三层岭水库初步设计报告1

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1、1 综合说明1.1 水库基本情况1.1.1工程地理位置、水系、水文气象三层岭水库位于新余市高新区水西镇堆甲王家村委，距新余市城区20km，东经1150004，北纬275326，属赣江水系袁河支流白杨江水。坝址以上控制流域面积0.21km2，总库容11.45万m3，其中兴利库容为9.6万 m3，死库容为0.035万m3。原设计灌溉面积0.02万亩，实际灌溉面积0.02万亩，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养殖等综合利用的小（二）型水库。三层岭水库流域属亚热带温和区，多年平均气温17.8，高温多在7月，平均为29.4左右，最低气温多在1-2月份，平均6。最大风速15m/s。多年平均降雨量1568mm，

2、最大降雨量为2115.1mm（2002年），最小降雨量为1076.1mm（1971年），年际变化较大，年内分配极不均匀，其中46月份雨量占全年雨量的46.6%。多年平均蒸发量E601=949.7mm，7、8月份最大，占全年的32.4%，全年无霜期283天。1.1.2水库建设过程三层岭水库始建于1959年7月，1959年12月完工，达现有规模。大坝兴建时由当地群众就近取土人工夯实而成，填筑质量一般。大坝建设时上下游未护坡，溢洪道开挖后未衬护。坝下涵管为400mm素砼圆管，未砼包管。80年代将斜卧管取水改为斜拉式启闭闸门控制，90年代大坝上游进行砼护坡，2010年对溢洪道进行应急除险加固处理，加宽

3、了溢洪道并进行了衬砌，无消力池及出水渠，同时在大坝右下坝脚做了一段排水体。1.1.3加固前工程基本情况及主要建筑物经查找原始资料，坝址以上控制流域面积0.4km2，设计洪水标准为10年一遇，校核洪水标准为50年一遇，总库容为17.23万m3，正常蓄水位为60.10m，设计洪水位为60.87m，校核洪水位为61.08m，死水位为54.60m。水库枢纽工程主要由大坝、溢洪道、涵管组成。现状大坝为均质土坝，坝顶高程为61.6062.15m，最大坝高为8.6m，坝顶长度为166m，坝顶宽度为4.5m，上游砼护坡，坡比为1:2.2，下游未护坡，坡比为1:2.0，坝脚局部设排水体，已淤堵失效。现状溢洪道位

4、于大坝左岸坝肩，全长为42m，前面24m为浆砌石衬砌，后面18m为砼衬砌，控制段进口底高程为60.10m，溢洪道底宽3.02.6m，边墙高0.571.2m，坡比i为0.039、0.093，下游无消能设施及出水渠，洪水不能安全下泄。现状涵管位于大坝左右端各一套，右端涵管已封堵，左端涵管管身为素砼结构，涵管为400mm圆管，管壁厚0.05m，采用斜拉式启闭机控制，闸门为铸铁闸门，涵管进口底高程为54.6m，出口底高程54.32m，管长35m。1.1.4除险加固的必要性运行中水库存在多处安全隐患，主要表现在：大坝填筑质量一般，清基不彻底；大坝下游右坝脚出现渗漏，坝基存在渗漏问题，渗流状态不安全；大坝

5、上游为砼护坡，护坡质量一般，未设垫层；下游未护坡，局部有排水体，但淤堵失效，坝面无排水沟，干渠从坝体上经过。溢洪道2010进行应急除险加固处理，但只是衬砌部分边墙，下游未设消能设施，有冲坑，无出水渠，洪水不能安全下泄；右端坝下涵管已封堵，存在渗漏问题；左端坝下涵管为400mm素砼结构圆管，老化严重，存在结构安全隐患；水库无专职管理人员，无管理房及通讯设施，无安全观测设施，上坝公路路况差。为了确保该工程的安全和正常运行，充分发挥工程应有的效益，对该工程进行加固处理迫在眉睫。为确保工程安全，恢复水库正常运行，根据江西省小（2）型水库大坝安全评估技术规定（试行）的规定和要求，新余市水务局于2011年

6、04月组织并成立大坝安全评估小组，对大坝安全进行了评估，通过对三层岭水库大坝现场检查，与水管人员（含参与建坝人员）的访谈记录及大坝历年运行资料和管理现状，编写了三层岭水库大坝现场安全检查报告、现场访谈记录报告和大坝安全综合评估报告表，大坝安全类别评定为三类坝，需尽快对工程进行除险加固。1.2 水文1.2.1基本资料三层岭水库属赣江流域袁河支流白杨江水，库区流域属低山丘陵区，植被一般，有一定的水土流失，流域无实测雨量资料，距坝址20km设有新余气象站，建于1959年，有1959年2010年观测的降雨量等资料。坝址以上控制集水面积0.21km2，主河道长度0.954km，河道平均坡降5.51%。1

