山南水库工程设计工作报告

阳泉山南水库除险加固工程设计工作报告设计证书号:A114004280QMS认证证书号:05209Q20085R4M山西省水利水电勘测设计研究院二○一○年十二月阳泉山南水库除险加固工程设计工作报告批准：孙万功核定：卢天杰审查：薛俊玲校核：刘瑞杰编写：张春丽目录1工程概况......................................................................................................41.1流域概况..............................................................错误!未定义书签。1.2原工程概况..........................................................错误!未定义书签。1.3工程建设过程......................................................错误!未定义书签。1.4工程效益..............................................................错误!未定义书签。1.5工程立项及审批情况..........................................错误!未定义书签。1.6工程存在的主要问题..........................................................................41.7除险加固工程主要设计内容..............................................................52除险加固设计要点......................................................................................62.1工程地质与水文地质...........................................................................62.2工程布置...............................................................错误!未定义书签。2.3工程设计...............................................................错误!未定义书签。3主要设计变更............................................................................................143.1副坝贴坡排水.......................................................错误!未定义书签。3.2主坝坝基高喷灌浆...............................................错误!未定义书签。3.3泄洪冲沙闸...........................................................错误!未定义书签。3.4灌溉输水洞...........................................................错误!未定义书签。3.5坝顶路面和防浪墙变更.......................................错误!未定义书签。4设计文件质量管理....................................................................................175设计为工程建设服务................................................................................196经验及建议................................................................................................21附件1：设计机构设置和主要工作人员情况.......................................22附件2：主要设计变更..............................................错误!未定义书签。附件3：工程大事记................................................................................231工程概况阳泉市山南水库位于桃河支流泉寺河上的高崖村处,距阳泉市26km，控制流域面积89km2。是一座以城市供水为主、兼有防洪效益的小（1）型水库。设计库容637万m3。水库于1972年开始兴建，1974年建成并投入运行。原水库建筑物有大坝、溢洪道、放水洞三部分。水库原按2%洪水设计，1%洪水校核，由于防洪标准偏低，工程质量差，建成后一直未能正常运行，是山西省病险水库之一。为排除病险，充分发挥工程效益，于1997年至1999年对水库进行了除险加固改造。增设了泄洪洞，加固了大坝，改造了溢洪道出口，使水库的防洪标准提到了30年一遇设计，500年一遇校核，防洪能力大大提高。经过1997年至1999年除险加固后，水库枢纽由大坝、溢洪道、泄洪排沙洞、放水洞组成。溢洪道位于大坝右侧山体基岩上，为开敞式溢洪道，进口宽40m，进口底高程1040m。泄洪排沙洞位于大坝左侧岩体内，洞径3.5m，进口底高程1020m，全长256.54m，底纵坡为2%。