土石坝除险加固水利水电毕业设计

1、 毕业设计（论文）说明书 题目： TJ土石坝除险加固设计 系 名 建筑工程系 专 业 水利水电 学 号 6008207251 学生姓名 高明晶 指导教师 王海军 年 月 日 摘 要 我国是拥有水库最多的国家，水库对国民生产生活用水具有重要的意义。土石坝是我国水利工程中各种坝型应用最多的一种，但由于其建设时期的历史特殊性，多数土石坝存在着不同程度的设计缺陷或质量问题。该文主要进行了下列工作:回顾总结了我国土石坝发展的基本概况及运行现状，对土石坝病害的种类及评判方法进行归纳;综述了土石坝加固技术及方法，对各种除险加固措施进行了分析比较，并对TJ水库除险加固进行了系统的分析，结合坝体蓄水后不同水位条

2、件下坝体浸润线的变化，分析模拟水位的变化对坝体稳定性和变形等方面的影响。从大坝病害勘察、分析，到除险加固设计直至工程施工处理均进行了较为全面的讨论。 关键词：土石坝；除险加固；渗流分析；稳定分析 Abstract Our country is one of the nations owning the largest quantity of reservoirs in the world, and the reservoir plays a great role in the life and production of our people. The earth-rock dam is th

3、e most frequently-used dam in hydraulic engineering in our country.As a result of the large-scale construction，most of the earth- rock dams exist design or quality problems in different degree. In the paper the following work is mainly carried.It reviews and summarizes the development and operation

4、of arth-rock dams in China,induces the various disease of earth-rock dams and its measure of judgement;The commonly used technical method of reinforcement in earth-rock dams strengthen is summarized to be analyzed and compared. Combining the different water level in the dam after used，primarily anal

5、yze the influence on the stress in the dam produced by the changing of water level. The paper has done some research systematically on the procedure of doing away with the dangerous conditions of the TJ Reservoir and its reinforcement as well as the survey and analysis of the diseased dam,the reinfo

6、rcement design,and the treating of construction. Key words: earth-rock dam; reinforcement of dangerous dam;seepage analysis; stability analysis 目 录 第一章 绪论 . 1 1.1 引言 . 1 1.2 国土石坝的病害及处理技术. 1 2.1 土石坝的病险及特征 . 1 2.2 土石坝病害的主要原因 . 3 2.3 加固方法分类及选用原则. 3 2.3.1 方法选用原则 . 3 2.3.2 加固方法分类及适用范围 . 4 2.4 加固新技术应用 . 5

7、 第三章 TJ水库工程概况 . 7 3.1 基本情况 . 7 3.2 水文 . 7 3.2.1 流域概况 . 7 3.2.2 设计洪水 . 8 3.3 工程地质与工程质量 . 10 3.3.1 区域地质概况 . 10 3.3.2 溢洪道工程地质 . 11 3.4 工程除险加固的必要性. 11 3.5 工程规模和任务 . 12 3.5.1 工程等级及建筑物级别 . 12 3.5.2 设计洪水标准 . 12 3.5.3 洪水调节 . 12 3.5.4 工程除险加固的任务 . 12 3.6 基本资料 . 13 第四章 TJ水库除险加固复核 . 14 4.1 坝顶高程复核 . 14 4.1.1 基本资

8、料 . 14 4.1.2 坝顶超高计算 . 16 4.2 渗流及渗透稳定复核 . 18 4.2.1 土石坝渗流原因 . 18 4.2.2 渗流计算的任务 . 19 4.2.3 基本资料 . 19 4.2.4 计算过程 . 23 4.3 坝坡稳定性复核计算 . 25 4.3.1 计算方法的选取 . 25 4.3.2 具体参数选择 . 25 4.3.3 计算工况 . 26 4.3.4 最小安全系数的选取 . 27 4.3.5 具体计算过程 . 28 4.3.6 结论 . 30 4.4 坝体变形分析 . 30 第五章 TJ大坝除险加固设计 . 31 5.1 防渗加固设计 . 31 5.1.1 处理方

9、法介绍 . 31 5.1.2 方案的选择 . 31 5.1.3 方案说明 . 32 5.1.4 防渗处理后渗流计算 . 33 5.2 上游块石护坡设计 . 35 5.2.1 干砌石护坡 . 35 5.2.2 抛石护坡 . 36 5.3 下游坝面排水设计 . 36 5.4 下游贴坡排水设计 . 37 5.5 大坝白蚁防治 . 38 5.5.1 白蚁预防 . 38 5.5.2 白蚁诱杀 . 38 5.5.3 灌浆处理 . 39 5.6 环境保护与水土保持 . 39 5.6.1 环境保护设计 . 39 5.6.2 水土保持设计 . 39 第六章 结论与展望. 40 参考文献. 42 附录 计算书.