7、.2.2设计洪水标准根据防洪标准（GB50201-94）及水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000），三层岭水库规模属小（二）型，主体工程等级为级。因该水库最大坝高小于15m，挡水高度小于10m，洪水标准参照平原滨海区，所以本次设计洪水标准为10年一遇（P=10%），校核洪水标准取上限为50年一遇（P=2%）。1.2.3设计洪水三层岭水库流域内无水文观测站，缺乏实测流量资料，故本次设计洪水采用与周边库区降雨相近的实测雨量站和江西省水文局2010年编制的江西省暴雨洪水查算手册推荐的推理公式法推求。1.3 加固设计1.3.1大坝加固设计本次大坝加固坝顶高程为62.10m，坝顶宽为4.5

8、m，坝顶增设20cm厚泥结石路面；对大坝坝基开挖截水槽进行防渗，底宽2m，伸入坝基覆盖层1.5m；上游坝坡整坡至1:2.25，正常蓄水位以下采用C15砼预制块护坡，下游坝坡维持现状1:2.0不变，拆除干渠并在下游20m范围填塘固脚，下游坡整平后采用草皮护坡，新建贴坡排水体，离坝脚5m处新建一干渠。1.3.2坝下涵管加固设计本次设计挖除右涵管后粘土回填。经方案比较，左涵管在原址破坝重建涵管，落水井进口顶高程为55.25m，涵管进口底高程为54.40m，出口底板高程为54.30m，全长36.5m，总坡降为1/365。进口采用斜拉式启闭机控制，涵管采用300mm PVC管作为内模，外包0.8m0.8

9、m的C25钢筋砼结构，出口接消力池。1.3.3溢洪道加固设计本次设计拟在原址加固溢洪道，维修泄槽段和新建下游消力池。考虑到目前水库加固实际情况，拟将进口高程保持现状高程60.10m，对现状溢洪道进行加固。溢洪道控制段进口底高程维持现状60.1m，宽3.0m，后接泄槽，底宽为3.02.6m,进口底板高程60.09m，出口底板高程54.00m。桩号0+000桩号0+020维持现状；加高桩号0+020桩号0+024，泄槽底坡i=0.039；桩号0+024桩号0+038维持现状，泄槽底坡i=0.093；新建桩号0+038桩号0+051，泄槽底坡i=0.270，进口接进水渠，出口设消力，池长3.0m。1

10、.4 工程设计概算1.4.1编制依据按照江西省水利厅“赣水建管字（2006）22号文”颁发的江西省水利水电工程系列定额及概估算编制规定，江西省水利厅赣水建管字（2006）242号文发布的标准与定额，赣水建管字2010246号文，设计有关资料，设计工程量进行编制。价格水平年按江西省造价信息2013.2（总第140期）新余市建设工程材料信息，主要材料基价按江西省定额站的要求执行。1.4.2投资主要指标工程总投资（静态总投资）82.85万元，其中：工程部分投资82.85万元、水土保持投资0.00万元、环境保护投资0.00万元。基本预备费率1%，基本预备费为0.82万元。施工总工期8个月。1.5 工程

11、特性表三层岭水库工程特性表序号名 称单位加固前加固后备注一水文1集雨面积km20.40.212多年平均年降雨量mm156815683设计洪水标准及流量P(%) (10%) (10%)m3/s1.884校核洪水标准及流量P(%) (2%) (2%)m3/s3.49二水库特性1调节特性年调节年调节2校核洪水位m61.08 (2%)60.54(2%)3设计洪水位m60.87 (10%)60.38(10%)4正常蓄水位m60.1060.105死水位m54.655.256总库容万m317.2314.507正常水位库容万m312.518兴利库容万m311.829死库容万m30.650.69三工程效益1灌溉

12、面积万亩0.060.062保护人口万人0.040.043保护耕地万亩0.060.06四主要建筑物及设备（一）大坝1坝型均质土坝均质土坝2坝顶高程m61.6062.1562.13最大坝高m8.68.84最大坝长m1661665坝顶宽度m4.54.56上游坝坡1:2.21:2.257下游坝坡1:2.01:2.0自上而下（二）溢洪道1型式开敞式开敞式2进口底高程m60.1060.103溢洪道底宽m3.03.04全长m42585纵坡0.039,0.0930.039，0.093，0.276边墙型式砼挡墙砼挡墙7最大下泄流量m3/s1.298消能型式无底流消能（三）坝下涵管1进口底高程m54.6054.4

13、02涵管长度m3536.53涵管断面尺寸m0.40.34最大过水流量m3/s0.1985闸门型式铸铁闸门铸铁闸门6启闭机型式斜拉式斜拉式7启闭机（孔径）m0.2五工程投资总投资万元82.85建筑工程万元68.86机电设备及安装工程万元0.17金属结构设备及安装工程万元1.40施工临时工程万元2.07独立费用万元9.53基本预备费万元0.82水土保持工程万元0.00环境保护工程万元0.00472 水 文2.1 基本资料2.1.1自然、地理三层岭水库位于新余市高新区马洪办事处堆甲村委，东经1150110，北纬275421，距新余市区20km，属赣江流域袁河支流白杨江水。库区属低山丘陵区，植被一般，

