北部信江中游右岸泗沥支流裴源水上游中型水库除险加固设计报告

1 1 综合说明 1 1 绪言 XX水库位于XX市北部信江中游右岸泗沥支流裴源水上游 裴源水发源于三 县岭 由北向南流经庙基 横岭背 白田 港黄村 泗沥桥 墩上徐家等地 在合盘石童家村汇入信江 裴源水全流域面积为310km2 河道总长度 51 9km XX水库坝址座落在白田乡XX村下游1km处 地理位置为 东经117 14 30 北纬28 32 距XX市城区约35Km 水库坝址以上控制河流长度 17 9km 控制流域面积35 8km2 河道加权平均坡降1 14 流域平均宽度 2 0Km 流域形状系数0 11 1965 年 4 月上饶地区水电局和 XX 市水电局开始对泗沥河裴源水地区进行 全面的勘测规划工作 1965 年 8 月编制出 XX 市 XX 水库工程扩大初步设计书 1965 年 8 月由 XX 市人民委员会上报 XX 水库工程扩大初步设计书 1965 年 9 月得到上饶地区水电处的批准 1965 年 10 月 19 日江西省计划委员会以 计 农字第 149 号 对 XX 水库扩大初步设计书作了批复 大坝于 1965 年 9 月正式 动工兴建 1967 年 7 月大坝土方填筑基本完成 1968 年底完成枢纽渠系工程 XX 水库原设计正常蓄水位 103 10m 黄海高程系统 黄海高程 原假设高程 3 10m 下同 相应库容为 2090 104m3 灌溉死水位 78 93m 相应库容为 11 104m3 设计洪水位 104 3m 相应库容 2326 104m3 校核洪水位 105 93m 相应库容 2619 104m3 本次设计按 防洪标准 GB50201 94 和 水利水电工程等级划分及洪 水标准 SL252 2000 的有关规定对大坝规模复核后调整为 水库按五十年 一遇洪水标准设计 千年一遇洪水标准校核 水库设计正常蓄水位103 1m 相 应库容2090 104m3 死水位78 93m 相应库容11 104m3 设计洪水位 P 2 105 01m 相应库容2449 7 104m3 校核洪水位 P 0 1 106 03m 相应库容 2640 3 104m3 XX 水库兴建于 大跃进 年代 由于条件限制 工程施工土法上马 工程 施工质量差 该工程的大坝 溢洪道和灌溉涵管等主要建筑物均存在严重质量 问题 工程运行过程中出现了很多重大险情 虽然经过历年的维护和处理 但 2 一直未彻底根除隐患 因此 XX 水库自 1965 年投入运行以来 一直带病运行 历年来一直限蓄水位控制运行 不仅使工程效益大打折扣 同时对下游的人民 生命财产安全也构成了严重威胁 为了摸清 XX 水库的运行现状 江西省上饶市水利电力勘测设计院 江西省 XX 市水电局和 XX 水库管理委员会于 2003 年初对 XX 水库大坝洪水 结构稳定 渗流稳定以及现场安全检查 运行情况等方面进行了综合评价 并提出了 XX 水 库大坝安全鉴定论证报告 2003 年 6 月 由江西省水利厅组织召开由江西省大 坝安全管理中心 江西省水利厅 江西省上饶市水利规划设计院 XX 市水电局 等部门有关专家参加的大坝安全鉴定会议 提出了 XX 水库大坝安全鉴定报告书 根据 水库大坝安全评价导则 SL258 2000 将 XX 水库大坝安全类别评定为 三类坝 并对大坝的维修加固提出了意见和建议 本次初步设计在上述资料基础上 对 XX 水库枢纽工程作进一步分析论证并 进行除险加固设计 提出工程除险加固初步设计报告 1 2 水文 该流域属亚热带多雨区 气候湿润 四季分明 雨量充沛 坝址以上流域 为赣东北暴雨中心 降雨主要受季风影响 其水汽主要来自太平洋西部的南海 和印度洋的孟加拉湾 一般每年的四月份起 雨量逐渐增加 五 六月份冷暖 气流持续交绥于长江中下游一带 冷暖空气的强烈幅合运动 形成大范围的暴 雨 当锋面雨进入该区流域时 就有大的暴雨产生 泗沥河裴源水在 XX 水库坝址以上为山区性河流 洪水均由暴雨产生 洪 水发生与暴雨产生紧密相关 根据本流域的暴雨特性 最大洪水多发生在 4 7 月 尤其是 6 月份发生洪水次数最多 洪水急涨陡落 具有历时短 汇流快 洪峰尖高的特点 一次洪水过程历时一般为 1 2 天 根据白田雨量站 1965 2000 年实测资料统计分析 坝址以上多年平均降雨 为 1844mm 其中 3 6 月降雨量占全年 60 1 7 12 月份的降雨量仅占全年 的 29 87 多年平均最大月降雨量 386 9mm 6 月份 是最小月降雨 48 87mm 12 月份 的 7 92 倍 降雨在年内分配很不均匀 同样降雨在年际上分 配也很不均匀 最大年降雨量为 2847 8mm 是最小年降雨量 1265 6mm 的 2 25 倍 3 根据白田站 1965 2000 年 36 年实测日暴雨资料统计显示 发生 150mm 以 上的日暴雨 13 次 其中 200mm 以上的日暴雨 5 次 设计暴雨的推求可根据分析的白田水位站实测暴雨资料和 江西省暴雨洪 水查算手册 中的等值线图查算两种方法进行 由于实测暴雨资料系列中没有 历史特大暴雨调查点据 由 手册 推求的设计暴雨成果虽偏大 但从防洪安 全角度考虑 本次除险加固的设计暴雨仍选用 江西省暴雨洪水查算手册 所 推求的成果 由于资料条件限制 无法用入库还原洪峰流量的途径来推求设计洪水 故 