中型水库除险加固初步设计

11综合说明1.1概述1.1.1工程概况XX水库位于XXX市XXX乡XXX村，工程地处XXX水系XXX支流XXX河，东经113°55′,北纬26°43′,距XXX镇7km，坝址以上控制流域面积26.5km2，是一座以灌溉为主，兼有防洪、发电、养殖等综合效益的中型水利枢纽工程。水库正常蓄水位304.40m（黄海高程，下同）；设计洪水位（P=2%）307.87m；校核洪水位（P=0.1%）309.48m，水库总库容1076万m3。水库设计灌溉面积2.08万亩，实际灌溉面积0.4万亩。枢纽主要建筑物由大坝、溢洪隧洞、灌溉及发电引水系统、坝后电站等组成。大坝原设计为均质土坝，1985年加固时增设粘土心墙。坝顶高程310.0m，最大坝高37.0m，坝顶长132.0m，坝顶宽6.0m;粘土心墙厚1.59m，墙顶高程308.7m，底高程297.0m。上游坝坡坡比1:2.256～1:4.0，采用干砌块石护坡，在高程287.0m和299.0m各设1m宽的马道；下游坝坡坡比1：1.716～1:2.917，高程309.12～292.5m之间为块石护坡，高程280.55～292.5m之间为草皮护坡，在高程299.2m和292.5m处各设1m宽的马道。坝趾设排水棱体，棱体顶高程279.9m，顶宽2.0m。溢洪隧洞位于大坝左侧山体中，为城门形无压隧洞。全断面均采用钢筋砼衬砌,溢洪隧洞进口为一宽顶堰，堰顶高程304.4m，堰宽13.11m，设三孔闸但无闸门，闸顶高程306.4m，厚0.53m。溢洪隧洞洞线顺直，2全长150m，洞宽7.50m，高7.65m，进口底板高程303.685m，纵坡i=1/100，采用自由式跌坎消能。发电及灌溉输水系统为一输水涵洞（简称作输水涵洞,下同）,位于左坝肩，前段为钢筋砼圆管，全长91.0m，管径2.4m，壁厚0.4m；后段为圆形隧洞，隧洞长120m，洞径2.4m，采用0.3m厚C15砼衬砌。涵管进口无闸控制，底高程279.0m，出口底高程277.95m，纵坡i=1/200。距隧洞出口45m处设有一发电进水岔洞，洞径1.0m，长60m；距隧洞出口13m处设有一竖井，由平面钢闸门控制。坝后电站装机容量2×250kw，年发电量93万kw·h。1.1.2工程设计、建设过程简介XX水库于1967年秋由原XXX专署水利处、XXX市XXX镇农水局联合进行了勘测设计，并于同年12年动工兴建。本工程建设初期正值我国“十年动乱”时期，由于受政治原因影响，工程于1970年夏在放水涵管竖井建好，大坝填至清基部位（267m至273m高程）后停工，直到1973年秋才得以重新动工续建。续建阶段主要完成了坝体填筑及溢洪隧洞的开挖衬砌，其中1977年以前完成大坝填筑（至298m止），由民工分公社、分大队、分期分批进行，1977年开始组织专业队伍用爬坡机填土至310m高程；溢洪隧洞于1978年冬开工，1980年底基本建成，工程经过十多年建设，于1980年开始蓄水运行。据资料记载：大坝动工前由于时间紧、任务重，没有做细致的工程地质勘测工作，对大坝右岸也未作清基处理。同时因大坝填筑年代较早，填筑过程中还因故停工三年，受当时施工条件及环境因素制约，加之坝3址附近缺乏粘土料，导致大坝填筑土料成份较杂，土质均一性极差，坝体渗漏严重。为此1985年至1986年曾对大坝进行加固处理，在坝顶上游侧冲抓造孔回填粘土心墙，心墙底高程为297m，宽1.59m。溢洪隧洞于1978年冬开始施工，1980年底基本完工并于1986年6月8日投入使用。灌溉及发电引水涵洞原设计布置在坝右侧，后因掘进过程中遇滑坡体及石英岩层，无法施工，1968年5月改设在坝的左边，于1969年元月竣工。1.1.3工程安全鉴定结论及加固建议XX水库枢纽工程建设初期正值我国“十年动乱”时期，受当时施工条件及环境因素制约，施工质量差、标准低。自1980年投入运行以来,存在坝坡塌陷、大坝渗漏、溢洪隧洞冲刷严重、灌溉涵洞启闭及大坝监测设施失效、工程管理设施简陋等问题，严重影响水库的正常安全运行和效益发挥。