水库大坝设计 水利工程专业毕业设计 毕业论文.docx

华北水利水电学院毕业设计 1摘要新春水库位于四川省江油市东兴乡新春村，属涪江水系芙蓉溪支流。新春水库自然集雨面积3.13km2，坝址以上主河道长5.17km，河槽比降12.53。大坝下游1.2km处有108国道，影响人口约800人，耕地1200亩。工程于1973年动工修建，1975年建成投入使用，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合效益的小（2）型水库。由于5.12地震对水库造成一定程度的损伤，如： 坝体产生多条裂缝。下游有渗漏现象，大坝迎水坡未进行防护，水流掏涮严重；坝顶未硬化，不利于工程管理和大坝安全。原放水设施为斜卧管，浆砌条石结构，有渗漏，且运行管理不便。本次设计的主要内容为：通过对新春水库复核基本资料为水文设计洪水复核、洪峰流量以及溢洪道最大泄洪能力复核、大坝渗流稳定分析、除险加固方案设计、施工组织设计等。通过水文方面计算，试算出设计和校核水位，最后进行溢洪道最大泄流能力复核，另外通过大坝的渗流稳定分析确定大坝是否存在险情并采取有效的工程措施，从而使大坝达到除险加固的目的。关键词：水文计算；稳定分析；渗流分析；稳定分析；除险加固AbstractXinChun reservoir is located in Sichuan Jiangyou Dongxing XinChun village of the Peijiang River Lotus River tributaries. Natural rain collection area of the reservoir is 3.13km2, the main water rain collection area of natural runoff storage store. The main river above the dam site long 5.17km, channel slope 12.53 . Dam has an influence of a population of about 800 people and 1200 acres of farmland. Project started construction in 1973 and put into operation in 1975. It is a mainly for irrigation, flood control, water supply, farming and the small overall efficiency (2) reservoir.朗读显示对应的拉丁字符的拼音字典 The 5.12 of the reservoir as a result of the earthquake caused damage to some extent, such as: (1) there are a number of cracks in the dam; (2) leakage downstream dam slope is not welcome for water protection, water rinse dig grave; top of the dam is not hardened, not conducive to project management and dam safety. (3) the original drainage facilities decumbens tube, mortar of stone structure, leakage, and the operation and management of inconvenience. The main elements of design, including review of hydrological design flood, peak flow, as well as review of the flood largest discharge capacity of the spillway ,dam seepage and stability analysis, eliminating and reinforcement design, organized construction design, etc.