大蓬水库初步设计报告

PAGE701综合说明1.1水库基本概况1.1.1地理位置、流域水系以及建设过程大蓬水库位于江西省玉山县下塘乡下塘村，所在水系为玉山水黄家溪支流；距玉山县城28km，地理座标为东经118°3′12″，北纬28°38′1″。水库坝址控制流域面积.3Km2，主河道长1Km，河道加权平均坡降16.5‰。水库正常蓄水位为113.6，设计灌溉面积4亩，实际灌溉农田约3亩，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。大蓬水库于1958年9月动工兴建，1959年12月主体工程完工并开始初步受益，水库建成后就一直带病运行。1.1.2工程枢纽现状现状枢纽建筑物主要由大坝、溢洪道、灌溉涵洞等组成，枢纽工程各主要建筑物特性如下：大坝为粘土心墙坝，现状坝顶高程113.55～115.55m，最大坝高1m，坝顶宽度14～16m，坝顶长度16m。上游坝坡为杂草，正常水位到坝顶坡比约为1:3，正常水位以下坡比为1:2；下游坝坡为杂草坡面，坡比约为1:2.75，1:2。溢洪道在大坝左岸山体中开挖而成。由进口段、控制段，泄槽段等部分组成。进口段，控制段长约6m，和4m底宽2.7m，未衬护，两岸为岩石边坡；泄槽段长53.m，未衬护，底坡.65；出口无消能设施。灌溉涵管位于大坝右岸，斜涵控制放水，平涵为孔径为.25×.25m，长59m，出口段均为强～弱风化岩石，未衬护。平涵出口高程16.5m。。1.1.3工程任务和规模大蓬水库的兴建是按水利开发规划的要求，以服务农业生产任务为中心，满足4亩农田用水的要求，后期在满足实际灌溉3亩农田的基础上，利用水库库面发展水产养殖。本工程的任务是以灌溉为主，结合防洪、养殖等综合效益。本次设计根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252—2和《防洪标准》GB521—94的规定，本工程等别为Ⅴ等，主要建筑物按山区、丘陵区标准，设计洪水标准为1年一遇，校核洪水标准为5年一遇。针对现状泄洪设施，经调洪演算，水库设计洪水位114.m(P=1%)，相应库容为15.5万m3，相应最大下泄流量1m3/s；校核洪水位为114.2m(P=2%)，总库容为16.8万m3,相应最大下泄流量1.6m3/s。1.2除险加固的必要性215年3月，江西省玉山县水利局组织召开了大蓬水库大坝安全评估会议，并提出了大蓬水库大坝安全评估报告。安全评估主要结论如下：1、经复核，水库按1年一遇洪水设计，5年一遇洪水校核，大坝坝顶高程不满足规范要求。溢洪道出口无消能防冲设施，不能满足洪水下泄要求。2、根椐《中国地震动参数区划图》（GB1836—21）的界定，工程区地震动峰值加速度小于.5g，地震烈度小于Ⅵ度，建筑物可不进行抗震安全复核。3、坝址处低山丘陵区，近坝库岸稳定。4、坝顶高低不平；上游坝坡冲刷严重。下游坝坡为杂草坡面，无坡面排水系统。存在涵管与坝身接触渗漏隐患，危及大坝安全。5、溢洪道：沿线为残坡积土，未衬护，存在岸坡失稳，堵塞洪道，影响安全泄洪；出口无消能设施，冲刷严重；出口无出水渠。6、灌溉斜涵及平涵：涵管漏水；灌溉斜涵进水口砼质量差，断裂漏水。7、水库无水、雨情观测设施，也无大坝安全监测设施；无上坝公路；无管理房。综上所述，根据“水库大坝安全鉴定办法”第六条大坝安全状况分类标准，大蓬水库大坝属三类坝。大坝安全类别评定：三类坝水库地理位置非常重要，下游有下塘乡下塘村等村人口.8万人。由于大蓬水库存在诸多危及大坝安全的因素，影响了工程的应有效益正常发挥，给国家造成经济损失。对大蓬水库工程进行除险加固，不仅是对水库本身产生经济效益，而且也有社会效益，同时解除了洪水对下游的威胁，人民群众更能安居乐业，对社会稳定大有好处。为此，应尽快进行工程的除险加固实施，以保证工程安全运行，充分利用水资源，发挥工程的经济效益和社会效益。1.3除险加固的主要内容根据《江西省重点小（2）型病险水库除险加固初步设计及审批导则》，本次设计的方针针对重点病险问题进行除险加固设计。确定大坝除险加固设计的主要内容如下：（一）大坝1、坝顶加固处理：现状坝顶高程不满足设计要求，宽度偏寬，在运行过程中，大坝多年的固结沉降，致使坝顶不平整。本次设计中先对坝顶进行整平至115.4m高程,坝顶宽4.m。坝顶高程加固后经计算设计为115.4m。2、上游护坡设计：上游坝坡坡比设计为1：2。结构设计将现状上游坡清理表层，待清理完成并修整后先铺筑8cm厚度的粗砂垫层，再在其上采用1cm厚的C15砼预制块护坡至114.12m高程，以上采用草皮护坡至坝顶。为了节省外运的费用并平衡清理出来的不可利用的风化料，上游坝坡利用上部整修的清除料清理出来的块石堆于护坡底部。上游坝坡于+5桩号设置宽2m的台阶。4、下游护坡设计：下游面整修后采用草皮护坡，坡比1：4到达113.4后为4.9m平台，平台以下为1；2.75草皮护坡至高程19.4m，高程19.4m以下为贴坡排水体。下游坝坡于+5桩号设置宽2m的台阶。为防止下游坝坡雨水集中冲刷而形成雨淋沟，在下游坝面设置纵向排水沟和岸坡排水沟。纵向排水沟布置在排水体平台内侧和4.9m平台内侧。排水沟采用C15砼现浇而成。纵向排水沟断面尺寸为.3m×.3m；岸坡排水沟断面尺寸为.4m×.45m。5、大坝下游坝脚新建贴坡排水体设计：现状大坝下游无反滤排水设施，本次新建贴坡排水体，排水体顶长92m，顶宽为2.m，根据校核水位下坝体浸润线出逸点高程，确定排水体顶高程为19.4m，坡比1：2.75，反滤层由砂砾料综合组成，反滤层由一2cm厚的砂垫层，一层2cm厚卵砾石垫层，最后为4cm厚干砌石体。在大坝贴坡排水体顶设纵向排水沟，排水沟底宽.3m，排水沟底板用C15砼现浇，边墙采用M7.5浆砌C15砼预制块衬砌；另在排水体脚设纵向排水沟，沟底宽.4m。（二）溢洪道溢洪道除险加固内容包括进口段、控制段、泄槽段、消力池段等部分，现将溢洪道各部分建筑物结构布置及设计计算分述如下：1、进口段进口段（+～-6.5桩号）长6.5m，为直线段，进口底宽3.m，末端底宽3.m，矩形断面，底高程113.6m。底面为.3m厚C2砼底板，边墙为C2砼重力式结构边墙，内边坡为1：.4，墙高为1.1m~1.2m后接控制段。底板与边墙间设置纵向缝，缝中用沥青杉板填缝并用橡胶止水。2、控制段控制段（+～+4桩号）长4.m，采用无闸控制折线型实用堰，断面为矩形，堰面长4.m，堰顶高程113.6m，溢流净宽3.m，与水库正常蓄水位齐平，上游底高程113.6m。堰体采用C25钢筋砼结构，上下游分别设抗滑齿槽，堰体两侧边墙为C2砼结构边墙，内边坡为1：.4，砼堰体与上、下游段及边墙均设置伸缩缝，沥青杉板分缝，缝宽2m并采用橡胶止水，止水带宽28cm。3、泄槽段泄槽段（+4～+57.8桩号）长53.8m，其中一级泄槽段（桩号+4～+37.9）:底板均采用3cm厚的C25砼衬护，边墙采用C2砼重力式结构，顶宽3mm，底坡为.65，边墙墙高为1.2m，内边坡为1：.4。二级泄槽段（桩号+37.9～+57.8）：底坡为.167，级泄槽段（桩号+4～+37.9）:底板均采用3cm厚的C25砼衬护，边墙采用底宽为3m，边墙采用C2素砼重力式结构，顶宽3mm，墙高1.2m，内边坡为1：.4。砼堰体与上、下游段及边墙均设置伸缩缝，沥青杉板分缝，缝宽2m并采用橡胶止水，止水带宽28cm。