水库除险加固工程设计方案

水库除险加固工程设计方案第一节工程现状及存在的问题1.1枢纽大坝工程1、大坝工程现状大坝为均质土坝，原设计坝高15.8m，坝顶长101米，坝顶宽1.6米，实测坝顶高程802.5米。上游坡比为1：2.0，下游坝坡马道上部坡比为1:2.0，下部为1:2.17，马道宽4.0m，内外坝脚无堆石体。内、外坡均没有进行护坡处理，外坡无排水系统，大坝无沉降、位移、渗流观测设施，也无其它设施。大坝为均质土坝，工程于1967年9月动工修建，于1968年4月完工投入运行。设计大坝坝高15.8m，坝顶宽1.6m，坝顶长101m，设计正常蓄水位801.00m，坝顶高程802.50m，坝基高程786.70m。大坝上游边坡比为1:2.0,下游边坡分别为1：2.0、1：2.17。2、大坝存在的问题工程修建于1967年，至今已40多年。由于当时各种设计规范都处于一种起步和试验阶段，体制和资料还不健全，并且没有较为详细的地质资料，没有正规的施工图纸，加之各种技术落后和技术力量极为薄弱，大坝在建设期间，施工质量低，坝体碾压存在不密实问题,外坝脚未设堆石体，外坝脚段滑坡。经洪水复核坝顶高度不足，且坝顶宽度不达标，内坡未进行护坡处理，风浪淘涮严重，外坡无排水沟系统。工程就这样带病运行，始终是没有得到整治。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人民群众的生命财产安全，保障灌区农业的稳产增收，从而发挥出工程应有的效益。1.2溢洪道工程1、溢洪道现状：位于大坝左端砂页岩基础上，为开敞式正堰宽顶堰溢洪道，堰顶厚度为5.0米，堰顶宽度3.0米，泄槽段长30m，宽3.0m，坡降为1：67，陡槽段长30m，宽3m，陡槽坡比为1:4.2，溢洪道长度65米，右边墙为浆砌石结构,左边墙靠山岩未浆砌,底板亦未浆砌。2、存在的问题：通过前面的洪水复核计算，溢洪道堰顶的泄流能力不能满足200年一遇校核洪水标准，需对溢洪道泄流堰进行拓宽至4.0m。右边墙被强余震震垮,底板及左边墙未浆砌。1.3放水设施1、放水卧管放水卧管位于大坝右岸，为条石浆砌斜卧式，断面尺寸为高*宽*长=0.6*0.66*0.86m,呈单排20级布置，放水孔直径D=20cm，放水流量为0.075m3/s。2、放水涵管涵管为浆砌石结构，洞长61.20m，洞宽0.6m，洞高0.55m，放水流量为0.15m3/s。放水卧管被余震震损，漏水严重。1.4防洪公路京元水库防洪进库公路从明(明觉乡)—射(射箭乡)线接入京元村村道公路直通大坝右坝顶，全长500m，交通不畅，车辆无法进入，不能满足正常的防洪抢险需要。1.5管理设施及其他工程京元水库没有管理房设施，不利于管理站职工正常工作和生活,没有通讯设施及交通工具，更没有雨量、位移、渗流观测设施，极不利于水库的科学管理和合理运行。第二节设计依据2.1工程等别京元水库总库容10.14万m3,有效库容8.85万m3，有效设计灌面为0.036万亩，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000）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。2.2洪水标准该水利工程永久性建筑物，其设计洪水标准根据规范和实际情况确定为20年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核。