毕业设计-新宁县玉家冲水库除险加固工程设计.docx

湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计新宁县玉家冲水库除险加固工程设计DESIGN OF DANGER ELIMINATION AND REINFORCEMENTFOR YUJIACHONG RESERVOIR IN XINNING COUNTY 学生姓名： 学 号：201341927119 年级专业及班级：2013级水利水电工程（1）班 指导老师及职称： 学 部：理工学部湖南长沙提交日期：2017年5月湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计诚 信 声 明本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业设计作者签名： 年 月 日目 录摘要1关键词11前言22水库概况32.1工程概况32.1.1 水库工程位置32.1.2工程布置及建筑物32.2水文概况42.3地质概况42.3.1坝基工程地质条件52.3.2其它建筑物工程地质条件62.3.3坝体工程地质条件72.3.4坝体分区及物理力学指标72.4水库存在的问题与除险加固的必要性83水文计算83.1基本情况83.2气象83.3设计暴雨93.4设计洪水103.5调洪演算143.6水库抗洪能力复核153.6.1坝顶高程复核154除险加固设计164.1主要除险加固项目164.2加固设计174.2.1大坝坝基加固设计174.3大坝整形改造设计194.3.1大坝坝顶改造设计194.3.2大坝内坡改造设计204.3.3大坝外坡改造设计205.3.4溢洪道改造设计204.3.5输水设施改造设计204.4溢洪道改造设计224.4.1溢洪道改造方案224.4.2溢洪道水力计算225结论24参考文献24致谢25新宁县玉家冲水库除险加固工程设计 学 生：谭隆泰 指导老师：裴 毅(湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128) 摘 要：玉家冲水库自建成以来，经过多年运行，目前存在坝体渗漏，泄洪设施不完善，输水涵洞启闭设备破旧，大坝外坡坝脚无排水体等问题，威胁大坝安全运行。通过对工程地质及水文的了解，找出其问题根源。运用水库调洪演算方法进行水文复核计算，演算库坝坝高；运用能量方程等方法进行工程设计，优选除险加固方案。进行大坝上下游坝坡，下游坝脚，溢洪道及输水涵洞的除险加固设计。关键词：水库；渗漏；调洪演算；除险加固；防洪Design of Danger Elimination and Reinforcement for Yujiachong Reservoir in Xinning County Student:Tan Longtai Tutor:Pei Yi(Orient Science & Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128) Abstract: Since the completion of yujiachong reservoir,after many years of operation,there were some problems such as leakage of the dam,flood discharge facilities is not perfect,emptying culvert opening,dam slope toe drainage body and so on,threatening the safe operation of the dam.Through comprehension of engineering geology and hydrology, to find out the source of its problem.Hydrologic calculation using reservoir flood routing method,check the reservoir dam height;Based on energy equation for design,selection of reinforcement solution.Dam on the downstream slope of the dam,downstream dam,spillway and water conveyance culvert reinforcement design.Key words:reservoir；leakage；flood routing；reinforcement;flood control1 前言 我国现有各类水库84926座,其中大型水库415座，属水利部门管理的342座，中型水库2618座，小型水库81893座1。