陕西小(1)型水库枢纽工程施工组织设计(大坝-输水系统-溢洪道)

1综合说明1.1设计背景XX水库于2008年3月委托XX市水利水电建筑勘测设计院作《XX县XX水库安全鉴定报告》。同年5月经XX市水利局组织专家审查鉴定为“三类坝”（病险水库）。2008年“5.12”汶川大地震发生后，XX水库受地震影响破坏严重，直接威胁大坝及下游人民生命财产安全。根据震后水库震损情况的现场检查、测量、分析，“XX市水发【2008】135号文”将该水库确定为次高危险情等级，由我院组织力量立即开展应急除险加固工程设计工作。6月1日起，我院与XX县水利工作队，按照“应急修复、抢险与除险加固相结合”的原则，依据XX市水发【2008】134号文“XX市水利局关于印发震损水库应急除险加固工程实施方案编制大纲的通知”的精神，按照实施方案阶段1.2工程基本情况XX水库位于XX河右岸支流XX河中游的XX县XX乡XX村（详见XX水库工程位置示意图1—1），流域内为土石山区，流域内植被良好，坝址以上主河道长3.7km，平均比降37.14‰，流域面积5.4km。水库枢纽工程由大坝、输水系统、溢洪道等部分组成。大坝为粘土心墙坝，坝高27.8m、坝基高程597.99m、坝顶高程625.79m、坝顶长120m、顶宽3.0m、底宽137.75m。水库校核洪水位624.09m，相应库容154.88万m3；正常蓄水位621.74m，相应兴利库容125.20万m3；死水位604.00m，死库容5.8万m3；滞洪库容33.29万m3（见表1—1输水系统位于大坝左侧，由卧管和放水涵洞组成，卧管共24台，放水涵洞为浆砌石城门洞型无压洞，高1.2m、宽0.8m，涵洞进口高程604.00m，最大放水量1.0m溢洪道位于大坝右侧，采用侧堰溢流式，进口为曲线型实用堰，溢洪道堰顶于1973年加高1.74m、加宽4.1m，即现在低堰高程为621.74m，堰顶宽10.8m；高堰顶高程为622.74m，堰顶宽12.8m，最大泄流量为48.6m3/s，经渐变段至陡坡末段以消力池方式接下游沟道。该库于1965年11月动工修建，1969年3月基本建成，是以灌溉为主，兼有防洪、养殖的小（1）型水库。主要保灌XX乡14个村7400亩农田用水，为保证灌区农田灌溉发挥了重要作用。XX水库下游7km河沟地段至平川地带，洪水出沟呈扇形分布，水库一旦失事，将对下游居民生命财产安全和国家财产造成巨大损失，水库下游有大河坎镇经济开发区，XX乡集贸市场和20个村庄、2.1万间房屋、1.2万人口、3.8万亩农田、地方道路25km、西汉高速4km、通信光缆4.2km，水库失事后，将造成直接经济损失达2.5亿元。XX水库总库容为164.29万m3，设计灌溉面积0.74万亩，依据《水利水电等级划分及洪水标准》（sl252-2000）规范规定，枢纽为Ⅳ小（1）型工程，大坝为4级建筑物。1．3存在的主要问题“5.12”地震后，水库出现以下主要问题：（1）大坝迎水坡震后干砌石护面局部发生变形和滑坡，背水坡沉陷严重出现陷坑。（2）溢洪道俩侧墙和泄水陡坡浆砌石多处震裂，与基础脱落，漏水严重。（3）放水涵卧浆砌石灰缝脱落，漏水较震前明显增加，漏水量增加大约20L/S1．4除险加固工程设计1．4．1针对震损险情和问题，确定除险加固方案如下：（1）大坝迎水坡采用（砂、砂砾石、块石）做干砌石护坡，背水坡按1：2.5和1：2.75坡比碾压夯实砂壤土培厚坝体。（2）溢洪道加固。（3）新建放水建筑物。1．4．2主要工程量及材料量该工程主要完成工程量：土方开挖33660m3,石方开挖706m3，土方回填4844m3，浆砌石1687.8m3,干砌石1855.5m3，混凝土387.4m3。主要材料量：水泥362.551．5施工总进度计划1．5．1施工交通XX水库距大河坎镇14Km，其中12Km为3m宽的混凝土路面。墁坡村至XX水库1．5．2施工布置本着尽量少占农田和林地，临时建筑物尽量集中布置，因地制宜，就地取材，因材施工，交通便利等原则进行布置，临时占地3亩，永久性占地2亩（占林地1亩，占田1亩）。大坝加固培厚所用的土料和石料均可在各自料场准备就绪，直接运至施工工地点进行填筑施工。水泥、砂子、钢筋等建材可堆方在坝脚下。1．5．3施工安排施工可在2008年10月份完成主体工程施工前的准备，包括场地平整、交通、临时建房和辅助性设施等工作。主体工程在2008年11月至2009年5月完成，施工收尾期为1月，于2009年6月底竣工。1．5．4施工组织本次除险加固工程由XX县水利局组织实施，成立项目工程指挥部，全面负责工程建设管理工作。2．洪水分析及调洪演算2．