4、消力池段消能段（桩号+57.8～+62.8）：底宽为3m，底板采用.5m厚C25钢筋砼衬护，边墙采用C2素砼重力式结构,顶宽3mm，边墙墙高为1.2m，内边坡为1：.4。底板设排水孔，间距1.2m，梅花形布置。（三）输水建筑物加固大蓬水库输水建筑物为灌溉涵管。针对输水建筑物存在的主要问题，本次设计对输水建筑物加固内容如下：（1）输水涵管加固设计斜涵基础座落在右岸山坡上，底板下设C1砼垫层。斜涵级高.4m，宽1.m，长1.2m，采用直径4mmPVC做内模，放水孔为直径.2m的圆孔，斜涵底坡1:3；斜涵消力井内宽1.m，长2.m，高1.9m，井深.5m，底孔高程11.15m。斜涵放水孔直径.2m，孔内设置Φ1钢筋网拦污栅，设置一混凝土塞子；斜涵消力池放空孔前预留混凝土闸槽，设置1mm厚钢板闸门，闸门顶部设置Φ14钢筋拉环。平涵，本次设计将原涵管拆除，管身采用现浇C25钢筋砼，衬后断面为矩形1.×1.4m（宽×高）；涵管长54m，9m分缝，分缝采用铜片止水。出口底板高程为16.56，与出水渠相接。灌溉出水渠，出水渠上9.25m外接2.3m长消力池。出水渠低宽1m，为3cm厚c25钢筋砼衬砌，挡墙为3厚c2砼衬砌，高度为1.4m渐变到1m。消力池长2.3m高1m池深.5m，底板为3cm厚c25钢筋砼衬砌挡墙为3厚1m高c2砼衬砌。（二）防汛公路工程大蓬水库现有下塘村的乡村砼公路位于大坝下游，为大蓬水库对外交通的唯一通道，本水库无上坝公路，本次设计新建225m上坝公路。（三）管理设施工程大蓬水库除险加固后，现状管理设施已不能满足工程运行管理的要求，根据《导则》，该工程的管理设施应在工程险险加固的同时进行配套完善。1、安全监测由于水库目前无任何监测设施，水库水位都只能靠目测，本次设计在水库溢洪道侧设置水位标尺。1.4工程特性表序号及名称单位安检阶段加固后备注一、水文1．集雨面积km2.3.252．多年平均年降雨量mm18411761.23．设计洪水标准及流量P（%）11m3/s1.61.64．校核洪水标准及流量P（%）22m3/s2.52.5二、水库校核洪水位m114.2114.12设计洪水位m14.2113.98正常蓄水位m113.6113.6死水位m17.117.1总库容（校核洪水位以下库容）万m31818正常库容万m312.612.6死库容（死水位以下）万m3.5.5三、工程效益保护人口万人.8.8保护耕地万亩.6.6灌溉面积万亩.4.4四、主要建筑物及设备1．主坝及副坝坝型粘土心墙坝粘土斜墙坝坝顶高程m113.55～115.55115.4最大坝高m11坝顶长度m1616坝顶宽度m12～164.2．泄水建筑物（溢洪道）型式宽顶堰宽顶堰堰顶高程m113.6113.6控制段长度m44设计泄洪流量m3/s11.1校核泄洪流量m3/s1.611.75闸门型式3．输水建筑物设计流量m3/s.8.8长度m659断面尺寸m.25×.251.×1.4宽×高2水文2.1基本资料2.1.1流域概况大蓬水库位于江西省玉山县下塘乡下塘村，坝址位于玉山水黄家溪支流上，距玉山县城18Km，是一座以小（2）型规模运行的水库。黄家溪为信江上游的一条小支流，发源于怀玉山东西向支脉的南麓李家源处。流域大部分在玉山县境内，其地理坐标为东经117°57ˊ～118°9ˊ，北纬28°36ˊ～28°46ˊ。该流域的东、北面与玉琊溪以分水岭相隔，西邻饶北河，南抵信江干流。河流自源头起由西北向东南流经叶桥、占家、必姆镇淤里、下圹乡龙头、曾家、王家、莲墩，至溪口桥汇入玉山水。黄家溪流域面积195.7Km2，河道长36.7Km，平均坡降3.24‰。大蓬水库安评阶段对坝址控制的流域面积在万分之一航测图进行了复核，复核的结果为.3Km2；在万分之一航测图上对坝址处的主河道长度、河道加权平均坡降进行了复核，复核的结果为：坝址位置主河道长度1Km、河道加权平均坡降16.1‰，安全评估阶段采用的流域特征参数为：水库坝址控制流域面积：F=.3Km2；主河道长度：L=1Km；河道加权平均坡降：J=16.1‰。本次除险加固初步设计对坝址断面的流域特征参数再次进行了复核，复核结果与安全评估的复核结果相同，故本次除险加固初步设计采用的坝址断面流域特征参数与安全评估相同，为：坝址控制流域面积.3Km2，主河道长1Km，河道加权平均坡降16.1‰。大蓬水库建于五十年代末期，目前实测的库区地形图已遗失，本次对其正常水位以上进行复核。大蓬水库高程～库容曲线见表2—1。表2-1大蓬水库高程～库容曲线表高程(m容(万m3).113.536545421.154399321.9847379853.52653725.8189273428.51891467高程(m)113114115116库容(万m3)11.693818415.4248245619.727822224.932.1.2气象一、气象台站情况本工程所在的黄家溪流域内距离水库坝址18Km的玉山县城设有玉山气象站。玉山县气象台站1955年设立并开始观测各项气象要素，至今已有连续的52年观测资料，资料较长且完整，精度可靠，可作为工程设计各项气象要素引用的设计参证站。二、主要气象要素本工程所在区域属中亚热带湿润季风气候区，其主要特点是：四季分明，气候温和，雨量充沛，日照充足，无霜期长。根据玉山县气象站实测资料统计分析计算，其主要气象要素特征值为：气温：多年平均气温18℃，月平均气温以7月份为最高，达29.7℃，历年极端最低气温为－8.9℃（1967年1月16日），历年极端最高气温为43.3℃（1953年8月1日）。湿度：多年平均相对湿度为78%。蒸发：多年平均蒸发量153.1mm（E61蒸发皿），蒸发量以7月份169.2mm为最大，1月份36.5mm为最小，7～9月份多年平均月蒸发量为453.7mm。日照时数：多年平均日照小时数为1948小时。雨日：多年平均雨日149天（日降雨大于1mm）。无霜期：无霜期约27天。每年的1～2月多出现冰冻现象，但每次冰冻时间短，一般仅有十多小时，冰冻时间在2天以上机会很小；每年的1～2月会出现降雪，但降雪量不大，形成积雪时间很短。风向与风速：多年平均风速为2.6m/s，多年平均最大风速12.2m/s，春夏盛行东南风，秋季多西北风，冬季多东北风。降水：黄家溪流域内距离水库较近的雨量站有沙溪雨量站。根据沙溪雨量站1964～26年共43年的实测降雨系列资料统计分析，坝址以上多年平均降水量为1761.2mm，实测最大年降雨2599.1mm（1998年），实测最小年降水量为1121.7mm（1996年），降雨量年际间变化较大，同样降水量在年内分配也很不均匀，雨季主要集中在上半年，并以4～6月最为集中，占多年平均降水量的48.7%；实测最大24h暴雨量29.8mm，5～6月份是大雨或暴雨多发季节，降水强度大，时间集中。2.1.3水文基本资料一、流域内及邻近流域水文测站的分布大蓬水库所在的流域内无水文测站，相邻流域有信江水系玉山水玉琊溪上的峡口水文站、上流水文站，铅山河杨村水项源水文站。这三个水文站均进行流量观测，都属国家基本水文站。二、水文站基本资料1、峡口水文站峡口水文站位于玉山水玉琊溪中游，地理位置为东经118°8′，北纬28°43′，控制集雨面积352Km2，观测项目有水位、流量和降雨量。该站设立于1958年12月，59年开始观测，1961年底中断所有的观测，于1979年初恢复所有的观测，1991年底因建峡口水库而撤消，积有不连续的16年资料。峡口水文站水位观测采用直立式搪瓷水尺及岸式自记水位计，高程系统为假定，流量测验采用缆道流速仪，降水量采用2cm雨量计。