水庫畢業(yè)設(shè)計(jì)

湖北省XX水庫除險(xiǎn)加固工程水工建筑物設(shè)計(jì)第一章概述第一節(jié)工程概況及存在的重要問題1.1工程概況XX水庫位于湖北省xx市xx縣xx鄉(xiāng)xx村，距五峰鄉(xiāng)約3.0Km，距姚五路3公里。水庫攔截漢江支流花瓶溝河，壩址以承雨面積47.9平方公里。XX水庫是一座以澆灌為主，兼顧防洪、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合效益的小（I）型水庫。XX水庫為IV等工程，重要建筑物為4級建筑物，水庫正常蓄水位231.6m。原洪水原則按50年一遇設(shè)計(jì)，對應(yīng)設(shè)計(jì)洪水位235.41m，5一遇校核，對應(yīng)校核洪水位236.67m，水庫死水位214.00m，總庫容205.6萬m3，調(diào)洪庫容68.6萬m3，興利庫容117.2萬m3，死庫容19.8萬m3。根據(jù)《防洪原則》（GB50201—94）及《水利水電工程等級劃分及洪水原則》（SL252—）規(guī)定，本次復(fù)核設(shè)計(jì)洪水原則為50年一遇設(shè)計(jì)，對應(yīng)設(shè)計(jì)洪水位235.67m，5一遇校核，對應(yīng)校核洪水位237.55m，總庫容172.705萬m3，調(diào)洪庫容72.34萬m3，興利庫容93.765萬m3，死庫容6.6萬m3。一遇洪水位233.97m。水庫原設(shè)計(jì)澆灌面積0.16萬畝，實(shí)灌0.15萬畝。水庫保護(hù)著下游0.07萬畝耕地和0.3萬人的生命財(cái)產(chǎn)及3公里五峰鄉(xiāng)集鎮(zhèn)街道和3公里姚五路的安全。XX水庫于1967年10月動工，1969年6月竣工，既有管理人員4人。水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、輸水隧洞、水電站等構(gòu)成。大壩為粘土心墻壩，壩頂高程237.4m，最大壩高29.34m，壩頂寬5m，大壩全長87m。大壩上游壩坡為干砌石護(hù)坡，坡比分為3級，自上而下為1:1.5、1:2.5和1:2.75，坡比轉(zhuǎn)折處高程分別為233.9m和218m，在218m高程處設(shè)2m寬的平臺；下游壩坡為草皮護(hù)坡，坡比分為4級，坡比自上而下為1:1.5、1:2.0、1:2.25、1:1.5（排水棱體），坡比轉(zhuǎn)折處高程分別為233.9m、224.6m和213.7m，分別在224.6m和213.7m高程處設(shè)有2m寬的平臺，213.7m高程平臺下為排水棱體。溢洪道位于大壩右端，控制段為開敞式寬頂堰，堰頂高程231.6m，堰頂溢流寬40m，最大泄量959.70m3/s。溢洪道控制段底板為槳砌石混凝土構(gòu)造，底部槳砌石厚0.4m，表面0.1m厚混凝土抹面。泄水槽過流斷面為矩形，過流寬度由進(jìn)口39.5m漸變到出口28m，縱坡為0.1，底部原設(shè)計(jì)為0.35m鋼筋混凝土構(gòu)造，未實(shí)行。溢洪道右側(cè)邊坡較陡、無襯砌防護(hù)，左側(cè)為漿砌塊石擋墻，頂寬0.8m，高4.0m，溢洪道無消能、防沖設(shè)施，下泄水流直沖原河道。輸水隧洞布置在大壩右岸，介于大壩與溢洪道之間。隧洞洞長80m，縱坡1/200，進(jìn)口底部高程214m。洞身過水?dāng)嗝鏋閳A形，洞徑為0.8米，鋼筋混凝土襯砌厚度0.2m，最大過水能力4.3m3/s。閘門由啟閉豎井起閉，啟動設(shè)備為手動拉桿式啟閉機(jī)。水電站位于輸水隧洞出口，裝機(jī)2臺，總?cè)萘?00千瓦，已報(bào)廢。發(fā)電尾水接澆灌渠道。XX水庫是一座以澆灌為主，兼顧防洪及養(yǎng)殖綜合運(yùn)用的?。↖）型水庫，由國家、地方及社隊(duì)集資修造。水庫于1967年8月鄖縣水電局進(jìn)行設(shè)計(jì)，同年10月地區(qū)水電局批復(fù)并動工，1969年6月基本竣工，主體工程投入使用。水庫經(jīng)1975年8月8日洪水考驗(yàn)，原設(shè)計(jì)壩頂高程不滿足防洪規(guī)定，大壩在本來基礎(chǔ)上加高了2.8m到現(xiàn)規(guī)模。1.2工程存在的重要問題XX水庫自1969年水庫大壩建成投入運(yùn)行以來，歷時(shí)38年，很好地發(fā)揮了防洪、澆灌及養(yǎng)殖效益。由于工程先天局限性，目前工程運(yùn)行中存在如下重要問題：（1）XX水庫沒有必要的水文水情監(jiān)測設(shè)施，不利于水庫和大壩的精確測報(bào)及安全運(yùn)行；大壩沒有必要的安全監(jiān)測設(shè)備設(shè)施，不利于大壩安全運(yùn)行；水庫大壩管理所無交通工具，水庫既有生活管理用房因長年失修，已破爛不堪，不能滿足大壩管理的正常運(yùn)用。（2）大壩滲漏嚴(yán)重，水庫高水位滲漏加劇，枯水期滲漏相對減弱，水庫蓄水無法滿足農(nóng)業(yè)澆灌需要。下游壩坡散浸現(xiàn)象普遍，大面積散浸現(xiàn)象導(dǎo)致下游壩腳土質(zhì)長期濕化，局部滲漏嚴(yán)重。水庫大壩粘土心墻頂部高程應(yīng)不低于校核洪水位，實(shí)際大壩粘土心墻頂部高程太低，水庫大壩防滲體頂部高程不滿足規(guī)范規(guī)定。大壩上游壩坡局部塌陷凹凸不平，護(hù)坡塊石嚴(yán)重老化、部分缺失；大壩下游坡面不規(guī)則，坡面凸凹不平，草皮護(hù)坡破壞，從下游壩坡坡面形態(tài)來看，壩體變形較嚴(yán)重。排水系統(tǒng)不完善，排水棱體干砌塊石風(fēng)化破碎；大壩存在白蟻活動狀況。（3）溢洪道未完建?？刂贫尾粷M足控制段規(guī)定，右岸山坡未襯砌，極不平整，左岸側(cè)擋土墻破損，砌石風(fēng)化嚴(yán)重，多處開裂，局部垮塌，變形嚴(yán)重，底板混凝土質(zhì)量極差，遍及裂縫，遍生雜草；泄水槽無襯砌；溢洪道無消能、防沖設(shè)施。（4）輸水隧洞受當(dāng)時(shí)技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件限制施工質(zhì)量差，運(yùn)行過程中又沒有進(jìn)行正常維修加固，洞壁有滲水；進(jìn)水塔工作橋橋面破損，欄桿缺損、露筋；閘門老化、漏水；啟閉機(jī)銹蝕嚴(yán)重，操作失靈；尾閥銹蝕嚴(yán)重，操作失靈。鑒于XX水庫大壩存在問題的嚴(yán)重性，湖北省水利廳組織有關(guān)方面的領(lǐng)導(dǎo)、專家在對大壩安全分析評價(jià)的基礎(chǔ)上，根據(jù)水利部《水庫大壩安全鑒定措施》中的有關(guān)規(guī)定，于10月對XX水庫大壩進(jìn)行了安全鑒定。鑒定結(jié)論為XX水庫防洪原則不滿足國標(biāo)規(guī)定，且存在較嚴(yán)重的工程質(zhì)量問題，影響大壩安全，根據(jù)《水庫大壩安全評價(jià)導(dǎo)則》（SL258—），XX水庫大壩為三類壩，經(jīng)水利部長江水利委員會復(fù)核，水利部大壩安全管理中心予以確認(rèn)，XX水庫大壩為三類壩。并對XX水庫除險(xiǎn)加固提出了如下意見和提議：（1）水庫管理單位按規(guī)定委托有關(guān)單位根據(jù)國家規(guī)范完畢該水庫的大壩除險(xiǎn)加固前期工作，盡快完畢，及早實(shí)行；（2）要盡快恢復(fù)完善大壩、溢洪道安全監(jiān)測設(shè)施，加強(qiáng)監(jiān)測并及時(shí)分析有關(guān)監(jiān)測資料，以便及時(shí)掌握大壩運(yùn)行的安全狀況；（3）在水庫除險(xiǎn)加固完畢前，要嚴(yán)格按照經(jīng)同意的調(diào)度規(guī)程調(diào)度運(yùn)行，完善防汛應(yīng)急預(yù)案，加強(qiáng)巡視、值守，保證水庫安全。