朗显示对应的拉丁字符的 Through the hydrological aspects of computing, we can design and verification test to calculate the water level, and finally the maximum spillway discharge capacity to review. The seepage through the dam to tell the dam stability analysis to determine whether there is danger and to take effective measures, thus eliminating danger of dam reached the purpose of reinforcement. Keywords:Hydrologic calculation; stability analysis; seepage analysis; stability analysis; reinforcementABSTRACT11综合说明41.1水文41.2工程地质51.3震损情况及水库安全评价61.4除险加固工程设计61.5施工组织设计72水文82.1流域概况82.2工程概况92.3设计洪水复核93工程地质133.1区域地质概况133.2天然建筑材料143.3结论144震损情况及水库安全评价154.1震前运行情况简述154.2主要震损出险情况154.3应急除险方案154.4安全评价结论165除险加固工程设计165.1工程现状及存在问题165.2设计依据175.3总体设计方案175.4 溢洪道加固设计255.5 放水涵管加固设计266施工组织设计266.1施工条件266.2施工导流276.3料场选择及开采276.4主体工程施工276.5施工总进度28附录29附录计算书29附录A 水文计算29附录B 大坝渗流计算37B1 大坝加固前渗流稳定分析计算37B2 大坝加固后渗流稳定分析计算53附录 外文原文及翻译761 综合说明1.1 水文1.1.1 流域概况新春水库位于四川省江油市东兴乡新春村，属涪江水系芙蓉溪支流，属亚热带季风气候区，气候温和，四季分明，雨量充沛，日照充足。具有冬季微寒，春来较早，夏长秋短，无霜期长以及冬干、春旱、夏洪、秋绵等气候特点。1.1.2 工程概况新春水库自然集雨面积3.13km2，坝址以上主河道长5.17km，河槽比降12.53。大坝下游1.2km处有108国道，影响人口约800人，耕地1200亩。工程于1973年动工修建，1975年建成投入使用，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合效益的小（2）型水库。水库设计灌溉面积500亩，实际有效灌溉面积650亩。设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准200年一遇。水库大坝为均质土坝，坝顶高程586，最大坝高10.83m，坝顶长60m，坝顶宽3.1m，上游坝坡平均坡比为1:1.7，下游坝坡坡比为1：1.9，上下游坝坡均为草皮护坡，下游无排水设施。2000年鉴定为三类坝。水库溢洪道位于大坝左侧，为正堰进口溢洪道，堰顶宽10m，堰顶高程583.00m。溢流净宽7.0m，侧墙采用浆砌石衬砌，底板采用混凝土衬砌，溢洪水流经消能后泄入下游河道。水库放水设施位于大坝右岸，属砌石无压平涵，梯级卧管取水。涵洞尺寸0.50.75m。放水洞底坎高程578.00m，设计最大放水流量0.2m3/s。1.1.3 设计洪水复核本次设计根据1/1万地形图勾绘了水库自然集雨范围及河流走势，量算复核了流域面积、集雨范围干流河道长度、综合比降等参数，在此基础上采用四川省水电厅1983.1年6月编制的四川省水文手册及推理公式法进行入库洪水流量复核计算。计算结果为：Qm5%=33.330m3/s，Qm0.5%=55.342m3/s；设由设计暴雨推求洪水总量的方法复核23.1小时入库水量，计算结果为：20年一遇WP=71.10万m3，200年一遇WP=116.56万m3。1.1.4 溢洪道最大泄洪能力复核经坝顶超高计算，h设= 1.35m，h校=0.81m。则计算在不影响大坝安全情况下，允许最大溢洪水深H设=1.65m，H校=2.19m；即在不影响大坝安全情况下，溢洪道最大过水深H=2.19m，按宽顶堰公式计算得最大允许泄流量q=34.03m3/s，而据溢洪道现状计算当水库遇200年一遇校核洪水时需要的最大过水深H=2.68m，qm0.5%=45.93m3/s，因此现溢洪道过洪能力不满足规范要求。为保证大坝防洪安全，现溢洪道由现宽7.0m扩宽至10.0m，然后根据调整后的溢洪道尺寸进行调洪计算，得20年一遇qm=28.05m3/s，Va=23.65万m3，溢洪水深h=1.52m，相应高程为H设=584.52m；200年一遇qm=47.78m3/s，Va=47.73万m3，溢洪水深h=2.16m，相应高程为H校= 585.17m，V总=25.84万m3。