- 2022-04-24 发布 |
- 37.5 KB |
- 153页
申明敬告： 本站不保证该用户上传的文档完整性，不预览、不比对内容而直接下载产生的反悔问题本站不予受理。
文档介绍
来杭坑水库除险加固工程设计报告
某某县来杭坑水库除险加固工程初步设计报告（报批稿）某某县水利水电勘察设计室赣设证丙级146018-sb二O0九年四月2n某某县来杭坑水库除险加固工程初步设计报告（报批稿）批准：核定：项目负责：编写人员：某某县水利水电勘察设计室江设证丙级146018-sb二O0九年四月143n目录1综合说明11.1绪言11.1.1工程概况11.1.2安全鉴定结论11.2水文气象31.2.1流域概况与气象31.2.2水文资料情况31.2.3设计洪水采用成果31.2.4来杭坑水库水雨情测站规划41.3工程地质41.4工程任务和规模51.4.1工程现状51.4.2工程管理状况61.4.3工程存在的主要问题61.4.4工程除险加固的必要性71.4.5工程除险加固的任务81.4.6洪水调节81.5建筑物除险加固设计91.5.1大坝加固设计91.5.2溢洪道加固设计101.5.3坝下涵管除险加固101.5.5修建上坝公路101.6金属结构及启闭设备111.7施工组织设计111.7.1交通及施工条件111.7.2施工导流和渡汛111.7.3施工总布置121.7.4施工总进度131.8工程永久占地131.9环境保护设计131.9.1设计的目的和依据131.9.2环境保护设计141.9.3水土保持设计141.9.4环境管理与监测141.9.5环保投资概算141.10工程管理141.10.1管理机构141.10.2管理范围与保护范围141.10.3管理设施151.10.4施工期工程管理151.11工程设计概算161.11.1投资主要指标161.11.2编制依据161.11.3人工预算价格计算依据16143n1.11.4主要材料单价计算依据161.11.5费用计算标准及依据161.12经济评价171.12.1国民经济评价171.12.2结论182水文212.1流域概况及气象特征212.2水文资料情况212.3降雨量的统计与分析222.4设计洪水222.4.1流域参数复核232.4.2设计暴雨采用成果的分析选定232.4.2设计洪水线的推求242.4.3计算成果合理性分析272.5施工期洪水坝址设计洪水282.5.1施工期最高库水位282.5.2施工期径流及洪水282.5.3施工期最高库水位292.6水文测验站及水情测报系统293工程地质与工程质量313.1工程地质313.1.1库区地质概况313.1.2坝区工程地质323.1.3溢洪道工程地质333.1.4新建输水涵管方案工程地质343.1.5上坝公路工程地质条件及评价343.1.6天然建筑材料343.2工程质量353.2.1大坝353.2.2溢洪道363.2.3坝下输水涵管364工程任务及规模384.1工程除险加固的必要性384.2洪水标准394.2.1原设计洪水标准394.2.2现行洪水标准394.3洪水调节404.3.1基本资料404.3.2洪水调度方式414.3.3洪水调节成果414.4施工期设计最高库水位424.4.1起蓄或起调水位的分析确定424.4.2输水建筑物施工期设计最高库水位42143n4.5工程规模434.5.1工程等别和洪水标准435建筑物除险加固设计465.1设计依据465.1.1工程等别、建筑物级别与洪水标准465.1.2采用的技术规程和规范465.1.3主要参考文件、专题报告465.1.4设计基本资料475.2工程总体布置505.3大坝除险加固设计515.3.1大坝现状存在的主要问题515.3.2大坝现状安全复核515.3.3大坝防渗设计535.3.4大坝加固设计565.3.5左岸新筑坝体585.3.6大坝渗流分析与计算595.3.7大坝稳定计算615.5溢洪道加固设计715.5.1溢洪道概况715.5.2进水渠加固设计715.5.3宽顶堰加固设计725.5.4泄槽加固设计745.5.5消能防冲设计775.5.6出水渠加固设计795.6输水涵管加固设计795.6.1基本概况795.6.2存在的问题地质条件795.6.3地质条件795.6.4原输水涵管的过流能力复核795.6.5原结构安全复核计算805.6.6加固设计方案确定及布置835.6.7平涵管段设计845.6.8出口段设计895.7防汛公路完善设计895.8安全监测设计895.8.1安全监测设施现状895.8.2监测目的及设计原则895.8.3大坝监测设施布置905.8.4巡视检查905.8.5安全监测工程量915.9除险加固工程量916金属结构及启闭设备946.1输水涵管闸门及启闭设备946.2金属结构防腐设计95143n7施工组织设计977.1施工条件977.1.1工程概况及工程量977.1.2水文、气象987.1.3对外交通及场内施工运输条件987.1.4水、电及通讯条件987.2施工导流和渡汛987.2.1导流标准987.2.2导流及渡汛方案987.2.3围堰设计997.2.4导流围堰施工997.3料场选择997.4主体工程施工1007.4.1土石方开挖1007.4.2土石方填筑1017.4.3混凝土工程施工1017.4.4砌体工程施工1027.4.5混凝土裂缝及缺陷处理1027.4.6金属结构安装1027.4.7坝下涵管封堵1027.4.8新建输水涵管1037.5施工总布置及施工交通运输1037.5.1布置原则1037.5.2施工总平面布置1037.6施工总进度1047.6.1设计依据及原则1047.6.2施工总工期及控制性总进度1047.7施工技术供应1048环境保护与水土保持1068.1设计的目的和依据1068.2环境保护目的和标准1068.3环境现状1078.3.1自然环境1078.3.2社会环境1078.4环境保护设计1088.4.1水质保护1088.4.2空气质量保护1098.4.3噪声防治1108.4.4施工期人群健康保护1108.5水土保持设计1128.5.1工程责任范围1128.5.2水土流失分区防治1128.5.3水土保持措施总体布局1128.5.4分区防治工程措施布局112143n8.5.5枢纽工程（大坝、溢洪道）区1128.5.6取土场防治区1138.5.7临时建筑及施工场地防治区1138.5.8弃土（石）场防治区1138.6环境监测1148.6.1监测目的与监测机构1148.6.2监测计划1148.7环保与水保投资概算1158.7.1环保投资1158.7.2水土保持投资1159工程管理1189.1管理机构1189.2管理范围与保护1189.3管理设施1199.3.1管理设施现状1199.3.2管理设施的完善与改建1199.4施工期工程管理1199.5工程建设招投标1209.5.1工程建设招标方案1209.5.2招标初步方案基本内容及要求12110工程设计概算12310.1编制说明12310.1.1工程概况12310.1.2投资主要指标12310.1.3编制原则和依据12410.2工程概算表12611经济评价14011.1概述14011.1.1工程概况14011.1.2项基本原则经济评价依据14011.2国民经济评价14011.2.1主要参数14011.2.2增量投资费用计算14011.2.3效益计算14111.2.4国民经济评价14211.2.5敏感性分析14211.3财务分析14311.3.1财务收入14311.3.2财务支出14311.4结论143附件：1、某某县来杭坑水库大坝安全鉴定报告书1452、某某县来杭坑水库除险加固工程初设图集145143n143n1综合说明1.1绪言1.1.1工程概况来杭坑水库位于某某县坑田镇塘下村委会大睦江村自然村北1.5km，距某某县城约6km，该工程坐落于赣江水系乌江支流睦江水上游，地埋位置为东径115°24′53″，北纬27°21′54″，控制流域面积2.28km2，水库总库容145.8万m3(本次复核，下同)，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养殖等综合利用的小（1）型水库。水库正常蓄水位87.37m(黄海高下同)，设计洪水位88.07m，校核洪水位88.37m。该水库始建于1963年12月，1964年3月建成受益，后经1987年维修加固达现有规模。工程主要建筑物有大坝、溢洪道、启闭坚井及平涵等。设计灌溉面积2000亩，有效灌溉面积1800亩。水库地理位置重要，下游有坑田镇塘下和恩江镇花园村委会人口0.60万人，耕地0.50万亩，以及永丰至八都公路，水库一旦失事，将给下游人民生命财产和国家基础设施造成灾害性损失。1.1.2安全鉴定结论二0一0年本设计室对来杭坑水库枢纽工程进行了安全评价。作安全评价时，对枢纽工程进行了工程质量检测，查清了建筑物的病险隐患。二0一0年七月，市水务局主持了来杭坑水库安全鉴定会，并提出了《大坝安全鉴定报告书》，主要结论如下。1、水库按20年一遇洪水设计，100年一遇洪水校核，经复核，现状坝顶高程满足规范要求。但大坝左坝肩岸坡低矮，地面高程最低处仅87.43m，低于20年一遇设计洪水位88.07m,存有防洪缺口，泄洪水通过坝肩岸坡防洪缺口漫流冲刷坝坡，不满足规范防洪要求；现状溢洪道泄洪时，泄流水严重冲淘坝体、坝坡脚和下游农田，危害大坝安全，溢洪道泄洪性态不安全。2、据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）的界定，坝址区地震动峰值加速度小于0.05g，工属地震基本烈度小于6度区，可不进行抗震安全复核。3、坝址区未见较大的不良物理地质现象，近坝库岸基本稳定。143n4、大坝坝顶凹凸不平、上游坡高程86.50m以下采用乱石护坡，无垫层，存在塌陷、翻动、缺失、架空现象，块石风化、块径较小，正常蓄水位经上杂草灌木丛生；下游坝坡未护坡，坡面不平整，存在梯状跌坎；无坝面排水系统，干雨淋冲沟发育。大坝蚁害严重。5、大坝清基不彻底，坝基残积坡层与下伏强风化花岗岩，均具中等透水性，河床段坝基存在渗漏问题，两坝肩岸坡存在渗漏问题；大坝填土为含砾、含低液限粘土，填筑质量差，碾压不密实。试验成果表明，渗透系数为7.98×10-4cm/s，不满足规范对均质土坝防渗性能的要求。6、渗流计算表明，各计算工况下，浸润线均在贴坡式排水体顶以上出逸，出逸坡降大于坝坡允许出逸坡降，且渗流出口无保护，大坝渗流性态不安全。7、坝基承载力满足上部荷载要求，经复核，上游坝坡在各计算工况下抗滑稳定最小安全系数均满足规范要求；下游坝坡各计算工况下抗滑稳定最小安全系数不满足规范要求。8、2010年1月，因维修坝下涵管闸门降低库水位，将溢洪道控制段实用堰和泄槽段挖深5m。事故处理后，控制段部位设计有混凝土截渗墙，墙底厚约2.0m，墙顶厚约0.5m，墙高约3.5m，截渗墙上部采用袋装土堆筑至高程85.87m；泄槽段回填并采用袋装土护底，两侧边墙均破损坍塌，无消能防冲设施，无出水渠，泄洪水冲淘坝体、坝坡脚和下游农田，危害大坝安全。9、输水涵管为水泥砂浆胶结预制钢筋混凝土圆涵，管节间胶结水泥砂浆老化脱落、形成渗漏通道，管身混凝土老化剥蚀，多处露筋、孔洞，涵管漏水严重，涵管与坝体间存在接触冲刷问题，曾导致背水坡跌窝。竖井混凝土老化剥蚀，井壁见有数条环形裂缝，未设置检修闸门。10、启闭机锈蚀、启闭螺杆弯曲变形，操作不灵便。木闸门腐烂，止水橡皮老化脱落，漏水严重；启闭机房年久失修，墙体开裂。11、水质分析成果表明，库水、地下水均对砼无腐蚀。12、进库道路路况差，无上坝公路，无安全监测和水、雨情观测设施，无通讯管理设施等，不满足水库日常管理与防汛抢险要求。综上所述，根据“水库大坝安全鉴定办法”第六条大坝安全状况分类标准，来杭坑水库大坝属三类坝。143n1.2水文气象1.2.1流域概况与气象来杭坑水库坝址坐落在赣江水系乌江支流睦江水上游，是一座以灌溉为主、兼有防洪、养鱼等综合效益的小(1)型水库。坝址以上控制流域面积2.0km2，河长2.616km，河道加权平均坡降26.7‰。本流域属低山丘陵区，水库坝址上游植被良好，属山区性河流，河道坡降较大，坝址以下河流属低丘、平原性河流，河道坡降平稳。流域属亚热带湿润季风气候区，气候温和，无霜期较长，多年平均气温16.5℃，雨水充沛，多年平均降雨量为1630mm，多年平均蒸发量为1050mm，多年平均径流深950mm。降雨年内分配不均，4～6月降雨量占年降雨的49%，10～次年2月降水量约占全年的17%左右，洪水主要由暴雨形成。多年平均气温18℃，极端最高气温40.1℃，最低气温零下4.7℃，发生在1月。多年平均相对湿度82%，多年平均最大风速15.8m/s，多年平均风速3.1m/s，年平均水温20.0℃。1.2.2水文资料情况本流域内没有水文站和雨量站，水库水位、雨量也没有进行观测。乌江干流上游在50年代后期设有寨头水文站，流域附近设立了恩江雨量站。本次初设分析了恩江雨量站雨量资料，并与《暴雨洪水查算手册》计算值进行对比分析，从水库安全考虑，最终采用《手册》查算暴雨成果。分期洪水采用邻近流域寨头水文站资料进行分析计算。1.2.3设计洪水采用成果由于水库控制的流域面积较小，故采用《手册》推荐的推理公式法推求的设计洪水，表1-1为本次设计采用的成果。表1-1设计洪水洪峰流量成果表频率p=0.2%p=0.33%p=2%p=1%p=5%洪峰(m³/s)48.445.132.137.025.6分期洪水采用邻近的寨头水文站（F=230km2）实测资料进行水文分析计算。分期洪水成果见表1-2。表1-2分期洪水成果表143n时段1234567891011流量(m³/s)0.350.410.640.881.161.501.842.051.821.691.59时段12131415161718192021 流量(m³/s)1.431.301.070.880.790.610.530.460.340.25 1.2.4来杭坑水库水雨情测站规划水库流域布设水位雨量站1个，位于大坝左端，控制面积2.0km2，配设雨量观测设施1套，水位仪1台。1.3工程地质(1)库区工程地质库周山体较雄厚，地下分水岭高于水库正常蓄水位，库区未见大的构造破碎带通向库外，库水无向邻谷产生渗漏之通道。库周（岸）无深厚及松散易冲岩（土）层存在，水库固体迳流来源少，淤积现象不严重。库岸边坡大多较平缓，库区未发现大的崩塌、滑坡和库岸再造等剧烈物理地质现象，水库库岸基本稳定。(2)坝址区工程地质①坝址区出露地层简单，下第三系新余群上组（EXN2）地层，第四系全新统松散堆积层（Q4）。依地层时代由老至新分述如下：下第三系新余群上组（EXN2）地层，出露为紫红色中薄层砂岩、粉砂岩夹紫红色泥岩。岩体变形较小，节理裂隙不发育，多呈强风化出露，广布于库坝区两岸及河床基底。第四系残坡积层（el-dlQ4）：岩性主要为灰黄、褐黄、棕红色粉土质砂（砾）、含砂（砾）低液限粘土（粉土）组成，厚约0.5～2.0m，另星分布于两岸坡脚及沟谷一带。第四系冲积层（alQ4）：大体呈二元结构，总厚约0.5～4.0m。岩性上部为土灰、灰黄、淡黄色含砂（砾）低液限粘土（粉土），下部为粉土质砂（砾）及含细粒土砾（砂卵（砾）石），卵（砾）石含量达60%以上、呈次圆状，砾径一般2～8cm143n（大者达15～20cm），砂含量35%左右。分布于坝基上部及坝址上、下游河床上部。②溢洪道工程地质溢洪道位于距大坝右坝肩，坝肩出露第四系亚砂土及含砾、砂粘土，遇水局部跨塌，边坡稳定性较差。溢洪道底板及边墙岩土体抗冲能力差。溢洪道位于距大坝右坝端，坝肩出露第四系亚砂土及含砾、砂粘土，遇水局部跨塌，边坡稳定性较差。