采用由暴雨资料推求的设计洪水成果 即采用由 手册 计算的洪水成果 本次设计洪水采用1986年编制的 江西省暴雨洪水查算手册 及相应的瞬 时单位线法 雨型分配采用3小时为一控制时段 前期影响雨量为70mm 同时对 最近几年的工程设计以及相邻流域已建工程的洪水成果资料分析比较 经综合 分析 本流域的暴雨洪峰模数与相邻流域已建工程的暴雨洪峰模数基本接近 因此 可认为本次设计洪水计算成果是合理的 XX水库除险加固工程的枢纽建筑物主要有大坝 溢洪道 灌溉涵管等 灌 溉涵管进口底板高程78 93m 是整个水库枢纽最低的出水口 大坝 溢洪道 输水隧洞施工可利用灌溉涵管进行临时施工导流 因此根据不同的建筑物及施 工工期分别计算施工洪水 1 3 工程地质 1 3 1 区域地质条件 XX水库库区属丘陵低山地貌 山顶高程一般100 200m 山坡稳定 未见大 的滑坡和坍塌等不良物理地质现象 库区出露的地层岩性主要为前震旦系板溪 群石英云母片岩 表层岩体风化深 在水库正常高蓄水位103 10m范围内 组成 库盘及库岸的岩性主要为石英云母片岩 表层岩体透水性较强 深层岩体透水 性较弱 库区分水岭高厚 地下水位高于水库正常高水位 库区未见有大的导 水断层带连通库外 水库不存在永久性渗漏问题 库岸山坡较为平缓 山坡角一 般30 40 多为岩质边坡 水库运行四十多年来未发现岸边再造现象 岸坡 稳定 坝址以上流域范围內树林茂密 植被良好 洪水期有少量泥砂淤积库内 4 平水期上游河水清澈 固体径流甚微 1 3 2 大坝工程地质条件 坝基主要的工程地质问题是坝基渗漏及绕坝渗漏 工程兴建时 坝基进行 了清基 在坝轴线位置开挖了齿槽 从左到右其深度6 25 0 98m 坝基上游 坝轴线和坝基下游部分位置均清除了砂卵砾石层等松散堆积物 坝基坐落在强 风化基岩上 基岩未做防渗处理 坝基出露的岩石为前震旦系板溪群石英云母 片岩 岩石裂隙很发育 坝基表部岩石属中等透水层 相对不透水层 q 10lu 顶板埋深在基岩面以下4 85 12 15m 因此坝基岩石存在渗漏问题 大坝左 右两坝肩上部岩体裂隙发育 透水性强 属中等透水至强透水岩 体 根据相对不透水层顶板线与正常高水位线的关系 左 右两坝肩均存在绕 坝渗漏问题 坝轴线土体的颗粒组成部分具有心墙特征 其颗粒级配稍好于其它部位 但坝体填筑土的颗粒组成不具规律性 不均一性明显 土料质量较差 坝轴线 土体属高压缩性土 结构较疏松 坝轴线与下游坡土体的抗剪指标接近 下游 坡土体的密实性好于坝轴线与上游坡 坝轴线土体的物理力学性质心墙特征不 明显 坝体填筑土的防渗性能具有一定的均质性 坝轴线土体的防渗性能不具 心墙特征 因此可以认为大坝类似均质土坝 根据坝体填筑土渗透试验的分析成果 坝体填筑土防渗性不能満足均质土 坝的防渗要求 1 3 3 溢洪道工程地质条件 溢洪道由堰体 进口水平段 泄槽段及出水渠组成 现分段评价如下 1 进口水平段 该段长约32m 包含堰体 为一底宽从40m收缩至22m 的平底渠 底板高程101 04 101 10m 底板及边墙有混凝土衬护 其厚度 0 30m 局部有变形 空洞现象 冲刷破坏较严重 该段出露的岩性为石英云母片岩 底板及两侧边坡岩石呈强风化 其允许 承载力能满足堰体的基础要求 该部位岩层裂隙发育 岩体完整性差 抗冲刷 能力低 抗风化能力差 不能满足抗冲要求 因此该段存在着抗冲刷问题 应 5 对砼底板和边墙进行加固处理 2 泄槽段 泄槽段出露的岩性为石英云母片岩 底板和边墙部位岩石 呈强风化 该泄槽段岩体裂隙发育 岩石呈强风化 岩体抗冲刷能力低 不能 满足抗冲要求 存在抗冲刷问题 因此必须对泄槽段砼底板和边墙进行加固处 理 3 出水渠 现出水渠底宽约26m 其底板及边墙未进行衬护 底板被冲 刷得坑坑洼洼 该底板部位出露的岩性为第四系全新统残积砾质粉质壤土 厚 度0 8 1 4m 下伏基岩为石英云母片岩 岩石呈强风化 岩土体抗冲刷能力差 不能满足抗冲要求 因此必须对底板和两侧边墙进行衬护加固处理 4 山体 溢洪道两岸山坡一般为全强风化岩质边坡 岩体破碎 裂隙发 育 形成不利的结构面组合 因此分析认为溢洪道进口水平段两岸山坡稳定性 较差 其它地段山坡稳定性相对较好 1 3 4 涵管工程地质条件 灌溉涵管为坝下埋管 为钢筋砼圆形涵管 涵闸基础坐落在强风化石英云 母片岩上 岩石允许承载力能满足要求 工程地质条件较好 由于坝体与放水 涵周边接触处未做回填灌浆处理 因此其周边接触处有渗漏的可能 1 3 5 天然建筑材料 本工程所需天然建筑材料为砂砾石料及块石料 其中砂砾石料5 77万m3 砂料3 722万m3 砾石料3 312万m3 块石料4 9万m3 为了满足这一需求 本阶 段对天然建筑材料进行了详查工作 砂砾石料场有花园里料场和柏树里料场 两个料场开采条件与交通条件基 本相同 但花园里料场砂粒粒径比柏树里料场好一些 建议优先采用花园里料 场 土料场有毛家料场和港黄料场 毛家料场土料储量少 港黄料场土料储量 丰富 两个料场的运输条件和开采条件均较好 各料场的粘粒含量满足防渗土 料的质量要求 毛家料场土料砾石含量偏大 但可以满足大坝填筑质量要求 6 1 4 工程除险加固的必要性 XX 水库枢纽工程由大坝 溢洪道 灌溉涵管等水工建筑物组成 本次设计仅对该枢纽工程的主要建筑物进行除险加固处理 水库枢纽工程 的工程总体布置基本保持原状 