枯章水库除险加固工程设计11

枯章水库除险加固工程设计摘 要：本次除险加固设计针对的是枯章水库出现的大坝坝身、坝基渗漏及两坝肩存在绕坝渗漏；大坝上游无护坡，风化、浪淘破坏严重；溢洪道控制段、泄槽段未进行护砌处理，岩土暴露，下游无消能设施；低涵砼涵管断裂，管壁与管内有大量渗水且带大量浑浊泥砂外流。主要包括对大坝坝体坝基加固防渗处理，对溢洪道除险加固处理，封堵输水涵洞并新开输水隧洞的加固措施。本次设计在技术上和经济上是可行的。关键词：渗漏；裂缝；除险加固；大坝；溢洪道；输水涵洞；Design of Danger Elimination and Reinforcement for Kuzhang ReservoirStudent: ChenXiaowei Tutor: ZhangWenping(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128) Abstract: This reinforcement design is for the problems about the serious leakage of dam and including two abutment exist around the dam leakage. The dam has no slope protection, weathering and wave destroyed. The control section of spillway, chute without embankment treatment, geotechnical exposed,and have no away downstream to facilities. Low culvert concrete culvert pipe rupture, Pipe wall and the pipe with large quantities of water and with a large number of muddy sand drain. It mainly includes measures to reinforce the dam foundation and control dam seepage,reinforcement of the spillway and plugging emptying tunnel and opening new emptying tunnel. This design is feasible in technology and economy.Key words: leakage; crack; reinforcement; dam; spillway; water culvert;1 前言枯章水库于1967年动工兴建，1969年建成,大坝为粘土心墙坝。在那个特殊的时期，大部分工程是边勘察、边设计、边施工的“三边”工程，有的水库甚至根本没有设计。当时的技术标准和规范也极不完善：施工设备简陋，大搞群众运动和人海战术，基建投资不足，频繁的停建、缓建造成不少“半拉子”工程。这些先天不足的因素，致使大部分水库的建设从设计到施工都难以保证质量，给水库留下了很大隐患。病险水库时刻威胁着广大人民群众的生命和财产安全，是防洪体系中的薄弱环节，是心腹之患。枯章水库位于岳阳经济开发区康王乡荣和村，属洞庭湖龙湾河水系，是一座具有灌溉、防洪、养殖的综合效益的小（二）型水库。枯章水库施工前对坝基未作过任何工程地质勘探工作，坝区地质结构与坝基岩体工程、水文地质特性不清。根据当年现场施工人员回忆，施工为民工大兵团包片作业，施工设备简陋，大坝填筑用石夯和木夯夯砸压实。由于采用大批民工作业，施工人员技术力量欠缺，管理工作不规范，施工质量较差，不少施工环节未达到设计要求；坝基为砂岩，大坝填筑时未对岩基进行防渗处理。通过四十多年的运行，工程老化严重，存在的居多病险隐患已明显暴露且有逐年加剧之势，已严重威胁到大坝的运行安全，不能充分发挥工程灌溉、防洪效益。一旦水库枢纽工程失事，将会淹没下游2000常住人口及1000亩农田，故尽快对枯章水库坝区枢纽工程进行除险加固是十分必要的，也是刻不容缓的。2 综合说明2.1 工程概况枯章水库位于岳阳经济开发区康王乡荣和村，所在河流为龙湾河，该水库集雨面积0.6km2，坝址以上干流长度0.846km，干流平均坡降为17，总库容23.76万m3，正常库容17.78万m3，水库正常蓄水位70.5m（黄海高程系统、下同），设计洪水位为71.55m，校核洪水位为72.05m，死水位66.70m。