鑒于XX水庫的重要作用以及存在問題的嚴(yán)重性，實(shí)行除險(xiǎn)加固工程，消除大壩安全隱患，保證水庫安全正常運(yùn)行，以充足發(fā)揮其工程效益是十分必要的。第二節(jié)基本資料1.2.1工程水文XX水庫位于湖北省xx市xx縣xx鄉(xiāng)xx村,水庫攔截漢江河支流花瓶溝河,壩址以上承雨面積47.9萬平方公里。XX水庫流域?qū)俦眮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)域，氣候溫和，四季分明，光照充足，熱量豐富，雨熱同季，由于秦巴山脈屏障和丹江水庫的熱力效應(yīng)作用，比同緯度冬季略為溫暖。整年平均日照量總時(shí)為1800～1980小時(shí)，年平均氣溫16℃左右，年最高氣溫41℃，最低氣溫-15℃，風(fēng)力一般為2～3級，風(fēng)向偏東風(fēng)為多，數(shù)年平均徑流量285×104m3，數(shù)年平均降雨量820mm，流域內(nèi)年降雨在547～1344.5mm之間，年降雨分派極不均勻，6～9月雨量集中，冬季雨量偏少。汛期集中在7～10月，汛期雨量充沛，洪水陡漲陡落。1.2.2工程地質(zhì)1.2.2.1區(qū)域地質(zhì)庫區(qū)為構(gòu)造剝蝕低山-丘陵地貌，屬秦巴山余脈，地形起伏較大，峽谷與山間盆地交錯，山頂多展現(xiàn)長條型，溝谷多呈“V”字型，壩區(qū)海拔標(biāo)高一般200～300m，相對高差范圍100m，自然坡度35°～45°，植被較發(fā)育。XX水庫庫區(qū)出露地層重要有：人工填土（Q4）、第四系上更新統(tǒng)（Q3）地層及上元古界震旦系下統(tǒng)耀嶺河群（Pt3yl）。壩址區(qū)在大地構(gòu)造上處在南秦嶺地槽褶皺帶東部，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，兩鄖大斷裂帶位于北側(cè)，發(fā)育一系列平行次級斷裂，古地殼運(yùn)動較活躍。區(qū)內(nèi)的兩鄖大斷裂距樞紐40km，近代活動較為頻繁，雖無強(qiáng)震發(fā)生，但弱震時(shí)有發(fā)生。據(jù)從明末清初至上世紀(jì)80年代發(fā)生地震53次，震級為1.1～2.9級，其中在1959～1984年的25年間共發(fā)生地震45次，其中僅1964年一年發(fā)生1.1-1.8級地震12次。據(jù)國標(biāo)1：400萬《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306—），當(dāng)設(shè)防原則為50年超越概率10%時(shí)，工程區(qū)地震動峰值加速度為0.05g，地震動反應(yīng)譜特性周期為0.40s，相對的地震基本烈度為6度。根據(jù)區(qū)域資料，XX水庫樞紐位置無地震記錄，未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造活動跡象。庫區(qū)地貌形態(tài)簡樸，地形較為開闊，地勢起伏較大，地層分布較為簡樸。故庫區(qū)在大地區(qū)域構(gòu)造上相對穩(wěn)定。根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料反應(yīng)，庫區(qū)水文地質(zhì)條件較為簡樸，地下水類型按其含水介質(zhì)特性可分為上層滯水及基巖裂隙水。上層滯水分布于地表第四系全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)粉質(zhì)粘土層中，水量不大，受大氣影響較大。裂隙水重要賦存于的庫區(qū)基巖風(fēng)化、構(gòu)造裂隙中，受裂隙啟動性、連通性、充填程度、充填物等原因制約，貯水空間有限，水量小。水質(zhì)類型為HCO-3—Ca2+—Mg2+型，屬弱堿性，對混凝土不具侵蝕性，對鋼構(gòu)造具弱侵蝕性。壩區(qū)海拔標(biāo)高一般200～300m，相對高差范圍100米左右。出露地層重要為第四系全新統(tǒng)（Q4）人工填土、上更新統(tǒng)（Q3）粉質(zhì)粘土層及上元古界震旦系下統(tǒng)耀嶺河群（Z1yl）白云石英片巖。第四系上更新統(tǒng)粉質(zhì)粘土，廣泛分布于庫區(qū)周圍山坡壟崗地帶，上元古界震旦系下統(tǒng)耀嶺河群（Pt3yl）白云石英片巖分布于庫區(qū)周圍山體，構(gòu)成庫區(qū)及大壩基底。輸水隧洞坐落在上元古界震旦系下統(tǒng)耀嶺河群（Pt3yl）強(qiáng)風(fēng)化白云石英片巖層，地基巖土體承載力值較高，正常狀況下可以滿足規(guī)定，但輸水隧洞目前已老化，部分襯砌已出現(xiàn)脫落和開裂，對輸水隧洞穩(wěn)定性有不利的影響。1.2.2.2主壩工程地質(zhì)大壩壩基基本由強(qiáng)風(fēng)化白云石英片巖及中風(fēng)化白云石英片巖構(gòu)成，各層工程地質(zhì)條件評價(jià)如下：強(qiáng)風(fēng)化白云石英片巖：在鉆孔中做壓水試驗(yàn)，巖石的透水率在8.5～12.2Lu，推薦采用12.2Lu，屬中等透水性。推薦承載力特性值fak=500KPa，變形模量Eo=46MPa，容重γ=25.8KN/m3；中風(fēng)化白云石英片巖：在鉆孔中做壓水試驗(yàn)，取巖石樣做巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，巖石的透水率在3.9～7.1Lu，推薦采用3.91Lu，屬弱透水性。承載力特性值fak=1200KPa，容重γ=27.5KN/m3。強(qiáng)風(fēng)化白云石英片巖，透水率8.5～12.2Lu，平均透水率10.35Lu，屬中等透水；中風(fēng)化白云石英片巖，透水率3.9～7.1Lu，平均透水率5.5Lu，屬弱透水。大壩最大壩高28.5m，系粘土心墻代料壩，壩基承載能力較高，應(yīng)力較小，能滿足大壩規(guī)定，不存在整體滑動失穩(wěn)問題。壩基表層為強(qiáng)風(fēng)化白云石英片巖透水率8.5～12.2Lu，平均透水率10.35Lu，屬中等透水性，為良好透水層，不利于水庫大壩防滲，但在大壩心墻部位已清除，清除寬18.5m；下層中風(fēng)化白云石英片巖屬弱透水性，透水性差，透水率3.9～7.1Lu，平均透水率5.5Lu，為良好隔水層。大壩在在壩基范圍內(nèi)，地表覆蓋2～8m厚強(qiáng)風(fēng)化白云石英片巖，大壩清基時(shí)，曾進(jìn)行過大面積清除，清除內(nèi)容包括地表覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化孤立塊體，清基抽槽頂寬15.2m，底寬4.0m。但清基抽槽寬度、深度較小，回填扎實(shí)不夠，導(dǎo)致心墻與河床結(jié)合部位局部滲透。右壩肩山坡平緩，左壩肩原始邊坡較陡，原始地表覆蓋殘坡積含碎石粘土，動工前對此未進(jìn)行過大面積開挖，清基深度0.5～2m，范圍僅限于粘土心墻處，清基內(nèi)容包括覆蓋層、雜草、孤石、不穩(wěn)定塊體、部分強(qiáng)風(fēng)化層。壩基清基不徹底：根據(jù)勘察理解，壩基兩側(cè)壩肩清基不徹底，局部地段基巖為強(qiáng)風(fēng)化白云石英片巖，節(jié)理裂隙較發(fā)育，基巖透水性較強(qiáng)，根據(jù)水庫管理人員反應(yīng)，當(dāng)庫水位到達(dá)一定高程（231.0m）時(shí)，壩基兩側(cè)就會出現(xiàn)大面積的散浸和滲漏。