此时再计算校核标准洪水时最大允许水深h=2.19m，即在不影响大坝安全情况下，溢洪道允许最大过水深H=2.19m，按宽顶堰公式计算得最大允许泄流量q=48.62m3/s，溢洪道过洪能力能满足规范要求。1.1.5 施工期洪水新春水库不能放空，但可以放水至死水位以下，剩余水量很少，工程安排在枯水期施工，且工期较短，因此基本不需要设围堰，本次不再进行施工期洪水计算。1.2 工程地质1.2.1 区域地质概况江油市地处龙门山北段中山山地与四川盆地低山丘陵的交接地带，地势由西北向东南逐渐变低，高程一般在8001500m之间，最高点位于枫顺乡的轿子顶山，海拔高程2356m；东南部库区属侵蚀河谷阶地貌区，浅山丘陵地形，高程一般在550650m之间，最低点位于九岭乡的鱼种站谷地，海拔高程3.169.2m。新春水库位于江油市西南方向的东兴乡境内，按照地质成因划分，地貌类型属构造剥蚀残余丘陵地貌区。江油市处于新华夏系四川沉降盆地与龙门山隆起带的复合部位，按照构造型式分为北东向挤压带和绵阳帚状构造，两者呈不整合复合关系。在境内西北部为北东向挤压带发育区，由脆性的碳酸盐和碎屑岩组成，在同一应力场作用下，形成轴向北东向的“多”字型排列的褶皱和走向东北3.1550、倾向北西、倾角6070的冲断裂以及走向北西50左右的横张断裂及近南北或东西向的压性断裂。在市区东南部的侏罗纪、白垩纪地层中，为绵阳帚状构造的一部分，发育成群的新同型平缓褶皱，呈半环状排列，向西收敛，向东扩散，褶皱展线多为北东4570，地层倾角平缓1015。新春库区位于江油市西南部，地质构造属东北西南搌布的绵阳帚状构造西南部，位于龙凤向斜西北翼。1.2.2 地层岩性江油市境内地层出露除元古界和第三系缺失外，古生界到第四系大部分地层均有出露，沉积厚度在18000m以上。新春库区地层为中生界白垩系下统剑阁组（K1jn）。岩性为棕红色粉砂质泥岩、泥岩及泥质粉砂岩，水平层理发育。1.2.3 地下水特征及评价库区地下水为基岩红层碎屑岩风化带裂隙水。含水岩性以紫红、棕红色泥岩为主，其次是成钙泥质中细粒砂岩，厚度不均匀，呈互层。岩层角度平缓，一般小于20度，根据钻孔揭露风化带厚度一般为616米左右。泉水流量0.010.5升/秒，地下水径流模数0.231升/秒平方公里，单孔涌水量多于50m3，地下水资源贫乏。水量大小与砂岩的厚度、层理、裂隙发育状况及地貌部位有关。最大泉流量可达2.5L/s.据有关资料，在该类地下水分布区，一般80100m以下有咸水存在。此外，在含水层岩性、结构及构造有利的条件下亦有层间裂隙水。基岩裂隙水仍然接受大气降水补给，并以就近不及和排泄为主。水量、水位随季节变化大。工程区域浅部地下水，水温1418，PH值5.57.5，以弱酸性和中性水为主，矿化度均小于1g/l，绝大部分小于0.5g/l，属淡水；地下水硬度150450mg/l，以硬水为主；水化学类型根据舒卡列夫分类，以HCO3-Ca和HCO3-Mg为主，地下水对混凝土无腐蚀性。1.2.4 地震根据中国地震动参数区划图GB18306-2001和2008年6月中国地震局发布的四川、甘肃、陕西部分地区地震动峰值加速度区划图、地震动反应谱特征周期区划图，本区地震动峰值加速度为0.15g，相应地震基本烈度为VII度。1.2.5 天然建筑材料新春水库工程所需天然土料可取本地出露的新生界第四系中更新统的亚粘土、亚砂土，厚度较大，土性均一，渗透性小。其次可取残坡积粉质粘土或泥质粉砂岩和泥岩互层全风化土，碎石土料可取洪冲积泥质砂卵石层或泥质粉砂岩和泥岩互层强风化带。但石料及砂砾料缺乏。石料和粗砂可寻找周边风化程度低的浅红色层状石英砂岩，易于开采，抗压强度较高，可满足本工程施工所需石料。1.2.6 结论（1）该水库地质构造和地层结构简单，岩层倾角较小，总体而言地质条件较好。（2）根据中国地震动参数区划图GB18306-2001和2008年6月中国地震局发布的四川、甘肃、陕西部分地区地震动峰值加速度区划图、地震动反应谱特征周期区划图，本区地震基本烈度为VII度。（3）由于大坝碾压不密实，蓄水位较高时下游坝基有局部少量渗漏现象，地震期间大坝出现多处裂缝，坝基有浑水渗出，虽经过应急处理，但坝体内部仍可能有隐蔽裂缝。1.3 震损情况及水库安全评价1.3.1 震前运行情况简述新春水库1973年动工兴建，1975年建成投入运行，水库按照批准的控制运用计划合理调度运用。水库工程管理办法等各项制度基本齐全并得到落实。但因缺乏管理设施和维护资金，水库一直存在一定的病险。1.3.2 目前存在的主要问题（1）大坝坝基有渗漏现象，坝坡内外坡较陡，迎水坡未进行防护，水流掏涮严重，坝顶未硬化，不利于工程管理和大坝安全。（2）放水设施样式陈旧，渗漏严重，且运行管理不便。（3）水库无管理房，防汛道路仍为泥土路面，不利于水库的管理和维护。1.3.3 安全评价结论根据新春水库的病险、安全鉴定及震损情况综合评定，水库大坝属C级坝，即为不安全大坝，亟待进行除险加固。