原设计灌溉面积24公顷，实际灌溉面积24公顷，是一座以灌溉、防洪为主、养殖等综合效益的小（二）型水库。担负着下游2000多常住人口，及66多公顷田地的防洪保安任务。水库工程等别为等、小（二）型，其主要建筑物为5级建筑物。设计洪水标准重现期为30年，校核洪水标准重现期为300年。枯章水库枢纽工程于1967年建成运行，枢纽工程主要由大坝、溢洪道、低涵等建筑物组成。2.1.1 大坝枯章水库大坝为粘土心墙坝，坝顶高程73.10m，坝顶宽3m，坝轴线长120.0m，最大坝高11m，心墙高程为72.0m。上游坝坡为一级坡，坡比均为为1:2.5，下游坝坡分为二级，坡比分别为1:2.2、1:2.0。上、下游坝坡杂草丛生。2.1.2 溢洪道枯章水库溢洪道位于大坝右侧山体处，结构型式为正槽式宽顶堰，堰顶高程70.50m，宽2.0m，溢洪道轴线长度83.00m，溢洪道出口无消能设施。2.1.3 低涵低涵位于坝体左侧，用于灌溉，进水口底板高程66.70m，出口底板高程65.80m,涵管管径300mm，为现浇砼圆涵，涵管全长50m，进口为卧管，设计过流量0.3m3/s。2.2 水文气象枯章水库属龙湾河，龙湾河流域属中亚热带向北亚热带过渡的季风气候区，四季分明，湿润多雨,具有春温变幅大，初夏雨水多，伏秋天热易旱，冬季严寒不多的特点。冬季多为西伯利亚干冷气团控制，气候干燥寒冷；夏季为低纬海洋暖湿气团所盘据，温高湿重。夏季之交，流域正处在冷暖气流交汇的过渡地带，形成阴湿多雨的梅雨天气。枯章水库地区属于丘陵区，植被良好。水库控制集雨面积为0.6km2，干流长度0.846km，干流坡降17。正常蓄水位70.5m，正常库容17.78万m3。枯章水库位于岳阳经济开发区荣和村，本地区枯水期出现在103月份，降雨主要集中在48月份，占74.6%左右，多年平均降雨量为1450mm，多年平均蒸发量为1268.2mm。工程区域内气候温和，多年平均温度为16.7，极端最高气温39.5，极端最低气温11.7；最大风速28.5m/s，风向为北风。全年无霜期270多天，严寒期短，无霜期长。2.3 工程地质2.3.1 地形地貌枯章水库枢纽工程地处新华夏系巨型第二沉降带，地貌属剥蚀构造地貌岩浆岩低山丘陵地貌单元，地形切割较浅。上游河谷、冲沟发育，水库坝址座落于河流狭窄地段，坝址地段左岸山顶最高海拔高程92.2m，右岸山顶最高海拔高程82.2m，河床地面最低高程62.1m，相对高差最大30.1m。两岸地形不对称，左高右低，地形坡度1530。坝址两岸山体雄厚，地表为第四系残坡积层所覆盖，左侧局部基岩裸露，岩石风化作用较发育。下游为溪谷平原，地势低平，为广大的农作区。2.3.2 区域稳定性评价工程区地震基本烈度依据中国地震动参数区划图，本地区地震动反映谱特性周期0.35s，地震动峰值加速度0.1g，相应于中国地震烈度区划图（1990年版）（1：400万）地震基本烈度为度区，设计地震分组为第一组。根据水工建筑物抗震设计规范（DL50732000）有关规定，该坝应作抗震安全复核分析计算。2.3.3 坝体、坝基地质条件评价2.3.3.1 大坝填筑土质量综合评价根据大坝运行管理及现场调查可知，大坝下游坡坝体浸漏主要表现为：大坝坝体局部存在较严重渗漏现象，坝体与山体接触部位存在较严重渗漏，当库水位增高时，漏水量增大，并有湿润面出现，随着库水位上升，湿润面不断扩大，有明显渗水析出。根据钻探和施工记录，坝体填筑土体不均一，坝体填筑土料来自于附近山坡的残坡积物，稍密，稍湿潮湿，局部含粗砂，粗砂含量一般为1535%，粗砂成分多为石英。呈软-可塑状。加之碾压质量不高，夯压不密实，填筑质量较差，结构不均匀，是造成大坝外坡坝体浸漏的主要原因。2.3.3.2 坝体与坝基接触带渗漏问题评价根据大坝运行管理及现场调查,并结合钻探资料可知，坝体与基岩接触带渗漏主要表现为：1）大坝左肩、右肩接触带渗漏；2）大坝坝体与坝基接触带渗漏。大坝坝体填筑区填筑材料不均匀，主要成分为局部含粗砂的残破积土，较混杂，形成架空现象，为大坝接触渗漏提供了通道;坝体与坝基接头搭接夯压不到位，夯压不密实，结构不均匀, 结构构散，坝基下伏基岩节理裂隙较发育，左、右坝肩岩石裂隙亦发育，且基础未作任何特殊处理，为大坝接触渗漏提供了有利条件，从而导致了坝体与坝基、两岸坝肩接触带渗漏严重。2.3.3.3 坝基及绕坝渗漏问题评价现场工程地质调查表明：大坝基础局部渗漏，随着库水位上升，渗漏也逐渐增大，渗漏现象更趋恶化。勘察资料表明：水库坝址基础为砂岩层，强风化砂岩为中等透水层。坝基在建基面以下35m左右岩石破碎，为中等透水区带，坝基在建基面大于10m以下岩石结构相对较为完整，为弱透水区，在库水压力长期作用下，地下水仍与坝基基岩相互贯通，造成坝基局部渗漏严重。