小2型水库除险加固工程初步设计导则

湖南省小(2)型水库除险加固工程初步设计导则湖南省水利厅建管处—1—目录（暂未改）一、水文……………………………………………………1二、地质……………………………………………………12三、除险加固设计……………………………………………17四、施工组织设计……………………………………………22五、工程概算…………………………………………………24六、经济评价…………………………………………………37—2—总则1、为认真搞好我省小（2）型病险水库除险加固设计工作，特制定本导则。2、小（2）型病险水库除险加固设计，应针对安全鉴定（或安全核定）阶段所提出的各项病险问题，作出相应的加固处理措施。3、对于坝高在20米及以上、地质构造较复杂的小（2）型水库，应进行必要的地质勘探试验工作。对于坝高在20米以下、地质构造较简单的小（2）型病险水库，可由地质人员进行查勘，提出地质报告。4、在除险加固设计工作中，首先要认真作坝址和库区的测理工作，复核大坝控制流域面积和水库库容曲线。5、我省小（2）型水库除险加固的设计，除应参照本导则外，还应符合现行国爱、水利水电行业标准中的有关规定。—3—一、水文1水文1.1流域概况简述水库所在地理位置，地理坐标，所属河系；坝址控制流域面积，流域地貌特征，植被情况；流域内水利工程情况及水库有无外引，如有外引，要说明外引水源及渠道情况。特别要注意复核坝址控制流域面积和水库库容曲线，对于喀什特地区还有调查清楚是否有相邻区域汇入的地下水。1.2气象收集邻近气象台（站）的气象观测资料，主要是降雨、风速（特别是最大风速多年平均值）、气温等。简要叙述流域暴雨特性。1.3径流方法之一是用水库所在位置地理坐标查水资源成果中的径流深等值线图，用多年平均径流深计算水库多年平均来水量；方法二是用水库自身雨量观测资料或借用下垫面条件相似的就近雨量站的雨量资料及当地水利部门分析的径流系数计算水库多年平均来水量。1.4设计洪水复核小（2）型水库一般无实测洪水资料，洪水复核可用《湖南省暴雨洪水查算手册》（1984年版）由暴雨推求设计洪水。—4—1.4.1工程等级及洪水标准复核由于需要除险加固的小（2）水库一般建设年代较早，工程洪水标准不一定符合现行规范，因此，应根据《防洪标准》GB50201-94及《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252-2000的相关规定，复核水库工程等级及水库的设计洪水、校核洪水及消能防冲洪水标准。1.4.2设计暴雨1、有雨量资料坝址或库区有雨量站且有30年以上暴雨观测资料的可以直接采用实测的历年最大24小时暴雨排频计算暴雨参数和各设计频率的暴雨特征值。如果观测的是最大日雨量，则可以将最大日雨量乘以1.1的系数，将日雨量转换成24小时雨量。如果暴雨系列不足30年，则应与就近雨量站建立相关，插补系列满足大于等于30年的要求。2、无实测暴雨资料如果水库无实测暴雨资料，则可利用水库所在位置的地理坐标在《湖南省暴雨洪水查算手册》的图3、图4中查读24小时点暴雨均值和变差系数CV。3、点、面雨量的转换小型水库的集雨面积比较小，一般都在10km2以内，可视为设计点雨量已笼罩水库集雨面积，不必进行点、面雨量的转换，—5—点、面雨量的折算系数α取1。4、设计暴雨的时程分配和净雨过程的计算按“手册”计表一的格式计算设计暴雨的时程分配和净雨过程，由于计算较繁琐，算计参数也多，计算过程报告不必列出，但设计暴雨采用值和主要计算参数要用列表方式列出，如表1-1。1.4.3用推理公式推求设计洪水用推理公式推求设计洪水中要用到多个地理参数，如流域面积F（km2）、坝址至干流分水岭河长L（km）、干流平均坡降J%o，由于流域面积小，为尽量减少量算误差，量算所用地形图要用大比例尺地形图。1、洪峰流量的计算建议采用“手册”第3、4页中介绍的试算法或图解法，不宜—6—采用“手册”第6页介绍的“图解分析法”。因为这种方法多次查图会带来较大的查读误差。报告应列出洪水计算参数及成果表，如表1-2。