溢洪道底板座落在下覆基上，呈强～弱风化下第三系新余群上组（EXN2）地层，为紫红色中薄层砂岩、粉砂岩夹紫红色泥岩。岩层产状为N350E/SE∠10~200。岩体节理裂隙发育，完整性较差。边坡无衬护，边坡耐冲刷能力差，塌方严重，经常堵塞泄洪，应进行衬护。③输水涵管工程地质输水涵管座落在下第三系新余组红砂岩、紫红色泥岩上，岩体呈全强风化。基础允许承载力[R]=0.20～0.25Mpa，能满足涵管承载力要求。该输水涵管管节间胶结水泥砂浆老化脱落，形成渗漏通道，管身混凝土老化剥蚀，多处露筋，涵管漏水严重，曾导致背水坡跌窝；竖井混凝土老化剥蚀，井壁见有数条环形裂缝，未设置检修闸门；启闭机锈蚀、启闭螺杆弯曲变形，操作不灵便。木闸门腐烂，止水橡皮老化脱落，漏水严重；启闭机房年久失修，墙体开裂。建议对坝下输水涵管进行拆除重建。1.4工程任务和规模1.4.1工程现状(1)大坝大坝为均质土坝，坝顶高程89.08～89.61m（本次实测），坝顶长334m，坝顶宽3.1～4.5m，最大坝高13.74m，上游坡在86.50m高程以下为乱石护坡，坡比1:2.06～1:2.9；下游坡未护坡，在高程85.5m处设有一宽1.4～2.1m的马道，马道以上坡度为1:1.93，马道以下坡度为1:2.12，中间坝段设有95m长贴坡式排水体，排水体顶宽1.0～1.5m，顶高程82.00m，底高程约78.50m，排水体后为水库灌溉渠道。(2)溢洪道开敞式溢洪道位于距大坝右坝端，143n由进口段、控制段和泄槽段组成，全长约27m。控制段原为开敞式实用堰，堰顶高程87.37m。2010年1月因维修输水涵管闸门需降低库水位，将其实用堰、泄槽挖除，地基开挖深度约5m。事故处理后，控制段部位设置有混凝土截渗墙墙底厚约2.0m,墙顶厚约0.5m，墙高约3.5m，截渗墙上部采用袋装土堆筑至高程85.87m；泄槽段回填并采用袋装土护底，两侧边墙均已破损坍塌，无消能防冲设施和出水渠。(3)输水涵管输水涵管位于大坝左坝段,为预制钢筋砼圆形涵管，内径0.6m，管壁厚为0.08m，总长为66m，进口底高程为78.37m，出口高程为77.82m,由竖井控制放水。1.4.2工程管理状况来杭坑水库建成后，于1964年成立了“某某县坑田公社水库管理所”，隶属县坑田公社管理，1980年撤销坑田公社水库管理所，原管理人员按社办企业待遇退职回家，水库至今无专人管理。县水务局为加强水库管理制定了“水库大坝巡视检查制度”和“水库大坝养护维修制度”下发各地执行。汛期，严格按某某县防汛抗旱指挥部的指令进行渡汛。水库运行四十多年来，根据有记载的库水位资料（1982年～2009年），坝前水位超过正常高的年份有5年，最高库水位出现在1992年7月1日和1998年6月19日均为87.87m。1.4.3工程存在的主要问题来杭坑水库进行安全鉴定时，对枢纽建筑物进行了质量检测，本次水库除险加固设计时，又对大坝等建筑物做了补充质量检测工作。通过质量检测，发现枢纽建筑物存在下列问题：1、坝基清基不彻底，未开挖截水槽,老河床段及临近两侧坝基仍残留有第四系全新统冲积覆盖层。坝基、坝肩上部岩（土）体具中等透水性，坝基与坝肩岸坡存在渗漏问题，出现了大坝下游大面积的涸湿区域。坝体填土主要为含砾、含砂低液限粘土，夹杂有大量的库区冲积耕作土、残坡积土及风化料土，填筑质量较差。坝体土碾压不密实、干密度偏小，具中～高压缩性，压实度88%-92%，具中等透水性，压实度与渗透系数均不满足规范143n要求。坝顶宽窄不一，凹凸不平；上游坝坡不平整，上游坡高程86.50m以下为乱石护坡，无垫层，存在塌陷、翻动、缺失、架空现象，块石风化、块径较小；左右坝段未设置坝体排水设备，中间坝段贴坡排水体块石松动、架空，反滤料无级配，大部分已淤堵，缝隙内长满杂柴草。当库水位达85.37m以上时，大坝左坝段下游坡脚高程约81.00m及右坝坡近溢洪道边墙高程约84.00m处和老河床段下游坝脚高程约78.40m处有多处集中漏水点，渗漏量随库水位升高而增大。2、溢洪道进口控制段原为开敞式实用堰，2010年1月因维修输水涵管闸门需降低库水位，将其挖除，无衬砌，进水不畅,无消能防冲设施。下游无泄洪渠，泄洪时，洪水冲毁下游农田。3、输水涵管管节间胶结水泥砂浆老化脱落，形成渗漏通道，管身混凝土老化剥蚀，多处露筋，涵管漏水严重，曾导致背水坡跌窝。在闸门全闭时仍见水渗出。4、水库无水、雨情观测设施，无大坝安全监测设施，无通讯、管理设施；进库公路从溢洪道内通过，无上坝公路。根据水库大坝安全鉴定评价结论，来杭坑水库属三类坝，为病险水库，不能满足水库工程安全运行。依据《碾压土石坝设计规范》（SL274-2001）及水利部和省水利厅关于病险水库除险加固实施方案等规定，鉴于来杭坑水库存在诸多严重的问题，并且经鉴定为病险水库，必须进行除险加固处理。1.4.4工程除险加固的必要性(1)水库兴建至今，多次发生重大险情，水库主要建筑物大坝、灌溉涵管、溢洪道及泄水渠等目前存在较多较严重的安全隐患，且水库在安全运行和管理方面亦存在不少问题，已危及到水库的安全运行。水库下游有坑田镇芦下村委会0.20万人，耕地0.40万亩，永丰至李山公路，水库一旦失事，将给下游人民生命财产和国家基础设施造成灾害性损失。因此对水库进行除险加固是确保水库安全运行和社会发展的需要。(2)来杭坑水库是一座以灌溉为主，结合防洪与养殖等综合效益的小（1）型水库。大坝于1963年12月开始清基，1964年3月蓄水，工程投入运行47年，为当地农业生产的发展发挥了巨大作用。但由于水库运行机制不健全，管理混乱，水库兴建时的有关设计，施工及竣工资料严重缺失，通过寻找有关设计，施工人员回忆：当时为了抢143n时间、赶工期，工程未按有关技术规程规范要求进行施工，对坝基的处理非常简单，只对坝基和岸坡的柴草，树木清除后，便进行坝体填筑，筑坝土料质量差，夹带较多碎石，且土方填筑压实不够，存在比较严重的施工质量问题。为了确保大坝安全，多次对工程进行除险加固，对大坝进行了加高和坝坡修整；对溢洪道两侧边墙进行了加固处理。工程虽经多次除险加固，但由于资金有限，处理措施不到位，坝体仍然比较单薄，大坝渗流远超过规范要求，大坝仍存在许多安全隐患，溢洪道也未进行衬砌加固，致使水库长期带病运行。因此，为了发挥水库的效益，除险加固是必要的。1.4.5工程除险加固的任务根据水库大坝安全鉴定意见和工程存在的实际问题以及有关水库大坝除险加固设计规范规定，本次除险加固的主要任务如下：(1)对大坝加固培土达标，对大坝渗漏进行加固处理，对大坝迎水面进行护坡衬砌，增设坝后反滤、变形观测、浸润线及渗流观测设施。(2)对现有溢洪道进行加固处理，完善消能设施，开挖尾水渠并衬护。(3)对输水涵管进行拆除重建。(4)在库区设立一套水文自动测报系统，以便随时掌握库区的水文情况；修建防汛公路，完善水情、雨情观测设施，配置必要的通讯、管理设施等。1.4.6洪水调节来杭坑水库大坝为土坝，水库总库容为145.8万m3，属小(1)型水库，枢纽工程等别为Ⅳ等，永久性主要建筑物为4级，永久性次要建筑物为5级。设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准为100年一遇。水库开敞式溢洪道位于大坝右坝端，控制段底板高程87.37m，溢流净宽7.0m，由进水段、控制段、陡槽组成，经消能后过泄洪渠进入河道。溢洪道洪水调度原则为：起调水位为正常蓄水位87.37m，在洪水入库时，当库水位上涨至87.37m，溢洪道即开始按泄流能力泄洪，入库流量大于下泄流量，水库水位上涨，当入库流量流量等于下泄流量时，库水位达最高，之后入库流量小于泄流量，水库水位下降，直至库水位降到正常水位87.37m为止。除险加固后水库特征水位和库容参数如下：正常蓄水位：87.37m，相应库容114.10万m3；设计洪水位：88.07m，相应库容136.0万m3；143n校核洪水位：88.37m，相应库容145.80万m3；死水位：78.37m，相应库容2.7万m3。1.5建筑物除险加固设计1.5.1大坝加固设计来杭坑水库大坝结构安全不满足要求，安全鉴定为三类坝，需进行加固处理。1.5.1.1坝顶高程复核与坝顶改造经复核，设计洪水位时，所需坝顶高程89.13m，校核洪水位时，所需坝顶高程为89.13m，大坝现状坝顶高程为89.08～89.61m，基本满足设计规范要求。但大坝左坝肩山体有一长约57.5m左右的低洼地面，最低地面高程87.34m，低于设计和校核洪水位，为此，本次设计将该低洼地面按设计坝顶高程填筑土坝，和原有大坝形成完整的防洪体系。完善坝顶路面，在加固大坝达标后，铺设一层厚20cm的C25砼路面。在坝顶增设排水、照明等设施。1.5.1.2坝体防渗加固来杭坑水库大坝为均质土坝，渗漏严重，主要存在如下问题：(1)坝体填筑土料主要为库区冲积耕作土、残坡积土及风化料土，且杂含有机质和草根、石块，渗透系数7.98×10-4，大于规范要求值。(2)大坝左、右坝段下游坝脚未设置排水体，中间坝段贴坡排水体大部分已淤堵失效，渗流出口无保护。(3)坝坡较陡、坝体浸润线较高，对坝坡稳定不利。针对以上问题，提出下列两加固方案进行综合分析比较：(1)方案1：修筑大坝上游粘土防渗斜墙方案。(2)方案2：套井回填粘土防渗心墙方案。(3)方案3：射水法造砼心墙。综合技术经济比较，方案1防渗效果可靠，施工简单，工程投资较少。大坝防渗加固设计推荐采用方案1。1.5.1.3大坝坝坡加固143n经计算确定大坝坝顶高程为89.13m，坝顶宽5.0m，上游坝坡平整至1:2.75，在设计洪水位以上采用草皮护坡，以下坡面采用砼预制块护坡；下游坝坡进行填土培厚，坡度为1：2.5，采用草皮护坡。坝体采用粘土斜墙防渗。大坝左坝肩山体低洼地面新筑一坝体，设计坝顶高程89.13m、坝顶宽5.0m填筑坝体，边坡1：2，上下游坝坡采用草皮护坡，于坝基上游侧开挖并填筑深约2.0m的粘土截水墙。大坝加固后，下游坝坡面设置纵、横排水沟。排水沟均采用矩形断面，尺寸为250×250mm（宽×高），C15混凝土砼浇筑。上、下游坝面各设置上坝人行踏步1处，其中下游坝面踏步两侧结合横向排水沟同时设置。1.5.2溢洪道加固设计根据坝址区地形和工程地质情况，现状无溢洪道易址重建的条件，故溢洪道仍在原址拆除重建。溢洪道加固设计项目有进口段、控制段、泄槽段、消能防冲、泄洪渠等。溢洪道控制段为开敞式宽顶堰，堰顶高程87.37m，堰长4.5m，堰宽7m，C20砼浇筑；泄槽段长10.50m，底宽7.0m，底坡1：3，C20砼底板厚0.3m；消力池池长6.0m，宽7m，池深0.55m。1.5.3坝下涵管除险加固本次加固设计拟封堵原坝下涵管，在涵管址左侧重建坝下输水涵管。坝下涵管结构为C20钢筋砼矩形涵，断面尺寸（净高×净宽）为1.2×1.0m，管壁厚0.25m，全长52.5m，其中竖井长度7.5m，纵坡为1/200，进口高程为78.37mm，出口底高程77.82m。竖井式闸门井为矩形结构框架结构，长度7.5m，宽度2.6m，井壁厚0.5m；闸门井设置工作闸门和检修闸门。1.5.5修建上坝公路根据《水库工程管理设计规范》（SL106-96）规定，本次除险加固，防汛道路按四级公路标准设计：路面宽6.0m，其中行车道宽4.5m，路肩宽0.75m，路基以半挖半填为主，尽量挖填平衡，填方路堤边坡1:1.5，挖方路基边坡1:1，地面横坡较陡的路段，设置浆砌块石挡土墙。上坝公路跨溢洪道设置T型梁交通桥，桥面净宽4.0m，净跨7.0m。143n1.6金属结构及启闭设备重建输水涵管采用竖井式进水口，设工作闸门，孔口尺寸均为1.2*1.2m；工作闸门采用平面滑动钢闸门，滑块采用低摩擦系数的高分子复合材料加工，设下游面止水，闸门动水启闭，可局部开启；工作闸门启闭设备采用手电两用螺杆式启闭机，型号为LQ-150。进口处设置拦污栅，拦污栅倾斜放置，倾角75º，采用扁钢栅片式拦污栅，拦污栅孔口尺寸为1.5m*1.8m（宽*高）。1.7施工组织设计本加固工程施工特性为：(1)工程项目多，单个项目工程量相对较小，可采用中小型机械施工；(2)加固部位相对较分散，可多处同时施工，但需分区进行施工布置；(3)工期紧、项目多，各工序间须协调衔接，对施工组织要求较高；(4)新建输水涵管施工时需放水使水库水位至死水位，利用枯水期施工，其余各项目均可灵活施工；(5)施工应与水库调度相协调。1.7.1交通及施工条件来杭坑水库位于某某县坑田镇塘下村大睦江自然村北1.5km，距某某县城约6km，从坑田镇至大坝4km为简易路。工程施工前期应先对进库4km防汛公路进行改造，以满足施工需要。水、电通讯可充分利用现有设施，施工和生活用水可设置自来水管网接至施工和生活用水或直接取水库水。施工通讯利用当地有线电话网和移动通讯网结合使用。本工程施工用电负荷不大，不考虑设专门施工电源，施工用电就近从当地供电线路搭接支线作为供电电源，另配备柴油发电机作为备用电源。1.7.2施工导流和渡汛1.7.2.1导流标准及导流渡汛方案本工程永久性主要建筑物为4级，次要建筑物为5级，临时建筑物级别采用5级。导流围堰属临时性5级建筑物，洪水标准采用5年一遇。来杭坑143n水库除险加固工程包括：大坝加固处理，溢洪道加固处理，拆除重建输水涵管，坝下涵管封堵，进行上坝公路改造，增设水库大坝安全监测、水情、雨情观测设施，金属结构及安装等。整个施工工期12个月。受枯水期洪水影响较大的加固项目有：上游坝坡加固、新建输水涵管。本工程施工时段选择主要由以上两项目决定。工程区主汛期为4～7月，由于除险加固施工时基本维持了工程原有的运行功能，因此除险加固时的渡汛标准和加固前一致。1.7.2.2导流围堰设计及施工本工程施工采用二期围堰。一期围堰位于新建涵管进口，利用现有输水涵管导流，施工期安排第一个枯水期10月～2月。经调洪演算，10月～2月最高库水位79.99m，输水涵管进口底高程78.37m，围堰顶高程按施工期10月～2月的最高库水位79.99m，加上波浪高度和安全超高，围堰顶高程80.5m,围堰高3-4.7m,堰顶宽取2m，采用粘土围堰，土料场取土，围堰上、下游坡比均取1：1，设计围堰长约35m，围堰土方填筑600m3。同时围堰底埋设一直径为40cm的钢管，用于大坝施工时导流。二期围堰位于大坝上游坝脚，利用新建涵管导流，施工期安排在第一个枯水期11月～2月。经调洪演算，11月～2月最高库水位79.88m，涵管进口底高程78.37m，围堰顶高程按施工期11月～2月的最高库水位79.88m，加上波浪高度和安全超高，围堰顶高程80.39m,围堰高3.2m,堰顶宽取2m，采用粘土围堰，土料场取土，围堰上、下游坡比均取1：1，设计围堰长约180m，围堰土方填筑3000m3。同时配备抽排水设施，保证施工场地符合施工要求。大坝施工结束后，围堰就地平整保留在坝前。1.7.3施工总布置施工现场主要布置施工人员办公设施、机械维修及停放场、水泥仓库、钢筋及木材加工厂，砂石备料场、弃渣场及施工道路等。各项工程施工采用小型机械进行。为减小临时设施和规模，现场施工人员住房需修建临时工棚。另需设置必要的机械设备修配厂、建材加工厂等，在施工项目附近设置临时堆料仓库。由于工程加固项目较分散，石料场分别布置于左、右岸坝肩，防汛公路砂石料及水泥堆料可沿线就近布置，弃渣场布置于大坝右端溢洪道消力池上游山坳处。1.7.4施工总进度来杭坑143n水库除险加固工程自第一年10月开始施工准备，10月主体工程开始施工，至第二年8月底全部工程完成，总工期12个月，具体安排如下：(1)第一年10月施工准备；(2)第一年10月下旬，整修对外交通道路及场内施工道路，以满足主体工程施工需要。