1流域概况XX水库位于XX河右岸支流XX河中游的XX县XX乡XX村，流域内为土石山区，流域内植被良好，坝址以上主河道长3.7km，平均比降37.14‰，流域面积5.4km2;耕地面积约占40%，且多为梯田。水库以上流域多年平均降水量950.0mm，多年平均径流量194.4万m3。2．2历次洪水分析成果XX水库自1965年开始修建到现在，曾经进行多次洪水计算，其主要成果汇总如下：（1）原设计洪水：XX水库原为50年一遇洪水设计，洪峰流量51.0m3/s，洪水总量54.3万m3，200年一遇洪水校核，洪峰流量70.0m3/s，洪水总量69.0万m（2）1978年复核洪水：50年一遇设计洪水，洪峰流量51.0m3/s;500年一遇校核洪水，洪峰流量83.0m（3）1982年原地区水电局“三查三定”立案资料洪水：按照SDJ12-78标准复核，确定该水库洪水标准为50年一遇洪水设计，设计洪水位623.49m，洪峰流量51.0m3/s，洪水总量54.3万m3；500年一遇洪水校核，校核洪水位624.09m，洪峰流量83.0m3/s，洪水总量78.8万m（4）2006年度汛计划洪水复核：50年一遇设计洪水，洪峰流量62.0m3/s；500年一遇校核洪水，洪峰流量92.2m2．3设计洪水计算XX水库位于XX县XX乡XX村，主河道为汉江Ⅱ级支流扬家河，坝址以上主河道长3.7公里，河道平均比降37.14%，流域面积5.4平方公里。该流域属无资料地区，设计洪水采用以下途径计算。2．3．1由经验公式推求设计洪水：查《XX地区实用水文手册》（以下简称《水文手册》），计算洪峰流量的经验公式为：Qp=CpFn（2—1）式中：QP――频率为P的洪峰流量（m3/s）；F――流域面积（km2）；CP――频率为P的经验参、指数。XX水库位于经验公式分区的汉江南Ⅰ分区内，Cp、n的取值和洪峰流量计算结果见表2—1。表2—1经验公式计算洪峰、洪量成果表频率（%）0.2125QP（m3/s）87.172.064.552.22．3．2由暴雨推求设计洪水：采用《水文手册》提供的有关成果和方法推求。（一）设计暴雨的计算1、设计暴雨历时计算时段XX水库流域面积5.4km2，主河道长3.7km，查《水文手册》表5－1，XX水库流域面积小于20平方公里，故设计暴雨历时3小时，计算时段△t=1/3小时。2、各种历时暴雨量的推求由于该水库流域面积较小，故直接用设计点雨量代替面雨量，不进行点面折减。各种历时暴雨用下式计算。Htp=Ht·Kp（2—2）式中：Htp－频率为P，历时为t雨量（mm）；Ht－历时为t的多年最大平均雨量（mm）；Kp－模比系数。计算时，先从《水文手册》中查出各种历时暴雨量的平均值Ht和相应的变差系数Cv，再采用Cs=3.5Cv，查出Kp带入上式即可算出Htp，结果见表2—2。表2—2设计暴雨计算成果表历时（h）统计参数频率（％）、雨量（mm）HtCvCs/Cv0.21251/320.20.503.570554940129.60.533.5110557561345.00.513.516012511090（3）设计暴雨的时程分配由于该库流域面积小于20km2，故设计暴雨时程分配按最大3小时对称雨型分配，在同1小时内，除主雨段外，均按20分钟平均处理，计算结果见表2—3。表2—3设计暴雨时程分配计算表名称历时（h）项目123合计1/32/311/32/311/32/31雨型标准时段H118.762.518.8100H3－H116.816.816.616.616.816.6100暴雨时程分配频率（％）0.28.38.58.62070208.28.88.21601.06.56.66.61555156.76.86.81252.05.96.06.01349135.75.75.71105.04.95.05.010.54010.54.74.74.790（二）、设计净雨量的推求设计净雨量又称产流量或径流深，采用蓄满产流模型计算，既Rp=Hp－Io（2—3）Io=Im－Pa（2—4）式中：Rp—设计暴雨所产生的径流深（mm）；Hp—设计暴雨量（mm）；Io—流域初损量（mmm）；Im—流域最大土壤蓄水量（mm）；Pa—设计条件下流域前期影响雨量，用它反映流域土壤含水量情况（mm）。XX水库位于汉江以南，从《水文手册》中查得Im=55mm，Pa=2/3Im=36.7mm。潜流量占产流总量ΣR的20%，各时段采用平均扣除。下同频率情况下净雨量计算成果见表2—4。