，地震动反应谱特征周期为0.35s。3.2大坝施工质量 3.2.1大坝填筑土质量大坝填筑土为素填土，主要成分为黏性土和少量砾石，碎块含量约25%。上游坝坡分为两级，整个上游坝坡采用现浇砼护坡，大坝上游砼护坡局部破损，伸缩缝内生长杂草。下游坝坡杂草及灌木丛生。大坝存在严重渗漏，外坡有大面积散浸，已发生渗透变形。坝基土体长期有渗水现象。坝端和坝脚近区亦均有渗水逸出。坝端岸坡则正常。填筑料不均一，空隙大，施工质量差，夯压不密实，碾压后土的渗透系数经室内试验成果、注水试验测定，其渗透系数的平均值cm/s，大于设计要求cm/s，坝体土渗透性等级为中等透水性，因此认定其防渗性较差。3.2.2 大坝排水棱体施工质量下游坝趾有堆石棱体和排水沟，棱体顶高程为49.21m，块石风化严重，导滤作用明显降低，排水不畅。排水沟为砼沟，多处破损，有水涌出，流量约0.050.1L/s。坝基土体有渗透变形，长期有渗水现象。3.2.3 溢洪道工程质量溢洪道位于大坝右侧，为正槽开敞式溢洪道，堰顶高程为54.4m，堰顶宽2.5m。溢洪道采用现浇砼衬砌，溢洪道两边长满杂草；泄槽段采用现浇砼衬砌，两边杂草丛生；下游段无消能防冲设施。泄洪渠破损严重。3.2.4 输水涵洞工程质量输水涵洞位于大坝右侧，直径尺寸为0.3m圆管涵洞，进口高程为48.75m，出口高程为48.2m。输水涵洞出来的水通至灌溉渠道，现灌溉渠道淤塞较严重。输水涵洞运行多年，已经破损不堪，部分已老化，出现裂缝，不能发挥正常功能，加之大坝坝体与涵洞接合处存在接触冲刷问题，调查资料表明输水涵洞侧壁及出口漏水严重。3.2.5 建议对大坝坝体、坝基及坝体与坝基坝肩接触带进行帷幕注浆等防渗处理。对大坝坝坡重建排水棱体；改建溢洪道，新建消力池，新建泄洪渠；对输水涵管进行回填灌浆等防渗处理措施或挖除原输水涵洞，改建输水涵洞。加强除险加固施工的质量监督工作，对施工时出现的新的工程问题进行必需的工程地质勘察和试验。4 水文及调洪演算4.1 气象中亚热带季风湿润气候。气候温和、热量丰富、降水充沛、日照较足，具有春温多变、春末夏初多雨、伏秋多旱、秋寒明显、冬少严寒的特点。全年无霜期平均为275天，冬季多偏北风，夏季多偏南风。多年平均气温17.3，极端最高气温41.1（2003年8月2日），极端最低气温-11.3（1972年2日9日）。多年平均风速2.4m/s，主导风为西北风，汛期最大风速多年平均值为14.0m/s，实测最大风速20.7m/s（1980年4月13日，风向NNW），多年平均日照时数1585h，多年平均降水量1380mm，多年平均蒸发量1315.6mm。4.1 水文资料四眼塘水库以上流域无实测水文资料。根据四眼塘水库所在的地理位置和集雨面积查湖南省暴雨查算手册经计算而得。4.2工程等级及洪水标准根据防洪标准GB50201-94及水利水电工程等级划分及洪水标准SL252-2000的相关规定，四眼塘水库总库容为11万m3，为小()型水库，工程等别为等，主要建筑物为5级，次要建筑物为5级。根据水利水电工程等级划分及洪水标准的3.2.1条的规定，四眼塘水库大坝为山区、丘陵区永久性水工建筑物，确定其设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准为200年一遇。溢洪道消能防洪标准为10年一遇。4.3 设计暴雨洪水计算根据四眼塘水库的地理位置（属湖南省暴雨一致区第1区，产流分区第1区）和集雨面积为0.25km2，查算手册图3-2得最大24小时点雨量变差系数Cv为0.45 ，Cs为3.5Cv，点面关系系数为0.9998。四眼塘水库设计暴雨采用值和参数见下表2.1。4.4 设计净雨过程的计算(1)查查算手册图10知该流域属产流分区第1区，得Im120mmIoIm-Pa设 （1） 式中：Io初损Im流域最大初损Pa设采用（经统计我省较大实测洪水的Pa，80%的频次Pa），因此各产流分区的I0为常数。得I0Im-Pa= 30mm（2）扣除初损I030mm，得下表2.1中净雨深，即径流深R总。（3）求时段地表径流深R上，R上R总（值查查算手册表3）为所计算的设计净雨过程R上tt，见下表1。