壩基滲漏：根據(jù)勘察理解，大壩壩基右側(cè)樁號0+060～0+87m為強(qiáng)風(fēng)化白云石英片巖，節(jié)理裂隙較發(fā)育，其透水率為10.35Lu，為中等透水性，當(dāng)水庫水位上漲時(shí)，存在滲漏問題。壩體填土（心墻）（Qml）：黃褐色、棕褐色，稍濕，成分以粉質(zhì)粘土為主，可-硬塑狀，局部夾粉土，含3-5%左右的強(qiáng)風(fēng)化片巖碎石及角礫，碎石粒徑2-5cm，角礫粒徑3-10mm，棱角狀。局部可見腐植物。壩體填土（心墻）的天然含水量平均值19.5%，孔隙比0.6，塑性指數(shù)8.0，液性指數(shù)平均值0.0，壓縮系數(shù)a1—2為0.3Mpa-1,壓縮模量Es為4.3Mpa。快剪內(nèi)摩擦角φ=17.4°，凝聚力c=17.6Kpa，推薦慢剪內(nèi)摩擦角φ=19.7°，凝聚力c=18.4Kpa。（大壩心墻）滲透系數(shù)區(qū)間值為5.75×10-5cm/s—6.98×10-4cm/s，平均滲透系數(shù)為3.07×10-4cm/s，屬中等透水性。反應(yīng)出土體滲透性較強(qiáng)。壩體填土(粘土心墻)其成分除粉質(zhì)粘土外，夾大量粉土，粉土壓實(shí)困難，滲透性較強(qiáng)。1.2.2.3溢洪道工程地質(zhì)溢洪道由人工開挖形成，位于大壩右端，為開敞式泄流明渠，現(xiàn)溢洪道堰頂寬10.0m，最大泄量681.41m3/S。平面形態(tài)呈不規(guī)則形，襯砌消能、防沖設(shè)施不完善，溢洪道進(jìn)口處渠底為混凝土，其他渠底未硬化，溢洪道左側(cè)為漿砌塊石擋墻，無襯砌，擋墻厚0.80m。溢洪道右側(cè)山體為強(qiáng)風(fēng)化白云石英片巖，邊坡較陡、無襯砌。溢洪道底板破碎凸鼓，左邊墻毀壞嚴(yán)重，多處裂縫；挑流鼻坎混凝土老化，蜂窩麻面，沖刷嚴(yán)重。溢洪道迭壩如下受泄洪沖擊，且局部邊坡土體塌滑，形成多級臺坎，過水?dāng)嗝嫫?。溢洪道不能有效泄洪，遇?暴雨時(shí)，將嚴(yán)重威脅大壩安全。溢洪道場區(qū)地層構(gòu)造簡樸，根據(jù)井探揭發(fā)及現(xiàn)場觀測，兩岸坡及渠底為上元古界震旦系下統(tǒng)耀嶺河群（Pt3yl）強(qiáng)風(fēng)化白云石英片巖層。上元古界震旦系下統(tǒng)耀嶺河群（Pt3yl）：②-1層強(qiáng)風(fēng)化白云石英片巖，灰色、灰黃色，鱗片狀花崗變晶構(gòu)造，片狀構(gòu)造，礦物成分重要為石英、鈉長石、白云母及少許絹云母。片剪發(fā)育，裂隙較發(fā)育。承載力特性值fak=500KPa，變形模量Eo=46MPa，容重γ=25.8KN/m3，根據(jù)溢洪道探井試驗(yàn)成果，透水率推薦12.2Lu，屬中等透水。溢洪道場區(qū)地層為1層，②-1層強(qiáng)風(fēng)化白云石英片巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，滲透性為中等透水性，根據(jù)溢洪道探井試驗(yàn)成果，其透水率推薦為12.2Lu。溢洪道工程地質(zhì)評價(jià)：1、溢洪道堵塞：溢洪道右岸為巖石邊坡，左岸部分地段為漿砌塊石擋墻，厚度為0.80m，未襯砌，防沖刷能力較弱，兩岸地表覆蓋少許粉質(zhì)粘土，土層受雨水沖刷或局部岸坡的坍塌，沖積物堵塞了溢洪道，導(dǎo)致過水?dāng)嗝嫫。焕谛购?，威脅大壩安全。2、溢洪道滲漏：溢洪道下伏基巖為強(qiáng)風(fēng)化白云石英片巖，節(jié)理裂隙較發(fā)育，透水性較強(qiáng)，透水率推薦12.2Lu，屬中等透水，根據(jù)水庫管理人員反應(yīng)，當(dāng)庫水位到達(dá)一定高程（231.0m）時(shí)，溢洪道與壩體接觸部位就會滲漏，不利于水庫蓄水，影響水庫正常工作。3、邊坡需加固，渠底需硬化：溢洪道兩岸當(dāng)時(shí)由人工開挖而成，兩岸及渠底為強(qiáng)風(fēng)化白云石英片巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，從長遠(yuǎn)考慮需對溢洪道兩岸進(jìn)行砌筑或用混凝土進(jìn)行澆筑，邊坡放坡比例為1：1，渠底要進(jìn)行混凝土硬化，以發(fā)揮溢洪道泄洪功能，保證大壩安全。4、缺消能、防沖設(shè)施：溢洪道長度較長，坡度變化較大，溢洪道迭壩如下受泄洪沖擊，形成多級臺坎，坡度陡，落差大，因此，應(yīng)根據(jù)實(shí)際狀況，在溢洪道合適位置增設(shè)消能防沖設(shè)施，延長溢洪道使用壽命。1.2.2.4輸水隧洞工程地質(zhì)條件澆灌輸水涵管，設(shè)在大壩右側(cè)，為混凝土圓形有壓隧洞，進(jìn)口底部高程214m，洞徑為φ0.8m，最大過水能力4m3/S。閘門型式為拉桿式，啟動設(shè)備為手動啟閉機(jī)，輸水涵管進(jìn)在輸水涵管進(jìn)口處修一磚混平房，進(jìn)水塔工作橋橋面破損，欄桿缺損、露筋；廠房破舊，電站裝機(jī)容量100KW，發(fā)電機(jī)組設(shè)備陳舊，老化失修。輸水涵管坐落在上元古界震旦系下統(tǒng)耀嶺河群（Pt3yl）強(qiáng)風(fēng)化白云石英片巖層，地基巖土體承載力值較高，正常狀況下可以滿足規(guī)定，但輸水涵管目前已老化，部分涵管已出現(xiàn)脫落和開裂，對輸水涵管穩(wěn)定性有不利的影響。輸水涵管坐落在強(qiáng)風(fēng)化白云石英片巖，巖體承載力值較高，正常狀況下可以滿足規(guī)定，涵管上部覆蓋①—1層大壩代料及①—2大壩心墻，其滲透性為中等透水，并且輸水涵管已老化，部分涵管已出現(xiàn)脫落和開裂，局部開始滲漏，使涵管周圍巖土層長期受水浸泡，土質(zhì)變軟，使涵管與壩體結(jié)合質(zhì)量差，對輸水涵管穩(wěn)定性有不利的影響。圍巖類別為Ⅳ類。表2.1XX水庫力學(xué)參數(shù)c、φ值及滲透系數(shù)提議值表1.2.2.5天然建筑材料水庫工程地責(zé)問題已經(jīng)嚴(yán)重影響水庫運(yùn)行，須對水庫進(jìn)行除險(xiǎn)加固處理，工程施工需要一定數(shù)量土料、砂、石料等。根據(jù)就近取材的規(guī)定和工程調(diào)查的成果，料場可選擇如下：土料場可選XX水庫大壩下游的西峰村，厚度6m以上，面積300畝，運(yùn)距5Km。土料為第四系上更新統(tǒng)沖積、殘坡積粉質(zhì)粘土。推薦快剪內(nèi)摩擦角φ=22.4°，凝聚力c=26.6Kpa。砂料可到漢江河砂場采購，砂料級配種類多，質(zhì)地較純凈，含泥量較少，儲量巨大，運(yùn)距約5km.塊石和代料在大壩上游2公里處石料場外購，巖性為片巖，承載力特性值fak=1200KPa，容重γ=27.5KN/m3。巖塊抗壓強(qiáng)度高，儲量巨大，可以滿足工程需要。1.2.2.6區(qū)域地殼穩(wěn)定及地震壩址區(qū)在大地構(gòu)造上處在南秦嶺地槽褶皺帶東部，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，兩鄖大斷裂帶位于北側(cè)，發(fā)育一系列平行次級斷裂，古地殼運(yùn)動較活躍。區(qū)內(nèi)的兩鄖大斷裂距樞紐40km，近代活動較為頻繁，雖無強(qiáng)震發(fā)生，但弱震時(shí)有發(fā)生。據(jù)從明末清初至上世紀(jì)80年代發(fā)生地震53次，震級為1.1-2.9級，其中在1959-1984年的25年間共發(fā)生地震45次，其中僅1964年一年發(fā)生1.1-1.8級地震12次。詳見表2：歷史地震資料表。據(jù)記錄：歷史地震基本烈度在5度如下，局部為6度。