乐家水库初设报告

1 1 1 综合说明综合说明 1 1 水库概况 1 1 1 地理位置 流域水系以及水文气象 乐家水库位于江西省余干县南部 坝址位于社庚乡李梅村 所在水系为鄱阳 湖 润溪水 距余干县城 65km 地理座标为东径 116038 48 北纬 28023 02 水 库坝址以上控制流域面积 1 39Km2 本流域属亚热带多雨区 气候湿润 四季分明 雨量充沛 降雨主要受季风 影响 流域内主要气象要素根据余干县气象站资料为 气温 流域多年平均气温 17 9 极端最高气温发生在 1971 年 7 月 31 日 达 40 极端最低气温发生在 1973 年 2 月 21 日 为 9 1 湿度 流域内多年平均相对湿度为 78 流域多年平均日照小时数为 1887 7h 无霜期 流域内多年平均无霜期 265d 蒸发量 流域内多年平均蒸发为 1366 8mm 风向与风速 流域内风向 风速受季风影响而变化 夏季多为偏南风 冬季 多为偏北风 多年平均风速为 2 4m s 多年平均最大风速 15m s 最大风速 20 7 m s 相应风向为北风 发生在 1976 年 4 月 22 日 1 1 2 水库建设与运行情况 水库自 1965 年 10 月开工建设 由原坂上公社等村委会成立指挥部参加建设 大坝为均质土坝 坝基进行了简单清基处理 当时坝基接触处由风化料填筑形成 建坝时层夯层实 但由于由于坝基处理不当 完工后蓄水时 坝脚就有渗漏 当 年修建时未设灌溉涵管 只预留出水沟渠灌溉 1966 年 12 月才埋设 200 砼预 制涵管 持续到 1968 年 12 月工程才达到现有规模 溢洪道位于坝左山体开挖而 成 建成后大坝坝高约为 17 米 1966 年 3 月开始蓄水以来 坝坡有散浸和多处 集中渗水点 坝脚漏水严重 1968 年大坝坝右涵管处决口宽 4 米 同年由社庚 坂上村修复 并新建斜卧涵及拆除重建坝下涵管 改用 500 砼预制管 1997 年 2 对上游坡培土加固 因坝体渗漏 2002 年进行局部灌浆处理 效果不佳 最高水 位发生在 1998 年 7 月 水位 84 3m 2011 年 余干县水利局根据江西省小 2 型病险水库应急除险实施方案的通知 对乐家水库进行了紧急除险 对溢洪道控 制段降低底板高程 将底板进行了衬护处理 水库达现有规模 1 1 3 工程枢纽现状 乐家水库枢纽建筑物由由一座大坝 开敞式溢洪道 大坝灌溉涵管等组成 是一座以灌溉为主 结合防洪 养殖等综合利用的小 二 型水库 枢纽工程各 建筑物特性如下 大坝为均质土坝 最大坝高 17m 现状坝顶为泥质路面 高程为 85 5m 坝 顶长约 150m 坝顶宽 3 5m 5 1m 上游坝坡坡为 1 2 33 未护坡 下游坝坡坡 比为 1 1 57 1 1 97 为杂草坡面 坝脚处未设置任何排水设施 开敞式溢洪道位于左岸山体 沿线为全 强风化千枚岩 底板砼衬护 两侧 边坡陡 跌水消能段 冲坑无衬护 灌溉涵管位于右坝端 为坝下涵管 进口采用斜涵取水 斜涵为砼结构 平 涵为 500 预制管 全长 59m 平涵进口底高程 72 6m 出口底 72 55m 1 1 3 工程任务及规模 乐家水库的兴建是按水利开发规划的要求 以服务农业生产任务为中心 满 足 1600 亩农田用水的要求 后期在满足实际灌溉 1000 亩农田的基础上 利用水 库库面发展水产养殖 本工程的任务是以灌溉为主 结合防洪 养殖等综合效益 本次设计根据 水利水电工程等级划分及洪水标准 SL252 2000 和 防洪 标准 GB50201 94 的规定 本工程等别为 等 因乐家水库大坝坝高超过了 15m 且上下游最大水位差超过了 10m 所以设计洪水标准取 20 年一遇 所以主要 建筑物按山区 丘陵区标准确定 设计洪水标准确定为 20 年一遇 校核洪水标 准确定为 200 年一遇 针对现状泄洪设施 经调洪演算 水库设计洪水位 83 32m P 20 相应库容为 54 53 万 m3 相应最大下泄流量 11 21m3 s 校核 洪水位为 84 04m P 0 5 总库容为 60 37 万 m3 相应最大下泄流量 20 37m3 s 3 1 2 除险加固的必要性 2011 年 07 月 江西省余干县水利局主持召开了乐家水库大坝安全评估会议 并提出了乐家水库大坝安全评估报告书 安全评估结论如下 1 水库按 20 年一遇的洪水标准设计 200 年一遇的洪水标准校核 相应库 水位分别为 83 32m 和 84 04m 大坝现状坝顶高程满足规范的要求 2 据 中国地震动参数区划图 GB18306 2001 坝址区地震动峰值加速度 小于 0 05g 相应地震烈度小于 VI 度 可不进行抗震安全复核 3 大坝 大坝坝顶宽度约 3 5m 5 1m 上游坡未护坡 淘刷严重 下游坝坡杂草坡面 坡面不规则 坝坡有散浸 坝脚存在渗水点 高程 73 20m 72 60m 桩号 0 044 0 128 已沼泽化 大坝存在白蚁危害 4 溢洪道 溢洪道位于大坝左侧 沿线为全 强风化千枚岩 底板砼衬护 两侧边坡陡 跌水无消能保护设施 冲坑无衬护 5 灌溉涵管 灌溉涵管位于大坝右坝端 坝脚灌溉斜涵砼老化严重 接头漏水严重 平涵 渗漏量大 导致左坝脚农田沼泽化 6 其他 水库无水 雨情观测设施 无上坝公路 不能满足防汛抢险期间材料运输的 需要 无管理房 综上所述 