小(二)型水库除险加固整治初步设计

前言XX市XX区XX水库是一座以灌溉为主，兼有防洪、水产养殖等综合效益的小二型水利工程。水库总库容120万M3，有效库容1005万M3，死库容10万M3。设计灌溉面积007万亩，已实现灌溉面积0036亩。在512特大地震和余震的影响，大坝、溢洪道等出现不同程度的震损，经专家认定，确认该水库为病险水库，建议尽快对枢纽进行加固完善。我队受XX市XX区水务农机局委托，根据四川省水利抗震救灾指挥部关于开展512特大地震震损水库灾后除险加固设计工作的通知川水指传20086月14日的要求，按GB183062001中国地震动参数区划图国家标准第1号修改单和2008年6月出台的四川、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，确定该水库所在区地震动峰值加速度为01G，动反应谱特征周期为04S，对应地震基本烈度为VII度。按照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要求，对震后的XX区XX水库枢纽进行除险加固设计，并于2009年2月编制完成了XX市XX水库枢纽震后除险加固工程初步设计报告和相关设计附件。1综合说明11枢纽工程现状XX水库位于XX市XX区晋贤乡保民村五社境内的烂田湾，坝址地理坐标东经1055420，北纬321245，距晋贤乡10公里。属嘉陵江流域二级支流柏林一级支流张家河上游，是XX区境内的以农业灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合利用的小二型水利枢纽工程。工程于1996年动工修建，枢纽工程由大坝、溢洪道和放水设施等工程组成，等别属五等工程，主要建筑物为5级，次要建筑物为5级。坝址以上集雨面积为009KM2，总库容为120万M3，兴利库容1005万M3，设计灌溉面积007万亩，实际灌面0036万亩。111大坝工程现状工程于1996年4月完成枢纽工程，大坝为均质坝，最大坝高1170M，坝顶长116M，坝顶宽30M；上游坝坡坡比为1162，内坡土质坝坡，运行30多年，大坝内坡冲刷严重，内坡于2009年8月份滑坡，滑坡体位于大坝中央，距右坝端约15M，滑坡体长80M，内坡沉陷，无护坡体，堆石体高36M，坡比为11。下游坝坡比为1175，118，130。大坝外坡有草皮生长，下游坡马道宽15M，外形较规则，坝下游坡脚处未做堆石体护脚。现大坝无位移沉降和渗流观测设施。112溢洪道工程现状溢洪道位于大坝右岸砂页岩基础上，为开敞式正堰溢洪道，现仅为开挖的一临时毛渠，洪水直冲大坝右坝体，对水库安全已造成较大隐患。该水库防洪标准为20年设计、200年校核。现堰顶高程9180米，堰口宽为30M，溢洪道长度10米，未做任何衬砌，尾端无消能设施。113放水设施工程现状放水卧管布置在库内左岸，放水孔直径15CM，右岸共15级，级差90CM，左岸10级，涵管为穿坝建筑，高06M，宽04M，设计放水流量015M3/S。12水文及水库特征水位121水文气象XX水库位于XX市XX区晋贤乡保民村五社境内的烂田湾，坝址地理坐标为东径10554，北纬3212。坝址以上集雨面积009KM2。水库流域属亚热带湿润季风气候区，具有气候温和、四季分明、雨量充沛、日照充足、湿度大，多年平均气温161，历年极端气温最高值389，最低82，多年平均日照数1250小时，多年平均降雨量为1174MM，无霜期240天。122洪水标准XX水库为小二型水库，工程等别为五等五级，设计时采用的洪水标准为20年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核。死水位9105M，设计正常蓄水位9180M，设计洪水位91845M，校核洪水位91868M。设计20年一遇的洪峰流量为259M3/S，200年一遇洪水时洪峰流量为383M3/S。校核洪水最大下泄洪水流量为253M3/S，相应坝上校核洪水为91868M，相应水库总库容为120万M3。设计洪水最大下泄洪水流量为14M3/S,相应坝上设计洪水为91845M，相应水库库容为1161万M3。13地质131库区水文地质及工程地质条件1、地形地貌XX水库位于嘉陵江水系雍河流域柏林沟河上游，流域形状呈扇形，地势为北高南低，东陡西缓，该区地貌上属于构造剥蚀深丘地貌，沟谷切割较深，地面高程一般在9079865米之间，沟谷与山顶之间相对高差为79米。最高点雪坡上，海拔9865M，最低点坝址处，海拔9075M，山顶多呈状山脊，冲沟较发育，呈树枝状，谷底一般宽100120米，覆盖层厚48米，冲沟两侧级阶地断续发育分布。两岸基岩出露较好。地形受构造和岩性控制，砂岩一般呈陡崖；砂质泥岩呈浑圆状丘包和缓坡地。2、地层岩性库坝区属中低山地貌，区内出露地层主要为白垩系剑门关组K1J，岩层由砂质泥岩、砂岩不等厚互层组成。山坡及沟内广布第四系全新统坡残积层Q4DLEL及坡洪积层Q4DLPL粉质粘土。左右两岸坝肩及近坝库岸稳定，无滑坡或塌落体。坝基为砂岩与粘土岩互层岩体，岩层较平缓，坝基未进行帷幕防渗。3、水文地质区内水文地质条件简单。地下水主要为松散堆积层中的孔隙型潜水和基岩中的脉状裂隙型潜水。接受大气降水与库水的补给，动态变化的季节性明显。