據(jù)國標(biāo)1：400萬《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306—），當(dāng)設(shè)防原則為50年超越概率10%時(shí)，工程區(qū)地震動峰值加速度為0.05g，地震動反應(yīng)譜特性周期為0.35s，相對的地震基本烈度為6度。根據(jù)區(qū)域資料，XX水庫樞紐位置無地震記錄，未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造活動跡象。庫區(qū)地貌形態(tài)簡樸，地形較為開闊，地勢起伏較大，地層分布較為簡樸。故庫區(qū)在大地區(qū)域構(gòu)造上相對穩(wěn)定。1.2.3設(shè)計(jì)根據(jù)（1）采用的重要技術(shù)規(guī)范①《防洪原則》（GB50201-94）；②《水利水電工程等級劃分及洪水原則》（SL252－）；③《水利水電工程初步設(shè)計(jì)匯報(bào)編制規(guī)程》（DL5021－93）；④《水工混凝土構(gòu)造設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL/T191－96）；⑤《水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL5077－1997）；⑥《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274－）；⑦《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL253－）；⑨《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（SL60-94）（2）有關(guān)文獻(xiàn)①《XX水庫大壩安全鑒定匯報(bào)》②《XX水庫除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)工程地質(zhì)勘察匯報(bào)》③湖北省水利勘測設(shè)計(jì)院《湖北省暴雨徑流查算圖表》④湖北省水利局、氣象局《湖北省也許最大暴雨圖集》（3）工程等級水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、輸水隧洞、水電站等構(gòu)成。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水原則》（SL252-）的規(guī)定XX水庫為?。?）型水庫，樞紐工程為Ⅳ等工程，重要建筑物（包括大壩、溢洪道和輸水涵洞等）級別為4級，次要建造物級別為5級。（4）重要建筑物的防洪原則及特性參數(shù)按照《水利水電工程等級劃分及洪水原則》（SL252－）的規(guī)定，防洪原則為50年一遇設(shè)計(jì)，5一遇校核，溢洪道消能防沖設(shè)計(jì)洪水原則按一遇設(shè)計(jì)。水庫設(shè)計(jì)洪水位為235.67m，校核洪水位為237.55m。，遇的最大泄流量為245.9m3/s。（5）地震設(shè)防烈度根據(jù)《湖北省XX水庫除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)工程地質(zhì)勘察匯報(bào)》，新田水庫所在區(qū)域地震基本烈度為6度，不需進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。第二章工程布置第一節(jié)工程等別及建筑物級別XX水庫位于湖北省xx市xx縣xx鄉(xiāng)xx村，距五峰鄉(xiāng)約3.0Km，距姚五路3公里。水庫攔截漢江支流花瓶溝河，壩址以承雨面積47.9平方公里。XX水庫是一座以澆灌為主，兼顧防洪、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合效益的小（I）型水庫。XX水庫為?。↖）型水庫，為IV等工程，其重要建筑物如大壩、副壩、溢洪道、輸水涵管為4級建筑物，次要永久性建筑物和臨時(shí)建筑物級別為5級。洪水原則仍采用原洪水原則：正常運(yùn)用洪水原則為50年一遇，非常運(yùn)用洪水原則為5一遇。消能防沖設(shè)計(jì)洪水原則為一遇。根據(jù)國標(biāo)1：400萬《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-），當(dāng)設(shè)防原則為50年超越概率10%時(shí)，工程區(qū)地震動峰值加速度為0.05g，地震動反應(yīng)譜特性周期為0.40S，對應(yīng)的地震基本烈度為6度。根據(jù)《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL5073—1997），對于地震基本烈度不不小于6度時(shí)，不設(shè)防。第二節(jié)工程布置2.2.1樞紐工程平面布置XX水庫位于湖北省xx市xx縣xx鄉(xiāng)xx村，距五峰鄉(xiāng)約3.0Km，距姚五路3公里。水庫攔截漢江支流花瓶溝河，壩址以承雨面積47.9平方公里。XX水庫是一座以澆灌為主，兼顧防洪、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合效益的?。↖）型水庫。水庫原設(shè)計(jì)澆灌面積0.16萬畝，實(shí)灌0.15萬畝。水庫保護(hù)著下游0.07萬畝耕地和0.3萬人的生命財(cái)產(chǎn)及3公里五峰鄉(xiāng)集鎮(zhèn)街道和3公里姚五路的安全。水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、輸水隧洞、水電站等構(gòu)成。大壩為粘土心墻壩，開敞式溢洪道布置于大壩右端，輸水隧洞布置在大壩右岸，介于大壩與溢洪道之間，水電站位于輸水隧洞出口。XX水庫自1969年水庫大壩建成投入運(yùn)行以來，歷時(shí)38年，很好地發(fā)揮了防洪、澆灌及養(yǎng)殖效益。2.2.2主體建筑物(1)大壩為粘土心墻壩，壩頂高程237.4m，最大壩高29.34m，壩頂寬5m，大壩全長87m。大壩上游壩坡為干砌石護(hù)坡，坡比分為3級，自上而下為1:1.5、1:2.5和1:2.75，坡比轉(zhuǎn)折處高程分別為233.9m和218m，在218m高程處設(shè)2m寬的平臺；下游壩坡為草皮護(hù)坡，坡比分為4級，坡比自上而下為1:1.5、1:2.0、1:2.25、1:1.5（排水棱體），坡比轉(zhuǎn)折處高程分別為233.9m、224.6m和213.7m，分別在224.6m和213.7m高程處設(shè)有2m寬的平臺，213.7m高程平臺下為排水棱體。(2)溢洪道位于大壩右端，控制段為開敞式寬頂堰，堰頂高程231.6m，堰頂溢流寬40m，最大泄量959.70m3/s。溢洪道控制段底板為槳砌石混凝土構(gòu)造，底部槳砌石厚0.4m，表面0.1m厚混凝土抹面。泄水槽過流斷面為矩形，過流寬度由進(jìn)口39.5m漸變到出口28m，縱坡為0.1，底部原設(shè)計(jì)為0.35m鋼筋混凝土構(gòu)造，未實(shí)行。溢洪道右側(cè)邊坡較陡、無襯砌防護(hù)，左側(cè)為漿砌塊石擋墻，頂寬0.8m，高4.0m，溢洪道無消能、防沖設(shè)施，下泄水流直沖原河道。(3)輸水隧洞布置在大壩右岸，介于大壩與溢洪道之間。隧洞洞長80m，縱坡1/200，進(jìn)口底部高程214m。洞身過水?dāng)嗝鏋閳A形，洞徑為0.8米，鋼筋混凝土襯砌厚度0.2m，最大過水能力4.3m3/s。閘門由啟閉豎井起閉，啟動設(shè)備為手動拉桿式啟閉機(jī)。水電站位于輸水隧洞出口，裝機(jī)2臺，總?cè)萘?00千瓦，已報(bào)廢。