表1四眼塘水库设计暴雨成果Tab 1 Reservoir design storm results of Siyan PondP(%）项目0.55.010.0备 注Kp2.79 1.88 1.601.统计参数H24点=105mmCv=0.45Cs=3.5Cv 2.点面关系数=0.9983.初损I0=30mmH24点(mm)292.95197.4168H24面(mm)292.89 197.36167.9N20.5800.6260.644N30.7830.7920.795H1(mm)101.0575.9466.35H3-H1(mm)59.61 38.7431.85H6-H3(mm) 56.0834.1327.45H12-H6(mm)33.68 23.619.28R总(mm)262.89167.36137.90.750.750.75R上(mm)197.03125.5103.44.5 设计洪水4.5.1用推理公式求设计洪水、校核洪水1、求洪峰流量Qm及汇流时间(1) 根据 （2） (2) 查图L-干流长度F-控制流域面积J-干流比降查查算手册图11或用图中公式计算。得m0.249参照查算手册，采用全面汇流公式：试算得：Q0.5%=3.96m3/s 0.5%=1.7小时Q5%=2.64m3/s 5%=1.9小时Q10%=2.15m3/s 10%=2.0小时4.5.2入库洪水总量公式：Wmp=R总PF1000 （3）P=0.5% Wmp=262.890.251000=6.57万m3P=5% Wmp=167.360.251000=4.18万m3P=10% Wmp=137.90.251000=3.45万m3式中：Wmp为入库洪水总量。 R总p为当P=0.5%或P=5%或P=10%时，入库洪水的总径流深，单位为mm。 F为水库控制流域面积。综上所述，当洪水为10年一遇设计时，入库洪水为3.45万m3当洪水为20年一遇设计时，入库洪水为4.18万m3；当洪水为200年一遇校核时，入库洪水为6.57万m3。洪水过程线的推求如表2 3 4 。表2四眼塘水库二百年一遇校核洪水过程线计算表Tab 2 Flood hydrograph computation Check for 200-year flood of Siyan Pondti/00.511.522.533.54备注ti00.851.72.553.44.255.15.956.8为全省洪水基流回加经验公式。Qi/Qm00.110.450.240.120.060.030Qi00.3963.961.7820.95040.47520.23760.11880Qi+Q000.4023.9661.7880.95640.48120.24360.12480.006说明：（1）表中ti各栏，以=1.7乘ti/各栏求得 （2）表中Qi各栏，以Qm=3.96乘Qi/Qm各栏求得 (3）Qi+Qo为设计洪水过程以Qi加基流Q0求得表3 四眼塘水库二十年一遇校核洪水过程线计算表Tab 3 Flood hydrograph computation Check for 20-year flood of Siyan Pondti/00.511.522.533.54备注ti00.951.92.853.84.755.76.657.6为全省洪水基流回加经验公式。Qi/Qm00.110.450.240.120.060.030Qi00.2642.641.1880.63360.31680.15840.07920Qi+Q000.272.6461.1940.63960.32280.16440.08520.006说明：（1）表中ti各栏，以=1.9乘ti/各栏求得 （2）表中Qi各栏，以Qm=2.64乘Qi/Qm各栏求得 (3）Qi+Qo为设计洪水过程以Qi加基流Q0求得表4 四眼塘水库十年一遇校核洪水过程线计算表Tab 4 Flood hydrograph computation Check for 10-year flood of Siyan Pondti/00.511.522.533.54备注ti012345678为全省洪水基流回加经验公式。