由于各种原因,许多水库都不同程度存在一些病险问题,特别是上世纪六七十年代文革期间由民工投劳建成的水库问题较大较多,一直成为水利行业的工作重点之一2。这类水库中,有的是防洪标准偏低,达不到有关规范,规定要求,以及工程本身质量差,工程老化失修等问题,形成了大量的病险水库,工程不能正常运行,而且还严重威胁到下游人民生命财产的安全3。这些病险水库急需抓紧除险加固处理。 随着国民经济水平的不断提升，我国工农业的发展对于水库的需求量越来越大。与此同时，出现问题危险的水库数量也在不断地增加。根据相关统计资料，我国当前的病险水库占总水库的38左右，其数量大约在3.5万座左右，而其中发生溃坝事件的水库也大约在4000多座4。病险水库的存在给国家的经济发展带来了很大的负面影响，因此，加强病险水库的除险加固措施的研究和实践就显得非常重要。在社会的发展过程中，水库发挥了重要的作用，不仅发电、灌溉、防洪等工程离不开水库，就是人们的日常生活如饮水等也都离不开水库，因此，水库的数量及其质量对于社会的正常运行以及人民生活水平的提高都具有重要的影响5。然而，由于许多水库在设计施工的时候就没有严格按照规范的标准进行操作，而且水库使用的过程中，也没有定期及时地对水库进行安全检测和维修，从而使得许多水库出现老化的现象，有的水库甚至存在安全隐患，而且水库存在病险的数量之大，已经成为一个不争的事实。因此，水库除险加固工作已经成为相关部门和工作人员必须要面对和解决的一个问题。病险水库除险加固是提高水利基础设施、投资效益的需要。病险水库的存在，使得水库工程效益大大下降，水库蓄不上水或需限制水位运行，由此造成水库防洪、灌溉、供水、养殖等综合效益不能正常发挥6。对病险水库实施除险加固，不仅可以改变这种恶性循环，而且就项目本身来说，就是一个财务可行，经济效益极好的项目，也是加强工程管理和建立水利工程管理单位良性运行机制的需要。特别是由政府承担投资进行除险加固后，可为工程管理机制的改革提供必要的物质条件和硬件条件。玉家冲水库运行这么多年来，取得了较显著的经济效益和社会效益，但受当时技术水平和经济条件的限制（技术水平较低、资金缺乏等），建设标准低，加之运行多年，工程部分老化严重。工程任务是：针对玉家冲水库枢纽工程存在的问题，采取有效可行的处理措施进行除险加固，以确保工程安全正常运行，保证下游居民生命财产安全，同时充分发挥水库工程综合效益。2 水库概况2.1 工程概况2.1.1 水库工程位置 新宁县玉家冲水库属资水流域，坝址座落在金石镇三渡村境内。是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖等多功能的小(二)型水库。坝址所属位置距新宁县14km，交通便利。 玉家冲水库控制集雨面积2.2km2，干流长度2.37km，干流平均坡降54。库区多年平均降雨量为1350mm，多年平均气温16.8，灌区内土质属粘土，土地肥沃，气候温和，库区内山坡较陡，植被覆盖一般。灌区处于亚热带湿润气候区，气候温和，四季分明，雨量充沛。 工程设计标准：该工程规模属小()型水利工程，枢纽工程等别属等，永久建筑物为5级建筑物。本次设计采用溢洪道泄洪，设计洪水标准为20年一遇设计，设计洪水位为370.05m，200年一遇校核，校核洪水位为370.23m，总库容27.18万m3，死水位357.30m，死库容0.2万m3，正常水位为369.15m，正常库容14.22万m3。2.1.2 工程布置及建筑物 玉家冲水库于1978年竣工，枢纽工程由大坝、溢洪道、输水涵管及其它输放水设施等永久性建筑物组成。 大坝系均质土坝，根据实测，大坝现状坝顶宽度1.72m，坝顶高程370.99m，轴长94.57m，最大坝高15.29m，内坡坡比1:2.68、1:1.7，内坡369.50m以下为砼护坡，无开裂现象。外坡坝坡长满杂草，坡比自上而下分别为1:2.34、1:2.54、1:2.92，在336.28m、361.12m处设有戗道，宽度分别为9.75m、1.77m；大坝下游排水棱体破烂不堪。 