该测站河道顺直，控制条件尚好，其观测资料已按规范要求整编刊印，精度满足设计要求。2、上流水文站上流水文站于1992年底设立在玉山县南山乡上流村，地理位置为东经118°8′，北纬28°43′，控制流域面积171Km2，从1993年开始观测水位、流量和降雨量，至今有11年连续的实测资料。上流水文站水位观测采用直立式搪瓷水尺及岸式自记水位计，高程系统为假定，流量测验采用缆道流速仪，降水量采用2cm雨量计。该测站河道顺直，控制条件尚好，其观测资料已按规范要求整编刊印，精度满足设计要求。3、项源水文站项源水文站建立为1969年1月，属小河流水文测站点，当时只观测降雨量，同年5月加测水位、流量。198年4月加测蒸发量。该站位于铅山河杨村水的一条小支流上，地理位置为东经117°41.5′，北纬28°6.4′，控制集雨面积41.9Km2，流量测验采用缆道流速仪，水位观测采用自记式水位计，高程系统为假设，其与黄海高程系统的换算关系为：黄海高程＝假设高程＋52.14。该站测验河道顺直，河床由砂卵石组成，两岸均为稻田，一般洪水河宽为2～3m，当水位在81.5m以上时，左岸漫滩，河宽增加到6m。测流断面上游2m有一条小溪汇入，下游1m处有一座石拱桥，断面下游1m左右有群众来往的过河石，对枯水测流有影响。1982年已将过河石全部搬到断面上游51m处。该站自建立以来，其观测资料均已按规范要求整编刊印，资料精度较好，可满足设计要求，该站已于1994年撤销。2.2设计暴雨本工程所在区域内的洪水均由暴雨产生，因此洪水多发生在产生暴雨天气的4～6月份，尤以6月份发生最为频繁，又黄家溪属山溪性河流，河道纵坡较陡，因此洪水发生时具有历时短、汇流快、洪峰高的特点，从暴雨发生到洪水产生只有短短的几个小时，一次洪水过程一般在一天左右，洪峰大小与暴雨强度密切相关。根据查阅历史文献，该流域内没有历史洪水和历史暴雨的记载内容，因此该流域内缺少历史调查的水文资料。本次设计采用《江西省暴雨洪水查算手册》中的暴雨参数和计算方法（推理公式法）对洪水进行推求。《江西省暴雨洪水查算手册》是经水电部1983年（83）水电水建字第28号和（83）水电水规字第7号文件批准使用的，是为我省水文资料短缺的地区，作为中、小型水利水电工程进行洪水设计的依据。根据《手册》提供的暴雨等值线图，可查得各时段的设计暴雨，其成果见表2-2。表2-2暴雨量、变差系数比较表历时平均暴雨（mm）CvCs/Cv设计暴雨（mm）.33%.5%2%5%1%24小时12.53.5394.8367.229.4238.8199.26小时75.453.5223.529.3168.8141.12.1小时4.453.5119.2111.69.75.264.2.3设计洪水水库1959年动工兴建并于196年基本建成蓄水运行以来，缺乏入库洪水观测资料，无法进行入库洪水还原计算，故本次防洪标准复核无法采用此途径推求设计洪水。本流域内无水文测站，邻近流域有峡口水文站、上流水文站，项源水文站，但各水文站所在的流域与大蓬水库均不同源，各水文站流域面积与大蓬水库相差较大，且没有历史洪水调查资料，仅能由暴雨资料推求设计洪水。2.3.1由暴雨资料推求设计洪水根据《江西省暴雨洪水查算手册》使用说明，大蓬水库流域集水面积.25km2，属小（2）型水库，本次采用推理公式法推求设计洪水。根据大蓬水库流域位置，查《手册》附图得水库流域中心年最大24小时暴雨均值H24=12mm，CV=.5，CS=3.5CV；年最大6小时暴雨均值H6=75mm，CV=.45，CS=3.5CV；年最大1小时暴雨均值H1=4mm，CV=.45，CS=3.5CV；3小时点暴雨设计值按H3P=H1P·3计算，式中。各时段设计点暴雨乘以点面折算系数得各时段设计面暴雨值，结果见表2-3。表2-3各时段暴雨特征值时段项目H1H3H6H24暴雨均值（mm）4.75.12.CV.45.45.5CS/CV3.53.53.5面暴雨设计值(mm).33%118.9174.9223.1394.52%89.8132.168.429.25%75.11.314.7238.61%63.893.9119.8199.24小时的暴雨时程分配，推理公式法采用控制时段△t=1小时，按《江西省暴雨洪水查算手册》中提供的暴雨时段分配比例，求得各频率下的时段暴雨分配量。（1）产流计算由产流分区图可知，该工程在第Ⅱ区。查《江西省暴雨洪水查算手册》附表3-2可知，流域最大蓄水量IM=12mm,前期土壤含水量Pa=75.mm。24小时平均暴雨强度，再查《手册》附表3-3可得各频率下的下渗值，计算及查表结果见表2-4。表2-424小时平均暴雨强度及下渗值频率项目.33%.5%2%5%1%I16.415.3fc2.162.142.61.991.88扣除初损和稳渗，再计算出各频率下的24小时净雨过程。（2）汇流计算大蓬水库在推理公式分区图中属于Ⅴ区，根据下列公式计算断面洪峰流量：Qt=.278h/τ·F，，设，即，式中h—各时段对应的总净雨量，τ、t—时间，F—流域面积，Q—流量，L—主河道长，J—河道平均坡降，m—汇流参数。点绘Qτ～τ与Qt～t曲线，两曲线的交点即为所求的地面设计洪峰流量QM地面与汇流时间τ。地面流量过程线由概化五点折腰多边形过程线推求，各转折点的值由相应的百分数确定。地下径流峰值按计算，Qm地下为地面径流终点。地下径流过程采用以Qm地下为顶点的等腰三角形，底宽为2倍的地面径流过程时间。其中R下为地下径流深，T为地面径流过程底宽，F为流域面积。T=9.67W/Qm地面，W=.1·h24·F（14m3）。自Qm地下开始向前减少一个时段、向后增加一个时段流量均随之减少一个△Qm地下（），即得地下径流过程。地面流量过程和地下径流过程相加得设计洪水过程，其结果见表2-5。表2-5推理公式法推求设计洪水过程频率序号P=1%P=2%时间(t)流量(m3/s)时间(t)流量(m3/s)121.26.411.27.6333.143.223.194.9146.28.776.371.18512.56.2112.75.31613.56.1913.75.29714.56.1714.75.26815.56.1615.75.24916.56.1416.75.21117.56.1217.75.191118.56.1118.75.171219.56.919.75.14132.56.72.75.121421.56.621.75.92.3.2设计洪水合理性分析为进一步检验成果的合理性，将本次计算成果与附近地区其它水库的设计洪水成果比较，见表2-6。表2-6大蓬水库与邻近水库洪水成果比较表水库名称集雨面积F(km2)主河道加权平均坡降洪峰流量Q(m3/s)系数Q/F2/3P=.5%P=2%P=5%P=1%P=.5%P=2%P=5%P=1%扶竺坞.25.53.918.914.912.19.8大蓬.3.1654.73.11.546.91从表2-6比较成果可见，大蓬水库比附近的扶竺坞水库的系数Q/F2/3小，分析认为是住河道坡降积比扶竺坞小很多的原因。从双对数纸上点绘的洪峰流量与其集雨面积关系图上，本工程与其他同流域已建水利工程设计洪峰流量与其集雨面积的关系呈线性关系，本水库的点据基本分布在关系线附近，通过对比分析可见，本次大蓬水库设计洪峰模系数在面上是平衡的，故认为本次复核采用推理公式线法推求的设计洪水成果是合理的。3工程地质3.1概述3.1.1原施工质量及施工情况水库于1959年动工兴建，由大规模群众运动上马，无重型机械碾压，一般采用人工石夯进行夯实，对坝体填筑质。