132地震烈度按GB183062001中国地震动参数区划图国家标准第1号修改单和2008年6月出台的四川、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，确定该水库所在区地震动峰值加速度为01G，动反应谱特征周期为04S，对应地震基本烈度为VII度。14现场检查情况2008年12月XX市XX区水务局组织专家对该水库进行安全检查，主要存在以下几个方面的问题。141大坝工程存在的主要问题1、大坝高度不够经对大坝高度进行复核，该水库大坝高度不够，尚差05M才能满足要求。2、大坝外观质量大坝为均质土坝，内坡无护坡体，风浪淘涮严重，已造成内坡内坡滑坡，滑坡体位于大坝中央，长80M，危及大坝安全。外坡有杂草生长，较规则，坝脚无堆石体，坡面无排水系统。因此对大坝进行除险加固势在必行，以确保大坝安全和下游群众的生命财产安全，保障灌区农业的稳产增收，从而发挥出工程应用的效益。142、溢洪道存在的主要问题实地勘测溢洪道前段宽为30M，为临时开挖毛渠，长仅10M，洪水直冲大坝，尾端不完善，根据调洪寅算结果表明，最大下汇流量为253M3/S，溢道现状不能满足要求。143、放水设施存的主要问题现场检查时，未发现涵卧管有异常。144、其它设施大坝无任何变形、位移渗流观测设施设备，因此无法通过设施对大坝安全状况作出准确而及时的评价。15震损情况受512地震的余震影响，发现大坝坝顶有纵向裂缝，内坡滑坡，危及大坝安全。16枢纽工程除险加固设计161大坝整治工程1、大坝加高，坝轴线外移；2、内坡清除滑坡体，削坡整形，上游坡坝顶至正常蓄水位以下2M采用六边形C20砼预制块护坡；3、下游坡脚增加堆石体和坡面排水系统，对下游坝坡进行种草护坡4、增设大坝各种观测设施。162溢洪道整治工程采用M75浆砌条溢洪道边墙进行浆砌，底板采用C15砼砌筑，增加下尾段的消能设施；17施工组织设计171施工条件工程对外交通较方便，水库距卫子场镇仅10KM，至水库有保民村村道相通，公路路面为泥结石路面，交通较为方便。施工用电可直接在距工程200M处的10KV降压站搭接380V线路引至各施工点。钢材、水泥可在XX或XX城区物资部门或经销商购买，炸药在XX区民用暴炸器材公司购买。石料、粘土料等均可在距库区1KM范围内进行开采，砂料需到110KM的嘉陵江洪江采砂场购买。172主体工程施工1、主体工程主要工程量经统计，完成XX水库枢纽工程除险加固需完成主要工程量开挖土石方2158M3，回填土石方4917M3，砂卵石垫层156M3，砌石808M3，砼107M3。水泥37T，河砂56M3，卵石224M3，炸药042T，施工高峰人数180人。2、工程施工土方开挖工程表面上的附作物采用人工清除，并运至指定地点进行处理。对于作业面较大的采用机械自上而下分层开挖，机械运输至弃渣场，无法采用机械开挖作业的部位采用人工开挖，胶轮车等小形运输机械运输至临时堆积地点再用自卸汽车运至弃渣场。石方开挖露天明挖作业，采用自上而下的方式进行开挖，采用人工手持式风钻钻孔，人工暴破，机械挖装并运输至弃渣料场。土方回填采用机械开挖装料，自卸汽车运输至作业面，无法采用汽车运输到作业面的，采用自卸汽车运到指定地点堆方，再用人工挑台或胶轮车运至作业点，对于溢洪道墙后回填部位采用人工配合小型打夯机夯实，对大坝回填部位采用自卸汽车运料上坝，推土机平料，振动碾分层碾压。浆砌条石浆砌条石采用坐浆法施工，坐浆厚度为35CM，同一平面大致水平，上下分层错缝，内外T形搭接安砌，砌筑前必须对石料面进行冲洗，缝内砂浆必须灌注饱满，绝不允许干砌。干砌条块石干砌条石采用人工作业，在临时堆料场进行人工选石，人工或胶轮车运至作业点，在进行人工砌筑，干砌缝不得大于5CM，达到设计高度和坡度时，表面要大致平整。抛块石采用人工装胶轮车从临时堆料场运料至作业面的两岸，平行坝轴线方向从两边向中间同时抛填作业，垂直坝轴线方向从坝坡从向库区延伸抛填。砼工程先进行人工平整基面，再进行基础测量放线后，采用人工立模，胶轮车运料进仓，人工平整仓面，振捣器捣筑。173施工总进度本工程总工期4个月，其中施工准备期15天，主体工程施工期3个月，工程完建期15个天。174工程招标方案本工程招标工作由XX区水务农机局成立项目法人领导小组，组织进行招标工作。根据该工程规模和招投标有关规定，拟采用公开招标。该工程设一个标段，包括大坝整治、溢洪道整治、涵卧管整治项目。观测设备由厂家或业主组织有证施工技术人员进行安装，不在划分标段和招标。要求具有三级以上含三级从事水利水电工程的施工建筑企业。18工程管理1、管理机构该工程除险加固，管理机构组成不变，完工后由XX市XX区水务农机局负责管理，施工管理由王家镇水利农机管理站负责，技术管理由XX区水利水电勘测设计队负责。2、管护范围本次除险加固工程是在已界定的水库管理范围内进行施工，故管护范围仍为已界定的水库管理范围，无新管护范围出现。3、工程监测本工程整治加固后，要专人负责定时对大坝进行变形、水位、气象进行观测，并做好务项监测记录和资料整理。在汛期库区高水位期间，应每天查看大坝运行状态。4、水库运行调度整治加固，仍需加强对水库的运行调度，合理有效地利用水资源，确保灌区农田灌溉的充足水源供应。5、水库防汛渡汛在汛期，需加强对大坝的观测，做好防汛抢险准备，保证防汛通讯专业畅通，以便及时与上级主管部门互通信息。19工程占地由于该工程属于小型水库工程，加之本次为病害整治性质,根据工程整治设计内容,没有永久性占地，只有部分临时占地。