表2—4净雨量计算成果表时段频率（％）1/31/33/34/35/327/38/33合计0.2003.11666164.24.24.2113.71.000011.751.711.73.43.53.585.52.00009.646102.72.72.773.75.00004.737.68.12.32.32.357.3（三）、计算不同频率洪峰流量本报告采用推理公式的图解分析推求设计洪峰流量①基本公式Qm=0.278(∑ht/t)F（2—5）τ=0.278L/mJ1/3Qm1/4（2—6）式中:Σht－按由大到小的次序累计的时段净雨量（mm）t—Σht的相应时间（h）；F—流域面积（km2）；Qm—相应t的流量（m3/s）；τ—河道长度（km）；Q—相应τ的流量（m3/s）；L—河道长度（km）；J—河道比降；m—汇流参数。②洪峰流量的推求方法计算Σht，代入（2—5）式，求出Qt～t的关系，见表2—5。表2—5不同频率Qm～t关系计算成果表T(h)项目1/32/33/34/35/327/38/33Qm（m3/s）P=0.2％297.2184.6147.1115.195.883.073.264.156.9P=1.0％232.8142.8112.788.573.964.255.048.142.8P=2.0％207.0126.098.576.964.055.347.441.537.0P=5.0％169.3102.975.759.349.54336.932.228.7b.计算计算汇流参数mm=0.18lL2/(J1/3)0.6（2—7）XX水库F=5.4km2，L=3.7km，J=0.03714代入上式计算得m=0.608。c.用（2—6）式计算Q～τ关系：假设不同的Q，计算出相应的τ，结果见表2—6。表2—6Qm～τ关系计算成果表流量（m3/s）30020010080503020汇流历时（h）1.21.31.61.71.92.22.4d.推求洪峰流量：将Qm～t与Q～τ关系点绘在同一张方格纸上(见图2—1)即可由交绘处出相应频率的洪峰流量，成果见表2—7。表2—7暴雨推求法计算不同频率洪峰流量成果表频率（％）0.21.02.05.0洪峰流量（m3/s）97.270.959.442.9汇流历时（h）1.621.761.812.02．3．3洪水总量计算由暴雨推求设计洪水量，采用下列公式计算：Wp=0.1h3p·F(2—8)式中：Wp——频率为p的洪水总量（万m3）；h3p——频率为p的3小时净雨（mm）;F——集水面积（Km2）。不同频率洪水总量计算结果见表2—8。表2—8暴雨推求法计算不同频率洪水总量成果表p（％）0.21.02.05.0h3面（㎜）160.0125.0110.090.0h3p（㎜）141.7106.791.771.7Wp（万m3）76.557.649.538.72．3．4设计洪水成果选用表2—9不同方法计算XX水库洪峰、洪量成果表计算方法频率(％)、洪峰Q(m3/s)、洪量W(万m3)0.21.02.05.0QWQWQWQW安全鉴定97.276.570.957.659.449.542.938.7经验公式87.182.072.070.464.564.552.254.4暴雨推求97.276.570.957.659.449.542.938.7选用成果97.276.570.957.659.449.542.938.7从表中可以看出，本次洪水复核计算与水库近年防汛洪水复核成果接近，与水库以往设计洪水成果（“三查三定”认定成果）相比在50年一遇的设计洪水中，洪峰流量偏大16.5％，洪量偏小8.8％;在500年一遇的校核洪水中，洪峰流量偏大12.1％，洪量偏小8.8％。分析认为，这是由于计算方法和依据资料不同所致，本次洪水复核洪峰、洪量均采用了二种不同的方法计算，成果比较接近，经分析后，选用了计算方法成熟，资料基础可靠的成果作为洪水复核的采用值，比较合理。2．4调洪演算2.4.1基本资料(1)设计洪水：采用本次水复核计算成果，即50年一遇的设计洪水，洪峰流量59.4m3/s，洪水总量49.5m3/s；500年一遇的校核洪水，洪峰流量97.2m3(2)库容关系曲线：采用2002年实测的水位与库容关系曲线，见图2—2。(3)溢洪道泄流曲线XX水库溢洪道为侧向溢流堰，本次采用的泄流曲线为1973年溢洪道加高加宽后的泄泄流曲线(即溢洪道现状泄流曲线)，见2—3图(4)起调水位：与溢洪道低堰顶平齐，即621.74m2．4．2调洪演算方法及成果XX水库为小（1）型水库，调洪演算是将入库、出库洪水过程概化为三角形，依据水量平衡原理，采用简化三角形图解法进行演算，依据公式：Vm=Wm(1-qm/Wm)或qm=Qm(1-Vm/Qm)式中：Qm——入库洪峰流量(m3/s);Wm——入库洪量(万m3);qm——最大下泄流量(m3/s);Vm——滞洪库容(万m3);图解计算时，绘制溢洪道堰顶以上库容（v）与相应泄流量（q）的关系曲线，见图2—4；在q～v曲线的流量坐标上，标注设计（校核）洪峰流量，在库容坐标上，标注相应的洪量，用直线连接洪峰、洪量标点，其与q～v曲线交点所对应的流量即为溢洪道最大泄量qm，所对应的库容即为滞洪库容Vm，并据溢洪道现状泄流曲线中查取相应的库水位，见下表。