14、有一定的水土流失。2.1.2 水文气象三层岭水库流域属亚热带温和区，多年平均气温17.8，高温多在7月，平均为29.4左右，最低气温多在1-2月份，平均6。最大风速15m/s。多年平均降雨量1568mm，最大降雨量为2115.1mm（2002年），最小降雨量为1076.1mm（1971年），年际变化较大，年内分配极不均匀，其中46月份雨量占全年雨量的46.6%。多年平均蒸发量E601=949.7mm，7、8月份最大，占全年的32.4%，全年无霜期283天。2.1.3 流域特征参数本次设计根据万分之一航测图对流域面积、主河道长度、主河道比降等参数进行了量算，并与原设计参数进行了比较，成果见表2.

15、1.1。表2.1.1 水库流域特征参数复核成果表流域特征参数原资料本次复核流域面积F(km2)0.400.24主河道长度L(km)0.49主河道比降J9.50本次设计采用的流域特征参数：坝址以上控制集水面积0.24km2，主河道长度0.49km，河道平均坡降9.50%。 2.1.4 水位-库容曲线因水库原实测库区地形图已缺失，本次加固测量时库水位较高，无法实测库区地形图，本次设计只能根据万分之一航测图对水库库区不同高程下的面积进行量算，绘制出水位库容曲线图，并与安全鉴定报告书、新余小型水库大坝注册登记表内查得的特征水位及库容数据进行复核，见表2.1.2。表2.1.2 三层岭水库水位-库容复核对

16、比关系表黄海高程水面面积库容本次采用库容原资料本次复核原资料本次复核(m)(万m2)(万m2)(万m3)(万m3)(万m3)84.60.000.000.00850.020.010.01860.070.060.06870.140.170.17880.240.360.36890.360.660.66900.581.131.13910.861.851.85921.182.872.87931.544.224.22941.945.965.96952.388.128.12962.8310.7310.73973.3113.8013.80 2.2 设计暴雨2.2.1 设计暴雨资料的选择库区无雨量站，可采用的设

17、计参证降雨资料有两种。实测暴雨资料根据水库周边雨量站，采用和库区降雨成因相近的各雨量站实测雨量为参证降雨资料。现取新余站历年最大一日暴雨值(见表2.2.1)，组成暴雨系列进行频率分析，按P-III型曲线进行，得设计暴雨参数和最大一日暴雨值，设计最大24小时暴雨值由设计最大一日暴雨值乘以系数1.14求得。其适线成果见表2.2.2。表2.2.1 新余气象站实测历年最大一日暴雨值日期降雨量(m m)日期降雨量(m m)1959.11.169.41985.7.157.61960.5.28117.11986.9.758.71961.6.1092.21987.9.2559.11962.6.18128.71

18、988.5.1151.71963.7.1879.51989.6.3083.61964.6.1756.21990.9.23100.61965.9.1272.01991.3.2178.31966.6.30129.61992.3.1976.41967.6.20123.61993.7.493.81968.6.27135.51994.6.13113.91969.1.29154.31995.5.26127.91970.5.3172.21996.5.31142.11971.8.864.61997.7.887.41972.8.19116.41998.6.14117.61973.9.296.81999.8.98

19、7.11974.5.574.22000.6.22121.31975.8.494.72001.4.19134.21976.6.1762.32002.6.13132.71977.6.19129.72003.8.14126.71978.3.2047.62004.5.1282.31979.6.21130.22005.9.381.01980.4.2880.62006.4.12111.71981.6.3073.92007.8.1256.81982.6.1889.12008.5.2897.11983.5.1574.72009.4.19103.61984.8.9125.12010.5.13130.1表2.2.

20、2 各频率实测暴雨成果表 单位：mm 频率(%)项目1052.01.00.5参数24小时158.23178.58204.14222.78240.77H=96.22mmCV =0.35CS =3.5CV江西省水文局2010年编制的江西省暴雨洪水查算手册（以下简称手册）设计暴雨根据工程地理位置查手册附图，得流域中心最大24小时点暴雨量H24=110mm，Cv24=0.45，最大6小时和60分钟点暴雨量分别为H6=70mm，Cv6=0.44，H60=46mm，Cv60=0.39，由F=0.24km2和t=60、3、6、24小时分别查得点面系数60=0.99991，3=0.99992，6=0.9999

21、3，24=0.99997。由H3=H131-n2，计算出3小时点暴雨量，式中1-n2=1.285lg(H6/ H1)，各频率60分钟、3、6、24小时点面暴雨量成果见表2.2.3。表2.2.3 各频率点面暴雨成果表 单位：mm频率(%)项目105210.5参数H60面69.91 80.49 94.29 104.41 114.07 H=46mmCV =0.39CS =3.5CVH3面92.97 108.09 127.73 142.59 156.51 H6面111.29 130.19 154.69 173.59 191.09 H=70mmCV =0.44CS =3.5CVH24面175.99 20