大坝坝面表土清理，下游坡加固，白蚁灭杀。(3)第一年10月～第二年3月，大坝防渗斜墙，上、下游坡加固，白蚁灭杀，涵管加固，新建输水涵管及检修闸门安装等工程，进行坝下涵管封堵。工期7个月。(3)第二年4月～8月，对外防汛道路及自动化监测设施完建等，工程施工扫尾。局部工程施工在时间进程上可以有适当的交叉，以平衡基建投资及施工劳力。1.8工程永久占地来杭坑水库除险加固工程永久占地主要有大坝加高培厚、改建防汛公路和扩建溢洪道占地。(1)大坝加高培厚占地约20.0亩；(2)改建防汛公路长约4.0km，平均拓宽路基3.0m，约需占地18.0亩；(3)溢洪道扩建，约需占地3.0亩；(4)其它建设估计需占地2.0亩。以上四项共需永久占用地约为43.0亩。1.9环境保护设计1.9.1设计的目的和依据来杭坑水库是已建工程，本次除险加固处理是对水库工程各建筑物存在影响工程安全问题进行加固处理和完建、改建，环境保护设计的目的主要针对各加固和完建、改建项目在施工时对自然环境和社会环境的影响，从环境保护的角度论证和分析其可行性，估算工程的环保投资，为工程施工环境保护提供科学依据。1.9.2环境保护设计143n依据国家、行业规程、规范，对工程施工产生的不利影响提出有效的对策和缓减措施。对废水进行收集、处理，保护当地水质不受到施工污染；对进入施工区的施工人员进行检疫，为防止各种传染病在施工人员中爆发流行，按施工人数的20％比例预留一定数量的免疫接种费，并根据检疫情况确定使用范围；施工区卫生设施、生态等作出相应的环保设计。1.9.3水土保持设计水土保持责任范围主要包括土料场、石料场、堆料场、施工道路、弃渣场、附属企业、施工营地和防汛公路等。1.9.4环境管理与监测为保护施工区的环境不致在施工期间和施工后带来不利影响，建设单位应配置环境管理专业人员，负责施工中的环境管理和监督工作，施工承包单位亦配置环境管理专业人员。环境监测项目主要有：水质监测、水土流失监测、空气监测等。1.9.5环保投资概算环保费用包括施工期环保费用和水土保持费用及监理费用，总投资为5.22万元。施工期环保费用为1.74万元，包括人群健康、公共卫生和环境监测等项目。工程水土保持费用为3.48万元，包括土料场、石料场、施工道路、弃渣场、防汛公路、临时占地等的截、排水沟、场地平整、挡护及绿化等项目。1.10工程管理1.10.1管理机构成立“某某县来杭坑水库管理所”隶属坑田镇人民政府。其职责负责水库枢纽工程管理，制定度汛方案和水库调度计划，负责大坝、水文观测以及基建工程计划和施工等。根据省、市水管体制改革文件精神，水库除险加固后，结合目前水库管理现状，水库管理人员3人。1.10.2管理范围与保护范围工程管理范围为：水库上游校核洪水位以上不少于100m，下游坝脚线向下不少于150m；溢洪道右导墙向右不少于80m，左导墙向左不少于80m，涵管左侧轮廓线向外不少于80m，出口至分水闸端部以外50m；其它建筑物从工程外轮廓向外不少于20～50m。工程保护范围如下：大坝、溢洪道、涵管等主要建筑物保护范围在工程管理范围边界线外延不少于200m，次要建筑物在工程管理范围边界线外延不少于50m143n。库区保护范围为两岸土地征用线以上至第一道分水岭脊线之间的陆地。为规范水库工程运行管理，水库管理范围和保护范围应尽快按国家有关法规完成确权划界。1.10.3管理设施来杭坑水库现有管理设施简陋，已不适应工程管理运行的要求，设计对水库现有管理设施进行完善与改建。(1)设计建立水库水、雨情预测、调度自动化系统，确保水库的安全运行。(2)除险加固设计新增大坝变形观测、渗压观测及渗流量观测设施，并设计了相应的安全监测自动化系统。(3)在水库管理所建立运行调度中心和计算机局域网，对各水雨情遥测站采集的实时数据进行处理后，通过局域网发送到各职能科室及运行调度中心，对水库及各建筑物及时进行运行调度，以便上级部门及时进行防洪决策与调度。(4)管理单位办公生活设施目前水库有1间旧管理房，需在大坝处修建一栋管理用房、防汛仓库等，建筑面积约100m2，以满足工程运行管理及防汛要求；本次加固灌溉涵管进口需新建启闭机房，建筑面积15.0m2。(5)交通设施按《水库工程管理设计规范》（SL106-96）规定，配备工程抢险车一辆和机动船一艘。1.10.4施工期工程管理施工期间，管理所及上级部门派人进行现场管理，并参与工程质量检查、监督、参加工程验收，协助协调各方关系。为更好地对除险加固工程施工进行控制，实行项目法人与工程监理制。1.11工程设计概算1.11.1投资主要指标本工程总投资446.93万元，工程静态投资441.71万元，其中建筑工程346.42万元，占工程静态投资的78.47%，机电设备及安装工程7.5万元，占工程静态投资的1.7143n%，金属结构及安装工程12.88万元，占工程静态投资的2.92%，临时工程21.57万元，占工程静态投资的4.88%，独立费用48.77万元，占工程静态投资的11.04%，基本预备费4.37万元，占工程静态投资的0.99%。1.11.2编制依据根据赣水建管字[2006]242号文《关于发布<水利水电工程设计概(估)算编制规定>及相应水利水电工程系列定额的通知》，编制年按2010年度第四季度的价格水平予以编制，主要材料价格依据赣水定字(2010)5号文进行调差。1.11.3人工预算价格计算依据人工工时按赣水建管字[2006]242号文《水利水电工程设计概(估)算编制规定》计算，工长4.37元/工时，高级工3.93元/工时，中级工3.51元/工时，初级工2.91元/工时。1.11.4主要材料单价计算依据主要材料预算价格按工程所在地2010年度第四季度的价格予以编制，主要材料价格按赣水定字(2010)5号文规定进入基价，并进行调差。施工用电、水、风价根据赣水建管字[2006]242号文《水利水电工程设计概(估)算编制规定》计算，经计算施工用电0.9元/度，施工用水0.78元/m3，风价为0.18元/m3。1.11.5费用计算标准及依据①根据赣水建管字[2006]242号文《水利水电工程设计概(估)算编制规定》，本工程取费标准按Ⅲ类工程取费。②其它临时工程按建安工作量的0.5%计列，工程建设监理费按建安工作量的3%计取，工程勘测设计费按建安工作量的5%计取。基本预备费按工程一至五部分投资合计的1.0%计取，价差预备按国家计委1340号文，年物价指数为零，故不考虑1.12经济评价本次根据《水利建设项目经济评价规范》（SL72—94）,国家计委和建设部(1993)530号文关于《建设项经济评价方法与参数》，并结合某某县经济发展水平与实际情况进行评价。143n1.12.1国民经济评价(1)固定资产投资现行价格由市场调节，本工程概算投资基本能反映国民经济对该工程的全部投入，故工程的固定资产投资为工程的静态总投资，投资额为441.71万元，分两年投入。(2)运行费该工程年运行费包括工程维护费、材料费、燃料、动力等。按有关规定和工程实际情况，并参考有关工程采用成果，工程年运行费按静态总投资的1%，为4.4万元。(3)流动资金由于除险加固是对原工程出现病险的情况进行处理，可继续使用原运行时的流动资金，不再新增流动资金。(4)效益计算来杭坑水库工程除险加固后，消除了各水工建筑物的安全隐患和水库渗漏的现象，水库由不安全运行转为安全运行，并可提高水库的灌溉、养殖和滞洪减灾效益。增加灌溉效益：本工程经除险加固后可为灌区的0.2万亩设计灌溉面积提供可靠的灌溉水源，本经济评价按增加0.02万亩和改善0.06万亩的灌溉面积计算灌溉效益。通过分析计算，来杭坑水库灌区的多年平均增加灌溉效益为27.0万元。增加养殖效益：除险加固后，本水库每年可增加养殖效益为3.38万元。滞洪减灾效益：来杭坑水库库容系数为0.74，为年调节性能，在水库实际运用过程中，其滞洪削峰效果显著。经调查并通过分析计算，来杭坑水库滞洪削峰，可为下游减少洪灾损失的多年平均值为25万元。洪灾损失增长率在计算期内取4%。(5)国民经济评价按《规范》中的经济评价计算的原则和方法，经计算，夫坑水库除险加固工程的国民经济主要评价指标如下：国民经济内部收益率：13.31%；经济净现值：65.3万元；经济效益费用比：1.17。(6)敏感性分析143n为测算工程的抗风险能力，针对直接影响工程经济评价指标的因素进行敏感性分析，以确定有关数据的变动对经济评价指标或评价结果的影响程度，现拟定三种方案进行分析：工程效益不变，投资增加10%；工程投资不变，效益减少10%；考虑溃坝的效益，暂考虑为总效益增加5%。经分析计算，上述三种情况经济内部收益率、经济净现值和经济费用比均在《规范》规定的指标左右，经济上基本合理。1.12.2结论来杭坑水库除险加固工程的经济内部收益率为13.31%，大于社会折现率10%；经济净现值为65.3万元，大于零；效益费用比1.17，大于1。各项指标均满足工程经济评价合理性的要求，敏感性分析指标符合规范要求，工程经济抗风险能力较强。因此来杭坑水库除险加固工程在经济上是合理的。表1-3来杭坑水库枢纽工程特性表序号名称单位原工程档案鉴定复核现设计(黄海高程)备注（假设高程）（黄海高程）一水文特征 1流域面积km2222 2干流长度km2.452.6162.616 143n3干流平均坡降‰2126.726.7 4多年平均径流量m3/S0.240.060.06 5设计洪峰流量m3/S48（P=2%）25.4（P=5%）25.6（P=5%） 6校核洪峰流量m3/S68（P=0.2%）37.1（P=1%）37.0（P=1%） 7多年平均降雨量mm165016301630 二水库特征 1设计水位m49.81(P=2%)88.00(P=5%)88.07(P=5%) 相应库容万m3152.35133.7136 2校核水位m50.17(P=0.2%)88.24（P=1%）88.37（P=1%） 总库容万m3165.1141.5145.8 3正常蓄水位m4987.3787.37 相应库容万m3124.58114.1114.1 4死水位m4078.3778.37 死库容万m30.532.72.7 三主要建筑物特性 1大坝 坝型均质土坝粘土斜墙坝 坝顶高程m5289.08～89.6189.13 最大坝高m1213.7413.74 坝顶长度m340334392 坝顶宽m43.1～4.54 上游坡比 1:2.01:2.06～1:2.91:2.75 下游坡比 1:2.0～1：2.51:1.93～1:2.121:2.50 2溢洪道开敞式实用堰宽顶堰 底高程M4987.3787.37堰顶高程 净宽M777 消能设施 无无消力池(6.0×7.0×0.55)长×宽×高3输水涵管 预制钢筋混凝土圆涵钢筋混凝土矩形涵 进口底高程M4078.3778.37 内径MΦ0.6Φ0.61.2×1.5m宽×高 长度M666652.5 闸门型式及启闭设施竖井式木闸门，手摇式螺杆启闭机铸铁闸门 143n续表1-3来杭坑水库枢纽工程特性表名称单位原工程档案安全复核加固设计新建输水涵管涵管特性基岩 砂岩型式 矩形断面尺寸m*m 1.2*1.5进口底高程m 78.37出口底高程m 78.11涵管总长m 52.5涵管厚度m 0.3闸门及启闭设备型式 平板闸门尺寸m*m 1.5×1.7最大过流量m3/s 4.5启闭设备 20t启闭机工程效益设计灌溉面积亩200020002000水库养鱼年产量kg170001700017000施工土石方开挖万m3 2土方填筑万m3 2.9砌石工程万m3 0.15砼工程万m3 0.16钢筋制安t 18水泥万t 0.06钢材t 60木材m3 施工工期月 12概算投资总投资万元 446.93静态投资万元 441.71建筑工程万元 346.62机电设备及安装万元 7.5金属结构及安装万元 12.88临时工程万元 21.57其他费用万元 基本预备费万元 4.37经济指标经济净现值万元 65.3效益费用比 1.17内部收益率% 13.31143n2水文2.1流域概况及气象特征来杭坑水库位于某某县坑田镇塘下村委会溢大睦江村自然村北1.5km，距某某县城约6km，该工程坐落于赣江水系乌江支流乌江支流睦江水上游，地埋位置为东径115°24′53″，北纬27°21′54″，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养殖等综合利用的小（1）型水库。水库总库容145.8万m3,设计灌溉面积2000亩，有效灌溉面积1800亩。本流域属亚热带湿润季风气候区，气候温和，无霜期较长，多年平均气温16.5℃，雨水充沛，多年平均降雨量为1630mm，多年平均蒸发量为1050mm，多年平均径流深950mm。降雨年内分配不均，4～6月降雨量占年降雨的49%，10～次年2月降水量约占全年的17%左右，洪水主要由暴雨形成。多年平均气温18℃，极端最高气温40.1℃，最低气温零下4.7℃，发生在1月。多年平均相对湿度82%，多年平均最大风速15.8m/s，多年平均风速3.1m/s，年平均水温20.0℃。来杭坑水库于1963年12月兴建，1964年3月基本建成，后经多次加固达现有规模，但由于处理措施不完善，大坝严重漏水，存在多处隐患，被列为病险水库而控制蓄水。2.2水文资料情况来杭坑水库流域内没有水文站，雨量站。由于管理人员不固定，水库水位、雨量没有观测。乌江干流上游在50年代后期设有寨头水文站，恩江雨量站，其基本情况如下：寨头水文站：寨头水文站位于乌江支流澄溪水，站址设在抚州市乐安县增田乡寨头村，距石上坝址直线距离约40km，站址以上集水面积230km2，河长34km，坡降4.14‰。该站于1957年设立，有水位、流量、降水量等观测项目，资料系列1957—2001年共45年。恩江雨量站：恩江站位于来杭坑水库南面，距坝址直线里程约3km，该站建国前即有几年雨量观测资料，但仅在1964年后的资料才较完整连续。143n2.3降雨量的统计与分析本流域内无水文站和实测流量资料，也无降雨成因、产汇流条件相似的水文站作为参证站。因而本次通过利用恩江雨量站的降雨资料和查《暴雨洪水查算手册》的方法来分析水库的降雨情况。(1)当地暴雨法恩江雨量站具有1980—2008年29年连续系列的实测时段暴雨资料，经频率分析计算，得到的各时段设计暴雨参数见表2-1。表2-1实测暴雨分析计算得到的各时段设计暴雨参数表站名资料年数1小时6小时一日备注均值(mm)Cv均值（mm)CV均值(mm)CV恩江2948.00.3286.30.34102.70.39(2)地区综合法根据来杭坑水库坝址以上流域中心位置查《手册》的相应附图，得水库坝址控制流域的各时段暴雨均值和相应的变差系数CV值，见表2-2。表2-2地区综合法推求得到的坝址流域各时段设计暴雨参数表1小时6小时24小时备注均值(mm)CV均值(mm)CV均值(mm)CV45.00.4583.00.47116.00.52Cs=3.5Cv(3)设计暴雨采用成果恩江雨量站降雨资料计算的频率暴雨与《手册》查算值比较接近，考虑到《手册》是综合分析地区暴雨且绘有24h、6h、1h暴雨等直线图，具有一定的代表性，故各时段设计暴雨采用《暴雨洪水查算手册》的查算值作为本次设计暴雨成果。见表2-3。2.4设计洪水由于来杭坑水库坝址处及其附近无实测流量资料，因此，来杭坑水库坝址设计洪水采用暴雨途径分析计算。依据《暴雨洪水查算手册》使用说明，流域面积小于30km2的，一般采用推理公式法，原本次采用推理公式法推求设计洪水。143n2.4.1流域参数复核根据来杭坑水库工程档案中记载，水库流域集水面积：F=2.0km2，主河道长度：L=2.45km，主河道平均比降：J=0.021。