XX水库调洪演算成果表3．工程地质3.1地质构造及地震烈度工程区位于XX盆地南部边缘地带，大地构造单元属龙门～大巴台缘隆褶带之汉南～米仓台拱。区域地层岩性主要为下元古界侵入之花岗岩、花岗斑岩以及花岗闪长岩。区域性断层为小坝～秦家坝断层，该断层沿NE向延伸，从工程区以东穿过。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306—2001）国家标准第1号修改单，该区地震动峰值加速度为0.1g，相应地震烈度为Ⅶ度，本工程地震烈度为Ⅶ度。3.2坝址工程地质条件坝址区处于XX盆地南部低山丘陵区，河谷为不对称的“V”形，坝址岩性为单一花岗岩。无大的断裂构造，但小型裂隙较为发育，岩体破碎。松散覆盖层主要分布于平缓坡地和河沟谷底，主要为坡积和崩塌堆积之砂土和风化石渣和岩屑，厚度均不大。坝址岩体风化强烈，岩体一般为强风化。坝址岩体由于风化强烈、破碎，所以表层岩体稳定性较差，地表水流以及人工作用下易发生滑塌。坝基岩体透水性主要受岩体风化和小型断裂构造的控制，尤其是岩体风化的控制较为明显。两岸坝肩由于岩体风化强烈，全、强风化带厚度大，在两岸坝肩存在一中透水带，所以存在绕坝渗漏问题。其厚度由上至下逐渐减小，下伏弱风化岩体由于裂隙多闭合，透水性微弱，为相对不透水层。大坝为粘土心墙坝，坝高27.8m、坝基高程597.99m、坝顶高程625.79m、坝顶长120m、顶宽3.0m、底宽137.75m。大坝迎水坡为干砌石护坡，坡比1：2（上）～1：2.75（下）背水坡为草皮护坡，坡比为1：2（上）～1：2.75（下），且有上坝道路沿坡面而上。粘土心墙为含砂低液限粘土，其塑性指数为13.2～10.0，平均值为11.6，含水量为23.95～20.42%，平均值为22.6%，干容重16.5～15.7KN/m3，平均值为16.1KN/m3，垂直渗透系数为：6.09×10-4～1.11×10-5cm/s，平均值为1.74×10-4cm/s，水平渗透系数7.17×10-4～1.67×10-4cm/s，平均值为4.25×10心墙土物理力学性质指标建议值含水量湿容重干容重饱和容重固结不排水三轴剪切抗剪强度渗透系数饱和状态总应力指标有效应力指标（cm/s）%kN/m3kN/m3kN/m3CC垂直渗透水平渗透(kPa)度(kPa)度22.619.716.120.23017.13019.81.74×10-44.25×10-4大坝坝壳料为全、强风化的花岗岩石渣，平均粒径在1.3～5.8mm之间，不均匀系数为5.31～44，曲率系数为0.29～0.78，为含细粒土砂和砾，级配不良。其渗透系数为3.93×10-4～1.55×10-4cm/s，平均值2.73×10-4cm/s，内摩擦角34.9°～30.8°坝壳土物理力学性质指标建议值含水量湿容重干容重饱和容重直接剪切试验渗透系数抗剪强度饱和慢剪（cm/s）%kN/m3kN/m3kN/m3Css垂直渗透水平渗透(kPa)度11.418.416.520.5033.42.73×10-42.73×10-45.12汶川大地震后，大坝迎水坡震后干砌石护面局部发生变形和滑坡，背水坡沉陷严重出现陷坑。需做工程处理。放水涵洞、卧管位于左坝肩，涵洞、卧管主体均位于强风化花岗岩岩体上，无大的不利地质构造，工程地质条件较好。但由于施工质量较差，加之长期运行，曾多次出现险情。5.12汶川大地震后，放水涵卧浆砌石灰缝进一步脱落，漏水较震前明显增加，漏水量增大约20L/S。严重影响水库安全运行，急需进行加固处理。鉴于原放水涵洞断面较小，翻修难度较大，故建议将原放水涵洞封堵，另建放水隧洞和放水塔。根据坝址地形地貌、工程地质条件，新建放水隧洞、放水塔可布置左坝肩，穿左岸山坡，在背坡出洞与原放水渠道相连。新建放水塔及隧洞进口位于原卧管东侧，地形较缓，坡度约20°，基岩出露较好，地表为全风化花岗岩，估计全风化带厚度约3m，下伏强风化花岗岩，放水塔可置于强风化花岗岩体之上，地基稳定性较好，地基承载力标准值为500KPa，洞脸开挖坡比建议为1：1（全风化）～1：0.75（强风化）。隧洞出口地形起伏变化，地表多为坡积含碎石粘土、砂土，厚度不大。基岩出露零星，岩性为强风化花岗岩，无大的不利地质构造，稳定性较好，洞脸开挖坡比建议为1：0.75。放水隧洞进出口由于埋藏较浅，岩体风化强烈，风化裂隙发育，围岩稳定性较差，多为Ⅳ类（不稳定）围岩，开挖后应及时衬砌。隧洞中部由于埋藏较深，围岩大部分为弱风化花岗岩，围岩稳定性尚好，一般为Ⅲ类（局部稳定性差）围岩。