Qi/Qm00.110.450.240.120.060.030Qi00.2152.150.96750.5160.2580.1290.06450Qi+Q000.2212.1560.97350.5220.2640.1350.07050.006说明：（1）表中ti各栏，以=2.0乘ti/各栏求得 （2）表中Qi各栏，以Qm=2.15乘Qi/Qm各栏求得 (3）Qi+Qo为设计洪水过程以Qi加基流Q0求得 图1四眼塘水库设计洪水过程线示意图Fig 1 Design flood hydrograph schematic of Siyan Pond4.6 调洪演算4.6.1 调洪演算的基本原则1）四眼塘水库溢洪道为开敞式，堰型为宽顶堰，从正常蓄水位54.12m（即溢洪道堰顶高程）起调，相应库容为7万m3。2）溢洪道无闸门控制，当水位超过溢洪道堰顶时，库水自动溢泄，水库水位随入库流量增大而上涨，直到设计和校核洪水位，其下泄流量相应达到设计和校核流量，入库洪水流量小于溢洪道的泄流能力，库水位下降。3）为了水库安全起见，出库流量只计溢洪道的泄流能力，不计输水涵洞的出库流量。4.6.2 调洪演算的基本方程根据水量平衡原理，调洪演算的基本方程为： （4） （5）式中：Q入库流量（m3/s）; q出库流量（m3/s）； V库容（万m3）； 计算时段长（s）； i 时段编号。4.6.3 调洪演算的基本资料根据四眼塘水库正常蓄水位（54.12m）进行调洪演算。1）水位与库容曲线四眼塘水库库区植被较好，库尾各支流入库口淤积情况均较轻，本次洪水复核采用由四眼塘水库提供原始水位库容曲线，详见表5。表5 四眼塘水库库容曲线Tab 5 Capacity curve of Siyan Pond水位(m)46.4247.4248.4249.4250.42库容（万m3）11.21.62.23水位(m)51.4252.4253.4254.4255.31库容（万m3）45.26.58112）泄流曲线 四眼塘水库的泄流曲线是根据四眼塘水库溢洪道的堰型，按照溢洪道设计规范推荐的公式计算。其中B为2.5m，m流量系数，取为0.385；侧向收缩系数,取1；正常蓄水位54.42m以上水库水位与溢洪道泄流量的关系见下表6。表6四眼塘水库水位溢洪道下泄流量关系Tab 6 Flow relationship of the reservoir water level and spillway discharged of Siyan Pond水库水位（m）堰上水头（m）下泄流量（m3/s）54.420054.620.20.2354.820.40.6555.020.61.1955.220.81.8355.4212.5655.621.23.3755.821.44.244.6.4 调洪演算的结果根据调洪演算的基本原则和基本资料，利用调洪演算的基本方程，求得四眼塘水库20年一遇的洪水位为55.15m，200年一遇的洪水位为55.37m，详见表7。表7 四眼塘水库调洪演算结果Tab 7 Flood calculation results of Siyan PondPQmax(m3/s)H0(m)Z(m)溢洪道下泄流量qm(m3/s)V(万m3)0.5%3.960.9555.370.835%2.640.7355.150.3410%2.15 0.6355.050.145 除险加固设计5.1 工程任务与规模四眼塘水库是一座以灌溉为主的小（2）型水库。水库流域面积0.25km2，坝址以上汇水干流长度0.6km，干流平均坡降22.1，总库容11万，正常库容为7万,为年调节水库。多年平均降水量1380mm，多年平均蒸发量1315.6mm。四眼塘水库是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养殖等综合利用的小（2）型水库。水库枢纽工程由大坝、溢洪道、输水涵洞等建筑物组成。