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文档介绍
水库除险加固工程初设小一型范例
水库除险加固工程初步设计报告（修订本）二〇一一年四月127n目录1综合说明11.1概述11.2水文31.3地质51.4工程任务和规模61.5建筑物除险加固设计71.6金属结构及电气81.7施工组织设计91.8环境保护和水土保持111.9工程管理111.10设计概算121.11经济评价131.12结论与建议142水文182.1流域概况182.2气象192.3水文基本资料192.4径流202.5洪水212.6施工期水库设计洪水262.7水情、雨情测报系统283工程地质293.1概述293.2工程区工程地质概况303.3坝址工程地质条件及评价313.4溢洪道工程地质条件及评价373.5坝下涵管工程地质条件及评价39127n3.6天然建筑材料403.7结论与建议404工程任务及规模424.1工程除险加固的必要性424.2洪水标准434.3洪水调节434.4水库灌溉规模复核464.5工程规模475建筑物除险加固设计495.1设计依据495.2工程现状总体布置525.3大坝加固设计525.4溢洪道加固设计685.5灌溉涵管加固设计755.6大坝安全监测设计815.7建筑物工程项目及工程量826金属结构及电气856.1灌溉涵管856.2金属结构材料、设备汇总表856.3电气857施工组织设计877.1施工条件877.3施工导流907.4主体工程施工907.5施工交通及施工总布置957.6 施工总进度968环境保护与水土保持98127n8.1设计依据988.2环境状况及工程概况998.3环境保护设计1008.4水土保持设计1048.5环境监测1098.6环保与水保投资概算1119工程管理设计1129.1管理机构1129.2主要管理设施1129.3工程招标实施方案1159.4工程运用管理11510投资概算11710.1编制说明11711经济评价12211.1概述12211.2国民经济评价12211.3财务分析12611.4综合评价127127n附件：大坝安全鉴定报告书附图一：地勘图部分1、地质图；附图二：水文、水工图部分（1）水库流域水系示意图TBJG-CS-SW-01（2）水库坝址设计洪水过程线TBJG-CS-SW-02（3）水库P=5%调洪图TBJG-CS-SW-03（4）水库P=1%调洪图TBJG-CS-SW-04（5）工程现状平面布置图TBJG-CS-SG-01（6）工程设计平面布置图TBJG-CS-SG-02（7）大坝除险加固设计断面图TBJG-CS-SG-03（8）大坝防渗纵剖面图TBJG-CS-SG-04（9）粘土斜墙大坝断面设计图（比较方案）TBJG-CS-SG-05（10）溢洪道平面布置图TBJG-CS-SG-06（11）溢洪道结构剖面图TBJG-CS-SG-07（12）灌溉涵管平剖图TBJG-CS-SG-08（13）护坡大样图TBJG-CS-SG-09（14）灌溉涵管金属结构总布置图TBJG-CS-JJ-01（15）施工总布置图TBJG-CS-SZ-01（16）施工总进度表TBJG-CS-SZ-02127n1综合说明1.1概述1.1.1工程概况水库位于**县石岗镇村，坝址地理坐标为东经115°33′，北纬28°27′。坝址以上控制流域面积3.09km2，水库总库容178.51×104m3，设计灌溉面积2400亩，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合效益的小（一）型水库。水库地理位置重要，水库保护下游1.20万人，0.24万亩耕地。水库工程主要建筑物有大坝、溢洪道及灌溉涵管等。大坝为均质土坝，坝顶高程34.10~34.40m（黄海高程，下同），最大坝高9m，坝顶宽6m，坝顶长240m。上游坡为预制块护坡，坡比为1:2.64；下游坡为草皮护坡，上部坡比为1:2.62，在31.61~31.65高程位置设置一条马道，马道宽度3.2~4.2m，下部坡比为1:2.44。溢洪道位于坝区上游石岗山凹处，人工开挖而成，由控制段、明渠段，后接导托渠构成，自由出流，进水段为倒八字口，开口段宽12m，控制段宽9m，高程31.30m，无衬砌；出口无消力池，无消能设施，下泄洪水通过山洪导托渠（长2.5公里）汇入锦江。坝下涵管位于大坝右侧，闸门为木塞，木塞尺寸为φ300mm，进口底高程26.30m，启闭机为手动螺杆启闭机，启闭力为3T，涵管尺寸为Φ0.4m钢筋混凝土圆管，出口无消能设施。1.1.2工程建设过程水库于1969年9月动工兴建，工程由**县水电局负责设计，水库工程建设指挥部组织施工。在大跃进形式催促下，水库前期工作未完成，就急着上马大干。次年3月大坝填筑高程为34.30m。大坝兴建于大跃进年代，属典型的"三边工程"，受当时施工条件、施工工艺等诸多因素制约，大坝均为就近取土人工夯实填筑而成，存在诸多工程隐患。127n1.1.3大坝安全鉴定1.1.3.1水库运行情况分析a.大坝于1969年9月动工兴建，次年3月竣工并投入运行。b.1998年7月14日，水库出现最高洪水位33.3m。1.1.3.2水库存在的主要问题①坝身土方填筑质量差，渗漏严重。②大坝上游面有C15砼六角预制块护坡，但护坡凹凸不平，局部架空。③泄洪道泄洪能力达不到设计要求。④坝下涵管闸门止水较差，启闭设备老化，影响正常蓄水。⑤涵管裂缝，渗漏严重，危及大坝安全。⑥大坝无安全监测设施、降雨、水位观测设施非常简陋。1.1.3.3水库安全鉴定结论1、水库在设计洪水标准为20年一遇、校核洪水标准为100年一遇情况下现有坝顶高程满足防洪要求。2、根据《中国地震动参数区划图》（GB18306—2001）的界定，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、经多年运行，大坝变形已基本稳定。坝体筑堤时未进行碾压，其均匀性很差，坝体土为素填土（Q4ml），渗透系数大于1×10-4cm/s，为中等透水性，具中透水性，局部强透水性，存在坝体渗漏问题，不能满足《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）的防渗要求。4、大坝整体沉降变形已基本稳定，经复核，大坝抗滑稳定安全系数满足规范要求。5、溢洪道进水渠不规则，且边坡较陡，汛期雨季极易产生滑坡，进口段及泄槽段底板均无衬砌，现已长满杂草，淤塞严重，影响泄洪；出口无消力池，也无任何其它消能设施。6、坝下涵管老化严重，裂缝漏水，钢筋外露，存在接触冲刷破坏问题，且漏水严重，止水老化。7、涵管启闭机锈蚀严重，启闭困难，螺杆变形，操作困难。127n8、大坝无水雨情观测、监测、通讯、交通、管理设施。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，水库大坝属三类坝。对大坝维修加固的意见和建议如下：a、坝体加固，进行防渗处理。b、修整上、下游坡面，增设贴坡反滤。c、重建溢洪道。d、拆除重建坝下涵管。e、增设大坝安全监测设施。f、完善水库管理设施。1.1.4设计任务由来水库是一座以灌溉为主、兼有防洪、养殖等综合效益的小（一）型水库。水库保护下游1.2万人，0.24万亩耕地。水库一旦失事，将对下游人民造成巨大的生命财产损失，因此，水库正常安全运行至为重要。由于工程质量评价为不合格，运行管理评定为差，输、泄水建筑物结构安全性为C级，大坝渗流安全性评定为C级，金属结构安全性评定为C级。经水利局组织安全鉴定，水库属三类坝，需进行维修加固。受**县水利局委托，我院承担水库除险加固工程初步设计阶段设计工作。按有关规程规范要求，并根据安全鉴定结论及本阶段地质勘测资料，经进一步复核和调查分析编制完成报告。1.2水文1.2.1流域概况水库位于**县石岗镇村，坝址地理坐标为东经115°33′，北纬28°27′。坝址以上集雨面积3.09km2，主河长2.57km，河道平均比降4.61‰。水库坝址以上地貌主要为山地和丘陵，植被较好，人口密度不大，自然环境受人类活动影响不甚剧烈，水土流失不甚严重。127n1.2.2水文气象本流域属亚热带季风气候区，一年四季分明，气候温和，阳光充足，降雨量丰沛。本区域多年平均气温17.6℃，极端最高气温40.9℃，历年极端最低气温－9.9℃；多年平均蒸发量1529.6mm；多年平均相对湿度76%；多年平均风速3.3m/s，全年最多风向为北风，历年最大平均风速为15.4m/s；多年平均无霜期226天。1.2.3设计洪水本流域气候受季风影响，主要降雨时期为每年的4~9月，暴雨类型既有锋面雨，又有台风雨，锋面雨是本流域的主要暴雨类型。水库流域洪水由暴雨形成，5、6月份为本流域出现洪水的主要季节，尤其是6月份，往往峰高量大。7~9月由于受台风影响，也会出现短历时的中等洪水，洪水过程一般比较尖瘦。本流域一次洪水过程一般为1~2天，大多数呈单峰尖瘦型，一次洪水总量主要集中在1天之内。由于流域内和流域附近没有可以移用的洪水水文资料，本次水库的设计洪水采用暴雨途径推求。设计暴雨采用地区综合法及用当地实测暴雨推求设计暴雨，其计算成果见表1.2.1。表1.2.1时段暴雨参数成果表项目参数单位时段（h）16241d查《手册》均值mm4585120CV0.480.450.50**县气象站实测暴雨均值mm4580125113CV0.400.450.400.40根据《江西省暴雨洪水查算手册》使用方法及使用说明，水库采用推理公式法计算设计洪水，成果见表1.2.2。127n表1.2.2水库不同方法推求坝址设计洪水成果比较表计算方法推理公式法洪峰流量24h流量单位m3/s104m3P=1%35.1386.82P=2%30.6075.23P=5%23.7859.70P=10%18.2547.871.3地质水库位于**县石岗镇村，区内地貌单元为构造剥蚀丘陵地形地貌，地形起伏一般，丘顶相对高差一般为10～20m。库内冲沟较发育，多呈“U”字型，但切割不甚强烈，沟谷发育坡角一般5°～15°，山坡一般较平缓，植被较发育，未见较大的不良物理地质现象存在，库岸较稳定。库区下游地势较开阔，大坝周边山体植被发育。据《中国地震动参数区划图》（GB18306—2001）的界定，本区地震基本烈度小于Ⅵ度，地震动峰值加速度小于0.05g，区域稳定性较好。工程区内水文地质条件较简单，地下水类型有第四系松散层孔隙水和碎屑岩类孔隙裂隙水。大坝为均质土坝，后经加高加厚和除险加固至目前规模。据钻探揭露，大坝坝体土中全风化碎块含量较高，且随机变化大，土质均匀性较差；填筑时碾压质量差，土的密实性不均匀。据室内渗透试验和注水试验，渗透系数K=5.07×10-4cm/s，坝体填土具中等透水性，均不能满足《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）的防渗要求，需进行防渗加固处理。127n1.4工程任务和规模1.4.1工程除险加固的任务水库是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养殖等综合效益的小（一）型水库，总库容178.51×104m3，水库保护下游1.2万人，0.24万亩耕地。由于目前水库仍存在许多安全隐患，无法充分发挥其综合效益，反而时刻威胁下游人民的生命财产安全，所以对水库的除险加固迫在眉睫。经鉴定，水库大坝属三类坝，工程建设任务是通过对水库除险加固，使其正常发挥效益，安全运行。1.4.2洪水标准根据（GB50201-94）《防洪标准》和（SL-252-2000）《水利水电工程等级划分及洪水标准》规定。确定水库枢纽等别属Ⅳ等。大坝、溢洪道及灌溉输水涵管主要水工建筑物级别属4级，其它建筑物属5级。水库总库容178.51×104m3/s，属于小（一）型水库。依据（GB50201-94）《防洪标准》，洪水标准按平原、滨海区标准确定设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准为100年一遇。1.4.3洪水调节设计洪水采用坝址洪水，溢洪道为宽顶堰，堰顶高程31.3m，溢流净宽9m，根据洪水调节计算，水库校核洪水位（P=1%）为32.51m，相应库容178.51×104m3，最大下泄流量19.63m3/s；设计洪水位（P=5%）为32.21m，相应库容167.55×104m3，最大下泄流量为12.88m3/s。各频率洪水调节成果见表1.4.1。127n表1.4.1水库洪水调节计算成果表（9m堰宽）项目单位P=1%P=2%P=5%P=10%正常蓄水位黄海·m31.3031.3031.3031.30相应库容104m3140.2140.2140.2140.2最高调洪水位黄海·m32.5132.3932.2132.05相应库容104m3178.51173.97167.55162.30最大泄量m3/s19.6316.8612.889.82坝址洪峰流量m3/s35.1330.6023.7818.251.5建筑物除险加固设计1.5.1工程等别和洪水标准水库总库容178.51×104m3，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》，工程为IV等工程。其主要建筑物级别为4级，设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准为100年一遇。1.5.2工程存在的主要问题及安鉴结论根据大坝安全鉴定结论及本阶段地勘成果，并对历年加固资料及运行情况进行分析后认为，工程存在以下主要问题：大坝坝体渗漏，上游护坡风化严重；溢洪道无消能设施，无法有效泄洪；坝下涵管砼老化，漏水严重；大坝无安全监测设施；水库防汛、通讯、管理设施简陋。进库公路标准低，路况差，无上坝公路。1.5.3大坝除险加固设计经计算，确定大坝坝顶高程为34.10~34.40m，坝顶宽6m，坝顶总长240m，坝顶为砼路面。上游坝坡填土平整至1:3，为预制块护坡，厚10cm，护坡至设计水位上0.5m；下游坡为草皮护坡，上部坡比保持原状为1:2.62，在31.6m高程位置设置一条马道，马道宽度4.0m，下部坡比为1:2.5，贴坡反滤顶高程为28.15~28.53m。