1.4 除险加固工程设计1.4.1 工程现状及存在问题总体而言，枢纽总体布置比较合理，但上游下游都是草皮护坡，本次将重新用干砌石护坡，但缺乏必要的排水设施，坝基渗漏，坝顶有纵缝，经震后应急处理坝体内部仍可能存在裂缝隐患并加剧渗漏；坝顶未硬化，雨天有积水隐患且不利于防汛巡查。水库溢洪道位于大坝左侧，为正堰进口溢洪道，经复核溢洪道不能满足过洪能力要求。水库放水设施位于大坝右岸，为石质梯级卧管，浆砌条石衬砌。进口管道断裂，出口有少量淤积，斜卧管渗漏严重，地震后更加剧了其渗漏程度，且运行管理不便。1.4.2 工程等别及建筑物级别根据大纲、水库保护对象及其重要性，参照有关规范，确定新春水库的工程等别为等，主要建筑物工程级别为5级。1.4.3 洪水标准根据大纲和有关规范，新春水库洪水标准按20年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核。1.4.4 总体设计方案根据新春水库存在的问题，拟定除险加固总体设计方案为：大坝：结合坝体防渗措施进行内坡干砌石防护处理；将上下游坝坡放缓；外坡整修，修建贴坡反滤排水体及排水沟，重新护砌；坝顶以泥结碎石硬化。溢洪道：将溢洪道由现宽7.0m扩宽至10.0m时满足过洪要求。放水设施：改建为折悬臂铸铁闸门斜卧管。1.5 施工组织设计1.5.1 施工条件新春水库位于四川省江油市东兴乡新春村，距江油市区60km，外购材料由江油市采购，材通相对方便，但机耕路需拓宽整修，并结合施工修筑为泥结碎料及设备经中（坝）雁（门）公路运至工地附近，再经2km机耕路运至施工现场，对外交石永久防汛道路。本区域气候具有冬干、春旱、夏洪、秋绵的特点，适宜冬、春季施工。库区周边地形崎岖陡峻，主要施工区可利用坝顶外侧宽1520m的平台，但施工期间应做好防渗等护坝工作，施工完成后应平整恢复。工程附近天然石材，质量较好，储量丰富。工程区无动力电源，施工用电需采用自发电，以满足施工给水、排水、振捣、照明等需要。施工用水泵从库内取水解决。1.5.2 施工导流该水库没有放空孔，施工期间可以通过放水设施将库水位降低到死水位以下，基本不需要施工导流，剩余水量及基坑积水用水泵提排解决。1.5.3 料场选择及开采本工程所需钢筋、水泥等主材由江油市区购买，运距约60km；砂、砼骨料由乱石山一带购买，运距6km。坝坡整修需回填少量粘土，可在大坝下游左侧山坡1km外取用，此处粘土质量、数量均满足要求。1.5.4 主体工程施工坝坡采用人工整理找平，人工夯实，表面清除的土方、杂草人工装拖拉机外运处理，拆除石料临时堆放在两侧及马道备用。在找平夯实后的坝坡顺坡内坡铺设土工膜，搭接部分热焊接以免渗漏，表层均匀铺设15cm厚砂砾石，土工膜底端边缘以粘土开槽压实，顶端以浆砌石压顶压实，以免滑动。内坡垫层铺设完工后，采用人工抛填坡脚堆石坝。干砌石和浆砌石要求块石最短径不小于20cm，立砌并尽可能保持表面平整，干砌石以小石块填缝塞实，浆砌石要求座浆并保持吃浆饱满。下游坝坡修整找平并夯实后铺设反滤土工布，搭接宽度至少20cm并缝合，其上均匀铺设15cm厚砂砾石垫层，表面以干砌石护砌。排水沟分两纵两横，分别布置于坝下游坡的四周，相互贯通，内径均为0.3m0.3m，采用砌石水泥砂浆抹面结构，人工砌筑。白蚁调查防治、防汛道路、管理房等其它工程由专业部门施工。1.5.5 施工场规划布置根据本工程特点统一布置为1个施工区，弃渣场设置在水库下游山坳荒地，工程完成后采取水土保持工程措施。1.5.6 施工总进度本工程为水库病害及震损整治，根据工程特点及建筑布置情况，结合水库运行管理进行施工总进度计划安排工期为6个月，其中工程准备期为2个月，主体工程3个月，工程完建期为1个月。工程准备期安排在1011月，主要完成防汛道路和场内交通系统的新建、扩建。风、水、电、通讯系统的设置，临时生产设施及生活福利设施的新建，建筑材料的备料等工作。主体工程3个月，安排在12月至次年2月，根据工程特点及水库运行管理要求，具体详施工进度计划表。施工完建期安排在次年3月，进行工程收尾、竣工验收。图1.1 江油市新春水库位置示意图2 水文2.1 流域概况新春水库属亚热带季风气候区，气候温和，四季分明，雨量充沛，日照充足。具有冬季微寒，春来较早，夏长秋短，无霜期长以及冬干、春旱、夏洪、秋绵等气候特点。年均降水量1112mm，降水量年际变化较大，最大降水量1824.5mm（1961年）是最小降水量599.4mm（1969年）的3倍以上，年降水量变差系数0.260.30，同时，降雨量年内分配极不均匀，大暴雨多集中在6-9月，一般占全年70%以上；多年平均径流深700mm左右，年径流变差系数0.400.45，多年平均径流系数0.48左右；多年平均陆面蒸发量600mm左右，水面蒸发约977mm，实测最大水面蒸发量1172mm；多年平均气温16，年内7月气温最高，平均为25.4，极端最高气温36.7，1月气温最低，平均为4.9，极端最低气温-6.8。