根据 水库大坝安全评估办法 第六条大坝安全状况分类标准 乐家水库大坝属第三类坝 大坝安全类别评定 三类坝 水库地理位置非常重要 水库下游是社庚乡李梅村等几个村 水库灌溉面积 1600 亩 保护人口 2000 人 保护耕地 1300 亩 工程一旦失事 将给下游造成严 重的洪涝灾害 由于乐家水库存在诸多危及大坝安全的因素 影响了工程的应有 效益正常发挥 给国家造成了经济损失 对乐家水库工程进行除险加固 不仅是 对水库本身产生经济效益 而且也有社会效益 同时解除了洪水对下游的威胁 4 人民群众更能安居乐业 对社会稳定大有好处 为此 应尽快进行工程的除险加 固实施 以保证工程安全运行 充分利用水资源 发挥工程的经济效益和社会效 益 1 3 除险加固的主要内容 根据 江西省重点小 2 型病险水库除险加固初步设计及审批导则 本次 设计的方针针对重点病险问题进行除险加固设计 确定大坝除险加固设计的主要 内容如下 一 大坝 1 大坝防渗处理加固设计 由于现状坝体较规则 坝脚有渗漏 本次设计 在坝轴线处设置冲抓套井回填粘土均质对大坝坝体进行防渗加固处理 冲抓套井 粘土防渗墙中心线布置在大坝加固后坝轴线上 造孔布置坝顶高程 85 50m 单排 布孔 冲抓钻孔自桩号 0 000 0 145 冲抓孔径为 1 1m 孔距 0 75m 有效墙厚 0 80m 均质粘土心墙顶部高程为 84 04m 底部伸入强风化基岩面以下 0 5 1 0m 粘土均质最大深度约为 18 00m 2 坝顶加固处理 现状坝顶高程满足设计要求 坝顶宽度宽窄不一不满足 设计要求 本次设计待坝中防渗 上下游坡加固施工完后 先对坝顶进行挖填整 平 坝顶高程在现状上新建砼路面至 85 80m 高程 坝顶宽 5m 路面结构为底部 先铺设一层 15cm 砂卵石垫层 并碾压整平 后铺一层 18cm 的 C25 砼面层 3 上游护坡设计 本次结构设计上游坝坡由两部分组成 高程 42 60m 以上 为 1 2 5 对塌陷 洼凹处进行填补修整后先铺筑 10cm 厚度的砂垫层 再铺设 10cm 厚的 C15 砼预制块 预制块平面为六边形 边长 30cm 护坡范围从死水位 高程 72 60m 至设计洪水位高程 83 32m 设计洪水位高程 83 32m 至坝顶采用草皮 护坡 坡脚采用 0 6 0 8mC15 砼护脚 与岸坡交接处采用 0 4 0 5mC15 砼岸坡 固脚 死水位 72 60m 高程以下采用填筑风化料固脚处理 4 下游护坡设计 下游坡为杂草坡面 无坡面排水系统 表面凹凸不平 设计将原有杂草 小 树全部清除至坝体土并对其夯实 采用风化料填筑至坡比 1 2 5 在坝坡坡面整 平后重新铺设新草皮 植草皮 草皮护坡范围为贴坡排水体顶高程以上的整个 5 下游坝面 坝面排水沟除外 为防止下游坝坡雨水集中冲刷而形成雨淋沟 根据 规范 SL274 2001要 求 在下游坡面设置纵向排水沟和岸坡排水沟 纵向排水沟在贴坡排水体顶内侧 布置 采用C15砼预制块浆砌 纵向排水沟断面尺寸为0 3m 0 4m 岸坡排水沟 断面尺寸为0 5m 0 5m 采用C15砼预制块浆砌 5 下游反滤排水体设计 现状大坝下游无反滤排水设施 本次设计新建贴坡排水体 排水体顶长 117m 顶宽 1 45m 根据校核水位下坝体浸润线出逸点高程 确定排水体顶高程 为 73 96m 坡比 1 2 5 反滤层由砂砾料综合组成 反滤层由一层 20cm 厚砂垫 层 一层 20cm 厚卵石垫层 最后为 40cm 厚干砌石体 在大坝贴坡排水体顶设纵 向排水沟 排水沟底宽 0 4m 排水沟衬砌用 C15 砼预制块浆砌 另在排水体脚设 纵向导渗沟 沟底宽 0 5m 二 溢洪道 溢洪道除险加固内容包括进水渠 控制段 消力池段等部分 现将溢洪道各 部分建筑物结构布置及设计计算分述如下 1 进水渠 现状进水段部分衬砌 为改善进流条件 本次设计对原进水段拓宽后采用 300mm厚的C15砼衬护 桩号0 030 0 000 底板由进口的10m宽渐变为5m 边墙 采用C20砼重力式挡土墙 因满足交通需求 桩号0 020 0 016段设计一座 4 1m 4m的板式桥 2 控制段 现状溢洪道为无闸控制的明渠 底板为素砼衬砌 右侧山体高陡 经经济比 选 本次加固设计溢洪道控制段为长18m的2 5m 2 5m的C25钢筋砼箱涵结构 箱 涵底板 边墙和盖板均为500mm厚 加固后控制段底板高程仍保持82 10m不变 3 泄槽段 设计在控制段后新建一座弧形泄槽段 桩号0 018 0 079 底宽2 5m 桩 号0 018 0 068纵坡i 0 0897 桩号0 068 0 079纵坡i 0 727 本次加固设计 将原底板开挖后 采用400mm厚的C25钢筋砼衬护 底板底面设10cm厚C10砼垫层 6 边墙采用C20砼重力式挡土墙 边墙 底板分别每10m处设伸缩缝 缝宽20mm 内 填沥青杉板 并采用橡胶带止水 在底板两边各设置一道40 40mm的纵向排水沟 横向每10m设一道30 30mm的横向排水沟 沟内填充砂卵石 4 消力池段 设计溢洪道消能设施为底流式消能 全长7 0m 池深0 85 m 池宽2 0 m 设计消力池为C20钢筋砼底板 消力池底板厚40cm 边墙采用砼重力式挡土墙结 构 池后接12 0m长的水平防冲段连接泄洪渠 底板高程为45 00m 为减轻扬压 力 本次设计在消力池护坦上设 