發(fā)電尾水接澆灌渠道。第三節(jié)加固方案及內(nèi)容根據(jù)水庫存在的問題，XX水庫大壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案內(nèi)容重要包括：1）大壩壩體的除險(xiǎn)加固處理，心墻的加高，增大溢洪道擴(kuò)大泄流量，增設(shè)防浪墻；2）大壩壩體及壩基防滲處理對，壩體及壩基接觸帶進(jìn)行灌漿帷幕加固和防滲處理；3）完善上游壩坡塊石護(hù)坡，對上游坡?lián)p毀部位重新填筑扎實(shí)后采用漿砌塊石，下游坡完善排水棱體，對壩坡進(jìn)行必要的護(hù)坡、加固。。4）溢洪道除險(xiǎn)加固處理，對溢洪道高邊坡及塌方進(jìn)行襯砌、加固處理，對過水?dāng)嗝嬲系K物進(jìn)行清理，增設(shè)護(hù)坡,完善消能措施；5）加固輸水涵管，修整取水塔，更換輸水管出口閥門；6）完善大壩觀測設(shè)施等管理設(shè)施。第三章除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)第一節(jié)大壩加固設(shè)計(jì)根據(jù)《湖北省十堰市XX水庫大壩安全鑒定匯報(bào)書》的意見，XX水庫大壩粘土心墻略欠高，其高程不滿足規(guī)范規(guī)定。XX水庫大壩施工時(shí)，清基不徹底，壩基及壩肩存在滲漏隱患，大壩壩基及岸坡的處理不滿足規(guī)定；心墻壓實(shí)度、防滲性能不滿足規(guī)范規(guī)定。壩體上、下游壩殼相對密度未到達(dá)規(guī)范規(guī)定；排水棱體質(zhì)量較差，反濾排水效果不好。3.1大壩加固設(shè)計(jì)4.1.1大壩心墻欠高處理大壩心墻高程不夠，可以由如下常見的工程措施處理：方案一，增長大壩的心墻高程，使其滿足規(guī)范規(guī)定；方案二，擴(kuò)建溢洪道，增長溢洪道的泄流能力。方案一，增長大壩的心墻高程，使其滿足規(guī)范規(guī)定：增長大壩的心墻高度就是需要對大壩壩頂進(jìn)行開挖，開挖至大壩原心墻部分，再把原心墻接高至規(guī)范所規(guī)定的高度，使其滿足防滲規(guī)定。這樣以來，需要對壩頂進(jìn)行開挖，開挖寬度為5m，平均深4m，把粘土心墻填筑到238.03m高程整平，然后再回填開挖土石料整平。方案二，擴(kuò)建溢洪道，增長溢洪道的泄流能力：擴(kuò)大溢洪道的泄流能力有2種方式，一是減少溢洪道底板高程，二是增大溢洪道的寬度。由于溢洪道底板下為巨大堅(jiān)硬的巖石塊體，開挖難度大，并且開挖底板會減少溢洪道的進(jìn)口高程，該措施不能選用。因此，要選擇增長溢洪道的寬度，左側(cè)為山體，巖石堅(jiān)硬塊大，不易開挖，并且右側(cè)擋土墻構(gòu)造破損，砌石風(fēng)化嚴(yán)重，多處開裂，本就需要拆除重建，開挖難度也小。綜上考慮2種方案，考慮到工程量大小，工程難度，工程經(jīng)費(fèi)問題，二方案更易施工，工程量更小，花費(fèi)更省，但由于大壩心墻僅為234m，欠高太多，比設(shè)計(jì)洪水位還低，因此方案選擇兼顧2種方案，即溢洪道開挖一部分，大壩心墻加高一部分，處理大壩心墻欠高的問題。溢洪道進(jìn)口寬度加寬5m至45m，末端加寬2m至30m，經(jīng)調(diào)洪演算得知，加寬后設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水都下降，采專心墻接高與防浪墻連接形成防滲，處理工程量小，擬采用機(jī)械開挖，開挖寬度2.5m，平均深3.4m，再將粘土心墻加高至237.55m整平，上鋪15cm碎石墊層及20cm泥結(jié)石路面。壩頂上游設(shè)置混凝土防浪墻，墻厚0.3m，墻頂高程為壩頂設(shè)計(jì)高程238.5m。4.1.2上下游壩坡整改花瓶溝大壩上游壩坡為干砌石護(hù)坡，坡比分為3級，自上而下為1:1.5、1:2.5和1:2.75，坡比轉(zhuǎn)折處高程分別為233.9m和218m，在218m高程處設(shè)2m寬的平臺；下游壩坡為草皮護(hù)坡，坡比分為4級，坡比自上而下為1:1.5、1:2.0、1:2.25、1:1.0（排水棱體），坡比轉(zhuǎn)折處高程分別為233.9m、224.6m和213.7m，分別在224.6m和213.7m高程處設(shè)有2m寬的平臺，213.7m高程平臺下為排水棱體。上游護(hù)坡仍選本來的干砌石護(hù)坡，厚度為30cm。由于加高心墻需要開挖壩頂及部分上游壩坡，且壩頂要前移，故上游壩坡需要進(jìn)行培坡，自下而上為1：2.75、1：2.2和1：2.0，坡比轉(zhuǎn)折處高程分為218m和228m，在218m和228m高程處設(shè)2m寬的馬道；由于大壩加高，原壩頂寬度由5m變?yōu)?m，壩頂前移，下游壩坡部分就要進(jìn)行削坡，部分進(jìn)行培坡，下游壩坡仍采用草皮護(hù)坡，下游壩坡坡比自上而下為1：2.0、1：2.2和1：1.5（排水棱體），坡比轉(zhuǎn)折處高程分別為224.6m和213.7m，并在分別在246.5m轉(zhuǎn)折處設(shè)2m寬的馬道，在213.7m處設(shè)2.5寬的馬道。下游馬道設(shè)有30cm寬，25cm深的縱向排水溝，新建25cm寬，25cm深的橫向排水溝。詳細(xì)構(gòu)造參見附圖。在排水棱體下的壩腳設(shè)梯形集水溝，底寬20cm，高30cm，坡比為1：0.5。4.1.3壩體、壩基和壩肩防滲加固處理根據(jù)《湖北省XX水庫大壩安全鑒定匯報(bào)書》，大壩心墻填筑土料重要為粉質(zhì)粘土，心墻粘土滲透系數(shù)K平均值為cm/s，具中等透水性。根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274-），防滲心墻滲透系數(shù)應(yīng)滿足不不小于1×10-5cm/s規(guī)定。XX水庫大壩施進(jìn)行工時(shí)，清基不徹底，壩基及壩肩存在滲漏隱患。根據(jù)本次洪水復(fù)核，50年一遇設(shè)計(jì)洪水位為235.67m，5一遇校核洪水位為237.55m，現(xiàn)實(shí)狀況心墻頂部高程234m。因此，既有防滲心墻頂部高程不滿足現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定，新田水庫既有防洪能力不滿足規(guī)范規(guī)定，心墻加高到237.55m。根據(jù)勘察理解,大壩壩基右側(cè)樁號0+060-0+087m、左側(cè)樁號0+000—0+035m為②-1強(qiáng)風(fēng)化白云石英片巖，節(jié)理裂隙較發(fā)育，其透水率為20.6—35.1Lu，為中等透水性，當(dāng)水庫水位上漲時(shí)，存在向下游滲漏問題，直接影響到水庫的正常蓄水。壩體填土（心墻）（Qml）：黃褐色、棕褐色，稍濕，成分以粉質(zhì)粘土為主，可-硬塑狀，局部夾粉土，含3-5%左右的強(qiáng)風(fēng)化片巖碎石及角礫，碎石粒徑2-5cm，角礫粒徑3-10mm，棱角狀。局部可見腐植物。大壩心墻滲透系數(shù)區(qū)間值為5.75×10-5cm/s—6.98×10-4cm/s，平均滲透系數(shù)為3.07×10-4cm/s，屬中等透水性。反應(yīng)出土體滲透性較強(qiáng)。壩體填土(粘土心墻)其成分除粉質(zhì)粘土外，夾大量粉土，粉土壓實(shí)困難，滲透性較強(qiáng)，根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》SL274-，表明壩體心墻填土材料不能滿足規(guī)定。