经方案比较，大坝坝身结合浅层坝基进行防渗处理，采用粘土心墙防渗，127n墙厚1m，防渗墙伸入低液限粘土1m。1.5.4溢洪道加固设计根据对现有溢洪道结构的复核结果，综合安鉴结论及运行险情资料，确定对溢洪道按原规模拆除重建，加固后溢洪道堰顶高程为31.3m，由进水段、控制段、泄槽段、消力池段及海漫段组成。控制段为开敞式宽顶堰，设有3孔，每孔净宽3m，总溢流净宽9m，中墩宽0.8m，溢洪道全长114m，泄槽底板纵坡为0.0074，泄槽末端设消力池，消力池后设海漫防冲段。1.5.5灌溉涵管加固设计根据现状存在的问题及安全鉴定结论，灌溉涵管管身砼剥落，受库水淘刷，砂石裸露，砼老化严重，漏水严重，需要进行工程加固处理。经方案比较，涵管在原址进行重建，涵管进水口底板高程采用原涵进水口底板高程26.30m，涵管闸墩顶高程为34.30m，上设启闭排架、闸房及交通桥；涵管为钢筋砼方涵，断面尺寸1.0×1.2m（宽×高），壁厚0.30m，涵管总长为64.00m，纵坡0.4%，涵管出口接6m长消力池段，与原灌溉干渠相接。1.5.6大坝安全监测水库大坝目前仅有简陋库水位及雨量观测，无大坝安全监测设施，不满足安全运行管理及规范要求。本次设计按《土石坝安全监测技术规范》（SL60-94）的要求，增设变形、渗流、水文及气象等安全监测项目。1.6金属结构及电气1.6.1灌溉涵管涵管进水口为1孔，底板高程26.30m，孔口尺寸1.0m×1.2m，顺水流方向依次设有检修闸门和工作闸门。工作闸门位于检修门之后，闸门型式均为平面铸铁闸门，工作闸门可在校核洪水位（32.51m）下动水启闭，并局部开启调节流量。启闭设备均选用LQ-10127n手电两用螺杆启闭机。1.6.2电气灌溉涵管进口启闭设备从村内变压器引入380V动力电源，动力线路长3km。1.7施工组织设计1.7.1施工条件水库对外交通十分方便。但左坝头上坝公路为防汛公路，路面较差，需扩建修整。施工期内施工、生活用水可直接抽取库水使用；施工、生活用电条件优越，可就水库附近电网电源。本工程所需主要建筑材料包括天然建筑材料和水泥、钢材（筋）等建筑材料。水泥、钢材（筋）等建筑材料由**县有关物资部门供应，天然建筑材料，土料部分利用开挖土料，部分从选定土料场开采，砂及卵石料外购。1.7.2施工导流水库为IV等小（一）型水库，其主要建筑物为4级建筑物，依据（SDJ303-2004）《水利水电工程施工组织设计规范》规定，相应临时建筑物为5级建筑物，根据本工程各施工项目的特点和安排：溢洪道施工不受洪水影响，仅有大坝新、老涵管施工受洪水影响。新涵管导流标准采用10月~12月5年一遇洪水，相应水库最高水位26.95m。根据本工程各施工项目特点，第一年10月底将水库放空。施工期第一年10月~12月施工大坝新涵管。新涵管施工期间，导流涵管过流。围堰采用均质土围堰，围堰顶高程27.45m，堰顶宽3m，围堰内外边坡均为1:2，围堰方量为460.8m3。涵管围堰填料利用土方开挖料，75KW推土机平料、压实，后期采用反铲拆除，自卸汽车运输弃渣（外运）。127n1.7.3主体工程施工本次加固处理工程主要有大坝加固、坝下涵管新建、溢洪道拆除重建三大项。大坝加固主要施工项目有土方开挖、坝体填筑、砼预制块护、粘土防渗墙、草皮护坡、砼浇筑、贴坡反滤等。溢洪道主要施工项目有土石方开挖、土方回填、砼浇筑、砼拆除等。坝下涵管施工主要为拆除老涵管，原址重建新涵管。项目主要有：土方开挖、土方填筑、砼浇筑、砼拆除等。1.7.4场内交通及施工总布置a)场内交通施工区内交通路网已初步形成，现有道路直抵大坝。场内交通原则上以现有场内交通公路为主干线，适当修建临时公路至新建涵管进口、弃渣场、土料场。本工程共需1km，其中新建临时道路0.6km，扩建0.4km。采用双车道，泥结碎石路面。b)施工总布置施工区内布置主要有施工生活、管理用房、辅助企业、施工仓库、砼拌和站、砼预制场、弃碴场等。新建管理房附近可布置施工生活管理用房、辅助企业、仓库。在新建管理房附近设置砼搅拌站和砼预制场。施工区位置离**县较近，本工程的施工机械修配可委托该县专业机械修配厂；钢筋及木模加工厂布置于砼搅拌机附近。1.7.5施工总进度本工程施工总工期为12个月，即从第一年的9月份至第二年的8月份。（1）工程筹建期：第一年9~10月。（2）施工准备期：第一年9月~10月。（3）主体工程施工期：第一年10月中旬至第二年8月。（4）工程完建期：第二年8月。（5）主要施工项目月高峰施工强度：127n（a）土方开挖：5564.59m3/月；（b）土方填筑：7435.82m3/月；（c）粘土防渗墙：2420.17m3/月；1.8环境保护和水土保持1.8.1环境保护设计环境保护设计主要包括水质保护、环境空气质量保护、噪声防治及施工期人群健康保护。水质保护主要是对砂石料加工冲洗废水、混凝土拌制产生的碱性废水进行处理。环境空气保护主要是对混凝土拌合系统采取降尘措施，注意交通扬尘防治措施、燃油机械尾气排放等。噪声防治可通过调整施工时段和加强设备的维护和保养及对直接受噪声影响严重的施工人员进行防噪声解决。人群健康保护措施主要有施工区卫生清理和施工人员卫生防疫。环境保护投资为1.607万元。1.8.2水土保持设计水土保持设计主要措施包括建材开采区水保、弃渣场水保及临建设施区水保措施。土料场取料完成后，修建排水设施，用推土机回填表土，平整压实并种植水土保持种草。水土保持投资为3.214万元。1.8.3环境监测环境监测主要进行水质、环境空气、噪声及人群健康观察。1.9工程管理1.9.1管理机构水库设置水库管理站，参照水利部、财政部颁《水利工程管理定岗标准》（试点）规定，本工程定员5人，其中生产人员4人，管理人员1人。127n1.9.2主要管理设施a.工程管理范围包括工程区和生产生活区。工程区管理范围包括：大坝、溢洪道及灌溉涵管等建筑物周围和水库土地征用线以内的库区，大坝右岸以右坝头外延100m为界，左岸以左坝头外延100m为界，上游从坝轴线上延100m为界（不含工程占地、库区征地重复部分），下游从坝脚线向下150m和溢洪道消力池下游边线以下100m为界以及生产、生活区等。管理范围外3m区域为保护区范围。b.主要管理设施按照《水库工程管理设计规范》（SL106-96），新建办公用房100m2，仓库200m2，配备车船2辆和办公设备、传真机、计算机等。为水库防汛、工程管理方便，按四级公路标准新建5.0m宽的砼公路2.98km。1.9.3工程运用管理水库调度原则：溢洪道为无闸门控制泄流，当库水位低于正常蓄水位时，溢洪道不泄洪；当库水位上涨，超过正常蓄水位时，溢洪道泄洪。管理办法应依据《中华人民共和国水法》、《中华人民共和国防汛法》、《水库大坝安全管理条例》和《江西省河道管理条例》等法律法规性文件，制订工程管理规程和条例，对水库进行控制运行、检查检测和养护维修。1.9.4工程招标实施方案为高标准、高质量完成本次除险加固工程，**县水利局拟成立以局长为领导的**县水库除险加固工程项目部，工程实施阶段委托具有相应资质的招标代理机构实行公开招标。1.10设计概算1.10.1编制依据江西省水利厅赣水建管字127n[2006]242号颁发的《江西省水利水电工程设计概（估）算编制规定》1.10.2工程总投资工程总投资385.599万元。工程部分投资379.832万元，其中：建筑工程302.512万元；机电设备及安装工程8万元；金属结构设备及安装工程2.36万元；临时工程18.488万元；独立费用44.712万元；基本预备费3.761万元。环保投资1.607万元，水保投资3.214万元。1.11经济评价本项目经济评价主要依据（SL72-94）《水利建设项目经济评价规范》，本项目的主要经济效益为灌溉、养殖和滞洪减灾效益，项目经济评价主要按国民经济评价要求进行。按照《规范》要求，水利工程的经济合理性应按经济内部收益率与社会折现率的比较情况，经济净现值与效益费用比的大小进行评价。本工程的经济内部收益率达16.90％，高于8％；经济净现值为811.69万元，高于0，效益费用比为1.68，亦大于1。根据《规范》要求，对工程投资、效益等主要影响因素，分析测算单项指标浮动或多项指标同时浮动对主要经济评价指标的影响。本工程在各项指标变化的情况下经济内部收益率、经济净现值、效益费用比等均高于《规范》规定值。说明该项目具有一定的抗风险能力。上述经济指标均大于规范的评判标准，说明本除险加固项目在经济上是合理可行的。127n1.12结论与建议a.水库总库容178.51×104m3，是一座以灌溉为主、兼有防洪、养殖等综合效益的小（一）型水库，保护下游1.20万人，0.24万亩耕地。由于大坝存在众多安全隐患，严重威胁下游人民的生命及财产安全，建议尽快开展水库除险加固建设，更好地发挥水库综合利用效益。b.进行全面、系统、经常性的检查观测，及时发现并消除隐患，保持工程经常处于良好的工作状态，延长工程寿命。c.合理调度，确保大坝安全，并使工程发挥最大效益。水库工程特性表序号名称单位原复核安鉴现设计备注一枢纽水文特性1流域面积坝址以上km23.093.093.09主河长km2.572.57比降（‰）4.614.612代表性流量设计洪水标准P（%）255洪峰流量m3/s23.7823.78校核洪水标准P（%）0.211洪峰流量m3/s35.1335.13二水库1水库水位校核洪水位m32.7332.5132.51设计洪水位m32.4232.2132.21正常蓄水位m31.3031.3031.30死水位m26.3026.3026.302水库库容总库容×104m3175.5178.51178.51正常蓄水位以下库容×104m3140.2140.2调洪库容×104m338.3138.31127n三下泄流量1设计洪水最大下泄流量m3/s12.8812.882校核洪水最大下泄量m3/s19.6319.63四主要建筑物1大坝坝型均质土坝均质土坝均质土坝地基特性含砂低液限粘土地震动峰值加速度/地震动反应谱特征周期小于0.05g/0.35s坝顶高程m34.334.10~34.4034.10~34.40最大坝高m9.09.09.0坝顶长度m2402402402溢洪道型式开敞式明渠开敞式明渠开敞式宽顶堰地基特性粉质粘土低液限粘土低液限粘土消能方式无消能设施底流消能底流消能堰顶高程m31.3031.3031.30溢流净宽m8.09.09.0设计泄洪流量m3/s12.88(5%)12.88(5%)校核泄洪流量m3/s19.63(1%)19.63(1%)3涵管型式砼矩形涵管钢筋混凝土圆管砼矩形涵管地基特性含砂低液限粘土进口底板高程m26.3026.3026.30全长m436464涵管尺寸m*m0.6×0.8Φ0.4m1.0×1.2m127n壁厚m0.080.3闸门型式平面铸铁闸门木塞平面铸铁闸门启闭机型式LQ-10五施工1主要加固工程量土方开挖m39943土方回填m315049砼浇筑m32711钢筋制安T22粘土防渗墙m2420直径1.3m2主要建筑材料钢筋T24水泥T892卵石m33238块石m3918砂m317373总工日104工时13.05284总工期月12五经济指标1静态总投资万元385.5992工程部分投资万元379.832建筑工程万元302.512机电设备及安装工程万元8金属结构设备及安装工程万元2.36施工临时工程万元18.488独立费用万元44.712基本预备费万元3.761水保万元3.214环保万元1.607127n3经济评价内部收益率%16.90经济净现值万元811.69效益费用比1.68127n2水文2.1流域概况2.1.1地理位置及水系概况水库位于**县石岗镇村，坝址地理坐标为东经115°33′，北纬28°27′。水库保护下游1.2万人，0.24万亩耕地。水库属属赣江水系锦河支流，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养殖的重点小（一）型水库。在本次除险加固初步设计中，利用1:10000比例的航测地形图对流域的各项特征参数进行了量算。量算后的流域各项特征参数为：坝址以上集雨面积3.09km2，主河长2.57km，河道平均比降4.61‰。水库各阶段采用的水库流域特征参数见表2.1.1。本次除险加固设计采用本次量算的各项流域参数。表2.1.1水库流域特征参数表设计阶段参数原设计安全鉴定本次复核流域面积（km2）3.093.093.09主河长（km）—2.572.57比降（‰）—4.614.61水库坝址以上地貌主要为丘陵岗地，植被较好，人口密度不大，当地居民主要从事农业生产，自然环境受人类活动影响不甚剧烈，加之最近几年加强了对自然环境的重视和保护，生态条件有所改善，水土流失不甚严重。2.1.2工程概况水库于1969年9月动工兴建，次年3月大坝填筑高程为34.00m（黄海高程，下同）。水库127n受当时物力、财力的限制，工程的质量受到较大的影响。加之水库运行多年，工程老化，虽经过多次的续建配套及除险加固，但经大坝安全鉴定，仍然存在许多工程安全隐患，影响工程效益的正常发挥，并威胁着下游人民生命和财产安全，除险加固势在必行。2.2气象2.2.1气候特点水库坝址控制流域属亚热带季风气候区，一年四季分明，气候温和，阳光充足，降雨量丰沛。受季风影响，每年4~6月，冷暖气流持续交绥于长江中下游一带，形成大范围长历时的强降水。该时期是本流域降水量最多的季节，往往产生较大暴雨，强发洪灾。7~9月受副高控制，天气晴热少雨，但有时受台风影响，亦有较短历时的强降雨发生。10月~12月受西伯利亚高压控制，气温低，雨量少。2.2.2气象特征水库所在流域内无气象观测站。本水库除险加固设计采用位于水库正东面距坝址约20km的**县气象站的相关资料，进行有关的统计分析。经统计分析，本流域多年平均降雨量为1578.7mm左右。降雨量的年内、年际分配不均，汛期4~6月和雨量约占全年的48.3%，枯水期10月~次年1月降雨量仅占全年的13.8%；最大年降雨量2212.5mm（1973年），是最小年降雨量1060.8mm（1971年）的2.09倍。