100PVC排水管纵横间距1 0m 呈梅花形布置 三 三 输水建筑物加固 乐家水库输水建筑物为灌溉涵管 针对涵管存在的主要问题 本次设计输水 建筑物加固如下 本次设计对坝下涵管进行挖除原址重建处理 涵管由进口段 管身段 出口 消能段组成 进口段采用斜涵取水口 中间接消力井 后接灌溉涵洞 斜涵以 0 5m 一级 管口口径 0 2m 采用 C20 钢筋砼结构 斜涵基础座落在坝体上 底板下设 C10 砼 垫层 管身段桩号 0 000 0 051 平涵管身采用现浇 C20 钢筋砼涵管 单根管长 9m 采用铜片止水 管身下垫 0 1m 后 C10 砼垫层 涵管尺寸为 1 0 1 6m 管 壁厚 0 3m 底坡 I 0 005 进口底高程 42 60m 出口底高程 42 35m 出口消能段桩号0 051 0 061 5 底板采用C20钢筋砼 边墙采用C15砼结 构 7 附录 A 乐家水库工程特性表 序号及名称单位加固前加固后备注 一 水文 1 集雨面积 km20 54 2 多年平均年降雨量 mm1739 7 P 2 3 设计洪水标准及流量 m3 s2 73 P 10 4 校核洪水标准及流量 m3 s1 63 二 水库 校核洪水位 m49 42 设计洪水位 m49 21 正常蓄水位 m48 50 死水位 m42 60 总库容 校核洪水位以下库容 万 m3 27 83 正常库容万 m3 21 65 死库容 死水位以下 万 m3 1 40 三 工程效益 保护人口万人 0 14 保护耕地亩 3200 灌溉面积亩 600 四 主要建筑物及设备 1 主坝及副坝 坝型均质坝均质坝 坝顶高程 m 51 39 52 2 0 51 00 最大坝高 m12 012 0 坝顶长度 m200200 坝顶宽度 m 3 1 3 5 5 0 2 泄水建筑物 溢流堰 溢洪道 隧洞 底孔 闸孔等 型式开敞式明渠 开敞式 宽顶堰 各建筑物 分别列出 堰顶高程 m48 5m48 5m 溢流段净宽 m2 02 0 设计泄洪流量 m3 s5 60 校核泄洪流量 m3 s8 23 闸门型式 3 输水建筑物 8 设计流量 m3 s0 06m3 s 长度 m51 0 断面尺寸 m 矩形 1 0 1 6 9 2 2 水文水文 2 1 基本资料 2 1 1 流域概况 乐家水库位于江西省余干县南部 坝址位于社庚乡李梅村 所在水系为鄱 阳湖 润溪水 距余干县城 65km 地理座标为东径 116038 48 北纬 28023 02 水库坝址以上控制流域面积 1 39Km2 河道长度 1 75km 河道比降 25 1 水库正常蓄水位 82 1m 黄海高程 下同 设计洪水位 p 5 83 32m 校核洪水位 p 0 5 84 04m 水库总库容 60 37 104m3 设计灌溉面 积 1600 亩 实际灌溉面积 1000 亩 是一座以灌溉为主 结合防洪 养殖等综合 利用的小 二 型水库工程 乐家水库水库下游有李梅等几个自然村 保护人口 2000 人 保护耕地 1300 亩 工程一旦失事 将给下游造成严重的洪涝灾害 2 1 1 水文基本资料 流域内无水文测站 相邻及相近流域有信江水系的铅山河铁路坪水文站 铅山河项源水文站 泸溪水柏泉水文站 白塔河耙石水文站 信江干流梅港水 文站和昌江流域支流荷塘水文站 这六个水文站均进进行流量观测 但相对流 域面积较小的只有荷塘水文站 荷塘水文站有流量 水位 降雨观测资料 荷塘水文站位于翻阳县荷塘垦殖场路家岭村 地理坐标为东径 117 09 北纬 29 10 集水面积为 16 3Km2 主河长 5 35km 加权平均坡降为 18 01 荷塘水文站有 1978 年至今的实测流量和降水资料 2 1 3 乐家水库库容曲线 乐家水库的库容曲线是1958年根据库区实测地形图量算所得 其曲线摘录 如表2 1 1 表2 1 1 G m 72 60 73 00 74 00 75 00 76 00 77 00 78 00 V 104M3 S 2 20 3 06 4 86 6 79 9 02 11 9316 34 G m 79 00 80 00 81 00 82 00 83 00 84 00 85 00 V 104M3 S 22 8929 6236 52 44 06 51 97 60 04 68 59 10 2 2 设计暴雨 2 2 1 实测暴雨资料推求设计暴雨 乐家水库库区河流域内没有设置雨量观测站 邻近流域且距离本水库最近 的是信江干流上的梅港雨量站 梅港雨量站为国家基本雨量站 观测项目齐全 完整 实测资料系列长 资料已通过整编 观测资料精度能满足设计要求 梅 港水文站有 1h 6h 24h 暴雨实测暴雨资料 本次设计采用梅港站的实测暴雨 资料替代水库坝址以上流域中心的点暴雨 根据梅港站 1954 2002 年 49 年的实测 1h 6h 24h 实测暴雨资料排频统 计 以 P 型理论适线 定线 求得各时段暴雨的统计参数 其成果见表 2 2 1 表 2 2 l 梅港站实测暴雨特征表 最大 1 小时最大 6 小时最大 24 小时 时段 项目 降雨量 mm 年 月 日 降雨量 mm 年 月 日 降雨量 mm 年 月 日 第一位 66 21992 6 25235 81983 6 27306 71983 6 2 第二位 65 31975 6 27158 21967 6 15280 