110环境保护与水土保持水库水域及两侧陆地，应按二级保护区标准保护。其保护措施如下本工程中水下抛石应严格控制质量，保持水质的清洁，机具维修所产生的废油应该集中收集，尽量重复利用。工程完工后应对临时占地进行绿化，可栽种松树、柏树等乔木，黄荆、马桑等灌木结合配置进行工程区植物措施的防护、绿化、美化处理。水土保持工程可采取植物措施和工程措施。111工程投资工程总投资5620万元，其中建筑工程投资439万元，机电设备安装工程098万元，临时工程费291万元，独立费用478万元，水土保持和环境保护工程10万元,预备费263万元，工程总投劳071万工日。112经济评价该工程经过经济评价，经济净现值3868万元，远大于零，经济内部收益率1386，效益费用比151。由此可见，本工程在经济上是合理的。2水文21流域概况211流域自然地理概况XX水库位于XX市XX区晋贤乡保民村境内的烂田湾，坝址地理坐标东经10535，北纬3210，距晋贤乡5KM。属嘉陵江流域雍河支流文柏林沟河上游，是XX区境内的一座以农业灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合利用的小二型水利枢纽工程。流域形状呈扇形，地势为北高南低，西陡东缓，该区地貌上属于构造剥蚀深丘地貌，沟谷切割较深，地面高程一般在907986米之间，沟谷与山顶之间相对高差为79米。最高点雪坡上，海拔9865M，最低点坝址处，海拔9075M，水库坝址以上集雨面积为009KM2，最远分水岭到大坝址处河道长度03KM，河道平均比降为16016，河道坡度较陡，水流较急。212气象水库流域属亚热带湿润季风气候区，具有气候温和、四季分明、雨量充沛、日照充足、湿度大，冬季寒冷少雨且多寒潮；春季温和、风高物燥、多干旱；夏季炎热、雨量集中、夏旱突出、春旱连夏旱、或伏旱连秋旱等灾害常有发生；秋季多雨、湿度大，常发生秋绵雨及秋洪。降雨年内分配极不均匀，雨季从5月到10月中旬，降水占年降水量的75，而12月至次年3月降水量仅占年降水量的10，降水年际变化较大，最大年降水量1615MM，最小年降水量5605MM。暴雨多发生在68月，一次大暴雨过程多为12天，其中80左右的水量集中在24小时以内，实测24小时内最大暴雨量为350MM。多年平均气温161，历年极端气温最高值389，最低82，多年平均日照数1250小时，多年平均蒸发量为1400MM，无霜期240天，多年平均相对湿度69，多年平均最大风速10M/S。213径流根据四川省中小流域暴雨洪水计算手册和XX县水文手册查算分析，多年平均年径流深513MM，地下水径流深158MM，移用三川站值,年径流变差系数CV045，偏差系数采用CS2CV。由此算得丰水年P20年径流深67122MM，平水年P50年径流深为4624MM，枯水年P80年径流深为30329MM。故各设计频率年径流量分别为571万M3、393万M3、258万M3，各设计年平均流量分别为000181M3/S、000125M3/S、000082M3/S。214设计暴雨由于水库流域及邻近类似区内无实测水文资料,水库坝址以上无历史洪水调查资料，在运行期间没有洪水过程出流观测资料，无完整的，长系列的暴雨资料，因此不能用频率分析方法及水文法推求设计洪水，其设计洪水只能由设计暴雨并按四川省中小暴雨洪水计算手册中推理公式进行分析计算。设计暴雨按短历时暴雨公式计算HTPSPT1N则当历时T1/61小时范围内时N111285LGHP1/6/HP1SP1HP1MM当历时T16小时范围内时N211285LGHP1/HP6SP2HP1MM当历时T624小时范围内时N311661LGHP6/HP24SP3HP66N31MM根据四川省中小流域暴雨洪水计算手册附图暴雨等值线图计算XX水库各控制历时暴雨统计参数如下表CS35CVXX水库设计流域暴雨频率参数表表21时段均值MMCVKP5KP05HP5HP051/6小时1679038173243290740461小时440391752487866109486小时880542073281827284424小时1250562123392730434222基础资料收集与复核221基本资料的收集整理本次洪水复核收集整理了XX水库的主要特征参数集雨面积、主河道长度、河流比降、吹程、水位面积、库容曲线、溢洪道有关参数等资料，和原设计的相关资料，并根据1989年四川省测绘局出版1/10000采用航测图测算和现场实测数据进行对比分析。222流域基础资料复核1、集雨面积F本次复核根据1989年四川省测绘局出版1/10000航测图量算得集雨面积为009KM2。2主河道长度L根据流域1/10000地形图核实主河道长度为0303KM。3主河床平均比降J根据在航测图上核实的主河道线，用加权平均法计算主河床平均比降J16016。23设计洪水231洪水特征XX水库洪水由暴雨形成，洪水发生季节与暴雨相应，一般在夏秋季节，多集中在68月，洪水特性为陡涨缓落，起涨到峰顶历时16小时，一次洪水总历时为1天左右，洪水过程线呈单峰形，具有山溪洪水的一般特性。232洪水标准XX水库为小二型水库，工程等别为五等五级，故本次洪水标准根据水利水电工程等级划分及洪水标准SL2522000规定,采用20年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核。