据**县气象站资料统计，本区域多年平均气温17.6℃，极端最高气温40.9℃，历年极端最低气温－9.9℃；多年平均蒸发量1529.6mm；多年平均相对湿度76%；多年平均风速3.3m/s，全年最多风向为北风，历年最大平均风速为15.4m/s；多年平均无霜期226天。2.3水文基本资料水库流域内没有水文站，且水文部门未在该流域设雨量站。本次设计施工洪水计算时采用邻近流域潦河支流南河上游来堡水上的水汾站作为参证站。设计暴雨分析计算采用**县气象站(长堎站)及万家埠水文站等资料。127n水汾水文站位于潦河支流的南河上游来堡水上。该水文站集雨面积22.1km2，于1967年4月设立，观测水位、流量、降雨量等，同年10月停测水位、流量。1974年6月恢复水位、没量观测，1996年被撤消，至今只有1977年~1995年（共19年）实测流量资料。该站没有历史洪水调查资料。新建气象站于1959年12月设立，为国家基本气象站，观测气象、降雨量至今。本次收集到了1960~2003年共44年的降雨量及有关气象观测资料。万家埠水文站位于潦河干流上，该站集雨面积3548m2，1952年1月由江西省水文局设立，观测水位、流量、降雨量等。至今有50余年的水位、流量、降雨量等观测资料。新建气象站、万家埠水文站降雨量资料和水汾水文站流量资料均按照有关规程、规范的要求进行观测和整编，资料质量可靠、精度高，其资料可满足水利工程的设计要求。2.4径流为了分析水库最佳施工时段以及灌溉规模复核需要，需分析计算坝址处各月径流。由于水库坝址以上流域内无水文观测站，从控制流域面积相近、下垫面条件相似及水文资料条件等因素分析，潦河支流南河上游的来堡水上的小河站水汾站可作设计参证站。因此，本设计选取潦河支流南河上的水汾水文站作为坝址径流分析计算的参证站。统计水汾站历年各月径流并计算其多年平均值，采用水文比拟法将水汾站径流换算至坝址。根据《江西省水资源》多年平均年降雨等值线图以及水汾站与新建气象站多年平均降雨长短系列分析，水库坝址所在流域多年平均降雨量为1600mm，而水汾站所在地区多年平均降雨量为1800mm。水库坝址多年平均及不同频率下各典型年的来水量采用水文比拟法通过面积的一次方并经雨量修正后求得。水库坝址设计频率月径流见表2.4.1。127n表2.4.1水库坝址设计频率月径流成果表项目1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月平均P=80%(m3/s)0.0380.0800.0910.0630.1350.0890.1630.0630.0570.0410.0440.0330.075P=50%(m3/s)0.0510.0660.0710.1360.1430.1580.1200.0550.0770.0550.0340.0270.083P=20%(m3/s)0.0690.0580.1710.1880.2100.1310.0930.1090.0410.0360.0290.1130.104多年平均0.0380.0520.0750.1100.1200.1930.1560.0910.0760.0550.0500.0360.088百分比（%）3.74.97.110.511.418.314.88.67.25.34.83.42.5洪水由于流域内及流域附近没有可以移用的洪水水文资料，本次水库的设计洪水采用暴雨途径推求。2.5.1暴雨洪水特性2.5.1.1暴雨特性本流域气候受季风影响，主要降雨时期为每年的4~9月，其水气的主要来源是太平洋西部的南海和印度洋的孟加拉湾。一般每年从4月份开始，降雨量逐渐增加。至5、6月份，西南暖湿气流与西北南下的冷空气持续交绥于长江中下游一带，冷暖空气强烈的辐合上升运动，形成大范围的暴雨区。本流域正处在这一大范围的锋面雨区中，此期间，本流域降雨量剧增，不仅降雨时间长，而且降雨强度也大。暴雨类型既有锋面雨，又有台风雨，锋面雨是本流域的主要暴雨类型。7~9月本流域常受台风影响，有台风暴雨产生。暴雨历时一般为1~3天，2天居多。锋面雨历时较长，台风雨历时较短。从暴雨出现的时间统计，绝大多数的暴雨出现在4~8月份，以5、6月份出现次数最多。2.5.1.2洪水特性水库127n流域洪水由暴雨形成，洪水发生季节与暴雨发生季节相一致。一般每年自4月份起，本流域开始出现洪水，但峰量不大，5、6月份为本流域出现洪水的主要季节，尤其在6月份，往往由大强度暴雨产生峰高量大的洪水。7~9月由于受台风影响，也会出现短历时的中等洪水，洪水过程一般比较尖瘦。本流域一次洪水过程一般为1~2天，峰型和降水历时、强度有关，大多数呈单峰尖瘦型，一次洪水总量主要集中在1天之内。2.5.2设计暴雨由于本流域无实测水文资料，因此，将采用暴雨途径推求坝址设计洪水。水库流域设计暴雨分别采用当地实测暴雨系列推求和地区综合法推求，经比较分析后最终确定采用成果用于推求坝址设计洪水。2.5.2.1当地实测暴雨法本阶段以新建气象站为代表站，来分析计算水库流域的设计暴雨。新建站有1961~2008年共48年连续实测降雨量资料系列，其中最大1h、6h实测降水资料系列为1980~2008年共29年；最大24小时实测降水资料系列为1961~2008年共48年。根据以上实测时段降雨量，按年最大值选样法分别选取最大1h、6h、24h时段降水量，分别组成暴雨系列进行频率计算，按皮尔逊III型曲线进行适线，确定各站实测暴雨均值和CV值。其计算成果见表2.5.1。表2.5.1时段暴雨参数成果表项目参数单位时段（h）16241d查《手册》均值mm4585120CV0.480.450.50**县气象站实测暴雨均值mm4580125113CV0.400.450.400.402.5.2.2地区综合法根据水库在流域的地理位置，在《江西省暴雨洪水查算手册》（以下简称《手册》中查得各个时段暴雨参数见表2.5.1。2.5.2.3设计暴雨采用成果的分析选定根据表2.5.1分析，地区综合法与实测时段暴雨分析计算得到的设计暴雨参数有一定的差异，主要表现在**县气象站实测降雨量均值及CV值与《手册》值非常接近。经综合分析，考虑由设计暴雨推求设计洪水对水库的安全造成不利的因素，本次1h、6h、24h的时段雨量均值及CV127n值均采用《江西省暴雨洪水查算手册》查算的成果。根据选定的设计暴雨参数，推求水库坝址以上流域的各频率设计点暴雨量，详见表2.5.2。表2.5.2各种频率设计点暴雨成果表项目时段（h）1624暴雨均值（mm）4585120CV0.480.450.50各频率设计暴雨（mm）P=1%119.3214.2328.8P=2%105.8191.3290.4P=5%87.8159.8238.8P=10%73.8136.0199.2暴雨点面修正系数0.99860.99870.99962.5.3坝址设计洪水采用上表中的设计点暴雨，根据水库坝址的集雨面积查点面修正系数，计算坝址控制流域的面暴雨。本次采用复核量算后得到的水库坝址的流域特征参数，即流域面积F=3.09km2，主河长L=2.57km，主河道比降J=4.61‰，按《手册》中提供的推理公式计算水库坝址设计洪水。查《手册》中的相关附图可知：水库坝址控制流域处在产流分区为IV，推理公式分区为VII区。按《手册》中的要求，推理公式法推求坝址设计洪水时，时段长△t取1小时。2.5.3.1设计净雨量计算本区域设计前期雨量Pa=70mm，按∑H+Pa查第IV产流区的降水径流关系表，推求各设计频率的设计总径流深R总，由24小时平均暴雨强度查第IV产流区稳渗fc，按总径流域减地下径流深（R下）得设计净雨过程。2.5.3.2推理公式法计算设计洪水由河道长度L和比降J求得θ=L/J1/3，根据推理公式法第VII分区查得α、β，由式m=α·θβ求得m值；再由式τ=0.278θ/mQτ1/4得Qτ=f（τ）的关系。127n将各时段净雨量按从小到大顺序后求累计值和各时段累计均值∑ht/t，根据公式Qt=0.278F·∑ht/t求得Q（t）=f(t)关系，与Qτ=f（τ）关系点绘于同一坐标系上，求得两线交点Qm即为地表径流洪峰流量；地表径流总宽T是由洪水总量W（即W=0.1h24·F）按式T=9.67W/Qm计算而得，地表径流过程按五点折腰计算；地下径流及洪水过程线计算。推理公式法推求的设计洪水成果见表2.5.3。表2.5.3水库推求坝址设计洪水成果比较表计算方法推理公式法洪峰流量24h流量单位m3/s104m3P=1%35.1386.82P=2%30.6075.23P=5%23.7859.70P=10%18.2547.872.5.3.4设计洪水成果分析本次设计采用推理公式所推求的设计洪水计算成果，见表2.5.4和图TBJG-CS-SW-01。本次主要采用设计洪峰流量在面上平衡分析法进行成果的合理性分析。将水库设计洪水成果与附近流域集水面积在10km2以下正在进行加固的水库设计洪水成果进行比较，在面上进行平衡分析，将各个水库坝址流域同一设计频率的设计洪峰模数之对比以及同一设计频率的设计洪峰流量与其集水面积的关系图来分析水库坝址设计洪水的合理性（见表2.5.5）。经分析可知，水库坝址以上流域面积与设计洪峰流量的对数关系均处在关系线附近，因此，说明水库坝址设计洪水是较合理的。127n表2.5.4水库各频率设计洪水过程推理公式法时段长Dt=1h，流量单位：m3/s时段P=1%P=2%P=5%P=10%10.670.460.380.4122.361.971.551.2935.974.793.783.31415.6913.3910.458.29525.4121.9917.1113.26635.1330.6023.7818.25730.0826.1420.3415.69825.0321.6916.9113.15919.9917.2413.4810.601014.9412.7810.058.05119.898.336.625.50127.556.625.284.19137.006.144.923.93146.455.664.563.67155.895.184.203.41165.344.703.843.15174.794.223.482.90184.233.743.132.64193.683.262.772.38203.132.782.412.12127n表2.5.5各个水库设计洪峰模数比较表水库名称所在县市集水面积(km2)洪峰流量Q(m3/s)洪峰模数(Q/F2/3)备注0.2%1%2%0.2%1%2%蛇山进贤2.5737.031.019.7216.52正在进行除险加固设计仓下咀进贤3.3447.240.621.1218.17新建3.0935.1330.6016.5614.42红旗新建3.7067.450.443.528.1721.0718.18平均19.6216.822.6施工期水库设计洪水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、灌溉涵管等的除险加固施工，需分析计算施工期间遇施工洪水标准之洪水时的最高库水位，以便垒筑合理高度的围堰进行水库的除险加固施工。2.6.1施工方案本次水库除险加固设计对大坝灌溉涵管的除险加固采用原址重建灌溉涵管方案。该方案在施工前，可利用原涵管放空水库，垒筑围堰后可利用新增设的Φ0.5m混凝土管进行导流。因此，原址重建灌溉涵管施工期最高库水位受施工期设计洪水的历时、洪峰流量和洪水总量以及导流管输水能力的影响，所以应分析计算施工期的设计洪水。新灌溉涵管建成后，可拆除导流管，利用已施工完的新涵管进行施工导流，以降低施工期的库水位。2.6.1施工期及施工洪水标准根据本流域暴雨洪水及年内径流分配特性以及本除险加固工程的施工特点，除险加固施工宜安排在枯水季节10月至次年2月之间进行。按照施工组织要求，原址重建灌溉涵管方案施工期需要3个月。经过对流域径流洪水特点的初步分析，原址重建涵管方案施工期拟定有10月至12月。施工洪水标准按规范要求取5年一遇（P=20%）。127n2.6.3施工期设计洪水水库坝址处及其上下游附近无实测径流资料，施工期设计洪水亦采用水文比拟法进行推求，最终确定采用成果。利用水汾水文站的实测洪水资料统计设计枯水段的最大洪峰流量，并采用水文比拟法将其转换至水库坝址，其面积比指数洪峰流2/3。时段最大洪峰流量系列的频率分析计算采用经验频率法。水库坝址施工期各时段5年一遇（P=20%）最大洪峰流量：10月至12月为5.60m3/s。施工期设计洪水过程线采用同倍比放大法推求。根据峰高、量大且实测洪峰流量接近设计洪峰流量的选取原则，选取1981年11月和1985年11月洪水作为典型洪水推求水库坝址的施工期设计洪水过程。经综合分析后，水库坝址的施工期设计洪水过程线选取根据1981年11月洪水经缩放后得到的设计洪水过程线作为采用成果。水库坝址施工期各时段5年一遇24小时设计时段洪量：10月至12月分别为11.07×104m3/s。施工洪水过程线见表2.6.1。表2.6.1水库施工期设计洪水成果表流量单位：m3/sDT=1h流量DT=1h流量10.25130.7024.18140.6535.60150.6043.89160.5452.63170.4962.03180.4771.61190.4681.13200.4591.00210.43100.90220.42110.80230.40120.75240.38127n2.7水情、雨情测报系统水库为**县重要的水利工程，根据有关规程规范、《大坝安全鉴定报告书》中安全鉴定结论和对大坝维修加固的意见和建议中“完善水情、雨情观测设施、通讯设施及防汛公路”的要求，增设水、雨情测报系统。根据《江西省重点小型病险水库除险加固初步设计审批导则》，该部分费用为5万元。1）雨量观测本工程集雨面积3.09km2，为此计划设立一套雨量自动观测点器，观测场应选择四周较空旷，没有房屋或大树的地方。2）水位观测在坝上设立水尺，定期观测水库水位。3）强化和规范观测手段水库上应指派专人进行水情、雨情观测，认真记录，及时整理观测资料，做好资料存档工作。观测人员要定期参加业务培训，提高业务水平，保证观测资料的质量。127n3工程地质3.1概述水库位于江西省**县石岗镇村。坝址以上控制流域面积3.09km2，属赣江水系支流。