为全面评价大坝的安全状况,2004年受XXX市水务局委托,我院对XX水库进行安全评价并提交了《江西省XXX市XX水库大坝安全评价报告》。2004年6月20日,XXX市水务局主持召开了XX水库大坝安全鉴定会,经现场察看和对大坝安全评价报告评议，专家组提出了《水库大坝安全鉴定书》,主要结论如下：（1）水库按50年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核，现状大坝坝顶高程不满足规范要求，仅能满足300年一遇洪水频率。大坝粘土心墙顶高程低于校核洪水位，不满足规范要求。现状溢洪隧洞的泄流能力满足设计泄量要求，洪水下泄对大坝及下游没有影响。（2）根据《中国地震动参数区划图》（GB18306—2001）的界定，4工程场址地震动峰值加速度小于0.05g，可不进行抗震安全复核。（3）大坝坝顶兼作交通公路，坑洼不平；大坝上游坝面现已沉陷成弧线形，沉陷陷深度约30cm；长约60cm；干砌块石护坡松动、翻起、脱落、风化、破损严重。坝体白蚁危害严重，发现多处蚁巢。（4）大坝清基不彻底，在坝轴下游侧的坝基仍残留约2m厚的砂卵石层，渗透系数为2.7×10-2cm/s，具强透水性；坝基岩体存在中等透水带，两坝肩在正常蓄水位以下存在一定厚度的中等透水带；坝基及两坝肩均存在渗漏及绕坝渗漏隐患。（5）大坝填土渗透系数大于10×10-4cm/s。粘土心墙回填渗透系数大于1×10-5cm/s，均不满足规范要求，心墙厚度系数大于1/4坝前水头，与坝体结合未设反滤层，不满足规范要求。排水棱体块石风化，块径偏小，设置不规范，砂中夹泥，现已被公路弃土覆盖，基本不具反滤排水作用，在设计水位、校核水位下的浸润线均在下游坝坡出逸；坝体填土、心墙的最大水平渗透坡降值均大于地质钻孔颗粒分块试验推算的允许渗透坡降。（6）大坝上游坝坡在各种水位稳定渗流工况下，整体抗滑稳定满足规范要求，在降落工况下，自正常蓄水位、设计和校核洪水位分别降至死水位的上游坝坡的整体抗滑稳定均不满足规范要求；下游坝坡在正常蓄水位的整体抗滑稳定满足规范要求，设计和校核洪水位下的下游坝坡整体抗滑稳定无法不满足规范要求。（7）溢洪隧洞堰体抗滑稳定满足规范要求，底板抗浮满足规范要求；侧墙高度满足要求；洞身砼衬砌强度安全满足规范要求；溢洪隧洞5出口接消跌坎，跌坎及下游水渠未衬砌，淘蚀崩塌严重。影响正常泄洪。进口上部及两侧岩体风化，局部稳定性差；上部修建公路的弃渣堆体可能堵塞进口，影响泄洪安全；现状进口前舌、导墙、底板冲刷严重，影响溢洪隧洞安全运用。（8）输水涵洞过流能力满足要求；涵管段配筋满足强度要求，抗裂满足要求；隧洞段配筋满足强度要求，裂缝宽度满足规范要求；涵洞砼管壁冲刷严重，洞、涵接缝处弃填物被冲失，若止水被破坏。将威胁大坝运行安全；岩石风化和修建公路弃渣的堆积体可能堵塞进口，影响涵洞安全运用。工作闸门锈蚀严重，螺杆弯曲、机座开裂。启闭不灵，漏水严重，无检修闸门。（9）水库水、雨观测设施简陋；测压管失效报废，无其它大坝安全监测设施；进库及上坝公路标准低、路况差；水库管理、通讯设施简陋。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，XX水库属三类坝。建议对大坝进行除险加固的意见和建议如下：1．对大坝、溢洪隧洞、输水涵洞进行加固处理。2．更新金属结构设备。3．完善水、雨情观测设施，增设大坝安全监测设施，完善水库防汛、通讯、交通及工程管理设施。4．清除溢洪隧洞进口处碎石，消除附近进口两岸边坡不稳定因素。5．在未进行加固处理前，对工程加强观察、检查，科学调度，确6保水库安全运行。为确保水库安全，受XXX市水务局委托，我院承担了XX水库除险加固工程初步设计报告的编制工作。按照有关规范规程要求，根据大坝安全鉴定结论及本阶段勘测资料，经进一步复核和调查分析，现编制完成本报告。1.2水文气象1.2.1流域概况XX水库位于XXX市XXX乡XXX村，XXX水系XXX支流XXX河，东经113°55′,北纬26°43′距XXX镇7.0km。