10、44 致 谢. 71 天津大学仁爱学院2012届本科生毕业设计 第一章 绪论 1.1 引言 我国是世界上拥有土石坝最多的国家之一。截止到2000年年底统计, 全国已兴建各类水库8.5万余座,其中大型水库420座,中型水库2704座, 小型水库近8.2万座，这些水库大坝绝大部分是土石坝1。土石坝工程在防洪抗旱中发挥了重要的作用，促进了工农业生产，提高了人民生活水平。但由于当时特定的历史条件，存在严重的“三边”（边勘测，边设计、边施工）现象2，防洪标准低，质量控制不严，尾工和隐患较多，时刻威胁下游人民生命财产安全，限制了当地的经济发展，其除险加固的重要性和必要性为人民所认识，各地都在进行病险水库的

11、除险加固。而搞好病险水库的除险加固，必须搞好除险加固设计。 1.2 国全世界不同坝型建造数量和百分比 1 天津大学仁爱学院2012届本科生毕业设计 表1-2 建坝总数中土石坝的发展比例 近代土石坝在试验技术、设计理论、施工设备与工艺等方面,已取得了令人瞩目的成就,进而推动了土石坝型的日趋成熟和发展。土石坝紧随时代的步伐,不断地从新技术、新工艺中获取发展的动力,不断地发展,成为坝工建设的主要坝型,它们在坝工建设中的作用将越来越大,影响将越来越深远。 目前，关于国外病险水库大坝的治理措施的报告及相关文献还比较少。在美国，主要致力于服务大坝安全管理的基于确认风险的大坝安全决策研究、大坝应急管理和报警

12、系统等非工程措施的研究。在日本，主要致力于由于大坝工程新技术的开发和应用，如预制混凝土构件、高流动性混凝土、老坝扩建等新技术研究，这些技术可缩短了施工工期，降低了工程造价，保护环境。另外，日本的水利工程基本实现了自动化监控管理，工作人员通过计算机和监视屏幕掌握工程运行情况，可远距离遥控操作闸门等设备的启闭7。 1.3 研究目标 评价大坝的安全状况，掌握工程运行性态和提高工程的安全保障，加快病险水库的除险加固进程，早日根治工程存在的不安全隐患，发挥水库应有的效益。目前，TJ大坝存在较严重的质量问题，不能在设计条件下正常运行，属于类病险水库大坝，需要尽快对该大坝进行全面的除险加固。通过对该大坝进行

13、除险加固设计，合理有效的指导TJ土石坝除险加固工程的实施，使其正常发挥效益，安全运行。 2 天津大学仁爱学院2012届本科生毕业设计 第二章 土石坝的病害及处理技术 2.1 土石坝的病险及特征5-6 为了达到除险加固的理想效果，首先必须对各种病险有一个较为清楚的认识，以便根据不同的实际情况采取不同的技术措施。根据病害的特点可归纳为两类: 一类是结构性病害，主要是由结构强度稳定刚度构造等因素而产生的病险，具体表现于滑坡裂缝排水溢洪设施问题等; 二类是渗漏性病害，其主要是由坝体及其接合体抗渗性能不足而造成的病险。根据前人对多年来病险土石坝除险加固经验的总结,主要的病险有以下几方面。 (1) 裂缝。

14、裂缝可以说是土石坝病害中较为常见的现象，有的裂缝在坝体表面就可以看到，有的隐藏在坝体内部，裂缝宽窄长短深浅不一。裂缝有平行坝轴线的纵缝，也有垂直坝轴线的横缝，还有不规则的倾斜裂缝。无论什么性质的裂缝对土坝的正常使用都有不利影响，其中危害最大的是贯穿坝体的横向裂缝水平裂缝以及滑坡裂缝，它们直接影响坝体的稳定性。在进行大坝除险加固时，应对裂缝的范围位置长度宽度深度数量等参数进行详细的测定，以便确定其影响程度，从而采取确切的措施。 (2) 渗漏。渗漏一直以来都是危害土石坝安全的主要因素之一，按渗漏的部位可分为坝体渗漏、坝基渗漏、接触渗漏、绕坝渗漏; 按渗漏性质可分为正常渗漏和异常渗漏; 按渗漏现象可

15、分为散浸和集中渗漏。对于因渗漏而引起的坝体破坏或渗漏量过大，且影响蓄水和造成土石坝整体或局部失稳的，称为异常渗漏，异常渗漏则是考核坝体病险程度的主要指标之一，若出现地面凸起坍塌或管涌现象则表现渗漏很严重，急需处理。 (3)滑坡。土石坝滑坡的原因有很多，如坝坡太陡，坝体抗剪强度偏小，坝基土的抗剪强度不足，外界因素扰动(如地震、坝周围动荷载) 等，而导致坝体局部或整体的滑动。实际上滑坡往往是多种原因综合产生的，所以当发现滑坡征兆后，应及时认真调查研究，分析滑坡产生的原因，并根据不同的情况，采取有效的方法及时处理。 (4)护坡损坏。护坡是土石坝的重要组成部分，由于雨水波浪动植物以及设计不当施工质量和