1959年大坝建成并开始蓄水。这次建设当中，溢洪道建在左岸与大坝相邻，溢洪道溢流底宽2m,进口高程113.6m；同时完成坝下灌溉涵管的兴建。 该工程兴建时未做过任何的地质勘察工作，也未做过地质安全鉴定：受玉山县水利局的委托，我单位承担了大蓬水库枢纽工程安全鉴定的地质勘察工作。本次地质勘察工作现对工程各个项目逐一进行勘察。根据一般小<二>型水库地质勘察不进行工程地质钻探的意见，所以本次勘察工作，地质人员、测量、设计人员到现场实地进行地表勘察和资料的收集工作，并对天然建筑材料进行了初步调查，收集了大坝纵横剖各1张，坝址区工程地质平面图1张，溢洪道地质纵剖面图1张，天然建筑材料产地分布图1张，地质勘察工作小结1份，对枢纽工程地层岩性及建筑物较全面了解。3.1.2区域地质概况1、区域地貌本区属丘陵地貌，地势南高北低，山势低矮，山坡平缓，坡角15°～2°。气候湿润，雨量充沛，植被较发育。未发现古滑坡等较大的物理地质现象。2、地层岩性区内出露的地层岩性为奥陶系上统长坞组（Q3）黄绿色细砂岩、粉砂岩；文昌组（O3W）灰绿色～青灰色粉砂质泥岩；第四系（Q4edl）残坡积层和冲洪积层（Q4al+pl）。3、地质构造及区域稳定本区属东乡～龙游混杂岩亚带，是华南中部中元古代造山带的一部分。自元古代中期、晋宁运动以后，赣北即进入地台的发展阶段，成为江南古陆的一部分，长期处于剥蚀状态。直至中生代中期，本区才又接受陆相沉积。根据《中国地震参数区划图》（GB1836-21），本区域地震动峰值加速度小于.5g，区域稳定。4、水文地质本区域水文地质条件简单，地下水类型主要表现为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水。孔隙潜水赋存于河床冲洪积层中和低洼处的坡积物中，本含水量小；区内岩体裂隙发育，裂隙水丰富。地下水主要受大气降水补给，排泄于河谷等低洼处。地下水动态类型为降水—径流型。3.2工程地质条件及评价3.2.1大坝工程地质条件及质量评价一、工程地质条件1、地形地貌及物理地质现象坝区为低山丘陵地貌，两岸山体低矮，相对高差小于15m，坡角25～4°。坝区基岩多裸露，呈弱风化至全风化状态。坝区第四系覆盖层较薄，植被不发育。除右岸溢洪道的右侧山体边坡出现山体滑坡外，近坝区未见其它不良的物理地质现象，也不存在岸边再造问题，近坝库岸稳定。2、地层岩性坝区出露的地层为奥陶系上统长坞组（Q3）粉砂岩、泥岩和第四系（Q4edl）残、坡积层。上奥陶系长坞组（Q3）：为青灰～灰绿色粉砂质泥岩，偶夹泥质粉砂岩，层理明显，薄层状（偶见千枚状）构造，局部含有泥砾，砾径大于5cm。第四系堆积层：主要为残、坡积物，多呈土状，含砂岩碎块少，层厚.1～1.5m。河谷中冲积层以含砾低液限粘土为主，含有少量砾石，层厚.1～1.m。3、地质构造坝区褶皱形态微弱，未发现断层造构。构造形迹为小折曲和裂隙。其中，主要裂隙二组：第一组：产状N5E／NW∠6，裂隙面较平直，延伸较长，不发育，张开.2～1mm，沿裂隙有风化加深现象，并有泥沙充填。第二组：产状N5／SE∠45，裂隙短小，断续延伸，微张。4、岩体风化坝址区岩体风化情况，主要受地形和构造等因素影响，总体表现为表层的均匀风化，但各部位岩体风化厚度有一定的差异。钻孔揭露表明，坝基的强风化层深度为.8～1.6m。5、水文地质坝址区地下水类型主要为基岩裂隙水，赋存于基岩裂隙中，主要受大气降水补给，同时，又与库水互补，排泄于低洼处。地下水位随地形、季节和库水位的变化而变化，其动态类型为降雨—径流型。二、主要工程地质问题及评价1、坝基清基质量评价大坝设计为粘土心墙坝。根据工程参建人员回忆整理，水库于1959年2月动工兴建,由当地群众投工投劳，至1959年12月完工蓄水。大坝为粘土心墙坝，当时坝基清基时清除到岩石1.5m，彻底清除强风化岩基，大坝虽然均采用人工挑运,大会战的形式兴建，但砌施工质量符合要求。2、坝基及坝肩渗漏稳定分析大坝基地层岩性为上奥陶系长坞组（O3）粉砂质泥岩夹泥质粉砂岩，表部强风化层厚度，深度变化不大，且初建时坝基清理达到要求。在现场勘察时发现，坝基岩体上部具有透水性较小。因此认为，本坝不存在坝基渗漏问题和绕坝渗漏问题。三、坝体填筑质量评价1、粘土心墙心墙体土料为浅黄色等的含砾低液限粘土，含砾量小，含水率较低，干密度偏高。心墙位于坝体中部，底部以“U”形截入坝基残坡积层中。心墙土体中砾含量偏小，粘粒含量多，孔隙比下小，高压缩性土；渗透系数偏小，渗透系数小于规范中对防渗土渗透系数的要求（1.×1-5cm/s）。心墙体土料整体较好，砾含量分布均匀。土体孔隙比和压缩系数较小，表明当年建坝施工时采用人工及机器夯击，达到规范要求。心墙土的渗透系数能满足规范要求。2、坝体土料坝壳区填筑土料较杂，呈灰色～黄褐色，土质为粘土质砾～含砾低液限粘土，局部夹低液限粘土。土料不密实，可压缩性较大。坝壳土料中砾含量较大；粘粒含量均值较小；土体为高压塑性；渗透系数偏大。四、坝体填筑土主要地质参数建议值根据类似工程，坝体填筑土主要地质参数见下表：土层工程地质参数建议值ρρdeav1-2CΦKI允g/cm3g/cm3-MPa-1KPaocm/s/坝体填筑土1.881.52.86.359.23.4×1-4.45坝基残坡积土.43.2.2溢洪道工程地质条件及质量评价溢洪道地段出露的地层岩性为粉砂质泥岩夹泥质粉砂岩，多呈全强风化状态，表层呈土状，基岩较软。沿线未发现明显的断层构造，构造形迹为发育的裂隙。溢洪道通过地段水文地质条件和地下水类型同坝址区。溢洪道位于左坝头，为开敞式，为人工开挖而成。本溢洪道由进口段、陡槽段、出水渠段等3部分组成。进口段断面为矩形，两侧边坡～底板为全强风化边坡，8～85°；均无衬护，抗冲刷能力差。陡槽段横断面为矩形，底板和两侧为弱风化岩体，人工开挖边坡边坡与地板凹凸不平，不利于行洪。本溢洪道无消力池，无出水渠。根据溢洪道所处地段的工程地质特性，提出有关地质参数建议值如下：（1）、岩土体允许抗冲流速残积土V允＝1.m/s（水深1～2m）全风化岩体允许抗冲流速：V允＝1.～1.5m/s（水深1～2m）（2）、开挖边坡建议值残积土层边坡：1：1.25全风化岩质边坡：1：13.2.3灌溉涵管工程地质条件及质量评价灌溉涵管位于当时大坝右坝段，涵管出口处的管壁～坝体接触部位漏水严重。新建涵管位于大坝右坝段，涵管区出露的地层与大坝区相同，为奥陶系上统长坞组（Q3）粉砂岩第四系（Q4edl）残坡积层。其中，粉砂质为灰绿色，层理明显，薄层状（偶见千枚状）构造，局部含有泥砾，砾径大于5cm。第四系残坡积物，含砂岩碎块少，层厚.1～1.5m。隧硐沿线未发现断层破碎带，构造形迹为两组裂隙，产状与坝区一致，分别是：第一组：产状N5E／NW∠6，裂隙面较平直，延伸较长，不发育，张开.2～1mm，沿裂隙有风化加深现象，并有泥沙充填。第二组：产状N5／SE∠45，裂隙短小，断续延伸，微张。地质勘察表明，进出口段岩体为强风化带，裂隙发育，围岩稳定性很差。硐身中段，山体相对较厚，围岩较完性和稳定性相对较好。隧硐工程地质参数建议值：强风化岩体：f=2，k=5～1kg／cm2；弱风化岩体：f=3～5，k=15～25kg／cm2；微风化岩体：f=5～7，k=25～4kg／cm2。3.3天然建筑材料3.3.1土料本工程土料料场距大坝运距约2.Km。料场为丘陵地貌，山坡平缓，地形开阔，上部有约.3~.5m厚的土层含植物根须和腐植质，为无用层，下部有厚约2.~2.5m的棕红色低液限粘土，为有用层。