前进水库除险加固设计说明书.doc

I 目 录 前 言 1 第一部分 2 1 水文 3 1 1 流域概况 3 1 2 气象 3 1 3 水文基本资料 7 1 4 径流 7 1 5 洪水资料 7 1 6 洪水过程线 7 1 7 分期设计洪水 9 1 8 坝下游水位流量关系 9 1 9 泥沙 10 1 10 冰情 10 2 工程地质资料 10 2 1 工程概况 10 2 2 勘察概况 10 2 3 区域地质概况 11 2 4 库区工程地质条件及评价 12 2 5 坝址区工程地质条件及评价 12 2 6 天然建筑材料 19 2 7 结论及建议 20 3 工程任务和规模 21 3 1 工程任务 21 3 2 工程规模 21 3 3 洪水调节 21 3 4 设计基本依据 22 4 工程现状及存在问题 22 4 1 土坝工程 22 4 2 泄洪灌溉洞工程 23 4 3 溢洪道工程 23 4 4 管理设施 23 4 5 安全鉴定核查意见 23 5 工程布置和建筑物 23 5 1 工程等别及防洪标准 23 5 2 工程总体布置 24 II 5 3 土坝设计 24 5 4 排水棱体修缮 24 5 5 泄洪灌溉洞设计 25 6 机电 金属结构 25 6 1 机电 25 6 2 金属结构 25 7 施工组织设计 25 7 1 施工条件 25 7 2 施工导流 26 7 3 物资供应 28 7 4 工程对外交通 28 7 5 施工场地布置 28 7 6 料场选择与开采 28 7 7 土坝护坡和反滤 排水体施工 29 7 8 砼施工 29 7 9 施工道路 29 8 环境保护与水土保持设计 29 8 1 水土保持设计 29 8 2 环境保护设计 32 9 工程管理 33 10 设计概算 33 10 1 编制原则及依据 33 11 枢纽工程特性 51 第二部分 52 1 洪水调节计算 53 1 1 基本资料 53 1 2 洪水调节原则 54 1 3 洪水调节计算 54 2 坝顶高程 56 2 1 坝顶超高计算 56 2 2 坝顶设计 62 3 渗流稳定分析 62 3 1 土坝现状及存在的主要问题 62 3 2 土坝渗流稳定分析 62 4 土坝稳定复核 68 III 4 1 土坝边坡稳定分析 68 5 泄洪灌溉洞设计 77 5 1 进口段设计 77 5 2 有压洞设计 77 5 3 竖井段设计 77 5 4 无压洞设计 77 5 5 消能防冲设施设计 77 5 6 水力设计 78 6 坝坡设计 80 结 语 82 参考文献 83 谢 辞 84 附录 85 附录一 前进水库工程平面布置图 85 附录二 施工平面布置图 85 附录三 输水洞结构图 1 2 85 附录四 输水洞结构图 2 2 85 附录五 大坝桩号 0 013 输水洞 剖面图 手绘 85 附录六 大坝桩号 0 054 剖面图 85 附录七 大坝桩号 0 106 剖面图 85 附录八 大坝桩号 0 125 剖面图 85 1 前 言 前进水库位于桦甸市八道河子镇二道屯东北 500m 处 坝址地理坐标 东经 126 33 45 北 纬 43 10 10 水库坐落于金沙河支流上 是一座以灌溉为主 结合防洪 养鱼等综合利用的小 2 型水库 水库于 1981 年竣工 水库的设计防洪标准为 10 年一遇洪水 校核洪水标准为 50 年一遇 总库容 20 42 万 m3 水库枢纽工程由土坝 溢洪道 泄洪灌溉洞三部分组成 大坝为均质坝 该水库自 1981 年以来 由于维护资金短缺 2004 年仅对溢洪道进行了除险加固 整个大坝 及附属建筑物 泄洪灌溉洞等 存在多处严重的安全隐患 近年来多次发生险情 每次都是发 现及时 再加上村民的奋力抢险 才勉强度汛 现大坝不能正常运行 是一座病险水库 土坝为均质坝 坝长 203m 坝顶宽 4 0m 最大坝高 13 6m 原设计坝顶高程为 299 94m 现有坝顶高程为 299 77m 300 0m 上游坝坡为 1 2 5 下游坝坡为 1 2 25 上游坡面为干砌块 石护坡 下游为植物护坡 溢洪道设在右岸 为开敞式 堰顶高程 297 94 米 堰顶宽度 5 米 泄洪灌溉洞承担着灌溉 与泄洪作用 洞身断面为 1 0 0 8m 方洞 洞底高程为 289 5m 泄洪灌溉洞位于桩号 0 013m 处 与坝轴线成 86 角 由进口段 洞身段 竖井段 出口段及消力池段组成 前进水库是吉林省病险水库之一 该水库自 1981 年以来 由于维护资金短缺 2004 年仅对 溢洪道进行了除险加固 整个大坝及附属建筑物 泄洪灌溉洞等 存在多处严重的安全隐患 近年来多次发生险情 每次都是发现及时 再加上村民的奋力抢险 才勉强度汛 水库除险加固后 将从根本上解决水库现存的病险问题 切实保障水库所在地人民群众的 生命财产安全 提高对下游灌区的供水能力 为加快该地区的经济发展起到重要作用 基于以上情况 开展前进水库除险加固工程是势在必行的 设计者 赵哲鹏 2013 年 6 月 2 第一部分 设计说明书 3 1 水文 1 1 流域概况 前进水库位于吉林省桦甸市二道沟村境内 第二松花江水系辉发河左岸一级支流金沙河的 支流上 流域属于半山区河流 植被覆盖良好 坝轴线基本呈西北 东南走向 是一座以防洪 灌溉为主 结合养鱼等综合利用的小 2 型水库 该水库控制流域面积 2 9km2 河道长度 3 42km 河道平均坡度 47 辉发河发源于清源县龙岗山脉中段的滚马岭 于桦甸县头道沟汇入松花江 