16、管理等因素的作用和影响，土坝坝坡大都存在不同程度的毁坏，严重的将威胁大坝的安全。护坡毁坏原因比较复杂，主要有坝体碾压不实护坡垫层设计与施工不合格块石偏小砌筑质量差设计不完善水流冲刷坝体不均匀沉陷块石风化变质等原因。因此，需要综性的分析护坡产生的问题。 1 天津大学仁爱学院2012届本科生毕业设计 (5)输泄洪建筑物老化破坏。随着使用年限的增加，许多土石坝的输泄洪建筑物老化，甚至出现裂缝、断裂、露筋、漏水等现象，严重影响了这些建筑物的接体性和安全性。特别是遇到坝下埋管时，极易导致接触冲刷破坏; 有时也存在溢流面和泄槽未衬砌或质量差冲蚀，无消能工或消能工不完善，基础淘刷等，以上情况均危及坝体安全。

17、 (6)防洪标准偏低。我国有很多土石坝的防洪标准低，达不到规范要求的洪水标准。水库的防洪标准低于颁布的防洪标准，坝高低于设计洪水位的要求。 表2-1统计了国病险水库存在问题统计表 2 天津大学仁爱学院2012届本科生毕业设计 2.2 土石坝病害的主要原因8-9 (1)自然灾害问题。土石坝建筑物受到自然界难以预测或难以抗拒的灾害的作用,致使水库大坝发生灾害性事故,造成无可挽回的损失。总的来讲土石坝可能遇到的自然界灾害有:一是遭遇非常洪水、特大水流。二是遭遇强烈的风暴、地震、山崩、滑坡等自然界灾害。 (2)设计阶段的失误。总结以往工程设计经验和教训,在设计阶段容易出现失误:一是缺乏勘测资料就盲目进

18、行工程设计,或因勘测的深度、精度、范围和方法不当,勘测设计资料不准确,以及勘测和设计工作脱节等。二是土石坝枢纽建筑物布置受地形、地势限制,在未作充分地质勘测及工程论证基础上,就确定坝址,由于大坝选址不当带来工程整体的不安全、不稳定隐患。三是土石坝泄水建筑物设计标准偏低,达不到防汛泄洪要求,严重影响整个枢纽工程及下游区域防洪度汛的安全。 (3)施工阶段遗留下的隐患。一是坝基基础开挖不到位,未开挖至设计基岩,而不作特殊处理,或开挖至设计高程,但基础仓面清理不到位,留下碎石、浮土、杂物等影响工程质量隐患,就进行下一道工序施工。二是坝体回填土料(或石料)含水率不符合设计要求,土料(或石料)含水率高于或

19、低于设计碾压含水率。三是土石坝坝体土料(或石料)填筑质量差,每层土石料铺筑厚度超设计要求。 (4)运行管理中存在的问题。一是盲目、片面追求灌溉效益,不了解洪水出现的随机特性,汛期不适当地抬高运行水位,减少防洪库容,致使水库防洪能力不足,直接威胁大坝下游城镇、工矿企业的安全。二是对土石坝定期安全检查不够细致,导致坝体遭受白蚁的侵灾严重。三是对水库大坝及枢纽建筑物的日常维修和养护不及时,彻底。 2.3 加固方法分类及选用原则 2.3.1 方法选用原则 土石坝发生病害是多种因素共同作用的结果。土石坝加固方法很多都有其适用范围、局限性和优缺点。因此，对每一具体工程病害，都应进行仔细分析，应从工程病害情

20、况、加固要求、工程费用以及材料、机具来源等各方面进行综合考虑，克服盲目性。确定土石坝加固方法时，应根据工程病害的具体情况对几种加固方法进行技术、经济、施工比较。合理的土石坝加固方法应是技术上可靠、经济上合理、又能满足施工要求。通过比较分析，可采用某一种加固方法，也可采用两种或两种以上的方法组成的综合加固方法。 3 10 天津大学仁爱学院2012届本科生毕业设计 2.3.2 加固方法分类及适用范围10 土石坝的加固方法,一般可按土石坝加固的原因、原理、目的、性质等进行分类, 其中按加固的原因进行分类, 主要有:渗透破坏、裂缝、滑坡、地震震害与液化等加固方法。这里主要介绍以下几种方法： (1)渗透

21、破坏加固方法 渗透破坏加固方法的原理是在上游不使或少使来水渗入坝体或坝基,并使渗水在下游通畅排出, 但不带走坝体或坝基上的土粒和不改变坝体或坝基的变形和强度。即上游防渗下游排水减压和导渗（上堵下排）。 防渗排渗方法常用于解决土石坝坝体和坝基的渗流问题,使下游不发生散渗、漏水、翻砂冒水、砂沸、管涌流土或沼泽化、塌坑浑水等渗透变形现象;上游不发生漩涡、翻泡、塌坑等渗漏入口,从而加强土石坝及其坝基的抗渗能力。 按防渗、排渗、滤土排水的不同,防渗排渗加固方法可分为： 防渗加固方法。在上、中游设置切断透水坝基的垂直防渗措施有:土质截水槽、混凝土防渗墙、桩柱式防渗墙、粘土防渗墙、防渗板墙、灌浆帷幕、泥浆槽