壩體心墻填筑土與壩基接觸部位及大壩兩側(cè)壩肩附近滲透性較大，其他部位滲透性較弱；根據(jù)土工試驗(yàn)匯報(bào)，K1孔23.0m附近、K2孔16.0m及26.0-30.0m附近、K4孔11.0m附近壩體心墻填土材料為粉土，滲透系數(shù)較大，抗?jié)B性較差。根據(jù)壩基存在的工程地責(zé)問題，壩基除險(xiǎn)加固方案可采用鉆孔壓漿措施對②-1強(qiáng)風(fēng)化白云石英片巖進(jìn)行防滲充填處理，以減少壩基的滲透性。（1）壩體防滲方案比選方案一：在壩體內(nèi)設(shè)混凝土心墻。即采用液壓抓斗成槽，澆筑0.50厚的混凝土防滲墻。方案二：對心墻進(jìn)行粘土灌漿。即對心墻采用劈裂灌漿，在灌漿壓力作用下使粘土顆粒滲透到土體的空隙內(nèi)，密實(shí)心墻，提高抗?jié)B性能。灌漿孔設(shè)1排，孔距2m。從技術(shù)角度看，兩個方案都是常用的防滲加固處理技術(shù)，所不一樣的是施工難易程度、加固和形成防滲墻的可靠程度及造價(jià)的高下?；炷练罎B墻防滲方案造價(jià)高，而劈裂灌漿方案造價(jià)低，灌漿材料和心墻材料屬同一種介質(zhì)，相容性很好，灌漿后可提高壩體的防滲能力，技術(shù)已經(jīng)成熟。經(jīng)比較，本次設(shè)計(jì)推薦粘土灌漿方案作為大壩壩體防滲方案。（2）壩基壩肩帷幕灌漿根據(jù)地質(zhì)資料，壩基兩側(cè)壩肩清基不徹底，局部地段基巖為強(qiáng)風(fēng)化白云石英片巖，節(jié)理裂隙較發(fā)育，基巖透水性較強(qiáng)，其透水率為20.6—35.1Lu，存在壩基滲漏問題。為了阻斷壩基巖內(nèi)裂隙滲流，根據(jù)地質(zhì)剖面圖，初擬對壩基進(jìn)行帷幕灌漿，灌漿范圍為沿壩軸線對大壩壩基右側(cè)樁號0+060-0+087m、左側(cè)樁號0+000—0+035m進(jìn)行灌漿。帷幕灌漿深度：根據(jù)地質(zhì)剖面確定。3.2大壩設(shè)計(jì)計(jì)算（附結(jié)論）3.2.1壩體壩基滲流計(jì)算1計(jì)算目的通過計(jì)算理解壩體壩基滲流狀況，估算滲流量，確定浸潤線位置，為壩基防滲處理和壩體排水設(shè)施設(shè)計(jì)提供根據(jù)。2計(jì)算工況計(jì)算工況分別為：根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274－），土壩滲流計(jì)算應(yīng)考慮下列水位組合狀況：①正常運(yùn)用狀況正常蓄水位231.60m，對應(yīng)下游水位207.70m；設(shè)計(jì)洪水位235.67m，對應(yīng)下游水位207.70m；②非常運(yùn)用狀況校核洪水位237.55m,對應(yīng)下游水位207.70m；水位降落期——考慮水庫遭遇校核洪水,2天由校核洪水位237.55m降至正常蓄水位231.60m，下游水位保持不變，為207.70m。設(shè)計(jì)水位降落過程見表3.1。表3.1非穩(wěn)定滲流期設(shè)計(jì)水位降落過程庫水位（m）水位變化（m）時(shí)間（天）合計(jì)時(shí)間（天）237.550.000.000.00231.60-5.952.002.003計(jì)算參數(shù)及計(jì)算措施采用有限元措施對大壩最大壩高斷面的滲流場進(jìn)行計(jì)算并分析。滲流計(jì)算模型見圖3-1和5-2。圖3-1大壩滲流計(jì)算模型圖（加固前）圖3-2大壩滲流計(jì)算模型圖（加固后）其中，1區(qū)為粘土心墻，2區(qū)為壩殼，3區(qū)為排水體，4區(qū)為壩基強(qiáng)分化巖石，5區(qū)為壩基中分化巖石，6區(qū)為防滲帷幕，7區(qū)為壩頂公路及防浪墻。。滲透系數(shù)及容許滲透坡降均根據(jù)地質(zhì)勘探所提供的資料取值，各部分材料的材料滲透系數(shù)見表3.2。表3.2花瓶溝大壩滲透系數(shù)部位土層編號土層名稱滲透系數(shù)備注壩體1粘土心墻1.0×10－52壩殼7.04×10-33排水體1.0×10-27壩頂公路及防浪墻1.0×10-6壩基4強(qiáng)風(fēng)化巖石2.4×10-45中風(fēng)化巖石5.5×10－56防滲帷幕1.0×10－74計(jì)算成果及結(jié)論大壩加固前、后滲流計(jì)算成果見表3.3、表3.4。表3.3大壩滲流計(jì)算成果表(加固前)計(jì)算工況計(jì)算組次上游水位（m）下游水位（m）心墻最大滲透坡降代料最大滲透坡降計(jì)算單寬流量m3/d.m正常運(yùn)用1正常蓄水位231.60207.700.410.220.8852設(shè)計(jì)洪水位235.67207.700.420.271.071非常運(yùn)用3校核洪水位237.55(水位超過壩頂，不計(jì)算)207.70///4非穩(wěn)定滲流(水位超過壩頂，不計(jì)算)207.70///表3.4大壩滲流計(jì)算成果表(加固后)計(jì)算工況計(jì)算組次上游水位（m）下游水位（m）心墻最大滲透坡降代料最大滲透坡降計(jì)算單寬流量m3/d.m正常運(yùn)用5正常蓄水位231.60207.700.290.110．3176設(shè)計(jì)洪水位235.67207.700.340.120．323非常運(yùn)用7校核洪水位237.55207.700.360.140．3728非穩(wěn)定滲流237.55~231.60（第2.00天）207.700.350.100.084對應(yīng)計(jì)算成果見圖3－3～3－4，3－5～3－7。圖3-3加固前大壩滲流浸潤線及等勢線示意圖（水位：正常蓄水位231.60m）圖3-4加固前大壩滲流浸潤線及等勢線示意圖（水位：設(shè)計(jì)洪水位235.67m）圖3-5加固后大壩滲流浸潤線及等勢線示意圖（水位：231.60m）圖3-6加固后大壩滲流浸潤線及等勢線示意圖（水位：正常蓄水位235.67m）圖3-7加固后大壩滲流浸潤線及等勢線示意圖（水位：校核洪水位237.55m）圖3-8加固后大壩滲流浸潤線及等勢線示意圖（水位：237.55～231.60m）根據(jù)以上計(jì)算成果可知，加固后壩體內(nèi)浸溶線明顯減少,滲漏量也明顯減少，粘土心墻及覆蓋層的滲透比降也均在容許范圍內(nèi)。3.2.2.壩破穩(wěn)定計(jì)算1計(jì)算剖面壩坡穩(wěn)定計(jì)算剖面與滲流計(jì)算剖面相似，加固前后計(jì)算剖面見圖5－2、圖5－3。2計(jì)算參數(shù)根據(jù)地質(zhì)勘探成果，各個材料區(qū)材料穩(wěn)定性參數(shù)見表3.5表3.5大壩穩(wěn)定計(jì)算材料參數(shù)表部位土層編號土層名稱容重γ（KN/m3）粘聚力c(kPa)內(nèi)摩擦角（°）備注壩體1粘土心墻19.618.4/17.619.7/17.42壩殼20.25.2/3.825.9/253排水體230357壩頂公路及防浪墻24100060壩基4強(qiáng)風(fēng)化巖石23.829415中風(fēng)化巖石24.831446防滲帷幕251000603計(jì)算工況根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274－），土壩壩坡穩(wěn)定計(jì)算除應(yīng)考慮滲流計(jì)算中4種水位組合狀況外，還需考慮上游壩坡最不利水位狀況（上游水深為壩高1/3）的狀況，重要包括：①正常運(yùn)用狀況正常蓄水位231.60m，對應(yīng)下游水位207.70m；設(shè)計(jì)洪水位235.67m，對應(yīng)下游水位207.70m；1/3壩高水位217.60m，對應(yīng)下游水位207.70m；②非常運(yùn)用狀況校核洪水位237.55m,對應(yīng)下游水位207.70m；水位降落期——考慮水庫遭遇校核洪水,2天由校核洪水位237.55m降至正常蓄水位231.60m，下游水位保持不變，為207.70m。