鉴定报告采用1：10000的航测图对流域参数进行了复核，结果为水库流域集水面积：F=2.0km2，主河道长度：L=2.616km，主河道平均比降：J=0.0267。本次初设采用1：10000的航测图对流域参数进行复核，结果为水库流域集水面积：F=2.0km2，主河道长度：L=2.606km，主河道平均比降：J=0.0247。本次复核值与原工程案值和安鉴复核值相差不大，故本次水库除险加固初步设计仍维持安全鉴定时的复核值。即本次来杭坑水库流域特征参数采用值为：水库流域集水面积：F=2.0km2，主河道长度：L=2.616km，主河道平均比降：J=0.0267。2.4.2设计暴雨采用成果的分析选定从表2-1和表2-2两种方法推求设计暴雨参数看：采用实测时段暴雨分析计算得到的年最大1小时、年最大6小时、年最大24小时设计暴雨参数（均值、Cv值）均小于用地区综合法推求得到的成果，经综合分析，并从水库运行安全角度考虑，本设计选取地区综合法推求得到的各时段设计暴雨参数作为计算来杭坑水库坝址设计洪水的设计暴雨参数。根据来杭坑水库的地理位置，查《手册》附图得来杭坑水库年最大24小时、年最大6小时、年最大1小时暴雨均值和变差系数，3小时点暴雨设计值按H3p=H1p.31-n2计算，式中1-n2=1.285lg（）,结果见表2-3。143n表2-3来杭坑水库坝址控制流域各时段频率设计点暴雨成果表点暴雨(mm)时段（h） 24 63 1均值 116 82 48Cv0.520.47 0.450.2Kp=3.62419.9Kp=3.28269.0215.0Kp=3.14150.70.33Kp=3.36389.8Kp=3.11255.0202.8Kp=2.94141.11Kp=2.83328.3Kp=2.60213.2171.2Kp=2.52121.02Kp=2.48287.7Kp=2.32190.2152.8Kp=2.25108.05Kp=2.03235.5Kp=1.93158.3127.3Kp=1.8890.2点面换算系数0.99970.9990.99890.9988面暴雨(mm)0.2 419.8 268.7214.7 150.50.33 389.6 254.8202.6 141.01 328.2 213.0171.0 120.82 287.6 190.0152.6 107.95 235.4 158.1127.2 90.12.4.2设计洪水线的推求采用表2-3中的设计暴雨、点面折算系数（采用《手册》配套的点面关系线查得）以及本次水库除险加固采用的水库坝址流域特征参数（流域集水面积：F=2.0km2，主河道长度：L=2.616km，主河道平均比降：J=0.0267），按《手册》中提供的推理公式法计算了来杭坑水库坝址洪水。（1）产流计算依据《手册》使用说明，采用一天暴雨，视流域面积大小采用以1小时或3小时为时段的暴雨雨型进行分配计算。本次采用控制时段△t=1小时，按《手册》提供的暴雨时段分配比例，求得各频率下的时段暴雨分配量。由产流分区图可知，该工程在第Ⅰ区。查《手册》附表3-2可知，流域最大蓄水量Im=110.0mm，前期土壤含水量Pa=70.0mm。由24小时平均暴雨强度I=H24/24，查《手册》附表3-3可得各频率下的下渗率，结果如下：由24小时平均暴雨强度I=H24/24得：I（0.2%）=17.5mm/h,I（0.33%）=16.2mm/hI（2%）=12.0mm/h，I（1%）=13.7mm/hI（5%）=9.8mm/h查《手册》附表3-3可得各频率下的下渗率为：143nfc（0.2%）=2.14mm/h,fc（0.33%）=2.10mm/hfc（2%）=2.0mm/h，fc（1%）=2.02mm/hfc（5%）=1.86mm/h扣除初损和稳渗，计算出各频率下24小时候净雨过程，见表2-4。表2-4各频率下各时段的暴雨及净雨过程表 频率p=0.2%p=0.33%p=1%p=2%p=5%时段HhHhHhHhHh17.60.06.70.05.80.04.90.03.9027.60.16.70.05.80.04.90.03.9037.60.86.70.25.80.04.90.03.9047.60.96.70.65.80.34.90.03.9057.61.56.70.85.80.34.90.03.9067.61.76.71.35.80.64.90.03.9070.00.00.00.00.00.00.00.00.0080.00.00.00.00.00.00.00.00.0090.00.00.00.00.00.00.00.00.001015.16.113.54.711.53.89.82.67.71.21115.18.313.56.311.54.29.82.97.71.81215.112.113.58.411.55.49.83.47.72.01310.88.710.48.28.44.37.52.76.21.21421.619.420.918.816.814.215.09.612.45.51521.619.420.918.816.814.815.012.812.47.21638.536.437.034.930.128.126.924.922.219.817150.5148.4141.0138.9120.8118.8107.9105.990.188.31825.723.524.722.620.118.117.915.914.813.01913.611.512.110.010.48.38.86.87.05.12013.611.512.110.010.48.38.86.87.05.12112.19.910.88.79.27.27.85.86.24.3227.65.46.74.65.83.74.92.93.92.0237.65.46.74.65.83.74.92.93.92.0246.03.95.43.34.62.63.91.93.11.2合计419.8334.7389.6305.6328.2246.6287.6208.0235.4159.9（2）汇流计算该水库在推理公式法分区图中属于Ⅲ区，根据下列公式计算地面洪峰流量：根据下列公式计算地面洪峰流量：Qt=0.278∑h/t·F143nτ=0.278式中：h—各时段对应的总净雨量；F—流域面积2.0km2;Q—流量；L—主河道2.616km;J—河道平均坡降0.0267；汇流参数m=0.250θ0.265θ=；洪水总量W=0.1h·F；过程线时间T=9.67W/Qm点绘Qt～t和Qτ～τ曲线，两曲线的交点即为所求的地面设计洪峰流量和汇流时间。地面流量过程线，由概化五点折腰多边形推求，各转折点的值由相应的百分数确定。地下径流洪峰流量按QM地下=R下·F/3.6T计算，其中QM地下为地面径流终止点。地下径流过程采用以Qm地下为顶点的等腰三角形，底宽为二倍的地面径流过程时间，R下为地下径流深，T为地面径流过程底宽，F为流域面积。T=9.67W/QM地面小时，W=0.1h.F(104m3)，自QM地下开始向前减少一个时段、向后增加一个时段，流量均随水减少一个△QM地下体，（△QM地下=△t/T.QM地下）,即得地下径流过程。地面径流过程和地下径流过程相加得设计洪水过程，计算结果见表2-5。143n表2-5推理公式法推求水库设计洪水过程时段频率p=0.2%p=0.33%p=1%p=2%p=5%000000154.73.62.872.25226.925.119.816.313.1348.945.637.432.526437.634.828.324.619.3526.42419.2116.812.6615.113.210.018.95.979.89.17.56.65.288.57.96.55.74.597.26.65.54.83.8105.95.44.53.93.2114.624.13.53.12.5123.322.92.52.21.8132.031.91.81.71.5141.721.71.71.61.4151.61.61.51.41.2161.51.41.31.21.1171.31.21.110.9注：一个时段为一个小时，流量单位为m3/s。表2-6各频率下设计洪峰及洪水总量表频率p=0.2%p=0.33%p=2%p=1%p=5%洪峰(m³/s)48.445.132.137.025.6洪量(104m³/s)92.085.663.672.451.72.4.3计算成果合理性分析本次采用推理公式法推求入库设计洪水成果，为进一步检验成果的合理性，将洪水计算成果与附近流域其它水库的设计洪水成果进行比较，见表2-7。143n表2-7来杭坑水库与附近水库设计洪水成果比较表水库所在集雨设计洪峰流量（m3/s）设计洪峰模数Q/F2/3名称县(市)面积 （km2）P=0.2%P=0.33%P=2%P=0.2%P=0.33%P=2%来杭坑永丰2.048.445.137.030.4928.4123.31郭坑永丰2.4654.850.6934.9830.0527.8219.20旺田永丰4.0690.4 61.335.52 24.09野溪永丰16.3238 15237.02 23.64丝源永丰2.560.7 40.532.95 21.992.5施工期洪水坝址设计洪水来杭坑水库除险加固工程在施工期间需作围堰进行水库大坝坝体、坝基及坝下涵管的除险加固施工，故需分析计算施工期间遇施工洪水标准（P=20%）时的最高库水位，以便垒筑合理高度的围堰进行水库的除险加固施工。2.5.1施工期最高库水位根据施工组织设计，10月至次年2月进行上游坝坡加固，加固输水建筑物。故本次设计主要对施工期（10月至次年2月）进行洪水分析计算。施工洪水标准按规范取5年一遇。2.5.2施工期径流及洪水来杭坑水库坝址无实测水文资料,而在本流域乌江上游支流澄溪水设有寨头水文站。寨头水文站1956年11月设立，控制流域面积230KM2。寨头水文站为国家基本水文站，资料测验和整编符合规范要求，资料精度高，系列长，可作为来杭坑水库坝址施工期设计洪水推求的参证站。根据寨头站1957-2001年径流资料，分期洪水按面积比的三分之二方换算，计算期分别为10～3月、10～次年2月、11～次年3月、11～次年2月。分期洪水成果见计算见表2-8，分期洪水过程线选择寨头站1982年10月25-28日的实测洪水过程线为典型，再根据洪峰流量的倍比进行缩放，5年一遇分期洪水过程见表2-9。143n表2-8来杭坑水库分期洪水成果表单位：m³/s分期（月）9～39～210～310～211～311～2P=20%3.683.092.812.052.781.79表2-9来杭坑水库施工洪水过程线表(P=20%)时段1234567891011流量(m³/s)0.350.410.640.881.161.501.842.051.821.691.59时段12131415161718192021 流量(m³/s)1.431.301.070.880.790.610.530.460.340.25 2.5.3施工期最高库水位施工组织设计要求来杭坑水库除险加固工程拟定在10月至次年2月利用输水涵管导流,对水库大坝坝体、坝基、溢洪道进行除险加固施工及输水建筑物加固。根据施工期水库P=20%洪水过程线、放水涵管过流能力和水库库容曲线进行调节计算，结果为施工期(P=20%)洪水时水库最高水位为79.99m，高于死水位(78.37m)1.62m，相应库容7.64万m3。2.6水文测验站及水情测报系统根据有关规程规范和《大坝安全鉴定报告书》关于完善水库水雨情观测设施和大坝安全监测设施，完善水库防汛、通讯、交通及工程管理设施的要求，进行本水库水文测验站布设。来杭坑水库坝址及其控制流域内水文部门未设任何水文测站和雨量观测站，依据国家防汛指挥系统分中心建设指导书，中华人民共和国行业标准SL61-94《水文自动测报系统规程》以及水文测验规范要求来杭坑水库流域进行水位及雨量站点的布设，以满足水库降水径流关系的分析研究、制作洪水预报方案的需要，为此，应建立水库水情雨情观测设施，确保水库的安全运行。（1）站网布设原则①站网的布设应满足来杭坑水库降水径流关系的分析研究、制作洪水预报方案的需要。②尽可能利用现有测站，少增设新站，以节省投资及保持资料的连续性。143n③测站尽可能设在交通比较方便、有住户以及今后电源能覆盖到的地方，以便系统的建设和维护。（2）站网现状来杭坑水库坝址控制流域内无雨量观测站，来杭坑水库管理部门出未在坝址处设立水雨情观测设施，更没有自动报讯通信设施。（3）站网规划根据SL34-92《水文站网规划技术导则》，并按照站网布设原则，考虑到来杭坑水库控制流域面积较小（仅2.0km2）,因此，仅在来杭坑水库坝址处增设1个雨量站，且在坝址处设立库内水位观测站，并规范其观测内容。观测站位置设在来杭坑水库坝址。3工程地质与工程质量3.1工程地质二○一○年来杭坑水库安全评价时，对枢纽工程进行质量检查。二○143n一一年，枢纽工程进行加固处理设计时，又对其作了补充质量检测。两次工程质量检测，共完成了如下的工作量。表3-1来杭坑水库工程质量完成工作量表工作内容比例单位数量备注坝址区平面地质测绘1:500km20.29剖面地质测绘1:500m350.03条工程地质钻探m2128孔钻孔注水试验次2120钻孔压水试验段1414土工试验组16原状样10组水质分析组2库水、地下水3.1.1库区地质概况库区属低山丘陵剥蚀地貌，地势NW高SE低；库盆大致呈NW-SE向展布，河流自NW流向SE，左、右两岸低山环抱，山顶高程约90～123m，两岸阶地断续发育。河床坡降小，河谷以“U”字型为主；区内冲沟发育，两岸山坡植被茂盛，裸露基岩见有风化剥蚀现象，未见大的不良物理地质现象发生。区出露地层较为简单，主要有新生界第四系全新统（Q4）堆积层,下伏下第三系新余群上组（EXN2）地层。依地层时代由老至新分述如下：下第三系新余群上组（EXN2）地层:测区出露为紫红色中薄层砂岩、粉砂岩夹紫红色泥岩。广布于库坝区两岸及河床基底。第四系全新统（Q4）：冲积层（alQ4）：河床附近一般呈二元结构，上部为含砂（砾）低液限粘土（或粉土），下部为粉土质砂、砂卵（砾）石。厚为1~4m，断续发育于老河床、漫滩及近河两岸。残积坡积层（el-dlQ4）：由粉土质砂（砾）、含（砾）砂低液限粉土（或粘土）组成，厚为1～3m。分布于平缓的丘顶、山坡及坡脚、沟谷一带。143n区地处华南褶皱系-赣中南褶隆-赣西南拗陷之抚州凹陷构造单元中，区内构造较为复杂，构造形迹以NE、NW向为主。据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）界定，工程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，可不进行地震安全复核。库区属亚热带季风气候区，潮湿温暖，降雨充沛，地表水丰富，冲沟发育，区内地下水类型主要为孔隙潜水及裂隙潜水两种。裂隙潜水主要赋存于下第三系红砂岩的节理裂隙及断层破碎带中，其赋存迳流、富水性及岩体的透水性受构造、节理裂隙发育程度、充填状况及岩体的风化程度和地下水补排条件所控制，水量一般不丰，主要沿构造破碎带、风化强烈的节理裂隙密集带形成富水和强透水带，接受大气降水及孔隙潜水补给，向河床及沟谷排泄。孔隙潜水主要赋存于第四系冲积及残坡积层中，接受大气降水及裂隙潜水补给，水量较丰，排泄于河床、低洼沟谷及下游。库周山体较雄厚，地下分水岭高于水库正常蓄水位，库区未见大的构造破碎带通向库外，库水无向邻谷产生渗漏之通道。库周（岸）无深厚及松散易冲岩（土）层存在，水库固体迳流来源少，淤积现象不严重。