22、防渗墙、自凝灰浆防渗墙, 混凝土防渗墙和灌浆帷幕的组合等等。 排渗加固方法。防渗加固方法采取后, 仍需采用贴坡排水、棱体排水、褥垫排水及其组合, 坝体内竖向排水层和水平排水层、排水沟、减压井、透水盖重等排水设备, 排除上游渗水, 降低浸润线及下游坝基上的水头。 (2)滑坡加固方法 土石坝的滑坡的原因是多方面，一般都是多种因素的组合 从破坏力上讲占主导地位是坝体内部原因，再加上外部的自然因素或者运用管理不当造成的 从滑坡的机理上看，当作用在滑坡上的作用力大于阻止滑坡的作用力时就会发生滑坡11。 土石坝出现滑坡裂缝及滑坡后,应进行滑坡勘察及土工试验, 分析产生的原因, 按照滑动力减少和抗滑动力增加

23、的准则,进行滑坡加固设计。一般采用土石坝中常用的主动滑动段减重和滑坡体前缘抛石固脚,加重压坡的方法。 (3)裂缝加固方法 土坝裂缝是较为普遍的现象，大多发生在蓄水运用期间，有些裂缝在坝体表面就可以看到，有些隐藏在坝体内部，要开挖检查才能发现。裂缝的走向有与坝 4 天津大学仁爱学院2012届本科生毕业设计 轴线平行的纵缝，与坝轴线垂直的横缝，还有不规则的倾斜裂缝。无论什么形式的裂缝对土坝的正常运行都有不利影响，其中危害最大的是贯穿坝体的横缝、纵缝以及滑坡裂缝。它们直接影响坝体的稳定性,使水库不能正常发挥效益。其中横缝可能发展成贯穿坝体的漏水通道,甚至造成溃坝失事，若不及时修复，可使土坝在很短的时

24、间破坏。 土坝裂缝的治理应根据检查的情况和观察资料,判断裂缝的特征、规模和部位等,正确分析裂缝产生的原因,采取有针对性的措施,适时进行加固处理。裂缝加固方法一般是开挖回填、裂缝灌浆以及两者相结合。其适用范围如下： 开挖回填: 适用于粘性土,裂缝不超过5m。 裂缝灌浆: 适用于粘性土,坝体内裂缝和非滑动的表面裂缝。 2.4 加固新技术应用 水库项目研究内容主要集中在以下几个方面 1）病险水库大坝治理对策 2）大坝防渗处理技术； 3）建筑物补强新材料和新工艺应用； 4）自动化监测设施应用； 5）大坝白蚁防治技术。 目前，在水库大坝除险加固过程中，广泛采用新技术、新材料和新工艺。如安徽省佛子岭水库采

25、用现浇钢纤维喷射混凝土加固大坝上游防渗面板12和浙江省余姚百丈岗水库溢洪道地基防渗处理中薄型抓斗法混凝土防渗墙13。佛子岭连拱坝采用在上游面板与垛墙间增加劲性钢筋以加强连接，然后浇筑钢纤维混凝土的加固方案，通过手工操作喷枪，成功地实现一次喷射厚度达 400mm，输送水平距离达 100m、垂直距离达 60m以上的超厚度、远距离泵送喷射效果；同时在提高新老混凝土粘结力性能，减小喷射钢纤维混凝土的回弹和增加纤维粘附率，以及解决钢纤维特别是长纤维在拌和中易结团等问题上也取得了卓有成效的成果。 在国内首次成功地将喷射钢纤维混凝土技术大规模应用于水库大坝结构加固，该技术研究和应用方面达到国际领先水平。余姚

26、百丈岗水库溢洪道地基防渗处理中采用了薄型抓斗成槽施工工艺，防渗墙厚度为 300mm，该工程设计墙体深入弱风化基岩深度为 1.0m。完工后，在槽段连接处进行了现场开挖。检查结果 5 天津大学仁爱学院2012届本科生毕业设计 表明，露出的墙体接缝密实，接缝无夹泥、脱开现象，墙面平整光滑，墙厚满足要求，墙体整体性强，满足设计要求7。 另外，还有新型灌浆材料及灌浆工艺、深覆盖层堤坝地基渗流控制技术、混凝土外加剂及掺合料技术、白蚁防治技术和高分子化学灌浆材料与高分子密封材料等。这些新技术在近年来水利工程安全隐患治理工作中发挥了很大的作用7。 6 天津大学仁爱学院2012届本科生毕业设计 第三章 TJ水库

27、工程概况 3.1 基本情况 TJ水库座落于赣江水系袁河三阳支流海江水上游的袁州区三阳镇海江村境水文 3.2.1 流域概况 3.2.1.1 自然地理 TJ水库地处袁州区三阳镇海江村境内，属袁河水系三阳支流海江水，其流域中心地理位置为东径114°21.9，北纬27°59.2，距离宜春城区20km，距沪瑞高速公路12km，距320国道7km，坝址以上控制流域面积16.8km2，多年平均径流量1487.4万m3。水库总库容1173万m3，设计灌溉面积1.735万亩，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养殖等综合利用的中型水利枢纽工程。 3.2.1.2 水文气象 本流域属亚热带季风气候区，四