2.3.4 溢洪道工程地质条件及评价溢洪道位于大坝右侧山体，结构型式为开敞式宽顶堰。溢洪道地基持力层主要为强风化砂岩，岩石软，易风化剥蚀，开挖较易，其力学状态一般较好，渗透等级为中等透水。在库水长期作用下，易受冲刷而破坏，力学性能变差，承载能力降低。溢洪道断面与底板高程均未达到实际要求且未衬砌，泄槽段不成形，无消能防冲设施。2.3.5 输水涵管工程地质条件评价输水涵管建于大坝左侧坝体内，输水管涵地基持力层主要为强风化砂岩，岩石较软，易风化剥蚀，开挖较易，其力学状态一般较好，渗透等级为中等透水。在库水长期作用下，易受冲刷而破坏，力学性能变差，承载能力降低。因运行年久，低涵砼涵管断裂，管壁与管内有大量渗水且带大量浑浊泥砂外流。闸门变形且锈蚀严重，且无法止水，启闭设施老化、变形、且锈蚀、磨损严重无法正常启闭；同时，由于地下水向涵洞内渗漏及排水不畅，造成涵管局部发生淤塞。故需要对涵管封堵。2.4 工程存在的主要问题大坝坝身、坝基渗漏，两坝肩存在绕坝渗漏；大坝上游无护坡，风化、浪掏破坏严重；溢洪道控制段、泄槽段未进行护砌处理，岩土暴露，下游无消能设施；低涵砼涵管断裂，管壁与管内有大量渗水且带大量浑浊泥砂外流；大坝无观测设施；管理所危房需改造。3 水文与调洪演算3.1 基本资料枯章水库未开展水文水情观测，仅有断断续续的水位及雨情观测，并且其观测资料极不完整，不能满足规范要求。故该水库洪水复核按无资料地区对待。3.2 径流枯章水库库区径流（水库入库流量）主要由降雨形成，根据气象资料分析，多年平均降雨量1450.0mm，多年平均径流系数0.53，多年平均径流深768.5mm，多年平均年入库水量46.11万m3。3.3 工程等级与洪水标准枯章水库位于山丘区，设计总库容23.76万m3，根据防洪标准（GB50201-94）和水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000），确定该水库枢纽工程等别为等、小（2）型，主要建筑物级别为5级，次要建筑物级别为5级。枯章水库设计洪水标准重现期为30年，校核洪水标准重现期为300年，频率p分别取3.33%、0.33%；溢洪道消能防冲工程设计洪水频率取5%。3.4 洪水复核枯章水库所在的河流没有水文站，建库后水库管理所也没有开展入库流量观测，为无资料地区，没有实测的水文气象资料，因此本次洪水复核按湖南省水利厅1984年编制的湖南省暴雨洪水查算手册进行计算。降雨、蒸发量资料均采用岳阳县气象站的实测资料。3.4.1 设计暴雨根据枯章水库的地理位置和集雨面积，从湖南省暴雨洪水查算手册图一中查得该流域属暴雨一致区第一区，从图三“年最大24h点雨量均值等值线图”查得该流域中心最大24h点雨量均值为111mm，查图四得统计变差系数Cv=0.49，Cs=3.5Cv，点面折算系数a =0.999，利用湖南省暴雨洪水查算手册求得枯章水库流域内的频率暴雨如下：1）300年一遇点暴雨和面暴雨：H24点=111mm3.18=352.98mm，H24面=352.98mm0.999 =352.63mm；2）30年一遇点暴雨和面暴雨：H24点=111mm2.15=238.65mm，H24面=238.65mm0.999=238.41mm；3) 20年一遇点暴雨和面暴雨：H24点=111mm1.97=218.67mm，H24面=218.67mm1.0=218.45mm；暴雨的时程分配，参照查算手册推荐的公式计算，最大16小时净暴雨的时程分配公式为：(1)最大624小时净暴雨的时程分配公式为：(2)上述二式中:Ht124小时内任一时段的暴雨量；n2、n3依地理位置、集雨面积及降雨量而变的参数；t对应Ht的时间。枯章水库的设计暴雨主要参数及成果见表1表1 设计暴雨参数及成果表 Tab 1 Design parameters and results table heavy rainP（%）53.330.333备注KP (mm)1.972.153.18H24点 (mm)218.67238.65352.98H24面 (mm)218.4513238.4114352.6271、统计参数n20.6120.6030.62 H24点 =(mm)111(mm)n30.7890.7880.785 Cv=0.49H1 (mm)81.36 87.25 132.49 CS/Cv=续表13.5H3 (mm)124.60 134.95 201.13 2、点面关系系数H6 (mm)163.05 177.70 261.74 a=0.999H12 (mm)188.73 205.83 303.80 3、初损H3 -H1 (mm)43.24 47.70 68.64 I0=27(mm)H6 -H3 (mm)38.45 42.75 60.61 H12 -H6 (mm)25.68 28.13 42.06 H24 -H12 (mm)29.72 32.58 48.82 Ht (mm)216.30 235.70 346.74 R总 (mm)189.30 208.70 319.74 0.75 0.75 0.80 R上 (mm)141.97 156.52 249.39 3.4.2 设计洪水本次设计利用湖南省暴雨洪水查算手册推求设计洪水。