233推求设计洪水的途径水库流域及附近区域无实测洪峰流量资料；水库运行期间也无洪水过程出流观测资料，只能由库水位及出库流量等资料通过入库洪水来推求设计洪水，故本次根据四川省中小流域暴雨洪水计算手册1984版，以下简称手册，按手册中的推理公式法由暴雨推求该水库的设计洪水。234设计洪峰流量采用四川省中小流域暴雨洪水计算手册推理公式计算洪峰流量QP0278FNS上式适用于全面条件下的全面汇流和部分汇流两种情况当全面汇流条件下TC1N/S当部分汇流条件下TCNTC/1NTC1NS/1/N01/4N002783/4N/MJ1/3/L4/4NSF1/4N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/HS暴雨雨力,即最大1小时暴雨量MM/H流域汇流时间H0当1的流域汇流时间HN暴雨公式指数F集水面积KM2TC产流历时H；产流参数，即产流历时内流域平均入渗强度MM/HM汇流参数L自出口断面沿主河道至分水岭的河流长度KMJ沿L的河道平均坡度。1、流域特征值集雨面积F009KM2，主河道长L0303KM，主河道比降J16016。2、汇流参数M值流域特征系数L/J1/3F1/4103，M03180204，经计算得M0323、暴雨参数S、N根据手册结合相关公式计算暴雨衰减指数N和雨力参数S。T1/61H，N111285LGH1/6P/H1P,SP1H1P式中暴雨量HP根据公式HPKPHP均值计算。XX水库暴雨参数成果表表22PS1PS2PS3PN1N2N357866786616245044405300710051094810948251290444046706954、汇流时间0根据手册结合相关公式为4/1038NSM5、产流参数及系数XX水库地形地貌相对高差不大，采用盆缘山区公式36F019计算平均产流参数值及CV023，CS35CV,由于流域面积较小,可认为是全面汇流，则。NS016、流域汇流时间计算公式4/10N7、采用推理公式计算洪峰流量QP公式QP0278FNS8、验算M值验算公式M0278LJ1/3Q1/4，结果要使MM9、洪峰流量计算由于流域面积较小，先采用N1作试算，则计算成果如下表XX水库洪峰流量计算成果表表23PN1SP0PQPM504447866037102091038259032050444109480341204093035383032由上述分析计算可知流域汇流时间价于1小时，说明采用N1计算合理，验算的汇流参数MM，则计算正确。235洪水成果合理性分析由于该水库无任何原始资料可查，也就无可对比性原始数据，但该水库所控制的集水面积只有009KM2较小，在采用上述暴雨手册中的推理公式和所查的各项参数进行频率年洪水计算的同时，结合区域内同类型同规模水库的洪水计算成果进行分析，认为此次洪水计算过程和方法是比较合理和适用的。24分期设计洪水根据后面的施工组织设计和前面径流计算，加之该工程规模较小，无需进行分期洪水计算。25调洪演算251起调水位的确定XX水库起调水位定为正常蓄水位9180M，相应库容1105万M3。252水位库容曲线为保证资料的一致性，本次水位库容曲线采用11万航测图与现场核实的方法构绘了XX水位库容曲线图XX水库水位H库容V曲线值表表24水位HM9075909591159135915591759195库容V万M30048249573510251268253水位泄量曲线XX水库溢洪道位于大坝右侧，为开敞式正堰溢洪道，堰顶高程9180M，堰宽30M，本次按宽顶堰公式Q泄MBH3/2计算下泄流量，M取155，计算值见下表水位泄流量曲线图HQ。XX水库溢洪道HQ曲线计算表表25水库水位M91809183918691899192总库容V万M3110511311821211238堰上水位M003060912下泄流量M3/S0076216397611254洪水总量、洪水过程线1、洪水总量推求根据该库各时段设计暴雨，采用暴雨洪水手册推荐公式，按单峰洪水进行计算，径流系数根据手册和相应雨量查得。则设计暴雨历时T128F1/4701小时。短历时设计暴雨量按HTPH24PT/241N3计算，设计洪水总量用WP01HTPF公式计算，成果如下洪水总量计算成果表表26PH24PHTPMMN3WP万M352730190270910711480543422970209306952352、洪水过程线推求按四川省水文手册东部地区典型概化洪水过程线单峰2型放大设计洪水过程线同倍比，求得设计地面径流过程线后再加上基流量，就是所求设计洪水过程线。设计洪水概化历时TP按公式TP278WP/QP计算，则P5，TP159小时；P05，TP259小时根据手册中典型洪水过程线相对坐标YX建立设计洪水过程线方程式QTT，既QTYQPTXTP根据该流域特征，基流部分忽略不计。XX水库设计洪水过程线计算表表27典型概化坐标500050YXTQTTQT0000000000000000501101701301901901015024026026038020203205203407704024503910404215406031505015505423008040642070683070950495079246084364106095259102384095071112461193640808151292071393070609851561551682300412351961042101540216426005227907701213330263570380052584100134390190385611000655000255调洪演算按照水库大坝安全评价导则SL2582000第442条及443条的有关规定，结合本次设计洪水采用坝址洪水、汛期动库容所占比重不大的情况，调洪计算方法为静库容法。