28、季分明。冬季盛行西北风，干而冷；夏季盛行东南或西南风，温而暖。春秋季较短，夏冬季略长。多年平均气温17.2，实测最高气温41.6（1953年8月16日），实测最低气温-9.2（1955年1月11日），多年平均最大风速14.0m/s，流域内多年平均降雨量为1550.5mm，最大降雨量为2058.1mm（1998年），最小降雨量为1002.8mm（1968年），降雨量年季变化较大，年内分配也不均匀，其中4、5、6三个月占全年降雨量的44.9%以上，流域内多年平均蒸发量E601=801.2mm，7、8两个月最大，占全年的31.9%。 7 天津大学仁爱学院2012届本科生毕业设计 3.2.2 设计洪水

29、 3.2.2.1 暴雨成因、洪水特征 本流域每年从3月份进入雨季、49月为汛期，其中46月为主汛期。46月大气环流活跃，冷暖气流在流域上空交峰频繁，形成峰面雨。其特点为：暴雨历时长，范围大，遇到暴雨集中时，往往酿成大洪水。79月主要受台风入侵造成暴雨，形成秋汛。台风雨特点是历时短，强度大，有局部性。 水库洪水主要由暴雨形成，洪水期一般从4月份开始，至7、8月份结束，较大洪峰多出现在5、6两月，这期间洪水极为频繁。年最大洪水以6月份端午节前后出现机率最多。本流域山高坡陡，汇流迅速，洪水暴涨暴落，具有明显山溪性河流特性，一般洪水历时最多3天，退水历时约为涨水历时的45倍。 3.2.2.2 设计洪水

30、标准及计算原则： TJ水库为中型水利工程，大坝为土坝，按规范规定，其设计洪水标准为五十年一遇（P=2%），校核洪水标准为千年一遇（P=0.1%）。1.2.3.3 坝址设计洪水的计算方法及推求 由暴雨洪水查算手册法推求设计洪水。根据江西省水文总站主编江西省暴雨洪水查算手册（以下简称手册）推求海江水库坝址洪水。由手册附图查得TJ水库坝址各历时点暴雨参数如下： H24小时=100mm，Cv24=0.40，Cs=3.5Cv =75mm，Cv6=0.45，Cs=3.5Cv H6小时 H1小时=45mm，Cv1=0.44，Cs=3.5Cv 1-n2H3小时=H1小时×3，式中，1-n2=1.28

31、5Lg(H6H1) 根据手册查各历时点面折算系数，求得各种历时各频率面暴雨量，见以下表3-1。 8 天津大学仁爱学院2012届本科生毕业设计 表3-1 TJ水库流域各频率暴雨量表 单位：mm 根据三阳桥站19652004年最大一日暴雨资料进行排频分析，由P-型曲线适线，求得统计参数X=88.6mm，Cv=0.36，Cs=4.0Cv时，经验点据与理论频率配合较好，从而求得水库不同频率的设计最大一日降雨量。结果见表3-2。 表3-2 TJ水库流域设计年最大24小时面暴雨量表 将最大一日暴雨量换算为最大24小时暴雨量，结果见表3-3。 表3-3 TJ水库流域设计年最大24小时暴雨量比较表 由手册查算

32、及实测暴雨分析两种途径推算出的年最大24小时暴雨量进行比较反映出，实测暴雨值普遍偏小，手册查算值偏安全，因此本次除险加固初步设计洪水的推求，采用手册法查算出的暴雨成果。 3.2.2.3 设计洪水 坝址流域特征值:流域面积F=16.8km2，主河长度L=4.6km，坡降J=0.046。 按手册推理公式法求得各频率设计洪水成果与袁州区内及本市其它水库设计洪水成果进行比较，TJ水库坝址设计洪水方案中，用暴雨洪水查算手册 9 天津大学仁爱学院2012届本科生毕业设计 查出流域暴雨特征值后，再用推理公式法计算出的成果是合理的。故本次TJ水库除险加固初步设计，采用由暴雨洪水查算手册查出的流域暴雨特征值，用

33、推理公式所算出的设计洪水成果。 3.3 工程地质与工程质量 3.3.1 区域地质概况 枢纽区地貌为构造剥蚀，侵蚀中低山岩溶地貌。坝址左岸山顶高程280m左右，山体坡度较缓，坡角20°30°；右岸山势较平缓。大坝下游地形较窄，地势较高。枢纽区出露的地层主要有第四系覆盖层，二迭系地层，从区域地质图上可以看出，在测区内无较大断裂。根据国家建设部2001年颁布的中国地震动参数区划图，本区设计地震基本加速度值小于0.05g，区域稳定。 区内水文地质条件较为复杂，区内岩层的透水性因受岩性、构造、岩溶发育程度的制约，表现了很大的不均一性，可溶岩地层由于岩溶的不均一性又导致了透水的不均一。