设计洪水过程包括地面径流过程和地下径流过程，地面径流过程采用径流分配系数法推求，地下径流过程采用三角形法推求。(3)参照查算手册值表（十一），重现期为300年、30年、20年的地面径流占总径流的比值分别取0.8、0.75、0.75，各频率的地面洪峰流量和汇流时间是根据地理参数、汇流参数m及可以利用汇流公式:(5)(4)(6) 汇流公式中：Qm地面最大净峰流量（m3/s）；F集雨面积（km2），为0.6km2；Rt/t地面径流强度；t汇流时间（h）；L流域干流长度，0.846km；J干流平均坡降，17；m汇流参数。将有关数据代入汇流公式，求得枯章水库的地面洪峰流量、汇流时间及其它有关参数如表2表2 设计洪水参数表 Tab 2 The design flood parameter tableP(%)53.330.33备注T（h）2.09 2.05 1.79 F=0.6km2 L=0.864km J=17 =3.738 m=0.276Qi（m3/s）23.66 26.09 41.57 Qm/Qi0.265 0.263 0.279 Qm（m3/s）6.39 6.99 11.78 Q下（m3/s）0.04 0.04 0.06 W（104m3）11.36 12.52 19.18 入库洪水过程线由地面径流过程线与地下径流过程线叠加而成，地面径流过程按径流分配系数法推求，地下径流过程按等腰三角形关系推求，由此而得的入库洪水过程线附表一，附表二，附表三，附表四。3.5 洪水复核结果的合理性检查湖南省暴雨洪水查算手册编制于八十年代初期，近20年，特别是九十年代，不少地域发生的暴雨资料没有参编，因此，有必要根据近期相关统计资料对本次计算成果进行合理性检查。3.5.1 洪峰模数根据查算得枯章水库重现期30年一遇的洪峰模数为11.65/s.km2（6.99/0.6），与水库所在区域的同频率统计资料计算洪峰模数比较，属合理。3.5.2 近区同频率24小时点暴雨值对比检查枯章水库位于桃林站与公田站站之间的丘陵区，根据湖南省水文局1998年编制湖南省暴雨洪水特征重现期查算手册查算，重现期为30年的公田站与桃林站的24小时点暴雨值分别为216.62mm和260.93mm。本次计算枯章水库30年一遇点暴雨H24点238.65mm处于二者之间，属于合理。3.6 调洪演算3.6.1 调洪演算基本原则根据枯章水库的实际情况，此次调洪演算的起调水位为正常蓄水位70.50m, 当入库洪水流量大于溢洪道的泄流能力时，库水位上涨，水库滞洪；至入库洪水流量等于溢洪道的泄流能力时，水库水位达到本次复核洪水的最高水位；随后，入库洪水流量小于溢洪道泄流能力，库水位下降。为水库安全起见，调洪演算时水库出库流量只计溢洪道的泄流能力，其他放水设施均不参与泄洪。3.6.2 调洪演算方法、水位库积、水位下泄流量3.6.2.1 方法调洪演算采用试算法。根据水量平衡原理，调洪演算基本方程：(7)式中：、时段始末的入库流量（m3/s）；、时段始末的出库流量（m3/s）；、时段始末的水库库容（万m3）； 计算时段；i时段编号。3.6.2.2 水位库积曲线枯章水库库区植被一般，库区各支流入库口均无淤积现象，本次洪水复核仍采用枯章水库管理所提供的水位库容曲线,在程序计算中以数值方式输入，程序中用线性插值以水位求面积值。3.6.2.3 水位下泄流量曲线枯章水库溢洪道溢流堰堰型为开敞式宽顶堰，公式为：(8)式中：Q流量，m3/s；m流量系数，m =0.32；B堰顶宽度，B =2.0m；H堰上水头，m；水库的水位与下泄流量关系见下表3，水位与库容的曲线关系如下图1，水位与下泄流量的曲线关系如下图2。3.6.2.4 入库洪水过程线入库洪水过程根据查算手册采用推理公式和径流分配系数法推算，详见表3。根据洪水流量过程线、水库的水位水面容积关系曲线及溢洪道水力参数，由调洪起始水位依次计算，直至洪水过程结束，均由计算机完成。计算机输出各时段末的水位、库容及溢洪道下泄流量。