2、设计洪水过程线的推求按照“手册”第5页介绍的方法地面径流过程按径流分配系数法推求；地下径流按等腰三角形法推求，洪水过程线即地面、地下径流同时段相加。各频率洪水过程线如表1-3和图1-1。—7—3、洪水总量的计算按照“手册”第7页方法计算。4、洪水成果的合理性检查一是与原设计成果或以往的复核成果对比，如有较大出入，应首先检查自己的成果，从暴雨参数、地理参数到计算方法逐一检查，如果是原设计成果有问题，则要查找原因；二是检查成果的合理性，统计周边水库等水利工程设计洪水的洪峰模数，与本工程设计洪水的模数相比较，只要下垫面条件基本相似，洪峰模数是有较好的地理规律的，即面积大的模数小，反之则大。洪峰模数与面积的关系，在双对数纸上是一条直线，用这种方法可大致判断计算成是否合理。1.4.4施工分期洪水—8—水库除险加固水下部分的施工最好的时段是在枯水期，应根据工程量的大小，选择最合适的枯水时段，如9月至次年3月、11月至次年2月、12月至次年1月等，统计就近雨量站该时段的最大日降雨量的统计参数，计算施工洪水标准下的设计日降雨，推算其产水量和相应水位，如表1-4。1.5调洪演算1.5.1基本资料调洪演算所需的基本资料主要是三条线和起调水位。1、入库洪水过程线直接采用前面叙述的相应频率的洪水过程线。2、库容曲线最好是根据实测的1/2000地形图量算，如果库区植被良好，淤积量很小，也可以采用原设计或以前水库复核中核实是可靠的—9—库容曲线。库容曲线合理性检查最直接的方法是检查曲线有无反曲。报告要列出库容曲线图、表，如表1-5和图1-2。3、泄流曲线正确判断溢洪道堰型，按照《溢洪道设计规范》（SL253-2000）相应堰型的计算方法计算库水位与溢洪道下泄流的关系，如表1-6和图1-3。—10—4、起调水位溢洪道无闸门控制的起调水位为正常水位；溢洪道有闸门控制的起调水位由水库运行方式决定。1.5.2调洪演算调洪演算的基本方法是逐时段求解水量平衡方程，可采用试算法求得不同频率洪水的调洪各要素，其成果如表1-7。—11—调洪演算成果如设计洪水位、库容；校核洪水位、总库容要与以往成果比较，要有合理性分析。1.6水库抗洪能力复核1.6.1水库大坝顶部高程复核根据《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001的规定，水库大坝的顶部高程等于水库不同运用情况下的静水位与相应超高之和。具体计算式如下：Z=Z0+RP+E+A式中：Z—水库大坝顶部高程Z0—水库静水位（m）RP—波浪爬高（m）E—风壅水面高（m）A—安全超高（m）1、波浪爬高RP的计算按照《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001附录A中介绍的方法计算。波高计算附录A中介绍了三种方法，即莆田公式、鹤地公式和官厅公式。莆田公式具有普遍性，所有水域都适用；鹤地公式和官厅公式都有局限性，鹤地公式适用于丘陵、平原水库；官厅公式适用于峡谷水库。莆田公式虽具有普遍适应性，但计算比较复杂，要用到双曲函数的正切函数，小水库建议用官厅公式。值得注意的是官厅公式计算的波高是带频率的，而A.1.12-1式中—12—的平均波浪爬高中用的是平均波高，需要根据表A.1.8进行换算，然后再按表A.1.13转换成带频率的波浪爬高。根据A.1.11条的规定，小型水库4级、5级大坝采用累积频率为5%的爬高值R5%。2、风壅水面高E的计算按附录A中A.1.10节公式计算。3、安全超高按照《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001中表5.3.1的规定取值。4、水库大坝顶部所需最低高程的计算如表1-8列出水库大坝顶部所需最低高程的计算成果。1.6.2溢洪道控制段顶部高程的复核溢洪道控制段顶部高程不得低于校核洪水位加安全超高，《溢洪道设计规范》SL253-2000中没有对4、5级大坝溢洪道控制段的安全超高作出规定，建议参照3级建筑物的安全超高取值。