本次采用试算法进行调洪演算，复核XX水库防洪标准是否符合现行规范要求，以及水库实际能够达到的防洪标准。计算公式采用水量平衡方程式Q1Q2T/2Q1Q2T/2V2V1，成果见下表28。1、单辅助曲线值计算根据HV和HQ进行单辅助曲线的计算,单隔时间T取1小时，成果见下表。XX水库单辅助曲线计算表表28水位M库容万M3堰上库容S万M3V/T（M3/S）下泄流量Q（M3/S）Q/2（M3/S）V/TQ/2M3/S91801105000000000000091831130251390760381779186118207742821610853691891211055833971997829192123813373961130610452、调洪演算根据库容曲线和单辅助曲线图，采用单辅助曲线半图解法进行设计和校核频率年进行该水库的调洪演算，见表P5T05H表29时段T时段末流量Q平均流量QV/TQ/2M3/S时段末下泄流量QM3/S总库容库水位0000001105918005155077507803811159181712592072471081142918351516121349141161918452113053391351157918412505807928311811569184P05T05H表210时段T时段末流量Q平均流量QV/TQ/2M3/S时段末下泄流量QM3/S总库容库水位0000000110591800521210610605114918221382963521451171918481527532755352151185918612165272559225312091868251051952920511891858XX水库调洪演算成果表表211频率P最大下泄流量M3/S最高库水位M库容万M3514918451161052539186812026坝顶高程复核261坝顶超高计算说明根据规范，土石坝波浪爬高和风壅高度以上为安全超高，在正常运用条件下为050M，在非常运用条件下为030M，地震安全加高1M。262坝顶超高计算根据XX区气象站提供的资料，该水库多年平均年最大风速V10M/S,正常运用情况计算风速采用多年平均年最大风速的15倍非常运用情况计算风速采用多年平均年最大风速。吹程XX水库大坝附近水域较为宽广，但水域形状较不规则，故吹程采用DEDICOS2I/COSI计算。经反复量算，DE021KM。根据碾压式土石坝设计规范SL2742001附录A中A17、A18、A112和A113条之规定和其中的有关公式和换算系数进行计算波浪爬高值，并以此来复核坝顶高程。GH/W200076W1/12GD/W21/3GL/W20331W1/215GD/W21/375其计算和复核成果见表212。XX水库坝顶超高计算表表212项目正常运用设计非常运用校核正常水位非常运用地震安全加高频率P505计算风速W/S1510吹程DM130130水域平均水深HMM795818风向与坝轴法线夹角度2020风壅高度EM3E041E04坝坡坡比162162经验系数KW117104波高HP02480149平均波高HM012720077平均波长LM34222280平均爬高RM03650205波浪爬高R06710378坝顶安全加高A0503地震安全加高001坝顶超高Y117068168263坝顶高程复核坝顶高程按以下两种情况进行计算，并取其最大值1、设计洪水位正常运用情况的坝顶超高2、校核洪水位非常运用情况的坝顶超高3、正常水位非常运用情况地震安全加高情况下的坝顶超高。XX水库坝顶高程复核成果表表213工况频率P最高洪水位坝顶超高M计算坝顶高程Z坝M现大坝高程M差值M结论15918451179196291920042不满足205918680689193691920016不满足39180016891968能91920048不满足通过坝顶高程复核XX水库大坝坝顶高程复核后为91968M，大坝坝顶经实测高程为91920M，故大坝现状高程不满足要求，最大差值为048M。27水雨情观测和通讯设备本次设计在水库大坝管理房处布设一个降雨量观测站，在库岸稳定地段设置一处水位观测标尺，以便进行水库水位观测，根据通讯需要，安装一台程控电话。3工程地质31地形地貌及物理地质现象XX水库位于嘉陵江水系雍河流域柏林沟河支流上游，流域形状呈扇形，地势为北高南低，西陡东缓，该区地貌上属于构造剥蚀深丘地貌，沟谷切割较深，地面高程一般在907986米之间，沟谷与山顶之间相对高差为79米。最高点雪坡上，海拔9865M，最低点坝址处，海拔9075M，山顶多呈状山脊，冲沟较发育，呈树枝状，覆盖层厚48米，冲沟两侧级阶地断续发育分布。两岸基岩出露较好。地形受构造和岩性控制，砂岩一般呈陡崖；砂质泥岩呈浑圆状丘包和缓坡地。大坝枢纽段位于河谷较开阔段，坝址区为“U”形谷，河谷沟底宽20200米，较平坦。