22、6.79 247.49 277.19 306.89 H=110mmCV =0.45CS =3.5CV从表2.2.2和2.2.3可以看出，实测资料的变差系数Cv及点雨量均较手册查算得出的结果偏小，从偏安全考虑本次设计采用手册查算方法进行洪水推算。2.3 设计洪水及水库调洪演算2.3.1 设计洪水标准根据防洪标准（GB50201-94）及水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000），三层岭水库规模属小（二）型，主体工程等级为级。所以本次设计洪水标准为10年一遇（P=10%），校核洪水标准为50年一遇（P=2%）。2.3.2设计洪水计算根据手册使用说明，流域面积小于30km2的，一般采用推

23、理公式法计算设计洪水，本工程坝址以上控制流域集水面积0.24km2，故本次设计洪水采用推理公式法进行推算，成果如下：查手册得水库产流在IV区，设计前期影响雨量Pa=80mm，Im=130.0mm。根据表2.5的各种历时各频率暴雨量，按手册中的雨型分配表，以1小时为时段，求得设计频率的各时段暴雨量，扣除初损失求得各时段净雨后，再列表计算Qt=0.278Fht/t。由手册得，本工程在推理公式分区图的第IV区。应用第IV经验公式计算m、=0.278/mQ1/4。作Qt-t、Q-曲线，求得各设计频率洪水的地面洪峰Q地面及地面洪水过程。按手册要求，利用地下径流深R下，求出相应频率的地下径流洪峰流量Q地下

24、及地下洪水过程。将地面、地下洪水过程对应时段流量叠加，即为所求的设计洪峰流量，洪水总量，结果见表2.3.1。表2.3.1 三层岭水库设计洪水成果表频率（%）105.02.010.5洪峰流量（m3/s）2.803.704.925.796.58一日洪量(万m3）2.372.993.814.415.012.3.3设计洪水成果合理分析（1）与周边水库设计洪水成果比较为进一步论证本次洪水复核成果的合理性，将本次设计洪水成果与本地区周边水库设计洪水成果进行比较，见表2.3.2。表2.3.2 设计洪水成果比较表水库名称集雨面积(km2)洪峰流量(m3/s)洪峰模数Q/F2/3备注P=2%P=10%P=2%P

25、=10%艾坑水库0.3734.992.829.635.442010版山背水库0.5246.333.659.745.622010版三层岭水库0.243.812.3710.786.722010版本水库洪峰模数与本地区周边水库洪峰模数较一致，说明成果是合理的。2.3.4设计洪水过程线推求坝址设计洪水过程线推求，均按手册中推理公式法计算洪水过程线的方法与要求进行推算。将地面洪水的洪峰、洪量、洪水历时，按五点法概化出地面洪水过程线。将各设计频率暴雨所产生的地下径流深R下，以及地面洪水过程历时，计算地下径流峰值Qm地下=R下F/3.6T，地面洪水结束时间，即为地下径流峰值出现时间。然后自Qm地下开始向前后

26、每增加一个t时段，其流量随之减少一个Q地下=T/TQm地下，从而求得地下径流过程。将地面、地下径流过程对应时段流量相加，即为所求的设计洪水过程线，结果见表2.3.3表2.3.3 三层岭水库设计洪水过程线表P=10%P=5%P=2%P=1%P=0.5%T(h)Q(m3/s)T(h)Q(m3/s)T(h)Q(m3/s)T(h)Q(m3/s)T(h)Q(m3/s)0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.83 0.30 0.79 0.39 0.76 0.52 0.75 0.61 0.75 0.69 2.08 2.80 1.99 3.70

27、1.91 4.92 1.87 5.79 1.87 6.58 4.16 0.66 3.97 0.86 3.81 1.14 3.74 1.33 3.74 1.51 8.33 0.22 7.95 0.27 7.62 0.34 7.49 0.39 7.49 0.43 9.33 0.19 8.95 0.24 8.62 0.29 8.49 0.33 8.49 0.37 10.33 0.17 9.95 0.20 9.62 0.25 9.49 0.28 9.49 0.31 11.33 0.14 10.95 0.17 10.62 0.21 10.49 0.23 10.49 0.26 12.33 0.11 11.