流域形状呈扇 形 河长 240km 河道平均坡降 0 53 流域内地形变化很大 上游为山区 中下游为丘陵及 火山 岩溶 台地 土壤分布 坡地为粘土 平地为壤土 河谷两岸多为农田 工程所在金沙河为辉发河左岸一级主要支流 发源于哈达岭山脉桦甸县境内黑风顶子山西 北侧 出源后由北向南流 在桦甸县八道河子镇兴隆山村转向东南流直奔河口 河长 70 3km 流域面积 1209 km2 河道平均坡度 2 0 金沙河上游为低山区 坡度较陡 植被较好 中下游 为丘陵区 植被较差 两岸生长灌木杂草 沿河有冲积平原 其中 50 左右被开成水田 水库坝址以上主要是山地 次生森林茂密 杂草丛生 1 2 气象 本地区属于大陆季风气候区 春季干燥风大 夏季湿热多雨 秋季晴暖 冬季漫长寒冷 四季温差较大 本次设计以桦甸站作为参证站进行气象资料统计 桦甸气象站多年平均降水量 为 754 6mm 降水量年内分布不均匀 主要集中在 6 9 月份 占年降水量的 71 2 多年平均 蒸发量为 658 6mm E601 多年平均气温 4 1 极端最高气温 36 3 极端最低气温 45 多年平均风速为 2 2m s 最大风速为 20m s 多年平均日照时数为 2343h 各项气象要素统计详 见表表 1 2 1 表 1 2 3 4 5 表 1 2 1 桦甸气象站气象资料统计表 项目123456789101112年 多年平均降水 mm 8 99 717 242 665 8111 9191 8160 273 439 422 311 3754 6 多年平均蒸发 mm 20cm 12 022 160 6136 7211 8177 9159 6140 2112 181 533 714 61162 9 K0 500 500 500 530 550 560 600 610 610 600 500 50 多年平均蒸发 mm E6016 011 130 372 5116 599 695 885 568 448 916 97 3658 6 分配比 0 91 74 611 017 715 114 513 010 47 42 61 1100 多年平均日照 h 160 4181 4219 1217 5244 9227 4201 4197 4206 4196 5154 1136 52343 平均风速 m s 1 82 02 63 02 92 21 81 71 72 12 31 92 2 最大风速 m s 141818 020 018 017 71815 714 7161816 320 风向wWSWWSW 3 个WSWNESWWSWWSWWSWWSWWSW 3 个 平均气温 18 7 14 3 3 56 614 319 122 321 114 16 1 4 1 14 04 1 极端最高气温 4 99 218 828 533 634 936 334 131 22919 59 636 3 极端最低气温 45 40 34 2 17 4 5 33 711 94 6 3 4 13 1 29 2 40 5 45 0 6 表 1 2 2 桦甸站历年各月最大冻土深度及地中 10 30cm 处冻结 解冻日期 单位 cm 月份冻结日期解冻日期 年份 10111212345 全 年项 目 10cm30cm10cm30cm 极值967133171190197197189197平均22 115 1229 38 4 日期2230313127 2819 天4 天1 223 天 3 4最早5 1122 1115 319 3 年份1980196767 75197563 691969196919691969最晚6 1231 1210 420 4 表 1 2 3 桦甸站历年各月无霜日数及初 终期 单位 d 月份 年份 910111212345 全 年初 日终 日初终间日数 平均2 819 32528 328 225 024 315 73 5175 225 914 5232 8 最多 早 826283031272921918810 927 4255 最少 晚 011212422222010016011 1031 5214 7 1 3 水文基本资料 前进水库始建至今没有水文观测资料 相邻流域水文站主要有辉发河流域的民立水文站 漂河流域的横道子水文站等 1 4 径流 本次设计采用 吉林省水资源 吉林科学技术出版社 2008 1 中 吉林省 1956 2000 年平 均年径流深等值线图 的查算结果 得工程所在地平均年径流深为 300mm Cv 0 48 Cs 2Cv 多年平均径流量为 87 万 m3 五年一遇径流量 118 8 万 m3 选择辉发河流域金沙河上的民立水 文站为典型站 1964 年为典型年 对径流进行年内分配 表 1 4 1 前进水库 P 20 径流量年内分配表 单位 104m3 月份123456789101112合计 分配比 民立站 0 380 20 9310 34 2631156 49 422 11 510 5100 前进水库0 45 0 24 1 10 12 24 5 06 3 56 13 07 67 00 11 19 2 49 1 79 0 59 118 80 1 5 洪水资料 1 5 1 暴雨成因 该流域属于大陆季风气候区 是台风和华北气旋路经之地 暴雨发生频繁 造成该流域暴 雨成因主要是气旋 冷涡和台风等天气系统影响 暴雨多集中在 7 8 月份 降雨强度大 雨量 集中 1 5 2 洪水特性 