两岸略为不对称，河床纵坡较大，但坝址处的河床较平坦，左岸坡度3040，右岸坡度5070，左右坝肩凸出的山嘴较明显，但山体较厚，大坝所处河段建坝地形条件较好。该区气候温和，潮湿，雨水较多，植被较好。物理地质作用主要以风化作用为主，风化裂隙发育，强风化层厚35米，弱风化层厚48米。其次为崩塌作用，规模较小，零星分散于斜坡脚和溢洪道中下部。32地层岩性由于XX水库属小二型水库，资料缺乏，加之未进行地质勘探，地层岩性只能从地形地貌和出露的地层特性和分布及走向，结合同类工程进行类比分析。库坝区属中低山地貌，区内出露地层主要为白垩系剑门关组K1J，岩层由砂质泥岩、砂岩不等厚互层组成。山坡及沟内广布第四系全新统坡残积层Q4DLEL及坡洪积层Q4DLPL粉质粘土。左右两岸坝肩及近坝库岸稳定，无滑坡或塌落体。坝基为砂岩与粘土岩互层岩体，岩层较平缓，坝基未进行帷幕防渗。溢洪道底板粘土岩夹薄层页岩，左侧属横向坡，总体稳定，但受风化影响，有岩石剥落和掉块；且因其属软质岩，抗冲刷能力差，水库泄洪时会产生冲刷，需进行防护。33地质构造及地震区内构造体系属于新华夏构造体系四川沉降带之川西褶带，西北与龙门山隆起褶带相邻。水库位于褶皱旋扭构造梓潼向斜北西翼，为平缓的单斜构造，岩层产状水平，未见大的断裂构造，岩层裂隙较发育。根据中国地震动参数区划图GB183062001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，工程区地震动峰值加速度为015G，动反应谱特征周期为040S，对应地震基本烈度为VII度。34水文地质区内水文地质条件简单。地下水主要为松散堆积层中的孔隙型潜水和基岩中的脉状裂隙型潜水。接受大气降水与库水的补给，动态变化的季节性明显。孔隙型潜水主要赋存于沟底松散土层中，水量一般丰富，地下水位高。裂隙型潜水主要赋存于基岩内各种裂隙中，一般以泉的形式排泄。由于水库的修建抬升了水位，在水库下游地下水具有弱承压性。砂岩裂隙发育，连通性好，充填差，透水性较强。该区地表水，地下水水质类型属重碳酸钙型低矿化度水，水质较好，适于饮用灌溉，对混凝土不具侵蚀性。35坝体土物理力学性质由于XX水库属小二型水库，缺乏任何资料，加之未进行地质勘探和室内土工试验，故本次坝体土的物理力学指标采用同一地区新华水库地勘资料中的指标进行综合分析确定。XX水库的坝体土参数饱固快非饱固快材料内聚力KPA摩擦角内聚力KPA摩擦角饱和密度KG/M3湿密度KG/M3弹性模量MPA泊松比渗透系数KC填土22252720198018603003571104堆石棱体03203421202060抛石体02702919301780511014除险加固设计41枢纽工程现状及存在的问题411大坝工程1、大坝工程现状工程于1996年4月动工修建，竣工时间为1997年4月,完成现有坝高117M，坝顶宽30M，子坝宽22M，坝顶长116M，设计正常蓄水位9180M，实际坝顶高程9192M，坝基高程9075M。大坝为均质土坝,上游坝坡坡比为1162，边坡为土质边坡，下游坡坡比为1175，118，130，大坝外坡在9160M处设有马道，马道宽15M，大坝外坡有杂草生长，坝形较规则；现大坝无位移沉降和渗流观测设施,内坡外观质量很差；内坡堆石体高36M坡比为11，外坝无堆石体和坡面排水系统。2、大坝存在的问题坝体施工质量工程修建于1996年，在修建时没有做相关设计，并且没有较为详细的地质资料，没有正规的施工图纸，没有专业建设队伍，是由全村投劳集资形式建成，技术力量极为薄弱，大坝在建设期间，施工质量较差，加之由于后期为赶进度，更加忽略了工程建设质量。大坝外观质量大坝为均质土坝，经过多年运行，内坡无护坡，风浪淘涮严重，已造成内坡成不规则勾壑状，部分已变形呈陡坎形式，加之受512地震余震影响，大坝内坡出现大面积滑坡，危及大坝安全。外坡有杂草生长，坝形较规则，但下游外坡脚无堆石体，坡面无排水系统。经2008年对大坝白蚁普查，未发现有白蚁活动现象。因此对大坝进行除险加固势在必行，以确保大坝安全和下游群众的生命财产安全，保障灌区农业的稳产增收，从而发挥出工程应用的效益。412溢洪道工程1、溢洪道现状溢洪道位于大坝右坝肩砂质泥岩基础上，为开敞式正堰溢洪道，总长10M。堰顶高程为9180M，堰上口宽3M，为临时开挖溢洪道，边墙未衬砌，尾段没有完建，无消能设施。413放水设施放水设施布设在大坝左岸，卧管布置在库内边垂直于坝轴线10M处，放水孔15CM，共18级，级差04CM，涵管为穿坝建筑，管长35M，高06M，宽04M，设计放水流量010M3/S。现场检查时，未发现放水设施有异常。414其它设施1、防汛公路卫王公路卫子至王家2KM处有到保民村学校的村道，村道为砼路面，路宽45M，全长为5KM，保民村小学至水库大坝坝顶有村道3KM相接至路面为土路，部分路段需整治后才能保证防汛期间公路畅通。2、管理房工程该工程管理房位于大坝左端20M处，建筑面积为36M2，为青瓦土墙结构。3、观测设施大坝无任何变形、位移渗流观测设施设备，因此无法通过设施对大坝安全状况作出准确而及时的评价。42工程设计依据421工程等别及建筑物级别XX水库总库容120万M3,有效库容1005万M3，设计灌面为0070万亩，根据水利水电工程等级划分及洪水标准SL2522000之规定，该水库为小二型水利枢纽工程，工程等别为五等水利枢纽工程，枢纽工程主要建筑物为5级。