水库总库容178.51×104m3，正常蓄水位31.3m，设计灌溉面积0.24万亩，是一座有灌溉、养殖等综合效益的重点小（一）型水库，水库枢纽工程主要建筑物有大坝、溢洪道、坝下涵管组成。水库地理位置极为重要，水库保护下游1.2万人，0.24万亩耕地。水库一旦溃坝，将给下游人民生命安全和国家财产造成重大损失。水库开始兴建于1969年9月动工兴建，次年3月大坝填筑高程为34.3m。受当时施工条件制约，大坝及其它建筑物施工质量较差，在运行期间出现多处险情。目前水库难以按设计要求正常运行。受**县水利局委托，江西省勘察设计研究院承担了该水库大坝除险加固工程安全鉴定阶段及初步设计阶段工程地质勘察工作。于2009年12月6日完成野外勘察工作，累计完成实物工作量见下表：表3-1-1完成实物工作量表项目钻探原状土样室内渗透试验水样颗分试验原位测试注水试验总进尺单位（米/孔）（组）（组）（组）（组）次段工作量302.7/131292730岩、土及水样、测试工作布置合理，钻孔施工完毕后及时进行封孔处理，有效保护坝体安全；室内岩、土、水样分析测试由通过省级计量认证的本院实验测试中心进行。为正确评价场区工程地质条件取得了较为充分的第一手资料。本次勘察坝址地形图、钻孔座标由**县水利局提供。坐标采用独立坐标系，高程为黄海高程。127n3.2工程区工程地质概况3.2.1地形地貌及物理地质现象水库位于**县石岗镇村，区内地貌单元为构造剥蚀丘陵地形地貌，地形起伏一般，丘顶相对高差一般为10～20m。库内冲沟较发育，多呈“U”字型，但切割不甚强烈，沟谷发育坡角一般5°～15°，山坡一般较平缓，植被较发育，未见较大的不良物理地质现象存在，库岸较稳定。库区下游地势较开阔，大坝周边山体植被发育。3.2.2地层岩性工程区及附近出露地层主要为三叠系上统安源组炭质页岩（T3）和第四系松散堆积层（Q）。现将区内地层岩性由老至新分述如下：1、三叠系上统安源组炭质页岩（T3）：分布于整个坝址区，灰黄、青灰色，为软质岩，风化较强烈，风化层厚度大，裂隙发育。2、第四系松散堆积层（Q）1）中更新统残积层（elQ2）：主要为黄褐、棕红、棕黄色残积相粉质粘土层，分布于区内山坡处。2）人工堆积层（rQ）：主要为坝体填筑土，由黄褐、灰黄色炭质页岩风化碎屑物堆填组成。3.2.3地质构造及地震工程区地处扬子准地台江南地轴二极构造单元中，由萍乡-乐平台陷及武功-官帽台拱两个三级构造单元组成。其构造为广泛出露的双桥山群构成一系列东西轴向的线状背斜及复式向斜褶皱带。据区域地质资料，测区内无断裂构造通过，场区稳定，但受多期次构造构造运动影响，场区岩体节理裂隙较发育，岩石风化强烈，较破碎。127n据《中国地震动参数区划图》（GB18306—2001）的界定，本区地震动峰值加速度小于0.05g，设计特征周期为0.35s，相应地震基本烈度小于Ⅵ度，区域稳定性较好。3.2.4水文地质条件区内水文地质条件较简单，地下水类型主要为第四系松散层孔隙水和基岩裂隙水。1、第四系松散层孔隙水：主要赋存于第四系冲积和残积松散层中，一般为潜水，主要接受大气降水补给，富水性不一，主要接受大气降水补给。不同地貌单元，地下水的分布也有差异，在分水岭地带，常常成为透水而不含水的地下水补给区，斜坡地带一般为迳流区，而在较低的沟谷地带，尤其在沟谷交汇处则成为地下水的排泄场所。2、基岩裂隙水：赋存于基岩风化带网状裂隙中。因场区构造裂隙多呈闭合状或被充填，构造裂隙富水性差；风化裂隙呈网状分布，其富水性主要受岩层风化裂隙发育程度及裂隙充填情况等控制，一般富水性较差，水量贫乏，一般接受大气降水补给，其水量和水位随季节变化较大。3.3坝址工程地质条件及评价3.3.1坝址工程地质条件3.3.1.1地形地貌及物理地质现象坝址区属构造剥蚀丘陵沟谷地貌单元，坝址处沟谷呈“U”型，山区沟谷汇集形成库区流域面积。坝址下游地势较开阔、平缓。坝址左右两侧山体宽厚，右坝肩地势陡，右坝肩山体坡角为10°～20°。近坝库岸稳定性评价：近坝库岸为山体自然斜坡，坡度较平缓，未见不良物理地质现象，未发现库岸坍塌现象，近坝库岸较稳定。3.3.1.2地层岩性127n坝址区出露地层岩性主要为三叠系上统安源组炭质页岩（T3）和第四系松散堆积层（Q），现依地层时代由老至新分述如下：a.三叠系上统安源组炭质页岩（T3）：坝址表层未见出露，钻孔揭露河床段坝基岩面高程为23.78～33.02m，靠近左、右坝肩部位岩面高程为23.78～33.02m，起伏较大。岩性主要为灰黄，浅肉红-黄褐色，风化强烈，透水性较弱。其中全风化岩体主要分布于坝基低液限粘土以下，揭穿厚度为6.50～8.10m。其下的强风化层未揭穿，揭露厚度为8.50～8.90m。由于坝基岩体多呈全风化或强风化状，所取岩芯多呈土状及碎块状，孔壁难以保持完整，橡塞无法止水，故全、强风化炭质页岩中皆做钻孔注水试验。据大坝及溢洪道渗透剖面图所示：坝基基岩中连续分布弱透水层，均未揭穿，揭露厚度为15.00～17.00m。钻孔注水试验渗透系数在1.78×10-5～5.13×10-5cm/s间。b.第四系（Q）①中更新统残积层(elQ2)：主要岩性为低液限粘土，主要分布于河流两岸漫滩及坝基表层。该层中现场做了大量的钻孔注水试验。钻孔注水试验渗透系数在4.54×10-5～7.72×10-5cm/s间：连续分布于坝基表层，钻孔揭露厚度为1.40～6.80m。呈黄褐-棕黄-棕红色，可塑-硬塑状，刀切面稍光滑，干强度及韧性中等，无摇震反应，组分主要是粉粘粒，局部及底部偶见含石英、碎石，砾卵石。取原状样6组，室内试验渗透系数在2.23×10-6～8.44×10-5cm/s间，具弱透水性。压缩系数平均值为0.31MPa-1，具中等压缩性。标准贯入试验6次，N=10～14击，修正后平均10击。以上各岩土层分布情况详见工程地质剖面图，各钻孔资料详见工程地质柱状图。3.3.1.3水文地质构造坝址区覆盖层分布广泛，未见基岩出露，构造形迹不清晰，岩层产状不明，根据勘探测试成果未见断层通过本区，钻孔揭露炭质页岩多呈全～强风化状，裂隙较发育。127n3.3.1.4场地地下水基岩裂隙水：赋存于基岩风化带网状裂隙中。因场区构造裂隙多呈闭合状或被充填，构造裂隙富水性差；风化裂隙呈网状分布，其富水性主要受岩层风化裂隙发育程度及裂隙充填情况等控制，一般富水性较差，水量贫乏，一般接受大气降水补给，其水量和水位随季节变化较大。第四系松散层孔隙水：主要赋存于第四系残积松散层中，一般为潜水，主要接受大气降水补给，不同地貌单元，地下水的分布也有差异，在分水岭地带，常常成为透水而不含水的地下水补给区，斜坡地带一般为迳流区，而在较低的沟谷地带，尤其在沟谷交汇处则成为地下水的排泄场所。地下水位受库水位变化影响较大，本次勘察期间当库水位高程30.90m时，坝基地下水位高程为31.08～31.20m，多位于坝体填土中。3.3.2坝址工程地质评价3.3.2.1坝基处理经施工回忆及本次钻探查明，大坝在动工兴建时，仅清除了大坝坝基表面杂草、树木、树根及稻田禾蔸，但对兽穴、蛇穴及表层耕植土层均未做处理，也未挖截水槽。坝体填土及坝基接触带碾压欠密实，由于后期大坝运行期间渗流潜蚀等原因，坝体与坝基接触带出现渗漏现象，导致目前大坝下游坡坡脚有多处存在不同程度的渗漏。3.3.2.2坝基稳定问题坝基持力层主要为第四系残积低液限粘土及全风化炭质页岩，厚度较大，且位于坝体之下，经四十余年压密固结，力学性质均较好，其综合承载力可满足要求。据大坝现场安全检查及运行管理资料，大坝未见沉降变形问题。3.3.2.3坝基（肩）渗漏及渗透稳定问题（1）坝基渗漏及渗透稳定问题127n坝基持力层主要为低液限粘土，表层清基不彻底，仍残留具弱～中等透水性的兽穴、蛇穴及表层耕植土层等，致使土坝内外连通性较好，库水位较高时，易形成渗漏通道，坝基整体防渗性较差。下卧的低液限粘土及全风化炭质页岩具弱透水性，坝基不存在渗漏问题。据现场安全检查，现大坝下游有多处渗漏，长年有水涌出，随库水位升高呈逐渐增大并渗流量有逐年增大趋势。故坝基存在接触、浅层渗漏及渗透稳定问题，建议对坝基进行防渗处理。（2）绕坝渗漏及渗透稳定问题大坝左、右坝肩第四系中更新统残积低液限粘土，厚度较大且分布连续，室内试验渗透系数在2.23×10-6～8.44×10-5cm/s间，具弱透水性，基岩亦具弱透水性，抗渗性能较好。据水库运行观测资料，两坝肩未见明显渗漏现象，故两坝肩基本不存在绕坝渗漏问题。岩土层基本物理力学参数统计表、坝址区岩土主要物理力学参数建议值表及取值分别见表3-1、表3-2。127n土层号土层名称统计项目含水量湿密度干密度比重孔隙比孔隙率饱和含水量饱和度液性指数液限塑限塑限指数压缩系数压缩模量内聚力内摩擦角备注WρρdGsenWsSrILWLWpIpa1-2EsCΦ%g/cm3g/cm3----%%%--%%--MPa-1MPakPa°①素填土统计数6666666666666666最大值27.101.821.422.711.0551.3439.0777.740.2444.6024.1021.500.554.3227.110.7最小值22.401.671.292.700.8445.7731.2669.220.0140.2021.0018.000.463.6821.56.6平均值25.001.741.372.700.9548.1235.0871.450.1142.5822.9019.680.523.9224.458.95标准差1.710.060.050.010.092.183.303.230.091.501.411.380.030.232.461.68变异系数0.070.030.030.000.090.050.090.050.800.040.060.070.060.060.100.19标准值--------------23.07.8②低液限粘土统计数7777777777777733最大值31.102.121.822.730.9247.7933.5398.260.3047.0024.8024.400.507.8340.1029.90最小值16.801.851.432.700.4932.7818.0687.000.0432.6015.5017.100.193.8329.6019.20平均值24.231.971.592.720.7241.4026.3391.960.1442.6921.1421.540.335.7035.3324.63标准差4.970.080.130.010.144.895.084.580.114.983.052.400.121.575.325.35变异系数0.200.040.080.000.200.120.190.050.780.120.140.110.360.280.150.22标准值--------------27.3416.59③全风化泥岩统计数6666666666666644最大值32.902.051.682.730.9047.3632.95103.20.3950.4026.1024.300.497.7052.8019.70最小值21.901.911.442.720.6237.1822.7094.100.1240.0018.9020.100.213.8829.409.40平均值28.351.971.532.730.7843.7628.7298.490.2245.5223.4022.120.365.3145.0816.15标准差4.350.050.090.010.103.393.793.100.103.512.601.570.111.4710.604.74变异系数0.150.030.060.000.130.080.130.030.460.080.110.070.290.280.240.29标准值--------------32.9510.72表3-1岩土层基本物理力学参数统计表127n表3-2坝址区岩土主要物理力学参数建议值表岩土名称含水量湿密度干密度比重孔隙比液性指数压缩系数aV压缩模量Es粘聚力内摩擦角允许承载力值渗透系数WρρdGSeILavEsCφ［R］K（q）%g/cm3g/cm3ˉˉˉKPa-1KPaKPa。Kpacm/s（Lu）坝体填土30.21.701.352.721.0150.170.403.2314.512.05.07E-4坝基低液限粘土27.81.961.532.720.7730.240.295.3028.618.11905.33E-5127n3.3.3坝体质量评价（1）坝体填土主要由含砂（砾）低液限粘土组成，筑坝时碾压不充分，不能满足规范要求。坝体填土渗透系数为5.07×10-4cm/s，具中等透水性，不满足现行规范对均质土坝渗透系数不大于1.0×10-4cm/s的强制性条文要求。另外大坝坝体白蚁危害严重，存在较多的生物孔洞，不利于坝体防渗，因此坝体总体防渗性能较差，存在渗漏隐患。坝体填筑前虽作清基处理，但清基不彻底，仍存在接触渗漏问题，现于渗漏处仅作排水沟处理，不能彻底根治险情，建议采取防渗加固措施。（2）大坝迎水坡干砌石护坡质量较差，局部坡面存在沉陷、隆起及空洞等现象。未护坡部分受风浪淘刷严重，危及大坝安全。背水坡仅坝脚设排水沟，坡脚无排水反滤设施，坝体渗漏无安全保护。建议完善护坡及排水反滤设施。建议棱体渗透系数K值采用5×10-3㎝/s。建议土层临界水力比降、允许水力比降值见下表：土层临界水力比降、允许水力比降一览表岩土层编号及名称①坝体填土②低液限粘土临界水力比降0.860.96允许水力比降0.420.48备注所提参数系据《水利水电工程地质勘察规范》（GB50287-99）有关公式计算取值。3.4溢洪道工程地质条件及评价3.4.1溢洪道工程地质条件127n溢洪道位于坝区上游石岗山凹处，人工开挖而成，由进水段、控制段和泄槽段组成，自由出流，进水段为倒八字口，控制段宽9m，高程31.3m，无衬砌；出口无消力池，无消能设施。溢洪道进口段无衬砌，边墙低，无任何保护措施。引水渠进口段无衬砌，但年久失修，风化严重；底板无护底，较平缓。泄槽段底板无衬砌和护底，经过多年泄水冲刷及溢洪道两边坡冲刷下来的土方淤高，现状底板高程高低不平，杂草丛生，影响正常泄洪。溢洪道出水口未设消力池。溢洪道两侧边坡坡高一般1.0～2.0m，岩性基本为低液限粘土，由于边坡低矮，边坡稳定性较好。