34、TJ水库库区由于地形岩性、构造上的不均一，构成了岩溶洼地成库的诸多有利条件；但由于岩溶强烈发育，溶蚀管道的网络化和系统化，又导致水库严重漏水的不利因素。 枢纽区水文地质条件与区域水文地质条件基本一致。根据水质分析结果，参照GB50287-99，环境水对混凝土的各种腐蚀性有：库水及地下水对混凝土均无溶出型腐蚀，一般酸性型腐蚀、碳酸型腐蚀、硫酸镁型腐蚀及硫酸盐型腐蚀。 水库库周多为2025°左右的缓坡，表层为残坡积粘土覆盖层，土层较密实，下伏基岩为石灰岩及少量紫色页岩，粉砂岩，局部地段基岩裸露，库周稳定条件较好。 大坝右岸地势较平缓，表层为残坡积粘土覆盖层，土层较密实，下伏基岩为石灰岩，

35、不存在近坝库岸稳定问题。大坝左岸（溢洪道以上）山体坡角为3035°，局部坡角达50°,表层为残坡积粘土覆盖层，土层稍密实，下伏基岩为薄层灰岩夹页岩，倾向为顺坡向，倾角30°，与山体地形坡度基本一致，不利于左岸山体稳定。目前在大坝左岸溢洪道山坡存在一面积较大的滑坡体，大坝右岸存在库岸稳定问题。 库区内植被条件较好，局部地表冲刷较剧，总体来看水库固体迳流较少，水库淤积问题不大。 枢纽区出露的地层主要有第四系覆盖层，二迭系地层.第四系覆盖层包括残 10 天津大学仁爱学院2012届本科生毕业设计 坡积粘土、洞穴堆积物。二迭系包括二叠长兴阶和二叠系龙潭阶。 坝体填土主要为残

36、坡积粘土，土层结构松散，夹有少量风化碎石，室工程除险加固的必要性 （1）大坝坝顶防浪墙未设伸缩缝，出现多处裂缝；坝体有多处沉陷塌洞；坝体、坝基渗漏严重；大坝左岸山体存在一大滑坡体，挤压挡土墙产生膨胀、隆起变形；坝体存在白蚁危害。 （2）溢洪道左岸山体出现滑坡体险情，易淤堵溢洪道进口，危及水库大坝安全；溢洪道公路桥破烂不堪，拱顶已出现多处裂缝，是一座危桥，严重影响水库的管理、防洪抢险工作；溢洪道无出水渠。 （3）输水涵洞内壁砼表面有多处蜂窝、麻面、孔洞，洞底板多处冲坑；进口原木塞闸门腐烂，启闭设备老化、锈蚀，启闭困难；进口拦污栅锈蚀严重，启闭困难。 （4）坝顶防讯公路为砂石路面，山路段边坡出现滑

37、坡；水库水雨情测报和大坝安全监测设施缺乏，管理设施简陋；隧洞出水节制闸存在蜂窝、麻面、露石、孔洞等现象。 综上所述，根据“水库大坝安全鉴定办法”第六条大坝安全分类标准，TJ水库属三类坝，建议尽快进行除险加固。 11 天津大学仁爱学院2012届本科生毕业设计 3.5 工程规模和任务 3.5.1 工程等级及建筑物级别 TJ水库正常蓄水位160.45m，水库总库容1173万m3，按照防洪标准(GB5020194)及水利水电工程等级划分及洪水标准(SL252-2000)，确定本工程属等工程，水库为中型水库，永久性主要建筑物为3级，永久性次要建筑物为4级，临时性水工建筑物为5级。 3.5.2 设计洪水标

38、准 枢纽建筑物设计洪水标准见表3-4。 表3-4 枢纽建筑物设计洪水标准表 3.5.3 洪水调节 溢洪道控制段为开敞式实用堰，堰顶高程160.45m，堰顶长10m，溢流净宽15.0m。各频率洪水调节成果见表3-5。 表3-5 TJ水库调洪演算成果表 经洪水调节计算得TJ水库设计（p=2%）洪水位161.72m，相应库容1111万m3，最大下泄流量36.5m3/s，校核（p=0.1%）洪水位162.50m，相应库容1173万m3，最大下泄流量73.1m3/s。 3.5.4 工程除险加固的任务 TJ水库位于宜春市北部三阳河上游的海江村境内，距宜春市城区20km，距320 12 天津大学仁爱学院20

39、12届本科生毕业设计 国道7km、沪瑞高速公路12km，属赣江水系袁河支流三阳水，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养殖等综合利用的中型水库。水库水库下游有人口10余万，耕地2万余亩。由于目前水库仍存在许多安全隐患，无法充分发挥该工程应有的效益，反而时刻威胁下游人民的生命财产安全，所以对海江水库进行除险加固迫在眉睫。以下是水库大坝存在的主要问题： 大坝坝顶防浪墙未设伸缩缝，出现多处裂缝；坝体有多处沉陷塌洞。 大坝坝体、坝基渗漏严重。 上游块石护坡底部无垫层、塌陷变形、零乱不堪。 下游坝坡为干砌块石护坡，凹凸不平，无坝面排水设施、底部无垫层。 大坝排水棱体，未设反滤料。渗水带出粘土，淤堵严重。 大坝左