本流域属于半山区性河流 河流一年两汛 即春汛和夏汛 春汛又称桃花水 发生在 3 5 月 汛水来源于冰雪融化 造成洪灾的主要是夏汛 洪水多由暴雨形成 大洪水主要发生在 7 8 月份 本流域河道比降较陡 流域汇流快 洪水历程短 洪水过程多为单峰 一次洪水历 时一般为 1 3 天左右 基本是陡涨陡落 1 6 洪水过程线 洪水过程线采用阿列克谢也夫法过程线 8 表 1 6 1 前进水库设计洪水过程线表 P 0 5 P 5 tqtqtqtq 0 40 174 620 010 40 014 615 69 0 50 904 718 840 50 074 715 07 0 62 674 817 720 60 294 814 47 0 75 694 916 670 70 784 913 88 0 89 85515 660 81 61513 31 0 914 835 114 710 92 805 112 75 120 275 213 8114 315 212 20 1 125 815 312 961 16 075 311 67 1 231 175 412 151 28 005 411 16 1 336 145 511 391 310 005 510 66 1 4 39 1 5 610 671 412 005 610 18 1 5 45 4 5 710 001 513 955 79 72 1 6 49 6 5 89 361 615 805 89 27 1 7 52 2 5 98 761 717 505 98 84 1 8 54 5 68 201 819 0468 43 1 9 54 8 6 17 671 920 406 18 03 2 54 6 6 27 17221 586 27 65 2 1 54 1 6 36 702 122 576 37 28 2 2 53 4 6 46 262 223 396 46 93 2 3 52 5 6 55 852 324 036 56 60 2 4 51 4 6 65 462 424 516 66 28 2 5 49 2 6 75 102 524 846 75 97 2 6 47 9 6 84 762 625 036 85 67 2 7 46 7 6 94 452 725 106 95 39 2 8 44 1 74 152 825 0575 12 2 9 43 3 7 13 872 924 917 14 86 3 42 4 7 23 61324 677 24 62 3 1 42 1 7 33 373 124 367 34 38 3 2 40 4 7 43 143 223 987 44 16 3 340 057 52 933 323 547 53 95 3 438 277 62 733 423 057 63 75 3 536 527 72 543 522 527 73 55 3 634 787 82 373 621 967 83 37 3 733 087 92 213 721 377 93 20 3 831 4282 063 820 7683 03 3 929 803 920 148 12 87 428 24419 518 22 72 4 126 724 118 87 4 225 264 218 22 4 323 864 317 58 4 422 524 416 94 4 521 234 516 31 9 1 7 分期设计洪水 1 7 1 时段的划分 由于前进水库没有分期洪水资料 本次设计借用辉发河流域左岸富太河上的柳杨水库分期 洪水成果 根据设计参证站柳杨水库历年各月最大洪水资料 点绘洪水年内分布图 描绘平顺外包线 根据来水趋势以及施工组织设计要求划分出春汛 秋汛 春汛分期 4 月 1 日 5 月 31 日 秋 汛分期 9 月 1 日 10 月 31 日 分期洪水在施工中使用时可跨期使用 一般可以跨 5 天左右 最多不能超过 10 天 1 7 2 计算方法 根据分期洪水的划分时段 对柳杨水库春汛 秋汛两个时段进行洪水特征值统计 采用不 跨期极值选样的原则进行峰量统计 按连序系列进行频率分析 理论频率曲线采用皮尔逊 型 曲线目估适线 统计参数按矩法公式计算 1 7 3 前进水库分期洪水计算 根据柳杨水库站的计算统计参数 用柳杨水库同频率下的分期洪水占主汛洪水的比例来推 求前进水库的分期洪水 成果见下表 表 1 7 1 前进水库分期洪水成果表 项目P 主汛春汛秋汛 101049 97 8 Q m3 s 20535 64 6 105057644 柳杨水库 W1 104m3 2027039 827 4 1018 11 72 1 36 Q m3 s 2012 11 28 1 05 1028 14 23 2 45 前进水库 W1 104m3 2019 12 82 1 94 根据施工组织要求 计算 P 20 时 9 10 11 月份的径流量为 15 5 万 m3 1 8 坝下游水位流量关系 因本次设计没有实测的坝下水位流量关系 泄洪灌溉洞下游处水位流量关系采用曼宁公式 推算 河道纵坡为 0 01 糙率 n 0 03 公式 RiCAQ 式中 C 谢才系数 6 1 1 CR n A 过水断面面积 R 水力半径 R A X X 湿周 10 i 底坡降 泄洪灌溉洞出口处水位流量关系曲线见下表 工程竣工后 建议加强对坝下水位流量的观 测 表 1 8 1 前进水库大坝下游水位流量关系表 水位 m 286 0286 20286 