但进水渠渠首边墙由于风化较严重，已破损、倒塌，其边墙高度不满足要求，建议对溢洪道破损边坡进行修复，底板清淤、加固。溢洪道基础持力层均为第四系中更新统残积（elQ2）的低液限粘土，局部含少量的砾，弱透水性，物理力学性质较好，承载力可满足上部荷载要求，不存在沉降变形问题。低液限粘土抗冲刷性能较差，溢洪道底板地基未衬护。建议低液限粘土永久坡比取1：1.0～1：1.25，与砼的摩擦系数为0.35。溢洪道的出口段约10米长的右边坡坡高约3米，坡上杂草丛生，汛期该段有可能发生边坡失稳而阻塞溢洪道。除此之外两侧地势相对平坦，山坡坡度较平缓，人工切坡仅1米左右。无不良地质作用。溢洪道主要为第三系新余群泥岩、上覆第四系上更新统坡洪积物，自新至老分述如下：（1）第四系上更新统坡洪积层（Q3dl+pl）：岩性为浅灰、棕黄、黄褐色低液限粘土，可塑～硬塑状，结构较紧密，分布于坝体整个地段，层厚约5米。（2）第三系新余群（Exn）：岩性为紫红色全风化泥岩，岩芯呈土状，全线揭露该层。溢洪道区所处构造部位同坝址区地质构造相同，断裂构造不发育，场地稳定性良好。3.4.1溢洪道工程地质评价据本次勘查，堰基持力层主要为第四系上更新统坡洪积层，岩性为浅灰、棕黄、黄褐色低液限粘土，可塑～硬塑状，结构紧密，力学性质较好，强度高，因此岩土层承载力能满足堰体和侧墙荷载要求。堰基岩土层力学指标建议如下：低液限粘土：允许承载力[R]=200kPa；抗剪强度c=30kPa；Ф=14°；基底摩擦系数f为0.25；试验渗透系数为1.92×10-5cm/s。127n堰基持力层主要为低液限粘土，呈弱透水性，因此堰基基本不存在渗漏及渗透稳定问题。溢洪道边坡类型为岩土混合边坡，岩性为坡洪积低液限粘土及全风化泥岩，物理力学性质较好，溢洪道的出口段约10米长的右边坡坡高约3米，坡度在80度左右，坡上杂草丛生，汛期该段有可能发生边坡失稳而阻塞溢洪道。除此之外边坡稳定性较好。两侧山坡坡度较平缓，无不良地质作用。溢洪道的控制段与流通段局部进行了浆砌块石护坡，进水段与出口边坡和底槽均未进行衬砌和支护，抗冲刷能力差。堰基表层及堰侧基本为冲积低液限粘土，可～硬塑状，抗冲刷性较差，未支护段均有因雨水及泻洪水流冲刷而损坏的现象。溢洪道在高速水流的冲刷作用下，易形成冲刷破坏和失稳，需进行衬砌，3.5坝下涵管工程地质条件及评价坝下涵管经过坝轴线上游土层岩性为冲洪积②低液限粘土，坝轴线下游为坝体填土，成份以粘性土为主，局部及底部偶见石英，砾石，碎石，抗渗（冲）能力较差，具中等透水性；涵管周围虽曾用粘土石灰掺和后捣实围填，涵管周围防渗效果尚好，但因填土沉降变形所引起涵管局部开裂和填土与涵管接触不好而引起的涵管周围渗漏。由于涵管周围土体抗渗（冲）能力差，任其发展易导致周围土体产生渗透变形，从而引起坝体沉陷，危及大坝安全，建议进行工程处理。尤其是涵管附近渗漏严重，且在该涵管外坡脚旁边有约20立方的小塌方，塌方原因分析认为是由左涵管破裂引起渗漏产生，土体流失严重，汛期且能看到水流及冒泡现象。需进行重点治理。据本次地勘揭露，涵管管基置于第四系上更新统坡洪积的低液限粘土之上，局部管基置于坝体填土之上，承载力可满足上部荷载要求，但因管基岩性不同，其承载力存在一定差异，故涵管均存在不均匀沉降变形问题。涵管地基岩土层力学指标建议如下：地基低液限粘土：允许承载力[R]为190kPa；抗剪强度c为36.0kPa；Ф为25.0°；基底摩擦系数f为0.25。127n3.6天然建筑材料本工程除险加固所需天然建筑材料有块石、砂卵（砾）石及土料等。3.6.1土料土料可在距水库左岸3.0km处采取，土质为含砂液限粘土，可用层厚2.0～2.5m，表部无用层厚0.2～0.3m，料场长100m、宽120m，土料储量27万m3，土质好，可满足设计要求，运距约3.0km，运输方便。3.6.2砂砾石料坝址附近无砂卵（砾）石料，建议由南昌大桥赣江附近砂砾石场采购，该地质量和储量可满足设计要求，交通便利，但运距较远，约30km。3.6.3块石料工程区附近块石料缺乏，需从外地采购，购买地点为乐化采石场。岩性主要为浅灰、灰色石英砂岩，呈新鲜~微风化，岩性坚硬，质地优良，储量丰富，质量和储量均可满足设计要求，有公路直通坝址，交通运输方便，运距较远，约40km。3.7结论与建议1、场区断裂构造不发育，本区抗震设防烈度小于6度，设计基本地震动峰值加速值小于0.05g，设计特征周期为0.35s，区域稳定性较好。2、场区地下水类型主要为第四系松散层孔隙水及基岩裂隙水，坝体中第四系松散层孔隙水对砼结构具有分解类弱腐蚀性。库区地表水对砼具分解类中等腐蚀性。故对砼材料应采取一定的防护措施。3、大坝存在的主要工程地质问题有：（1）坝体127n填土质量及填筑质量均较差，具中等透水性，坝体存在渗漏及渗透稳定问题，建议对坝体进行加固防渗处理。（2）坝体与坝基接触处存在接触带渗漏问题，并已引起坝外坡脚出现渗漏点。建议进行加固防渗处理。（3）坝体上游坡护坡块石坡脚部位多已脱落，下游坡护坡草皮破坏严重，护坡作用较差。建议大坝内坡设置块石护坡，外坡设置反滤层及排水棱体。4、由于溢洪道部分衬砌已破坏，堰基与边坡基本为粘性土，抗冲刷能力差。局部地段已被杂草等淤塞，流水不通畅，严重影响其泄洪能力。建议对溢洪道进行疏通及砼衬砌处理。5、涵管因填土沉降变形导致开裂，漏水严重，易导致周围土体产生渗透变形，建议进行工程处理，尤其是对右出水涵管应进行重点处理。127n4工程任务及规模4.1工程除险加固的必要性水库是一座以灌溉为主、兼有防洪、养殖等综合效益的小（一）型水利工程。根据水利局《水库大坝安全鉴定报告书》，鉴定结论如下：1、水库在设计洪水标准为20年一遇、校核洪水标准为100年一遇情况下现有坝顶高程满足防洪要求。2、根据《中国地震动参数区划图》（GB18306—2001）的界定，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、经多年运行，大坝变形已基本稳定。坝体筑堤时未进行碾压，其均匀性很差，坝体土为素填土（Q4ml），渗透系数大于1×10-4cm/s，为中等透水性，具中透水性，局部强透水性，存在坝体渗漏问题，不能满足《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）的防渗要求。4、大坝整体沉降变形已基本稳定，经复核，大坝抗滑稳定安全系数满足规范要求。5、进水渠不规则，导致在进水时对两侧边墙冲刷较严重；进口段及泄槽段底板均无衬砌，现已长满杂草，淤塞严重，影响泄洪；出口无消力池，也无任何其它消能设施。6、坝下涵管强度满足要求，抗裂强度不满足要求。7、启闭设备老化，螺杆变形，操作困难。8、大坝无水雨情观测、监测、通讯、交通、管理设施。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，水库属三类坝。由于水库存在诸多安全隐患，水库已不能安全运行，不仅无法充分发挥其综合利用效益，反而时刻威胁着下游人民的生命和国家财产安全，因此对水库的除险加固非常必要。127n4.2洪水标准根据（GB50201-94）《防洪标准》和（SL-252-2000）《水利水电工程等级划分及洪水标准》规定。确定水库枢纽等别属Ⅳ等。土坝、溢洪道及灌溉输水涵管主要水工建筑物级别属4级，其它建筑物属5级。水库位于丘陵区，最大坝高9.0m，且上下游水头差小于10m，依据（GB50201-94）《防洪标准》，当山区、丘陵区的水库枢纽工程挡水建筑物的挡水高度低于15m，且上下游水头差小于10m时，其防洪标准可按平原区、滨海区的规定确定。考虑到下游1.2万人，0.24万亩耕地，其设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准为100年一遇。4.3洪水调节4.3.1基本资料（1）设计洪水设计洪水采用坝址设计洪水，见第二章表2.5.4。（2）库容曲线水库除险加固设计中，采用现有的1:10000地形图对水库高程~面积~容积关系进行复核量算，复核情况如表4.3.1.1表4.3.1.1水库不同阶段采用的水位~面积曲线比较表水位（m）303132三查三定（万m2）18.7620.6132.30安全鉴定（万m2）18.9020.6532.45本次复核（万m2）18.8220.6732.27采用（万m2）18.7620.6132.30本次所采用的地形图是较新近的地形图（1977年调绘，1979出版），等高距为2.5m，通过内插等分为等高距为1m，测量时分段更精确。然后通过对“三查三定”及安全鉴定阶段确定的成果比较，其结果比较接近，面积相差很小，考虑到1:10000地形图水下部分，无法读取等高线，其值无法确定，因此本次计算采用水库“三查三定”确定的水位~面积曲线，成果见表4.3.1.2。127n表4.3.1.2水库水位~面积、水位~容积曲线表本次采用成果高程（m）面积(km2)容积(106m3)28.00.12840.82029.00.15750.96330.00.18761.13531.00.20611.33231.30.26251.40231.60.28541.48431.90.31331.57432.20.34231.67232.50.37791.77932.80.40551.897（3）泄流曲线水库现有的主要泄洪设施是大坝右侧的溢洪道，溢洪道无闸门控制，为开敞式溢洪道。现堰顶高程为正常蓄水位31.3m，原堰顶净宽9m。本次对溢洪道进行除险加固堰顶宽度拟采用9m净宽方案。见表4.3.2。表4.3.2水库溢洪道水位~泄流量关系曲线表9m堰宽水位（黄海·m）31.3031.6031.9032.2032.5032.80水头（m）00.30.60.91.21.5泄流量（m3/s）02.496.9812.6819.3026.684.3.2水库洪水调度方式水库127n的泄洪设施主要为开敞式溢洪道，溢洪道无闸门控制，故其洪水的调度方式比较简单。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（即溢洪道堰顶高程）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，库水位最高；当入库流量小于泄流能力时，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（即溢洪道堰顶高程）为止。4.3.3洪水调节成果根据水库的坝址设计洪水过程、高程~容积关系线、溢洪道泄流曲线等基本资料，依照洪水调度方式，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。洪水调节的起调水位为正常蓄水位（即溢洪道堰顶高程）31.3m。经洪水调节计算后得，水库的设计（P=5%）洪水位为32.21m，相应库容为167.55×104m3，最大下泄流量为12.88m3/s，校核（P=1%）洪水位为32.51m，相应库容为178.51×104m3，最大下泄流量为19.63m3/s，具体现表4.3.3。表4.3.3水库洪水调节计算成果表（9m堰宽）项目单位P=1%P=2%P=5%P=10%正常蓄水位黄海·m31.3031.3031.3031.30相应库容104m3140.2140.2140.2140.2最高调洪水位黄海·m32.5132.3932.2132.05相应库容104m3178.51173.97167.55162.30最大泄量M3/s19.6316.8612.889.82坝址洪峰流量M3/s35.1330.6023.7818.254.3.4施工期水库设计库水位4.3.4.1容积曲线及泄流曲线施工洪水调节计算采用容积曲线见表4.3.1.2。水库在坝址处只有一个灌溉涵管，原址拆除重建，利用Φ0.5m导流涵管进行导流施工。由施工专业提供的施工期水库泄流曲线见表4.3.4.1127n表4.3.4.1水库导流、新涵管水位~泄流量关系曲线表导流涵管库水位（黄海·m）26.3026.8027.3027.8028.3028.8029.3029.8030.3030.80泄流量（M3/s）0.000.180.410.500.580.650.710.760.820.87新涵管库水位（黄海·m）26.3026.8027.3027.8028.3028.8029.3029.8030.3030.80泄流量（M3/s）00.722.053.765.796.817.748.569.309.994.3.4.2施工洪水调节计算水库灌溉涵管施工期10~12月，以入库洪峰为控制，依照洪水调度方式，利用水量平衡公式，采用试算法对设计洪水进行洪水调节计算。考虑前期库水位影响，起调水位取26.70m，相应水位下灌溉涵管的流量为0.101m3/s。经调洪计算，求得施工期设计最高库水位，成果见表4.3.5。表4.3.5序号项目单位成果1洪水标准%P=20%2最大入库流量m3/s5.603最大泄量m3/s0.3284调洪施工水位m26.954.4水库灌溉规模复核4.4.1灌溉需水量分析根据水库灌区的作物组成情况，采用邻近的廖坊灌区的设计净灌溉定额，进行水库灌区的需水量分析计算。根据水库灌区的实际情况，灌区灌溉水利用系数取0.70，本阶段仅对灌溉保证率为80%的情况进行需水量分析计算。经计算，水库灌区灌溉保证率80%时的综合亩灌溉定额为：净定额507.7m3/亩，毛定额725.3m3/亩。水库灌区设计灌溉面积2400亩。经分析计算，当灌溉面积为2400亩时，P=80%设计保证率年份灌区总需水量为174.07×104m3。127n4.4.2设计枯水年可供水量分析据水库坝址径流分析，P=80%年平均流量为0.088m3/s；相应径流总量为277.52×104m3。水库正常蓄水位31.3m，相应库容140.2×104m3，死水位26.30m，相应库容4.0×104m3，水库的调节（兴利）库容为136.2×104m3，库容系数0.27，为多年调节水库。水库主要供水对象为农业灌溉，当遭遇设计枯水年时，丰水年积蓄在水库中的部分水量可补充枯水年灌溉供水，据一般经验，丰水年积蓄在水库中的部分水量按水库调节库容的30%计，则水库设计枯水年总可供水量为318.38×104m3。