—13—二、地质2.1地勘工作任务小（2）型病险水库工程无论安全评价或除险加固初步设计阶段，地质勘测工作建议一步到位，不重复现场地勘工作，其工作任务：1、查明坝区及附属建筑物区工程地质条件。包括地形地貌、地层岩性、地质构造与地震、不良地质现象、水文地质等。2、查明坝体岩性结构、物质组成、物理力学性质与透水性特征。3、查明附属建筑物工程质量及影响工程质量的工程地质问题。4、查明影响大坝及附属建筑物安全的不稳边坡（滑坡、崩塌体、塌滑体等）的范围、规模、形成机理等边坡地质问题。5、查明天然建筑材料的产地、储量、质量、开采运输条件（含外购料场、材料质量、运输条件）。2.2勘察方法1、地质测绘采用1/1000比例尺地形图（收集或利用1/万军用图放大比例尺）调查、测绘坝区地质平面图，查明地层时代、地层界线、岩—14—性结构、岩层产状、断层构造、节理裂隙组合等。2、钻探坝基为岩基则均采用机钻，软基可采用土钻。（1）布孔钻孔一般布置在坝轴线，钻孔数量一般3～5孔（坝中心部位必有孔控制），心墙坝及溢洪道紧临大坝则视具体情况增加钻孔（有副坝或其它坝型视情况增加钻孔，病险较严重的岩溶坝址，需专题研究，详细勘探）。（2）孔深以进入基岩，压水试验q值≤10ln为终孔控制。（3）取样及原位试验坝体各岩性组取原状土样不少于5组，均质坝不少于15组，每孔视情况对坝体不同岩性组作注水试验，进入基岩每5m一段作压水试验。3、天然建材根据除险加固工程所需，对土料、砂砾石料、块石料各料场进行详查，作出评价。对砂砾料及土料、必要时需作砂砾料级配试验及土料物理力学试验（视需要加做击实试验）。2.3地质报告编写内容说明1、安全评价（或安全核定）（1）概述—15—内容主要包括工程概况，地勘工作量（表）等。（2）工程地质条件评价内容包括：地形地貌（河谷形态、海拔高程、比高、岸坡坡度、植被、水土保持等）。地层岩性（出露的地层时代、岩性组合、厚度、分布特征）。地质构造地震（地层产状、断层构造、褶皱、节理裂隙、地震烈度）。不良地质现象（岩体风化、边坡稳定性、岸坡冲刷、岩溶等）。水文地质（坝区地下水类型、动态、富水性，补给迳流、排泄条件，库区渗漏条件、地表、地下水水质）。（3）工程施工质量评价内容包括基础开挖，坝基、岸坡处理、坝体填筑质量、附属建筑物施工质量等。（4）历次巡查遇险加固处理施工质量评价内容包括各类险情过程及治理措施、质量、效果等。（5）现状调查及现场勘探试验评价现场调查（坝坡失稳、沉陷、开裂、坝后坡散浸；坝肩渗漏、坝脚沼泽化；溢洪道冲刷破损、渗漏、边坡坍塌；涵洞破坏渗漏）。钻探试验（坝体岩性组合，取样试验，物理力学特性，坝体分区，注水试验K值范围、等级；坝基岩体完整性、岩心状态、断层构造、风化程度、节理裂隙发育特征、压水试验q值范围、—16—透水等级）。综合现状试验成果，评价对工程的影响。（6）物理力学指标推荐值内容包括物理力学指标及取值原则。推荐值主要为坝体各岩性组合的天然密度、干密度、饱和密度、塑限、液限、渗透系数K、内摩擦角ф（快、慢剪）及凝聚力C，溢洪道岩体f、c值、抗冲流速、边坡临时永久坡比等（建议列表）。（7）综合评价及处理措施建议2、初步设计（1）前言（2）工程地质概况地形地貌、地质岩性、地质构造及地震、不良地质现象、水文地质。（3）坝基（肩）与附属建筑物工程地质条件及工程地质问题①坝基（肩）②溢洪道③涵（隧）洞④其它（4）坝体工程质量及存在的问题（险情隐患）（5）坝体分区及物理力学指标建议值（6）天然建材（7）结论与建议—17—3、地质附图附件（1）坝址工程地质平面图（应包括主要附属建筑物）（2）坝轴线工程地质横剖面图（3）最大坝高中心纵剖面图（4）坝轴线水文地质渗透剖面图（5）主要附属建筑物工程地质纵剖面图（6）钻孔柱状图（7）土工试验成果表—18—三、除险加固设计3.1除险加固设计应就大坝安全鉴定所提出的病险问题，作出针对性的处理措施。除险加固设计应作方案比较，方案要符合工程实际，做到技术可行、经济合理。3.2大坝（碾压式土石坝）主要病险情的除险加固设计3.2.1大坝的加高处理（1）对坝高不满足防洪标准的小（2）型水库，经论证需采取工程措施实现防洪