四眼塘水库正常蓄水位54.12m，相应库容为11万，水位（20年一遇）116.70m，相应库容为21.50万；校核洪水位（200年一遇）117m，相应库容为11万四眼塘水库为无闸溢洪道的小型水库，水库洪水超过溢洪道堰顶高程时自动泄流，水库洪水调度管理方便，运行可靠。5.2 主要加固项目 经现场考察复核，本次四眼塘水库除险加固主要加固项目为：（1）对大坝坝体进行防渗处理；（2）扩建溢洪道泄槽段和消力池；（3）封堵原输水涵洞，新建输水隧洞；（4）对坝体背水面护坡，并对上、下游坝面整坡培厚回填土石料降低坡降；（5）重建排水棱体；（6）修整防汛公路；（7）新建管理值守用房和防汛砂卵石池。5.3 设计依据5.3.1 工程等级与建筑物级别根据防洪标准GB50201-94及水利水电工程等级划分及洪水标准SL252-2000的相关规定，四眼塘水库总库容为23.20万m3，为小二型水库，工程等别为等，主要建筑物为5级，次要建筑物为5级。根据水利水电工程等级划分及洪水标准的3.2.1条的规定，四眼塘水库大坝为山区、丘陵区永久性水工建筑物，确定其设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准为200年一遇。溢洪道消能防冲标准为10年一遇。5.3.2 设计规范1）水利水电工程等级划分及洪水标准SL252-2000；2）碾压式土石坝设计规范SL274-2001；3）水库大坝安全评价导则SL258-2000；4）水工建筑物水泥灌浆施工技术规范DL/T5148-2001；5）防洪标准GB50201-94；6）水利水电工程设计洪水计算规范SL44-93；7）溢洪道设计规范SL253-2000；8）水工隧洞设计规范SL279-2002;9）水工混凝土结构设计规范SL/T 191-96；10）土坝设计，水利电力出版社，1987年；11）水工设计手册水利电力出版社，1984年；12）水工设计的理论和方法，中国水利水电出版社，2000年；13）中国堤坝防渗加固新技术，中国水利水电出版社，2001年；14）水力学，高等教育出版社，2007年；5.3.3 水文气象资料水库位于亚热带季风气候区。长沙县境内无气象站，采用长沙市马坡岭气象站19512008年统计资料，多年平均气温17.3，极端最高气温41.1，极端最低气温-11.3。多年平均风速2.4m/s，主导风为西北风，汛期最大风速多年平均值为14.0m/s，实测最大风速20.7m/s，多年平均日照时数1585h，多年平均降水量1380mm，多年平均蒸发量1315.6mm。与设计有关的主要水文气象参数见表8。表8主要水文气象资料表Tab 8 The major hydro-meteorological data table项目单位数量备 注水库控制流域面积km20.237坝址以上干流长度km1.31干流平均坡降%1.8设计洪峰流量（P=10%）m3/s1.45总水量6.69万m3设计洪峰流量（P=5%）m3/s1.78总水量8.15万m3设计洪峰流量（P=0.5%）m3/s2.79总水量12.87万m3水库水域平均水深m9多年平均风速m/s145.3.4主要建筑物特征水位及流量水库枢纽主要建筑物有大坝、溢洪道、输水涵洞，各建筑物特征水位及流量见表9。表9建筑物特征水位及流量表Tab 9 Characteristics of the water level and flow table项 目水位（m）流量 (m3/s)备 注水库正常水位/水库设计洪水位1.78P=5%水库校核洪水位2.79P=0.5%水库死水位49/溢洪道设计下泄流量（P=10%）0.14起调水位116.34m溢洪道设计下泄流量（P=5%）0.34/溢洪道校核下泄流量（P=0.5%）0.83/输水隧洞输水流量/0.25.3.5 地震基本烈度坝区周边地震活动较少，工程区地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s；场地地震基本烈度值度。按照水库大坝安全评价导则（SL258-2000）对度(含度)以下的工程可不进行抗震复核。