4.4.3灌区供需水量平衡分析据上述分析，水库P=80%总可供水量为318.38×104m3。而水库灌区按设计灌溉面积2400亩计算时，P=80%设计保证率年份灌区总需水量为174.07×104m3。加上灌区内塘堰的蓄水，水库除险加固后，完全能满足其灌区的灌溉用水要求。4.5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178.51×104m3，根据（GB50201-94）《防洪标准》和（SL252-2000）《水利水电工程等级划分及洪水标准》，本工程等别为IV等，小（一）型水利工程，大坝、溢洪道及灌溉涵管为4级建筑物，设计洪水为20年一遇洪，校核洪水为100年一遇洪水。4.5.2大坝根据水文调洪演算成果，校核水位（P=1%）为32.51m，设计洪水位（P=5%）为32.21m，根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）计算结果及现状坝顶高程，确定大坝设计坝顶高程34.10~34.40m，坝顶宽6m，坝顶总长127n240m，坝顶设5m砼路面。上游坡为预制块护坡，坡比为1:3；下游坡为草皮护坡，上部坡比保持原状为1:2.62，在31.6m高程位置设置一条马道，马道宽度4.0m，下部坡比为1:3，下部设三级反滤。4.5.3溢洪道溢洪道按原规模拆除重建，加固后溢洪道堰顶高程为31.3m，由进水段、控制段、泄槽段、消力池段及海漫段组成。控制段为开敞式宽顶堰，设有3孔，每孔净宽3m，总溢流净宽9m，中墩宽0.8m，溢洪道全长114m，泄槽底板纵坡为0.0074，泄槽末端设消力池，消力池后设海漫防冲段。4.5.4灌溉涵管涵管在原址进行重建，涵管进水口底板高程采用原涵进水口底板高程26.30m，涵管闸墩顶高程为34.30m，上设启闭排架、闸房及交通桥；涵管为钢筋砼方涵，断面尺寸1.0×1.2m（宽×高），壁厚0.30m，涵管总长为64.00m，纵坡0.4%，涵管出口接6m长消力池段，与原灌溉渠相接。4.5.5大坝安全监测为满足大坝安全运行管理要求，本次设计按规范对大坝设置变形、渗流、水情和雨情等监测项目。127n5建筑物除险加固设计5.1设计依据5.1.1工程等别和洪水标准水库是一座以灌溉为主、兼有防洪、养殖等综合效益的小（一）型水库。水库总库容178.51×104m3，设计灌溉面积2400亩，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）及《防洪标准》（GB50201-94），确定本工程等别为IV等小（一）水利工程。根据本工程等别，确定永久建筑物的主要建筑物级别为4级，次要建筑物级别为5级，临时建筑物为5级。各建筑物级别及洪水标准见表5.1.1。表5.1.1建筑物运用洪水标准表运行情况建筑物级别洪水重现期（年）备注正常运用（设计）非常运用（校核）大坝420100消能防冲采用20年一遇洪水设计开敞式溢洪道420100灌溉涵管420100临时建筑物555.1.2设计基本资料5.1.2.1特征水位及流量本阶段经复核，特征水位及流量如下：校核洪水位（P=1%）32.51m设计洪水位（P=5%）32.21m正常蓄水位：31.3m死水位26.30m校核洪水位时最大下泄流量（P=1%）19.63m3/s127n设计洪水位时最大下泄流量（P=5%）12.88m3/s5.1.2.2主要水文及气象参数初设阶段经复核，主要水文及气象参数成果如下：多年平均降雨量1600mm多年平均气温17.7℃极端最高气温40.5℃极端最低气温-12.1℃多年平均最大风速15.4m/s吹程1050m5.1.2.3工程地质及水文地质主要参数区内地貌单元为构造剥蚀丘陵岗地地形，主要由低岗组成，植被覆盖较好。库区下游地势较开阔，为农田、村庄分布。库区自然边坡较缓，因封山育林，植被较发育，人类工程活动少，场区未发现泥石流、滑坡、崩塌及岩溶等不良地质作用。a.工程地质本阶段设计依据江西省勘察设计研究院编制的《**县水库除险加固工程地质勘察报告（初步设计阶段）》，工程地质主要物理力学参数详见表3.3.1。b.水文地质测区内水文地质条件较简单，地下水类型主要有第四系松散层孔隙水和基岩裂隙水两种类型。1、第四系松散层孔隙水：主要赋存于第四系坡积和洪积松散层中，水位埋藏较浅，一般为潜水，主要接受大气降水补给。富水性不一，水量较为贫乏。不同地貌单元，地下水的分布也有差异，在分水岭地带，常常成为地下水补给区，斜坡地带一般为迳流区，而在丘陵岗地间的溪流沟谷地带，则成为地下水的排泄场所。127n2、基岩裂隙水：赋存于变质岩风化带网状裂隙中。据区域水文地质调查资料，地下水的补给、径流、排泄条件主要受地形及地质条件控制，富水性不一，水量较为贫乏，泉水流量0.1～0.28升／秒。主要接受大气降水补给，其水量和水位随季节变化大。5.1.2.4地震据《中国地震动峰值参数区划图》。（GB18306-2001）的界定，工程场址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，相应地震基本烈度低于VI度，区域稳定性较好，可不进行抗震设防。5.1.2.5天然建材经本阶段勘探，土料可在距水库左岸3.0km处采取，土质为含砂液限粘土，可用层厚2.0～2.5m，表部无用层厚0.2～0.3m，料场长100m、宽120m，土料储量27万m3，土质好，可满足设计要求，运距约3.0km，运输方便。坝址附近无砂卵（砾）石料，建议由南昌大桥赣江附近砂砾石场采购，该地质量和储量可满足设计要求，交通便利，但运距较远，约30km。工程区附近块石料缺乏，需从外地采购，购买地点为乐化采石场。岩性主要为浅灰、灰色石英砂岩，呈新鲜~微风化，岩性坚硬，质地优良，储量丰富，质量和储量均可满足设计要求，有公路直通坝址，交通运输方便，运距较远，约40km。5.1.2.6各建筑物抗滑稳定安全系数表5.1.2。表5.1.2建筑物抗滑稳定安全系数建筑物正常运用非常运用备注土坝1.251.15采用简化毕肖普法计算溢洪道控制段1.21.05按抗剪强度公式计算溢洪道边墙、泄槽底板1.21.05按抗剪强度公式计算坝址涵管进水闸1.21.05按抗剪强度公式计算5.1.2.7历次除险加固设计资料及大坝安全鉴定材料a.现阶段未收集到历次除险加固设计资料，只能寻访知情的当地群众及老工程技术人员了解到一些建设工程过程。b.大坝安全鉴定材料①《**县水库大坝安全评价报告》（江西省水利科学研究院，2009年8月）127n②《**县水库大坝安全鉴定报告书》（水利局，2009年）5.2工程现状总体布置水库是一座以灌溉为主、兼有防洪、养殖等综合效益的小（一）型水库，工程于1969年9月工地兴建，次年3月大坝填筑高程为34.10~34.40m，后经历年加高加固，达到现有规模，枢纽工程主要建筑物：大坝、溢洪道、灌溉涵管等（工程现状见图TBJG-CS-SG-01）。大坝为均质土坝，坝顶高程34.10~34.40m，坝顶宽6m，坝顶长240m。上游坡为块石护坡，坡比为1:2.30~1:2.65；下游坡为草皮护坡，上部坡比为1:2.62，在31.6m高程位置设置一条马道，马道宽度4.0m，下部坡比为1:3.22~1:3.61。溢洪道位于坝区上游石岗山凹处，人工开挖而成，由控制段、明渠段，后接导托渠构成，自由出流，进水段为倒八字口，开口段宽12m，控制段宽9m，高程31.30m，无衬砌；出口无消力池，无消能设施，下泄洪水通过山洪导托渠（长2.5公里）汇入锦江。大坝右侧设坝下坝下涵管一座，为混凝土结构，进口底板高程为26.30m，总管长为46m。涵管为圆形砼预制管，内径0.4m，壁厚8cm。进水口由木塞控制，尺寸为0.3m，3t手动螺杆启闭机启闭。出口无消能设施。5.3大坝加固设计5.3.1工程现状及存在的主要问题5.3.1.1工程建设过程水库于1969年9月动工兴建，次年3月大坝填筑高程为34.00m，后又经过多次加高、加固达到现有规模。大坝兴建于大跃进年代，属典型的“三边工程”，施工时仅对坝基表层和两端山坡做了清除表面杂草等简单处理。大坝填筑时，主要取土区为库区耕地及大坝两端山体。坝体填筑采用人工分层夯压，局部出现漏压、欠压现象，填筑质量差。1970年3月基本建成并发挥效益。127n5.3.1.2工程现状大坝为均质土坝，坝顶高程34.10~34.40m（黄海高程，下同），最大坝高9m，坝顶宽6m，坝顶长240m。上游坡为预制块护坡，坡比为1:2.64；下游坡为草皮护坡，上部坡比为1:2.62，在31.61~31.65高程位置设置一条马道，马道宽度3.2~4.2m，下部坡比为1:2.44。溢洪道位于坝区上游石岗山凹处，人工开挖而成，由控制段、明渠段，后接导托渠构成，自由出流，进水段为倒八字口，控制段宽9m，高程31.30m，无衬砌；出口无消力池，无消能设施，下泄洪水通过山洪导托渠（长2.5公里）汇入锦江。大坝右侧设坝下坝下涵管一座，为混凝土结构，进口底板高程为26.30m，总管长为46m。涵管为圆形砼预制管，内径0.4m，壁厚8cm。进水口由木塞控制，尺寸为0.3m，3t手动螺杆启闭机启闭。出口无消能设施。5.3.1.3工程存在的主要问题1）大坝a.坝体渗漏坝体填土主要由含砂（砾）低液限粘土组成，筑坝时碾压不充分，不能满足规范要求。坝体填土渗透系数为5.07×10-4cm/s，具中等透水性，不满足现行规范对均质土坝渗透系数不大于1.0×10-4cm/s的强制性条文要求。另外大坝坝体白蚁危害严重，存在较多的生物孔洞，不利于坝体防渗，因此坝体总体防渗性能较差，存在渗漏隐患。坝体填筑前虽作清基处理，但清基不彻底，仍存在接触渗漏问题，现于渗漏处仅作排水沟处理，不能彻底根治险情，建议采取防渗加固措施。b.坝基渗漏坝基持力层主要为低液限粘土，表层清基不彻底，仍残留具弱～中等透水性的兽穴、蛇穴及表层耕植土层等，致使土坝内外连通性较好，库水位较高时，易形成渗漏通道，坝基整体防渗性较差。下卧的低液限粘土及全风化炭质页岩具弱透水性，坝基不存在渗漏问题。127n据现场安全检查，现大坝下游有多处渗漏，长年有水涌出，随库水位升高呈逐渐增大并渗流量有逐年增大趋势。故坝基存在接触、浅层渗漏及渗透稳定问题，建议对坝基进行防渗处理。c.坝肩两侧坝肩坝基主要分布有第四系人工填土、第四系上更新统坡洪积②低液限粘土，下伏基岩为第三系新余群泥岩。经现场勘察，可认为左右坝肩产生集中渗漏及绕坝渗漏的可能性较小。但坝体与坝肩接触部位未做截渗槽，接触性较差，有产生渗漏的可能。经野外调查访问，大坝与坝肩接触部位未见有明显的渗漏现象。d.上游坡上游坝坡采用块石护坡，护坡块石块径小，风化，破碎较严重，堆砌凌乱、松动，局部坝坡已无块石护坡，块石间长有较多杂草。e.下游坡下游坡采用草皮护坡，但草皮质量较差，铺设间隙大，可见较多坝体土出露，局部长有杂草，坝体与岸坡间未设置排水沟，不利于岸坡排水。坝脚无排水体，人工开挖一条排水沟。大坝坝脚处存在多处明显渗漏点和沼泽地。2）溢洪道溢洪道进口无引水渠，前端八字墙太短，不能有效挡住两侧填土。泄槽段底板和边墙均为混凝土结构，底板表面平整度较差，蜂窝麻面较多，且大面积破损严重；边墙直接浇筑于土坡上，平整度差，厚度不一，连接不顺畅，且高度不满足要求。溢洪道无消能设施，不利于行洪，易造成下游冲刷。3）灌溉涵管涵管塔架表面受库水淘刷，砂石裸露。工作桥桥面距离坝顶有一定高度，未设台阶，不方便启闭。出口处结构老化，破损严重，见有开裂，周边存在渗漏点，杂草茂盛。4）通讯、交通a.水库水雨情观测设施不全，无大坝安全监测设施。b.水库防汛、通讯、管理设施简陋，进库公路标准低，路况差。127n5.3.2大坝安全复核5.3.2.1坝顶高程复核水库正常蓄水位31.3m，溢洪道堰顶高程31.3m，根据加固设计后溢洪道库水位~流量曲线，经调洪设计，水库校核洪水位（P=1%）为32.51m，设计洪水位（P=5%）32.21m，库区历年最大风速平均值15.4m/s，风区长度1050m。根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）的规定，坝顶在水库静水位以上的超高按下式确定：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；e——最大风壅水面高度，m；A——安全加高，m。大坝为IV级建筑物，正常运用情况取0.5m，非常运用情况取0.3m。坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，按惟下情况取最大值：a、设计洪水位加正常运用情况的坝顶超高；b、校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高。波浪平均波高和平均波周期采用莆田实验站公式Tm=4.438hm0.5式中：hm—平均波高，m；Tm—平均波周期，s；W—计算风速，m/s，取W=15.4m/s（校核）、23.1m/s（设计）D—风区长度，m，为1050m；Hm——水域平均水深，m，设计为6.5m，校核为6.8m；127ng——重力加速度，取9.81m/s2。平均波长公式：风壅水面高度采用公式：式中：e——计算点处的风壅水面高，m；K——结合摩阻系数，取3.6×10-6；β——计算风向与坝轴线法线夹角，（°），设计及校核均为41°。平均波高在单坡上的平均波浪爬高公式：式中：Rm——平均波浪爬高，m；K△——斜坡的糙率渗透性系数，查表A.1.12-1取值K△=0.9；Kw——经验系数，查表A.1.12-2取值，设计为1.12，校核为1.02。计算成果详见表5.3.1127n表5.3.1坝顶高程计算成果表工况项目设计洪水位(P=5%)校核洪水位（P=1%）备注库水位(m)32.2132.51平均波高hm(m)0.3850.243平均波周期Tm(s)2.7552.187平均波长Lm(m)11.8597.468平均波浪爬高Rm(m)0.7430.413爬高R(m)1.1830.657壅水高e(m)0.0120.005安全加高A(m)0.50.3超高V=R+e+A(m)1.701.00坝顶高程(m)33.9033.47根据以上计算成果，大坝坝顶高程以设计洪水位加正常运用情况下的坝顶超高为最大值，现状坝顶高程34.10~34.40m，坝顶高程可满足要求，维持现状坝顶高程。