水库输放水设施由2套涵、卧管等构成，低涵卧管及涵洞位于大坝中部岸；高涵卧管及涵洞均位于大坝左岸；低涵放水卧管为浆砌箱型结构，断面尺寸0.3m0.3m，卧管上由木塞控制放水，孔口尺寸0.2m，该低涵只承担高涵防水位以下部份放水作用，高涵以上段未做卧管；涵洞为浆砌箱型结构，低涵进口底板高程357.10m，出口高程355.70m，长78m，断面尺寸为0.2m0.3m，设计过流量为0.2m3/s；高涵放水卧管为浆砌箱型结构，断面尺寸0.3m0.3m，长17m，卧管上由木塞控制放水，孔口尺寸0.2m；涵洞为浆砌箱型结构，高涵进口底板高程361.11m，出口高程360.67m，长59m，高涵卧管设计过流量为0.2m3/s。水库输放水设施经过30多年的运行后，已经出现了严重的老化，高涵涵洞因基础不均匀沉陷拉裂破坏，渗漏严重并经常堵塞，之前已对出口段（约6米）进行过改造，并扩大为0.4m0.6m卧管开裂，渗漏较严重；低涵多年未使用，管内已经堵塞。 溢洪道位于大坝右岸，为开敞正槽式，无闸门控制，水平长137.96m，进口堰顶宽7.3m，堰顶高程369.15m，溢流道为底板和边墙无衬砌，且出口无消力池，不能满足泄洪要求。 玉家冲水库位于丘陵地区，水库一旦失事，将危及1个行政村、200亩耕地，受灾人口达800人，后果严重。2.2 水文概况玉家冲水库位于资水流域，坝址座落在金石镇三渡村境内，距新宁县城14km，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合效益的小（2）型水利工程。水库控制集雨面积2.2km,干流长度2.37km，平均坡降为54，流域植被一般。库区处于亚热带湿润气候区，气候温和，四季分明，雨量充沛。多年平均降雨量为1350mm，多年平均气温16.8。水库控制灌溉面积390亩，灌区土质属粘土，土地肥沃，气候温和，主要种植水稻。坝区地下水类型除第四系松散堆积层孔隙水外，主要为分布在岩体中的基岩裂隙水，以大气降水降水补给为主。2.3 地质概况工程区为丘陵地貌，海拔高程350380m之间，相对高差1050m，山势以北东向为主，山体绵连，沟谷发育，河沟切深不大，一般20左右，较为宽缓，地形坡角在1540之间。工程区所处地质构造单元属新华夏系第三隆起带雪峰山隆起带南段东侧边缘。整体构造形迹呈北东向，以北东向、北北东向褶皱隆起和断裂构造为主体骨架，坝址区附近无大的区域性断裂发育，区域构造场地稳定。根据国家地震局2001年颁布的1/400万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，本区地震动峰值加速度0.05g，地震动反应谱特征周期0.35s，相应地震烈度度，属相对稳定地块，可不做抗震复核7。坝址区地下水类型有孔隙水、基岩裂隙水三种类型。孔隙水赋存于河床及山坡松散堆积物孔隙中，受大气降水及地表水补给，泾流缓慢，水量较小；裂隙水赋存于灰岩裂隙中，接受大气降水、孔隙水补给，在低洼处以下降泉的形式排泄于地表，水量不大；裂隙岩溶水主要分布于灰岩中，岩溶主要沿层面发育，规模一般不太大。裂隙岩溶水受大气降水、孔隙水和库水补给，随时间的推移，岩溶裂隙渗漏勾通，水量增大。总之，水文地质条件较简单。 大坝两岸山体宽厚，坝体座落在左右两侧较陡的山体之间的垭口部位，垭口较宽，地形变化不大，坝肩是稳定的。玉家冲水库库区无低矮垭口存在，地层岩性简单，为灰岩夹钙质页岩，库区不存在渗漏问题；库区岩石多出露，水库边坡稳定，无大的坍塌、滑坡等不良地质现象。2.3.1 坝基工程地质条件（1）地形地貌坝址区为“U”型谷地，谷宽约30m，坝址附近溪谷平缓而较开阔。两岸为陡峻山体相连，坝肩厚实稳定。两岸山坡基本对称，坡角在3060之间。（2）地层岩性坝址区地层岩性自上而下分布有：人工堆积（Qr）：坝体填筑土料为浅黄色粉质粘土，局部为砾质粉质粘土，厚度2.010.0m不等。第四系残坡积堆积（Q4edl）：灰黄色、灰褐色含砂砾粉质粘土、粘土，表层有腐殖质耕植土，厚度0.53.0m不等，分布于大坝下游台地及山前坡地，土体松散密实。第四系冲洪积堆积（Q4pal）：灰灰褐色含淤泥质砂砾质粘土、粉质粘土，砂砾杂乱无序，次棱角状，主要分布于溪谷中部及两侧附近，厚度02.0m。基岩为石炭系下统大塘阶梓门桥组（C1d3）灰深灰色灰岩、钙质页岩互层。大面积分布于工程区。（3）地质构造坝址区地层为单斜构造。岩层产状：N63W/NE/5557，岩层倾向左岸偏下游，为纵向河谷。坝址未见有断裂构造形迹出露。岩体层理发育，强风化带裂隙比较发育，局部岩溶较发育，弱风化裂隙多为泥砂充填，少数裂隙张开微张，但深度一般都不大，为3.5m左右。