库岸边坡大多较平缓，库区未发现大的崩塌、滑坡和库岸再造等剧烈物理地质现象，水库库岸基本稳定。3.1.2坝区工程地质坝址地处基本怪称的“U”型河谷地段，近坝区河流较弯曲，局部起伏。老河床位于坝区中段。坝区两岸山体地形坡角一般较缓，约20～35°，局部达40～45°。坝址区位于山体亚口处，大坝轴线约在山脊线上游10米处，因此坝基略呈前低后高之势。坝址上游群山环抱，属构造侵蚀低山丘陵地形；主河道在坝址下游转弯后渐变开阔平坦，属构造侵蚀堆积平原地形。坝区基岩仅在两坝头和溢洪道裸露，岩体表部呈全、强风化状。水库近坝库岸边坡角一般在50°以下，组成库岸的基岩下第三系新余群上组（EXN2）地层，出露为紫红色中薄层砂岩、粉砂岩夹紫红色泥岩。变形较小，节理裂隙不发育，大多呈强风化出露。上覆第四系残坡积层不厚，除局部见有小的崩塌和剥落现象外，无其他不良物理地质现象发育，水库近坝库岸基本稳定。143n坝址区出露地层简单，下第三系新余群上组（EXN2）地层，第四系全新统松散堆积层（Q4）。依地层时代由老至新分述如下：下第三系新余群上组（EXN2）地层，出露为紫红色中薄层砂岩、粉砂岩夹紫红色泥岩。岩体变形较小，节理裂隙不发育，多呈强风化出露，广布于库坝区两岸及河床基底。第四系残坡积层（el-dlQ4）：岩性主要为灰黄、褐黄、棕红色粉土质砂（砾）、含砂（砾）低液限粘土（粉土）组成，厚约0.5~2.0m，另星分布于两岸坡脚及沟谷一带。第四系冲积层（alQ4）：大体呈二元结构，总厚约0.5～4.0m。岩性上部为土灰、灰黄、淡黄色含砂（砾）低液限粘土（粉土），下部为粉土质砂（砾）及含细粒土砾（砂卵（砾）石），卵（砾）石含量达60%以上、呈次圆状，砾径一般2～8cm（大者达15～20cm），砂含量35%左右。分布于坝基上部及坝址上、下游河床上部。坝址区地质构造简单，未发现大的断层或构造破碎带，地层单斜，倾向左下游，岩层产状为N35°E/SE∠10～20°。岩体节理裂隙不发育，完整性较好。坝址区水文地质条件较为简单，主要为第四系松散堆积层中的孔隙潜水及基岩中贫乏的裂隙潜水，地下水的丰枯主要受大气降水及库水位控制，排泄于沟谷及下游。坝基全新统冲积层（alQ4）,上部多为含砂低液限粘土，呈中密，渗透系数k为n×10-4cm/s，中等透水性。下部为淤泥质粘土，稍密，具弱透水性。坝基岩体的透水性受岩体的风化程度影响较大，上部坝基岩体多呈全强风化，渗透系数k为n×10-4cm/s，具中等透水性。下部弱风化紫红色粉砂岩夹紫红色泥岩，节理裂隙不发育，渗透系数k为n×10-5cm/s，具弱透水性。本工程大坝为低坝，可取q<10Lu或k<1×10-4cm/s为相对不透水层。相对不透水层以上为中等透水带，相对不透水层以下为弱~微透水带。库水、地下水对砼均无腐蚀性。3.1.3溢洪道工程地质溢洪道位于距大坝右端肩，底板高程85.8m，宽7m。两侧为浆砌石导墙，无消能防冲设施，下泄洪水直冲农田。2009年开挖溢洪道底板，底板完全破坏，边坡失稳，边墙已内倾，出现裂缝。143n坝肩出露第四系亚砂土及含砾、砂粘土，遇水局部跨塌，边坡稳定性较差。溢洪道底板座落在下覆基上，呈强～弱风化下第三系新余群上组（EXN2）地层，为紫红色中薄层砂岩、粉砂岩夹紫红色泥岩。岩层产状为N35°E/SE∠10～20°。岩体节理裂隙不发育，完整性较好，勘察时沿层面及裂隙面渗水量较大。建议溢洪道岩土体的力学参数如下：允许承载力［R］：弱风化基岩0.20～0.25Mpa，全强风化层0.10～0.15Mpa。抗剪参数：基岩f0.30～0.35、c0.10～0.12Mpa；土f0.20～0.25、c＇0.08～0.10Mpa。抗剪断参数：砼/岩f＇0.35～0.405、c＇0.13～0.15Mpa；砼/土f＇0.25～0.30、c＇0.10～0.12Mpa。建议开挖永久性边坡为1:0.75,临时性边坡为1:0.5。因溢洪道完全破坏，溢洪道底板及边墙岩土体抗冲能力差，建议对溢洪道重新进行加固处理，完建泄洪渠。3.1.4新建输水涵管方案工程地质根据现场地形条件及工程使用要求，拟在坝下原钢筋砼圆形涵管左侧重建坝下输水涵管。坝下涵管座落在下第三系新余组红砂岩、紫红色泥岩上，岩体呈全强风化。基础允许承载力[R]=0.20～0.25Mpa，能满足涵管承载力要求。3.1.5上坝公路工程地质条件及评价拟建上坝公路起始于塘下村的水泥路面乡村公路（宽4.5米），终止于大坝右端，全长约2.5公里。据现场勘察，公路通过的地层为第四系网纹红土层。据工程类比，其允许承载力建议为[R]允=0.16～0.19Mpa，内摩擦角Ф=22°，凝聚力c=30Kpa，工程地质条件尚可，满足拟建上坝公路基础要求。3.1.6天然建筑材料根据设计要求，本工程所需各项天然建材量分别为：粘土料2.0万m3，砂0.2万m3，卵石0.25万m3，块石0.2万m3，各料场已按详勘要求勘察清楚，现分述如下：粘土料场：来杭坑水库险除加固的粘土料场为大坝左端低丘，经室内土工试验，其土质为棕红色含砂低液限粘土，结构较紧密，△s=2.74，渗透系数K=4.82～6.93×10-6cm143n/s，具微透水性。凝聚力c=28～30Kpa，内摩擦角Ф=18.71～19.26°，最优含水率23.1%，最大干密度为1.67g/cm3。开挖面积3.5万m2，可采深度3～4m，可用储量10万方，粘土料场质量与储量均可满足设计要求，运距0.5Km左右，可修简易公路通达，运输较为方便。砂、卵石、块石料场：某某县恩江镇的砂、卵石、块石开采现统一为规划，均为商品料场。砂、卵石取自恩江河，含泥量很少，粗、中、细砂贮量都很丰富，卵石磨圆度、级配较好，成份以石英砂岩、花岗岩为主，较坚硬，质量合格，可满足设计要求。砂、卵石运距15公里，料场有水泥乡村路通至防汛公路起点，交通非常便利。块石料从邻近的坑田镇商业块石料场购买。岩性为青灰色细砂岩，呈弱～微化，结构致密，质地坚硬，成材率较高，质量可满足设计要求，运距约10公里，有公路通达，运输方便。3.2工程质量3.2.1大坝勘察表明，大坝为均质土坝，填筑土属含砾、含砂低液限粘土。夹杂有大量的库区冲积耕作土、残坡积土及风化料土；填土颜色呈土灰、灰黄、淡黄、棕褐及棕红等色；上部填土中风化料土比中下部明显偏多，中下部填土大部为土灰、灰黄、淡黄色，局部含有机质成分较高。由此可见，坝体土质较杂、均一性差。钻孔资料和土工试验成果表明，坝土体局部未碾压密实较松散、干密度偏小（最低为1.50g/cm3），压缩系数在0.48～0.56之间,总体呈中～压缩性。大坝土体压实度在88%～92%，填筑质量偏差。钻孔注水试验成果表明，坝土体的渗透系数一般上大下小，上部（0~5m左右）坝土体渗透系数一般为k=n×10-3cm/s，中下部（一般5m以下）土体的渗透系数多为k=n×10-4cm/s，呈中等透水性。由此可见，坝土体上部填筑质量稍差于中下部。大坝下游坡出现的大面积的积水沼泽区及集中渗水点，即与坝土体局部（分块填筑缝漏碾、漏压）渗透系数偏大有关。上游块石护坡多已沉降、错位，且石径过小。下游排水“反滤体”块石风化、大小不一，多处出现沉陷、架空、错位等现象，反滤料缺失淤堵严重，已失去滤土排水功能。该排水“反滤体”不满足现行设计规范要求、质量不合格。坝体坝肩蚁害严重。143n大坝虽经几经修复加固，仍存在较多隐患和病险情，须尽快对大坝进行除险加固处理。本次勘察在钻孔内作了压、注水试验，取了原状土样进行室内土工试验。坝体填土原状样主要物理力学指标如下：含水率18.5～19.9%、平均25.46%；干密度1.50~1.67g/cm3、平均1.58g/cm3，孔隙比0.64~0.79、平均0.71；压缩系数0.48~0.56Mpa-1、平均0.52Mpa-1；压缩模量3.4~4.12Mpa、平均3.84Mpa；凝聚力10.0~14.0kpa、平均12.0kpa；内摩擦角16.21~17.54°、平均16.8°。两组土样压实度指标分别为81.08%及90.34%，填筑质量较差，不满足现行设计规范要求。野外钻孔注水试验渗透系数k值在3.1×10-3~1.2×10-4cm/s间，平均1.53×10-3cm/s。室内渗透试验渗透系数k值在9.62×10-5~1.02×10-5cm/s间，平均5.37×10-5cm/s，大值平均6.70×10-5cm/s。考虑室内土工试验的局部性及野外钻孔注水试验的误差，取野外试验平均值与室内试验大值平均值的平均值7.98×10-4cm/s为坝体填土渗透系数建议值。可见，坝体填土具中等透水性，渗透系数不能满足均质坝的现行设计规范要求。据《水利水电工程地质勘察规范》（GB50278-99）、大坝填土土质及颗粒组成、颗分试验成果并结合级配曲线分析，坝土体含砂（砾）低液限粘土（粉土）的渗透变形为流土破坏型，结合土工试验成果及工程类比，建议临界水力比降为0.68，允许比降取0.34~0.45。3.2.2溢洪道溢洪道位于距大坝右端肩，底板高程87.37m，宽7m。两侧为浆砌石导墙，无消能防冲设施，下泄洪水直冲农田。因2009年启闭闸门故障，为了降低库水库，开挖溢洪道底板达四米多，底板完全破坏，边坡失稳，边墙已内倾，出现裂缝。因溢洪道完全破坏，溢洪道底板及边墙岩土体抗冲能力差，建议对溢洪道重新进行加固处理，完建泄洪渠。3.2.3坝下输水涵管坝下输水涵管为埋管，位于大坝左部坝下,为钢筋砼圆形涵管，内径0.6m，管壁厚为0.08m，总长为66m，进口底高程为78.37143nm，出口高程为77.82,由竖井控制放水。涵管上覆坝体土碾压不实，沿涵管外壁渗水严重。涵管运行已数十年，由于涵管质量较差且砼老化，表部冲刷、剥蚀严重，多处露筋（最长达1.3m）露石，且接口处多已破坏错位，已和外壁形成贯通性渗水通道。在闸门全闭时仍见水渗出。因此，建议重建坝下涵管。坝下涵管座落在下第三系新余组红砂岩、紫红色泥岩上，岩体呈全强风化。基础允许承载力[R]=0.20～0.25Mpa，能满足涵管承载力要求。143n4工程任务及规模4.1工程除险加固的必要性来杭坑水库是一座以灌溉为主，结合灌溉、养殖、防洪等综合效益的小（1）型水库。根据《来杭坑水库大坝安全鉴定报告书》，鉴定结论如下：1、水库按20年一遇洪水设计，100年一遇洪水校核，经复核，现状坝顶高程满足规范要求。但大坝左坝肩岸坡低矮，地面高程最低处仅87.43m，低于20年一遇设计洪水位88.07m,存有防洪缺口，泄洪水通过坝肩岸坡防洪缺口漫流冲刷坝坡，不满足规范防洪要求；现状溢洪道泄洪时，泄流水严重冲淘坝体、坝坡脚和下游农田，危害大坝安全，溢洪道泄洪性态不安全。2、据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）的界定，坝址区地震动峰值加速度小于0.05g，工属地震基本烈度小于6度区，可不进行抗震安全复核。3、坝址区未见较大的不良物理地质现象，近坝库岸基本稳定。4、大坝坝顶凹凸不平、上游坡高程86.50m以下采用乱石护坡，无垫层，存在塌陷、翻动、缺失、架空现象，块石风化、块径较小，正常蓄水位经上杂草灌木丛生；下游坝坡未护坡，坡面不平整，存在梯状跌坎；无坝面排水系统，干雨淋冲沟发育。大坝蚁害严重。5、大坝清基不彻底，坝基残积坡层与下伏强风化花岗岩，均具中等透水性，河床段坝基存在渗漏问题，两坝肩岸坡存在渗漏问题；大坝填土为含砾、含低液限粘土，填筑质量差，碾压不密实。试验成果表明，渗透系数为7.98×10-4cm/s，不满足规范对均质土坝防渗性能的要求。6、渗流计算表明，各计算工况下，浸润线均在贴坡式排水体顶以上出逸，出逸坡降大于坝坡允许出逸坡降，且渗流出口无保护，大坝渗流性态不安全。7、坝基承载力满足上部荷载要求，经复核，上游坝坡在各计算工况下抗滑稳定最小安全系数均满足规范要求；下游坝坡各计算工况下抗滑稳定最小安全系数不满足规范要求。8、143n2010年1月，因维修坝下涵管闸门降低库水位，将溢洪道控制段实用堰和泄槽段挖深5m。事故处理后，控制段部位设计有混凝土截渗墙，墙底厚约2.0m，墙顶厚约0.5m，墙高约3.5m，截渗墙上部采用袋装土堆筑至高程85.87m；泄槽段回填并采用袋装土护底，两侧边墙均破损坍塌，无消能防冲设施，无出水渠，泄洪水冲淘坝体、坝坡脚和下游农田，危害大坝安全。9、输水涵管为水泥砂浆胶结预制钢筋混凝土圆涵，管节间胶结水泥砂浆老化脱落、形成渗漏通道，管身混凝土老化剥蚀，多处露筋、孔洞，涵管漏水严重，涵管与坝体间存在接触冲刷问题，曾导致背水坡跌窝。竖井混凝土老化剥蚀，井壁见有数条环形裂缝，未设置检修闸门。10、启闭机锈蚀、启闭螺杆弯曲变形，操作不灵便。木闸门腐烂，止水橡皮老化脱落，漏水严重；启闭机房年久失修，墙体开裂。11、水质分析成果表明，库水、地下水均对砼无腐蚀。12、进库道路路况差，无上坝公路，无安全监测和水、雨情观测设施，无通讯管理设施等，不满足水库日常管理与防汛抢险要求。综上所述，根据“水库大坝安全鉴定办法”第六条大坝安全状况分类标准，来杭坑水库大坝属三类坝。4.2洪水标准某某县来杭坑水库于1963年12月兴建，1964年3月建成受益，后经1987年维修加固达现有规模，是一座以灌溉为主，结合灌溉、养殖、防洪等综合效益的小（1）型水库。4.2.1原设计洪水标准来杭坑水库于1963年12月兴建，属“三边”工程，原工程档案中设计洪水标准采用50年一遇，相应洪峰流量为48m3/s，相应水位为49.81m（假设高程）；校核洪水位采用500年一遇，相应洪峰流量为48m3/s，相应水位为50.17m（假设高程）。4.2.2现行洪水标准根据《水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252—2000）》和国家《防洪标准（GB50210—94）》及《水利枢纽工程除险加固近期非常运用洪水标准的意见》的规定，来杭坑水库枢纽工程等别为Ⅳ等，永久性主要建筑物为4级，永久性次要建筑物5级。设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准为100年一遇。143n4.3洪水调节4.3.1基本资料（1）设计洪水设计洪水采用本设计阶段分析计算的坝址设计洪水，见表2-5。（2）库容曲线本次初设对原实测的水库库容曲线资料进行了重新校核，安鉴采用的水位、面积、库容曲线比较合理，本次初设采用的水位、面积、库容曲线与安鉴相同。其水位、面积、库容曲线见表4-2。表4—1来杭坑水库水位～面积、库容曲线水位(m)77.3780.3782.3783.3784.3785.3786.3787.3788.3789.37库容(万m3)0.058.820.431.245.764.286.9114.1145.8185.4（3）泄流曲线来杭坑水库的泄洪设施有溢洪道和输水涵管，本次防洪安全复核中的调洪计算仅考虑溢洪道上的泄洪能力。溢洪道位于大坝右坝端，由进口控制段和泄槽组成，全长约27m。进口控制段原为开敞式实用堰，堰顶高程87.37m，溢流净宽7.0m。本次对溢洪道进行险加固，堰顶高程维持现状不变，堰型采用宽顶堰。故按宽顶堰泄流公式推算库水位和流量的关系，宽顶堰流量公式：《溢洪道设计规范》（SL253-2000）式中：Q—流量，（m3/s）；B—溢流堰总净宽m，B=7.0m；n—闸孔数目，n=1；H0—计入行近流速水头的堰上总水头，m，；m—流量系数，据上游堰高、堰上水头的关系查《溢洪道设计规范》中表A2.1-1所得；ζ0—中墩形状系数，ζk—边墩形状系数，0.7；143nε—闸墩侧收缩系数。水位～泄量采用本次复核的成果，具体结果见表4-2。