40286 60286 80287 00 泄流量 m3 s 00 281 062 424 487 34 水位 m 287 20287 40287 60287 80288 00288 20 泄流量 m3 s 11 0815 8121 6128 5736 7646 27 1 9 泥沙 由于前进水库无泥沙观测资料 本次设计采用 吉林省水资源 吉林科学技术出版社 2008 1 中 吉林省 1980 2000 年平均悬移质年输沙模数分区图 的查算结果 得水库多年平均 悬疑质输沙模数为 200t a km2 推移质输沙量按占悬移质输沙量的 20 计 1 10 冰情 该地区多年平均初冰日期 10 月 27 日 封冻日期为 11 月 15 日 多年平均开河日期为 4 月 1 日 终冰日期为 4 月 11 日 封冻天数为 142 天 冻层深为 1 70m 库区平均冰厚 1 0m 左右 2 工程地质资料 2 1 工程概况 前进水库位于吉林省桦甸市八道河镇境内 坝址以上集雨面积 2 94km2 水库于 1981 年竣工 总库容 20 42 万 m3 兴利库容 16 35 万 m3 正常高水位 297 94m 坝 长为 203m 坝顶宽 4 0m 最大坝高 13 6m 坝顶高程 299 77m 300 00m 前进水库是一座以灌溉为主 结合养鱼等综合利用的小 2 型水库 前进水库枢纽主要由土坝 泄洪灌溉洞及溢洪道组成 水库存在的主要问题 1 库内淤积较严重 2 前坝坡护坡块石起伏不平 凌乱不堪 后坡冲刷严重 3 左坝肩渗漏严重 4 坝基渗漏 坝后有积水 5 泄洪灌溉洞右侧渗漏严重 2 2 勘察概况 水库修建至本次勘察间从未进行过勘察 2011 年 2 月 18 日 2 月 23 日 对前进水库进行 11 初步设计阶段的工程地质勘察工作 2011 年 10 月 14 日又进行补充勘察 完成工作量见表 2 2 1 表 2 2 1 前进水库工程地质勘察工作量一览表 工程地质测绘钻 探 探坑及 五米钻 标贯 触探 取 样 试 验工 程 测 量 比例面积孔数进尺原状扰动击实样水样剖面定位点 项目 工程位置 1 1000km2个m个次件km 条个 坝址区地质调查 0 28km2441 2626 库区及料场调查地质调查 15km22 2011 年 3 月 14 日 3 月 16 日 进行内业整理及报告编写 2011 年 10 月 16 19 日进行报 告补充修改 工作依据及执行的有关规范规程 1 中小型水利水电工程地质勘察规范 SL55 2005 2 水利水电工程地质勘察规范 GB50487 2008 3 水利水电工程地质测绘规程 SL299 2004 4 土工试验规程 SL237 1999 5 原状土取样技术标准 JGJ89 92 6 水利水电工程钻探规程 SL291 2003 7 水利水电工程注水试验规程 SL345 2007 8 水利水电工程制图标准 SL73 95 9 工程地质手册 第四版 10 水利水电工程天然建筑材料勘察规程 SL251 2000 2 3 区域地质概况 本区地貌属吉林省东部山地的吉林低山丘陵区 吉林哈达岭和大黑山呈北东走向分别在本 区的南东与西北通过 以北西向发育的河流为主 北东向发育的河流次之 河谷漫滩 阶地较 发育 本区地层属辽东分区吉林 延边分区中的吉林小区 发育地层主要有古生代沉积岩等 地表 多由第四系冲洪积堆积及坡积层覆盖 该区大地构造单元属天山兴安地槽褶皱区 吉黑褶皱系 吉林优地槽褶皱带 吉林复向斜 吉林 桦甸褶皱束 据 1 50 万吉林省构造体系图 本区构造以北东向构造体系为主 根据 中国地震动参数区划图 GB18306 2001 本区地震动峰值加速度为 0 05g 相应地 12 震基本烈度为 度 根据 中国季节冻土标准冻深线图 本区标准冻土深度 1 70m 2 4 库区工程地质条件及评价 2 4 1 库区工程地质条件 2 4 1 1 地形地貌 库区地貌为低山丘陵 地形呈北东高 西南低 河谷呈不对称 U 型 地貌形态按其成因 类型可分为丘陵 山前坡洪积地形及河谷 低山丘陵 主要分布于库区右侧 山顶浑圆状 丘陵斜坡坡度 20 30 切割深度 50 60m 地表植被较发育 组成岩性主要为安山岩等 山前坡洪积地形 主要分布于水库两岸 呈倾斜状 坡度较缓 一般 25 以下 组成岩性以 碎砾石混土为主 河谷 主要为阶地 地势较低平 组成岩性以灰色低液限粘土 砂及砂砾石为主 2 4 1 2 地层岩性 库区内出露岩石主要为海西期花岗岩及第四系松散堆积物 松散堆积物广泛分布在水库周 边 岩性主要为坡洪积及河流冲积的碎砾石 粘性土 砂及砂砾石等 2 4 1 3 地质构造 根据 1 20 万区域地质图及地质测绘 库区内未发现有大的构造通过 2 4 1 4 水文地质 库区地下水类型主要为基岩裂隙水及第四系松散层孔隙水 基岩裂隙水赋存于岩体裂隙中 接受大气降水及第四系孔隙水补给 排泄于下游 第四系孔隙水赋存于第四系冲积 坡洪积的 砂砾石层中 接受大气降水补给 排泄于河流及下游 2 4 2 库区工程地质评价 2 4 2 1 库区渗漏 库区周边地势较高 地下水分水岭高于水库正常高水位 未见有通向邻谷的渗漏通道 不 存在永久渗漏问题 2 4 2 2 库区塌岸及淤积 水库周边地形坡度较缓 植被发育较差 水库运行多年 未见有较大塌岸问题 库岸基本 稳定 但固体径流量较大 存在较严重的淤积问题 淤积厚度 3 4m 2 4 2 