表3 水库水位与库容及水位与下泄流量关系 Tab 3 The reservoir water level and capacity and water level and analyzed the relationship水位(m）库容（104m3）下泄流量（m3/s）备 注66.70 5.61死水位67.00 6.300 68.00 9.100 69.00 12.200 70.00 15.600 70.5017.7800.000正常蓄水位71.0019.8001.00272.0023.5505.20873.0027.73011.20674.0032.37018.56244图1 水库水位库容曲线Fig 1 The reservoir water level to the capacity of the curve 63.065.067.069.071.073.075.00.05.010.015.020.025.0 库容（104m3）3)水位(m)-85国家基面库容 图2 水库水位下泄流量曲线 Fig 2 The reservoir water level to analyzed the curve 70.072.074.076.078.080.00.05.010.015.020.025.030.035.040.045.050.03 下泄流量（m3/s）/s）水位(m)-85国家基面 调洪演算采用试算法，计算时段t=1小时，频率洪水标准调洪演算结果如下：表4 枯章水库调洪演算成果表(p=0.33%)Tab 4 Chapter is reservoir for flood regulating calculation results table (p=0.33%)时间t(h)入库流量Q(m3/s)泄量q(m3/s)(Q1+Q2)/2(m3/s)(q1+q2)/2(m3/s)V(万m3)库水位Z(m)库容(万m3)00.060 0.000 70.517.784.080 0.286 1.366 18.100 0.572 70.84419.145 9.938 1.912 2.889 211.776 3.253 71.59622.035 9.146 4.362 1.722 36.516 5.471 72.0523.759 5.403 5.457 -0.020 44.289 5.444 72.04523.738 3.883 5.143 -0.454 53.476 4.843 71.92923.284 3.174 4.522 -0.485 62.871 4.202 71.822.800 2.672 3.918 -0.448 72.474 3.634 71.6822.350 2.275 3.392 -0.402 82.076 3.151 71.57321.949 1.898 2.936 -0.373 91.720 2.721 71.47321.574 1.584 2.534 -0.342 101.448 2.348 71.38221.233 1.353 2.192 -0.302 111.258 2.036 71.30220.933 1.101 1.895 -0.286 120.944 1.754 71.22620.648 0.891 1.628 -0.266 130.837 1.503 71.15520.381 0.807 1.407 -0.216 140.778 1.311 71.09820.168 0.748 1.235 -0.176 150.718 1.159 71.05119.991 表5 枯章水库调洪演算成果表(p=3.3%) Tab 5 Chapter is reservoir for flood regulating calculation results table (p=3.3%)时间t(h)入库流量Q(m3/s)泄量q(m3/s)(Q1+Q2)/2(m3/s)(q1+q2)/2(m3/s)V(万m3)库水位Z(m)库容(万m3)00.044 0.000 70.517.782.519 0.148 0.853 14.993 0.297 70.72218.632 5.994 0.933 1.822 26.994 1.569 71.17420.453 5.555 2.195 1.210 34.117 2.822 71.49721.664 3.474 2.934 0.194 42.831 3.046 71.54921.859 2.566 2.964 -0.143 52.301 2.882 71.51121.716 2.088 2.749 -0.238 61.876 2.617 71.44821.480 1.755 2.476 -0.260 