11954 7 11 第三位 62 51983 6 2147 61954 7 11229 41997 7 7 第四位 6l 31999 8 26135 51985 6 3225 41967 6 15 第五位 60 42000 5 30133 71964 6 18 2lO 9 1995 6 25 暴雨系列1967 2002 年共 33 年 1954 2002 年共 48 年 1954 2002 年共 48 年 暴雨特征超过 45mm 的有 19 年超过 80mm 的有 25 年超过 120mm 的有 27 年 多年平均 45 084 8136 5 CvO 30O 45O 47 Cs Cv 3 53 53 5 二 江西省暴雨洪水查算手册 查算设计暴雨 1986 年江西省水文总站编制的 江西省暴雨洪水查算手册 以下简称 手册 是为江西省水文资料短缺地区 作为中 小型水利水电工程进行安全 复核及新建工程设计洪水计算的依据 根据 手册 推求本工程的设计暴雨 成果见表 2 5 1 2 根据 手册 推求 江西省暴雨洪水查算手册 是经水电部 1983 年 83 水电水建字第 28 号 11 和 83 水电水规字第 7 号文件批准使用的 是为我省水文资料短缺的地区 作 为中 小型水利水电工程进行设计洪水计算的依据 根据 手册 提供的暴雨 等值线图 可查算各时段的设计暴雨 其成果见表 2 2 2 乐家水库设计暴雨计算成果比较表乐家水库设计暴雨计算成果比较表 表表 2 22 2 2 2 计算 方法 暴雨时段 均值 mm Cv Cs Cv 0 2 1 2 3 3 5 10 最大 1 小时 44 8O 273 091 579 874 567 161 054 2 最大 6 小时 84 30 503 5292 7230 6203 7167 6140 0111 8 按实 测资 料推 算 最大 24 小时 136 1 O 453 5427 1342 7305 8256 1217 6177 7 最大 l 小时 450 453 5 125 5 113 4 101 2 94 0 84 6 72 0 最大 6 小时 840 543 5 275 5 244 4 214 2 194 0 173 9 143 6 按 手 册 推算 最大 24 小时 1300 553 5 434 2 384 8 335 4 308 3 273 0 223 6 2 3 设计洪水 2 3 1 设计洪水计算 乐家水库无入库流量资料 工程附近也无流域面积接近的水文站 所以只 能采用暴雨资料来推求入库洪水 根据 手册 规定 集雨面积小于 30km2的流域 一般采用推理公式计算 设计洪水 乐家水库大坝坝址以上集雨面积为 1 39km2 故此 乐家水库设计洪 水计算采用推理公式法 信江古丁河流域属第 IV 产流区 计算中前期影响雨量 取 70mm 根据所求得的设计暴雨 并以 查算手册 中的推理公式法计算洪水 公式参数为 VII 区 计算公式为 1 地面洪峰计算公式 4 3 1 278 0 278 0 Jm L Q tF h Q 12 394 0 265 0 108 0 60 181 0 60 m m 式中 Q 坝址地面洪峰流量 m3 s h 设计净雨 mm F 坝址以上流域面积 F 1 39km2 L 坝址以上河道长度 L 1 75km J 坝址以上河道坡降 J 25 1 汇流时间 地理指标系数 m 0 299 98 5 3 1 JL 2 地下径流峰值计算公式 T 6 3 F 下下 RQ 式中 Q 下 为地下流量峰值 R 下 为下渗总径流深 F 设计流域面积 T 地面径流过程线底宽 由概化五点折腰多边形过程线推求洪水过程线 设计洪水过程线为同时刻 的地面流量和地下流量的叠加 经过计算 坝址各频率设计洪峰成果及洪水过 程线见表 2 3 1 13 乐乐家家水水库库计计算算洪洪水水成成果果表表 表 2 3 1 流量单位 m3 s 洪量单位 104m3 频率 0 5 1 2 3 30 5 10 20 洪峰流量 29 55 26 10 22 37 19 96 17 40 13 95 10 29 一次洪量 57 53 50 44 43 36 39 52 34 45 27 50 20 55 洪水过程线 时间 流量 00000000 0 1T3 05 2 70 2 33 2 08 1 83 1 48 1 11 0 25T29 55 26 10 22 37 19 96 17 40 13 95 10 29 0 5T6 47 5 77 5 02 4 52 4 00 3 29 2 53 T1 24 1 23 1 20 1 17 1 15 1 12 1 04 备注 T 16 18hT 15 86hT 15 63hT 15 76hT 15 47hT 14 91hT 14 41h 2 3 2 洪水成果合理分析 本次设计洪水成果在与周边地区其他水库设计洪水成果比较 在流域特征 相近的情况下 乐家水库洪峰模数与邻近的八里源水库的洪峰流量 洪峰模数 成有规律的变化 其主要原因是水库流域及暴雨特征相似 故乐家水库设计洪 水采用 手册 推理公式法计算的成果是合理的 设设计计洪洪水水成成果果比比较较表表 表 2 3 2 设计频率 洪峰流量 m3 s 洪峰模数 Q F2 3 水库名称 集雨面 积 河道长 度 加权 平均 坡降 210210 乐家水库 0 