28、95 0.13 11.62 0.16 11.49 0.18 11.49 0.20 13.33 0.09 12.95 0.10 12.62 0.12 12.49 0.13 12.49 0.14 14.33 0.06 13.95 0.07 13.62 0.07 13.49 0.08 13.49 0.09 15.33 0.03 14.95 0.03 14.62 0.03 14.49 0.03 14.49 0.03 16.33 0.01 15.95 0.00 15.62 0.00 15.49 0.00 15.49 0.00 2.4 施工洪水成果根据袁河流域神山站（集雨面积36.1km3）1979201

29、0年历年102月最大洪峰流量排频分析得=8.8 m3/s，Cv=0.75，Cs=0.30适线最佳，由此得神山站102月各频率设计流量，按面积比的2/3次方换算至三层岭水库，得水库施工期间（102月）各频率洪水过程线和设计洪峰流量见表2.4.1，2.4.2。表2.4.1 施工期各频率洪水过程线表时段（小时）P=10%P=20%P=50%时段（小时）P=10%P=20%P=50%10.09 0.07 0.04 100.25 0.18 0.10 20.20 0.14 0.08 110.20 0.15 0.08 30.33 0.24 0.13 120.16 0.12 0.06 40.55 0.40 0

30、.21 130.14 0.10 0.05 50.61 0.44 0.24 140.11 0.08 0.04 60.57 0.41 0.22 150.10 0.07 0.04 70.49 0.35 0.19 160.09 0.06 0.03 80.40 0.29 0.15 170.08 0.06 0.03 90.32 0.23 0.12 180.07 0.05 0.03 表2.4.2 施工期各频率设计洪峰流量表频率(%)102050Q神山m3/s17.2012.496.70Q李家m3/s0.570.410.222.5 水、雨情观测设计为了解库区降水及库水位变化情况，对水库防汛抗旱合理调度提供可靠

31、依据，确保工程安全，充分发挥工程效益，本次加固设计在水库增设水位标尺。3 加固设计3.1工程任务与规模3.1.1工程主要任务2011年04月，新余市水务局组织有关专家对水库进行安全综合评估，确认该水库大坝为三类坝。运行中水库存在多处安全隐患，主要表现在：大坝填筑质量一般，清基不彻底；大坝下游右坝脚出现渗漏，坝基存在渗漏问题，渗流状态不安全；大坝上游为砼护坡，护坡质量一般，未设垫层；下游未护坡，局部有排水体，但淤堵失效，坝面无排水沟，干渠从坝体上经过。溢洪道2010进行应急除险加固处理，但只是衬砌部分边墙，下游未设消能设施，有冲坑，无出水渠，洪水不能安全下泄；右端坝下涵管已封堵，存在渗漏问题；左

32、端坝下涵管为400mm素砼结构圆管，老化严重，存在结构安全隐患；水库无专职管理人员，无管理房及通讯设施，无安全观测设施，上坝公路路况差。为了确保该工程的安全和正常运行，充分发挥工程应有的效益，对该工程进行加固处理迫在眉睫。本次除险加固主要项目：大坝坝基防渗处理；上、下游坝面护坡；新建下游排水体；新建干渠；右坝下涵管挖除；左坝下涵管拆除重建；完建溢洪道。3.1.2洪水标准根据防洪标准（GB50201-94）及水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000），三层岭水库枢纽工程等别为等，主要建筑物等级为5级，次要建筑物为5级。本工程总库容为14.5万m3，最大坝高8.8m，设计洪水标准采用1

33、0年一遇（P=10%），校核洪水标准为50年一遇（P=2%）。3.1.3洪水调节计算三层岭水库泄洪建筑物有溢洪道、坝下灌溉涵管。现有溢洪道为无闸控制，无消能设施和出水渠，洪水不能安全下泄。因此本次调洪演算采用加固后溢洪道的溢流曲线，即保留现有溢洪道，新建下游泄槽段和消力池。进口高程60.10m，宽3.0m。本次防洪标准复核的洪水调节中，仅考虑溢洪道泄洪，不考虑涵管泄流。溢洪道泄流量按宽顶堰流公式计算：Q=mB（2g）0.5H1.5式中： 淹没系数，=1.0；侧收缩系数，=1.0； m流量系数，m=0.35； B溢流宽度，B=3.0m； H堰上水深。根据公式计算出水位和下泄流量之间的关系，见表3

34、.1.1。表3.1.1 三层岭水库水位-下泄流量成果表库水位H(m)60.10 60.30 60.50 60.70 60.90 61.10 61.30 泄流量(m3/s)0.00 0.42 1.18 2.16 3.33 4.65 6.11 库水位H(m)61.50 61.70 61.90 62.10 62.30 62.50 62.70 泄流量(m3/s)7.70 9.41 11.23 13.15 15.18 17.29 19.50 调洪计算起调水位采用现状正常高水位60.10m。采用瞬态法调洪，计算公式为：（Q1+Q2）t/2-（q1+q2）t/2=V2-V1，经调整写成演算方程式：V1/t+

35、 q1/2+ - q1= V2/t+ q2/2并绘制qV/t+ q/2、qZ等辅助曲线。式中：Q1、q1时段初入库、出库流量；Q2、q2时段末入库、出库流量；V1、V2时段初、末水库蓄水量。最后运用瞬态公式逐步演算，直至出现最高水位为止，结果见表3.1.2。表3.1.2 三层岭水库调洪演算表频率(%)105.0210.5水库水位(m)60.3860.4560.5460.6360.77最大下泄流量(m3/s)0.650.921.291.702.33库容(万m3)13.7714.114.514.9415.543.1.4洪水调度原则三层岭水库枢纽工程按10年一遇洪水设计，50年一遇洪水校核调度，历年