71.633 2.336 71.37921.221 1.512 2.205 -0.250 81.391 2.074 71.31220.970 1.282 1.954 -0.242 91.174 1.834 71.24820.730 1.092 1.724 -0.228 101.010 1.614 71.18720.501 0.954 1.521 -0.204 110.898 1.428 71.13320.299 0.842 1.348 -0.182 120.785 1.268 71.08520.119 0.742 1.198 -0.164 130.699 1.128 71.04119.954 0.682 1.071 -0.140 140.665 1.014 71.00419.815 0.643 2.679 -0.733 150.621 4.343 71.82923.282 表6 枯章水库调洪演算成果表 (p=5%)Tab 6 Chapter is reservoir for flood regulating calculation results table (p=5%)时间t(h)入库流量Q(m3/s)泄量q(m3/s)(Q1+Q2)/2(m3/s)(q1+q2)/2(m3/s)V(万m3)库水位Z(m)库容(万m3)00.040 0.000 70.517.782.285 0.131 0.775 14.529 0.261 70.70418.557 5.460 0.814 1.673 26.391 1.367 71.11520.231 5.039 1.922 1.122 33.687 2.477 71.41421.353 3.127 2.584 0.195 42.567 2.692 71.46621.548 2.327 2.631 -0.109 52.087 2.571 71.43721.439 1.894 2.462 -0.204 61.701 2.352 71.38321.236 1.591 2.232 -0.231 71.481 2.113 71.32221.008 1.371 1.999 -0.226 81.261 1.886 71.26220.783 1.163 1.778 -0.221 91.065 1.671 71.20320.561 0.990 1.573 -0.210 100.916 1.475 71.14720.351 0.865 1.391 -0.190 110.814 1.308 71.09720.164 0.763 1.235 -0.170 120.712 1.163 71.05219.995 0.673 1.099 -0.153 130.634 1.036 71.01119.841 0.619 0.986 -0.132 140.604 0.937 70.97819.708 0.584 0.898 -0.113 150.563 0.859 70.95119.594 3.6.3 调洪演算结果根据调洪演算的基本原则和枯章水库库容曲线、泄流曲线重现期为300年、30年、20年的调洪演算结果，见表7。表7 调 洪 演 算 结 果 Tab 7 Flood regulating play calculate fruit 频率 P(%)0.333.335备注最高水位Zm (m)72.0571.5571.47相应库容Vm （104m3）23.7621.8621.55相应泄量qm (m3/s)5.473.052.69滞洪库容(104m3)5.984.083.773.7 防洪标准复核抗洪能力复核主要是对挡洪建筑物的顶部高程进行复核。对枯章水库而言，就是对水库大坝及溢洪道控制段导墙顶部高程进行复核。 3.7.1 水库大坝坝顶高程复核由本次洪水复核，30年一遇设计洪水位为71.55m，300年一遇校洪水位为72.05m。大坝属等、小（2）型工程中的5级建筑物，根据碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）中的第5.3条规定进行坝顶超高复核计算，坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，并按以下运行条件计算，取最大值：1）设计洪水位加正常运行条件的坝顶超高；2）校核洪水位加非常运行条件的坝顶超高。