（4）坝基岩石风化特征坝基岩石风化程度取决于岩石的矿物成分、岩层结构、地形条件、地质构造和地下水活动等因素的影响，坝基岩石为灰岩、钙质页岩互层，表层岩石强风化，岩石破碎，裂隙发育。根据现场察看及类似岩体及地形，坝基岩体强风化层下限深度为2.0m左右，岩体弱风化层下限深度为2.5m左右。风化裂隙通道是大坝基础渗漏的主要原因。（5）坝基岩溶特征根据地质勘察，坝基岩溶主要沿层面及少数裂隙面发育，一般以溶蚀缝隙形式出现，左、右坝基岩溶较发育，由于该岩溶通道的存在，库内边坡产生多处岩溶塌陷，渗漏严重。坝基风化岩石裂隙较发育，裂隙多张开，少充填。建坝时未进行防渗处理，此为坝基岩体渗漏的主要原因。（6）坝基工程地质条件坝址区岩层单斜，基岩为石炭系下统大塘阶梓门桥组（C1d3）灰深灰色灰岩、钙质页岩互层，大面积分布于工程区。根据现场地质勘察，表层岩石裂隙较发育，岩溶较发育，岩石破碎，有一组节理裂隙以河床方向发育，横切岩层走向，破坏了岩体的整体性，裂隙少张开，多充填，建坝时未进行防渗处理，大坝右侧坝基存在渗漏较严重的问题。2.3.2 其它建筑物工程地质条件（1）溢洪道工程地质条件溢洪道位于大坝右岸，为开敞正槽式，无闸门控制，水平长137.96m，进口堰顶宽7.3m，堰顶高程369.15m，溢流道为底板和边墙无衬砌，且出口无消力池，不能满足泄洪要求。（2）输水涵洞、卧管工程地质条件水库输放水设施由涵、卧管等构成，低涵卧管及涵洞均位于大坝中部岸；高涵卧管及涵洞均位于大坝左岸；低涵放水卧管为浆砌箱型结构，断面尺寸0.3m0.3m，长20m，卧管上由木塞控制放水，孔口尺寸0.2m；涵洞为浆砌箱型结构，低涵进口底板高程357.10m，出口高程355.70m，长78m，断面尺寸为0.2m0.3m，设计过流量为0.2m3/s；高涵放水卧管为浆砌箱型结构，断面尺寸0.3m0.3m，长17m，卧管上由木塞控制放水，孔口尺寸0.2m；涵洞为浆砌箱型结构，高涵进口底板高程361.11m，出口高程360.67m，长59m，高涵卧管设计过流量为0.2m3/s。水库输放水设施经过30多年的运行后，已经出现了严重的老化，高涵涵洞因基础不均匀沉陷拉裂破坏，渗漏严重并经常堵塞，之前已对出口段（约6米）进行过改造，并扩大为0.4m0.6m，高涵卧管开裂，渗漏较严重；低涵多年未使用，管内已经堵塞。（3）新建卧管基础工程地质条件新建卧管布于原卧管位置，对原卧管拆除，对原基础夯实并进行防库水冲刷处理，其承载力可满足新建卧管要求。（4）排水棱体工程地质条件大坝排水棱体破烂不堪，不能正常排水。2.3.3 坝体工程地质条件玉家冲水库1978年于建成，由于无有关施工记录和竣工验收资料，对施工质量的评价主要依据本次现场调查、勘察与检验。 大坝为均质土坝，坝体填土以黄褐色粘土为主，土质较均一，可塑软塑，土料级配较好，选料严格，密实度较好，填筑质量局部达到防渗要求。右坝基与坝体接触带存在渗漏现象。2.3.4 坝体分区及物理力学指标 （1）大坝分区 玉家冲水库大坝为均质土坝，根据大坝建设过程、现场地质勘察及类比相似工程，将大坝分为二个区，分区材料性质叙述如下：I区：坝体，土质为浅黄褐色粉质粘土，可塑性较好。 区：基岩区，基岩为泥盆系上统佘田桥组(D3s)浅黄色泥灰岩、泥质页岩、砂质页岩。 （2）物理力学指标 据现场地质勘察，结合类似工程经验比较，推荐大坝岩土物理力学指标值如下表1。表1 岩土主要物理力学指标推荐值表Table 1 recommended values of main physical and mechanical indexes of rock and soil分 区填筑坝体坝基基岩含水量（%）29.4干密度Pd（g/cm3）1.48湿密度（g/cm3）1.782.71饱和密度（g/cm3）1.832.79孔隙度n（%）42.7塑性指数IP16.9液性指数IL0.23压缩系数av（MPo）-10.47渗透系数K（cm/s）水平4.2510-44.1610-4渗透系数K（cm/s）垂直2.0410-42.3810-4抗剪强度摩擦角（）快剪Cq15.8摩擦系数f=0.55抗剪强度摩擦角（）慢剪s17.6续表1分 区填筑坝体坝基基凝聚力C（KPa）快剪Cq18.3凝聚力C（KPa）慢剪s16.7 岩石物理力学参数弱风化灰岩：饱和抗压强度Rb=1540MPa，摩擦系数f=0.55，弹性抗力系数K0=20004000N/cm3，坚固系数f0=12。2.4 水库存在的问题与除险加固的必要性 水库枢纽工程1978年建成蓄水，经过30多年的运行，工程不断老化，出现了以下诸多问题，亟待解决。