3 库区浸没 库区附近无厂矿 村屯 正常高水位附近较少耕地 一般不存在库区浸没问题 2 5 坝址区工程地质条件及评价 2 5 1 坝址区工程地质条件 2 5 1 1 地形地貌 坝址区地貌按成因类型可分为河谷阶地 I 及山前坡坡洪地貌 13 河谷阶地 I 分布于坝址大部分地段 地形较低平 微向河床方向倾斜 宽约 100 130m 地面高程 286 288m 地表岩性为不连续的低液限粘土及砂砾石 山前坡洪积地形 主要分布于河谷阶地两侧及两坝肩 发育宽度较大 100m 以上 地面高程 290m 以上 表层岩性为碎砾石混土 2 5 1 2 地层岩性 坝址区地层岩性包括人工填土 第四系河流冲积层 坡洪积物及下部岩体等 地层岩性由新至老分述如下 1 第四系全新统人工堆积物 Q4r 坝体含土碎石 1 1 灰色 黄色 结构不均匀 以碎砾石及风化砂为主 含细粒土 细粒 土可达 15 20 左右 稍湿 稍密 中密 碎砾石径一般 8 20mm 大者可达 50mm 以上 2 组颗 分均值 砾石 47 4 粗砂 24 1 中砂 2 5 细砂 3 9 粉粒 17 6 粘粒 4 5 按颗分定 名为粉土质砂 分布于坝顶 厚度 2 0 2 5m 坝体粉土质砂 1 2 黄色 成分为砂砾石混粘性土及少量碎石 结构较杂 一般中密状 稍湿 湿 4 组颗分均值 砾石 35 4 粗砂 16 4 中砂 3 8 细砂 3 9 粉粒 32 9 粘粒 7 6 按颗分定名为粉土质砂 分布于坝体碎石土 1 1 以下 组成坝体主体 最大厚度 13 2m 2 第四系全新统冲积堆积物 Q4al 低液限粘土 灰色 黄灰色为主 结构较均匀 含植物根系 可塑状 以粉粒成分为主 次为粘粒 分布于坝基河谷阶地表层 厚度 0 12 0 25m 砂砾石 灰色为主 结构不均匀 砾石含量 50 以上 砾径 5 60mm 均有 个别大者可 达 60mm 以上 卵砾石磨圆较差 以次棱角状为主 个别棱角状 少量次圆状 含泥质成分 卵砾石原岩成分主要为坚硬沉积岩及火成岩 砂以粗砂粒为主 该层稍密 饱和 透水性较强 分布于坝基河谷阶地低液限粘土 以下 厚度 1 5 2 8m 3 第四系上更新统冲洪积堆积物 Q3apl 粉土质砂 黄色 结构混杂 以砾石为主 少量碎石 粒径一般 8 10mm 大者可达 80 100mm 稍湿 稍密 中密 次为砂及粘性土 粉粘粒含量可达 20 25 充填于粗粒空隙中 透水性较差 分布于坝基两侧及右坝肩表层 厚度不一 较厚处可达 5 0m 以上 4 岩体 强风化安山岩 灰色 岩芯块状为主 节理裂隙发育 透水 分布于坝基底部 左坝肩 及右坝肩粉土质砂 以下 各岩土层物理力学性质指标试验值见试验成果汇总表 3 5 1 2 5 1 3 地质构造 通过区域地质图及地质测绘 钻探勘察中未发现构造破碎带 14 2 5 1 4 水文地质 坝址区地下水类型主要为第四系松散层孔隙水 孔隙水赋存于全新统冲积砂砾石层中 含 水层透水性较强 坝后地下水位埋深较小 一般小于 0 5m 低洼处地下水位高于地面 地下水 接受大气降水 基岩裂隙水及库水补给 向河床部位及下游排泄 桦甸市前进水库物理力学指 标试验成果见表 2 5 1 通过调查访问 库水及地下水对混凝土无腐蚀性 15 桦甸市前进水库物理力学指标试验成果汇总表 表 2 5 1 容 重 天 然 坡 角 颗 粒 组 成 mm 砂 粒 含水量 湿干 孔隙比 比 重 液 限 塑 限 塑性指数 液性指数 渗透系数 压缩系数 抗 剪 强 度水 上 水 下 承载力 卵 石 砾 粗中细 粉粒粘粒 W deGWLWpIpILKa1 2c c mfk 60 60 22 0 5 0 50 0 25 0 25 0 075 0 075 0 005 0 0 05 岩 性 项 目 g cm3g cm3 cm sMPa 1kPa度度度kPa 备 注 最大值 2 5 10 3 最小值 5 4 10 4 平均值 1 5 10 3 49 424 12 53 917 62 5 大均值 小均值 坝体含 土碎石 1 1 组数 2 222222 最大值 5 5 10 4 最小值 8 5 10 5 平均值 1 5 10 4 37 417 453 932 14 2 坝体粉 土质砂 1 2 组数 2 444444 平均值 4 67 10 4 45 613 86 24 1255 3 粉土质 砂 组数 2 222222 16 2 5 2 坝址区工程地质评价 2 5 2 1 坝体质量评价 1 坝体结构 坝体为粉土质砂均质坝 顶部有 2 0 2 5m 厚的含土碎砾石 1 1 前坡为护坡块石 后坡坡 脚有块石排水棱体 底部为齿槽 齿槽部位坝体坐于强风化安山岩上 中右侧坝体坐于粉土质 砂 层上 2 坝体填筑质量评价 按 水利水电工程天然建筑材料勘察规程 SL251 2000 均质坝土料质量技术要求评价 见 表 2 5 2 表 2 5 2 均质坝土料质量评价表 项 目SL251 2000 规范规定技术指标试 验 值评 价 粘粒含量10 30 为宜 3 5 均值 4 0 不合格 塑性指数7 17 渗透系数辗压后小于 1 0 10 4CM S1 5 10 4CM S不合格 有机质含量 5 水溶盐含量7 紧密密度宜大于天然密度 从表中可以看出 坝体土 1 2 所做试验指标与规范规定技术指标比较 均不合格 钻孔揭 露坝体内形成浸润曲线 从试验指标看 坝体土填筑料较差 不符合规范及设计要求 坝体土 1 1 