36、洪水调度根据每年县区防办批准的46月和79月防洪限制水位作为调度主要依据，一般洪水由镇政府调度，较大洪水由县区防汛指挥部调度，特大洪水主汛期由新余市防汛指挥部调度。当库水位达到防洪限制水位时采用坝下涵管泄洪，控制库容；当库水位达正常蓄水位时采用坝下涵管和溢洪道共同泄洪。3.2 设计依据3.2.1 工程等别与建筑物级别三层岭水库总库容14.5万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），本工程属等工程，水库为小（二）型水库，永久性主要建筑物为5级，永久性次要建筑物为5级，临时性水工建筑物为5级。水库下游有人口400人，农田600亩等，一旦失

37、事将给下游造成重大损失，本次设计洪水标准为10年一遇，校核洪水标准为50年一遇。枢纽建筑物设计洪水标准见下表。 表3.2.1 枢纽建筑物设计洪水标准表 建筑物洪水标准大坝、溢洪道、输水涵管溢洪道消能防冲施工导流建筑物设计洪水标准10年一遇（P=10%）10年一遇（P=10%）5年一遇（P=20%）校核洪水标准50年一遇（P=2）3.2.2 地质情况本工程位于萍（乡）乐（平）坳陷带袁水复向斜东段，构造复杂，受区域构造的影响，库区内岩石褶皱发育，岩石较破碎。根据中国地震动参数区划图（1/400万）（GB-18306-2001），平均地震动峰值加速度小于0.05g，区域相对稳定性较好。根据现场踏勘情

38、况，为了确保大坝运行安全，有必要对坝基进行防渗处理。结合大坝的实际情况，且大坝处理最大深度为8.8m，根据现场踏勘、挖探，坝体填筑质量一般，坝基及坝肩表层分布为第四系残、坡积粘土，据现场调查了解，筑坝时清基不彻底，实际运行中坝脚发现有渗漏，存在接触渗漏问题，根据周边类似工程通过类比法，坝体土渗透系数为5.510-4cm/s，具弱透水性。3.3 加固设计本次除险加固主要项目：大坝坝基防渗处理；坝顶新建泥结石路面；上、下游护坡及坝面排水系统；新建下游排水体；新建干渠；右坝下涵管挖除后回填；左坝下涵管拆除重建；完建溢洪道；维修上坝公路和增设水位标尺等。3.3.1大坝加固设计3.3.1.1坝顶高程复核

39、根据水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000），三层岭水库设计洪水为10年一遇，校核洪水采用50年一遇。根据碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）规定，大坝坝顶超高按下式计算： Y=R+e+A其中：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。（1）波高及波长计算由于风速W=15.0m/s20m/s，风区长度D=0.24km20km，满足鹤地水库公式适用条件，根据规范SL274-2001，波浪波高h2%和平均波长Lm采用公式：上式中h2%：累积频率为2%的波高，m。D：风区长度，m;W：计算风速，m/s。根据规范正常运用情况W=

40、1.5Wmax。非常运用情况W=Wmax。（2）波浪爬高R的计算波浪平均爬高Rm采用规范SL274-2001中莆田试验站公式（不规则波方法），对于级土石坝，设计波浪爬高R取累积概率P5%的爬高值R5%，即R=R5%=1.84Rm。由于m=1.55.0，则Rm=式中：Rm平均波浪爬高，m；m单坡的坡度系数；K斜坡的糙率渗透性系数；Kw经验系数，根据查表；H坝前水深；（3）风雍水面高度e计算根据规范SL274-2001，风雍水面高度e按下式计算： e=式中：e计算点处的风雍水面高度，m；K综合摩阻系数，可取3.610-6;H0水域的平均水深，m；风向与水域中线的夹角，取0（4）坝顶高程计算由以上公

41、式计算出大坝坝顶超高，大坝所需的坝顶设计高程由库水位加上相应的坝顶超高即可得出，计算结果见表3.3.1.1。表3.3.1.1 大坝坝顶高程计算表项目计算工况正常运用（P=10%）非常运用（P=2%）设计（校核）洪水位（m）60.3860.54风区长度D（m）240250计算风速W（m/s）22.515坝前水深H（m）6.786.94水域平均水深Ho（m）3.893.97hm（m）0.406 0.224 Lm（m）4.296 2.923 内坡坡度系数2.252.25K0.90.9Kw1.191.06Rm（m）0.574 0.313 R（m）1.057 0.577 e（m）0.006 0.003