4計(jì)算成果大壩加固前、后壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果見表3.6、表3.7表3.6大壩壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果表(加固前)名稱工況上游水位(m)下游水位（m）分析對象計(jì)算值規(guī)范容許值備注上游壩坡下游壩坡主壩正常運(yùn)用正常蓄水位231.60207.701.4351.1071.25計(jì)算采用簡化畢肖普法設(shè)計(jì)洪水位235.67207.701.6111.0031/3壩高水位217.60207.701.294/非常運(yùn)用Ⅰ校核洪水位237.55207.70//1.15非穩(wěn)定滲流237.55~231.60（第2.00天）237.55~231.60207.70//表3.7大壩壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果表(加固后)名稱工況上游水位(m)下游水位（m）分析對象計(jì)算值規(guī)范容許值備注上游壩坡下游壩坡主壩正常運(yùn)用正常蓄水位231.60207.701.2981.3941.25計(jì)算采用簡化畢肖普法設(shè)計(jì)洪水位235.67207.701.5101.3931/3壩高水位217.60207.701.267/非常運(yùn)用Ⅰ校核洪水位237.55207.701.5541.3881.15非穩(wěn)定滲流237.55~231.60（第2.00天）237.55~231.60207.701.255/對應(yīng)計(jì)算成果見圖3-9～5－11、3－12～3－16。圖3-9加固前大壩壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果圖（水位：231.60m）圖3-10加固前大壩壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果圖（水位：235.67m）圖3-11加固前大壩壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果圖（水位：217.60m）圖3-12加固后大壩壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果圖（水位：231.60m）圖3-13加固后大壩壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果圖（水位：235.67m）圖3-14加固后大壩上游壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果圖（水位：217.60m）圖3-15加固后大壩上游壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果圖（水位：237.55～231.60m）圖3-16加固后大壩壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果圖（水位：237.55m）5計(jì)算成果分析根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274-）的規(guī)定，對于4級壩，采用簡化畢肖普法進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算時(shí)，正常運(yùn)用條件下，壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)應(yīng)不不不小于1.25；非常運(yùn)用條件Ⅰ下(水位驟降及校核洪水位等)，壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)應(yīng)不不不小于1.15。計(jì)算表明，加固處理后上下游壩坡穩(wěn)定滿足規(guī)范規(guī)定。第二節(jié)溢洪道加固設(shè)計(jì)3.2.1溢洪道現(xiàn)實(shí)狀況溢洪道位于大壩右端，控制段為開敞式寬頂堰，堰頂高程231.6m，堰頂溢流寬40m，最大泄量960m3/s。溢洪道控制段底板為槳砌石混凝土構(gòu)造，底部槳砌石厚0.4m，表面0.1m厚混凝土抹面。泄水槽過流斷面為矩形，過流寬度由進(jìn)口39.5m漸變到出口28m，縱坡為0.2，底部為0.35m鋼筋混凝土構(gòu)造。溢洪道右側(cè)邊坡較陡、無襯砌防護(hù)，左側(cè)為漿砌塊石擋墻，頂寬0.8m，高4.0～2.0m，溢洪道無消能、防沖設(shè)施，下泄水流直沖原河道。溢洪道場區(qū)地層構(gòu)造簡樸，根據(jù)井探揭發(fā)及現(xiàn)場觀測，兩岸坡及渠底為上元古界震旦系下統(tǒng)耀嶺河群（Pt3yl）強(qiáng)風(fēng)化白云石英片巖層，節(jié)理裂隙發(fā)育，透水性較強(qiáng)，透水率推薦12.2Lu，屬中等透水，根據(jù)水庫管理人員反應(yīng)，當(dāng)庫水位到達(dá)一定高程（231.0m）時(shí)，溢洪道與壩體接觸部位就會滲漏。溢洪道構(gòu)筑物規(guī)定地基承載力較低，地基承載力均能滿足溢洪道建筑物的規(guī)定。溢洪道尾水渠堵塞：溢洪道右岸為巖石邊坡，左岸部分地段為漿砌塊石擋墻，厚度為0.80m，泄水槽底部未襯砌，防沖刷能力較弱，兩岸地表覆蓋少許粉質(zhì)粘土，土層受雨水沖刷或局部岸坡的坍塌，沖積物堵塞了溢洪道尾水渠，導(dǎo)致過水?dāng)嗝嫫?，不利于泄洪，威脅大壩安全。溢洪道邊坡、渠底構(gòu)造需加固：溢洪道兩岸當(dāng)時(shí)由人工開挖而成，兩岸及渠底為強(qiáng)風(fēng)化白云石英片巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎。溢洪道缺消能、防沖設(shè)施：溢洪道長度較長，坡度變化較大，溢洪道迭壩如下受泄洪沖擊，形成多級臺坎，坡度陡，落差大。溢洪道自建成運(yùn)行至今，歷經(jīng)近30余年的運(yùn)行，限于當(dāng)年的建設(shè)條件，加上長期運(yùn)行的損毀及資金嚴(yán)重局限性，溢洪道存在大量的裂縫、破損和消能設(shè)施不完善等質(zhì)量問題，根據(jù)大壩安全評價(jià)結(jié)論，溢洪道底板及邊墻的構(gòu)造穩(wěn)定基本滿足規(guī)定。根據(jù)《XX水庫溢洪道構(gòu)造安全評價(jià)匯報(bào)》：溢洪道左岸側(cè)擋土墻實(shí)測進(jìn)口高程為231.60m，遠(yuǎn)低于本次洪水復(fù)核的設(shè)計(jì)洪水位235.67m及校核洪水位237.55m，陡槽擋土墻起始處高度為4.0m，距陡槽起點(diǎn)距離29m處高度2.0m，均不不小于陡槽內(nèi)對應(yīng)斷面的計(jì)算水深加上0.5的超高，陡槽邊墻高度不滿足規(guī)定。溢洪道為未完建工程，其安全性較差，按照《水庫大壩安全評價(jià)導(dǎo)則》（SL258—）中的規(guī)定，溢洪道構(gòu)造安全不合格。根據(jù)《水工混凝土構(gòu)造設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T5057—1996）中規(guī)定，溢洪道運(yùn)行環(huán)境條件為三類，鋼筋混凝土的強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C25，存在大量的裂縫、混凝土碳化、局部沖蝕破損或麻面，混凝土質(zhì)量較差。