422防洪标准XX水库为小二型水库，工程等别为五等五级，故本次洪水标准根据水利水电工程等级划分及洪水标准SL2522000规定,采用20年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核。423设计采用主要规范水利水电工程等级划分及洪水标准SL2522000防洪标准GB5020194碾压式土石坝设计规范SL2742001；溢洪道设计规范SL2532000；碾压式土石坝施工组织设计导则DL/T51162000；土石坝劈裂灌浆设计规范；水工建筑物水泥灌浆施工技术规范SL6294；四川省中小流域暴雨洪水计算手册1984年；土石坝安全监测技术规范SLS6094；水库工程管理设计规范SL10696。424设计采用的主要技术文件枢纽平面布置图；实测最大断面图；水力学第二版下册；万分之一航测图。43总体设计方案根据安全鉴定结论，本次对该水库除险加固设计主要包括大坝整治、溢洪道整治、放水设施，防汛公路整治和新建管理房，增设大坝观测设施、水文观测设施，添设必要的管理设备。44大坝工程设计441原大坝渗流复核计算1、计算工况此次渗漏分析计算以本次复核后的水位为标准。1、工况一上游正常水位9180M形成的稳定渗流期；2、工况二上游设计洪水位91845M形成的渗流期；3、工况三上游校核洪水位91868M,下游无水。4、工况四上游正常水位9180M降至死水位9105M；5、工况五上游校核洪水位91868M骤降至正常水位9180M，再骤降至死水位9105M。2、渗透系数XX水库无任何地质资料，本次坝体土渗透系数采用同类工程类比确定。即渗透系数K571105CMS，堆石体采用工程类比分析为K51101CMS，坝体土临界渗透比降JK101。3、计算方法取大坝河床断面最大断面，按不透水地基有排水棱体，采用二维有限元法进行渗流稳定分析，以河海大学与黄委勘测设计院开发的水工结构分析系统AUTOBANK55软件进行计算。4、计算成果坝体渗流量渗流量计算结果见表61。XX水库大坝渗漏量计算成果表表61工况渗流量单位工况一000159LSM工况二000267LSM工况三000298LSM工况四000325LSM工况五000337LSM从表中可以看出，大坝坝体在各种工况下渗漏量很小，按正常水位，坝体平均长度按70计算，年总渗漏量为3996万M3，占总库容的222，故坝体渗漏满足要求。渗透坡降XX水库大坝渗透坡降计算成果表表62工况平均渗透比降工况一0254工况二0298工况三0325工况四0196工况五0218大坝在各种工况下最大平均渗透比降小于坝体土容许渗透坡降101，各种工况下出溢点均在排水棱体顶面以下，故大坝会发生渗流破坏。442原坝坡稳定复核1、基本资料大坝为5级建筑物，根据规范要求，相应的坝坡抗滑稳定最小安全系数如下表63土坝坝坡抗滑稳定最小安全系数表63大坝类别建筑物级别正常运用情况非常运用情况非常运用情况土坝512511511坝坡稳定计算采用毕肖普法。计算程序采用河海大学工程力学系和黄委会勘测设计研究院编制的土石坝稳定分析系统HHSLOPE12。XX水库坝坡材料物理力学指标表表64饱固快非饱固快材料内聚力KPA摩擦角内聚力KPA摩擦角饱和密度KG/M3湿密度KG/M3浮密度KG/M3渗透系数KC填土231882520198018601010571105堆石棱体032034212020601120511012、计算工况上游坝坡1工况一正常水位9180M降至死水位9105M；2工况二校核洪水位91868M骤降至正常水位9180M再降至死水位9105M；3工况三正常水位9180M时形成的稳定渗流期地震；下游坝坡1工况一设计洪水位91845M时形成的渗流期；2工况二校核洪水位91868M时形成的渗流期。3工况三正常水位9180M时形成的稳定渗流期地震；XX水库坝坡稳定整治前计算成果表表65坝坡工况KMINK是否满足要求工况一118125不满足工况二110115不满足上游工况三115110满足工况一132125满足工况二125115满足下游工况三118110满足从上表可以看出，经复核计算大坝上游坝坡在有两种工况不满足坝坡抗滑稳定均规范要求。443大坝工程整治设计4431方案设计1、总体设计经前面第二章坝顶高程复核结果，大坝高度不能满足规范要求，需加高大坝，内坡出现大面积滑坡，需清除滑坡体后，内削外培，坝轴线外移，内坡正常蓄水位以下2M至坝顶采用C20砼预制块护坡，外坡新增堆石体，并采用砼框格种草护坡。2、坝顶整治设计坝顶高程9192M，根据第二章高程复核后，需加高50CM，设计坝顶高程为9197M，坝轴线外移41M后，设计坝顶宽度为30M，坝顶长115M，坝顶路面采用泥结石路面，厚度20CM，底部采用砂卵石垫层，厚20CM。坝顶上、下游匀采用M75砌条石增做路缘石，埋入坝顶下土层内。3、大坝内坡整治设计清除内坡滑坡体，原内坡比为1162，采取削坡减载，削坡后，内坡比为达到120，坝顶9197M至中部9160M正常水位以下2M采用C20砼预制块护坡，厚度为10CM，下铺设20CM的砂砾垫层。在预制块护坡之间布设排水沟，孔距5M，呈梅花型布置，孔径40MM，孔材采用PVC管材，管后设砂砾石反滤堆。4、外坝坡工程坝轴线外移后，外坡需培厚，从坝顶8993M处按1175，118的坡度进行培厚，在9160M高程处设一马道宽15M，下游坝脚清脚后增设4M高的堆石体，内外坡比为11设计。