由于XX水库大坝当年采用群众运动方式施工 施工速度快 坝体碾压和含 水量控制不严 坝体填筑质量差 根据实际运用中出现的情况 历次地质勘探 及对大坝质量的检测暴露出大坝存在以下主要问题 一 大坝存在的主要问题 1 坝体填筑土结构较疏松 坝体填筑土渗透系数算术平均值大于 1 0 10 4cm s 坝体填筑土防渗性能不能满足要求 存在坝体渗漏问题 2 大坝坝基表部岩石属中等透水层 基岩未做防渗处理 存在坝基渗漏 3 大坝两坝肩上部岩体裂隙发育 透水性强 属中等透水至强透水岩体 根据相对不透水层顶板线与正常高水位线的关系 两坝肩均存在绕坝渗漏问题 4 大坝原型观测项目不全 缺少观测设施 仅有大坝坝体浸润线观测 而且观测设备落后 5 大坝下游排水棱体未设反滤 堵塞严重 排水效果差 贴坡及堆石棱 体块石风化严重 6 大坝上游块石护坡风化严重 局部已经损坏 7 上坝防汛公路坡度太陡 影响防汛抢险交通 8 大坝坝顶无防汛照明设施 不利防汛 现有管理房陈旧 简陋 面积 小 不能满足管理要求 9 大坝左坝肩山体距溢洪道右侧边墙 8m 处 发生过局部滑坡 影响东 干渠道的正常运行 10 坝顶防浪墙有多处明显开裂 破损 二 溢洪道存在的主要问题 1 溢洪道进口段右端山体沿坡面产生间断拉裂缝 裂缝长约 5 0m 宽 度一般为 1 2cm 最宽处达 7 0cm 山坡较陡 山坡角一般 40 45 7 2 溢洪道底板多处隆起塌落 砼风化严重 强度较低 3 溢洪道泄槽末端交通桥桥下净空高度不够 影响溢洪道行洪 泄槽边 墙高度不满足泄洪水深要求 4 溢洪道挑流消能下游的冲刷坑边墙浆砌块石冲垮 5 溢洪道出口出水渠未衬砌 对河岸冲刷严重 三 灌溉涵管存在的主要问题 1 灌溉涵管闸门井位于涵管中部布置不合理 不利于闸门井前涵管运行 管理与检修 2 灌溉涵管总长 146m 砼结构 砼设计标号为 200 竖井以后 76m 采 用了钢衬钢筋砼结构 竖井以前尚有 70m 未衬钢管 为钢筋砼结构 由于涵管 长期受水流冲刷 涵管管面形成蜂窝麻面 边墙结合部有 0 26m 结构缝渗漏 涵管砼配筋不满足要求 3 竖井启闭设备为 30 吨手动螺杆式启闭机 手摇速度慢 摇动很吃力 且不能完全关闭 4 工作闸门为平板钢闸门 已运行三十多年 闸门偏离中心位置达 6 8cm 漏水严重 已处于报废状态 现主要靠电站出水口闸门控制 四 XX 水库存在的其它主要问题 1 大坝左坝肩山体不稳定 岩石破碎 坡度较陡 1973 年出现大面积 山体滑坡 2 大坝右肩山体距大坝约 50m 处发生过大面积山体滑坡 堵塞渠道 影 响上坝公路交通 3 防汛公路路面为泥石路 冲刷严重 凹凸不平 路面较窄 路基不实 上坝防汛公路坡度太陡 影响防汛抢险交通 4 灌溉渠道闸门老化 漏水严重 XX 水库自 1968 年投入运行以来 在运行中虽未发生跨坝等重大事故 但 枢纽建筑物存在的问题确实不少 特别是大坝渗漏问题较严重 溢洪道水力条 件差 不能满足泄洪要求 灌溉涵管露筋 渗漏 裂缝严重 钢闸门 启闭设 备老损 为保证下游人民生命财产的安全 对 XX 水库除险加固是很有必要和十 分紧迫的 8 本工程经径流复核 要保持灌溉4 5万亩农田 必须保持水库原设计规模 本次除险加固设计按 防洪标准 GB50201 94 和 水利水电工程等级划分 及洪水标准 SL252 2000 的有关规定 经复核该工程为中型水库 水库 按五十年一遇洪水标准设计 千年一遇洪水标准校核 水库设计正常蓄水位103 1m 相应库容2090 104m3 死水位78 93m 相应 库容11 104m3 设计洪水位 P 1 105 01m 相应库容2450 0 104m3 校核 洪水位 P 0 1 106 03m 相应库容2631 0 104m3 为年调节水库 设计灌 溉面积4 5万亩 1 5 工程建筑物除险加固设计 XX水库是一座以灌溉为主 结合防洪 养殖 供水等综合利用的中型水利 工程 本次设计按照 防洪标准 GB50201 94 水利水电工程等级划分 及洪水标准 SL252 2000 的有关规定 经复核该工程规模仍为中型水库 工程等别为3等 主要建筑物级别为3级 次要建筑物级别为4级 临时建筑物级 别为5级 1 5 1 大坝现状渗透稳定复核 大坝现状渗流复核计算采用北京理正软件设计院开发的 渗流计算分析 3 0 版 计算时首先拟合相应断面渗压计水位线 复核已选定的渗透系数 分区及边界条件 再按不同水位工况计算大坝的渗流流网 根据大坝现状渗流 流网计算结果可知 大坝各典型计算断面在正常蓄水位时 浸润线位置较低 但在设计和校核水位下 大坝渗流性态较为不利 浸润线位置较高 大坝下游 坝坡浸润线逸出点较高 而大坝下游坡出口无保护 极易产生渗透破坏 大坝 坝体内最大水平渗透坡降小于经验允许渗透坡降 在坝体内产生渗透破坏的可能 性不大 但在各种工况下 下游坝坡逸出点渗透坡降接近或超出坝坡逸出点的 临界渗透坡降 大坝下游坝基砂砾石的最大渗流坡降为 0 26 接近或已超出砂 卵砾石的允许渗透坡降 极易产生渗透破坏 强风化基岩渗透坡降为 0 24 0 35 小于允许渗透坡降 因此 可以认为 大坝在设计 校核水位工况 条件下 渗透稳定不满足要求 9 1 5 2 大坝现状坝坡安全分析 按照 碾压式土石坝设计规范 SL274 2001 的规定 现状坝坡稳定计 