工程存在的主要问题: （1）大坝坝基右侧渗漏严重，外坡脚处多处出现渗流现象。 （2）大坝内坡369.50m至坝顶杂草丛生；外坡无护坡，凹凸不平，雨水溅蚀较严重，外坡两岸无排水沟，排水棱体破烂不堪。 （3）溢洪道无衬砌，泄洪能力不够要求。 （4）高涵渗漏严重并经常堵塞，不能正常运行；低涵涵洞多年未使用，针对上述问题，枢纽工程采取以下加固措施： （1）大坝坝基帷幕灌浆；内坡369.50m至坝顶采用草皮护坡。 （2）大坝外坡整形改造后草皮护坡，排水棱体翻修。 （3）新建高涵、低涵消力井及卧管，原高涵洞内衬300PE管，原低涵洞内衬200PE管，再充填灌浆加固。 （4）原溢洪道底板，边墙衬砌；于坝轴线处修建人行桥，新建渡槽。3 水文计算3.1 基本情况 玉家冲水库属资水流域，坝址座落在金石镇三渡村境内，距新宁县城14km，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合效益的小（）型水库。水库集雨面积2.2km,干流长度2.37km，平均坡降为54，流域植被较好。交通便利。 枢纽建筑物由大坝、涵洞、卧管等永久性建筑物构成。大坝为均质土坝。水库总库容27.18万m3，正常蓄水位369.15m，相应库容14.22万m3，死水位357.30m，相应库容0.2万m3，库区内植被良好，森林茂密，库区内以松、杉及灌木林为主。3.2 气象 玉家冲水库水库属亚热带季风气候区，气候温暖、湿润、雨量充沛，根据新宁雨量站资料统计，多年平均气温16.8，极端最高气温达39.7，极端最低气温-10.5，多年平均风速1.6m/s，最多风向为NNE，实测最大风速为17.9m/s，多年平均日照时数1510h，多年平均降雨量1350mm。3.3 设计暴雨 因玉家冲水库缺乏完整的实测降雨、径流资料，故本次洪水复核采用无资料洪水查算2015版湖南省暴雨洪水查算手册。 根据中华人民共和国防洪标准GB5020194及水利水电工程等级划分及洪水标准SL2522000，工程等别为等工程，其主要建筑物级别为5级，次要建筑物级别为5级，洪水标准按20年一遇设计，200年一遇校核，消能工程按20年一遇设计。根据玉家冲水库所处地理位置，查湖南省暴雨洪水查算手册得：流域中心最大24h点雨量均值90mm，CV=0.4，CS=3.5Cv，设计暴雨参数及成果见表2。表2 暴雨洪水要素查算表Table 2 Rainstorm flood element check list暴雨要素查 算频率P%1050.5H点24查图三909090Cv查图四0.360.360.36Kp查表二1.481.692.34H点24H24点KP133.2152.1210.6a查图一和图十六二十三111H24面H24点a133.20152.10210.60n2查图二十四三十九0.7150.7100.670n3查图二十四三十九0.7850.780.73H1H面2424n3-16n2-n359.3366.6880.19H3H面2424n3-16n2-n331- n281.1591.70115.23H6H面2424n3-161-n398.87112.12144.84H12H面2424n3-1121-n3114.76130.59174.65I0查图四十272727R总H面24-I0106.20125.10183.60查表一十一0.750.750.75R上R总79.6593.83137.703.4 设计洪水 考虑到湖南省水利厅2015年编制的湖南省暴雨洪水查算手册是目前湖南省无资料地区设计洪水公认的唯一依据，本次设计采用手册查算成果。水库控制集雨面积2.2km，干流长度2.37km，平均坡降为54。根据湖南省暴雨洪水查算手册由推理公式求得坝址洪水结果分别见表3，表4，设计洪水和校核洪水过程见表5及图l。表3 设计洪水参数及成果表Table 3 design flood parameters and results table暴雨要素查 算频率P%1050.5L干流长度2.372.372.37F流域面积2.22.22.2J干流坡降（）545454L/(F1/4J1/3)5.155.155.15m查图四十一(=0.1450.489)0.290.290.29/ m17.8517.8517.85查图四十二3.2963.152.94SpH面2424n3-16n2-n359.3366.6880.19Qm0.278Sp/nF11.6013.5417.86Qi=R上F/(3.6t)48.6857.3484.15Qm/Qi0.2380.2360.212R下R总R上26.5531.2845.90Qm地=R下F/(3.6t)1/底宽1.161.371.87WmpR总F0.123.3627.5240.39表4 