521 4553 09 065 814 018 97 山东坞水库 0 571 6212 47 514 6010 926 69 14 2 4 洪水调节计算 2 4 1 泄洪设施 原溢洪道位于大坝右坝头 由山体开挖形成 由进口控制段 泄槽段和出 水渠组成 两岸边坡陡 为强风化千枚岩 底部高低不平 控制段溢流净宽 2 0m 泄洪渠出水渠弯曲 淤积严重 现设计溢洪道为宽顶堰形式 净宽 2 0m 经计算 乐家水库加固后的泄洪能力见表2 4 1 表 2 4 1 G m 48 448 648 84949 249 449 649 8 q M3 S 0 00 0 46 1 31 2 36 3 52 4 76 6 06 7 39 2 4 2 洪水调节计算 根据水量平衡原理 即在某一时段t内 进入水库的水量与水库下泄水量 之差 应等于该时段内水库蓄水量的变化值 并与水库下泄量与蓄水位的函数 关系进行联解 联解关系式为 22 12 2121 ZFVfq VVt qq t QQ 式中 Q1 q1 时段初入库 出库流量 m3 s Q2 q2 时段末入库 出库流量 m3 s V1 V2 时段初 时段末水库蓄水量 m3 计算时段 s t 根据上述计算原理和水库库容曲线 溢洪道泄流曲线及水库调节原则 可 求得溢洪道重建后各设计频率的最高水位 最大下泄量和相应库容 其调洪成 果见表2 4 2 15 乐家水库洪水调节成果表 表 2 4 2 频率 洪峰流量 m3 s 最大泄量 m3 s 最高库水位 m 相应库容 104m3 P 2 9 065 7349 5522 71 p 10 5 793 4649 1921 23 3 3 工程地质工程地质与工程质量与工程质量 3 1 概述 3 1 1 区域地质情况 本区域属构造剥蚀丘陵地貌 植被发育 水土保持良好好 未见较大规模 滑坡 坍塌落等不良物理地质现象 本区出露地层主要为前震旦系双桥山群 Ptsh 变质岩系 以及第四系残 坡积层和冲洪积层 Q4 岩性主要为绢云千枚岩 残坡积层 冲洪积层 该区未发现区域性大断裂带 由于岩层古老 受其影响 区域内断层构造 和褶皱发育 构造产状复杂 据 中国地震动参数区划图 GB18306 2001 1 400 万 界定 本工程区 域地震动峰值加速度小于 0 05g 相应地震烈度小于 度 区域稳定性较好 建 筑物可不进行抗震复核 本区属亚热带多雨气候 降雨丰富 补给充足 区内地下水类型为第四系 孔隙潜水与基岩裂隙水 孔隙潜水主要赋存于第四系冲洪积层中 埋藏较浅 基岩裂隙水主要赋存于裂隙发育且连通的岩体中 以大气降水补给为主 从沟 谷或低洼处以泉水形式排泄于地表 水量较贫乏 地下水位相对埋藏较深 地 下水动态类型属降雨 径流型 16 3 1 3 勘察工作量简介 余干县乐家水库建于 1957 年 同年 12 月基本建成并蓄水 大坝为均质坝 由于当时特定的历史条件 以及受生产力条件的制约 工程实施主要由大规模 的群众运动完成 施工工艺简陋 主要采用人力挖土 挑运土料 人力夯实 绳索拉抬石夯 乐家水库由于建坝时间较早 建设初期未进行过工程地质的勘 察工作 残存资料中 也没有任何的地质资料 本水库地质勘探工作主要手段 为现场勘测和开挖探坑 本此勘探共挖探坑 4 个 位于正常高水位以下 上 下游坝坡各 2 个 对工程除险加固所需的天然建筑材料进行了详细调查 3 2 工程地质条件及评价 3 2 1 主要建筑物的工程质量评价 一 大坝一 大坝 1 坝基清基质量评价 本坝设计为均质坝 根据工程参建人员回忆整理 以及本次勘探情况成果 分析 坝基仅进行部分坡积层和冲积层的清理 上部坝基均为全风化绢云千枚 岩 因此认为 坝基清基不彻底 2 坝体质量评价 大坝为均质土坝 坝体土料主要为粘土质砾 含砾低液限粉土 土体呈中 高压缩性 局部孔隙比偏大 具中等透水性 砾含量 8 2 32 6 均值 18 3 粉粒含量 51 7 58 5 均值 54 1 粘粒含量 8 7 18 5 均值 15 4 局部粘粒含量偏低 砾含量偏高 孔隙比 0 866 0 924 均值 0 887 压缩系数 0 47 0 52MPa 1 均值 0 49 MPa 1 土体不密实 存在坝体 渗漏问题 二 溢洪道质量评价二 溢洪道质量评价 溢洪道位于左坝头山坡 为岸坡开敞式 开挖山体全风化岩体而成 进口 底高程为 48 5m 底宽 2 0m 无消能保护设施 出水直接跌落到渠道中 泄洪 时冲毁出水土渠 三 灌溉涵管质量评价三 灌溉涵管质量评价 17 输水灌溉涵管位于大坝左坡下 由平涵和斜涵组成 斜涵为台阶式 木塞 控制取水 平涵为预制圆涵 管径 0 3m 涵管老化严重 漏水严重 致使涵管 出口段土体塌陷 坡脚渠道长年有水 斜涵表层砼剥蚀现象严重 多处漏水 3 2 2 主要建筑物的工程地质条件和评价 一 坝址区工程地质条件及评价一 坝址区工程地质条件及评价 1 地形地貌及物理地质现象 坝址区为构造剥蚀丘陵地貌 两岸山体低矮 较宽厚 坝址区多出露全风 化岩体 以及残坡积层 植被发育 为人工种植林和山草 未见塌落 崩岸等 不良物理地质现象 自然山坡稳定 2 地层岩性 坝址区出露地层岩性主要为前震旦系双桥山群 Ptsh 绢云千枚岩 以及 第四系残坡积层 Q4edl 1 前震旦系双桥山群 Ptsh 绢云千枚岩 青灰色 灰色 未风化时 岩质较硬 弱风化时岩质软 抗风化能力差 