表4-2来杭坑水库溢洪道水位～泄流量关系曲线表库水位(m)87.3787.6787.8788.1788.3788.6788.8789.1789.37泄流量(m3/s)01.73.67.410.315.519.425.630.14.3.2洪水调度方式由于来杭坑水库仅有溢洪道泄洪，且溢洪道无闸门控制，因此，来杭坑水库的洪水调度方式较为简单。洪水进入水库后，当库水位低于正常蓄水位时，溢洪道无泄流能力，库水位上涨，当库水位涨至正常蓄水位（溢洪道堰顶高程）以上时，溢洪道即开始按泄流能力泄洪，当入库流量与泄流能力相等时，库水位达最高，当入库流量小于溢洪道泄流能力时，溢洪道仍按泄流能力泄洪，库水位下降，直至库水位降到正常蓄水位为止。4.3.3洪水调节成果根据来杭坑水库的坝址洪水过程、水位～库容关系线、溢洪道泄流曲线等基本资料，利用水量平衡公式，采用试算法对各频率设计洪水进行洪水调节计算，其公式如下：（4-3-1）经变换后得出Q1+Q2-2q1+(q1+2V1/△t)=(q2+2V2/△t)式中：Q1、Q2—时段初、末的入库流量（m3/s）q1、q2—时段初、末的出库流量（m3/s）V1、V2—时段初、末对应的水库库容（万m3）△t—计算时段。水库下泄流量和库存水量是库水位的函数：q=f(H)=f(V)（4-3-2）通过试算法，联解式（4-3-1）和（4-3-2）可求得水库最高洪水位。洪水调节计算的起调水位为正常蓄水位87.37m。经洪水调节计算后得：来杭坑水库的设计（P=5%）洪水位为88.07m，相应库容为136.0×104m3，最大下泄流量为6.08m3/s；校核（P=1%）洪水位为88.37m，相应库容为145.8×104m3，最大下泄流量为10.27m3/s。各频率洪水调节计算成果见表4-3。143n表4-3来杭坑水库洪水调节计算成果表频率洪峰(m³/s)泄量(m³/s)水位(m)库容（104m³)p=0.2%48.414.788.62155.7p=0.33%45.113.3488.55152.9p=1%32.110.2788.37145.8p=2%37.08.4988.25141.9p=5%25.46.0888.07136.04.4施工期设计最高库水位来杭坑水库现有一输水涵管，大坝左部坝下，内径0.6m，长为66m，进口底高程为78.37m，出口高程为77.82m。本次除险加固设计拟定对输水涵管挖除重建，为满足灌溉要求，输水建筑物进、出口底板高程均保持不变。根据SL303-2004《水利水电工程施工组织设计规范》规定，该水库除险加固设计的施工洪水标准取5年一遇（P=20%）。4.4.1起蓄或起调水位的分析确定来杭坑水库除险加固施工前和施工期间需依靠输水建筑物放水降低库水位，考虑到水库的坝址上游河道不会断流，枯水期也有少量来水。洪水来临之前，原输水建筑物中有一定的底水，施工期设计最高原水位与原输水建筑物有关，经分析计算，并从施工安全角度考虑，本次除险加固施工导流阶段的起调水位采用管顶高程79.05m。4.4.2输水建筑物施工期设计最高库水位施工组织设计要求来杭坑水库除险加固工程拟定在10月至次年2月利用输水涵管导流,对水库大坝坝体、坝基、溢洪道进行除险加固施工及输水建筑物加固。根据施工期水库P=20%洪水过程线、放水涵管过流能力和水库库容曲线进行调节计算，结果为施工期(P=20%)洪水时水库最高水位为79.99m，高于死水位(78.37m)1.62m，相应库容7.64万m3。143n4.5工程规模4.5.1工程等别和洪水标准根据水文调洪成果，水库总库容为145.8×104m3，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252—2000）》和国家《防洪标准（GB50210—94）》，本枢纽工程等别为Ⅳ等，永久性主要建筑物为4级，永久性次要建筑物5级。设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准为100年一遇。143n143n143n5建筑物除险加固设计5.1设计依据5.1.1工程等别、建筑物级别与洪水标准来杭坑水库总库容为145.8万m3，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），确定本工程等别为Ⅳ等，属小（1）型水利工程，大坝、溢洪道等主要建筑物为4级建筑物，其他次要建筑物为5级，临时建筑物为5级。洪水标准根据上述规范及大坝安全鉴定结论：水库工程按20年一遇洪水设计，100年一遇洪水校核；消能建筑物按20年一遇洪水设计。5.1.2采用的技术规程和规范⑴《水利水电工程初步设计报告编制规程》（DL50201-93）；⑵《防洪标准》（GB50201-94）；⑶《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）；⑷《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189-96）⑸《溢洪道设计规范》（SL253-2000）；⑹《水工隧洞设计规范》（SL279-2002）；⑺《混凝土结构设计规范》（GB5001-2002）；⑻《水工混凝土结构设计规范》（SL/T191-96）；⑼《水利水电工程钢闸门设计规范》（SL74-95）；⑽《水工建筑物荷载设计规范》（DL5077-1997）；⑾《土石坝安全监测技术规范》（SL60-94）；⑿《公路路线设计规范》（JTJ011-94）；⒀《水电水利工程施工导流设计导则》（DL/T5114-2000）；⒁《水电水利工程围堰设计导则》（DL/T5087-1999）。5.1.3主要参考文件、专题报告（1）《水库除险加固工程初步设计报告编制若干规定（试行）》；（2）重点小（1）型病险水库除险加固工程初步设计审批导则；（3）来杭坑水库历次加固有关资料；143n（4）来杭坑水库安全鉴定材料：①《大坝安全评价报告》（某某县水利水电勘察设计室）②《大坝安全鉴定报告书》（鉴定审定部门：吉安市水务局）5.1.4设计基本资料5.1.4.1水文气象主要水文气象特征值见表5.1-1。表5.1-1主要水文特征值项目单位数量多年平均降水量mm1630多年平均径流深mm950多年平均气温℃18多年平均最大风速m/s13.25.1.4.2特征水位与流量本次除险加固设计，根据现有洪水系列资料，按有关规范重新作了洪水复核计算和调洪演算，采用的特征水位与流量见表5.1-2，分期洪水成果见表5.1-3。表5.1-2特征水位与流量项目库水位（m）洪峰流量（m3/s）下泄流量（m3/s）正常蓄水位87.37校核洪水位（P=1%）88.3737.4010.27设计洪水位（P=5%）88.0726.006.08消能防冲设计洪水位（P=5%）88.0726.006.08死水位78.37表5.1-3来杭坑水库分期洪水成果表单位：m³/s分期（月）9～39～210～310～211～311～2P=20%3.683.092.812.052.781.79143n5.1.4.3地形、地质资料地质资料为我室编制提交的来杭坑水库工程地质勘察报告及有关地质平、剖面图，坝体填筑土料及坝基岩石、溢洪道等主要建筑物基岩物理力学参数以本阶段地勘报告中提供的试验建议值为依据，并参考安全鉴定阶段、原设计参数及国内类似工程有关参数确定。5.1.4.4地震根据《中国地震动参数区划图》（GB18306—2001），来杭坑水库工程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，故可不进行抗震设防。5.1.4.5设计控制标准（1）坝顶安全超高坝顶安全超高按《水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000）有关规定确定，坝顶安全超高表5.1-4。表5.1-4坝顶安全加高运用情况坝顶安全加高(m)坝的级别正常运用0.54非常运用0.3（2）坝坡稳定安全系数根据《碾压式土石坝设计规范》，大坝上、下游坝坡抗滑稳定安全系数见表5.1-5。表5.1-5大坝上、下游坝坡抗滑稳定最小安全系数运用条件瑞典圆弧法简化毕肖普法正常运用情况1.151.25非常运用情况1.051.15（3）稳定安全系数按《溢洪道设计规范》，溢洪道边墙、消力池底板等稳定安全系数见表5.1-6。143n表5.1-6稳定安全系数运用条件抗滑稳定安全系数(抗剪)kc抗倾稳定安全系数抗浮稳定安全系数kf基本组合11.51.0～1.2特殊组合(1)11.51(2)11.31（4）钢筋混凝土结构构件系数钢筋混凝土结构构件系数见表5.1-7。表5.1-7承载能力极限状态计算时的结构系数素砼结构钢筋砼及预应力砼结构受拉破坏受压破坏1.221.3（5）钢筋混凝土结构构件最大裂缝宽度表5.1-8钢筋砼结构构件最大裂缝宽度允许值(mm)环境条件类别最大裂缝宽度允许值短期组合长期组合一0.40.35二0.30.25三0.250.2四0.150.1（6）钢筋混凝土受弯构件的允许挠度渡槽槽身、启闭机及启闭机下大梁、屋（楼）盖允许挠度见表5.1-9。143n表5.1-9构件允许挠度表构件类型允许挠度(以计算跨度L计算)短期组合长期组合渡槽槽身（L>10m）L/500L/550启闭机及启闭机下大梁L/400屋（楼）盖：当L<7m时当7m≤L≤9m时当L>9m时L/200L/250L/300L/250L/300L/4005.2工程总体布置来杭坑水库枢纽工程除险加固项目有：大坝、溢洪道加固，拆除原输水涵管，新建输水涵管，完善防汛公路等。大坝加固基本在现状布置的基础进行，并对左坝肩低矮岸坡筑坝，形成完整的防洪体系；在原址重建溢洪道；拆除原输水涵管，在原管址侧新建输水涵管；拟建防汛上坝公路跨溢洪道上坝。经计算确定大坝标准断面如下：大坝坝顶高程89.13m（含C25砼路面），坝顶宽5.0m，坝顶长392m（含左坝肩新筑坝长58m），坝顶铺设C25砼路面。大坝上游坝坡1：2.75，下游坝坡1：2.5，拆除中间坝段失效的排水体，新建贴坡排水体；上游坝坡在设计洪水位以上采用草皮护坡，以下采用砼预制块护坡；下游坝坡采用草皮护坡。粘土斜墙顶高程为88.67m，宽度3.0m，墙底厚1.95m，截入坝基强风化基岩0.5m。溢洪道紧靠大坝右端，2010年放空库水维修坝下涵管闸门，溢洪道控制堰段、泄槽段、消能防冲段被挖除；本次加固处理拟建进水渠、开敞宽顶堰、泄槽、消力池、出水渠。进水渠长6.0m，矩形过水断面，底宽7.0m；宽顶堰堰顶高程87.37m，堰宽7m；泄槽长10.50m，底宽7.0m，底坡1：3；消力池长6.5m，池深0.5m；溢洪道两岸采用C15毛石砼挡土墙；出水渠长52.5m，底宽7.0m，坡降1/1000，两岸M7.5浆砌块石挡土墙，砼护底。根据坝区地形条件，在拆除原输水涵管的地址左侧旁新建坝下箱形涵管，涵管净空断面尺寸（高×宽）1.2m×1.0m，壁厚0.25m，涵管全长52.5m，纵坡为1/200；于上游坝肩设置竖井，竖井内设置工作、检修闸门及启闭设施。143n5.3大坝除险加固设计5.3.1大坝现状存在的主要问题（1）根据地勘资料分析，大坝为填筑土属含砾、含砂低液限粘土，夹杂有大量的库区冲积耕作土、残坡积土及风化料土；坝体土质较杂、均一性差；大坝土体压实度在88%～92%，填筑质量偏差；渗透系数为7.98×10-4cm/s，大于1×10-4cm/s，具中等透水性，不能满足均质坝的现行设计规范要求。大坝下游坡右端见有二处湿软散浸面，已沼泽化。（2）筑坝前坝基清基不彻底，老河床段及临近两侧坝基仍残留有第四系全新统冲积覆盖层等，属含砂低液限粘土，大坝坝基残留耕作层、坝肩上部岩（土）体呈中等透水性（q＞10Lu或k＞1×10-4cm/s），在运行过程中，大坝下游出现了大面积的涸湿区域，左、右坝肩均出现明显的漏水点，坝基、坝肩存在渗漏及绕坝渗漏问题。（3）大坝左、右坝段下游坝脚未设置排水体，中间坝段贴坡排水体大部分已淤堵失效，渗流出口无保护。（4）坝下涵管质量差，漏水严重，坝体与涵管接触面间存在接触渗透问题。（5）坝体蚁害严重，分布较多的生物孔洞，易形成渗漏通道，危及大坝稳定安全。5.3.2大坝现状安全复核5.3.2.1坝顶高程复核（1）坝顶高程复核根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）规定：来杭坑水库大坝按4级建筑物标准设计，设计洪水标准采用20年一遇，校核洪水标准采用100年一遇。采用《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）中推荐的公式计算大坝需要的坝顶超高，坝顶超高按下式计算：Y=R＋e＋A式中：Y—坝顶超高（m）；R—最大波浪在坝坡上的爬高（m），按下式计算：Rm=[K△·Kw/(1＋m2)1/2](hmLm)1/2R/Rm—按《碾压式土石坝设计规范》表A.1.13查算；K△—斜坡的糙率渗透性系数，砼护坡取0.9；143nKw—经验系数，由风速W、坡前水深H，重力加速度g所组成的无维量W/(gH)1/2确定。hm—平均波高，按下式计算：Lm—平均波长，Lm=；m—斜坡的坡度系数。m取为2.75；D—吹程，300m；W—多年平均最大风速15.8m/s，正常运用条件下采用多年平均最大风速的1.5倍，即19.80m/s。e—最大风壅水面高度（m），按下式计算：e=（KW2D/2gHm）cosβK—综合摩阻系数。Hm—水域平均水深（m）。β—风向与水域中线的夹角（°）。A—安全加高（m）。据以上公式及要素逐项计算，计算成果见表5.3-1。采用混凝土护坡后，计算所需最大坝顶高程为89.13m，现状坝顶高程为89.08～89.61m，基本满足计算所需坝顶高程。但大坝左坝肩山体有一长约57.5m左右的低洼地面，最低地面高程87.34m，低于设计和校核洪水位，为此，本次设计将该低洼地面按设计坝顶高程填筑土坝，和原有大坝形成完整的防洪体系。143n表5.3-1坝顶高程计算成果工况水位(m)风浪爬高R(m)壅高e(m)安全超高A(m)坝顶高程Y(m)设计工况88.070.560.0030.589.13校核工况88.370.360.0010.389.03采用混凝土护坡后，计算所需最大坝顶高程为89.13m，现状坝顶高程为89.08～89.61m，基本满足计算所需坝顶高程。但大坝左坝肩山体有一长约57.5m左右的低洼地面，最低地面高程87.34m，低于设计和校核洪水位，为此，本次设计将该低洼地面按设计坝顶高程及顶宽填筑土坝，边坡1：2，和原有大坝形成完整的防洪体系。（2）坝顶改造坝顶是大坝防汛的主要通道，现状坝顶为无护面铺土，遇雨变得泥泞，影响汛期防汛。为完善坝顶路面，在加固大坝达标后，铺设一层厚20cm的C25砼路面。在坝顶增设排水、照明等设施。5.3.3大坝防渗设计5.3.3.1大坝坝体防渗加固设计据勘探资料及大坝渗流计算结果以及大坝运行中存在的问题表明，大坝坝身、坝基、坝肩均存在渗透问题，需对大坝进行防渗处理。大坝防渗措施采用三种方案进行比较。（一）方案一：粘土斜墙方案（1）方案布置方案布置：沿现坝体上游修筑一道粘土防渗斜墙，斜墙断面按规范（SL274-2001）中规定设计，自下而下逐渐加厚，顶部水平宽度3.0m，底部厚度为水头的1/5，坡比1:2.75；在斜墙底部设置粘土截水槽，墙底截断坝基含砂低液限粘土层，深入基岩面0.5m，开挖边坡为1:0.5，以截断坝基含砂低液限粘土的渗漏。粘土斜墙防渗加固处理方案典型断面图见图5-6。