40、岸山体存在一大滑坡体，挤压挡土墙产生膨胀、隆起变形。 大坝除水位及雨量观测设施外，无其它任何观测设施。 坝体存在白蚁危害。 TJ水库属三类坝，工程建设任务是通过对水库进行除险加固，使其正常发挥效益，安全运行。 3.6 基本资料 地形测量资料：采用设计院测绘分院2003年实测的“TJ水库大坝地形图”。 地质勘探资料：采用设计院勘察分院2004年提供的TJ水库工程地质勘察报告（初步设计）、图纸及试验成果。 水文、气象资料：正常高水位，160.45m，相应库容999.8万m3；设计洪水位，161.72m，相应库容1111万m3；校核洪水位：162.50m，相应库容1173万m3；死水位，140m，相

41、应库容83万m。 3 13 天津大学仁爱学院2012届本科生毕业设计 第四章 TJ水库除险加固复核 4.1 坝顶高程复核18-22 4.1.1 基本资料 4.1.1.1 建筑物设计洪水标准 枢纽建筑物设计洪水标准见表4-1所示。 表4-1 TJ水库枢纽建筑物设计洪水标准 4.1.1.2 风速和风区长度 该水库风速和风区长度数据均采用TJ水库工程地质勘察报告中所提供的数据，分为设计洪水位和校核洪水位两种情况对坝顶高程进行复核，具体数据如表4-2所示。 表4-2 风速和风区长度情况表 4.1.1.3 库水位 水库各频率洪水调节成果见表4-3所示。 表4-3 TJ水库调洪演算成果表 14 天津大学仁

42、爱学院2012届本科生毕业设计 经洪水调节计算得TJ 水库设计（p=2%）洪水位161.72m，相应库容1111万 m 3 ，最大下泄流量36.5m3s，校核（p=0.1%）洪水位162.50m，相应库容1173 万m3，最大下泄流量73.1m3s。 4.1.1.4 水库库容资料 宜春市水电设计院于1989年实测了TJ水库1：5000库区地形图（黄海高程系统，以下同），本次除险加固初步设计采用该图重新圈量了水库高程、面积、容积曲线。原设计圈量 库区面积与本次复核面积比较结果见表4-4。 表4-4 TT水库水位面积关系比较表 由表4-4可知，本次圈量的水库高程面积和原资料基本吻合，故本次除险加固

43、初步设计仍沿用1989年加固设计的库面积、库容积资料。TJ水库水位、面积、容积结果见下表4-5。 表4-5 TJ水库水位面积容积曲线表 15 天津大学仁爱学院2012届本科生毕业设计 进而由 （4-1） 式中：Y为坝顶超高，m；R为最大波浪在坝坡上的爬高，m；e为最大风壅水面高度，m;A为安全加高，本工程属于等工程根据碾压式土石坝设计规范( SL247 2001) 表5.3.1 采用。设计情况A=0.7m,校核情况取A=0.4m。 4.1.2.2 风浪要素计算 波浪平均浪高和平均周期采用蒲田试验站公式计算: ìü0.45gDæöïï0

44、.0018ç÷0.7ïöùïèWø（4-2） ÷úthíý 0.7éùøúægHmöïûç÷êú2ïWøúïèêëûþîghmW2éægHm=0.13thê0.7ç2Wèêë 0.5 Tm=

45、4.438hm （4-3） 当H³0.5Lm时称深水波，其波长与周长有关，即 Lm=gTm2p2»1.56Tm （4-4） 2 16 天津大学仁爱学院2012届本科生毕业设计 当H<0.5Lm时称浅水波，其平均波长为： Lm= gTm æ2pHthççL2pèm 2 ö ÷ （4-5） ÷ø 式中: g为重力加速度,g=9.81m2s; hm为平均波高，m;W为计算风速，m;Lm为平均波长，m;D为风区长度，ms;Tm为平均波周期;Hm 为水域平均水深，m; H为坝迎水面前水深，m。 水域

46、平均水深Hm由库容V 除以相应水位的水面面积S 求得(见表4-6)Hm= VS 。 表4-6 平均水深计算成果表 4.1.2.3 波浪爬高计算 波浪爬高按下式计算: Rm= KDKW+m 2 ´ hm*Lm （4-6） 式中: Rm为平均波浪爬高，m;KD为斜坡的糙率渗透性系数，根据护面类型确定,大坝迎水坡及背水坡均为块石护坡,取K=0.75; Kw为经验系数，由风速W，坝前水深H和重力加速度确定，按碾压式土石坝设计规范表查得，此处取为1;m为单坡的坡度系数，m=cota,a为斜坡的坡角，此处m取2.69。 根据碾压式土石坝设计规范SL274-2001规定，对3级土石坝取累积频率P=