水库溢洪道位于右坝肩，系由开挖基岩山坡而成，槽底及侧墙均为强～弱风化花岗岩，工程地质条件良好。5.12汶川大地震后，溢洪道侧墙和泄水陡坡浆砌石多处震裂，与基础脱落，漏水严重。需做工程处理。3.3天然建筑材料工程所需砂砾石料可从水库以西XX河河床采取，运距约8km风化石渣料在不影响工程和自然山坡稳定的条件可在坝址下游山坡采取，运距0.2～0.5km。防渗用土料可在坝址以北山梁采取，土料为粉质粘土。运距约1.5km。工程所需石料可在水库东南山区选择出露较好地带采取，岩性为花岗岩，开采时需将表层风化岩体清除，采取弱～微风化花岗岩，石质坚硬，成形较好，储量丰富，运距约3km。3.4结论及建议（1）工程区位于XX盆地南部边缘地带，大地构造单元属龙门～大巴台缘隆褶带之汉南～米仓台拱。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306—2001）国家标准第1号修改单，该区地震动峰值加速度为0.1g，相应地震烈度为Ⅶ度，本工程地震烈度为Ⅶ度。（2）水库大坝为粘土心墙坝。心墙为含砂低液限粘土，坝壳料为全、强风化的花岗岩石渣，5.12汶川大地震后，大坝迎水坡震后干砌石护面局部发生变形和滑坡，背水坡沉陷严重出现陷坑。建议对变形、滑坡以及沉陷的坝体清除后回填至稳定坡比，并做好砌护。（3）两岸坝肩由于岩体风化强烈，全、强风化带厚度大，在两岸坝肩存在一中透水带，所以存在绕坝渗漏问题。建议进行帷幕灌浆防渗处理。（4）放水涵洞、卧管位于左坝肩强风化花岗岩岩体上，工程地质条件较好。5.12汶川大地震后，放水涵卧浆砌石灰缝进一步脱落，漏水较震前明显增加，漏水量增大约20L/S（5）洪道位于右坝肩，工程地质条件良好。5.12汶川大地震后，溢洪道侧墙和泄水陡坡浆砌石多处震裂，与基础脱落，漏水严重。需做工程处理。（6）加固所需天然建筑材料运距不大，储量和质量也满足工程要求。4．工程存在的主要问题4．1大坝XX水库大坝无变形观测设施，坝頂宽度不满足规范要求。依据《XX县XX水库安全鉴定文件》粘土心墙取样最小深度为8.8m，依此计算现状心墙高程为616.2m～618.2m之间，存在粘土心墙高程不满足规范要求。大坝左右坝肩存在渗漏。大坝坝体上建有长330m、宽3.5m的上坝道路，对坝坡稳定形成了威胁。大坝下游坡脚未按原设计做排水棱体。5.12汶川大地震后，4．2溢洪道（1）溢洪道位于右坝肩山腰，为开敞式溢洪道，进口为实用堰，堰顶高程621.74m，宽度12.8m，泄洪槽底宽2.5m，为浆砌石砌护。设计泄流量48.6m3/s。（2）溢洪道底板浆砌石和侧墙浆砌石开裂，当水位达到621.74m时溢洪道侧墙和底部漏水严重，漏水量约为300L/S,严重危及溢洪道自身和坝体的安全。（3）溢洪道陡坡1：2.747、1：2.0段侧墙砌护高度不满足500年校核条件下泄流要求,且1:2.0段流速超限,不满足设计要求。（4）5.12汶川大地震后，溢洪道俩侧墙和泄水陡坡浆砌石多处震裂，与基础脱落，漏水严重。4．3卧管XX水库放水设施位于左坝肩，采用卧管涵洞形式防水，卧管双孔单排共24层（总高度19.2m）的分层卧管取水，管口直径0.3m。卧管采用浆砌料石砌筑，由于年代久远，灰缝老化脱落导致库水渗漏现象逐年加剧，5.12汶川大地震后，放水涵卧浆砌石灰缝进一步脱落，漏水较震前明显增加，漏水量增大约20L/S，5．除险加固工程设计5．1设计依据5．1．1工程等级、建筑物级别及洪水标准（1）、工程等级及建筑物级别XX水库总库容为164.29万m3，设计灌溉面积7400亩，依据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）规范规定，枢纽为Ⅳ等小（1）型工程，大坝为4级建筑物。（2）、洪水标准依据《防洪标准》（GB50201-94）规定，大坝按50年一遇洪水标准设计，500年一遇洪水标准校核。相应设计洪水位为623.53m，校核洪水位为624.40m。5．1．2设计的基本资料（1）本次设计的基本资料主要参照《XX水库“三查三定”报告》、《XX县XX水库安全鉴定文件》。（2）规范及标准《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）；《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）；《防洪标准》（GB50201-94）；《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001)；《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-97）；《水库大坝安全评价导则》（SL258-2000）。