（2）斜墙顶高程确定根据《碾压式土石坝设计规范》，斜墙顶高程计算结果见表5.3-2：143n表5.3-2斜墙顶高程计算成果表工况水位(m)超高(m)风浪爬高(m)顶高程(m)设计88.070.6 88.6788.07 0.5688.63校核88.37 88.37经计算，斜墙顶高程为88.67m。（3）斜墙厚度顶部水平宽度b=3.0m；底部厚度δ=1/5H；式中：δ—斜墙底厚度，m；H—最大水头，H=10.45m；经计算，δ=2.09m，取δ=2.10m。（二）方案二：套井回填粘土心墙（1）防渗方案布置方案布置：粘土心墙布置在上游侧，距坝轴线1.5m，根据《碾压式土石坝设计规范》，墙顶高程为88.37m，墙底截断坝基含砂低液限粘土层，伸入坝基基岩面0.5m，最大深度约为13.28m。粘土防渗心墙加固处理方案典型断面图见图5-6。（2）墙体厚度计算粘土心墙要求k≤1×10-5cm/s，允许渗透坡降5～7。粘土心墙厚度T按下式确定：T=H/[J]式中：T—设计墙厚，m；H—最大作用水头，10.45m；[J]—防渗墙允许比降，取5～7。经计算：T=1.49~2.09m。参照我国已建工程实例、施工机械特点，取造孔直径为1.1m，排数为2排，最优α角为38°34′，孔距0.86m，排距0.89m，有效厚度1.58m。（三）方案三：射水法造砼心墙（1）防渗方案布置143n方案布置：砼防渗墙布置在上游侧，距坝轴线1.5m，防渗墙顶高程为88.37m，墙底截断坝基含砂低液限粘土层，深入基岩面0.5m，最大深度为13.28m。砼防渗墙加固处理方案典型断面图见图5-6。（2）墙体厚度计算砼防渗墙要求k≤1×10-6cm/s，允许渗透坡降大于60。砼防渗墙厚度T计算公式见前，经计算T=0.17m，参照我国已建工程实例、施工机械特点，取防渗墙厚度为0.22m。（四）方案比选两方案主要工程量及投资对比见表5.3-3。表5.3-3大坝防渗处理方案比较表项目单位方案一：粘土斜墙方案二：冲抓造粘土心墙方案三：射水造砼心墙工程量投资（万元）工程量投资（万元）工程量投资（万元）土方开挖m390187.39————粘土回填m31881356.43————围堰m318008.64冲抓造粘土心墙m——732685.34——射水造砼心墙m2———403074.55总投资（万元）72.4685.3474.55方案一的优点如下：（1）粘土防渗斜墙按规范要求重新布置实施后可大大改善大坝的防渗稳定性能；（2）投资小，施工进度快、工效高、工期短；（3）施工质量易控制，检测直观便利；缺点：围堰投资较第一方案大。143n综合技术经济比较，第一方案工程投资小于第二、三方案，且方案一防渗效果可靠，施工简单，故大坝防渗加固设计推荐方案一：粘土斜墙方案。5.3.3.3大坝坝基及坝肩防渗加固根据安全鉴定及本阶段地质补充勘探表明，筑坝前坝基清基不彻底，老河床段及临近两侧坝基仍残留有第四系全新统冲积覆盖层等，属含砂低液限粘土，大坝坝基残留耕作层、坝肩上部岩（土）体呈中等透水性（q＞10Lu或k＞1×10-4cm/s），在运行过程中，大坝下游出现了大面积的涸湿区域，左、右坝肩均出现明显的漏水点，坝基、坝肩存在渗漏及绕坝渗漏问题。坝基、坝肩防渗处理措施结合坝体粘土斜墙建设同步进行，坝体粘土斜墙伸入坝基基岩0.5m，截断坝基含砂低液限粘土层；墙体向左侧坝肩延伸10m，以解决坝左坝肩绕坝渗漏；斜墙于右坝段与溢洪道剌墙相连，形成一完整的防渗体系。5.3.4大坝加固设计5.3.4.1上游坝坡加固来杭坑水库上游护坡为乱石护坡，无砂卵石垫层，存在塌陷、翻动、缺失、架空现象，块石风化、块经较小。本次设计采用砼预制块护坡和翻修干砌石护坡两种方案比较。1）方案一：砼预制块护坡砼预制板护坡厚度按《规范》（SL274—2001）附录A推荐的公式计算：式中：η—系数，对整体式大块护面板取1.0，对装配式护面板取1.1；hp—累积频率为1%的波高，m；—平均波长，m；b—沿坝坡方向板长，取0.6m；ρc—板的密度，取2.4t/m3；ρw—水的密度，取1.0t/m3；m—坡度系数。经计算t=0.6cm，取10cm。2）方案二：干砌石护坡143n将现有乱石护坡清除，全部采用新鲜块石料，再铺设砂卵石垫层，厚15cm。能利用的块石拆除料运至下游坝坡做贴坡式排水体块石料。干砌石护坡厚度按《碾压式土石坝的设计规范》（SL274-2001）中公式计算。D=1.018Kt因Lm/hp＞15，取t=1.82D/Kt式中：D—块石的换算球形直径，m；Kt—随波率变化的系数，查表取值1.4；ρk—块石密度，t/m3；ρw—块石密度，t/m3；m—坡率；hp—累积频率为5%的波高，m；t—护坡厚度，m。经计算，干砌石护坡厚度t=0.12m，参照其它工程经验及满足施工要求，干砌石护坡厚度取30cm。3）方案比选两方案主要工程量及投资对比见表5.3-4。表5.3-4两种护坡不同工程量投资比较表项目单位方案一：砼预制块护坡方案二：干砌石护坡工程量投资（万元）工程量投资（万元）C15砼预制块m379229.70—2377干砌块石护坡m3—244528.52砂卵石垫层m118811.62118811.62总投资（万元）41.3240.14注：两方案相同工程量未列入。143n由上表可知，方案一投资较方案二多1.18万元。从技术角度看，上述两种方案均可行，考虑到砼预制块护坡坝面的整体美观，砼预制块制作与铺装可在不同的施工场面同时展开，以及不存在预制块衬砌架空等现象，经综合考虑，本次加固设计选取砼预制块护坡方案。先将大坝坡平整至1:2.75后，在设计水位以上至坝顶采用草皮护坡，以下采用砼预制块护坡；C15砼预制块为六角形板，边长30cm，厚10cm，砼预制块护坡下设砂卵石垫层厚15cm；每15m设一直缝，缝宽20mm，内充填水泥砂浆；预制块上预留φ50排水孔，排水孔纵向间距1.8m，横向间距2.0m；砼预制板之间采用M10水泥砂浆勾平缝。5.3.4.2下游坝坡加固根据安全鉴定结论和本阶段复核，下游坝坡抗滑稳定安全系数小于规范允许值，拟对下游坝坡进行填土培厚，坡度为1：2.5，并进行草皮护坡。5.3.4.3排水体设计大坝左、右坝段下游坝脚未设置排水体，中间坝段贴坡排水体大部分已淤堵失效，本设计拟拆除中间坝段贴坡排水体，对下游坝坡全坝段设置贴坡排水体，排水体顶高程高出浸润线1.5m,通过渗流分析与计算，确定排水体高程81.50m，坡度1：2.5，排水体块石厚40cm，砂卵石反滤层厚40cm。5.3.4.4坝顶细部构造坝顶设置C25砼路面，路面高程89.13m，净宽4.0m，路面向两侧设2%的横坡；在坝顶上、下游侧设置C15砼路缘石。5.3.4.5大坝周边排水沟设计为避免雨水漫流冲刷坝坡，下游坝坡面设置纵、横排水沟。大坝下游坝肩及下游坡贴坡排水体顶部各设置1条纵向排水沟，垂直于坝轴线方向每100m间距设置1横向排水沟，下游坝坡与岸坡连接处各设置1条排水沟。纵、横排水沟相互连通成为整体。排水沟均采用矩形断面，尺寸为250×250mm（宽×高），C15混凝土砼浇筑。5.3.4.6上坝踏步设计上、下游坝面各设置上坝人行踏步1处，其中下游坝面踏步两侧结合横向排水沟同时设置，踏步宽2.00m，采用C15砼浇筑。5.3.5左岸新筑坝体大坝左坝肩山体有一长约57.5m左右的低洼地面，最低地面高程87.34m143n，低于设计和校核洪水位，将按设计坝顶高程89.13m、坝顶宽5.0m填筑坝体，边坡1：2，上下游坝坡采用草皮护坡，于坝基上游侧开挖并填筑深约2.0m的粘土截水墙。5.3.6大坝渗流分析与计算5.3.6.1有限元渗流计算（1）计算方法与计算断面渗流计算采用北京理正软件设计院渗流分析软件，该程序针对饱和多孔介质渗流而编制，适用于不规则边界的各向异性渗流场，能有效地解决各种类型土石坝、闸坝地基等复杂渗流状况的渗流分析问题，还可用于研究库水位上升、下降情况下的非稳定渗流状态。根据地质勘测成果，选择Ⅱ－Ⅱ地质剖面为典型计算断面，加固前、后渗流计算典型断面分别见图5-1。（2）计算参数计算断面的土层结构以及各土层的渗透系数，渗透允许比降均以初设阶段的地勘资料为准，具体取值见表5.3-5。为分析比较坝体与坝基防渗加固效果，各种工况均进行了处理前和处理后的渗流计算。表5.3-5大坝渗流计算选用参数表部位土层分区渗透系数(cm/s)Ⅱ－Ⅱ剖面坝体填土K17.98×10-4坝基残坡积层K29.22×10-5防渗斜墙K36.93×10-6（3）计算工况根据规范规定，渗流计算应考虑水库运行中出现的各种不利条件，渗流计算工况见表5.3-6。表5.3-6大坝渗流计算工况表工况条件上游水位(m)下游水位(m)1设计洪水88.0777.922校核洪水88.3777.923正常蓄水87.3777.82143n5.3.6.2计算成果及分析(1)坝体水平渗透坡降图5-2～图5-3分别为正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位三种工况下典型断面加固前及加固处理后坝体浸润线和渗流等势线图，渗流计算主要成果见表5.3-7。表5.3-7大坝稳定渗流期计算最大水平坡降值及渗漏量计算条件上游水位（m）下游水位（m）水头（m）计算最大水平坡降值计算单宽渗漏量（m3/d·m）坝坡出逸坡降坝体填土加固前87.3777.829.550.421.0590.5088.0777.9210.150.421.2360.5788.3777.9210.450.421.3480.58加固后87.3777.829.550.190.3230.4388.0777.9210.150.210.3840.4388.3777.9210.450.220.4070.43(2)下游坝坡允许出逸坡降原下游坝坡中间坝段贴坡式排水体反滤料无级配，大部分已淤堵，不符合规范要求，已失去滤土排水功能，左右坝段未设排水体。渗水出逸时若出逸坡降较大，易造成渗透破坏，故需要验算坝坡出逸坡降。参照有关文献资料，其出逸坡降允许值按下式计算：Jc=γ1'/γ(tanφ-tanβ)*cosβ+C/γ［Jc］=Jc/Kc式中：Jc--坝坡出逸临界渗透坡降；［Jc］--坝坡出逸允许渗透坡降；Kc--安全系数；γ1'--土料浮容重，kN/m3；γ--水容重，kN/m3；φ--土料内摩擦角，°；C--土料凝聚力，kpa；143nβ--下游坝坡坡角，°。在渗流出口处土体力学指标一般比试验值低，参照类似工程经验，tanφ约小1.5～2倍，C约小2～3倍。坝体填土力学性质指标为：γ1'=9.42kN/m3；C=13.5kpa；φ=15.3°。经计算，Jc=0.44；取Kc=1.5；故坝坡出逸允许渗透坡降［Jc］=0.29。根据渗流计算成果可以得出以下结论：（1）坝体原填土的渗透系数均大于规范要求的1×10-4cm/s，大坝整体防渗透性不满足规范要求。（2）大坝加固处理前，据大坝各种工况渗流稳定复核计算结果分析可知，坝体内的最大水平渗透坡降值Ⅱ—Ⅱ剖面0.42，大于的允许渗透坡降值0.34，坝体内存在渗透破坏的隐患，故需要加固处理。（3）坝体、坝基按推荐方案进行防渗加固处理后，防渗墙后浸润线降低很多，有利于坝体的稳定；坝体内的最大水平坡降值（位势20%～10%之间除外）为0.22，小于允许渗透坡降值；同时防渗处理后，坝体单宽渗流量有所减小。但大坝加固后，在位势20%～10%之间坝体土的最大水平渗透坡降值仍0.37，下游出逸坡降值大于允许出逸坡降值0.29，渗流出口仍存在渗透破坏，应设置排水体，本设计采取贴坡排水措施。5.3.7大坝稳定计算（1）计算剖面及计算参数大坝稳定计算剖面同渗流稳定分析，分别选择具有代表性的Ⅱ－Ⅱ地质剖面计算上、下游坝坡的稳定。根据原设计报告、安全鉴定及本阶段地勘资料和物理力学试验成果，并参考国内已建类似土石坝经验，采用的有关物理力学参数见表5.3-8。表5.3-8大坝稳定计算物理力学参数表坝体分区部位名称密度（g/cm3）抗剪强度指标湿饱和C(Kpa)φ(°)坝体填土1.811.961216.8坝基残坡积层1.671.8519.013.60粘土斜墙1.871.9329.019.0143n（2）计算工况大坝稳定分析是在渗流分析的基础上进行的。根据规范，可只进行静力稳定分析。结合来杭坑水库除险加固工程特点，该工程的实际运用条件包括：1）正常运用条件①正常蓄水位（上游水位87.37m）稳定渗流期；②设计洪水位（P=5%，上游水位88.07m）稳定渗流期；2）非常运用条件①校核洪水位（P=1%，上游水位88.37m）稳定渗流期；②水库水位降落：校核洪水位88.37m降落至正常蓄水位87.07m大坝坝坡稳定计算包括大坝加固后各种运用条件下稳定渗流期的下游坝坡和水库降落期的上游坝坡的稳定性，计算工况见表5.3-9。表5.3-9大坝稳定计算工况表计算条件上游水位（m）下游水位（m）正常运用条件正常蓄水位87.3777.82设计洪水位P=5%88.0777.92非常运用条件校核洪水位P=1%88.3777.92从88.37m降至87.37m 77.92（4）计算方法和程序根据《规范》（SL274-2001），大坝坝坡抗滑稳定分析采用简化毕肖普法进行计算。计算程序采用北京理正软件设计院编制的边坡稳定分析程序，该程序可以进行土石坝和土坡的施工竣工期、正常蓄水期、库水降落等工况的有效应力分析或总应力分析。（5）计算成果及分析大坝加固处理前、后上下游坝坡在各种计算工况下抗滑稳定最小安全系数分别见表5.3-10、表5.3-11。上、下游最危险滑裂面见图5—4至图5—7。143n表5.3-10大坝加固前坝坡稳定计算成果表计算断面坝坡计算计算工况计算方法最小规范条件安全系数允许值Ⅱ－Ⅱ下游坝坡正常运用条件正常蓄水位87.37m有效应力法1.121.25设计洪水位88.07m有效应力法1.081.25上游坝坡非常运用条件校核洪水位88.37m有效应力法1.081.15从88.37m降至87.37m总应力法1.651.15有效应力法1.611.15表5.3-11大坝加固后坝坡稳定计算成果表计算断面坝坡计算计算工况计算方法最小规范条件安全系数允许值Ⅱ－Ⅱ下游坝坡正常运用条件正常蓄水位87.37m有效应力法1.31.25设计洪水位88.07m有效应力法1.291.25上游坝坡非常运用条件校核洪水位88.37m有效应力法1.271.15从88.37m降至87.37m总应力法2.381.15有效应力法2.391.15稳定计算成果表明:大坝加固前，下游坝坡抗滑稳定安全系数小于规范允许值，大坝按推荐方案加固处理后，大坝上、下游坝坡各种计算工工况下抗滑稳定均满足规范要求。143n143n143n143n143n143n143n143n5.5溢洪道加固设计5.5.1溢洪道概况溢洪道位于大坝右坝端，由进口段、控制段和泄槽段组成，全长约27m。控制段原为开敞式实用堰，堰顶高程87.37m。2010年1月因维修输水涵管闸门需降低库水位，将其实用堰、泄槽挖除，地基开挖深度约5m。事故处理后，控制段部位设置有混凝土截渗墙墙底厚约2.0m,墙顶厚约0.5m，墙高约3.5m，截渗墙上部采用袋装土堆筑至高程85.87m；泄槽段回填并采用袋装土护底，两侧边墙均已破损坍塌，无消能防冲设施和出水渠，泄洪水冲淘坝体、坝坡脚和下游农田。本次加固处理将拆除溢洪道两岸边墙，在原址拟建进水渠、开敞宽顶堰、泄槽、消力池、出水渠。5.5.2进水渠加固设计（1）进水渠设计拟建进水渠长6.0m，矩形过水断面，底宽7.0m，两岸边墙为重力式M7.5浆砌石挡土墙；挡土墙垂直高度3.55m，顶宽0.5m，挡土面边坡1：0.45。溢洪道在宣泄校核洪水时下泄流量达10.27m3/s（p=1%）。经计算，堰前最大流速为1.53m/s，将对渠底造成冲刷破坏。加固方案为清除渠底表层垃圾、淤土，采用厚0.3m的C15砼护底护底。