玉家冲水库设计洪峰洪量成果表Table 4 Yu Jia Chong reservoir design flood results table频率(%)1050.5设计洪峰(m3/S)12.26 14.66 19.46 设计洪量(万m3)23.36 27.52 40.39 表5 玉家冲水库洪水过程线成果Table 5 results of flood hydrograph in Yu Jia water storehouse时段频率(%)时段频率(%)1050.51050.500.91 1.06 1.44 73.82 4.49 6.79 11.90 2.63 3.24 83.40 4.00 5.89 27.37 9.13 9.58 93.08 3.62 5.25 312.26 14.66 19.46 102.80 3.30 4.78 46.92 9.41 12.25 112.63 3.04 4.39 55.39 6.34 9.67 122.45 2.78 4.08 64.38 5.16 8.02 132.28 2.51 3.81 图1 玉家冲水库洪水过程线Fig 1 flood hydrograph of Yu home flushing reservoir 水库水位-面积、水位-库容曲线采用“三查三定”成果，具体见表6、表7及图2、图3。表6 玉家冲水库水位面积曲线成果表Table 6 results of curve of water level and area of Chong reservoir序号水位(m)面积(万m2)序号水位(m)面积(万m2)1357.30 0.20 8364.00 0.87 2358.00 0.22 9365.00 1.15 3359.00 0.24 10366.00 1.55 4360.00 0.41 11367.00 2.30 5361.00 0.48 12368.00 3.10 6362.00 0.51 13369.00 5.00 7363.00 0.63 14370.00 7.25 图2 玉家冲水库水位面积曲线Fig 2 water level area curve of jade flush reservoir表7 玉家冲水库库容曲线成果表Table 7 results of water storage capacity curve of Yu Jia reservoir序号水位(m)库容(万m3)序号水位(m)库容(万m3)1357.000.208364.003.162358.000.419365.004.243359.000.6410366.005.064360.000.9211367.007.345361.001.2812368.0010.126362.001.7513369.0013.527363.002.3614370.0020.34图3 玉家冲水库库容曲线Fig 3 storage curve of jade flush reservoir 本次设计采用溢洪道泄洪，泄洪成果见表8及图4。表8 玉家冲水库溢洪道泄洪成果表Table 8 results of spillway of Yu River flush reservoir spillway水位(m)流量(m3/s)水位(m)流量(m3/s)水位(m)流量(m3/s)369.15 0.00 370.05 9.66 370.95 27.33 369.25 0.36 370.15 11.32 369.35 1.01 370.25 13.06 369.45 1.86 370.35 14.88 369.55 2.86 370.45 16.78 369.65 4.00 370.55 18.75 369.75 5.26 370.65 20.79 369.85 6.63 370.75 22.91 369.95 8.10 370.85 25.09 图4 玉家冲水库溢洪道泄洪曲线Fig 4 flood discharge curve of water flushed reservoir spillway3.5 调洪演算 根据时段内水量平衡原理，其基本方程式为： (1)式中：q=f（Q，V，q），泄流曲线； q入库流量(m3/s)； V水库库容（万m3）； t计算时段长（s）； i时段编号。