坝顶在水库静水位以上的超高按下式计算：(9)y=R+e+A式中：y坝顶超高，m；R最大波浪在坝坡上的爬高，m；由平均波高与坝迎水面前水深的比值和相应累积频率P（%）按规范表A.1.13规定的系数计算求得，(10)即 系数，按规范表A.1.13确定；Rm波浪平均爬高（m），K糙率渗透性系数，按规范表A.1.12-1确定；Kw经验系数，按规范表A.1.12-2确定；Hm平均浪高，按莆田试验站公式（A.1.5-1）计算；W计算风速，设计情况取W=1.514m/s，校核情况取W=14m/s；D风区长度，D=450m；Lm平均波长（m）, 按规范公式（A.1.5-3）计算；m坝坡系数,m=2.5；e最大风壅水面高度， m；A安全加高，m；大坝安全加高在正常运用时A=0.5m，在非常运用时A=0.3m。各计算要素及成果见表8表8 坝顶超高复核计算成果表 Tab 8 High recheck computation table top results 计算情况正常运用非常运用多年平均最大风速W（m/s）1414风区长度D（m）450450水域的平均水深Hm（m）6.67.1计算风速W（m/s）2114水库静水位（m）71.5572.05最大风壅水面高度（m）0.006 0.002 平均波高hm(m)0.22 0.14 平均波周期Tm(s)2.10 1.69 平均波长Lm(m)6.91 4.45 平均波浪爬高Rm(m)0.44 0.27 Rp/Rm1.84 1.84 累计频率的爬高Rp%(m)0.82 0.50 安全加高A(m)0.50.3坝顶超高y(m)1.32 0.80 计算最低坝顶高程(m)72.87 72.85 而现有坝顶高程为73.10m，满足规范要求。3.7.2 大坝心墙顶部高程复核根据碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）第5.5.3条的规定：土质防渗体（心墙）顶部在正常蓄水位或设计洪水位以上的超高为0.60.3m；非常运用条件下，防渗体顶部不应低于非常运用条件的静水位。枯章水库设计水位为71.55m，校核洪水位为72.05m，超高取0.3m，设计洪水位加超高71.85，因此枯章水库大坝防渗心墙顶部高程不得低于72.05m（校核洪水位）。而大坝防渗心墙顶部现有高程为72.0m，比碾压式土石坝设计规范要求的72.05m低，不满足规范要求。3.7.3 溢洪道控制段顶部高程复核枯章水库溢洪道无闸门控制，运用情况只有泄洪情况。根据溢洪道设计规范（SL2532000）中的第2.3.7条规定，在宣泄校核洪水时溢洪道控制段的导墙顶部高程不得低于校核洪水位加安全超高值。枯章水库溢洪道为5级建筑物，溢洪道设计规范（SL2532000）中有3级以上建筑物的安全超高值，没有4、5级建筑物的安全超高值，本工程参考3级建筑物的安全超高值取为0.3m。因此，本次设计枯章水库溢洪道控制段导墙顶部高程应高于72.35m(72.05m+0.3m)。而枯章水库溢洪道控制段为山体开挖而成，无导墙，不满足规范要求。4 工程任务与规模4.1 工程规模枯章水库位于岳阳经济开发区荣和村，建成于1969年，所在河流为龙湾河支流，属洞庭湖水系。水库控制集雨面积0.6km2，坝址以上干流长度0.846km，干流平均坡降为17，是一座以灌溉、防洪为主，兼顾养殖等综合效益的小（二）型水库。枯章水库除险加固后，水库正常蓄水位为70.50m，正常库容17.78万m3，设计洪水位为71.55m，校核洪水位为72.05m，总库容23.76万m3，死水位66.70m，灌溉面积24公顷。担负着下游2000多常住人口，及66多公顷田地的防洪保安任务。水库加固后水库枢纽主要由大坝、溢洪道、输水涵洞、上坝公路等建筑物组成。4.2 工程任务（除险加固设计内容）根据大坝安全鉴定报告表及水库大坝存在的问题，确定除险加固的主要内容如下： 1)对大坝坝体、坝基及两坝肩渗漏问题加固处理。 2)对溢洪道加固处理。 3)灌溉输水涵封堵，新建隧洞。 5 除险加固工程设计5.1 大坝现状渗流和坝坡稳定复核坝体现状渗流分析及坝坡抗滑稳定计算，所用软件是北京理正软件设计研究所的岩土计算软件4.5版，软件是采用有限元法计算。计算成果采用枯章水库大坝安全鉴定报告中渗流、稳定计算成果。1）渗流稳定计算成果计算工况(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)库水位从校核洪水位降落至死水位；计算结果大坝稳定渗流计算成果：正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位时，大坝下游坝坡逸出处的最大渗流坡降Jmax分别为0.12、0.13、0.14。大坝非稳定渗流计算成果：库水位从校核洪水位降落时最不利情况下的上游坡面渗流逸出处最大渗流坡降Jmax分别为0.24。