放水洞在主河槽右侧，为坝下浆砌石有压涵洞，进口底高程1015.60m，出口底高程1012.77m。除险加固后，水库正常蓄水位1040.0m，汛限水位1037.5m，30年一遇设计洪水位1043.23m，500年一遇校核洪水位1045.49m，总库容448.58万m3，兴利库容247万m3。1.2工程存在的主要问题根据山西省水利厅对山南水库2007年12月份安全鉴定审查意见书，山南水库现存在问题有：水库防洪标准低于现行规范要求；坝体质量差；溢洪道右案山体为滑坡体，未进行处理；溢洪道出口对岸山体未按设计要求开挖，放水洞进口斜拉闸门被淤埋，无法启闭，洞身渗漏严重；监测设施不完善，无通讯设施。1.7除险加固工程主要设计内容山西省水利厅文件晋水规计【2008】402号《关于阳泉市山南水库除险加固工程初步设计报告的批复》，同意除险加固的主要建设内容为：1）大坝左坝肩绕渗处理；2）溢洪道及右岸滑坡体处理；3）放水洞加固改建。基础同意除险加固的工程设计。即左坝肩绕渗处理，范围0-060～040段布设单排防渗幕墙，深入泥岩2.5m，幕墙顶高程1040m；溢洪道及右岸滑坡体处理，对溢洪道挑流不畅段山体按1:0.5削坡，使水流平顺流入下游河道。对右岸滑坡体采用在不稳定山体边界设置环形截水沟防止地表水进入前滑面；放水洞加固改建，新建放水洞进水塔及交通桥，并配备启闭设施。2除险加固设计要点2.1工程地质问题及评价2.2.1左坝肩岩体稳定及绕坝渗漏左坝肩岸坡下部较陡，上部较缓，发育地层为二叠系上统石千峰组第一岩组中厚层砂岩夹薄层泥岩，石千峰组第二岩组中薄层泥岩、砂质泥岩，石千峰组第三岩组中厚层砂岩与中薄层泥岩互层，三叠系下统刘家沟组第四岩组中厚层砂岩夹薄层泥岩，以及第四系中更新统洪冲积低液限粘土，底部为卵石混合土。岩层产状N30～40°E/NW∠8～11°，岩层倾向山里偏下游，为逆向岸坡，软弱结构面不发育，岩体中主要发育北东和北向三组陡倾角节理裂隙，综合分析，左坝肩岩体稳定性较好，受风化卸荷作用，岸边处节理裂隙呈不同程度的张开，特别是北西向节理裂隙，其走向与岸坡走向近平行，岩体中的节理裂隙及岩层层面构成了库水绕坝渗漏通道。据ZK08-2钻孔压水试验，岩体透水率为29.6～92.3Lu，为中等透水岩层。故左坝肩存在绕坝渗漏问题，建议对左坝肩进行防渗处理，防渗深度至石千峰组第二岩组泥岩2～3m。防渗宽度70～90m。左坝肩隔水层底板为石千峰组第二岩组中薄层泥岩，高程996.7m，水库正常蓄水位为1040m，坝前蓄水深度30.8m，左岸下游坡脚处地下水出逸高程为1010m，则上游渗透层厚度H1为43.3m，下游渗透层厚度H2为30.0m；渗透层平均渗透系数，根据钻孔压水试验透水率换算，取1.13m/d；绕坝渗漏最小半圆半径r0取坝底宽的一半，即60m；渗漏带宽度L取左岸地下水位与正常蓄水位1040m交点处至岸边的距离，据左岸地下水水力坡度推测求得，取400m。经估算，在正常蓄水位1040m时，左坝肩绕坝渗漏量为754.4m3/d。年渗漏量为27.5万m3。2.2.2右岸滑坡体地质条件坝右岸溢洪道右侧发育一滑坡，称右岸滑坡。该处为基岩山梁，高程1130m，相对高差120m，地形坡度27°，山梁的上下游各有一条垂直于河流的冲沟，上游沟短浅，下游沟深长，山体顶部有黄土覆盖，上部为T1l-4岩组砂岩夹页岩，中部为P2sh-3岩组砂岩、泥质砂岩与泥岩互层，总体上山体由软硬相间的泥岩与砂岩构成，山体岩层产状为N40～50°E/NW∠6～14°，岩层倾角由北东向南西渐缓，缓倾河谷偏下游，河流与下游冲沟切割，使山体在地层倾向形成临空面，山体岩层中发育①、②组节理裂隙，在山梁延伸方向和北东方向形成切割面，构成了边坡失稳的基本条件。总体上该岸坡属于层状同向缓倾结构岩质边坡。滑坡体后缘从溢洪道进口右侧沿东北向至坝下游冲沟。拉裂面是沿NE向裂隙走向，形成倾向河谷偏下游的陡立面。前缘从溢洪道出口右侧至坝下游冲沟南侧，实际上溢洪道部位为滑体前缘，这部分滑体已被挖除，现溢洪道底全部在完整基岩上，滑体中后部由砂岩碎、块、巨石之间呈架空结构，块石原岩层面多向河床呈20°～30°倾斜，前缘部位原岩层理可辩，岩层翘起，与该处岩层反向倾斜。滑动面为P2sh-3岩组底部厚层泥岩的顶面，前缘高程1037.35m，其产状与岩层产状一致，为N41°E/NW∠9°～12°。滑动带厚度20cm左右，物质为紫红色软塑状含泥岩细砾夹泥，其砂粒含量22%，粉粒42%，粘粒36%，比原岩的粘粒含量高出9%。经矿物分析，蒙脱石含量74～83%，呈细小鳞片状，定名为粉质蒙脱石粘土。其含水率为28%，滑体前缘即溢洪道出口右侧滑动面有水溢出，该部位的探井中有积水（1996年12月）。沿滑动方向滑体长度70m，横向最大宽度180m，平均135m，厚度6～20m，平均12m，估算体积11.3万m3。右岸滑坡为一古滑坡，在其滑动之后经历了漫长的地质时期，从目前观测情况看，滑坡在自然条件下未发现进一步滑动的迹象。水库正常蓄水对滑坡稳定影响不大，溢洪道泄水可冲刷滑体前缘，对滑坡稳定不利，地震和施工爆破振动力对滑坡稳定亦有不利影响。从该滑坡体的条件看，滑坡体中地下水的作用对滑坡稳定的影响最大，地下水的影响包括水的浮托力、静水压力、动水压力和水对岩层的软化作用。地下水的浮托力使滑体重量减轻，滑体充水时其中的裂隙承受静水压力升高，滑面上的静水压力使作用在滑面上的有效正应力减小，渗透水流形成的动水压力使下滑力增加，水对滑动带物质的浸润软化，促使滑动带岩土强度降低，对该滑动带以蒙脱石为主的矿物与水作用后，内部结构发生向外扩张的趋势，有明显的膨胀性，膨胀率达5.4%，亲水性大，水稳定性差，浸水后软化泥化作用显著，力学强度大幅降低。综合该滑坡体的条件，认为其稳定性较差，在长期大量降水和有地震力、爆破振动力的作用下，有可能再次滑动。坝上游东西向冲沟至坝下北西～南东向冲沟之间的山体，地质条件都属于层状同向缓倾结构岩质边坡，不同之处主要是山体前部（北