XXX水发源于分水坳，流域全长28.6km，集雨面积55km2，灵坑坝址以上集雨面积26.5km2，主河长14.8km，XXX水流域地势为西南高，向北东倾斜，河窄坡陡，水流湍急，库区内水土流失轻微。1.2.2气象流域内气候温和，雨量充沛，无霜期长达280天。年平均气温18℃左右，最高气温平均为38.3℃，最低气温平均4.7℃。1～3月份占全年降雨19.2%，主要降雨集中在4～6月，占全年降雨量50.6%，7～9月分占全年降雨量21.3%，流域洪水由暴雨形成。1.2.3水文资料情况XX水库距XXX镇7km，XXX镇具有1957年至2002年共46年实测雨量资料。本次采用XXX镇降雨资料和查《江西省暴雨洪水查算手册》（以下简称《手册》）来分析计算。1.2.4设计洪水采用成果本次设计洪水计算采用江西省水文总站1986编制的《江西省暴雨洪7水查算手册》中的暴雨参数和计算方法。根据《江西省暴雨洪水查算手册》使用说明，流域集雨面积小于30km2的，一般采用推理公式法，但XX水库为中型水库，本次采用推理公式法和瞬时单位线法分别推求设计洪水过程，各种方法推求的设计洪水成果见表2-8。经综合分析采用对洪水较为不利的推理公式法计算的洪水成果。1.2.5分期洪水由于坝址无实测水文资料，邻近流域XXXXXX站（F=113km2）具有1966～1977年实测水文资料，XXX水XXX水文站（F=24km2）具有1978～1990年实测水文资料，分期洪水按两站1966-1990年共25年资料系列按面积比三分之二次方换算，计算期分别为9～3月、9～2月、10～3月、10～2月、11～3月、11～2月，分期洪水成果见表2—10。分期洪水过程线按设计洪水过程同倍比缩小。1.2.6XX水库站网规划水库流域站网具体布设：1、中心站，位于水库管理局。2、中继站1个，位于石仙岭。3、水位雨量站1个，位于大坝处。4、单雨量站3个，位于泥湖、坪坑、下社。1.3工程地质1.3.1坝址区地质情况XX水库坝址区河谷呈喇叭状，两岸基岩多裸露，左岸稍陡，右岸稍缓。岩体强风化带厚2~5m，坝址区内未发现不良物理地质现象。坝址出露地层为奥陶系中统（O2）及第四系地层，走向近NS向，8倾向上游，倾角较陡，一般35○~45○，岩体节理裂隙中等发育，局部可见小范围褶皱发育，岩体表面强风化，较破碎。坝址区未见大的断裂构造，裂隙以陡倾角发育为主。近坝库岸均较陡，基岩裸露，岩性为奥陶系中统变质砂岩，表面强风化带厚约2.5m。岩体产状与河流方向斜交，无较大断层及不良物理地质现象。坝址区地下水类型为基岩裂隙水及孔隙潜水，库水对砼具有中等溶出性腐蚀及弱碳酸型腐蚀。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），本区地震动峰值加速度小于0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35S，区域稳定性较好，可不进行抗震稳定复核。1.3.2主要建筑物工程地质条件1.3.2.1大坝大坝坝轴线下游侧的坝基部位有厚约2m的松散砂卵石层，出露高程约273m，透水性强。上游侧的坝基清基较彻底，但其上覆填土为含砂（砾）低液限粉土，渗透系数偏大，坝基存在浅层渗漏及渗透稳定问题。坝基及坝肩为强~弱风化细粒变质砂岩，基础持力层的物理力学性能较好，承载力可满足上部坝体填土的荷载要求。坝址区左、右坝肩在正常蓄水位（304.4m）高程以下均有一定厚度的岩体，其岩体透水率q≥5Lu，属中等透水性，原施工时对此未作处理，从钻孔压水试验看，左、右坝肩均存在渗漏及绕坝渗漏问题。1.3.2.2溢洪隧洞溢洪隧洞位于左岸山体中。整个洞身大部分座落于弱风化细粒变质砂岩上，少量围岩为强风化。左岸山体雄厚，裂隙发育多以倾角为主。1.3.2.3输水涵洞9输水涵洞位于左坝肩，前段为涵管，后段为隧洞,基础均座落于弱风化细粒变质砂岩的下部。岩体较坚硬、致密、其允许承载力能够满足上部荷载要求。本次除险加固欲在输水涵管进口新建一闸门启闭竖井，废除原闸门及启闭竖井。新建闸门启闭竖井处岩性为灰白、青灰色弱风化薄