算分别按计及条块间作用力的简化毕肖普法 稳定渗流期采用有效应力法对下 游坝坡进行稳定计算 水位降落时分别采用有效应力法和总应力法对上游坝坡 进行稳定计算 本工程采用北京理正软件设计院开发的 边坡稳定分析 3 0 版 由微 机进行计算 现状大坝各典型断面的坝坡稳定计算成果为 从现状坝坡抗滑稳定计算结果来看 大坝坝中 0 070 断面在正常蓄水位运 用条件下 下游坝坡抗滑稳定安全系数满足规范要求 在设计洪水位 校核洪 水位运用条件下 下游坝坡抗滑稳定安全系数均不满足规范要求 坝中 0 135 断面和右坝段 0 205 断面在正常蓄水位 设计洪水位 校核洪水位运用条件下 下游坝坡抗滑稳定安全系数均不满足规范要求 在库水位自校核洪水位快速降 落至正常蓄水位情况下坝中 0 070 断面 0 135 断面及右坝段 0 205 断面上游 坝坡抗滑稳定安全系数均满足规范要求 在库水位自正常蓄水位降落至涵管顶 78 93m 高程情况下 坝中 0 070 断面 0 135 断面及右坝段 0 205 断面上游坝 坡抗滑稳定安全系数均不满足规范要求 1 5 3 大坝除险加固设计 1 5 3 1 大坝除险加固设计内容 针对XX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 大坝坝基及坝端绕坝渗漏处理设计 3 大坝坝顶设计 4 上游坝坡及护坡重建设计 5 下游坝坡护坡及坝面排水设计 6 下游排水棱体重建设计 10 7 大坝监测设计 8 水情观测及管理房 针对XX水库大坝现状存在的问题 本次除险加固设计着重解决XX水库的坝 体 坝基及绕坝渗漏问题 并对大坝坝顶 坝坡 排水棱体及观测设施进行全 面系统的加固设计 按照以上原则 本次除险加固设计对大坝防渗主要考虑对 坝身 坝基及绕坝渗漏通道进行截渗 并对存在稳定问题的坝坡进行加固 1 5 3 2 大坝加固设计 1 5 3 2 11 5 3 2 1 大坝砼防渗墙加固大坝砼防渗墙加固设计设计 大坝砼防渗墙利用反循环钻机成墙 防渗墙截至坝基强风化岩石以下 1 0m 形成一道防渗体 墙体有效厚度0 6m 墙顶高程106 5m 砼防渗墙轴线位于坝轴线上游 0 5m 处 防渗墙造孔自大坝右侧至大坝左侧 山体 全长 252 m 单排布孔 间距 1 0 m 钻孔布置在坝顶 孔口高程 107 15m 反循环钻机成墙法构筑砼防渗墙设计指标如下 1 渗透系数 K 1 0 10 7cm s 2 墙体厚度 t 0 6m 3 抗压强度 R28d 3 5Mpa 4 墙体深度 防渗墙设计深度既要满足防渗要求 又要做到经济合理和 便于施工 墙底伸至坝基强风化岩石以下 1 0m 最大高度 35 5m 5 混凝土配合比 为保证防渗墙的浇筑质量 砼配合比应现场试验确定 一般每 m3防渗墙用料为 水泥 70 200kg 膨润土 20 50 kg 5 20 粘 土 150 300 kg 中粗砂 450 750 kg 卵石 500 950 kg 水 150 200kg 水 灰比 0 1 0 8 水胶比 1 2 砼坍落度控制在 18 22cm 扩散度控制在 34 38cm 1 5 3 2 21 5 3 2 2 大坝坝基及绕坝防渗加固大坝坝基及绕坝防渗加固设计设计 坝基及两坝肩岩体防渗均采用帷幕灌浆处理 帷幕深入相对不透水层以下 5 0m 两坝肩岩体在坝顶沿防渗墙中心线分别向左 右岸延伸至山体的相对不 透水层顶板线 q 10lu 与正常蓄水位 103 1m 高程线相交为止 帷幕灌浆范 11 围处理范围0 026 0 272 帷幕灌浆孔孔距2 0m 全长298m 灌浆孔距2m 采 用2序孔施工 1 5 3 2 31 5 3 2 3 坝体其它部位除险加固设计坝体其它部位除险加固设计 大坝坝顶宽度从现状5 5 5 8m整修成5 8m宽 为避免坝顶受雨水冲刷 并 考虑到坝顶的美观问题 在路面底部先铺设一层15cm厚的砂砾石垫层 然后在 路面底部再铺设一层15cm厚的水泥砂砾石稳定层并碾压整平 最后再铺一层 20Cm厚的C25砼面层做路面 坝顶高程107 20m 坝顶防浪墙高程107 65m 上游护坡重建时首先将现状上游坝坡块石及垫层全部清理 对有裂缝的地 方进行追挖填补 对塌陷 洼凹处进行填补修整 考虑上游坝坡边坡稳定要求 把废弃碎石料往上游坝脚堆筑一压脚平台 平台高程略高于输水隧洞进口底板 高程 78 93m 死水位 取为 82 5m 平台以下坝坡采用抛石固脚 82 5m 平台 以上坝坡按设计要求清理整坡后 首先铺筑 15cm 厚度的砂石垫层 再在其上 游采用 12cm 厚 C15砼预制块护坡 底部设 C15砼大方脚 大方脚顶宽 0 5m 底 宽 1 1m 高度 1 0m 右岸与右岸坝肩及岸坡相接 左岸与现有的块石护坡相接 本次加固设计拟对桩号 0 190 0 200 棱体予以新建 按新设计的棱体尺寸 重建 桩号 0 000 0 200 段 将原有棱体抽槽重建 重建范围为 0 030 0 050 0 060 0 080 0 100 0 120 0 130 0 150 桩号 抽槽重建 总长度 80m 新建排水棱体顶高程 77 0m 上游坡 1 1 下游坡 1 1 5 在大 坝排水棱体下游设纵向截渗沟 截渗沟底宽 0 5m 两侧边坡 1 1 截渗沟衬砌 用微风化块石浆砌 截渗沟末段设量水堰 用于观测渗水量 