底部低于正常高水位或设计洪水位 不起隔水作用 坝前坡护坡块石铺砌质量差 凌乱不堪 建议修整 3 坝体稳定分析 沉陷稳定 坝体土在自身荷载作用下 经过几十年运行 沉降已基本趋于稳定 不存在沉陷稳定问题 滑动稳定 根据野外鉴定 测试及室内试验分析 坝体土密实度中等 因此不存在坝体坝坡滑动稳定 问题 坝体渗漏与渗透稳定 坝体主要由粉土质砂组成 渗透系数为 1 5 10 4cm s 顶部为含土碎石 渗透系数为 1 5 10 3cm s 属中等透水 勘探揭露坝体内有浸润水位 因此坝体存在渗漏问题 勘察发现坝右侧后 坡 295m 以下有渗流现象 其他部位坝后坡亦有洇湿现象 但不存在渗稳问题 17 2 5 2 2 坝基工程地质评价 1 承载力 由于坝体高度 13 0m 不大 坝基各层承载力可满足土坝坝体荷载要求 2 沉陷及滑动稳定 沉陷稳定 坝基由河谷低液限粘土 砂砾石 粉土质砂 及强风化安山岩 组成 在坝体荷载作 用下 经几十年固结沉降已基本趋于稳定 不存在沉陷稳定问题 滑动稳定 坝基由河谷低液限粘土 砂砾石 粉土质砂 及强风化安山岩 组成 抗剪强度中等 以上 无软弱夹层 不存在抗滑稳定问题 3 渗漏及渗透稳定 坝基由低液限粘土 砂砾石 粉土质砂 及强风化安山岩 组成 砂砾石 为透水层 强风化安山岩 为透水岩体 粉土质砂 为透水层 低液限粘土 较薄 隔水性差 且在库内 多处缺失 砂砾石 及强风化安山岩 均为透水 坝基存在渗漏问题 但由于截水槽坐于基岩 上 故不存在渗稳问题 2 5 2 3 坝肩工程地质评价 左坝肩为强风化安山岩 为中等透水 存在绕渗问题 无渗稳问题 不存在边坡稳定问 题 右坝肩粉土质砂 为中等透水层 存在绕渗问题 一般无渗稳问题 边坡坡度较缓 不 存在边坡稳定问题 坝址区各岩土层物理力学指标建议值见表 2 5 3 2 5 3 泄洪灌溉洞工程地质条件及评价 泄洪灌溉洞位于大坝中左侧 基础主要坐于强风化安山岩上 承载力可满足要求 泄洪灌 溉洞边墙与坝体接触部位存在较严重渗漏问题 建议处理 18 表 2 5 3 前进水库坝址区各岩土层物理力学指标建议值表 密 度抗 剪 强 度开挖边坡 含水量 湿干 比重 孔隙比 渗透系数压缩系数 凝聚 力 内摩擦 角 允许渗 透比降 承载力 标准值 摩擦 系数 临时永久 W dGseKa1 2c J允fkf 序 号 岩性 g cm3g cm3 cm sMPa 1kPa度 kPa 1坝体碎石土 1 1 101 941 762 680 5231 5 10 30 25230 31200 351 1 01 2 0 2坝体粉土质砂 1 2 211 971 632 690 6501 5 10 40 2510180 81200 301 1 01 2 5 3低液限粘土 321 911 452 690 8555 3 10 60 4012131 21000 251 1 51 2 5 4砂砾石 8 52 011 852 670 4435 0 10 20 06 029 310 102800 451 1 251 2 0 5粉土质砂 10 1 981 802 680 4894 67 10 40 1 5250 52300 351 1 51 2 5 6强风化安山岩 32 302 232 670 1976 5 10 40 02 54055000 501 1 01 1 5 7库内淤积物62 31 600 992 691 7171 29 10 51 08101 01 2 01 3 0 长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 论 文 19 2 5 4 溢洪道工程地质条件及评价 溢洪道位于右坝肩 基础地基土为粉土质砂 承载力可满足要求 基础底部存在一定 的渗透问题 但由于渗径较长 故不存在渗透破坏问题 2 6 天然建筑材料 2 6 1 粘土料 水库附近无粘土料 粘土料场位于二道沟村西 3 0km 处境内 地表现为地方性旱田耕地 村政府有能力调整使用 面积较大 储量充足 岩性为含砾低液限粘土 运距在 6km 左右 料场土料组成砂粒占 8 0 粉粒占 69 5 粘粒占 22 5 土料质量评价见表 2 6 1 表 3 6 1 土料质量评价表 项 目 SL251 2000 规范规定技 术指标 试 验 值评 价 粘粒含量15 40 为宜22 5 合格 塑性指数10 2017合格 渗透系数碾压后 1 0 10 5 cm s 3 05 10 6 cm s 合格 有机质含量 2 0合格 水溶盐含量2g cm 2 15 g cm 合格 含泥量30 31 合格 渗透系数碾压后大于 1 10 cm s1 2 10 cm s合格 击实试验最大干密度值 dmax 1 92g cm3 最优含水量 Wop 9 0 控制相对密度 D 0 75 经过计算 建议上坝控制干密度 d 1 80 g cm3 控制含水量 W 9 0 1 内摩擦角水上 31 长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 论 文 20 水下 28 凝聚力 c 5kPa 渗透系数 K 1 2 10 3cm s 比重 2 67 建议在施工前结合具体取 样位置重新取样试验 确定更为适宜的设计参数 2 6 3 砼骨料 附近缺乏砼用骨料 建议到八道河镇金河村河床漫滩砂场取料 原材料为天然砾砾石料 可按设计要求购买已筛选好的所需粒径的成品料 商品料 