2.3采用的规范①《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000）;②《防洪标准》（GB20201—94）;③《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001）及修定和补充规定；④《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189—96）；⑤《碾压土石坝施工规范》（DL/T5129—2001）；⑥《碾压式土石坝施工组织设计导则》（DL/T596—2000）；⑦《水工建筑物》（第三版）；⑧《京元水库大坝安全鉴定论证报告》（2002）；第三节总体设计京元水库除险加固工程总体设计方案为：对内坡进行整形，内坡采用C15砼预制块进行防护处理；清除滑坡体，重新回填碾压外坝坡，增加外坡堆石体，增强外坡的稳定性，增设外坡排水系统；结合外坡整治，加高大坝拓宽坝顶；拓宽溢洪道堰宽，浆砌整治溢洪道；维修整治放水卧管；整治防汛抢险公路；增设大坝位移观测设施；第四节挡水建筑物4.1大坝工程整治设计1、大坝坝顶整治设计：拓宽原坝顶宽度1.6米至3.0m，同时加高大坝高度16cm，坝顶路面采用15cm厚泥结石铺筑，其下铺设20cm厚砂砾石垫层，坝顶路面两端设30*30cm路边石，水库整治后坝顶高程为802.5米,详见大坝整治横断面图。2大坝内坡整治设计：对内坡进行整形护坡，先清除15cm厚表层浮土，其次自内坡高程794.00m以上至799.00m以上采用20cm厚干砌块石护面，下部采用20cm厚砂砾石垫层作反滤料,799.00m以上至坝顶采用C15砼预制块进行护坡处理,预制块边长30cm厚8cm，下部采用20cm厚砂砾石垫层作反滤料。护坡框格采用C20砼矩形结构，边长为长×宽=15m×8m,C20砼框格断面尺寸宽×深=30cm×30cm。3、大坝外坡整治设计：结合坝顶拓宽,从马道800.45m采用1:2.0坡度培厚外坝坡至坝顶使坝顶宽度达到3.0m，同时加高大坝0.16m，使大坝高度达到802.66m。对外坝795.32m以下滑坡体进行清除，并应保证全部清除滑坡体，为确保新旧土料的良好接触，清除采用阶梯状，阶高不小于30cm，台宽为不小于60cm为宜,并采用硬岩石渣料对坝坡进行回填压实至原坡比。在外坝脚增建堆石体，堆石体顶高程为788.70米，堆石体顶宽2.0m,内坡比1:1.0,外坡比为1:1.5。坝肩两侧设顺坡向排水沟,同时以防人畜肆意进入坝坡内，排水沟边墙为M7.5砌石矩形结构，宽×深=0.4×0.4m，边墙厚20cm，底板采用8cm厚C20砼浇筑,其下铺设20cm厚砂砾石垫层。对外坝坡堆石体以上部分采用C20砼棱形框格进行草皮绿化护坡，以防雨水冲涮，棱形框格边长10m×10m，C20砼框格断面尺寸宽×深=30cm×30cm。4.2大坝渗流复核计算根据水库管理站观测记录、现场的踏勘、走访当地群众等该水库自运行以来未出现渗漏现象。渗流稳定分析计算如下：渗漏量计算成果表表4－1工况渗流量单位工况一0.000097L／s工况二0.000105L／s工况三0.000134L／s从表中可以看出，大坝坝体在各种工况下渗漏量较大，按正常水位，坝体平均长度按70%计算，年总渗漏量为0.02163万立方米，占总库容的0.213%，故坝体渗漏满足规范要求。4.3坝坡稳定复核1、基本资料大坝为五级建筑物，根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274～2001）及修改和补充规定的要求，相应的坝坡抗滑稳定最小安全系数如下表：土坝坝坡抗滑稳定最小安全系数表4－2大坝类别建筑物级别正常运用情况非常运用情况Ⅰ非常运用情况Ⅰ土坝51.251.151.05本工程未进行土工试验，坝坡材料物理力学指标参照临近何家坝水库工程取值如下表。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（HH-SLOPE2.7）。