总体而言，江油市气候温暖湿润，植被良好，土壤植被涵养降雨的能力较强，对暴雨洪水有一定的衰减作用。2.2 工程概况新春水库位于东兴乡新春村，涪江水系芙蓉溪支流。水库自然集雨面积3.13km2，蓄水主要以自然集雨区径流囤蓄。坝址以上主河道长5.17m，河槽比降12.53。水库原设计总库容17.95万m3，有效库容15.95万m3，死库容2.0万m3。大坝水库下游有108国道，控制人口800人，1200亩耕地。水库于1975年工程竣工并投入运行使用，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合效益的小（2）型水库。根据江油市小型水库基本资料登记表，水库正常蓄水位583.00m（相应库容9.8万m3）、设计洪水位584.52m（库容相应15.51万m3）、校核洪水位585.17m（相应库容17.95万m3），水库设计洪峰流量33.330 m3/s(P=5%),水库校核洪峰流量55.342 m3/s(P=0.5%)。根据水利部颁发的水利水电工程等级划分及洪水标准SL252-2000，本工程为小（2）型水库，主要、次要建筑物为5级，洪水标准为20年一遇设计，200年一遇校核。枢纽工程由大坝、溢洪道、放水设施等部分组成，基本情况如下：大坝：新春水库大坝为均质土坝，最大坝高10.83m，坝顶高程586.00m，坝顶宽3.1m，大坝全长60m。大坝上游坝坡坡度1:1.7，下游坝坡坡度为1:1.9，上游下游坝坡均为草皮护坡，下游无排水设施。溢洪道：水库溢洪道位于大坝左侧，为正堰进口溢洪道，堰顶宽10m，溢流净宽7.0m，堰顶高程583.00m。侧墙采用浆砌石衬砌，底板采用混凝土衬砌，溢洪水流经消能后泄入下游河道。放水设施：水库放水设施共1处，灌溉放水洞位于大坝右岸，属砌石无压平涵，梯级卧管取水。涵洞尺寸0.50.75m。放水洞底坎高程578.00m，设计最大放水流量0.2m3/s。2.3 设计洪水复核2.3.1 流域特征复核根据1/1万地形图勾绘新春水库自然集雨范围及河流走势，并量算流域面积、集雨范围干流河道长度、综合比降等参数，并与江油市小型水库基本资料登记表数据（简称原数据）相比较，结合现场查勘资料综合分析，最终采用成果见表2.3-1。2.3.2 洪峰流量计算本次采用四川省水电厅1984年6月编制的四川省中小流域暴雨洪水计算手册提供的资料，按设计洪水20年一遇，校核洪水200一遇的标准进行洪水计算。表2.3-1 新春水库以上河道特征值表水库原数据本次量算数据本次采用面积km2河长km比降面积km2河长km比降面积km2河长km比降新春3.67 4.50 37.65 3.13 5.17 12.533.13 5.17 12.53 根据水科院推荐的推理公式：Q =0.278iF=0.278F （2-1） 当全面汇流条件下，ttc， = （2-2） 当部分汇流条件下，ttc， =n （2-3） tc= （2-4） （2-5） （2-6） 式中：Q最大流量（m3/s）;洪峰径流系数；i最大平均暴雨强度：（mm/h）；S暴雨雨力，即最大一小时暴雨量（mm/h）n暴雨公式指数；F集水面积（km2）；L自坝址沿主河道至分水岭的河流长度（km）；J 沿L的河道平均坡降（%）；t流域汇流时间（h）；0当=1的流域汇流时间（h）；tc产流历时（h）；产流参数，即产流历时内流域平均入渗强度（mm/h）；m汇流参数。流域特征系数由下式计算=5.17/0.0125370.333/3.130.25=16.735根据流域特征查四川省中小流域暴雨洪水计算手册表3-2，计算汇流参数m，由于流域山高坡陡，洪水调蓄能力小，形成洪峰涨落较快，基流较低。故选表3-2区，当=130时，则查得：m=0.40.204 将=16.735代入m=0.416.7350.204=0.711产流参数的确定：由四川省中小流域暴雨洪水计算手册表3-1，查得与流域地形地貌相似的区，平均=4.8F-0.19，相应的Cv=0.18、 Cs=3.5Cv，查皮尔逊型曲线表得K5%=1.33，K0.5%=1.57，则：5% =K5%=1.334.8F-0.19=1.334.83.13-0.19=5.14mm/h0.5% =K0.5%=1.574.8F-0.19=1.574.83.13-0.19=6.07mm/h水文计算基本参数见表2.3-2。