岩层产状为 N87 W NE 85 强风化时为褐色 千枚状构造 局部存在小挠曲 2 第四系残坡积层残坡积层 Q4edl 为褐红色 含砾 低液限粘土 砾质粘土等 主要分布在坝后山坡上 3 地质构造 坝址区未发现断层构造 构造形迹主要表现为较发育的裂隙 1 N87 W NE 85 层间裂隙 表部微张 张开 3mm 充填少量泥 砂 延伸较长 Fe Mn 质浸染 2 N44 E NW 66 72 构造裂隙 裂面较平 间距 0 5 3 0 m 延伸较长 裂隙表部微张 张开 1mm 有少量泥质充填 4 岩体风化特征 坝址区岩体风化情况 主要受地形以及裂隙发育情况等因素影响 地勘表 18 明 左岸全风化层厚度 3 4m 右岸 2m 探坑揭露 河床段全风化层厚度大于 1m 5 水文地质条件 1 地下水类型 坝址区地下水类型为第四系孔隙潜水与基岩裂隙水 第四系孔隙潜水主要 赋存于第四系残坡积层 由大气降水及库水补给 排泄入沟谷及河床中 坝址 区孔隙水极少 基岩裂隙水主要赋存于基岩裂隙中 以大气降水和库水补给为 主 随季节和库水位的变化而变化 坝址区裂隙水贫乏 2 坝址区环境水化学性质及侵蚀性评价 地质勘探时 库水清澈 水样物色透明 无悬浮物 库区及上游无污染源 根据相同条件库水水质分析成果比较认为 库水和渗漏水具 HCO3 中等腐蚀 对 钢结构具弱腐蚀性 二 溢洪道工程地质条件及评价二 溢洪道工程地质条件及评价 溢洪道位于左坝头山坡 为岸坡开敞式 开挖山体全风化岩体而成 由泄 槽段 出水渠组成 无任何衬护 无消能保护设施 出水直接跌落到渠道中 泄洪时冲毁出水土渠 溢洪道泄槽段中段两侧边坡较陡 坡角 75 85 左侧 边坡高 8m 右侧与坝顶平 目前 左侧边坡存在锲型小塌滑体 出水渠底板及 两侧边坡均为低液限粘土组成 未衬护 两侧边坡较陡 抗冲刷能力极差 溢洪道全段为前震旦系双桥山群 Ptsh 绢云千枚岩 全段呈全风化状态 未发现断层构造 构造形迹主要为层间裂隙 次为构造裂隙 其中 层间裂隙 为 N87 W NE 85 构造裂隙为 N44 E NW 66 72 建议全风化绢云千枚岩承载力建议值 200 300Kpa 允许开挖边坡 1 0 75 1 1 允许抗冲刷流速 1 0 2 0m s 三 灌溉涵管工程地质条件及评价三 灌溉涵管工程地质条件及评价 输水灌溉涵管位于大坝左坡下 由平涵和斜涵组成 斜涵基础为全风化岩 石 承载力建议值为 200 300Kpa 满足要求 但涵管老化严重 漏水严重 19 致使涵管出口段土体塌陷 坡脚渠道长年有水 斜涵表层砼剥蚀现象严重 多 处漏水 目前 涵管成为了影响坝体安全的隐患 四 坝址区土体主要物理力学参数地质建议值四 坝址区土体主要物理力学参数地质建议值 本坝设计为均质坝 通过对本工程土工试验成果的统计 参比类似工程试 验数据 提出本大坝工程地质参数建议值如下表 表表 3 1 大坝主要工程地质参数建议值大坝主要工程地质参数建议值 工 程 地 质 参 数 建 议 值 deav1 2C KI允 部位 g cm3g cm3 MPa 1KPa cm s 坝体 粘土质砾 低液限粉土 1 951 570 8870 498 019 53 8 10 40 45 坝基全风化层1 921 550 8000 4710 018 06 0 10 50 35 3 3 天然建筑材料 根据设计要求 乐家水库除险加固工程需要坝体防渗土料约 2 0 104m3 块石料约 0 3 104m3 卵砾石约 0 2 104m3 砂 0 2 104m3 为满足这一要求 本阶段对上述天然建筑材料进行了勘查 3 3 1 防渗土料 本工程除险加固所需坝体防渗粘土 本阶段推荐料场位于本水库大坝下游 汪家源村 该处距坝址区 2 5km 取土 运输方便 料场取土部位为平缓坡地 植被较发育 为杂木和山草 料场地下水位低 开采时无积水 开采弃土厚度 0 3 0 5 m 可开采厚度 2 4m 最优开采面积 约 2 104m2 平均厚度计算储量为 6 104 m3 满足勘测对设计需求量的要求 料场土为残积土 土质为褐红色低液限粘土 CL 室内试验表明 砾含量 8 3 最大砾径 10 粘粒含量 27 5 最优含水量 22 8 最大干密度 1 61g cm3 相对应的渗透系数为 2 8 10 7cm s 本水库为小 2 型 取压实 度为 0 96 干密度 1 55g cm3时 相对应的渗透系数为 8 7 10 7cm s 土质和 20 试验指标满足要求 3 3 2 砂砾石料 经勘察比较 本阶段砂砾石料场选定白马背商业料场 该料场位于白马背 村委会旁的信江河上 由料场至坝址区的运距 8km 本料场为水下开采的砂砾石混合料 砂 砾石料储量巨大 开采能力远大 于本工程需求量 本料场成品料中 砂料为中砂 成份为石英 长石及岩屑 砾石多呈弱 微风化 不含针片状颗粒及泥质 砾径一般 10 60mm 磨圆度较好 力学性能 较好 本料场砂 砾石料广泛地用于水利工程和工民建工程的混凝土工程 据历 次原材料试验成果 本料场砂 砾石的各项指标均能满足规范要求 3 3 3 块石料 本阶段对块石料进行了较详细的调查 经比较 推荐选用外购东乡县商业 块石 料场至坝址区总运距 60km 运输方便 储量巨大 广泛地用于余干县鄱 阳湖二期工程及水库除险加固工程 该料场岩性为花岗岩 块石成材率高 岩质坚硬 