5．1．3建筑物历次加固情况XX水库于1965年10月由XX县水工队设计，由受益区社队组织修建，当年11月动工，1969年3月基本建成。 (1)1966年1月大坝左坝肩，高程601.00m处，发现心墙与坡接头处2m，有0.5m坝面浸湿，当坝高在605.00m时，水浸出坝面，用砂碎石作反滤层，排走了渗水。(2)1966年3月大坝采取垂直坝轴每隔5—10m挖深1m，底宽0.5—0.8m的导流沟填砂碎石作坡处理。经处理后效果良好。(3)1969年发现涵洞底部冲空，最大直径为0.1m左右，当即用加固洞墙修补冲孔的方法处理3个部位，随后10多年运行期间无漏水等异常现象。(4)1973年对溢洪道进口堰顶加高1.74m，宽4.1m。5．2大坝除险加固设计5．2．1存在的主要问题依据《碾压士坝设计规范》（SL274---2001）规定，坝顶高程等于水库静水位与超高之和，大坝为粘土心墙坝，坝高27.8m，坝基高程597.99m，坝顶高程625.79m，坝顶长120.00m，顶宽3.0m，底宽137.75m。迎水坡坡比1：2.0～1：3.0，背水坡坡比1：2.2～1：2.75，无戗台；依据《XX县XX水库安全鉴定文件》粘土心墙取样最小深度为8.8m，依此计算现状心墙高程为616.2m～618.2m之间，存在粘土心墙不满XX水库大坝无变形观测设施，坝頂宽度不满足规范要求，根据大坝运行管理报告，由于建库时采用的沙壤土均未碾压和夯实，5.12地震后大坝背水坡沉陷严重出现陷坑，迎水坡干砌石护面局部发生变形和滑坡。大坝坝体上建有长330m、宽3.5m5．2．2大坝坝顶高程复核按照《碾压式土坝设计规范》（SL274—2001）（以下简称《规定》）5.3.3之规定，坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，应分别按以下运行条件计算，取其最大值。（1）正常情况：设计洪水位加正常运用条件的坝顶超高；（2）非常情况：校核洪水位加非常运行条件的坝顶超高；（3）地震情况：正常高水位加非常运用条件的坝顶超高，再加地震安全超高；依据《规范》5.3.1，坝顶在水库静水位以上超高按下式确定：Y=R+e+A式中：Y—坝顶超高（m）；R—最大波浪在坝坡上的爬高（m）；e—最大风雍水面高度（m）；A—安全加高（m）。5．2．2．1波浪爬高RM及风雍水面高度e的计算根据XX水库具体情况，并参照（SL274－2001）规范符录A及相关设计手册，(5—4)(5—5)(5—6)(5—7)(5—8)式中：hm—平均波高（m）；Tm—平均波周期（s）；W—计算风速（m/s）,平均最大风速Wmax=17.1mD—风区长度（m），取D=500m；Hm—水域的平均水深（m）；g—重力加速度（9.81Lm—平均波长（m）；H—坝迎水面前水深（m）；Rm—平均波浪爬高（m）；m—斜坡坡率；K△—斜坡的糙率渗透性系数；Kw—经验系数；e—计算点处的风雍水面高度（m）；K—综合摩阻系数，取3.6*10-6； B—计算风向与坝轴线的法线的夹角（度）。经过以上公式计算，各风浪要素及风雍水面高度的计算成果见表5－1。表5－1波浪爬高及风雍水面高度计算成果表运行状况Vo（m/s）D（m）mR（m）e（m）正常17.15002.70.500非常17.15002.70.500地震17.15002.70.5005．2．2．2安全加高A的确定安全加高依据《碾压式土石坝设计规范》（SL274－2001）确定，4级坝：正常运用情况取0.5m；非常运用情况取0.3m；地震情况按《水工建筑抗震设计规范》（SL203－97）取为1.0m。5．2．2．3坝顶高程计算结果表5－1XX水库坝顶高程复核计算结果表从上表中可知非常运用为控制条件，坝顶高程应为625.02m，低于现状坝顶高程626.00m，满足《规范》（SL274—2001）要求。5．2．3大坝坝顶宽度复核现状坝顶宽度3.0m，不满足《碾压式土石坝设计导则》（SL189—96）规定低坝坝顶宽度可选用3—6m5．2．4大坝稳定分析5．2．4．1大坝稳定复核依据工程等级复核；依据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）,工程等级为Ⅳ等小（1）型，主要永久性水工建筑物级别为4级。洪水标准；依据国家《防洪标准》（GB50201-94）规定，大坝按50年一遇洪水校核，其相应洪水位624.40m。地震烈度；根据《中国地震动参数区划图》（GB183606-2001）规定，水库区域地震基本烈度为Ⅶ度（来源国家标准第1号修改单）。