47、1%的爬高值，R1%=2.66Rm。 4.1.2.4 风壅水面高度计算 计算公式为: 17 天津大学仁爱学院2012届本科生毕业设计 KW 2 e= D m 2gH cosb （4-7） 式中:e为计算点处的风壅水面高度，m;K为综合摩阻系数，计算时取 K=3.6´10 -6 ;b 为计算风向与坝轴线法线的夹角。库区冬季盛行西北风，夏 季盛行东南或西南风。此处取b=0o;其他符号意义同前。 4.1.2.5 坝顶超高计算 计算公式中各参数取值依据规范规定已在前面给出，最终两种洪水位情况下的各项指标如下表4-7所示。 表4-7 坝顶高程计算成果表 坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，按

48、以下运用条件计算取最大值: 设计洪水位加正常运用条件的坝顶超高； 校核洪水位加非常运用条件的坝顶超高； 由上表可以得出取坝高为165.36m。而TJ水库大坝坝顶高程为165.40m，由此可知大坝高程满足要求。 4.2 渗流及渗透稳定复核 4.2.1 土石坝渗流原因 由于填筑土石坝的土料和坝基的砂砾是散粒体结构, 颗粒间存在大量的孔隙, 都具有一定的透水性,水库蓄水后, 在水压力的作用下, 水流必然会沿着坝身土料、坝基土体、坝端两岸地基中的孔隙渗向下游,造成坝身、坝基和绕坝的渗漏。若渗流在设计控制之下, 大坝任何部位的土体都不会产生渗透破坏, 则为正常渗流, 渗流量在规范许可的范围内, 表现为稳

49、定的渗流状态, 一般不会对 18 23 天津大学仁爱学院2012届本科生毕业设计 坝体造成较大的危害, 此时渗流量一般较小, 水质清澈透明, 不含土壤颗粒。若渗流过大, 且集中, 水质混浊, 则坝体或坝基产生了管涌、流土或接触冲刷等渗透破坏, 这种影响水库蓄水兴利的渗流则为异常渗流。该种情况通常发生在水库水位骤降时, 为非稳定渗流。 土石坝渗漏就其渗漏部位而言, 可以分成以下几个类型: 一是坝体渗漏: ( 1) 浸润线从坝坡逸出; ( 2) 下游坝面出现集中渗漏; ( 3) 防渗墙或粘土心墙的渗漏;( 4) 坝体裂缝渗漏; 二是坝后地面渗漏: 土石坝背坡坝后地面出现砂沸、泉涌、管涌或沼泽化是经

50、常遇到的渗漏现象, 其成因与地层的构造及未能采取有效的控制措施有关。 4.2.2 渗流计算的任务 土石坝必须控制通过坝身和地基的渗流，以防止土体因受渗流作用发生危险的冲蚀、滑坡等破坏，以及因渗漏损失过大而使工程效益降低。渗流计算的任务就在于求的渗流场内的渗流量、水头、压力、坡降等水力要素，以供在土石坝设计以及在运行管理中，进行渗透稳定分析，选择合理的防渗、排渗设计方案或加固补强方案，有效地控制渗流。 4.2.3 基本资料 4.2.3.1 坝尺寸说明 大坝为均质土坝，坝顶高程165.40m，坝顶长145.5m，顶宽6.0m，最大坝高35.4m（本次勘探最大坝高为32.00m），上游坝坡分别在14

51、2.2，152.0，155.0m处设置为三级马道，各级马道宽度分别为2.5m、4.0m和4.0m。坝坡自坝顶依次为1：2.69，1：4.0，1：3.0，1：3.6。下游坝坡在158.6m处设置为一级马道，坝坡为1：2.1左右。大坝迎水坡及背水坡均为块石护坡。坝体横断面图如图1所示。 图4-1 坝体横断面示意图 19 天津大学仁爱学院2012届本科生毕业设计 4.2.3.2 工程现状质量检查与评价 主坝工程地质 覆盖层在整个坝址范围物理力学指标平均值 为了解土体的透水性，在该层土中共做了6组渗透试验， 11段野外注水试验。剔除异常值，其统计结果见表。 表4-9 土体透水性实验结果统计表 综合室内

52、、外试验，建议粘土的渗透系数为3.50×10-4cm/s。从以上分析可以看出，粘土为中等透水土层。 坝体填土质量 经钻孔取芯检查，坝体填土成份主要为残坡积粘土，黄红色及黄色，由灰岩风化残积形成，夹有少量碎石，碎石粒径一般为14cm，局部大于10 cm。土层结构较松散，粘结性中，呈可塑状态，土料来源于大坝左右岸山坡及库周残坡积粘土层和风化层。大坝填土室内定名为多含砾低液限粘土。 为了解坝体填土的物理力学指标，在填土中共取原状土样19个进行室内土工试验，其试验成果详见土工试验成果汇总表，其统计结果见表4-10。 20 天津大学仁爱学院2012届本科生毕业设计 表4-10 坝体填土物理力学指标实验结果统计表 勘探时于大坝坝顶取有一组扰动样，其最大干密度为1.52g/cm3，坝体填土的压实度为1.42/1.52=93.4%，小于均质土坝压实度不小于96%的规定 对比野外注水试验成果与