2.3.3 洪水总量计算洪水总量按四川省中小流域暴雨洪水计算手册介绍的由设计暴雨推求洪水总量的计算方法计算，计算公式为：Wp=0.1TP （2-7）式中：p洪水总量(万m3)；暴雨径流关系值，由四川省中小流域暴雨洪水计算手册附图3查得库区属于1分区，再查手册附表3-1求得P=5%和P=0.5% 时径流系数分别等于0.853和0.884；TP设计暴雨量，因暴雨历时12.8F0.25=12.89h，小于24h（按单峰洪水考虑），即为短历时暴雨，则HTP=Spt1-n3p；流域自然集雨面积（km2）。计算成果为：P=5% WP=71.10（万m3）P=0.5% WP=116.56（万m3）表2.3-2 新春水库入库洪峰流量计算表F(km2)L(km)J()J1/3F1/4=mH1(mm)CvCsH1/6(mm)CvCs3.13 5.17 12.5 0.232 1.33 16.73 0.71 550.353.5Cv17.50.373.5Cv频率（%）H1/6p(mm)H1p(mm)n1SpQm(m3/s)演算529.9 91.9 0.374 91.9 3.25 0.087 0.904 3.63 33.3 0.71 0.541.7 126.0 0.382 126.0 2.99 0.073 0.919 3.19 55.3 0.71 2.3.4 洪水调节计算新春水库现溢洪道为开敞正槽式平底矩形，净宽7.0m，底高程为583.00m，水库坝顶高程586.00m。据前面计算知，20年一遇设计洪峰流量Q设=33.330m3/s，相应洪水总量W设=71.10万m3，200年一遇校核洪峰流量Q校=55.342m3/s，相应的洪水总量W校=116.56万m3。调洪演算计算公式为：宽顶堰流量公式qMBh3/2 （2-8）高切林公式qQP（1-Va/WP） （2-9）式中：M流量系数，取1.5; B溢洪道底宽，m； h溢洪水深，m；q溢洪道最大下泄流量(m3/s)；Qp相应频率下最大洪峰流量（m3/s）；Va调洪库容（万m3）；WP相应频率下洪水容量（万m3）；计算步骤：1、假定溢洪水深，由水位库容关系曲线查得Va；2、把查得的Va代入高切林公式式（2-9）中计算q；3、由宽顶堰流量公式式（2-8）计算下泄流量q；使公式（2-8）和（2-9）中的q值相等时，假定溢洪水深即为相应频率下的堰上水深，此时q为相应频率下的溢洪道最大泄量，Va为调洪库容。经试算，20年一遇qm=26.830m3/s，Va=13.85万m3，溢洪水深h=1.87m，相应高程为H设=584.87m；200年一遇qm=45.940 m3/s，Va=19.82万m3，溢洪水深h=2.68m，相应高程为H校=585.68m。2.3.5 溢洪道最大泄洪能力复核1）坝顶超高计算h=R+E+A式中：h坝前在静水位以上的超高（m）；R波浪爬高(m)；E风壅水面高，一般可忽略不计A安全超高，设计A=0.5m，校核A=0.3m，计算公式：R=3.2Kh波tg h波=0.0166V5/4D1/3风速V=14m/s，吹程D=0.30km，边坡系数m=1.7，K=0.9，则：设计情况h设=0.0166（141.5）5/40.31/3=0.50m，R设=3.20.90.500.59=0.85m；校核情况h校=0.0166145/40.31/3=0.30m，R校=3.20.90.3010.59=0.51m，故：h设=R+A=1.35m，h校=R+A=0.81m。2）允许最大溢洪水深计算H设=坝顶h设溢底=0.65mH校=坝顶h校溢底=1.19m3）现溢洪道最大泄流能力复核溢洪道最大泄洪能力复核，是在现溢洪道进口宽和断面型式按现有坝高情况下不影响大坝安全在正常情况下的复核，即在不影响大坝安全情况下，溢洪道允许最大过水深H=1.19m，而根据调洪演算成果，当大坝遭遇200年一遇标准洪水时需要的溢洪水深为h=2.68m，qm0.5%=45.93m3/s，故现溢洪道过洪能力不能够满足规范要求，为保证大坝防洪安全，建议将溢洪道由现宽7.0m扩宽至10.0m，然后根据调整后的溢洪道尺寸进行调洪计算，得20年一遇qm=28.05m3/s，Va=11.25万m3，溢洪水深h=1.52m，相应高程为H设=584.52m；200年一遇qm=47.78m3/s，Va=16.01万m3，溢洪水深h=2.17m，相应高程为H校= 585.17m，V总=25.84万m3。此时再计算校核标准洪水时最大允许水深h=2.19m，即在不影响大坝安全情况下，溢洪道允许最大过水深H=2.19m，按宽顶堰公式计算得最大允许泄流量q=48.62m3/s，溢洪道过洪能力能满足规范要求。2.3.6 施工期洪水新春水库不能放空，工程可以安排在枯水期施工，因工期较短且工程较小，不再进行施工期洪水计算。图2.2 江油市新春水库流域示意图3 工程地质3.1 区域地质概况3.1.1 地形地貌江油市地处龙门山北段中山山地与四川盆地低山丘陵的交接地带，地势由西北向东南逐渐变低，高程一般在8001500m之间，最高点位于枫顺乡的轿子顶山，海拔高程2356m；东南部库区属侵蚀河谷阶地貌区，浅山丘陵地形，高程一般在550650m之间，最低点位于九岭乡的鱼种站谷地，海拔高程3.169.2m。