质量及数量皆满足要求 交通运 输方便 运距 10km 表 2 6 3 砼用细骨料质量评价表 项目标准试验值评价 表观密度 2 55G CM32 62G CM3合格 堆积密度 1 50G CM31 61G CM3合格 孔隙率 40 39 合格 云母含量 2 0合格 含泥量 3 0 4 合格 硫酸盐含量 1 有机质含量浅于标准色 轻物质含量 1 细度模数2 5 3 5 为宜3 00合格 平均粒径0 36 0 5M 为宜0 50合格 从表中可以看出砂料各指标满足质量要求 2 6 4 石料 工程区附近无块石料场 需到八道河镇上八道村附近的丘陵区采石场取料 现有开采面 为商品料场 岩性为花岗岩 灰色 微风化状 岩石新鲜坚硬 质量和储量满足要求 有公 路通往坝址 交通便利 运输距离 16km 表 2 6 4 石料质量评价表 项目规范指标试验值评价 饱和抗压强度按使用要求确定120MPa合格 软化系数0 87合格 冻融损失率2 4t m 2 60合格 2 7 结论及建议 1 区域稳定 本区地震动峰值加速度为 0 05g 相应地震基本烈度为 度 属相对构 造稳定区 2 库区 库区不存在永久渗漏问题 库岸较稳定 库区植被较发育 水库固体径流量 长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 论 文 21 较大 存在较严重的淤积问题 淤积厚度 3 4m 库区两岸近正常高水位附近无厂矿 村屯 没有浸没问题 3 坝体 坝体不存在滑动稳定问题 无沉陷问题 存在渗漏问题 但不存在渗稳问题 前坝坡护坡石已破坏 建议重新修整 4 坝基 坝基承载力可满足坝体荷载要求 无沉陷问题 不存在滑动稳定问题 截水 槽坐于基岩上 不存在渗稳问题 5 坝肩 左坝肩存在绕渗问题 无渗稳问题 无边坡稳定问题 右坝肩粉土质砂 为中等透水层 存在绕渗问题 无渗稳问题 边坡坡度较缓 不存在边坡稳定问题 6 泄洪灌溉洞 泄洪灌溉洞地基承载力可满足设计要求 边墙与坝体接触部位存在较 严重渗漏问题 建议处理 7 溢洪道 溢洪道地基承载力可满足设计要求 基础底部存在渗漏问题 但由于渗径 较长 故不存在渗透破坏问题 8 天然建筑材料 各种天然建筑材料质量及储量均满足设计要求 交通运输较方便 9 标准冻深 本区季节性标准冻土深度 1 70m 3 工程任务和规模 3 1 工程任务 本次除险加固工程的任务 1 依据现行规范 重新进行调洪演算 校核现有坝高 2 对现有大坝坝坡进行稳定复核 3 对坝基和坝体进行渗流分析 并针对存在的问题进行加固处理 4 对泄洪灌溉洞进行拆除重建 5 对上游干砌石护坡拆除 铺设混凝土护坡 6 对下游棱体排水进行修缮 3 2 工程规模 水库总库容为 22 31 万 m3 为小 2 型水库 3 3 洪水调节 调洪方法采用试算法计算 洪水调节成果见表 3 3 1 长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 论 文 22 表 3 3 1 调洪计算成果表 单孔 1 2 1 2m 采用 项目 频率 水位 H m 洪峰流量 m3 s 泄洪灌溉洞泄 量 q m3 s 溢洪道泄量 q m3 s 总泄量 q m3 s 库容 V 万 m3 5 297 9425 125 1025 118 16 0 5 299 1754 838 937 8646 7922 31 3 4 设计基本依据 1 水利水电工程初步设计报告编制规程 DL5021 93 2 水利水电枢纽工程等级划分及设计标准 SL252 2000 3 防洪标准 GB50201 94 4 碾压式土石坝设计规范 SDJ218 84 5 小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则 SL 189 96 6 水利水电工程施工组织设计规范 SL303 2004 7 水库工程管理设计规范 SL106 96 8 水工隧洞设计规范 SD134 84 9 水工建筑物抗震设计规范 DL509 1997 10 水利工程管理单位编制定员试行标准 SLJ 705 81 11 水利水电工程制图标准 SL73 95 12 水工设计手册 4 工程现状及存在问题 4 1 土坝工程 大坝为均质土坝 现有坝长 203m 最大坝高 12 5m 坝顶宽度 3 5 4 0m 坝顶高程在 299 77m 300 0m 之间 根据本次水库除险加固设计要求 此次防洪标准按 20 年一遇设计 200 年一遇校核 计算出坝顶高程为 299 76m 故现有坝顶高程基本能满足防洪设计要求 本次设计仍维持现状 存在的主要问题 1 上游护坡砌石块石粒径偏小 风化严重 护砌基本失去防护功能 由于土坝石料质 量及砌护质量未达到标准 加之护砌块石经多年运行 冰推冻胀 砌体凌乱 破碎严重 块 体明显偏小 经现场踏查 现有坝顶以下个别部位 0 5m 1m 高范围内根本没有护坡 下游 坝坡有 20 的坡面没有达到设计坡比 自然草皮护坡受雨水冲蚀 坡面有冲沟 最深达 10cm 长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 论 文 23 2 坝体下游坝址处有堆石排水棱体 在长年的冻融破坏过程中 排水棱体表面部分脱 落 且风化较为严重 4 2 泄洪灌溉洞工程 泄洪灌溉洞承担着灌溉与泄洪作用 洞身断面为 1 0 0 8m 方洞 洞底高程为 287 