5.3.6设计控制标准坝坡稳定最小安全系数控制标准根据碾压式土石坝设计规范第8.3.10条规定，采用计及条块间作用力的计算方法时，坝坡抗滑稳定的安全系数，应不小于表4.3规定的数值。表10坝坡抗滑稳定安全系数表Tab 10 Safety factor of dam slope stability against sliding table运行条件工程等级级计及条块间作用力不计及条块间作用力正常运行条件1.251.15非常运行条件11.151.06非常运行条件21.101.015.4加固设计5.4.1 大坝现状及存在的问题在大坝外坡高程心墙以上（49.2152 m）段一直存在散浸问题，散浸面积约30m2。散浸引起坝坡面湿润与局部表层土体脱坡。散浸流量一般0.040.1L/s，汛期最大达0.6 L/s。5.4.2 渗流计算根据小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则（SL189-96）和碾压式土石坝设计规范（SDL218-84）中相关规定：渗流计算依照设计导则中的公式计算；在进行渗流计算时，对某些较复杂的实际条件可作适当简化。如：（1）对渗透系数比较接近（如相差35倍以内）的相邻薄土层可视为一层，采用加权平均渗透系数作为计算依据。（2）单层结构地基，下卧土层不厚，且其渗透系数比上覆土层的渗透系数小100倍，可将下卧土层视为不透水层。计算完所求浸润线后，再根据大坝多年运行观测的实际情况进行修正。2）渗流计算工况的确定根据碾压土石坝设计规范（SDJ21884）第7.1.2条的规定：稳定渗流计算应考虑水库运行中出现的各种不利条件。本次渗流计算分析按以下工况进行：（1）上游正常蓄水位与下游相应的最低水位；（2）上游设计洪水位与下游相应水位；（3）上游校核洪水位与下游相应水位；（4）库水位从正常蓄水位骤降到死水位，同时下游相应最低水位时，上游坝坡非稳定渗流最不利的工况。考虑到大坝集雨面积、水库库容等综合信息，校核洪水与设计洪水的下泄时间较短，渗透线还未形成，水位很快就恢复到正常蓄水位，因此，渗流计算工况中，以（1）和（4）为主要依据来进行渗流分析。3）渗流计算参数的确定水库的特征水位采用洪水复核的成果：正常蓄水位为54.12m，设计洪水位为54.7m，校核洪水位为55.2.0m。粘土质砂渗透系数采用四眼塘水库坝区岩土主要物理力学参数推荐表中，摩擦角为28，允许渗透坡降为0.45。本次计算断面的渗透计算主要根据地质勘探的资料和现场所取原状土样的室内土工试验及现场注水试验成果，按均质坝透水基础进行计算。4）局部渗透分析各种计算工况的稳定与非稳定渗流中，局部渗流的最大渗透坡降值与地质资料提供的允许渗透坡降值见表4.4，坝体的最大渗透坡降值在各种计算工况中，最大值为0.63(计算值)，大于J允，故在坝体可能发生了局部渗透破坏。表11水库大坝计算断面最大渗透坡降值 Tab 11 The cross section maximum seepage gradient value of The dam上游水位（m）下游水位（m）最大渗透坡降J最大允许渗透坡降J允正常蓄水位稳定渗流0.560.45设计洪水位稳定渗流0.610.45校核洪水位稳定渗流0.630.45非稳定渗流0.620.455.4.3大坝除险加固设计大坝坝体防渗加固处理措施选取针对本工程出现的渗漏及坝体地质的问题，考虑对大坝坝体及坝基进行加固防渗处理。根据碾压土石坝设计规范和湖南省小型水库除险加固工程设计报告编制导则以及结合当地筑坝材料和施工经验，加固大坝防渗体可以采用冲抓套井回填、上游铺设复合土工薄膜防渗两种方案。四眼塘为心墙土坝，坝体主要为粘土，具有冲抓成孔条件，大坝上游预制砼六角护坡保护较好。接合冲抓套井回填效果好和成本低等因素，最终选定加固大坝防渗的方案为冲抓套井回填。大坝坝体防渗加固设计大坝冲抓套井回填设计冲抓钻孔套井原理冲抓钻孔套井回填处理土坝渗漏，是在漏水范围内利用冲抓机钻孔，然后用粘土进行分层回填，并利用钻机的动力和卷扬设备带动夯锤加以夯实，造成一个连续的截水墙，截断坝身或坝基中的渗流。