新春水库位于江油市的中部，按照地质成因划分，地貌类型属构造侵蚀山地丘陵区。3.1.2 地质构造江油市处于新华夏系四川沉降盆地与龙门山隆起带的复合部位，按照构造型式分为北东向挤压带和绵阳帚状构造，两者呈不整合复合关系。在境内西北部为北东向挤压带发育区，由脆性的碳酸盐和碎屑岩组成，在同一应力场作用下，形成轴向北东向的“多”字型排列的褶皱和走向东北3.1550、倾向北西、倾角6070的冲断裂以及走向北西50左右的横张断裂及近南北或东西向的压性断裂。在市区东南部的侏罗纪、白垩纪地层中，为绵阳帚状构造的一部分，发育成群的新同型平缓褶皱，呈半环状排列，向西收敛，向东扩散，褶皱崭线多为北东3.1570，地层倾角平缓1015。新春库区位于江油市中部，地质构造属北东向挤压带与绵阳帚状构造带的复合部位，位于苦竹沟断裂北西端和马家坝向斜南西翼交界带。3.1.3 地层岩性江油市境内地层出露除元古界和第三系缺失外，古生界到第四系大部分地层均有出露，沉积厚度在18000m以上。新春库区上覆第中生界侏罗纪中统沙溪庙组（J2），以紫红色猪肝色粉砂泥岩为主，间夹黄色厚层细粒长石石英砂岩，泥岩中含有钙质结核，岩性变化大。3.1.4 地下水特征及评价库区地下水为中生界风华带裂隙，主要存赋于中生界侏罗纪、白垩纪下统、三叠系上统红色地层中，含水层以紫红色红色泥岩为主，间夹砂砾岩，呈互层。地下水补给模数偏小，单孔涌水量一般小于50m3/d，地下水资源相对贫乏。水量大小与砂砾岩层厚度、裂隙发育程度及地貌部位关系密切，泉水流量一般0.010.5l/s，最大泉水可达2.5 l/s，随季节变化明显。工程区域浅部地下水，水温13.118，PH值5.57.5，以弱酸性和中性水为主，矿化度均小于1g/l，绝大部分小于0.5g/l，属淡水；地下水硬度1503.150mg/l，以硬水为主；水化学类型根据舒卡列夫分类，以HCO3-Ca和HCO3-Mg为主，地下水对混凝土无腐蚀性。3.1.5 地震根据中国地震动参数区划图GB18306-2001和2008年6月中国地震局发布的四川、甘肃、陕西部分地区地震动峰值加速度区划图、地震动反应谱特征周期区划图，本区地震动峰值加速度为0.15g，相应地震基本烈度为VII度。3.2 天然建筑材料新春水库工程所需天然建材主要为石料和粗砂，根据周边地质勘察报告，选定库区周边石料场，该处石料属浅红色层状石英砂岩，易于开采，储量丰富，抗压强度较高，可满足本工程施工所需石料。3.3 结论（1）该水库地质构造和地层结构相对单一，岩层倾角较小，总体而言地质条件较好。（2）根据中国地震动参数区划图GB18306-2001和2008年6月中国地震局发布的四川、甘肃、陕西部分地区地震动峰值加速度区划图、地震动反应谱特征周期区划图，本区地震基本烈度为VII度。（3）由于大坝碾压不密实，蓄水位较高时下游坝基有局部少量渗漏现象，地震期间大坝出现多处裂缝，坝基有浑水渗出，虽经过应急处理，但坝体内部仍可能有隐蔽裂缝。4 震损情况及水库安全评价4.1 震前运行情况简述新春水库1973年动工兴建，1975年建成投入运行，水库按照批准的控制运用计划合理调度运用。水库工程管理办法等各项制度基本齐全并得到落实。但是，由于水库管理单位无水情测报设施及防洪通信设施，无必要的安全监测设施，无完整的观测资料，缺乏管理维护资金，本工程存在坝体渗漏、溢洪道宽度不满足要求、卧管年久失修、渗漏严重等问题，大坝应为三类坝。4.2 主要震损出险情况各主要建筑物进行震损情况现场巡视检查，存在问题主要如下：（1）坝顶靠近上游水面纵向裂缝多条。见图4-1。图4-1（2）大坝上游坡面的干砌石护坡在震后被损坏，需要重新进行干砌石护坡。内坡出现轻微滑动现象。见图4-2。 图4-2（3）泄水建筑物及其他建筑物损毁情况地震后原有溢洪道未受到明显损坏。输水卧管涵也未受到明显损坏，能正常放水。4.3 应急除险方案4.3.1 工程措施根据大坝裂缝的性状，进行挖、填处理，采用粘土回填夯实处理，再以塑膜覆盖防止灌水。修整防汛道路以便观查水库。4.3.2 目前存在的主要问题（1）大坝：根据现场观测，发现震后大坝出现多条纵向裂缝，大坝迎水坡的干砌石护坡遭到损坏，大坝内外坡较陡，坝顶未硬化，不利于工程管理和大坝安全。（2）放水设施：原放水设施为斜卧管，浆砌条石结构，渗漏严重，且运行管理不便。（3）管理设施：目前水库没有管理用房，防汛道路仍为泥土路面不利于水库的管理和维护。4.4 安全评价结论根据新春水库的病险、安全鉴定及震损情况综合评定，水库大坝属C级坝，即为不安全大坝，亟待进行除险加固。状照片1：上游护坡的损坏严重5 除险加固工程设计5.1 工程现状及存在问题5.1.1 枢纽总布置新春水库始建于1973年，1975年建成，枢纽工程由大坝、溢洪道、放水设施等部分组成。