结论(1)大坝坝体填筑质量差，坝体不密实；(2)大坝下游坡面高水位时多处出现散浸；(3)经分析计算大坝稳定渗流时，大坝坝坡逸出处的最大渗流坡降Jmax均小于允许渗流坡降J允许，但由于坝体施工质量差，人工施工与设备简陋，及多期分片包干，而造成夯压不实或漏压，局部砾石集中，土层难以密实，从而产生坝体外坡散浸与集中渗漏等。坝体土料质量差，渗透系数大，坝基、坝基与坝体接触面无防渗处理。2）大坝坝坡抗滑稳定计算成果计算工况：下游坝坡：(1)上游正常蓄水位，下游最低水位；(2)上游设计洪水位，下游相应水位；(3)上游校核洪水位，下游相应水位；(4)上游正常蓄水位，遇7级地震，下游最低水位；(5)上游设计洪水位，遇7级地震，下游相应水位。上游坝坡：(1) 库水位从校核洪水位降落至死水位，下游相应水位；(2)上游库水位为1/3坝高水位，下游最低水位；(3) 上游为1/3坝高水位，遇7级地震，下游最低水位；计算成果见下表9表9 大坝坝坡稳定计算安全系数表 Tab 9 The dam slope stability calculation of safety coefficient table计 算工 况下游坝坡上游坝坡安全系数1.1081.0571.0311.0331.0051.2221.2961.204最小允许值1.151.151.051.011.011.151.051.01根据碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）中表8.3.10的规定，当采用不计条块间作用力的瑞典圆弧法计算时，大坝坝坡抗滑稳定最小安全系数按规范（SL274-2001）中表8.3.10中规定得值减小8%确定，即：正常运用条件：1.15； 非常运用条件：1.05；非常运用条件：1.01。由上表可知，计算所得大坝上游坝坡抗滑稳定安全系数均大于规范要求的坝坡抗滑稳定最小安全系数，下游坝坡抗滑稳定安全系数均小于规范要求的坝坡抗滑稳定最小安全系数，大坝下游坝坡抗滑稳定不满足规范要求。5.1.1 大坝安全鉴定结论性意见1）大坝安全类别评定为类坝；2）对大坝运行管理或除险加固的意见和建议（1) 主坝坝体、坝基、两岸坝肩作防渗处理；（2) 大坝上游坝坡死水位至坝顶处采用六方块护坡；（3) 下游草皮护坡，修筑排水设施；（4) 溢洪道进口地基作灌浆防渗处理；溢洪道进行护砌；新建消能防冲设施；（5) 输水低涵封堵，新建隧洞；5.1.2 水库除险加固工程项目枯章水库除险加固主要工程项目：1）采用坝体冲抓回填防渗，坝基采用帷幕灌浆等方法，提高大坝的抗渗能力。2）上游死水位至坝顶六方块护坡，设置反滤层，。3）大坝下游坝脚增设贴坡排水，坡面进行草皮护坡。4）对溢洪道侧墙底板进行全面改造，新建出口消能设施。5）输水低涵封堵，新建隧洞及进水口卧管。5.2 设计依据5.2.1 工程等级及洪水标准枯章水库大坝为心墙坝，总库容为23.76万m3，根据防洪标准（GB50201-94）和水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000），确定该工程等别为等，其主要建筑物级别为5级，次要建筑物级别为5级，临时性建筑物为5级。水库大坝防洪标准洪水重现期：30年一遇设计，300年一遇校核；溢洪道消能防冲工程设计洪水重现期：20年。5.2.2 设计基本资料1）水库特征水位及库容根据水文资料及调洪演算，水库特征水位及相应库容见表10表10 水库特征水位及相应库容表 Tab 10 Reservoir water level and capacity of the corresponding feature table项 目水库水位（m）相应库容（万m3）备注校核洪水位P=0.33%72.0523.76设计洪水位P=3.33%71.5521.86正常蓄水位70.5017.78死水位66.705.612）大坝坝坡抗滑稳定安全系数本工程为等工程，主要建筑物级别为5级，根据碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）中表8.3.10的规定，当采用不计条块间作用力的瑞典圆弧法计算时，大坝坝坡抗滑稳定最小安全系数按规范（SL274-2001）中表8.3.10中规定得值减小8%确定，即：正常运用条件：1.15；非常运用条件：1.05；非常运用条件：1.01。3）地震烈度根据中国地震动参数区划图（GB18306-2001），查得枯章水库位于地震动峰值加速度为0.1g，地震动反映谱特征周期为0.35s，相应中国地震烈度区划图（1990版）划定的地震基本烈度为度地区。根据水工建筑物抗震设计规范（SL203-97）规定，