冲抓套井防渗墙顶高程的确定根据碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）5.5.3条,防渗墙顶部在正常运用情况下的超高，应为0.60.3m；对非常运用情况，防渗体顶部应不低于非常运用条件下的静水位。对正常运用情况时，防渗墙顶部高程为54.5m，对非常运用情况，防渗墙最高为54.8m。大坝坝顶高程56.75m，冲抓套井在坝顶进行，由上而下进行钻孔后回填的，为便于施工和保证质量，冲抓套井回填防渗墙顶高程与坝顶齐平，为56.75m。冲抓套井防渗墙轴线位置确定大坝冲抓套井回填防渗墙的主要作用为加高加固大坝原有防渗体，为减少下游坝体内的水压力，本次冲抓套井轴线确定在高程为56.75m的平台，坝体防渗墙在满足防冻与保护层要求下尽量靠上游。因此，冲抓套井回填防渗墙布置在原有防渗体心墙上，在坝顶距上游1.50m处。具体位置见图套井回填土料的选择套井回填土料暂拟在四眼塘水库库区下游左岸料场，此处土料为第四系残坡积黄褐色含少量碎石的粉质粘土，粘粒含量面积较广，开采条件较好，质量和储量均满足要求。距坝址直线距离0.8km。根据碾压式土石坝设计规范（SL274-2001），防渗墙土料必须符合以下物理性质：回填土为粘性土料，渗透系数要求K110-6cm/s，填土干容重为1.6g/cm3，压实度不低于0.96。套井的排数和孔距的确定参照湖南省病险土石坝工程治理研究及有关文献，防渗墙的有效厚度是根据渗透稳定计算求得其渗透坡降小于允许渗透坡降的条件决定的，粘土防渗墙的容许渗透坡降J为68，确定防渗墙的有效厚度为，式中H为防渗墙承担的最大水头，根据经验H取坝高的八分之一，经计算，T=0.52m。根据试验资料，土坝冲抓回填时对周围有挤压作用，一般直径1.1m的冲抓孔实际有效厚度为1.3-1.4m，故风车源水库冲抓回填防渗墙排数为1排。井孔半径R=0.55m，根据以往实际经验及考虑主、套井之间的搭接，冲抓回填孔距为0.78m。钻孔深度的确定根据地质情况及防渗要求，本次设计冲抓套井回填防渗墙从114.20m平台至基岩以下1.0m下游坝坡设计现水库大坝下游坡率过大影响大坝的稳定，背水坡杂草丛生，坡面部分排水不畅，一直没有进行平整处理，既影响大坝坝坡的稳定性，又影响到大坝的美观。因而在本次除险加固设计中，计划对坝坡进行重新整坡，根据工程实践经验下游坡率采用1:2。填筑土料就在坝左侧附近岗地开采，要求土料性质和下游坝坡土料性质差不多或者渗透系数略大，根据碾压式土石坝设计规范（SL2742001）回填土料压实度不低于0.96。填筑前必需对坝坡上的杂草和树根以及腐殖土进行彻底清除，填筑后外坡种植草皮护坡。具体设计见工程除险加固平面布置图。大坝加固后渗流稳定计算1、渗流计算参数的确定特征水位：水库的正常蓄水位54.12m，设计洪水位54.72m（P=5%），校核洪水位55.2m（P=0.5%）。土坝形式：心墙土坝，按冲抓套井回填后计算。坝基形式：透水基础。渗透系数：根据土壤室内试验成果表，心墙土料渗透系数取3.810-5cm/s，心墙以外填土渗透系数取4.910-3cm/s，冲抓回填土渗透系数取210-6cm/s。计算断面采用加固后大坝典型断面。2、渗流计算根据碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）第8.1.2条规定，渗流计算要考虑水库在运行过程中出现的各种不利条件。本次渗流计算按以下工况：（1）上游正常蓄水位与下游相应的最低水位；（2）上游设计洪水位与下游相应水位；（3）上游校核洪水位与下游相应水位；（4）库水位从正常蓄水位骤降到死水位，同时下游相应最低水位时，上游坝坡非稳定渗流最不利的工况。稳定渗流时坝体浸润线计算：表12 四眼塘水库除险加固后大坝计算断面最大渗流坡降Tab 12 Four pond reservoir reinforcement dam cross-section maximum seepage gradient上游水位（m）下游水位（m）最大渗透坡降J最大允许坡降J正常蓄水位稳定渗流0.330.45设计洪水位稳定渗流0.370.45校核洪水位稳定渗流0.410.45非