大坝为均质土坝，坝顶高程586.00m。最大坝高10.83m，坝顶长60m，坝顶宽3.1m，上游坝坡平均坡比为1:1.7，下游坝坡坡比为1:1.9，大坝上、下游坡均采用草皮护坡；溢洪道位于大坝左侧，为正堰进口溢洪道，堰顶宽10m，堰顶高程583.00m。溢洪道全长118.72m，侧墙及底板均采用浆砌石衬砌，溢洪水流经消能后泄入下游河道。水库放水设施共1处，位于大坝右岸为石质梯级卧管，浆砌条石衬砌。防汛道路位于大坝左侧，为宽3.5m左右的泥土路面。总体而言，枢纽总体布置比较合理。5.1.2 大坝及坝基新春水库大坝为均质土坝，坝顶高程586.00m，最大坝高10.83m，坝顶长60m，坝顶宽3.1m，上游坝坡平均坡比为1:1.7，下游坝坡坡比为1:1.9，上、下游护坡均采用草皮护坡。现大坝坝顶靠近上游水面出现纵向裂缝多条，其中应急抢险处理时，将裂缝部位挖除，重新填筑夯实，表面以防水塑膜覆盖，并利用溢洪道拓宽土方将坝顶加宽。大坝目前存在的主要问题是：坝体渗漏，坝体内部仍可能存在裂缝隐患并加剧渗漏；坝坡内外坡较陡，需要放缓。大坝内坡未衬砌，大坝外坡排水系统不规范，没有贴坡排水系统和坡面排水沟；坝顶未硬化，雨天有积水隐患且不利于防汛巡查。该枢纽一旦失事，将影响下游铁路、乡级砼路面公路、人口800和耕地1200亩，给人民生命财产造成巨大损失。水库经2001年鉴定为三类坝。5.1.3 溢洪道水库溢洪道位于大坝左侧，为正堰进口溢洪道，原堰顶宽7m，堰顶高程583.00m，溢洪道全长118.72m，侧墙及底板均采用浆砌石衬砌。溢洪水流经消能后泄入下游河道，溢洪尾水不影响大坝安全。本次加固将溢洪道底部由原来的7m加宽至10m，以保证工程安全。5.1.4 放水设施水库放水设施共1处，灌溉放水洞位于大坝右岸，属砌石无压平涵，梯级卧管取水。涵洞尺寸0.50.75m。放水洞底坎高程578.00m，设计最大放水流量0.2m3/s。经过多年运行，放水设施侧墙混凝土老化，斜卧管渗漏严重，地震后更加剧了其渗漏程度，且运行管理不便。穿坝涵管目前尚未发现问题。5.2 设计依据5.2.1 工程等别及建筑物级别根据大纲、水库保护对象及其重要性，参照有关规范，确定新春水库的工程等别为等，主要建筑物工程级别为5级。5.2.2 洪水标准根据大纲和有关规范，新春水库洪水标准按20年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核。5.2.3 设计基础资料1）四川省水利厅关于印发震损水库除险加固编制大纲及若干技术问题的通知（川水函2008620号），2008年7月；2）四川省震损水库除险加固工程初步设计报告编制大纲（川水函2008620号附件一），2008年7月；3）四川省水利厅关于震损水库除险加固若干技术问题的意见（川水函2008620号附件二），2008年7月；4）江油市1/1万航测地形图，1974年或1988年调绘；5）本次设计现场查勘、勘探及其它相关资料。5.2.4 采用的规范1）防洪标准GB50201-93.1；2）水利水电工程等级划分及洪水标准SL252-2000；3）土石坝养护修理规程SL210-98；3.1）碾压式土石坝设计规范SL273.1-2001；5）小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则SL189-96；6）溢洪道设计规范SL253-2000；7）水利水电工程初步设计报告编制规程DL5021-93;8）公路桥涵设计通用规范JTJ020-89；9）水利工程水利计算规范SL103.1-95；10）水工建筑物抗震设计规范SL203-97；11）水库大坝安全评价导则SL258-2000；12）水库工程设计管理规范SL106-96及其它相关规范。5.3 总体设计方案根据新春水库存在的问题，拟定除险加固总体设计方案为：大坝：结合坝体防渗措施进行内坡防护处理；将上游坝坡放缓至1：2.0，将下游放缓至1：2.25；外坡整修，修建贴坡反滤排水体及排水沟；坝顶硬化。溢洪道：由原来的7m加宽至10m。放水设施：改建斜卧管及其启闭设施。5.3.1 大坝工程加固设计5.3.1 .1 大坝坝顶高程复核5.3.1.1.1 波浪要素计算本土坝工程为5级，按碾压式土石坝设计规范（SL2742001）规定，计算波浪高度时，采用平均波高按以下试计算：式中 平均波高（m）；V设计风速（m/s）； H坝前水域的平均水深（m）；D坝前水域的风区长度（吹程）（m）；G重力加速度，g=9.81 m/s2。根据各项的风区要素代入上式中，计算得各项坝前水域的平均波高h。波浪的平均周期值按下式计算；Tm=4.43式中 平均波高，m；平均波周期，s；平均波长按下式计算：5.3.1.1.2 风壅水面