对外坝坡坝肩两侧设顺坡向排水沟,排水沟为M75砌条石矩形结构，宽深0303M。对外坝坡堆石体以上坡面采用草皮绿化护坡，之间采用C20砼框格，框格尺寸亦为55M，BH0202M，以防雨水冲涮。4432整治后大坝安全计算1、大坝渗流计算计算方法和参数同整治前，计算结果见表66。XX水库大坝渗漏量计算成果表表66工况渗流量单位工况一0000132LSM工况二0000147LSM工况三0000159LSM工况四0000168LSM工况五0000173LSM从表中可以看出，大坝坝体在各种工况下渗漏量很小，按正常水位，坝体平均长度按70计算，年总渗漏量为0623万M3，占总库容的346，故坝体渗漏满足要求。2、渗透坡降XX水库大坝渗透坡降计算成果表表67工况平均渗透比降工况一0139工况二0129工况三0126工况四0348工况五0293大坝在各种工况下最大平均渗透比降小于坝体土容许渗透坡降0673，各种工况下出溢点均在排水棱体顶面以下，故大坝不会发生渗流破坏。3、大坝稳定计算计算方法、计算工况和计算参数同整治前，计算结果见表68XX水库坝坡稳定整治后计算成果表表68坝坡工况KMINK是否满足要求工况一226125满足工况二2258125满足上游工况三118115满足工况一129125满足工况二117115满足下游工况三129110满足45溢洪道工程整治设计针对溢洪道存在的主要问题，整治方案如下1、溢洪道水面线及边墙复核推算在下泄最大流量253M3/S时的和水面线和复核各段现有边墙高度是否满足要求，采用分段求和法计算水面曲线，计算各段所需要的边墙高度，不考虑掺气影响，计算结果见下表69。XX水库溢洪道边段高度复核成果表表69位置水深M安全超高M边墙高度M边墙现状M差值是否满足要求进口段07090312120满足陡坡段74007031010不满足消力池4050080311无11不满足复核结论由上表可看出，XX水库溢洪道现边墙都不能满足泄洪要求，无消能设施2、溢洪道整治工程根据该水库溢洪道特性，溢洪道进口段与坝体连接，在进口处设125的反坡，堰顶宽20M，堰厚5M，其后接坡比为1033的陡坡段，在尾端增做和消力池，经消能后，引入灌溉渠系内。根据水文计算溢洪道最大泄洪能力应为253M3/S,溢洪首段水深为09米，堰顶宽度为20米，溢洪道堰顶高程为9180米。溢洪道由进口断、陡坡段、消力池组成。溢洪道现状堰顶首段实际宽度为30M，边墙高为12M，已能满足正常泄洪要求。只因为临时开挖的泄流渠，边墙未加固，长度仅为10M，如果溢洪，洪水会直接冲击坝外坝坡，故，对首段需采用M75水泥砂浆砌条石加固边墙、采用C15砼现浇底板详见溢洪道设计断面图，并完建尾段。泄流陡槽段按明渠均匀流水力计算公式进行复核计算，则泄流槽宽为1520M，溢洪水深为05M，则溢洪道边墙高度为08M，断面均采用矩形断面，边墙采用M75浆砌条石，顶宽30CM，底宽5060CM，墙身应梅花状预留50MM排水孔，并应做好排水孔后的反滤过渡结构，底板采用C15砼现浇20CM，并做好底板下的排水暗沟。尾端新增消力池，规格为502010M。46其它工程整治。461防洪公路工程该水库防汛公路为本村新建村道，能够满足水库防汛要求，只需进行简单的维护。462大坝观测设施设备针对水库降雨量、水位的观测，本次增设人工计雨量、另外在大坝库内接近大坝较稳定的地点增设水位标尺。47建筑工程量统计经统计，完成XX水库枢纽工程除险加固需完成主要工程量开挖土石方1213M3，回填土石方659M3，砂卵石垫层196M3，砌石1236M3，砼2013M3。水泥86T，河砂7441M3，卵石347M3，炸药068T，钢材225T，施工高峰人数180人。5施工组织设计51施工条件511工程条件1、工程概况XX水库位于XX市XX区晋贤乡保民村五社境内的烂田湾，坝址地理坐标东经1055420，北纬321245，距晋贤乡10KM。属嘉陵江流域二级支流雍河一级支流柏林沟河上游，是XX区境内的以农业灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合利用的小二型水利枢纽工程。本次整治加固工程，包括大坝整形护坡、溢洪道整治、防汛公路整治、新增观测设施等工程。2、交通条件XX水库大坝至晋贤乡保民村学校处，有3KM的防汛公路，该路为村级道路，路面为土路，只需进行简单的维修，能够满足整治该水库交通要求。512自然条件1、水文气象水库流域地处亚热带湿润季风气候区，气候温和，降雨较充沛，四季分明，具有冬暖春旱，无霜期长，夏热多干旱，降雨不均，秋多阴雨，日照较充足等特点。春旱、夏旱、伏旱及冬干均有发生。区内多年平均气温161，最高气温389，最低气温82多年平均降水量1100MM,降雨年季变辐较大，年内分配不均，降水多发生在510月,其降水量约占全年的75左右。无霜期240天，多年平均相对湿度69，平均风速10M/S。2、地形地貌XX水库位于嘉陵江水系雍河支流柏林沟河上游，流域形状呈扇形，地势为北高南低，西陡东缓，该区地貌上属于构造剥蚀深丘地貌，沟谷切割较深，地面高程一般在907986米之间，沟谷与山顶之间相对高差为79米。最高雪坡上，海拔9865M，最低点坝址处，海拔9075M，山顶多呈山脊，冲沟较发育，呈树枝状，谷底一般宽3050米，覆盖层厚48米，冲沟两侧级阶地断续发育分布。两岸基岩出露较好。地形受构造和岩性控制，砂