本次设计将坝下游原有块石护坡全部清除 对有裂缝的地方进行追挖填补 对塌陷 洼凹处进行填补修整 本次设计下游坡比基本维持现状坝坡坡比 从 上至下依次为 1 2 1 1 2 5 1 3 在高程 87 21m 97 08m 处分别保 留 1 5m 宽平台 设计考虑在坝坡坡面整平后重新铺设新的网状草皮护坡 草皮 护坡范围为反滤排水体顶高程以上的整个下游坝面 护坡前将下游坝坡按设计 坡比全面夯实 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 在下游坝面设置纵横向排水沟和岸坡排水沟 12 1 5 3 2 41 5 3 2 4 大坝除险加固后渗透稳定和坝坡大坝除险加固后渗透稳定和坝坡抗滑抗滑稳定计算稳定计算 XX 水库经过大坝坝体建造砼防渗墙 大坝坝基和绕坝作防渗加固处理后 大坝渗流状况将发生改变 本次设计采用有限元方法对大坝加固处理后的渗流 稳定作计算分析 经计算 大坝加固处理后坝体浸润线在下游坝坡出逸点及沿 下游地基出逸坡降均有大幅度降低 渗流稳定满足要求 大坝除险加固后在正常运用和非常运用情况下 各典型计算断面的上游坝 坡和下游坝坡最小抗滑稳定安全系数均满足规范要求 1 5 4 溢洪道除险加固设计 由于现状溢洪道存在溢流堰开裂 边墙高度不够 泄槽底板无排水设施 施工质量差 老化严重 存在大量破坏现象 冲刷坑边坡不稳 下游河道冲毁 严重等主要问题 针对溢洪道现状存在的问题 确定溢洪道需作除险加固处理 的主要项目如下 进水口削坡衬护 重建溢流堰 泄槽底板及边墙重建 增设排渗系统 重 建交通桥 对消能设施进行加固 并将出水渠衬护等 1 5 4 1 进口段除险加固方案 进口段长 32m 据施工人员回忆 当时进口段为工程弃碴堆积而成 土质 松散 未经碾压 目前岸坡为 1 0 9 长期自然沉陷引起溢流堰右侧堰体及进 口段混凝土底板拉裂 为稳定进口岸坡 拟对进口段岸坡进行抛石固脚 坡面 衬护 1 5 4 2 控制段除险加固方案 控制段 0 22 4 0 26 4桩号 长度4 0m 采用无闸控制的自由泄流方式 溢流堰堰型为WES曲线实用堰 为防止进口岸坡失稳对溢流堰安全产生影响 溢 流堰位置向后移动18 5m 泄洪净宽42m 堰顶高程103 1m 下游与泄槽相接 接点高程101 1m 边墙采用砼挡土墙 溢流堰堰型为WES曲线实用堰 在现状溢洪道底板上 以30Cm厚C25砼浇筑 溢流堰堰面 内部以C15砼埋块石填腹 WES曲线堰面由三段曲线组成 上段WES 13 曲线方程为 y 0 277x1 85 堰底宽4m 堰顶高程103 1m 下游与泄槽相接 接 点高程101 1m 堰底板上游齿槽嵌入基岩1 0m 底宽0 5m WES曲线实用堰两 端为砼挡墙 堰体与上 下游段及边墙均设伸缩缝连接 缝中设铜片止水 溢流堰堰基防渗及两岸绕渗采用帷幕灌浆处理 溢流堰防渗处理全长79m 防渗帷幕向左延伸至山体相对不透水层顶板线 q 10lu 与正常蓄水位 103 1m 高程线相交为止 右岸沿山体向右延伸16m 以满足绕坝防渗要求 帷 幕灌浆采用单排布孔 孔距2 0m 帷幕深度伸至相对不透水层 q 10lu 以下 3 0m 1 5 4 3 泄槽除险加固方案 泄槽段总长度101 5m 其中收缩段长度70m 由底宽42 0m收缩至10 0m 顺 直段31 5m 净宽10 0m 各段泄槽布置如下 1 第一段 泄槽渐变段 该段轴线长70m 由42m底宽的矩形断面渐变为 底宽10m 泄槽纵向坡度1 5 75 1 3 16 该段起始端接堰体下游 101 1m高 程 新增30cm厚C25钢筋砼衬砌护面 边墙高度按溢洪道校核洪水水面线加安全 超高确定 2 第二段 泄槽顺直段 底宽10m的矩型断面 左右边墙为C25砼重力式 挡土墙 底板纵向坡度1 3 16 沿底板及边墙长度方向每10m设置一横向缝 底板设三条纵缝 缝中用沥青杉板填缝 3 第三段泄槽挑流段 轴线长度6 0m 底宽10m 挑流鼻坎顶高程74 1m 基 础高程69 0m 左右边墙为砼重力式挡土墙 出口边墙为C25砼挡土墙 挑流鼻坎 反弧半径8m 挑射角300 原挑流鼻坎段砼不满足抗冲要求 将表层凿除40cm原 砼 采用风钻打孔 设孔间距1 0m 呈梅花型布置 孔内设 22cm 锚筋 再浇 筑C25砼面层 1 5 4 4 消能防冲设施除险加固方案 XX 水库溢洪道消能形式为挑流消能 本次加固设计针对溢洪道现状布置情 况 拟对挑流消能和底流消能两种消能形式进行方案比较 经过经济技术 方案 比较 采用挑流消能方案 对冲刷坑进行加固 加固后冲刷坑长度 60 2 m 底 14 宽 25m 为了在溢洪道下泄小流量时保护鼻坎基础 底板在靠近鼻坎处采用 15m 长 0 5m 厚的 C25砼进行衬砌 其余采用 0 6 m 厚干砌石对挑流鼻坎基础进行保 护 1 5 4 5 出水渠除险加固方案 出水渠渠长257m 现状渠底部分和两岸冲毁严重 各断面宽窄不一 断面 形状不规则 底宽25 26 m 水流条件差 影响洪水的顺畅泄流 根据溢洪道设计规范 出水渠设计标准按 10 年一遇洪水设计 相应洪峰流 量 118 61m3 s 出水渠平均坡降 0 314 糙率 n 0 025 出水口高程 71 50m 渠道断面采用梯形断面 底宽 25m 边坡 1 1 5 渠道衬砌断面最大 过流流速为 2 67 m3 s 