5.3.2.2现状坝体渗流计算分析a.计算工况根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）规定，渗流计算应考虑水库运行中出现的各种不利条件，一般需计算下列水位组合情况：1、上游正常蓄水位与下游相应的最低水位；2、上游设计洪水位与下游相应的水位；3、上游校核洪水位与下游相应的水位。根据水文调洪结果，水库特征水位为：正常蓄水位31.3m，设计洪水位32.21m（P=5%），校核洪水位32.51m（P=1%）。各种工况的下游水位变化不大，均取下游地面高程作为下游水位，即假设大坝下游土体完全饱和。b.计算方法、计算断面及计算参数选取127n渗流计算采用北科院《平面稳定渗流计算程序STSE》进行电算，该程序用有限元分析法求解渗流场的拟调和方程，适用于计算砼闸坝地基的有压渗流，均质土坝和带心墙或斜墙的土石坝的无压渗流，它们的排水型式可以是贴坡排水、棱体排水和水平排水等。为了解大坝现状的实际渗流情况，根据江西省勘察设计研究院地质横剖面和纵断面资料，选取了大坝6-6′断面进行计算；大坝6-6断面坝体较高，本断面可作为代表性断面进行计算。大坝各土层渗透系数及允许渗透坡降按江西省勘察设计研究院地勘提供参数选取，见表5.3.2。表5.3.2大坝坝体及坝基土层地质参数取值表坝体填土（素填土）坝基土（低液限粘土）渗透系数（cm/s）5.07×10-45.33×10-5允许渗透坡降0.420.48c.计算过程及结果分析经过计算，大坝断面各工况下浸润线位置见表5.3.3，校核洪水位情况下的浸润线及等势线见图5.3.1。渗流计算成果见表5.3.4。表5.3.3大坝6-6′现状断面浸润线位置加固前计算情况浸润线位置校核洪水位（32.51） 12345678910X(m)22.8725.0830.8136.2941.1344.5247.5150.2052.52出逸 Y(m)32.5132.1431.5130.8330.1629.5829.0128.5028.0327.70 设计洪水位（32.21）12345678910X(m)21.5125.0830.8136.2941.1344.5247.5150.2052.52出逸 Y(m)32.2131.7831.0530.6730.0229.6428.9528.4628.0127.67 正常蓄水位（31.30） 12345678910X(m)18.4925.0830.8136.2941.1344.5247.5150.2052.52出逸 Y(m)31.3030.6330.2629.8729.4829.1228.7128.4127.9727.61 127n表5.3.4大坝现状断面渗流计算表断面计算工况最大渗透坡降值渗流量(m3/d·m)坝体土低液限粘土坝体土坝基覆盖层大坝6-6′校核洪水位32.51m0.520.405.300.135.43允许值[J]0.430.49备注从计算结果可知，现状断面在校核洪水位情况下，坝体浸润线在下游坝坡出逸，出逸点27.70m，位置偏高，下游坝坡土的最大坡降值为0.52，大于其允许值0.45，易产生渗透破坏。且坝体渗流量较大，大坝总渗流量5.43m3/d·m，其中坝体渗流量5.30m3/d·m，坝基覆盖层渗流量0.13m3/d·m。5.3.2.3大坝现状坝坡稳定复核a.计算工况、计算方法及计算参数的确定根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）的规定，水库大坝坝坡抗滑稳定计算拟定以下五种工况：1）上游水位为校核洪水位32.51m时形成稳定渗流的下游坡；2）上游水位为设计洪水位32.21m时形成稳定渗流的下游坡；3）上游水位为正常蓄水位31.3m时形成稳定渗流的下游坡；3）上游水位由校核洪水位32.51m非常降落至正常蓄水位31.3m时的上游坡；5）上游水位由正常蓄水位31.3m非常降落至死水位26.30m时的上游坡。坝体抗滑静力稳定分析采用刚体极限平衡法，利用陕西省水电勘测设计院编制的《坝坡稳定分析程序STAB》进行电算。该程序可找出相应于毕肖普法的最小安全系数及其相应的滑弧位置。水库大坝为均质土坝，采用计及条块间作用力的毕肖普法进行计算。稳定渗流期下游坡稳定计算采用有效应方法，土层参数选用C′、φ′指标，库水位非常降落时上游坡稳定计算采用有效应力法和总应力法，总应力法土层参数选用Ccu127n、φcu指标。根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001），设计洪水位时下游坡稳定渗流情况属正常运用条件，校核洪水位时下游坡稳定渗流情况及库水位非常降落情况均属非常运用条件，水库大坝为IV级建筑物，相应的非常运用条件和正常运用条件抗滑稳定安全系数分别为1.15和1.25。b.计算断面及地质参数的选取根据大坝现状结构及江西省勘察设计研究院勘测资料，选取大坝渗流计算断面即大坝6-6′断面进行抗滑稳定分析。大坝6-6′断面坝身较高，位置也与渗流计算断面相同，故选其作为代表性断面进行抗滑稳定计算。计算断面的土体分区依据江西省勘察设计研究院地勘报告资料确定，各土层物理力学参数取值采用地勘建议值或类似工程经验值，见表5.3.5。表5.3.5大坝各土层力学参数取值表土层情况总应力指标（三轴剪）有效应力指标（三轴剪）饱和容重摩擦角φcu凝聚力Ccu摩擦角φ′凝聚力C′(°)(Kpa)(°)(Kpa)(g/cm3)1坝体填土9.22010.2191.912低液限粘土133114302.06c.计算结果分析计算成果见表5.3.6和附图5.3.2、5.3.3。表5.3.6大坝6-6′断面现状坝坡抗滑稳定复核成果表计算断面上游水位（m）毕肖普法最小安全系数规范允许值备注大坝6-6′正常蓄水位（EL31.3m）时的下游坡1.2951.25有效应力法设计洪水位（EL32.21m）时的下游坡1.2551.25校核洪水位（EL32.51m）时的下游坡1.2291.15非常降落（EL32.51~31.3m）时的上游坡2.2531.15总应力法2.2781.15有效应力法非常降落（EL31.30~26.30m）时的上游坡1.3341.15总应力法1.3311.15有效应力法从计算结果分析，大坝坝坡稳定安全系数满足要求。127n5.3.2.4复核结论根据以上复核计算，大坝坝顶高程满足要求，但坝体的渗流量较大，根据历年运行中出现的险情情况及本阶段地质勘探资料分析，坝体存在渗漏及渗透稳定问题；大坝坝坡凹凸不平，护坡破坏严重，大坝存在诸多安全隐患，须对其进行除险加固。5.3.3大坝加固设计5.3.3.1坝坡加固设计根据本阶段现状坝坡稳定复核计算成果，结合坝顶结构设计和上、下游边坡整治美化要求，大坝坝顶高程为34.10~34.40m，坝顶宽6m，坝顶总长240m，坝顶为砼路面。上游坝坡填土平整至1:3，为预制块护坡，厚10cm，护坡至设计水位上0.5m；下游坡为草皮护坡，上部坡比保持原状为1:2.62，在31.6m高程位置设置一条马道，马道宽度4.0m，下部坡比为1:2.5，贴坡反滤顶高程为28.15~28.53m。为防止坝身受风浪淘刷及雨水冲刷，上游坡在采用干砌石护坡与砼预制块护坡进行择优选用，坝脚采用弃渣固脚，下游坡采用草皮护坡。a.护坡厚度计算干砌石护坡厚度按《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）中A.2.1-1公式计算：因Lm/hp>15取……A.2.1-4式中：D——石块的换算球形直径，m；Kt——随坡率变化的系数，查表取值1.4；ρk——块石密度，t/m3；ρw——水的密度，t/m3；m——坡率，m=3；hp——累积频率为5%的设计波浪高度，m；t——护坡厚度，m。127n砼预块护坡厚度，按《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）中A.2.3公式计算； 人5Q1 式中：η——系数，对整体式大块护面板取1.0；b——沿坝坡方向板长，m；ρ——板的密度，取2.4t/m3；ρ——水的密度，取1.0t/m3；m——坡率，m=3；Lm——平均波长，m；hp——累积频率为1%的设计波浪高度，m；t——砼护坡厚度，m。二种护坡型式厚度计算结果见表5.3.7。表5.3.7护坡厚度计算成果表工况项目计算风速(m/s)吹程(m)计算护坡厚度(m)设计护坡厚度(m)干砌石护坡23.110500.2010.30砼预制块护坡23.110500.0880.10根据计算结果，参照其它工程经验及满足施工要求，干砌石护坡厚度取30cm，砼预制块护坡厚度取10cm。b.护坡型式比选通过护坡厚度计算，上游护坡采用厚10cm，边长30cm正六边形砼预制块护坡和厚30cm干砌石护坡进行比较，护坡下均设置10cm厚砂卵石混合料垫层，其工程量投资比较见表5.3.8。127n表5.3.8护坡型式比较表护坡型式砼预制块护坡干砌石护坡护坡厚度(m)0.100.30工程量(m3)609.371828.11单价（元/m3）353.53133.74总投资(万元)21.5424.45由上表可知，砼预制块护坡方案投资稍小，且砼预制块护坡具有施工速度快、美观、耐久性好的优点，适用于施工周期短的除险加固工程，故选用砼预制块护坡。5.3.3.2坝顶细部构造大坝现状顶高程34.10~34.40m（黄海高程，下同），坝顶宽6m，根据坝顶高程复核计算，坝顶高程设计为34.10~34.40m，结合坝顶路面的施工，坝顶宽度设计为6m，坝顶上、下游侧设20cm×42cm（宽×高）C15砼路肩梁，坝顶总长240m。为改善大坝防汛交通条件，结合水库的运行管理要求，坝顶设置砼路面，路面宽5.0m，路面向两侧各设2%的横坡，路面砼强度等级为C25，厚度为22cm，按5m长度进行分缝，砼路面下设厚20cm的5%水泥稳定碎石基层。5.3.3.3大坝排水设计为避免雨水漫流冲刷坝坡，在下游坝坡面上设置纵、横排水沟，纵向排水沟设置于贴坡排水体内侧，断面尺寸0.3m×0.3m，横向排水沟布置于下游坝面，坝面每隔50m设置1条横向排水沟，大坝下游坡面与两岸交线处各设一条横向排水沟，排水沟断面尺寸为0.3m×0.3m，纵、横排水沟相互连通成为整体。5.3.4大坝防渗设计5.3.4.1地质勘察及渗流计算成果a、地质勘察成果127n根据江西省勘察设计研究院《工程地质勘察报告（初步设计阶段）》，可得出如下结论：①大坝坝体土土质，据室内试验成果，孔隙比偏大，干密度偏小。根据野外注水试验及室内渗透试验成果，坝体渗透系数建议值为5.07×10-4cm/s，不满足现行规范对均质土坝渗透系数不大于1.0×10-4cm/s的强制性条文要求。涵管周围防渗效果尚好，但因填土沉降变形所引起涵管局部开裂导致涵管周围有渗漏现象。同时，大坝存在白蚁危害，不排除坝体内存在蚁害原因形成的渗漏通道，坝体存在渗漏隐患。②大坝在施工过程中仅清除了大坝坝基杂草、树木、树根及稻田禾蔸，但对古墓穴、兽穴，蛇穴及表层土层均未做处理，也未挖截水槽。坝体填土及坝基接触带碾压欠密实，由于后期大坝运行期间渗流潜蚀等原因，坝体与坝基接触带存在渗漏现象，导致目前大坝坝脚出现漏水。经现场观察，可认为大坝坝肩集中渗漏及饶坝渗漏的可能性较小。但坝体与坝肩接触部位未做截渗槽，接触性较差，有产生渗漏的可能。③下游坡脚处未设反滤。b、渗流计算成果根据现状坝体断面渗流计算，大坝6-6′现状断面在校核洪水位情况下，坝体浸润线在下游坝坡出逸，出逸点高程32.26m，位置较高，不利于下游坝坡的稳定。现状断面计算渗流量Q=5.43m3/d·m，渗漏量较大。综上所述，大坝坝体需进行防渗处理。5.3.4.2防渗方案拟定大坝防渗措施可采用水平与斜墙防渗、垂直防渗、下游排渗减压或几种措施同时采用。考虑到库区已蓄水运行多年，下游排渗减压措施主要是坝下游做透水盖重或坝后设排水减压沟，但下游排渗减压沟日常维护困难，运行费用高，且减压排水沟容易淤堵，不能拦截坝基渗漏。因此设计进行斜墙防渗、垂直防渗进行方案比选。5.3.4.3防渗方案比较根据我省其他中小型水库坝体防渗处理的经验，本着经济、实用、等效的原则，以及国内现有防渗处理措施使用机械设备的适用范围等，坝体防渗初步拟定采用粘土心墙和粘土斜墙防渗墙两种处理方案。127na、冲抓套井回填粘土心墙（1）防渗范围根据地勘资料及渗流稳定计算成果，设计墙顶高程取为33.01m。墙底伸入低液限粘土层1m。因为原坝体比较单薄，大坝坝顶宽增大到5m。上游坡坡比设计为1:3。（2）墙体材料及防渗墙厚度防渗墙墙体材料为粘土，要求K≤1×10-5cm/s，在夯实时保证在最佳的含水量下进行，墙体厚度按下式计算：T=H/J；式中：T——设计墙厚m；H——最大作用水头m；J——防渗墙的允许比降，i=6~8。根据作用水头、地层条件，综合设计要求，考虑成墙工艺和已建类似工程经验，设计墙厚采用1.0m。根据渗流计算结果，粘土心墙最大渗透坡降Jmax=3.5<[J]=6~8，墙厚满足设计要求。（3）粘土防渗墙施工工艺施工程序为：坝顶清理平整→布孔→安机→造孔→清理→回填夯实→质量检查。b、粘土斜墙方案坝体上游粘土斜墙范围至桩号0+000～0+240，全长240m，坝顶高程为34.10~34.40m，底部至坝基覆盖层，粘土斜墙顶宽3.0m，底部设截水槽，底部伸入坝基覆盖层以下2.5m。表5.3.9两方案建筑工程量及造价比较结果见表序号名称单位单价（元）方案一方案二工程量造价工程量造价（万元）（万元）1粘土心墙m138.33242033.48填土m323.616242.2814.742粘土斜墙m324.6422291.254.93合计48.2254.93由表5.3.9可知，粘土心127n墙造价较低，且施工工艺要求简单，从安全、可靠、经济的角度出发，且不受水位影响，根据水库的工程地质条件及参照江西省类似工程基础处理的成功经验，本阶段设计推荐采用粘土心墙方案。5.3.4.4渗流设计根据渗流计算成果及地勘资料并经方案比较，本工程防渗体系由冲抓套井回填粘土心墙组成。a.