该土层层位较稳定，土体呈硬塑状，结构较密实，开采条件较好，无公路与大坝相通，运输条件较差，建议新建上坝公路。该土料场储量较丰富，开采条件较好。建议施工前对该料场进行取样和土工试验。3.3.2块石料本工程需要的块石料和砾石料到料场，运距28km，块石其岩性为浅紫红色凝灰岩，质地坚硬。抗风化性能好，力学强度高3.3.3砂、砾石料经调查勘察，砂砾石料场选定在玉山县城商业料场。砂——为中～中粗砂，主要成分为石英、硅质岩和碎屑等。砂料表现密度2.52g/cm3，堆积密度1.5g/cm3，孔隙率39%，基本满足规范要求；云母含量.42%，含泥量2.5%，无泥团，满足规范要求；硫酸盐及硫化物含量小于.5%，满足规范要求；轻物质含量6%，满足规范要求；有机质含量浅于标准色，满足规范要求；细度模数2.71，满足规范要求。卵砾石——主要成分为石英、硅质岩、花岗岩、千枚岩、砂岩等，直径一般为1～6cm，呈次圆～浑圆状，卵砾石表面呈弱风化，质量较好。3.4结论与建议一、区内挽近时期以来构造运动趋于稳定，区域稳定性较好，地震动峰值加速度小于.5g，地震烈度小于Ⅵ度，建筑物可不进行地震安全复核。二、水库区属构造剥蚀丘陵地貌，在水库正常蓄水位范围内，地形封闭，未发现通往库外的导水断裂破碎带，水库不存在永久性渗漏问题；山坡较平缓，植被较好，自然山坡稳定，无库岸再造问题，库岸和近坝库岸稳定；库区没有淹没、浸没问题，固体径流微弱。三、为上奥陶系长坞组（O3）粉砂质泥岩夹泥质粉砂岩，表部强风化层厚度，深度变化不大。作为坝基基岩。基岩表部风化较强烈，裂隙发育，导致表层基岩存在具有中等透水性的透水层。残坡积层为低液限粘土。四、粘土心墙土料为砾质粘土，含砾小且集中，含水率低，干密度大，渗透系数小于于规范中对防渗土渗透系数的要求（1.×1-5cm/s）。满足防渗要求。五、大坝坝体填筑土主要为为粘土质砾～砾质细粒土，局部夹低液限粘土。土料密实，可压缩性较小。土体渗透系数符合要求,满足均质土坝防渗要求。大坝下游无块石排水体反滤，建议新建，对上游坝坡新建预制块护坡。大坝清基符合要求，坝基不存在中等透水性残破积层，不存在渗漏问题。溢洪道地段出露的地层岩性为粉砂质泥岩夹泥质粉砂岩，多呈全强风化状态，表层呈土状，基岩较软。进口段与泄槽段均无衬护，出口无消能设施，无出水渠狭窄弯曲，不利行洪。七、原涵管已封堵，但封堵涵管质量差，漏水严重,存在涵管与坝身接触渗漏隐患，危及大坝安全。八、新建涵管位于大坝左岸山体内，涵管区出露的地层与大坝区相同，为奥陶系上统长坞组（Q3）粉砂岩第四系（Q4edl）残坡积层。新建隧洞斜涵进口存在漏水问题。九、本工程土料、砂砾石料及块石料质量均较好，各项指标均满足或基本满足规范要求。土料、砂砾石料、块石料储量较丰富，可以满足工程用量，料场无公路相通，土料运距2km，砂石运距28km，块石运距28km。所以须新建上坝公路以满足施工及防汛要求。4加固设计4.1工程任务和规模4.1.1工程任务大蓬水库的兴建是按水利开发规划的要求，以服务农业生产任务为中心，满足4亩农田用水的要求，后期在满足实际灌溉3亩农田的基础上，利用水库库面发展水产养殖。本工程的任务是以灌溉为主，结合防洪、养殖等综合效益。4.1.2工程规模及洪水调节由于本工程无原始资料，工程原设计规模无从考证，本次设计根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252—2和《防洪标准》GB521—94的规定，本工程等别为Ⅴ等，主要建筑物按山区、丘陵区标准，设计洪水标准为1年一遇，校核洪水标准为54年一遇，洪水采用坝址洪水。一、泄流曲线大蓬水库采用溢洪道泄洪，后接泄槽及消能设施，同时不考虑灌溉涵管泄洪。1、现状溢洪道泄流曲线水库采用溢洪道泄洪，后接泄槽，同时不考虑灌溉涵管泄洪。（1）泄槽坡度判别临界水深计算公式为：式中：Q—泄槽断面流量，m3/s；α－系数，取α＝1.5；A－临界断面过水面积，矩形断面A＝bhk；B－水面宽度，矩形断面B＝b；hk—临界水深，m。经计算，在不同流量下临界水深成果见表4.1-2。表4.1-2临界水深计算成果表 流量（m3/s）临界水深hk（m）1.65（2％）.72.87（1％）.212临界底坡计算公式为： 式中：C－谢才系数B－水面宽度，X－湿周；α－系数，取α＝1；表4.1-3临界底坡计算成果表流量（m3/s）临界底坡ik1.65（P=2％）97.91（P=1％）87溢洪道泄槽底坡起始坡度i=.58，至计算截止断面坡度均大于临界底坡，故堰为自由溢流。现状溢洪道泄流曲线临界底坡计算公式为：式中：C－谢才系数B－水面宽度，X－湿周；α－系数，取α＝1.5经计算的ik=97＜.58，故为自由溢流。大蓬水库现状有溢洪道泄洪设施，溢洪道泄流曲线采用水力学公式计算的水位流量关系曲线，计算成果见表4-1。表4-1堰前水位～泄量关系表（现状）库水位(m)113.6113.8114114.2114.4114.6114.8115115.2115.4115.6泄流能力(m3/s).316.8961.6462.5353.5434.6585.8697.178.5571.222、加固后溢洪道泄流曲线本次设计对溢洪道进行加固；溢洪道加固后为宽顶洪道。溢流净宽3m，堰型设计为宽顶堰，以改善泄流情况，堰的过流能力计算公式：式中：Q—下泄流量；b—溢流堰净宽；H—计入行近流速水头；n—闸孔数目，n=1；b—单孔净宽，b=3m。计算成果见表4-2。表4-2堰前水位～泄量关系表（加固后）水位(m)113.6113.8114114.2114.4114.6114.8115115.2115.4流量(m3/s).41.142.13.234.525.947.489.141.91二、起调水位和水库洪水调节原则起调水位：按上级主管部门批准，水库的设计正常蓄水位就是水库的起调水位，即起调水位为113.6m。水库洪水调节原则：大蓬水库溢洪道为宽顶堰泄洪，当水库水位超过113.6m时，溢洪道开始泄洪，水库水位继续上涨，直至最高水位；由此求得该频率洪水最大下泄流量和最高库水位。随后水库水位逐渐下落，下泄流量逐渐减小，按其自由溢流进行调节。三、水库调洪计算调洪演算按水量平衡原理进行计算，即在任一时段Δt内，入、出水库的水量之差即为该时段内水库蓄水量的变化值。计算公式为：q=f(V)=f(Z)式中：Q1、q1--时段初入库、出库流量(m3／s)；Q2、q2--时段末入库、出库流量(m3／s)；V1、V2--时段初、时段末水库蓄水量(m3)；Δt—计算时段(s)。根据上述联解方程，可逐时段进行水库的调洪演算，其成果见表4-3、4-4。表4-3大蓬水库（现状）洪水调节计算成果表频率起调水位洪峰流量最高洪水位相应库容最大下泄流量（m）(m3/s)（m）（万m3）(m3/s)P=1%113.61.6114.215.52.98P=2%113.62.61表4-4大蓬水库（加固后）洪水调节计算成果表频率起调水位最高洪水位相应库容洪峰流量最大下泄流量（m）（m）（万m3）(m3/s)(m3/s)P=1%113.6113.9815.341.651.6P=2%113.6114.1215.92.611.754.2主要加固项目4.2.1大坝现状存在的问题复核分析及加固内容一、大坝存在主要问题通过现场检查和工程日常运行管理过程中的观测，根据大坝安全评估报告，目前大坝表现出如下主要问题：坝顶高低不平；上游坝坡护坡毛石风化严重，下游坝坡为杂草坡面，无坡面排水系统；坝脚无反滤排水设施。