按抗冲流速标准选用渠道的衬砌材料为干砌块石 干砌 块石厚度 40cm 下设 10cm 碎石垫层 渠顶超高为 0 5m 渠顶高程 74 0 73 19m 1 5 4 6 交通桥设计方案 原交通桥在溢洪道泄流时产生阻水 本次设计拟对老桥予以拆除 在溢洪 道泄槽尾部新建一座交通桥 交通桥为钢筋砼桥 桥面宽 4 1m 净跨 10 0m 桥底高程大于溢洪道边墙高程 以满足溢洪道泄流要求 1 5 4 7 灌溉交叉涵设计方案 东干渠位于大坝下游 渠线必须跨越溢洪道 现状溢洪道泄槽底部埋设有灌 溉交叉涵 本次设计拟对原灌溉交叉涵拆除重建 进出口设渐变段与东干渠相 连接 1 5 5 灌溉引水系统设计 1 5 5 1 加固方案 现状灌溉涵管为坝下埋管 涵管内径 1 3m 设计引用流量为 4 5m3 s 根 据涵管的使用功能按照现场地质地形条件 本次设计选用老灌溉涵管加固和新 15 建输水隧洞两种加固方案进行技术经济比较 老涵管加固方案由于涵管及竖井结构存在的种种隐患 且水库低水位时流 量不能满足灌溉的需要 保留老灌溉涵管将会对大坝的安全运行留下安全隐患 新建输水隧洞工程质量有保证 过流能力能满足灌溉要求 工程运行稳定 可靠 能最大限度发挥工程的灌溉效益 本次设计选定新建输水隧洞方案作为 灌溉引水系统的加固设计方案 对原灌溉涵管予以封堵 1 5 5 2 新建输水隧洞设计 输水隧洞进口布置在大坝右端 按照现场地质地形条件 洞线布置于大坝 右岸山体中 隧洞由进水口 渐变段 直线段 平弯段 出口钢管段组成 全 长 168 5m 隧洞进水口为塔式进水口 进口底板高程为 78 93m 闸室布设拦污栅 事 故检修闸门及进气孔 进水口为钢筋砼结构 对进口洞脸边坡采用喷砼衬砌 输水隧洞为有压隧洞 根据规范要求 宜采用圆形断面 为方便施工 洞 内径取 1 8m 隧洞纵坡 0 53 总长 163 5m 隧洞 0 015 0 020 为 5m 渐变 段 0 076 5 0 092 设为弯道段 0 163 5 0 168 5 段为明钢管段 其余为直线 段 隧洞采用 C25钢筋混凝土衬砌并进行固结 回填灌浆 衬砌分缝长度为 10m 衬砌厚度 0 35m 隧洞出口镇墩为 C15混凝土结构 1 5 6 大坝蚁害治理 根据对蚁路 蚁皮 以及现场捕抓白蚁的分析 危害大坝的蚁种主要是黑 翅土白蚁和黄翅大白蚁 就 XX 水库大坝的白蚁数量及危害分布情况 按照 土栖白蚁危害程度等级 进行评估 其危害程度基本达到 类蚁害工程标准 严重 应进行综合治理 采用以毒杀灭治为主 诱杀防治为辅的土栖白蚁综 合防治技术方案 1 5 安全监测设计的主要内容 根据 土石坝安全监测技术规范 SL60 94 的要求 结合该坝目前安 全监测的实际情况 建立包括大坝坝体和坝基渗流观测 渗漏量观测 溢洪道 16 边坡稳定观测 上下游水位观测 坝区降水量及气温观测在内的大坝安全监测 体系 1 6 施工组织设计 根据中华人民共和国水利电力部 水利水电工程等级划分及洪水标准 SL252 2000 该工程临时性水工建筑物级别为5级 所采用的洪水标准为 5 10年一遇 根据工程实际情况 采用5年一遇洪水标准 本次除险加固大坝 溢洪道施工均可利用灌溉涵管进行临时施工导流 灌溉涵管施工时利用隧洞进 行临时性导流 根据流域来水特点和施工特点 对施工期洪水进行有导流设施 的洪水计算 整个工程总施工期为二年 根据施工总体安排 第一年8 9月为施工准备 期 应完成临时道路施工 场地平整 供电及供水工程 并提前做好水库水位 降低至死水位78 93m的工作 为充分发挥工程效益和减少损失 按工程投资均 匀投入的原则 先行安排大坝混凝土防渗墙施工 大坝工程施工期为二年 大坝安排在第一年 9 月至第三年 5 月施工 溢洪 道安排在第一年 10 月 第二年 1 月及第二年 10 月 第三年 1 间施工 输水隧 洞安排在一个枯水季节完成 灌溉涵管封堵施工在隧洞施工完成后进行 1 7 环境保护设计及水土保持 工程施工期间将给当地的工农业生产带来一定的负面作用 废水 废气及 机械噪声会对周围环境造成一定污染 施工和拆迁安置均会破坏现有植被 加 重水土流失 施工对附近的交通状况也会有所影响 但该工程对环境的不利影 响主要体现在工程建设期 工程建成后对环境的不利影响较小 通过现状调查和工程对环境的影响分析 可知该工程除险加固后 对环境 的发展将产生积极影响 首先是工程的建设将促进该区域的经济发展 解除了 病险库工程给人们心理带来的压力 其次工程安全运行后 水库可蓄水至正常 蓄水位 一方面下游人民的生命财产免受洪水侵害 人民生活安宁 社会稳定 另一方面工程效益得到明显提高 增大了灌溉面积和养殖面积 为社会发展作 出贡献 工程所采取的绿化措施 可增加植被覆盖率 降低噪声和大气污染 涵养水土 对该库区周围的生态环境起到良性促进作用 17 工程施工期间 主要有砂石料场和土料场 防汛公路改造扩建 弃碴场覆 盖等造成植被破坏 施工过程中取弃土石要综合考虑 填挖土石应相互利用 以减少施工中的 弃土石碴量 弃土石碴应结合填坑 筑路合理规划 弃土石碴应在指定地点堆 放 分层夯实 及时种上树草 避免松散的弃土石碴产生新的水土流失 对采 取堆高方式的弃碴场 应修建拦碴坝 以防止水土流失的发生 需要特别注意 施工土石的流失 以免造成河道淤塞 施工完成后 应对破坏的植被进行植草 植木处理 