42、A（m）0.50.3Y（m）1.562 0.879 需要坝顶高程（m）61.94 61.42 现有坝顶高程（m）61.6062.1561.6062.15由表3.4.1.1可看出，大坝设计要求的坝顶高程为61.94m，现状大坝坝顶平均高程为61.90m，现状坝顶高程不满足规范要求。3.3.1.2坝顶改造现状坝顶有一定高差，整平到平均高程后，结合坝顶泥结石路面将坝顶高程加高到62.10m，坝顶长为166m，设计路基宽4.5m，行车道宽4.2m，路面采用泥结石路面，厚0.20m，上游侧C15砼齿墙高程为62.10m，尺寸为0.3m0.5m。3.3.1.3大坝防渗加固设计根据国内病险水库加固处理技术经

43、验，本次设计坝基防渗加固处理设计选择目前应用较为普遍、防渗性能直观且施工工艺成熟的填筑粘土截水槽防渗方案。方案布置：在上游坝脚下设粘土截水槽，底宽2.0m，深度伸入覆盖层1.5m。施工采用机械作业，分层填筑，分层碾压。3.3.1.4大坝坝坡加固设计1、上游坡护坡设计（1）现状护坡复核大坝上游为砼护坡，底部未设垫层，需重新护坡。（2）护坡方案比较与选择本次加固设计选取两种护坡方案进行比较。方案一干砌块石护坡：护坡厚度35cm，碎石嵌缝，下设15cm厚砂卵石垫层；方案二C15砼预制块护坡：C15砼预制块为正六边形，厚0.10m，边长30cm，缝间采用M7.5水泥砂浆勾缝，下设10 cm厚砂卵石垫层

44、。表3.3.1.3 护坡方案比较表序号项目单位单价（元）块石护坡C15砼预制块护坡工程量总价（万元）工程量总价（万元）1块石护坡m3108.221328.49214.38 2碎石嵌缝m3114.58238.92.74 3砂卵石垫层m3115.70 302.733.50 332.12 3.84 4C15砼预制块m3488.03 332.12 16.21 总价万元20.62 20.05 本次设计本着技术可行，投资合理的原则，从技术角度、工程造价、施工难易程度、施工进度、建材来源等方面进行综合分析比较，最后确定采用方案二对大坝上游坝坡进行护坡。（3）护坡设计1）预制块护坡厚度计算参照本地区已建水库，

45、本工程采用0.1m厚C15砼预制块对大坝上游坝坡进行护坡，可满足要求。2）上游护坡设计上游设计坡比为1：2.25。截水槽粘土填筑完成后，进行坝坡平整；然后在坝面上铺设10cm厚砂卵石混合料；再进行C15砼预制块护坡。预制块为正六边形，边长为30cm，缝间采用M7.5水泥砂浆勾缝，C15砼预制块护坡上至正常蓄水位，下至坝脚，两侧护至两坝肩与岸坡相接处；部分砼预制块设排水孔，排水孔中心同预制块中心，孔径5cm，间距1.8m2.08m，呈梅花形布置。2、下游坝坡设计下游设计坡比维持现状坡比1：2. 0。拆除下游干渠，清除大坝下游坡的杂草、杂物后，再重新铺设草皮护坡，采用顺坡平铺法，草种选用结篓草，草

46、皮移植在春季进行，接植过程注意保持水分。3、下游排水体设计新建贴坡式排水体。具体设计为：贴坡排水体顶高程55.50m，底高程53.30m，高2.2m，顶宽0.965m，外坡1：2. 0。反滤层相邻两层的颗粒大小关系应满足层间系数= D50/ d50810；且各层的不均匀系数D60/ d1010，本次设计反滤层的材料分为三层即：砂卵石混合料层0.15m厚，砂粒径d=0.52mm，卵石粒径d=520mm，碎石层0.15m，碎石粒径d=60120mm，块石层0.4m厚，块径250400mm，要求新鲜坚硬，耐风化。3.4.1.5排水沟设计在下游坡与山体相接处设置岸坡排水沟，在排水体上设纵向排水沟，排水

47、沟采用C15砼浇筑，排水沟采用矩形断面，断面尺寸为300300mm（宽高），衬砌厚15cm。3.3.1.6上、下游坝坡人行梯道设计大坝加固后，在上下游坝坡新建上坝踏步，在大坝0+106处设置宽2.0m的C15砼踏步。3.3.2溢洪道加固设计3.3.2.1 溢洪道工程现状现状溢洪道位于大坝左侧岸坝肩，衬砌长为42.0m，进水口高程为60.09m，泄槽段底宽为3.02.6m，泄槽纵坡为0.039和0.093，下游无消能设施和出水渠，洪水不能安全下泄。3.3.2.2 溢洪道加固设计本次设计保留原溢洪道，并新建下游泄槽段和消能设施。具体布置：溢洪道控制段进口底高程维持现状60.1m，宽3.0m，后接泄

48、槽，底宽为3.02.6m,进口底板高程60.09m，出口底板高程54.00m。桩号0+000桩号0+020维持现状；加高桩号0+020桩号0+024，泄槽底坡i=0.039；桩号0+024桩号0+038维持现状，泄槽底坡i=0.093；新建桩号0+038桩号0+051，泄槽底坡i=0.270，进口接进水渠，出口设消力，池长3.0m。3.3.2.3 库水位与下泄流量计算溢洪道泄流量按堰流公式计算：式中： 淹没系数，=1.0；侧收缩系数，=1.0； m流量系数，m=0.35； B溢流宽度，B=3.0m； H堰上水深。根据公式计算出水位和下泄流量之间的关系，见表3.3.2.1。表3.3.2.1 三层