原灌溉涵管漏水严重,存在涵管与坝身接触渗漏隐患，危及大坝安全。二、大坝现状情况分析复核1、大坝坝顶高程复核根据《洪水标准》（GB521-94）及《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2）规定：大蓬水库设计洪水标准采用2年一遇，校核洪水标准采用2年一遇。根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-21）中的规定计算大坝需要的坝顶超高。坝顶超高按下式计算：Y=R+e+AY：坝顶超高（m）；R：最大波浪在坝坡上爬高（m），根据工程等级确定，对本工程5级建筑物采用累积频率为5%的爬高值R5%，即R=R1%=1.84Rm；Rm：平均波浪爬高（m），；e：最大风浪壅水面高度（m），；A：安全加高（m），正常运用为.5，非常运用为.3；K△：斜坡糙率，K△=.8；Kw：经验系数，由风速、坡前水深、重力加速度所组成的无维量W/(gh).5确定；m：上游坡坡比，上游坡较陡1：2.22；hm：平均波高（m），因大蓬水库处丘陵地区，由鹤地水库公式先计算出累积频率为2%的波高h2%，再查表得h2%/hm=2.23，从而可计算得出平均波高hm；Lm：平均波长（m），由公式推算；K：综合摩阻系数，取3.6×1-6；W：计算风速，正常运用22.5m/s，非常运用15.m/s（采用玉山县气象局资料）；D：风区长度(m)，26m；Hm：水域平均水深（m）；β：计算风向与坝轴线法线夹角；Tm：平均波周期，；H：坝迎水面前水深（m）；坝顶超高计算成果见表4-5。表4-5大坝坝顶高程复核成果表洪水洪水位eＲAY坝顶所需高程现状坝顶高程频率（m）（m）（m）（m）（m）（m）（m）P=1%114.21 .78.51.46115.3114.6P=2%114.21.45.3.84114.98由表4-5可以看出，大蓬水库大坝坝顶高程不满足规范要求。大坝现状渗流状况复核分析为评价大蓬大坝的坝坡安全稳定性，查清大坝存在的坝坡安全隐患，根据大坝渗流计算成果、运行情况、现场检查资料，对大坝坝坡抗滑稳定进行分析。大坝的渗流计算采用理正岩土渗流分析计算软件（5.6版），该软件基于二维稳定—非稳定渗流理论，用有限元法求解渗流水头并计算渗漏流量。（1）计算断面的选择本次大蓬大坝选桩号+53为上下游坝坡具有代表性。本次复核对此典型横剖面作为稳定渗流计算对象，计算断面轮廓、材料分区具体见图4.2-1。（渗透系数单位：cm/s）图4.2-1大坝现状典型断面（桩号+53）材料分(2)渗透参数的确定根据地质报告给出的渗透系数参数值，大坝计算断面渗透系数见表4.2—2。大坝现状典型断面各分区渗透指标表表4.2—2断面分区土层坝体部位渗透系数Kcm/s允许渗透坡降[J]大坝（桩号+18.5）低液限粘土坝体2.5×1-4.35粘土质砂层、砂砾石层坝基土1.×1-2.35（3）渗流计算工况的确定根据《碾压式土石坝设计规范》SL274—21的规定，土坝的渗流计算应考虑水库运行中出现的各种不利工况。大蓬正常蓄水位113.6m，设计洪水位114.2m，校核洪水位114.2m；本次稳定渗流计算中考虑水位组合情况：①上游正常蓄水位与下游相应水位；（4）稳定渗流计算大坝现状渗流复核计算采用理正岩土渗流分析计算软件（5.6版），该软件基于二维稳定—非稳定渗流理论，用有限元法求解渗流水头并计算渗漏流量。按不同工况组合进行计算，可得到各工况下的渗流等势线和大坝的浸润线位置图以及单宽渗流量，大坝渗流浸润线及等势线见图4.2—2；各断面各种工况下大坝渗流计算坡降及单宽渗流量值见表4.2—3。大蓬大坝各典型断面渗流复核计算成果表4.2—3断面大坝+53正常水位（m）下游水位（m）水头（m）逸出点高程（m）逸出点渗透坡降计算单宽流量（m3/d.m）113.615.48.218.4.13.15根据大坝渗流流网分析，所计算的大坝的典型断面浸润线出逸点均较低。大坝浸润线基本上直接从坝体上部出逸，在出口没有保护的情况下，大坝存在严重的渗流安全隐患。图4.2-2大坝典型断面（桩号+53）稳定渗流期浸润线及等势线示意图（2）大坝现状稳定分析为评价大蓬大坝的坝坡安全稳定性，查清大坝存在的坝坡安全隐患，根据大坝渗流计算成果、运行情况、现场检查资料，对大坝坝坡抗滑稳定安全进行评价。1、计算断面的选择根据大蓬大坝实际运行中出现的情况，大坝现场检查资料。大坝渗流分析计算选择了坝中老河床部位+53桩号最大断面作为大坝渗透稳定计算典型断面。与渗透稳定计算断面对应，大坝坝坡稳定分析亦选择此断面作为典型计算断面，分别计算坝坡上、下游抗滑稳定安全系数。计算断面轮廓及材料分布具体见图4.2—1。2、计算方法按照《碾压式土石坝设计规范》SL274－21的规定，现状坝坡稳定计算采用计及条块间作用力的简化毕肖普法计算，稳定渗流期采用总应力法对下游坝坡进行稳定计算，水位降落时分别采用总应力法对上游坝坡进行稳定计算。3、计算参数的选取根据《碾压式土石坝设计规范》SL274－21的规定，采用简化毕肖普法（依据刚体极限平衡原理）计算土坝边坡稳定性，影响坝坡稳定计算结果的主要土层力学参数包括：湿容重、饱和容重、凝聚力、内摩擦角。坝体材料物理力学指标的选用：根据地质给出的坝体填土和坝基的抗剪强度指标建议值。大蓬稳定分析采用的物理力学指标如下：大坝典型断面（桩号+18.5）各分区填筑土物理力学指标表表4.2-4分区土层湿容重(KN/m3)饱和容重(KN/m3)C(Kpa)φ(度)坝身含砂低液限粘土18.92.517.62.5坝基含粘土质砂层、砂砾石层22214.5214、安全评价标准根据《碾压式土石坝设计规范》SL274—21的规定，对5级土坝，当采用计及条块间作用力的简化毕肖普法计算方法时，正常运用条件下，坝坡抗滑稳定最小安全系数应不小于1.25，非常运用条件下，坝坡抗滑稳定最小安全系数不小于1.15。5、坝坡稳定计算结果坝坡抗滑稳定计算分析采用北京理正岩土边坡稳定分析计算软件（5.21版），该软件采用有效应力法得到简化毕肖普法的计算结果，符合《碾压土石坝设计规范》（SL274-21）的要求。大坝剖面边坡稳定计算结果汇总见表4.2-5，计算成果图见图4.2—3、图4.2—4。大蓬大坝坝坡稳定计算成果表（采用简化毕肖普法）表4.2-5计算工况坝坡简化Bishop总应力法正常运用水库正常蓄水位121.25m，下游无水位，形成稳定渗流。下游坡1.42库水位自正常蓄水位121.25m降至死水位115.4m,形成非稳定渗流。上游坡1.34规范要求最小安全系数1.256、坝坡稳定计算成果分析大坝典型剖面各种水位工况上下游坝坡抗滑稳定系数均能满足规范要求的最小安全系数。图4.2-3大坝典型断面（+53）稳定渗流期上游坝坝坡稳定计算成果示意图图4.2-4大坝典型桩号（+53）稳定渗流期下游坝坝坡稳定计算成果示意图4.2.2溢洪道现状存在的问题复核分析及加固内容一、溢洪道现状存在的主要问题根据水库运行、现场检查及安全鉴定揭示溢洪道目前主要存在以下问题：溢洪道位于大坝左岸，为无坎宽顶堰流;溢洪道全长47.8m，溢洪道有进口段，控制段、泄槽段，陡槽段组成，其中进口段、控制段底板为砼结构，两边墙底部是浆砌石抹面、上部是块石衬砌，泄槽段未衬砌、基础裸露、岩石抗冲能力较差，无消力池、直接冲下游农田，质量较差。二、溢洪道现状存在问题的复核分析（1）泄槽坡度判别临界水深计算公式为：式中：Q—泄槽断面流量，m3/s；α－系数，取α＝1.5；A－临界断面过水面积，矩形断面A＝bhk；B－水面宽度，矩形断面B＝b；hk—临界水深，m。