是很好的工程块石料 由于本运距范围内没有更好的块石料场 因此推荐本料场作为乐家水库工程除 险加固的块石料场 3 4 结论与建议 一 工程区地震动峰值加速度小于 0 05g 区域稳定性较好 建筑物不须 进行地震安全复核 二 水库区属构造剥蚀丘陵地貌 水库不存在永久性渗漏问题 无库岸再 造问题 库岸和近坝库岸稳定 库区没有淹没 浸没问题 固体径流微弱 三 坝址区出露地层主要为前震旦系双桥山群 Ptsh 绢云千枚岩和第四 系残坡积层 21 基岩表部为全风化层 具弱透水性 厚度大于 1m 不存在基岩渗漏问题 四 坝体填筑土料为粘土质砾 含砾低液限粉土 试验资料表明 局部孔隙 比偏大 土体具中等透水性 防渗性能不满足规范强制性条文要求 建议对坝 体进行防渗处理 五 溢洪道全段为全风化千枚岩 无任何衬护 抗冲刷能力差 左侧边坡 较高且陡 存在锲型小塌滑体 自稳差 溢洪道尾部无消能保护设施 出水直 接跌落到渠道中 泄洪时冲毁出水土渠 建议对溢洪道以及边坡进行彻底处理 六 灌溉涵管为坝内涵管 地基全风化基岩 岩体承载力满足要求 但涵 管老化严重 漏水严重 涵管出口段土体塌陷 斜涵表层砼剥蚀现象严重 多 处漏水 涵管成为了影响坝体安全的隐患 建议将涵管彻底处理 七 天然建筑材料 防渗粘土料场位于本水库大坝下游汪家源村 运距 6 0km 储量 土质和 试验指标满足要求 取土 运输方便 砂砾石料场选定白马背商业料场 该料场位于白马背村委会旁的信江河上 运输方便 运距 8km 储量和试验指标满足要求 块石料推荐选用外购东乡县花岗岩商业块石料 岩质坚硬 是很好的工程 块石料 料场至坝址区总运距 60km 运输方便 储量巨大 曾广泛地用于余干 县鄱阳湖二期工程及水库除险加固工程 八 环境水具 HCO3 中等腐蚀 对钢结构具弱腐蚀性 22 4 4 加固设计加固设计 4 1 工程任务与规模 4 1 1 工程任务 乐家水库的兴建是根据当地水土资源 自然条件和社会经济情况 按水利 开发规划的要求 以服务农业生产任务为中心 满足 0 06 万亩农田用水的要求 利用灌溉用水及其余水 发展水产 本工程的任务是以灌溉为主 结合防洪 养殖等综合效益 1 灌溉 根据有效调节库容 原设计灌溉农田 0 06 万亩 目前实际灌溉 农田 0 025 万亩 2 养殖 水库正常蓄水位为 48 50m 相应水面积为 89 亩 3 防洪影响 水库建成后洪水经调节削减洪峰流量 可减缓这一带地区的 水灾发生及增加人民生命财产的安全度 4 社会效益 1 带动了工 农业生产 使受益地区能够提供足够的农产品作为工业原料 2 促进文化教育事业的发展 使受益地区的农民有钱办学校 俱乐部 文 化室 3 改变了当地用水和环境卫生状况 由于乐家水库的主要建筑物存在质量问题 且灌区配套未完成 故水库自 投入运行以来 水库被控制水位运行 工程效益低下 与此同时水库带病运行 存在严重的安全隐患 由于乐家水库的工程规模及有关建筑物设计均已定型 本次除险加固设计的原则是 尽量维持现状工程规模 对存在安全问题的建筑 物进行除险加固 包括对大坝进行防渗加固处理 对溢洪道进行改造和灌溉涵 管进行废弃重建处理 以及按规范要求增设和完善大坝水情 雨情观测设施 防汛通讯 管理设施 4 1 2 工程规模复核 4 1 2 1 特征水位 乐家水库原设计正常蓄水位为 48 50m 本工程在原设计的基础上除险加固 23 加固后水库正常蓄水位仍维持为 48 50m 乐家水库原设计死水位为 42 60m 本工程重建灌溉涵管底板与原涵高程相 同 所以加固后水库死水位仍为 42 60m 4 2 主要加固项目 针对乐家水库大坝现状存在的主要问题 确定大坝除险加固设计的主要内 容如下 1 大坝坝身防渗处理设计 2 大坝坝顶设计 3 上游坝坡护坡设计 4 下游坝坡护坡及坝面排水设计 5 下游反滤排水体设计 6 大坝监测设计 4 3 设计依据 4 3 1 工程等别和建筑物级别 根据 水利水电工程等级划分及洪水标准 SL 252 2000 的规定 本工 程永久性挡水和泄水建筑物所采用的设计洪水标准为 10 年一遇 校核洪水标准 为 50 年一遇 消能防冲标准按 10 年一遇 乐家水库是一座以灌溉为主 结合防洪 养殖等综合利用的小 二 型水 库工程 根据 水利水电工程等级划分及洪水标准 SL252 2000 和国家技 术监督局 中华人民共和国建设部联合发布的 防洪标准 GB50201 94 的 有关规定 本水库工程等别为 V 等 主要建筑物大坝 溢洪道 放水涵洞按 5 级建筑物设计 乐家水库所在区域属低山丘陵区 大为均质坝 最大坝高 12 0m 本工程永久性挡水和泄水建筑物所采用的设计洪水标准为 10 年一遇 校核洪水标准为 50 年一遇 消能防冲标准按 10 年一遇 枢纽建筑物相应的运 用洪水标准见表 4 3 1 24 枢纽建筑物设计 校核洪水及相应流量枢纽建筑物设计 校核洪水及相应流量 表 4 3 1 建筑物名称工况 洪水频率 P 设计洪峰 m3 s 最大下泄流量 m3 s 最高洪水位 m 设计 10 5 601 6349 21 大坝 溢洪道 校核 2 8 232 7349 42 溢洪道消能防冲建筑物设计 10 5 601 6349 21 出水渠防洪设计 10 5 601 6349 42 4 3 2 设计基本资料 一 设计采用的技术规范和文件资料一 设计采用的技术规范和文件资料 