水土流失治理应采取工程措施和生物防治措施相结合 全面规划 综合治理 本工程水土保持及环境保护的概算总投资为40 75 万元 其中水土保持投 资为21 02万元 环境保护投资为10万元 其他费用为1 88万元 1 8 工程管理设计 根据 江西省水利工程管理体制改革实施方案 赣府 2004 22 号 和 水利部 财政部 水利工程管理单位定员定岗标准 试行 水办 2004 307 号 的要求 XX 人民政府于 2005 年 8 月 11 日下达了 XX 市水利工程管理体制 改革实施方案 本次设计与实施方案相一致 机构设置继续保留 XX 水库管理 委员会 股级建制 负责 XX 水库的日常管理 防洪运行和维护任务 为纯公 益性水管单位 定性为事业单位 全额拨款 根据水利部 财政部 水利工程管理单位定员定岗标准 试行 水办 2004 307 号 的要求对 XX 水库人员进行定岗定编 加固后 XX 水库总库容 为 2631 万 m3 按标准定员级别为 4 级 经 XX 市有关部门测算 并在实行管养 分离的前提下 将各水管单位的灌区划给属地乡镇管理 水费收缴和渠道维护 由乡镇负责 通过对部分岗位合并 确定 XX 水库管理委员会人员编制为 7 人 根据 水库工程管理设计规范 SL106 96 的有关规定 应在工程除险 加固的同时进行如下管理设施的配套完善 1 水情雨情监测设施 2 水工建筑物安全监测设施 3 管理单位用房 4 交通设施 18 5 防汛公路 6 通讯设施 7 图书情报管理设施 工程运用的原则是 根据水文预报 要求水库蓄水期应在符合防汛要求的 前提下尽量多蓄水 并充分利用天然来水进行灌溉 发挥水库的经济效益 对 水库水位的骤降应严格控制在 1m 昼夜之间 1 9 投资概算 本工程概算 编制办法 采用能源水规 水利水电工程初步设计概算编制 办法 1991 527 号 费用构成及计算标准 采用水利部 水利水电工程设计 概 估 算费用构成及计算标准 1998 15 号 建筑工程定额采用原水利 电力部 水利水电建筑工程概算定额 2002 依据以上定额和编制办法进行概算编制 工程静态总投资 3182 67 万元 其中工程部分 3141 92 万元 环境部分 40 75 万元 基本预备费费率 5 1 10 经济评价 经计算 XX水库除险加固建设经济净现值ENPV 809万元 0 通过国民经 济评价 本项目EIRR ENPV EBCR三项指标均高出规定值较多 说明国民经 济效益良好 项目的抗风险能力较强 因此 可得国民经济评价结论为 项目 在经济上是合理可行的 1 11 结论与建议 XX水库的除险加固不仅涉及到工程本身效益的提高 更重要的是涉及大坝 下游人民群众的生命财产安全 因此 为保证XX水库安全运行与充分发挥效益 针对水库的病情险况 采取相应的除险加固措施不仅非常必要 而且十分迫切 XX水库除险加固工程实施完成后 不仅使工程能恢复到正常蓄水位 产生巨大 的社会经济效益 能使下游灌区得以配套 保障农田旱涝保收 更为重要的是 使下游人民群众长期受到的洪水威胁得以解除 其产生的社会效益是难以计算 的 由于XX水库长期以来库水位限蓄 不能正常运行 未能正常发挥工程效益 19 因市 县财政困难 且XX水库管理单位的直接收入主要来源于灌区的水费 仅 能维持管理人员的日常工作支出 难以偿还债务 因此 对XX水库除险加固资 金请求国家和上级部门给予支持 为确保灌区4 5万亩农田旱涝保收 建议今后 陆续安排灌区续建配套工程 附 XX水库工程特性表 表1 1 XX水库工程特性表 一 数 量序 号 名 称单位 原设计安鉴成果本次初设 备 注 一水文 1 流域面积 全流域km2 310310310 坝址以上km2 35 835 835 8 2 主河道长度 全流域km 51 951 951 9 坝址以上km 17 917 917 9 3 坝址以上主河道比降 1 141 141 14 加权平均比降 4 利用水文系列年限年 3636 5 多年平均降雨量 mm1852 41852 4 白田雨量站 36 年 6 特征流量 设计洪峰流量 m3 s325397 0397 0 86年设计P 1 本次复核P 2 校核洪峰流量 m3 s500 5657 4657 4 86年设计P 0 2 本次复核P 0 1 二水库 1 水库水位黄海系统 下同 校核洪水位 m105 93 106 09106 03 原设计P 0 2 本次复核P 0 1 设计洪水位 m 104 3105 06105 01 86年设计P 1 本次复核P 2 正常蓄水位 m 103 1103 1103 1 灌溉死水位 m 78 9378 9378 93 3 水库容积 20 校核水位库容 104m32619 2638 72640 3 原设计P 0 2 本次复核P 0 1 设计水位库容 104m32326 2459 682449 7 86年设计P 1 本次复核P 2 正常蓄水位库容 104m3209020902090 死库容 104m3111111 4 调节特性年调节年调节年调节 续表 1 1 XX 水库工程特性表 二 数 量 序 号 名 称单位 原设计安鉴成果本次初设 备 注 三下泄流量 1 设计洪水最大泄量 m3 s 231 69 221 3 2 校核洪水最大泄量 m3 s 441 56 438 3 四工程效益指标 1 灌溉面积万亩 