经计算，在不同流量下临界水深成果见表4.4-6。表4.2-6临界水深计算成果表 流量（m3/s）临界水深hk（m）1.65（2％）.72.9（1％）.21临界底坡计算公式为： 式中：C－谢才系数B－水面宽度，X－湿周；α－系数，取α＝1；表4.2-7临界底坡计算成果表流量（m3/s）临界底坡ik1.75（2％）.971.14（P=1％）87溢洪道泄槽底坡起始坡度i=1，至计算截止断面坡度均大于临界底坡，故堰为自由溢流。现状溢洪道泄流曲线临界底坡计算公式为：式中：C－谢才系数B－水面宽度，X－湿周；α－系数，取α＝1.5经计算的ik=97＜.58，故为自由溢流。大蓬正常蓄水位113.6m，溢洪道为开敞式宽顶堰，堰顶高程为113.6m，溢洪道控制段宽度3.m。校核δ/h=6.6、设计δ/h=9.5为宽顶堰,溢洪道泄流能力按下式计算：Q=mεB(2g)(1/2)H(3/2)式中：Q—流量，m3/s；m—流量系数，取.32；H—堰上总水头m；B—底宽m，取1.mε—侧收缩系数，取1计算成果见表4.2—8。4.2—8溢洪道现状泄流能力表水库水位（m）泄流量（m3/s）水库水深（m）泄流量（m3/s）113.6115.278.316945421115.48.557526372114.89645726115.61.2269425114.21.646896718115.811.5637945114.42.5355633691161363.543557534114.84.6581273491155.869911345三、溢洪道加固内容新建进口段（-6.5—+）、控制端（+—+4）、泄槽1段（+4—+37.9）、泄槽2段（+37.9—+357.8）、消力池（+57.8—+62.8）。1、进口段进口段（+～-6.5桩号）长6.5m，为直线段，进口底宽3.m，末端底宽3.m，矩形断面，底高程113.6m。底面为.3m厚C2砼底板，边墙为C2砼重力式结构边墙，内边坡为1：.4，墙高为1.1m~1.2m后接控制段。底板与边墙间设置纵向缝，缝中用沥青杉板填缝并用橡胶止水。2、控制段控制段（+～+4桩号）长4.m，采用无闸控制折线型实用堰，断面为矩形，堰面长4.m，堰顶高程113.6m，溢流净宽3.m，与水库正常蓄水位齐平，上游底高程113.6m。堰体采用C25钢筋砼结构，上下游分别设抗滑齿槽，堰体两侧边墙为C2砼结构边墙，内边坡为1：.4，砼堰体与上、下游段及边墙均设置伸缩缝，沥青杉板分缝，缝宽2m并采用橡胶止水，止水带宽28cm。3、泄槽段泄槽段（+4～+57.8桩号）长53.8m，其中一级泄槽段（桩号+4～+37.9）:底板均采用3cm厚的C25砼衬护，边墙采用C2砼重力式结构，顶宽3mm，底坡为.65，边墙墙高为1.2m，内边坡为1：.4。二级泄槽段（桩号+37.9～+57.8）：底坡为.167，级泄槽段（桩号+4～+37.9）:底板均采用3cm厚的C25砼衬护，边墙采用底宽为3m，边墙采用C2素砼重力式结构，顶宽3mm，墙高1.2m，内边坡为1：.4。砼堰体与上、下游段及边墙均设置伸缩缝，沥青杉板分缝，缝宽2m并采用橡胶止水，止水带宽28cm。4、消力池段消能段（桩号+57.8～+62.8）：底宽为3m，底板采用.5m厚C25钢筋砼衬护，边墙采用C2素砼重力式结构,顶宽3mm，边墙墙高为1.2m，内边坡为1：.4。底板设排水孔，间距1.2m，梅花形布置。墙内设直径为5mm的pvc排水管。4.2.3输水建筑物现状存在的问题复核分析及加固内容一、灌溉涵管现状存在的问题复核分析及加固内容灌溉涵管位于大坝右坝肩，进水口为砼斜涵，洞身结构为直径.25m的砼管。按照《防洪标准》（GB521—94）、《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2）的有关规定，该工程规模为小（2）型水库，工程等别为V等，灌溉涵管为5级建筑物，其设计标准为1年一遇洪水，校核标准为5年一遇洪水。（一）灌溉涵管现状存在的主要问题1、灌溉涵管采用放水斜涵，斜涵管混凝土质量差，多出裂缝漏水。灌溉涵管位于右坝肩下部，为坝下涵管，平涵结构为上下游段为砼预制管、中间为套接瓦管，砼预制管直径为.25m，该涵管周边有渗水点，可能砼管局部断裂引起，进口段与斜涵相接，该涵管运行不畅由于局部堵塞输水量较小影响了下游灌溉。（二）加固内容对于灌溉涵管，拆除旧的斜涵和砼管新建新的斜涵以及坝下涵管，坝下涵管的尺寸为1.m*1.4m。4.3设计依据4.3.1工程等别与建筑物级别大蓬水库是一座以灌溉为主，结合防洪、养殖等综合利用的小(2)型水库工程。本次复核根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2）和国家技术监督局、中华人民共和国建设部联合发布的《防洪标准》（GB521—94），以及《灌溉与排水工程设计规范》（GB5288—99）的有关规定，经复核本水库工程等别为Ⅴ等。大坝、溢洪道、坝下涵管等主要建筑物级别为5级，设计洪水标准为1年一遇，校核洪水标准为5年一遇；泄水建筑物的消能防冲建筑按1年一遇洪水标准设计；临时建筑物为5级。枢纽建筑物相应的运用洪水标准见表4－12。表4-12枢纽建筑物设计、校核洪水及相应流量建筑物名称工况洪水频率（%）洪峰流量（m3/s）最大下泄流量大坝设计11.651.6校核22.611.75溢洪道设计11.651.6校核22.611.75灌溉涵管设计11.651.6校核22.611.754.3.2设计基本资料一、设计采用的技术规范和文件资料1.《防洪标准》GB521—94；2.《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252—2；3.《灌溉与排水工程设计规范》GB5288—99；4.《水利水电工程设计洪水计算规范》SL44—26；5.《碾压式土石坝设计规范》SL274－21；6.《小型水利水电碾压式土石坝设计导则》（SL189-96）7.《碾压式土石坝施工规范》DL/T5129—21；8.《水工隧洞设计规范》SL279－22；9.《溢洪道设计规范》SL253－2；1.《水工砼结构设计规范》SL/T191－96；11.《水工砼施工规范》DL/T5144—21；12.《水利水电工程施工组织设计规范》SL33—24；13.《水利水电工程围堰设计导则》DL/587—1999；14.《水库工程管理设计规范》SL16—96；15.《水利工程管理单位定岗标准（试点）》和《水利工程维修养护定额标准（试点）》水办[24]37号；16.《水利水电工程可行性研究报告编制规程》DL52—93；17．《水利水电工程初步设计报告编制规程》DL521—93；18.《江西省重点小(2)型病险水库除险加固初步设计审批导则》（赣水建管便字[211]1号）；二、水文气象及地震烈度工程所在区域多年平均气温18.°，多年平均月最高气温约29.7℃（七月份）；多年平均蒸发量153.1mm；该区年均风速2.6m/s，多年平均最大风速12.2m/s，春夏盛行东南风，秋季多西北风，冬季多东北风。多年平均降雨为1761.2mm，降雨具有年内分配不均匀，年际间变幅大的特点，年内4～6月份降雨量占全年48.77%。根据实测资料统计最大年份的1998年降雨量为2599.1mm，最小年份的1996年降雨量为1121.7mm。