复核规范；稳定复核依据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）进行计算。5．2．4．2大坝稳定计算 根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）之规定，XX水库大坝稳定分析采用简化毕肖普法，并采用北京理正软件设计公司的边坡稳定分析软件进行计算。 根据现场踏堪及实际运行情况，在整个坝段选择了最具代表性的标准断面（坝定高程626.00m，坝基高程597.99m），分别对其上、下游作稳定复核。 本次大坝稳定分析试验取土采用人工和机械钻孔取样方法，钻孔布设在大坝背水坡和坝定，分三个横断面，共六孔，取样六组，由西安理工大学水利水电学院做土工试验推荐值。正常运用条件上游坝坡稳定计算：上游正常蓄水位621.74m,经常性降至死水位604.00m。下游坝坡稳定计算：上游正常蓄水位621.74m,下游最低水位水位597.99m。b.非常运用条件Ⅰ上游坝坡稳定计算：上游校核洪水位624.40m,经常性降至死水位604.00m。下游坝坡稳定计算：上游正常蓄水位621.74m,下游最低水位597.99m，且无排水棱体情况。c.非常运用条件ⅡXX水库坝址地震设防烈度为Ⅵ度，根据规范可不分析计算大坝非常运用情况下的稳定分析。稳定分析复核计算结果（参考XX水库安全鉴定文件）见下表。稳定计算安全系数成果表计算部位计算工况计算安全系数规范最小值结论标准断面上游坝坡稳定渗流期：上游为正常蓄水位，下游为最低水位。1．131．25不稳定上游库水位由校核洪水位降落至死水位。1．061．15不稳定下游坝坡稳定渗流期：上游为正常蓄水位，下游为最低水位。1．191．25不稳定5．2．4．3稳定安全评价计算结果表明，XX水库大坝坝体上游坝坡不满足抗滑稳定要求，（正常运用条件Kmin=1.13＜K允=1.25；非常运用条件ⅠKmin=1.06＜K允=1.15）,下游坝坡不满足抗滑稳定要求(正常运用条件Kmin=1.19＞K允=1.25)5．2．5大坝加固方案选择XX水库受5·12地震后由省、市、县专家组商定，根据XX水库安全鉴定文件结论与建议，依据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）之规定，结合水库存在问题，推荐方案为大坝迎水坡和背水坡压脚培厚加固。5．2．6大坝加固设计（1）心墙加高设计原坝体粘土心墙顶高程616.20m，顶宽为8.5m，底宽为26m，心墙边坡比为1：0.5，本次心墙加高设计首先将高程616.20m～615.70m的原心墙土料清除，采用粘土料进行回填、夯实及加高，设计填筑土的干密pd=1.60g/m3,度加高至高程624.69m，加高后的心墙顶宽度为3.0m，心墙边坡比1：0.5，心墙加高总高度（2）大坝迎水坡、背水坡的加固设计压脚培厚加固方案是在原坝体目前的现状基础上，通过向大坝迎水坡培厚砌护来提高坝坡的稳定安全；背水坡通过培厚和做堆石棱体反滤体来提高坝坡稳定性，从而使大坝稳定满足规范要求。大坝迎水坡的加固设计是采用与原坝体土料相近的沙壤土培厚，在高程604.00m采用M7.5浆砌石肋基础（宽1.0m×高1.5m）,高程605.5m～625.00m之间采用M7.5浆砌（宽0.6m×高0.6m）布网状肋，坝面做干砌石护坡及反滤层，干砌石护坡厚0.3m大坝背水坡的加固是在602.99m高程以下做堆石排水棱体，排水体顶宽3m，排水体坡比1：1.5，排水体与坝体设0.5m厚反滤层；高程602.99m～625.00m之间采用与原坝体土料相近的砂壤土培厚，培厚外边坡比1：2.5。对培厚坝体以下的原坝坡表面草皮应于清除，清除厚度0.5m做台阶型；在高程612.00m做戗台（宽1.5m）上开挖砌筑宽0.3m×高0.3m排水沟；左右坝肩各做排水沟0.3m×0.3m（宽×高）；拆除原输水东干渠浆砌石长105米，138m3,改建为矩形净断面宽×高（0.9m×1.0m）渠道长105m，采用M7.5水泥砂浆砌石138m3,（3）大坝帷幕灌浆设计①平面布置根据工程现状坝顶及左右坝肩地形，帷幕灌浆沿坝轴线布置，设置单排帷幕灌浆，孔距2.5m共布设29个灌浆孔，加外根据坝肩岩性综合确定左右坝肩灌浆长度70m，钻孔总进尺为606.1延米，灌浆长度为169.3延米,钻孔并封堵总进尺为436.8延米，帷幕设计单位吸水率W<=10Lu,初定灌浆压力为0.4～0.8Mpa②灌浆方法及工艺灌浆钻头采用70mm的金刚钻头钻进,自上而下分段钻孔、灌浆，灌浆孔分二序施工，先一序孔，再二序孔；单孔钻完一段后即进行裂隙冲洗，其压力为该段灌浆压力的80％，冲洗后再进行灌浆，施工工艺流程为：用91mm金刚石钻头钻进1.5m深，埋高75mm管,采用C15砼封堵——待48h后钻开砼，并钻至第一段的孔深——冲先裂隙和简易压水试验——灌浆——钻孔至下一段孔深，并灌浆，如此反复，直至孔结束为至——封闭。