不滿足現(xiàn)行規(guī)范《水工混凝土構(gòu)造設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T5057-1996）的規(guī)定。鑒于溢洪道的現(xiàn)實(shí)狀況，難以滿足水庫的正常運(yùn)行，須對溢洪道進(jìn)行加固、完建及整改。3.2.2溢洪道加固設(shè)計(jì)（包括尺寸確定及構(gòu)造布置）1.溢洪道位置的選擇綜觀XX水庫周圍地形，再綜合考慮工程成本和施工量，且原溢洪道工程已基本完畢，因此，XX水庫溢洪道位置仍選擇在原溢洪道位置。2.溢洪道加固設(shè)計(jì)由于溢洪道工程已基本完畢，歷經(jīng)近30余年的運(yùn)行，限于當(dāng)年的建設(shè)條件，加上長期運(yùn)行的損毀及資金嚴(yán)重局限性，溢洪道存在大量的裂縫、破損和不完善等質(zhì)量問題，因此，本次設(shè)計(jì)重要是對破損較為嚴(yán)重的進(jìn)口控制段進(jìn)行拆除重建，陡槽段及右岸沿巖石邊墻進(jìn)行加固，左岸漿砌塊石擋墻進(jìn)行拆除并向左開挖一定距離擴(kuò)大原溢洪道之后再重建左岸擋墻，溢洪道陡槽末端興建挑流鼻坎。（1）進(jìn)口控制段設(shè)計(jì)：由于溢洪道進(jìn)口段沒進(jìn)行過任何襯砌，溢洪道底板為槳砌石混凝土構(gòu)造，施工質(zhì)量極差，且在雨水的長期沖刷下，遍及裂縫，遍生雜草，因此，本次加固設(shè)計(jì)擬對溢洪道進(jìn)口段進(jìn)行混凝土襯砌防護(hù)，即在控制段此前5m的草地用混凝土進(jìn)行襯砌，起點(diǎn)進(jìn)口寬52m，到控制段寬45m，厚30cm；底板為槳砌石混凝土構(gòu)造，底部槳砌石厚0.4m，表面0.1m厚混凝土抹面，底板質(zhì)量極差，遍及裂縫，遍生雜草，本次設(shè)計(jì)中底板采用0.2m厚混凝土鋪蓋抹平，混凝土強(qiáng)度等級C25?？刂贫尾捎眠M(jìn)口開敞式寬頂堰構(gòu)造，混凝土構(gòu)造，強(qiáng)度等級C25，寬頂堰底板厚度50cm，長8m，溢流堰總寬46.2m，凈寬45m.。控制段向左開挖5.8m。（2）溢洪道邊墻設(shè)計(jì)：右岸山坡未襯砌，極不平整；故此在右側(cè)山坡新做混凝土擋墻，并在右側(cè)山體234.6m如下的地方用直徑20mm的鋼筋，以100mm的間距把右側(cè)新混凝土擋墻與右側(cè)山體進(jìn)行錨固連接；在234.6m以上236.5m如下右擋墻與山體空隙的地方需回填石渣（細(xì)部圖參照溢洪道控制段A-A剖面圖），頂寬0.4m,擋墻邊坡為1：0.3。左岸側(cè)為漿砌塊石擋墻，擋土墻破損，砌石風(fēng)化嚴(yán)重，多處開裂，局部垮塌，變形嚴(yán)重，原縱坡為0.1，頂寬0.8m，高4.0～2.0m，本次設(shè)計(jì)拆除左岸側(cè)漿砌石擋墻并向左開挖5.8～2.8m，做高6.4～4m重力式擋土墻。，左側(cè)擋墻頂寬0.4m,擋墻邊坡為1：0.4，擋墻邊坡從底部（高程231.1m）處回填石渣至236..5m。（3）溢洪道尾段消能設(shè)施修建：本工程溢洪道末端為一陡坎，垂直落差有近20米，陡坎下為堅(jiān)硬巖石形成的一小水潭，非常的耐沖刷，故本設(shè)計(jì)中采用挑流消能的方式。在泄槽尾端接挑流鼻坎，挑射角為3.7°，段長5.0m，混凝土構(gòu)造，最大挑射距離為，泄洪水流直接挑入下游巖石水潭中。3.2.3水利計(jì)算（泄洪能力、水面線及消能防沖計(jì)算）1、溢洪道的泄流能力溢流保持原無底坎寬頂堰型不變，堰頂高程為231.60m，堰凈寬45m。泄流能力按式3.1計(jì)算：式3.1式中Q——流量，；B——總凈寬，45m；——計(jì)入流速水頭的堰上水頭，m；——流量系數(shù)，非定值，與相對堰高及堰頭型式有關(guān)，底坎進(jìn)口邊角為直角，可按別列津斯基公式計(jì)算：，這里經(jīng)計(jì)算可以得到=0.33；——側(cè)收縮系數(shù)，這里取1.0；各設(shè)計(jì)原則下的最大泄量見表3.8。項(xiàng)目水庫水位(m)堰頂水頭（m）下泄流量（）溢洪道洪水原則P=0.33%（校核）237.555.95965.4P=3.33%(設(shè)計(jì))235.674.07550消能防沖洪水原則P=5%(設(shè)計(jì))233.972.37245.9P=0.33%（校核）235.674.075502、溢洪道泄槽水面線推算溢洪道控制段的底部高程為231.6m，控制段新岸墻高程增長至238.05m,高于水庫的校核洪水位238.03m，滿足規(guī)范規(guī)定。通過溢洪道的流量與庫水位的關(guān)系采用寬頂堰堰流公式計(jì)算成果。泄槽中的水流流態(tài)為急流，臨界水深的計(jì)算采用下面公式3.2計(jì)算：式3.2式中q——是單寬流量，，；——臨界水深，m；取近似值為1.0泄槽水面線計(jì)算：取校核洪水狀況和設(shè)計(jì)洪水狀況為驗(yàn)算條件，按明渠恒定非均勻漸變流推算溢洪道水面線。當(dāng)泄槽上游接寬頂堰時(shí)，泄槽水面線起始計(jì)算斷面水深取泄槽首端斷面計(jì)算的臨界水深。根據(jù)《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范（SL253-）》，泄槽水面線可用能量方程和分段求和法求得：式3.3

式3.4式中：——分段長度，m；、——分段始、末斷面水深，m；、——分段始、末斷面平均流速，m/s；、——流速分布不均勻系數(shù)，取1.05；——泄槽底坡角度，（°）；——泄槽底坡，=tg=0.1；——分段內(nèi)平均摩阻坡降；——泄槽槽身糙率系數(shù)，對于混凝土護(hù)面取0.015；——分段平均流速，，m；——分段平均水力半徑，，m。根據(jù)《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范（SL253-）》，波動及摻氣后水深可按下式估算。式3.5

式中：——不計(jì)入波動及摻氣的水深，m。——計(jì)入波動及摻氣的水深，m?！挥?jì)入波動及摻氣的計(jì)算斷面上的平均流速，。——修正系數(shù)，一般為1.0～1.4s/m，視流速和斷面收縮狀況而定。此處計(jì)算取1.0s/m。水面線計(jì)算成果如下：設(shè)計(jì)洪水工況：設(shè)計(jì)洪水位235.67m，流量：550m3/s泄槽水面線起始斷面水深：＝2.52m，計(jì)入摻氣及波動的水深，h＝2.64m。校核洪水工況：校核洪水位237.55m，流量：965.4m3/s泄槽水面線起始斷面水深：＝3.67m，計(jì)入摻氣及波動的水深，h＝3.88m。泄槽邊墻高度根據(jù)計(jì)入波動及摻氣后的水面線，在加上安全超高，計(jì)算成果見表3.9。工況樁號斷面距泄槽起點(diǎn)距離m斷面底寬m斷面流速m/s未摻氣水深m摻氣后水深mζ=1所需邊墻高（豎直方向）m設(shè)計(jì)洪水位0+0050454.852.522.643.640+0138455.172.362.493.490+02015426.951.892.023.020+03429368.651.771.922.920+04843309.821.872.053.05校核洪水位0+0050455.853.673.884.380+0138456.163.493.704.200+02015427.772.963.193.690+03429369.312.883.153.650+048433010.343.113.433.93注：校核工況安全超高取0.5m，設(shè)