根据上述调洪演算基本原理、水库的库容及溢洪道泄流曲线，本次调洪演算用净库容法，由计算机试算完成，调洪演算成果见表9。表9 玉家冲水库调洪演算成果表Table 9 calculation results of water diversion and flood routing in Yu jiachong频率(%)项目105.00.5洪峰流量(m3/S)12.2614.6619.46洪量(万m3)23.3627.5240.39洪水位(m)369.92370.05370.23相应库容(万m3)19.5019.7622.42最大下泄流量(m3/S)6.57.8412.663.6 水库抗洪能力复核3.6.1 坝顶高程复核根据新宁县气象站资料，最大十分钟平均风速取12m/s，据水库库区地形图，大坝吹程D取200m，大坝上游平均边坡m=2.23。坝顶超高按碾压式土石坝设计规范(SL2742001)中计算公式计算： (2)式中：Z水库大坝顶部高程(m)；Zo水库静水位(m)；Rp波浪爬高，Rp=KpRm;Kp系数，按规范附表A.1.13确定；Rm波浪平均爬高，Rm=KKw/ (3) K糙率渗透系数，按规范附表A.0.145.732确定；hm平均波高，按鹤地公式(如下(4)式、(5)式)进行计算； (4) (5)D吹程；Lm平均波长(m)，按鹤地公式计算；W计算风速，此处设计取12m/s；m坝坡系数；A安全超高，正常情况A=0.5m，非常情况A=0.3m；e风壅水面高风壅水面高e按下式计算： (6)式中：Hm水域平均水深，m； K综合摩阻系数，取3.6106 计算风向与坝轴线法线的夹角。 根据上述公式计算得到玉家冲水库大坝坝顶超高成果见表10。表10 玉家冲水库大坝坝顶超高复核成果表Table 10 Yu Chong reservoir dam crest elevation review results计算工况水位（m）波浪爬高（m）风雍水面高度（m）安全超高（m）坝顶超高（m）计算坝顶高程（m）现有坝顶高程（m）设计（P=5%）370.05 0.45 0.001 0.50 0.95 371.00 370.99校核（P=0.5%）370.23 0.31 0.000 0.30 0.61 370.84 通过上述计算，大坝计算坝顶高程比现实际坝顶高程要高，坝顶高程不满足要求，故新增防浪墙。4 除险加固设计4.1 主要除险加固项目 玉家冲水库总库容27.18万m3，属小()型水利工程，枢纽工程属等，永久建筑物为5级建筑物，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖等多功能的小()型水库。本次设计采用溢洪道泄洪，设计洪水标准为20年一遇设计，设计洪水位为370.05m，200年一遇校核，校核洪水位为370.23m。 新宁县水利部门组织有关专家对玉家冲水库大坝安全进行了现场检查，确认玉家冲水库大坝为类坝，并对大坝除险加固提出了工程措施建议。枢纽工程主要存在以下问题： （1）大坝坝基右侧渗漏严重，外坡脚处多处出现渗流现象。 （2）大坝内坡369.50m至坝顶杂草丛生；外坡无护坡，凹凸不平，雨水溅蚀较严重，外坡两岸无排水沟，排水棱体破烂不堪。（3）溢洪道无衬砌，泄洪能力不够要求。（4）高涵渗漏严重并经常堵塞，不能正常运行；低涵涵洞多年未使用，针对上述问题，枢纽工程采取以下加固措施： （1）大坝坝基帷幕灌浆；内坡369.50m至坝顶采用草皮护坡。 （2）大坝外坡整形改造后草皮护坡，排水棱体翻修。 （3）新建高涵、低涵消力井及卧管，原高涵洞内衬300PE管，原低涵洞内衬200PE管，再充填灌浆加固。 （4）新建溢洪道；于坝轴线处修建人行桥。新建渡槽。4.2 加固设计4.2.1 大坝坝基加固设计 （1）大坝坝基防渗设计大坝防渗处理设计项目主要是大坝右侧坝基，根据大坝现状，对大坝坝基右侧进行帷幕灌浆防渗处理。 （2）帷幕灌浆设计根据坝址区工程地质情况，本次大坝基础帷幕灌浆设计布置一排帷幕。帷幕灌浆沿坝轴线方向从大坝坝顶左端0-000至桩号0+060，帷幕线长60m，孔距为3.0m。 （3）钻孔深度根据坝基地质条件，结合蓄水位与渗漏出溢点的关系，钻孔深度以I序孔压水试验ql0Lu控制。 （4）钻孔孔距坝基表层岩石风化严重，有一组节理裂隙以河床方向发育，横切岩层走向，破坏了岩体的整体性，坝肩浅部强风化岩石裂隙发育，岩石破碎，渗透性较强，其水文地质特征，纵向连通性较好，利于浆液扩散，而横向穿层连通性较差，浆液扩散性亦差。据此，孔距则布设稍密些，为3.0m，分三序施工。 （5）灌浆压力的选定根据岩石深度和岩性特性，采用两种方法分别确定灌浆压力。