实测最大24h暴雨量29.8mm，5～6月份是大雨或暴雨多发季节，降水强度大，时间集中。坝址区地震动峰值加速度小于.5g，地震烈度小于Ⅵ度，设计可不考虑地震荷载。三、建筑材料特性及设计参数(一)、大坝大坝为粘土心墙土坝，坝体填筑土主要为低液限粘土及粘土质砂，土体含水量低，土体密实，填筑质量基本满足要求，渗透系数小于于1×1-4cm/s，满足规范要求，坝体不存在渗漏问题。大坝清基质量差；坝基表层岩层属低透水岩体，不存在渗漏问题。大坝不同部位土料的物理力学指标及渗透系数有一定差别，大坝主要地质参数建议值见表4－13。表4-13大坝主要地质参数建议值表土层工程地质参数建议值ρρdeav1-2CΦKI允g/cm3g/cm3-MPa-1KPaocm/s/粘土心墙填筑土1.861.43.9.413.21.54.2×1-44.坝体填筑土1.881.52.86.359.23.8.3×1-4.45坝基残坡积土.4（二）、溢洪道溢洪道为在左坝头山体中开挖而成，溢洪道沿线出露残坡积土层和全风化岩，岩体抗冲刷能力很差，无消能设施。根据溢洪道的情况，溢洪道岩土物理力学建议指标如下：（1）、岩土体允许抗冲流速残积土V允＝1.m/s（水深1～2m）全风化岩体允许抗冲流速：V允＝1.～1.5m/s（水深1～2m）（2）、开挖边坡建议值残积土层边坡：1：1.25全风化岩质边坡：1：1（三）、灌溉隧洞原涵管，漏水严重,存在涵管与坝身接触渗漏隐患，危及大坝安全。涵管位于大坝右岸山体中，未发现大的断层及裂隙构造，但洞身未衬护，围岩风化，出口浆砌石衬护质量差。结合试验数据及相同地层的工程经验，涵管工程地质参数建议值：强风化岩体：f=2，k=5～1kg／cm2；弱风化岩体：f=3～5，k=15～25kg／cm2；微风化岩体：f=5～7，k=25～4kg／cm2。4.4总体布置本工程为除险加固工程，受本工程现状地形条件的限制，加上工程规模较小，枢纽建筑物总体布置方案仍在现状基础上进行，对大坝坝下涵管进行拆除重建。4.5加固设计4.5.1挡水建筑物（大坝）加固设计根据《江西省重点小（2）型病险水库除险加固初步设计及审批导则》，本次设计的方针针对重点病险问题进行除险加固设计。确定大坝除险加固设计的主要内容如下：1、坝顶加固处理：现状坝顶高程不满足设计要求，宽度偏寬，在运行过程中，大坝多年的固结沉降，致使坝顶不平整。本次设计中先对坝顶进行整平至115.4m高程,坝顶宽4.m。坝顶高程加固后经计算设计为115.4m。2、上游护坡设计：上游坝坡坡比设计为1：2。结构设计将现状上游坡清理表层，待清理完成并修整后先铺筑8cm厚度的粗砂垫层，再在其上采用1cm厚的C15砼预制块护坡至114.2m高程，以上采用草皮护坡至坝顶。为了节省外运的费用并平衡清理出来的不可利用的风化料，上游坝坡利用上部整修的清除料清理出来的块石堆于护坡底部。上游坝坡于+5桩号设置宽2m的台阶。4、下游护坡设计：下游面整修后采用草皮护坡，坡比1：4到达113.4后为4.9m平台，平台以下为1；2.75草皮护坡至高程19.4m，高程19.4m以下为贴坡排水体。下游坝坡于+5桩号设置宽2m的台阶。为防止下游坝坡雨水集中冲刷而形成雨淋沟，在下游坝面设置纵向排水沟和岸坡排水沟。纵向排水沟布置在排水体平台内侧和4.9m平台内侧。排水沟底板采用C15砼现浇而成，排水沟墙采用M7.5浆砌C15砼预制块。纵向排水沟断面尺寸为.3m×.3m；岸坡排水沟断面尺寸为.4m×.45m。5、大坝下游坝脚新建贴坡排水体设计：现状大坝下游无反滤排水设施，本次新建贴坡排水体，排水体顶长92m，顶宽为2.m，根据校核水位下坝体浸润线出逸点高程，确定排水体顶高程为19.4m，坡比1：2.75，反滤层由砂砾料综合组成，反滤层由一2cm厚的砂垫层，一层2cm厚卵砾石垫层，最后为4cm厚干砌石体。在大坝贴坡排水体顶设纵向排水沟，排水沟底宽.3m，排水沟衬砌用C15砼现浇；另在排水体脚设纵向排水沟，沟底宽.4m。6、大坝除险加固设计计算（1）、坝顶高程计算坝顶高程计算采用《碾压式土石坝设计规范》（SL274—21）中的计算公式，计算方法及计算公式等同加固前的复核计算，计算成果见表4-14。表4-14坝顶高程计算成果表洪水洪水位eＲAY坝顶所需高程现状坝顶高程频率（m）（m）（m）（m）（m）（m）（m）P=1%114.21 .78.51.28115.3114.6P=2%114.21.48.3.78114.98本次加固设计大坝坝顶高程为115.4m，上游预制块护坡顶高程采用为114.2m，满足规范要求。（2）、大坝加固后渗透稳定分析大蓬水库大坝经过防渗加固处理后，渗流状况将发生改变，因此下面对加固后大坝渗流稳定进行复核计算分析。本次大坝加固后渗流复核计算按平面渗流问题考虑，采用有限元计算方法对大坝渗流作计算分析。1、计算断面及渗透分区本次对大坝加固后设计复核计算断面选取与现状复核计算相对应的坝中断面，即大坝桩号+18.5断面。大坝加固后，计算断面渗透分区与现状断面主要不同之处在于增加了大坝粘土心墙防渗系统。渗透稳定分析时保留的原有各土层渗透试验指标取值同现状计算分析时一致。断面土层渗透系数取用地质报告所提供的建议值。大坝各典型断面各分区渗透指标表表4.5—2断面分区土层坝体部位渗透系数K（cm/s）允许渗透坡降[J]大坝（桩号+53）含砂低液限粘土坝体2.5×1-4.35粘土质砂层、砂砾层坝基土1.×1-2.35心墙坝体1×1-56根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274—21）的规定，土坝的渗流计算应考虑水库运行中出现的不利条件，大蓬水库正常蓄水位113.6m，设计洪水位为114.2m，校核洪水位为114.2m；本次稳定渗流计算中考虑下列水位组合情况：上游正常蓄水位与下游相应水位；上游正常蓄水位降到死水位；大坝加固后渗流复核计算采用理正岩土渗流分析计算软件（5.6版），该软件基于二维稳定—非稳定渗流理论，用有限元法求解渗流水头并计算渗漏流量。按不同工况组合进行计算，可得到各工况下的渗流等势线和大坝的浸润线位置图以及单宽流量，大坝渗流浸润线及等势线见图4.5—2,各断面各种工况下大坝渗流计算坡度及单宽流量值见表4.5－3，心墙渗透坡降为4.8。大坝加固典型断面渗流复核计算成果表4.5－3断面大坝+53上游水位（m）下游水位（m）水头（m）逸出点高程（m）逸出点渗透坡降计算单宽流量（m3/d.m）113.615.48.218.4.154.324根据所计算绘出的大坝渗流流网图可以看出，大坝的渗流流网揭示该大坝高水位渗流性态符合防渗墙防渗土石坝渗流规律（见渗流流网图），所计算的断面在各种水位下形成的稳定渗流期渗流性态总体上基本一致，大坝+18.5断面在各计算工况下浸润线位有明显降低。大坝加固后在渗流方面得到很大改善，不会发生渗透变形破坏。但由于大蓬水库大坝坝体结构及边界条件复杂，在大坝渗流的理论分析中作了很大程度地简化，不可能完全反映实际情况。（渗透系数单位：cm/s）图4.5-1大坝加固后典型断面（桩号+53）材料分三、大坝加固后坝坡稳定分析加固后坝坡抗滑稳定计算断面仍选取大坝桩号+53断面。该断面坝体材料分布及具体轮廓尺寸见图4.5－1。本次大坝坝坡稳定计算采用《碾压式土石坝设计规范》（SL274－21）推荐的计其条块间作用力的简化毕肖普法；根据《小型水利水电工程碾压土石坝设计导则》SL189-96，稳定渗流期对下游坝坡指标进行总应力法稳定计算，水