49、岭水库水位-下泄流量成果表库水位H(m)60.1060.1460.1860.2260.2660.3060.34泄流量(m3/s)0.000.040.100.180.280.390.52库水位H(m)60.3860.4260.4660.5060.54泄流量(m3/s)0.650.790.951.111.293.3.2. 4泄槽设计泄槽设计按P=2%校核洪水位下泄洪Q=1.29m3/s进行计算。（1）泄槽结构设计泄槽段进口宽3.0m，出口宽2.6m。本次设计对桩号0+000桩号0+020、桩号0+024桩号0+038段维持现状；加高桩号0+020桩号0+024段；新建桩号0+038桩号0+051，

50、为直线段，底坡i=0.270进口底板高程57.57m，出口底板高程54.00m。新建泄槽边墙为C20砼直墙式挡土墙，底板厚均为0.2m，边墙高见表3.4.2.2。（2）泄槽水面线及边墙高计算临界水深临界水深计算公式为： 式中：hk临界水深，m； q单宽流量，即，m3/sm； 流速分布不均匀系数，取=1.05。经计算得，hk=0.27。WK=Bhk=3.00.27=0.81Xk=B+2hk=3.0+20.27=3.54mRk=0.23mCk=Rk1/6=52.15ik=0.0041i=0.039属陡坡，发生S型降水曲线，末端水深以正常水深h0 为渐近线，计算水深h1 =0.27m正常水深计算Q=

51、WCW0=h0B=2h0X0=B+2h0=2+2h0R0=C0=R01/6i=0.039经计算h0=0.13同理，当泄槽宽度为2.6m，i=0.093时，经计算，h0=0.11；当泄槽宽度为2.6m，i=0.270时，经计算，h0=0.08。泄槽水面线计算泄槽进口宽3.0m，出口2.6m，泄槽底坡分为三段，进口底板高程60.1m，出口底板高程54.0m。用分段求和法计算水面线：L12= 式中：L12分段长度，m；h1、h2分段始、末断面的水深，m；v1、v2分段始、末断面的平均流速，m/s；1、2流速不均匀系数，取1.05；泄槽底坡角度，（0）；i泄槽底坡，i=tg；两段面的平均摩阻坡降；n泄

52、槽槽身糙率系数，取n=0.017；两段平均流速，m/s；两段平均水力半径，m。掺气水深的计算泄槽段水流掺气水深按下式计算：式中：h、hb泄槽计算断面的水深及掺气后的水深，m；v不掺气情况下泄槽计算断面的流速，m/s；修正系数，取1.0 s / m。计算边墙高溢洪道边墙高按下式计算：H=hb+z式中：z安全超高，z=0.3m；其余符号意义同前。经计算，泄槽水面线及计算墙高成果见表3.3.2.2。表3.3.2.2 泄槽水面线及计算墙高水深h流速v掺气水深边墙高断面距离对应桩号（m）（m/s）（m）（m）L（m）0.113.900.00430.41200+0200.113.870.00430.414

53、0+0240.104.950.00500.40140+0380.077.500.00500.37230+051（3）泄槽边墙结构设计本次边墙结构设计选取C20砼直墙式边墙方案，顶宽0.3m，边墙高见表3.3.2.2。墙内设50PVC排水管，孔距为2.0m，排水管进口用250g/m2土工布（350mm350mm）封口，土工布后设反滤料。（4）泄槽底板设计泄槽底板厚度计算泄槽底板需抵抗高速水流的冲击，其所需最小厚度用下式计算： t=0.03v式中：t底板厚度，m； v流速，m/s； h水深，m； 粘土系数，=1.5。经计算，最大t=0. 10m，取t=0.20m。泄槽底板结构设计泄槽底板采用C20

54、砼结构，厚0.2m，泄槽底宽3.02.6m，桩号0+000桩号0+020、桩号0+024桩号0+038段维持现状；加高桩号0+020桩号0+024段；新建桩号0+038桩号0+051，为直线段，底坡i=0.270进口底板高程57.57m，出口底板高程54.00m。泄槽纵向每10m设一横缝，缝宽为2cm，缝内设沥青杉木板填缝。3.3.2.5消力池设计消力池按下泄流量Q=0.65m3/s（P=10%）进行消能设计，采用底流消能，根据前节计算方法计算出Q=0.82m3/s时，泄槽出口h1=0.06m，v1=4.17m/s。（1） 消力池池长池深计算共轭水深h2的计算取泄槽出口H1、V1为消力池进口计算水深，则共轭水深h2可用下式计算Fr1=h2= 式中：Fr1收缩