1 防洪标准 GB50201 94 2 水利水电工程等级划分及洪水标准 SL252 2000 3 水利水电工程设计洪水计算规范 SL44 2004 4 碾压式土石坝设计规范 SL274 2001 5 溢洪道设计规范 SL253 2000 6 小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则 SL279 2002 7 江西省暴雨洪水查算手册 江西省水文总站 1986 12 8 余干县乐家水库安全评估质量检测报告 上饶市水利工程质量检测 站2007 2 9 水工砼结构设计规范 SL T191 96 10 水工砼施工规范 DL T5144 2001 11 水利水电工程施工组织设计规范 SL303 2004 12 水利水电工程围堰设计导则 DL 5087 1999 13 水库工程管理设计规范 SL106 96 14 水利工程管理单位定岗标准 试点 2004 5 15 水利水电工程初步设计报告编制规程 DL5021 93 16 江西省水库大坝安全评价病险水库除险加固工程初步设计技术规定 江西省水利厅 2004 2 17 江西省余干县乐家水库大坝安全评估报告 余干县水利电力勘察设 计院 2011 3 25 二 水文气象及地震烈度二 水文气象及地震烈度 本流域属亚热带多雨区 气候湿润 四季分明 雨量充沛 降雨主要受季风 影响 流域内无气象实测资料 本次设计采用流域附近的余干县气象站 1960 2003 年共 44 年观测资料统计分析 流域内主要气象要素为 流域多年平 均气温 17 9 极端最高气温发生 1971 年 7 月 31 日 达 40 极端最低气温 发生在 1973 年 2 月 21 日 为 9 1 流域内多年平均相对湿度为 78 流域多 年平均日照小时数为 1887 7h 流域内多年平均无霜期 265d 流域内多年平均蒸 发为 1366 8mm 流域内风向 风速受季风影响而变化 夏季多为偏南风 冬季多 为偏北风 多年平均风速为 2 4m s 多年平均最大风速 15m s 最大风速 20 7m s 相应风向为北风 发生在 1976 年 4 月 22 日 坝址区位于地震动峰值加速度小于0 05g 设计可不考虑地震荷载 三 建筑材料特性及设计参数三 建筑材料特性及设计参数 坝体设计采用坝体物理力学参数见表 4 3 2 表表 3 13 1 大坝主要工程地质参数建议值大坝主要工程地质参数建议值 4 4 工程总体布置 本工程为除险加固工程 受本工程现状地形条件限制 加上工程规模较小 枢纽建筑物总体布置方案仍在现状基础上进行 大坝 溢洪道 灌溉涵管布置如 下述 现状大坝为均质坝 最大坝高约 12 00m 坝顶长 200m 根据坝体防渗要求 工 程 地 质 参 数 建 议 值 deav1 2C KI允 部位 g cm3g cm3 MPa 1KPa cm s 坝体 粘土质砾 低液限 粉土 1 951 570 8870 498 019 5 3 8 10 4 0 45 坝基全风化层 1 921 550 8000 4710 018 0 6 0 10 5 0 35 26 本次设计在大坝加固坝轴线上布置 1 排冲抓套井回填粘土均质 冲抓钻孔自桩号 0 000 0 200 冲抓孔径为 1 1m 孔距 0 75m 有效墙厚 0 80m 冲抓套井粘土 心墙顶高程 49 40m 底部深入全风化基岩面以下 0 5 1 0m 通过对现状大坝坝顶高程的复核计算 现状坝顶高程 51 39 52 20m 满足 设计要求 坝顶宽 3 1m 3 5m 泥质路面 宽窄不小 不满足设计要求 本次设 计先对坝顶进行挖填整平 再浇筑砼路面 上游坝面采用 C15 砼预制块护坡 下 游坝面采用草皮护坡 下游坝脚增设贴坡排水体 溢洪道位于大坝左岸 溢洪道堰顶高程 48 5m 溢流净宽 2 0m 根据洪水调 节计算成果复核坝顶超高 坝顶高程满足设计要求 本次设计在现有溢洪道结构 基础上进行加固 灌溉涵管位于大坝左岸 为斜涵取水口 砼结构 平涵为 D300 预制砼管 本次设计考虑原址拆除重建斜涵取水口及灌溉平涵 4 5 加固设计 根据 江西省重点小 2 型病险水库除险加固初步设计及审批导则 本次 设计的方针对重点病险问题进行除险加固设计 确定大坝除险加固设计的主要内 容如下 1 大坝防渗处理加固设计 由于现状坝体较规则 坝脚有渗漏 本次设计 在坝轴线处设置冲抓套井回填粘土均质对大坝坝体进行防渗加固处理 冲抓套井 粘土防渗墙中心线布置在大坝加固后坝轴线上 造孔布置坝顶高程 49 40m 单排 布孔 冲抓钻孔自桩号 0 000 0 200 冲抓孔径为 1 1m 孔距 0 75m 有效墙厚 0 80m 均质顶部高程为 49 40m 底部伸入强风化基岩面以下 0 5 1 0m 粘土 均质最大深度约为 11 00m 2 坝顶加固处理 现状坝顶高程满足设计要求 坝顶宽度宽窄不一不满足 设计要求 本次设计待坝中防渗 上下游坡加固施工完后 先对坝顶进行挖填整 平 坝顶高程在现状上新建砼路面至 51 20m 高程 坝顶宽 5m 路面结构为底部 先铺设一层 15cm 水泥稳定层 并碾压整平 后铺一层 18cm 的 C20 砼面层 在 坝顶上下游侧浇筑宽 0 3m 高 0 33m 的砼路缘 27 3 上游护坡设计 本次结构设计上游坝坡由两部分组成