钻孔位置设计位置的偏差不得大于10cm；钻机安装必须平正稳固，钻孔宜埋设囗管，钻进应采用较长的粗径钻具并适当地控制钻进压力，钻孔孔低最在允许偏差为0.5m。灌浆前应采用压力水进行裂隙冲洗，直至回水清净时止，冲洗压力可为灌浆压力的80③灌浆材料及其它灌浆所用水泥标号为425号，水泥细度的要求为通过80ūm方孔筛的筛余量不宜大于5％；灌浆用水泥必须符合质量标准，严防水泥受潮；灌浆用水应符合拌制水工混凝土用水要求。根据灌浆需要可在水泥浆液中掺入砂、粘性土、粉煤灰、水玻璃等其它掺合料；制浆材料必须称重，称重误应小于5％。各种浆液必须搅拌均匀并测定浆液密度灌浆压力应通过灌浆试验确定，压力表应按装在孔囗回浆管路上，压力表读数宜读压力表指针摆动的中值；灌浆浆液的浓度应由稀到浓，逐级变换。浆液水灰比采用5：1、3：1、2：1、1：1、0.8：1、0.6:1、0.5:1等七个比级，开始灌时可采用5：1；当注浆率大于30L/min时，可根据具体情况越级变浓；采用自上而下灌浆时，在规定压力下当注入率不大于0.4Lmin时，继续灌注60min，灌浆结束；灌浆封孔应采用分段压力灌浆封孔法。灌浆过程中未尽事宜应严格参照《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（SDJ210—83）进行执行。（4）坝顶公路设计坝顶路面自上而下结构为：20Cm厚C20砼现浇，宽3.2m，30Cm厚砂砾石垫层。新修防浪墙顶比土坝高0.8m，墙顶高程633.00m,采用M7.5水泥砂浆砌筑，墙顶宽5．3泄洪建筑物除险加固设计5．3．1存在的主要问题XX水库溢洪道陡坡段长87.5m,由底坡比1：120（长30m）、1：2.747（长18m）、1：2.0（长39.5m）三段组成，梯形断面，底宽2.5m,边坡比1：0.5，浆砌石砌护。根据溢洪道现状和本次调洪演算结果进行水力计算，依据《溢洪道设计规范》（SL253--2000）第2.3.7条规定，(5—1)(5—2)求出校核洪水位时临界坡度ik=0.0154，底坡1：120段属于缓坡，坡比1：2747及坡底均属于陡坡，水面为b2型降水曲线，计算成结果见下表。XX水库溢洪道陡坡段水力计算成果表计算断面断面现状墙高（m）允许流速（m3/s）500年校核洪水泄流条件下最大水深（m）安全超高（m）计算墙高（m）最大流速（m3/s）底坡1：120段4.7415.03.580.604．1884.7底坡1：2.7472.015.03.130.603.7311.7底坡1：2.0段1.3015.01.570.602.1716.0从表中可以看出，现状溢洪道陡坡1：2.747、1：2.0段侧墙砌护高度不满足500年校核条件下泄流要求，1：2.0段流速超限，不满足设计要求。5．3．2溢洪道建筑物除险设计（1）原浆砌石溢洪道长87.4m全部拆除重建,拆除方量354m（2）溢洪道1：120段采用M7.5水泥砂浆砌体，M10水泥砂浆抹面；1：2.747段侧墙采用M7.5水泥砂浆砌体，M10水泥砂浆抹面，基础采用C20砼现浇，厚0.2m；1：2.0段整体采用C20砼现浇，厚0.2m，主要工程量：浆砌石290.4m3,砼5．4放水建筑物加固设计5．4．1原放水建筑物概况XX水库1969年3月建成，布置有卧管和输水涵洞组成。卧管采用双孔双排共24层(总高度19.2m)的分层卧管取水,管囗直径0.3m，与断面型式为城门洞型的输水涵洞相接，涵洞长118.1m断面尺寸为高1.2m，宽0.8m,涵洞进囗底槛高程605.00m,设计最大泄水量为5．4．2原放水建筑物存在的问题放水卧管多数浆砌体灰缝脱落，个别砌石松动，水库蓄水至正常蓄水位时，渗漏量达300L/s，且输水涵洞横穿坝体，放水时有夹带泥砂现象，对坝体安全构成严重威胁。5.4．3新建放水洞设计新建放水洞位于大坝左岸，放水洞进口高程604.00m，从进口到出口布置有喇叭口压力洞段、放水塔、洞身段和出口明渠段，洞身坡比降1：250，明渠始端高程60（1）喇叭口段喇叭口长12.0m，进口高程604.00m，喇叭口最大断面2.6m×2.5m，然后渐变为1.5m方孔。喇叭口（2）放水塔放水塔塔高21m，启闭机层高程625.50m，塔身为园形，在高程616.00m以下，圆筒外径为4.8m，塔壁厚0.6m，高程616.00m以上，圆筒外径为4（3）工作桥工作桥是放水塔的对外交通，宽2.5m，长16.0m（4）洞身段隧洞长118.5m，设计底坡1：250，洞身断面为城门洞型，断面尺寸宽1.5m×