左、右坝肩地段上无压重，压力过大表面会出现抬动，采用如下由岩石的深度和岩性公式计算方法确定压力： (7)式中：P灌浆压力(MPa) P0表面地段允许的压力(MPa) (该值本工程确定为0.3 MPa) m灌浆段顶板在不同岩石中每加深1米，所允许增加 的压力值(该区内岩石每米按0.1MPa) D灌浆段项板以上岩石厚度(米)；坝体段：因坝基上有坝体附加盖重。按如下公式计算方法确定压力： (8)式中：P坝坝体段灌浆压力(N/cm2) P前式计算压力(N/cm2) r坝体压重层的容重(g/cm3)取1.8； h坝体厚度(m)： K系数，可选用0.51。（6）灌浆材料灌浆材料采用纯水泥浆液，水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级不应低于32.5Mpa，保证水泥质量标准，受潮、结块、变质、标号低的水泥禁止使用。（7）防渗帷幕质量标准坝基帷幕透水率ql0Lu接触界面注水试验渗透系数小于110-5cm/s（8）灌浆施工在整个灌浆过程中必须严格按照部颁水工建筑物水泥灌浆施工技术规范(SL62-94)进行操作。A. 必须按照先施工序孔，再序孔，后序孔，不得打乱秩序。B. 钻孔：采用循环回转式硬质合金钻头或钢砂钻头钻进，开孔钻头宜采用91mm，岩石中终止钻头为75mm。钻孔原则上保持垂直。其孔向的允许偏差不得超过规范要求。C. 钻孔冲洗：灌浆孔段在灌浆前应采用大水流加压冲洗，直至孔口回水清净为止，孔内沉积厚度不得大于20cm。D. 水位观测：在灌浆开始前，可利用先导孔测定一次准确的地下水位，水位观测稳定标准为：每5分钟测读一次孔内水位，当水位下降过程连续两次均小于5cm/min时，可认为稳定，以最后的观测值作为地下水位的代表值。E. 压水试验：自下而上分段单点法，实验操作应按有关规范、规程进行。F. 灌浆方式和方法：方式采用循环式灌浆。方法采用自上而下分段进行。段长56m，特殊情况依实际可适当缩减或加长，但不得大于10m。G. 浆液变换：浆液水灰比按照5:1、3:1、1:1、0.8:1、0.5:1五个比级由稀到浓，逐级变换。当某比级浆液注入量已达300升以上或灌浆时间已达1小时，而灌浆压力和注入率均无改变或不明显改变，应浓一级浆液。当注入量大于30升/min时，可根据具体情况越级变浓。H. 灌浆结束标准和封堵方法：在设计的规定压力下，当注入率不大于0.4升/min时，继续灌浆30min即可结束。及时将孔封堵密实至孔口。其坝体回填孔，采用浓度加大的粘土、水泥浆液，压力封堵为宜。I. 灌浆过程中出现的特殊情况（如漏浆、冒浆、串浆）以及一些其它现象，应及时进行认真分析，采取相应的处理措施，并认真做好记录。J. 工程质量检查：帷幕灌浆质量检查，以检查孔压水试验成果为主，结合竣工资料综合评定。a、施工完成后，待凝一定时间，布设检查孔做压水试验对帷幕灌浆的效果进行检查，其合格标准，检查孔结束段及其下一段的合格率应为100%，以下孔段的合格率应在90%以上，其余不足10%孔段的指标值亦不应超过设计规定数值的100%，且不应集中，即可认为合格。b、灌浆成果资料、单位吸水量和单位水泥注入量均随着灌浆次序的增加而逐渐减小，符合灌浆的正常规律。施工过程中不得有不符合技术要求规定的情况，如灌浆压力控制不当或没有达到规定的灌浆压力值，没有依照结束标准要求结束灌浆等。（9）特殊部位的处理工艺坝体与基岩接触带灌浆时，通常由于难以达到灌浆压力，浆液扩散范围小，难以形成帷幕，灌浆效果较差。本次灌浆设计中，当钻孔钻至基岩面0.50.8m时，采用锤击将套管击至基岩，堵塞套管脚部，以套管外土体作为压盖进行灌浆，这种方法能达到灌浆设计压力，确保浆液扩散，达到形成帷幕的目的。（10）灌浆工作量本次灌浆设计大坝共布置灌浆孔21个，总进尺302.93m，其中土层钻进216.31m，基岩钻灌86.62m。检查孔3个，压水试验3段。4.3 大坝整形改造设计4.3.1 大坝坝顶改造设计大坝坝顶经过30多年运行，坝顶坑洼不平，坝两端高程不一，大坝现状坝顶宽度1.72m，坝顶高程370.99m，轴长94.57m，坝顶高程经计算，考虑安全超高、波浪爬高和风壅水面高，大坝坝顶高程不满足要求。本次设计大坝坝顶轴长94.57m，坝顶宽为3m，坝顶采用10cm厚泥结碎石路面，上、下游侧设置高0.3m，宽0.3m的砼路肩，上游侧在路肩上设置高0.5m，厚0.2m防浪墙。路肩每隔10m设一伸缩缝，缝宽2cm，缝内填沥青杉板4.3.2 大坝内坡改造设计（1）改造缘由大坝内