粘土防渗墙冲抓套井回填粘土心墙顶高程33.01m，设计墙厚采用1.0m。根据渗流计算结果，粘土心墙最大渗透坡降Jmax=4.97<[J]=6~8，墙厚满足设计要求。根据心墙厚度=1.0m的要求，套井排数拟定为1排，孔距0.833m，造孔直径1.3m。b、贴坡排水体为防止大坝浸润线出逸处产生破坏而危及大坝安全，本次加固设计对大坝下游坡采用贴坡排水体拆除重建，坝身贴坡排水体顶高程28.15~28.53m，坡度1：3，厚1.0m，排水体下设三级反滤层。5.3.5设计计算根据大坝加固处理设计，按设计断面进行大坝渗流及坝坡稳定计算。5.3.5.1大坝设计断面渗流计算与分析计算断面，计算方法及计算工况同大坝安全复核计算，粘土心墙渗透系数取1×10-5cm/s，各工况下浸润线位置见表5.3.10。大坝设计断面校核洪水位情况下的浸润线及等势线见图5.3.4，渗流计算成果见表5.3.11。表5.3.10大坝设计断面浸润线位置加固后计算情况浸润线位置校核洪水位（32.51） 12345678910X(m)22.8724.9331.0631.4634.4941.4946.4450.3853.1256.03Y(m)32.5132.2229.9429.8429.5629.0328.4027.7627.2526.69设计洪水位（32.21） 12345678910 X(m)21.3424.7728.5431.0632.4838.9243.7648.7052.5356.26 Y(m)32.2131.8031.5329.5029.2128.8328.2927.6126.9226.20 正常蓄水位（31.30） 12345678910 X(m)18.6123.4330.0632.0935.2739.7144.8648.8752.7455.45 Y(m)31.3030.6930.1427.9627.8127.4626.8726.3025.5925.07 127n表5.3.11大坝设计断面渗流计算表断面计算工况最大渗透坡降值渗流量(m3/d·m)坝体土低液限粘土粘土心墙坝体土坝基覆盖层大坝6-6′校核洪水位32.51m0.260.111.970.490.040.53允许值[J]0.430.496~8备注加固后的大坝6-6′设计断面坝体浸润线位置明显降低，在下游排水体中出逸，对坝坡稳定有利。相比现状断面，设计断面各土层渗透坡降明显降低，均小于其允许值。经防渗处理后大坝6-6′设计断面计算渗流量Q=0.53m3/d·m，其中坝体0.49m3/d·m，坝基覆盖层0.04m3/d·m，渗流量明显降低。5.3.5.2大坝坝坡稳定计算水库大坝本次加固采取上、下游坡基本维持现状，计算工况、计算方法同大坝现状坝坡稳定复核计算，计算断面及地质参数采用大坝现状坝坡稳定复核中所用参数。计算成果见表5.3.12和附图5.3.5、5.3.6。表5.3.12大坝设计断面抗滑稳定复核成果表计算断面上游水位（m）毕肖普法最小安全系数规范允许值备注大坝6-6′正常蓄水位（EL31.3m）时的下游坡1.5531.25有效应力法设计洪水位（EL32.21m）时的下游坡1.5191.25校核洪水位（EL32.51m）时的下游坡1.4731.15非常降落（EL32.51~31.3m）时的上游坡2.2811.15总应力法2.2681.15有效应力法非常降落（EL31.30~26.30m）时的上游坡1.3321.15总应力法1.2561.15有效应力法从以上计算成果可知，大坝设计断面上、下游边坡均能满足抗滑稳定要求，设计坝坡满足稳定要求。127n5.4溢洪道加固设计5.4.1工程现状和存在的主要问题溢洪道进口无引水渠，不能有效挡住两侧填土。泄槽段底板和边墙均未衬砌，底板表面平整度较差，蜂窝麻面较多，且大面积破损严重；边墙直接浇筑于土坡上，平整度差，厚度不一，连接不顺畅，且高度不满足要求。溢洪道无消能设施，不利于行洪，易造成下游冲刷。5.4.2原溢洪道结构安全复核本次加固设计对原有溢洪道结构安全复核采用20年一遇洪水标准设计，100年一遇洪水标准校核；消能设计采用20年一遇洪水标准，根据溢洪道库水位~泄量关系，通过水文调洪演算，计算得水库设计洪水位（P=5%）为32.21m，相应溢洪道下泄流量12.88m3/s，校核洪水位（P=1%）为32.51m，相应溢洪道下泄流量19.63m3/s；消能设计洪水位（P=5%）为32.21m，相应溢洪道下泄流量12.88m3/s。(1)溢洪道水面线计算及边墙高度复核根据《溢洪道设计规范》（SL253—2000），泄槽水面线应根据能量方程，用分段求和法计算，计算公式如下：式中：——分段长度，mh1、h2——分段始、末断面水深，mv1、v2——分段始、末断面平均流速，m/s1、2——流速分布不均匀系数，取1.05——泄槽底坡角度i——泄槽底坡，i=0.03127nJ——分段内平均摩阻坡降n——泄槽槽身糙率系数，取0.015v——分段平均流速R——分段平均水力半径取校核洪水位（P=1%）为32.51m，相应溢洪道泄量为10.12m3/s，按分段求和法求出泄槽水面线，计算结果见表：表5.4.1溢洪道水面线计算结果表距起始断面水平距离（m）02040608090计算断面宽（m）999999中心线水深（m）0.7990.9621.1181.2721.4191.495流速（m/s）2.6142.1521.8371.6021.4251.347掺气水深（m）0.0210.0210.0210.020.020.02安全超高（m）0.50.50.50.50.50.5要求墙高（m）1.321.4831.6391.7921.9392.015实际墙高（m）2.02.02.02.02.02.5计算结果表明，现状溢洪道泄槽局部边墙高度仍不满足规范要求。(2)溢洪道边墙稳定复核溢洪道两侧边坡坡高一般1.0～2.0m，岩性基本为低液限粘土，由于边坡低矮，边坡稳定性较好。但进水渠渠首边墙由于风化较严重，已破损、倒塌，其边墙高度不满足要求，建议对溢洪道破损边坡进行修复，底板清淤、加固。(3)冲刷稳定问题堰基表层及堰侧基本为冲积低液限粘土，可～硬塑状，抗冲刷性较差，未支护段均有因雨水及泻洪水流冲刷而损坏的现象。溢洪道在高速水流的冲刷作用下，易形成冲刷破坏和失稳，需进行衬砌。5.4.3安全复核结论127n根据以上结构复核成果：溢洪道泄槽段边坡高度能满足要求。从工程现状情况看，溢洪道施工质量较差，除控制段外，其他部位均破坏严重，冲刷较严重，抗冲性较差，致使在溢洪道泄槽底板坑洼不平，影响正常泄洪；泄槽段边坡与底板杂草丛生，淤泥堵塞；未设消能设施，下游接农田，导致每次泄洪直接冲毁大片农田。5.4.4溢洪道加固方案从工程现状及存在的主要问题、溢洪道结构复核结论及安全鉴定结论，本次加固处理拟对溢洪道按原规模拆除重建，加固后溢洪道由进水段、控制段、泄槽段、消力池段及海漫段组成。5.4.5溢洪道布置加固后溢洪道由进水渠、控制段、泄槽段、消能段及海漫段等部分组成，全长114m。进水渠顺水流方向长9m，为八字形开口布置，进口宽13.65m，出口宽9m，左、右两侧导墙均为C25砼重力式结构，底板为0.3m厚砼护底。控制段为开敞式宽顶堰，砼结构，堰顶高程31.30m，设有3孔，每孔净宽3m，总溢流净宽9m，中墩宽0.8m，底板厚0.5m，边墙采用重力式砼挡墙，墙高2.0m，上部设交通桥。泄槽段长81m，宽9m，底板纵坡为0.0074，底板厚0.3m，每9m长设置横缝，缝间设止水铜片，底板下设纵、横排水沟。泄槽边墙为砼重力式结构，墙高为2~2.5m，砼强度等级均为C25，墙底下设齿墙，一直延伸到控制段，在与墙顶相交的山体处设截水沟。消能段采用底流消能，上游与泄槽相连，下游接海漫，消能段出口段底板与边墙采用整体式砼结构，砼强度等级C25。消力池长9m，池深0.5m，宽9m，消力池底板高程30.70m，底板厚0.5m，下设排水，墙高2.5m。海漫段长9m，宽9m，底板高程为31.20m，为0.3m厚砼，边墙为砼重力式挡墙，墙高2m，砼强度为C25。海漫段后接10m长渐变段，与下游泄洪渠相接。为确保溢洪道泄洪安全，根据地勘提供的溢洪道土体允许不冲流速值，本次加固设计对下游泄洪渠也进行加固处理：泄道底宽9m，纵坡为1/10，两侧边坡1：2.5，浆砌石厚0.4m，按1.5×1.5m间距梅花型布设排水孔，下设10cm127n砂卵石混合料垫层。5.4.6设计计算(1)泄流能力计算根据《溢洪道设计规范》（SL253-2000），溢洪道泄流能力采用以下宽顶堰泄流能力公式计算：Q=mεBH03/2式中：Q——流量，m3/s；B——总净宽，m；H0——计入流速水头的堰上总水头，m；m——流量系数；ε——闸墩收缩系数。根据能量守恒原理，即可求得相应的库水位~溢洪道泄量之间的关系。库水位与溢洪道泄流量关系计算结果见表:表5.4.2溢洪道泄流能力表库水位（m）31.3031.6031.9032.2032.5032.80泄量（m3/s）02.496.9812.6819.3026.68通过对水库重新进行水文调洪演算，可知设计洪水位（P=5%）为32.21m，相应溢洪道泄量为12.88m3/s；校核洪水位（P=1%）为32.51m，相应溢洪道泄量为19.63m3/s。(2)水面线计算及边墙高度计算取校核洪水位（P=1%）32.51m，相应溢洪道泄量为19.63m3/s进行水面线计算，根据能量方程用分段求和法计算。计算公式同复核计算，计算结果见表：表5.4.3溢洪道水面线计算结果表距起始断面水平距离（m）020406080100计算断面宽（m）999999中心线水深（m）0.7991.1021.2911.4621.6251.784127n流速（m/s）2.731.9791.6891.4921.3421.223掺气水深（m）0.0220.0220.0220.0220.0220.016超高（m）0.50.50.50.50.50.5要求墙高（m）1.3211.6241.8131.9842.1472.306设计墙高（m）2.02.12.22.32.42.5(3)溢洪道边墙稳定及应力分析溢洪道边墙包括进水段、控制段、泄槽段和消力池段边墙，其中进水段、控制段采用重力式砼挡墙，其他段均采用护坡衬砌，进水段稳定及应力计算时采用各段最大墙高（2.5m），由于完建工况相比校核洪水工况最为不利，故仅计算完建工况。抗滑稳定安全系数采用抗剪强度公式计算：κС=式中：κС——抗滑稳定安全系数；f——基底面与地基之间的摩擦系数，取f＝0.35∑Ｖ——包括墙身自重、土重等垂直荷载; ∑Ｈ——土压力水平荷载的总和。抗倾稳定安全系数采用抗倾公式计算：κ0=式中：κ0——抗倾覆稳定安全系数；∑Ｍy——作用于墙身各力对墙前趾的稳定力矩；∑Ｍ0——作用于墙身各力对墙前趾的倾覆力矩。b)墙底压力的偏心距：e=式中：e——墙底压力的偏心距；B——墙底宽度；C——墙底面上垂直合力作用点与墙前趾之间的距离。偏心距的一般规定：基本荷载组合时，e≤；特殊荷载组合时，e≤127n。基底应力：σu，d=式中：σu——墙前基底处的应力；σd——墙背基底处的应力。计算结果溢洪道进水段边墙在完建工况下抗滑稳定安全系数及基底应力计算成果见下：表5.4.6溢洪道边墙稳定及基底应力计算结果表项目工况抗滑稳定抗倾覆稳定基底应力(KN/m2)不均匀系数kc[kc]K0[k0]σmaxσmin[σ]η[η]控制段完建1.271.26.301.560.9733.412001.822.5从表中结果可知溢洪道边墙抗滑及基座力均满足要求。(4)泄槽底板抗滑稳定设计泄槽底板厚0.3m，底坡i=0.0074，底板下设纵、横排水沟。底板抗滑稳定计算采用《溢洪道设计规范》（SL253-2000），取泄槽最后一块底板进行抗滑计算，计算包括：自重、水重、脉动压力、水流拖曳力、渗透压力。按抗剪强度公式计算抗滑稳定安全系数：κС=式中：κС——抗滑稳定安全系数；f——基底面与地基之间的摩擦系数，取f＝0.35；∑Ｖ——包括墙身自重、土重等垂直荷载; ∑Ｈ——土压力水平荷载的总和。计算结果见下表：表5.4.7泄槽底板抗滑稳定安全系数成果表计算工况部位抗滑稳定安全系数计算值Kc允许值[Kc]校核洪水位32.51m(P=1%)泄槽末端1.881.05127n从计算成果可知，泄槽底板抗滑稳定满足规范要求。(5)消力池段a.结构设计本工程溢洪道采用底流消能，消力池长8m，池深0.5m，底宽9m，池底板高程30.70m，消力池边墙高2.5m，消能防冲设计采用洪水标准20年一遇洪水，相应水位为32.21m，相应下泄流量为12.88m3/s，根据溢洪道设计规范（SL253-2000），消力池池长、池深按下列公式计算：l=0.8lj式中：d——池深，m——水跃淹没深度，可取=1.05h2——池中发生临界水跃时的跃后水深，mht——消力池出口下游水深，m——消力池尾部出口水面中跌落，mQ——流量,m3/sb——消力池宽度,m——消力池出口段流速系数，可取0.95lj——自由水跃的长度。经计算得：消力池池深为d=0.336m，消力池池长为L=6.952mb.消力池底板结构安全计算现状消力池底板厚0.5m，下设排水，按《溢洪道设计规范》（SL253-2000）中以下公式进行抗浮稳定计算：Kf=《溢洪道设计规范》式中：Kf——抗浮稳定安全系数；127nθ——底板底面与水平面的交角；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：Q1=βmρfrA《溢洪道设计规范》ρfr=3Kp；βm——面积均化系数，取0.1；ρfr——脉动压强；Kp——脉动压强系数，取0.025；v——相应水流计算断面的平均流速；Q2——底板底面的扬压力经计算，消力池护坦抗浮稳定安全系数Kf=1.05，规范允许Kf允许值为1.0~1.2，满足规范要求。5.5灌溉涵管加固设计5.5.1工程现状及存在的主要问题大坝右侧设坝下坝下涵管一座，为混凝土结构，进口底板高程为26.30m，总管长为46m。涵管为圆形砼预制管，内径0.4m，壁厚8cm。进水口由木塞控制，尺寸为0.3m，3t手动螺杆启闭机启闭。出口无消能设施。5.5.2原坝下涵管过流能力计算根据《水力计算手册》，H<1.2a时，涵管为无压流，1.2a查看更多