京元水库坝坡材料物理力学指标表项目单位坝体土块石棱体天然密度ρg/cm31.861.84饱和密度ρfg/cm31.982.02浮密度ρ’g/cm30.981.02非饱固快φ度18.836.0CKpa22.90饱固快φ度16.234.0CKpa19.10渗透系数KCm/s5.71×10-55.1×10-1临界水力比降Jcr1.01表4－32、整治前计算工况上游坝坡：①工况一：由正常水位801.00m形成的稳定渗流期，其抗滑稳定最小安全系数，Kmin=1.4392，大于[K]＝1.25；②工况二：由正常水位801.00m正常降至死水位789.30m，其抗滑稳定最小安全系数，Kmin=1.4214，大于[K]=1.25；③工况三：由校核洪水位801.82m突降至死水位789.30m，其抗滑稳定最小安全系数，Kmin=1.3307，大于[K]=1.15；④工况四：由正常水位801.00m形成的稳定渗流期遇地震，其抗滑稳定最小安全系数，Kmin=1.2416，大于[K]＝1.05；下游坡:①工况一：由正常水位801.00m形成的稳定渗流期遇地震，其抗滑稳定最小安全系数，Kmin=1.2726，大于[K]＝1.05；②工况二：校核795.32m高程段坝坡在正常运行情况下坝坡稳定系数，其抗滑稳定最小安全系数，Kmin=1.1433，小于[K]＝1.15；经复核计算可知：下游坝在高程795.32m段坝坡在正常运行情况的抗滑稳定安全系数不满足规范要求，坝体已出现滑坡。2、整治后计算工况上游坝坡：①工况一：由正常水位801.00m形成的稳定渗流期，其抗滑稳定最小安全系数，Kmin=1.5073，大于[K]＝1.25；②工况二：由正常水位801.00m正常降至死水位789.30m，其抗滑稳定最小安全系数，Kmin=1.4505，大于[K]=1.25；③工况三：由校核洪水位801.82m突降至死水位789.30m，其抗滑稳定最小安全系数，Kmin=1.4011，大于[K]=1.15；④工况四：由正常水位801.00m形成的稳定渗流期遇地震，其抗滑稳定最小安全系数，Kmin=1.3163，大于[K]＝1.05；下游坡:①工况一：由正常水位801.00m形成的稳定渗流期遇地震，其抗滑稳定最小安全系数，Kmin=1.3321，大于[K]＝1.05；经复核计算可知：上游坝坡在四种工况下坝坡的抗滑稳定安全系数均大于规范要求，能满足规范要求,而下游坝坡抗滑稳定安全系数也满足规范要求。第五节溢洪道工程整治设计根据水文计算溢洪道最大泄洪能力应为4.53m3/s,溢洪水深为0.82米,堰顶宽度为4米,溢洪道堰顶高程为801.00米。而溢洪道实际堰宽为3.0m,需拓宽。溢洪道由进口断、宽顶堰、泄流槽段组成。详见溢洪道设计断面图。拓宽溢洪道堰顶宽度至4.0m，堰进口底板下设60cm宽,120cm高M7.5浆砌条石截水墙,以防治水灌入底板。根据调洪演算进口段堰宽4.0m,溢洪水深为0.82m,考虑掺气水深和安全超高0.7m,进口溢流堰段边墙高为1.5m。溢洪道泄流槽段按陡坡水力计算，泄槽宽3.0m,坡比为1:67，则相应溢洪水深为0.8m,考虑掺气水深和安全超高0.7m，泄槽段边墙高为1.5m。泄流陡槽段按陡坡水力计算公式进行复核计算，泄流槽宽为3.0m，溢洪水深为0.3m，考虑掺气水深和安全超高0.7m，泄槽段边墙高为1.0m。溢洪道边墙断面均采用M7.5砌条石梯形断面，顶宽30cm，底宽60cm，墙身应梅花状预留Ø50mm排水孔，并应做好排水孔后的反滤过渡结构，边墙纵向间隔15m留伸缩缝。溢洪道底板采用M7.5砌条石结构,底板厚30cm，下面采用20cm厚砂砾石垫层，并做好底板下的排水暗沟。陡槽段由于底板位于砂页岩基础上，底板整体结构较好，可满足直接泄洪需要，本次不做陡槽段底板设计。溢洪道末端位于砂页岩基础上，且远离大坝脚，下游为砂页岩冲沟，亦无农田保护，故未做消能设计。第六节放水设施对震损放水卧段管进行撤除，重新采用M7.5砌条石进行浆砌整治。第七节防洪公路工程防汛公路路面宽设计为4.0m，按泥结石路面施工，路基利用原天然土层，其压实度不小于95%，结构底层采用20-30cm厚砂砾石垫层，表层采用20cm厚泥结碎石，路面由中心向两侧做成5%坡度，以利于排水。公路两侧各设置一道排水沟，排水沟梯形结构，底宽30cm，顶宽60cm，沟深20cm，排水沟采用M7.5砌条石结构，详见防汛公路设计横断面图。第八节大坝观测设施及设备1、大坝沉陷位移观测在大坝两岸每一纵排测点的延长线上各布设一个工作基点和校准点，各种基点均布设在两岸岩石和坚实土基上，共需增设观测点6个。2、大坝渗透观测在原河床最大断面处进行浸润线观测点的