94m 泄洪灌溉洞位于桩号 0 013m 处 与坝轴线成 86 角 由进口段 洞身段 竖井段 出口段及 消力池段组成 存在的主要问题 1 泄洪灌溉洞启闭室基础坐在浆砌石上 边墙与坝体接触处有严重渗水现象 2 泄洪灌溉洞陡坡段及消力池段砼 表层脱落 骨料裸露 呈蜂窝状 部分钢筋裸露 可见锈蚀 墙体出现多处裂缝 3 泄洪灌溉洞闸门制造 安装质量差 闸门局部漏水 转动部分不灵 引起启闭机超 载 而启闭机罩已破裂 后焊补并用铁丝捆绑 门体有锈蚀 螺杆机因无中间支承装置 螺 杆弯曲 陡坡段灌溉闸更无启闭设备 4 启闭室为简易砖房 无窗户 室内采光 通风条件极差 每逢雨季 漏雨严重 造 成室内设备严重锈蚀 5 启闭桥已严重变形 丧失使用功能 4 3 溢洪道工程 溢洪道设在右岸 为河岸式无闸开敞式溢洪道 堰型为宽顶堰 堰顶高程 297 94 米 堰 顶宽度 5 米 溢洪道为钢筋砼结构 由进口段 控制段 陡坡段 消力池段及海漫段组成 2004 年已对溢洪道进行了除险加固 基础座于粉土质砂层上 承载力可满足要求 目前 基础底部存在一定的渗透问题 但由于渗径较长 故不存在渗透破坏问题 目前可正常运行 4 4 管理设施 前进水库调度按 综合利用水库调度通则 编制了控制运用计划 并报桦甸市水利局审 定后 合理进行调度运用 但一直无水文测报站网 通讯设施也不完善 勉强维持工作 水 库各项规章制度及计划基本可以落实 该水库由于缺少必要的观测设备 因而无法定时 定量的监测运行中出现的问题 4 5 安全鉴定核查意见 根据水库 三类坝鉴定成果核查意见表 安全鉴定结论如下 水库防洪安全综合评价为 A 级 大坝结构安全 输水洞结构安全为 B 级 土坝渗流安全 综合评价为 B 级 砼结构安全综合评价为 C 级 金属结构安全综合评价为 C 级 本工程大 坝安全性级别为 类 长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 论 文 24 5 工程布置和建筑物 5 1 工程等别及防洪标准 根据 水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准 SL252 2000 规定 前进水库本次除险 加固设计后总库容 22 31 104m3 仍属于小 2 型水库 工程级别为 等 主要建筑物为 5 级 次要建筑物为 5 级 大坝设计洪水标准为 20 年一遇 校核洪水标准为 200 年一遇 坝址 区地震基本烈度为 度 5 2 工程总体布置 该水库除险加固后 枢纽由土坝 泄洪灌溉洞 溢洪道组成 大坝全长 203m 坝顶宽 4 0m 坝顶高程 299 76m 上游坡比 1 2 5 采用现浇混凝土护坡 下游坡比 1 2 25 采用天然 护坡 泄洪灌溉洞位于大坝左端 0 013 处 本次设计在原位置拆除重建 新建洞轴线与坝轴线 正交 洞身尺寸为 1 孔 1 2 1 2m 高 宽 由进口 有压洞 竖井段 无压洞 出口 U 型槽 分水闸 陡坡及消力池组成 全长 77 6m 洞进口底高程 287 94m 工作闸门 1 扇 检修闸 门 1 扇 出口节制闸门 1 扇 出口分水闸门 1 扇 工作闸门及检修闸门均选用 1 6 1 5 平面 钢闸门 节制闸门选用 PGZ1 6 1 6 平面式拱形铸铁闸门 分水闸门选用 PGZ0 8 0 8 平面式 拱形铸铁闸门 配备 2 台 10t 手电两用单吊点螺杆式启闭机 1 台 8t 的手电两用单吊点螺杆 式启闭机 1 台 5t 的手电两用单吊点螺杆式启闭机 泄洪灌溉洞施工开挖边坡不小于 1 3 以便于施工后回填 溢洪道设在右岸 为河岸式无闸开敞式溢洪道 堰型为宽顶堰 堰顶高程 297 94 米 堰 顶宽度 5 米 溢洪道为钢筋砼结构 由进口段 控制段 陡坡段 消力池段及海漫段组成 本次设计溢洪道仍维持现状 5 3 土坝设计 根据目前土坝工程的现状和存在的问题 本次除险加固设计土坝工程主要内容如下 1 重修上游护坡 2 修缮下游堆石棱体排水 3 重修泄洪灌溉洞 5 3 1 坝顶设计 前进水库经调洪计算和超高计算 确定坝顶高程为 299 76m 现状坝顶高程 299 77m 300 00m 现有坝顶高程满足防洪要求 本次除险加固设计大坝不加高 仍维持原 坝顶构造 在泄洪灌溉洞施工开挖后回填至 299 76m 并重修施工过程中破坏的坝顶混凝土 路面 5 3 2 坝坡设计 目前水库大坝上游坡坡面凸凹不平 干砌石护坡垫层被淘空 护坡块石风化严重 块径小且 已大量脱坡或塌陷 本次设计拆除现有干砌石护坡 采用现浇混凝土护坡 护砌范围为 295 0m 至坝顶 护 坡厚度为 15cm 在现浇混凝土下面铺设 15cm 厚的砂砾石垫层 一层复合土工膜 长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 论 文 25 本次除险加固设计考虑施工条件及满足第二年养鱼要求 经与水库管理单位研究 确定 前坡翻修起始高程为 295 0m 对前坡高程在 295 0m 以上块石及垫层全部清除 重新护砌 5 4 排水棱体修缮 现状排水棱体表面冻融破坏严重 且表面块石风化比较严重 本次除险加固对棱体排水 进行修缮 为节省投资 将现状排水棱体表层 20cm 厚块石去除 从上游块石护坡拆除的石 料中选择较好的块石加以替换 修缮后排水棱体顶宽 2m 外坡 1 1 5 高程为 288 30m 5 5 泄洪灌溉洞设计