4 54 54 5 实际灌溉3 2万亩 2 水面养殖 Km21 081 081 08 3 保护人口万人 2 52 52 5 4 保护耕地万亩 1 81 81 8 五主要建筑物 1 大坝 1 坝型心墙坝近似均质坝心墙坝 2 地基特性 石英黑云母片岩 石英二云母片岩 3 上游坝坡 1 2 5 1 3 0 1 3 5 1 2 06 1 2 68 1 3 0 1 3 5 1 2 5 1 3 0 1 3 5 4 下游坝坡 1 2 0 1 2 5 1 3 0 1 1 89 1 2 24 1 2 35 1 2 70 1 2 98 1 3 15 1 2 1 1 2 45 1 3 21 5 坝顶宽度 m6 0 5 5 5 85 8 6 坝顶长度 m276252252 7 最大坝高 m3434 34 5 8 坝顶高程 m107 1 106 97107 20黄海高程 9 下游排水型式棱体排水棱体排水棱体排水 10 棱体顶宽 m23 22 续表 1 1 XX 水库工程特性表 三 数 量 序 号 名 称单位 原设计安鉴成果本次初设 备 注 11 棱体顶高程 m76 6 76 25 78 2 77 12 内坡 m 1 1 11 1 11 1 13 外坡 m 1 1 51 1 51 1 5 2 溢洪道 1 控制段型式宽顶堰实用堰WES实用堰 2 最大过流量 m3 s 441 56438 3 3 进口底板高程 m101 1101 1101 1 4 堰顶高程 m103 1103 1103 1 5 控制净过流宽度 m254242 6 泄槽宽度 m42 1042 10 7 泄槽长度 m93 795 5 8 泄槽纵坡 1 2 35 1 3 0 1 5 75 1 3 9 消能方式挑流消能挑流消能挑流消能 10 设计过流量 m3 s 231 69221 3P 2 11 最大过流量 m3 s 441 56 438 3 P 0 1 12 出水渠设计过流量 m3 s 193 19 121 49 P 10 13 挑流鼻坎宽度m10 0 10 14 挑流鼻坎高程m74 1 74 1 15 反弧半径8 0 8 16 挑射角度30 30 22 17 冲刷坑长度 m60 2 18 冲刷坑宽度 m 18 3 17 4 25 19 底板高程 65 066 80 20 出水渠长度 257257 21 出水渠宽度26 28 25 22 纵坡 0 3140 314 续表 1 1 XX 水库工程特性表 四 数 量 序 号 名 称单位 原设计安鉴成果本次初设 备 注 23 护砌形式干砌块石护坡 3 灌溉涵管本次设计封堵 1 型式 钢筋砼 圆形涵管 钢筋砼 圆形涵管 封堵 2 地基特性 石英黑云母片岩 石英二云母片岩 3 进口高程 m78 9378 93 4 出口高程 m78 178 1 5 涵身纵坡 0 5680 568 6 涵身长度 m146146 1 36 闸门井前长70 m 原 钢筋砼衬砌厚度 35cm 加衬12cm厚钢 筋砼 7 涵身内径 m1 6 1 30 闸门井后76m钢板衬砌 8 进口启闭平台高程 m107 1107 1 9 进口拦污栅扇 11 10 工作闸门扇 11 平板钢闸门已变形 11 启闭机台 11 30吨手摇螺杆启闭机 已老化变形 4 输水隧洞 1 型式钢筋砼圆形隧洞 2 地基特性石英二云母片岩 23 3 进口高程 m78 93 4 出口高程 m78 1 5 涵身纵坡 0 53 6 洞身长度 m148 5 7 洞身内径 m 1 8 钢筋砼衬砌厚度 m0 35 9 进口闸室长度 m12 续表 1 1 XX 水库工程特性表 五 数 量 序号名 称单位 原设计安鉴成果本次初设 备 注 10 进口闸室宽度 m5 6 11 进口启闭平台高程 m107 0 12 进口拦污栅扇 1 13 事故检修闸门扇 1 14 启闭机台 1 六施工 1设计施工年限年2 2主体工程主要工程量 1 土方开挖万 m311 1 2 石方开挖万 m30 65 3 土石方填筑万 m33 39 4 砼浇筑万 m31 47 5 浆砌石及干砌石万 m33 55 6 砼防渗墙 m2 8760 7 帷幕灌浆m2601 24 8 钢筋制安吨147 3主体工程主要材料 1 水泥吨5770 2 钢筋吨147 3 砂m325580 4 卵石m337850 续表 1 1XX 水库工程特性表 六 数 量 序 号 名 称单位 原设计安鉴成果本次初设 备 注 5 块石m321240 七工程投资 1工程部分 建筑工程万元2188 04 机电设备及安装工程万元211 74 金属结构设备及安装工程万元44 14 临时工程万元124 00 独立费用万元424 39 基本预备费万元149 62 静态总投资万元3141 92 总投资万元3141 92 2环境部分 水土保持工程万元21 02 环境保护工程万元10 0 基本预备费万元0 85 静态总投资万元40 75 总投资万元40 75 25 3工程投资合计3182 67 八经济评价 1 国民经济内部收益率 EIRR 13 9 2国民经济净现值 ENPV 万元809 3经济效益费用比 EBRC 1 25 2 水文 2 1 流域概况 XX 水库工程位于江西省XX 市的白田乡境内 坝址位于XX 市白田乡 XX 村 所在河流为信江水系泗沥河裴源水 泗沥河发源于三县岭 由北向南流经 庙基 横岭背 白田 港黄村 泗