（2）边墙稳定复核边墙抗滑稳定按最不利工况复核，即溢洪道槽内无水时进行计算。根据DL5077—1997《水工建筑物荷载设计规范》，浆砌石γ1=21（KN/m3），根据地勘资料：岩土γ=17.76（KN/m3），θ=16.8°，C=12KPa。①土压力Fa=γH2K0式中：Fa—作用在挡土墙上的主动土压力（KN/m3），其作用点距墙底为墙高的1/3处，作用方向与水平面成（δ+ε）夹角；γt—挡土结构墙后填土重度（KN/m3），取容重γt=17.76KN/m3；Ht—挡土墙结构高度（m），Ht=3.55m；143nKa—主动土压力系数,计算公式《溢洪道设计规范》C.6.2-3；φt—挡土结构墙后填土的内磨擦角（0）；φt=16.80；ε—挡土结构墙背面与铅直面的夹角（0）；ε=24.230；δ—挡土结构墙后填土对墙背的外磨擦角（0）；δ=5.540；β—挡土结构墙后填土表面坡角（0）；β=00；经计算，Ka=0.732，Fa=80.90KN，主动土压力作用点距墙底为1.18m，作用方向与水平面成29.770。②抗滑稳定验算抗滑稳定按下列公式计算式中：Kc—抗滑安全系数,据规范Kc≥1.0；f—边墙与地基接触面的抗剪磨擦系数，取f=0.3；∑w—作用于边墙上的全部荷载对计算滑动面的法向分量；∑p—作用于边墙上的全部荷载对计算滑动面的切向分量；经计算，在溢洪道槽内无水时,Kc=2.05，大于规范允许值，抗滑稳定满足要求。③抗倾覆稳定计算公式式中：∑My—作用于墙体的荷载对墙前趾产生的力矩稳定；∑M0—作用于墙体的荷载载对墙前趾产生的倾覆力矩；K0—抗倾覆安全系数。计算：K0=6.44＞[K0]=1.5抗倾覆稳定满足要求。5.5.3宽顶堰加固设计本次设计溢洪道控制段为开敞式宽顶堰，堰顶高程87.37m，堰长4.5m，堰宽7m，C20143n砼浇筑，宽顶堰与两岸边墙顺水流方向各设一道伸缩缝，采用沥青毡板嵌缝。底板下设纵横排水沟，排水沟开凿矩形断面，深40cm，宽50cm。5.5.3.1溢洪道泄洪能力复核根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》，来杭坑水库为小（1）型水库，枢纽工程为Ⅳ等工程，主要建筑物为4级。溢洪道泄洪标准为：设计洪水20年一遇，校核洪水为100年一遇。消能设施泄洪标准为：设计洪水20年一遇。泄流能力采用开敞式宽顶堰公式：式中：Q—下泄流量，m3/s；ε—闸墩侧收缩系数，取1；B—溢流堰总净宽，7m；H0—计入流速水头的堰上总水头，m；m—二元水流宽顶堰流量系数，查表取0.385。经计算库水位与溢洪道下泄流量关系见表5.5-1。表5.5-1来杭坑水库溢洪道水位～泄流量关系曲线表库水位(m)87.3787.6787.8788.1788.3788.6788.8789.1789.37泄流量(m3/s)01.73.67.410.315.519.425.630.1通过对来杭坑水库重新进行水文调洪演算，可知水库设计洪水位（P=5%）为88.07m，相应溢洪道泄量为6.08m3/s；校核洪水位（P=1%）为88.37m，相应溢洪道泄量10.27m3/s。5.5.3.2宽顶堰稳定计算宽顶堰抗滑稳定按最不利工况复核，即溢洪道渲泄校核洪水工况进行计算。根据DL5077—1997《水工建筑物荷载设计规范》，混凝土γ1=24（KN/m3），根据地勘资料：岩土γ=17.76（KN/m3），θ=16.8°。式中：Kc—抗滑安全系数,据规范Kc≥1.0；f—边墙与地基接触面的抗剪磨擦系数，取f=0.3；∑w—作用于边墙上的全部荷载对计算滑动面的法向分量；143n∑p—作用于边墙上的全部荷载对计算滑动面的切向分量；经计算，宽顶堰在渲泄校核洪水工况下Kc=1.77，大于规范允许值，抗滑稳定满足要求。②抗倾覆稳定计算公式式中：∑MY—作用于墙体的荷载对墙前趾产生的力矩稳定；∑M0—作用于墙体的荷载载对墙前趾产生的倾覆力矩；K0—抗倾覆安全系数。经计算：K0=1.81＞[K0]=1.5抗倾覆稳定满足要求。5.5.4泄槽加固设计根据实测地形及工程布置要求，设计拟定：泄槽长10.50m，底宽7.0m，C20砼底板厚0.3m，底坡1：3；两岸边墙为重力式C20砼挡土墙，挡土墙垂直高度1.5m，顶宽0.5m，挡土面边坡1：0.3。泄槽与两岸边墙顺水流方向各设一道纵向伸缩缝，采用沥青毡板嵌缝。底板下设纵横排水沟，排水沟开凿矩形断面，深40cm，宽50cm。5.5.4.1泄槽水面线计算（1）临界水深的计算溢洪道陡槽断面为矩形断面，其临界水深hk由下式计算:式中：a—流速分布不均匀系数，a=1；g—重力加速度；q—单位宽度陡槽上通过的流量（Q校=10.27m3/s，q=1.47m3/s.m）。取校核洪水位溢洪道相应下泄流量进行计算，得临界水深hk=0.604m（2）陡坡临界底坡计算临界底坡的计算式如下：143n《水力学》式中：湿周=8.21m过水断面面积=4.23㎡谢才系数CK=(R1/6)/n，n=0.017,Ck=40.70m1/2/s水力半径Rk=ωk/xk=0.515mBk—临界水深过水断面宽度,Bk=7m经计算得ik=0.007,小于实际坡降i=1/3，即底坡为陡坡，因此陡槽首端的水深为临界水深。（3）水面线计算根据《溢洪道设计规范》（SL253—2000），泄槽水面线根据能量方程，用分段求和法进行计算，公式如下：式中：△S—分段长度，m；h1、h2—分段始、末断面水深，m；V1、V2—分段始、末断面流速，m3/s；α1、α2—流速分布不均匀系数，取1.0；θ—陡槽底坡度（0）；i—陡槽底坡，i=0.068；J—分段内平均摩阻坡降；n—泄槽槽身，糙率系数，n=0.019；V—分段平均流速，V=（V1+V2）/2，m2/s；R—分段水力半径，R=（R1+R2）/2，m。水面线计算成果见表5.5-2。143n表5.5-2溢洪道泄槽段水面曲线计算成果表距首端距离（m）计算水深（m）流速（m/s）掺气后水深（m）超高（m）要求墙高（m）00.602.430.6240.51.1210.50.178.660.190.50.69计算可知：当下泄校核洪水时，设计边墙高度满足要求。5.5.4.2溢洪道边墙稳定复核边墙抗滑稳定按最不利工况复核，即溢洪道槽内无水时进行计算。根据DL5077—1997《水工建筑物荷载设计规范》，浆砌石γ1=21（KN/m3），根据地勘资料：岩土γ=17.76（KN/m3），θ=16.80°，c=12KPa。（1）土压力Fa=γH2K0式中：Fa—作用在挡土墙上的主动土压力（KN/m3），其作用点距墙底为墙高的1/3处，作用方向与水平面成（δ+ε）夹角；γt—挡土结构墙后填土重度（KN/m3），取容重γt=17.76KN/m3；Ht—挡土墙结构高度（m），Ht=1.90m；Ka—主动土压力系数；φt—挡土结构墙后填土的内磨擦角（0）；φt=16.800；ε—挡土结构墙背面与铅直面的夹角（0）；ε=170；δ—挡土结构墙后填土对墙背的外磨擦角（0）；δ=5.44；β—挡土结构墙后填土表面坡角（0）；β=00；经计算，Ka=0.644，Fa=20.65KN，主动土压力作用点距墙底为0.94m，作用方向与水平面成22.240。（2）抗滑稳定验算抗滑稳定按下列公式计算143n式中：Kc—抗滑安全系数,据规范Kc≥1.0；f—边墙与地基接触面的抗剪磨擦系数，取f=0.38；∑w—作用于边墙上的全部荷载对计算滑动面的法向分量；∑p—作用于边墙上的全部荷载对计算滑动面的切向分量；经计算，溢洪道槽内无水时Kc=1.03，大于规范允许值，抗滑稳定满足要求。（3）抗倾覆稳定计算公式式中：∑MY—作用于墙体的荷载对墙前趾产生的力矩稳定；∑M0—作用于墙体的荷载载对墙前趾产生的倾覆力矩；K0—抗倾覆安全系数。计算：K0=4.99＞[K0]=1.5抗倾覆稳定满足要求。5.5.5消能防冲设计由于溢洪道无任何消能防冲设施，本次加固将新建一消力池，本工程消能防冲设计采用P=5%，最大下泄流量为6.08m3/s，确定池宽7m。消力池结构尺寸设计按《规范》（SL253-2000）中推荐的公式计算。①自由水跃共轭水深h2可按下列公式计算：式中：Fr1—收缩断面弗劳德数；h1—收缩断面水深，0.1024m；h2—池中发生临界水跃时的跃后水深，m；v1—收缩断面流速，8.48m/s。经计算h2=1.175m。②消力池池深、池长按下列公式计算：143n式中：d—池深，m；σ—水跃淹没度，可取σ=1.05；h2—池中发生临界水跃时的跃后水深，h2=1.175m；ht—消力池出口下游水深，取0.64m；△Z—消力池尾部出口水面跌落，m；Q—流量，取6.08m3/s；b—消力池宽度，取b=7m；φ—消力池出口段流速系数，可取0.95；经计算：d=0.515m，取d=0.55m③池长LK的计算：L=6.9（h2-h1）LK=0.8L式中：L—自由水跃的长度，m。经计算：L=7.40mLK=0.8L=5.92m，取LK=6.0m。拟定新建消力池池深0.55m，池长6.0m，宽7m。④消力池抗浮稳定计算根据《溢洪道设计规范》，底板的抗浮稳定安全系数采用以下公式计算：底板的抗浮稳定安全系数采用以下公式计算：Kf=式中：Kf—抗浮稳定安全系数；P1—底板的自重；P2—底板顶上的时均压力，；P3—当采用锚固措施时，地基的有效重量；Q1—底板顶面上的脉动压力，按下式计算：《溢洪道设计规范》143n；—面积均化系数，取0.1；—脉动压强；—脉动压强系数，取0.025；v—相应计算断面的平均流速；Q2—底板底面的扬压力。经计算渲泄P=5%，泄流量6.08m3/s时，Kf=1.09，消力池底板满足抗浮稳定要求。。5.5.6出水渠加固设计由于溢洪道无出水渠，现状出水渠部位为耕植土，粘粒含量不高，允许不冲刷流速为0.85～0.95m/s。本设计拟新建出水渠，按10年一遇标准设计，相应下泄流量为59.8m3/s。消力池后接出水渠，长51.56m，底宽7m，梯形断面，边坡为为1:1，坡降0.001。通过设计流量6.08m3/s时，渠内水深为0.64m，流速为1.25m/s，大于允许不冲流速0.65～0.85m/s，故出水渠全断面采用C15砼衬砌，砼衬砌厚15cm。渲泄洪水经出水渠后，汇入老河床。5.6输水涵管加固设计5.6.1基本概况输水涵管位于大坝左坝段,为预制钢筋砼圆形涵管，内径0.6m，管壁厚为0.08m，总长为66m，进口底高程为78.37m，出口高程为77.82m,由竖井控制放水。5.6.2存在的问题地质条件涵管管节间胶结水泥砂浆老化脱落，形成渗漏通道，管身混凝土老化剥蚀，多处露筋，涵管漏水严重，导致下游坝坡塌陷。在闸门全闭时仍见水渗出。5.6.3地质条件输水涵管座落在下第三系新余组红砂岩、紫红色泥岩上，岩体呈全强风化。基础允许承载力[R]=0.20~0.25Mpa，能满足涵管承载力要求。5.6.4原输水涵管的过流能力复核设计水位：88.07m，校核水位：88.37m；涵管全长66m，涵管断面尺寸为:管径为143n0.6m，壁厚0.08m,涵管进口底高程78.37m，出口底高程77.82m。涵管过流按下式计算，计算结果见5.6-1：《水力学》式中：μc—涵管流量系数α-动能校正系数λ=12.699gn2/d1/3沿程摩阻系数n-涵管糙率0.017L-涵管长度d-涵管内径∑ξ-从涵管进口到出口的各种局部水头损失系数之和表5.6-1闸门全开时涵管流量计算结果库水位（m）78.3780.3781.3782.3783.3784.3785.3786.37流量（m3/s）00.891.091.261.401.541.661.78通过计算可知，涵管过流满足灌溉要求。5.6.5原结构安全复核计算输水涵管为预制圆形钢筋砼结构，壁厚约0.08㎝，管身下面为砼座垫，座垫包角为1350。涵管砼原设计标号为140#，因涵管已运行多年，本次复核时考虑砼及石灰砂浆的老化剥蚀，取砼标号C10进行复核计算。选取最大覆土厚度处作为计算断面，最大填土厚度10.08m。（1）荷截标准值计算①垂直土压力计算：Ps=KsγtHdD1式中：—涵管垂直土压力标准植(KN/m2)Hd—管顶以上填土厚度，10.08m；γt—涵管以上填土重度，17.76KN/m3；143nD1—涵管外径，D1=0.76m；Ks—填土压力系数。计算结果为：Ps=163.27KN/m。②侧向土压力计算侧向土压力：Ftk=KtγtH0Dd式中：H0—涵管中心线以上填土高度，14.46m；φ—填土内摩擦角，取13.37°；Dd—埋管凸出地基的高度，0.55m。Kt—侧向土压力系数，Kt=tg2（45.-φ/2）φ—填土内摩擦角，取13.37°。计算得Ftk=63.76KN/m。③涵管自重G自=2πr0γ0t式中：γ0—砼重度，24KN/m3；r0—涵管中心线半径，r0=0.34m；t—涵管衬砌厚度，0.08m。计算得G自=4.10KN/m。④管内水重Gs=πγ22γs《水工设计手册》式中：γ2—涵管的内半径，γ2=0.3m；rs—水的密度rs=9.81（KN/m3）；计算结果为：Gs=3.56(KN/m)⑤内水压力经水力计算,涵管为压力涵《水工设计手册》式中：H—管顶的静水头，m计算结果为：PB=98.88（KN/m2）⑥管肩两胸腔土重的计算Gn=0.1075raD12《水工设计手册》143n式中：D1—管外径，0.76m计算结果为：Gn=1.22KN（2）荷载组合及管壁内力计算根据涵管顶部不同填土厚度及运行条件，按以下荷载组合工况进行复核：①完建期：土压力+自重②正常运用期：外水压力+土压力+内水压力+自重结果见表5.6-2。表5.6-2不同荷载组合工况下涵管内力计算成果(单位M:KN·m、N:KN)内力荷载组合管顶管底管侧MANAMBNBMcNc（1）组合8.490.578.1566.55-9.34121.06（2）组合8.020.027.6865.51-8.80120.04（3）强度及抗裂复核根据《水工砼结构设计规范》SL/T191-96和《给水排水工程结构设计手册》（中国建筑工业出版社）等有关规范和资料，对涵管的进行承载能力复核。通过计算可知，该管件属大偏心受拉构件。取：（2）组合M2=-8.8KN·m，N2=120.04KN计算Ne’≤《水工砼结构设计规范》式中：N—轴向力设计值；fy—钢筋强度设计值；As—配置在靠近及远离轴向拉力一侧的钢筋截面面积；rd—钢筋砼结构的结构系数；e0‘—轴向力作用点至截面重心的距离；h0’—受压钢筋合力点到受拉边或受压较小边的距离；as—受拉区钢筋合力点至受拉区边缘的距离。经计算（2）组合：Ne’＞=49.35KN.m；不满足强度要求。143n由于涵管发生裂缝后会引起严重渗漏，危及大坝安全，根据《水工混凝土结构设计规范》（DL／T5057-1996）对输水涵管进行抗裂计算，按偏心受压构件验算，计算公式如下：式中：Ns、Ms-由荷载标准值按荷载效应短期组合计算的轴向力值、弯矩值,Ns=9.34KN,Ms=121.06KN·m；αct-混凝土拉应力限制系数，对荷载效应的短期组合，αct取为0.85，对长期组合，αct取为0.7；ftk-混凝土轴心抗拉强度标准值,取1.5N/mm2；；γm-截面抵抗矩塑性系数，γm=1.55A0–换算截面面积，A0=Ac+αEAs+αE’As’,As、As’为受拉、受压钢筋截面面积；αE-钢筋弹性模量与混凝土弹性模量之比，即αE=Es/Ec=7.84；I0-换算截面对其重心轴的惯性矩；W0-换算截面受拉边缘的弹性抵抗矩，W0=I0/（h-yo）yo-换算截面重心至受压边缘的距离；h-截面全高；计算得：=85.5KN查看更多