水库除险加固设计说明

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1、 . . . 1. 综合说明1.1. 项目背景文华水库位于市元坝区清水乡文华村六社境的余家坪,坝址地理坐标东径1055149,北纬320310,距清水乡场镇2km,距城区70km。属嘉陵江流域一级支流家河上游,原是元坝区清水乡境的一座以灌溉为主,兼有防洪、养殖等综合效益的小二型水利枢纽工程。自20XX以来工程主要用于清水供水工程的专用饮用水水源,同时灌溉附近的12亩农田。兼具有防洪功能。本水库原是清水乡文华村四、五、六、七、八社农田的主要灌溉水源,为本地的农业生产作出了重大贡献。但在20XX的清水场镇、文华村、普贤村及关帝庙村的人畜饮水工程规划时,将此水库选定为清水供水工程的饮用水源,并由元坝

2、区水务局、清水乡政府和文华村社共同协商将此水库选定为清水供水工程的专用饮用水水源,本水库灌区的原农田灌溉由清水乡小一型水库-胜利水库调水进行灌溉,本水库只对胜利水库灌溉渠以上的12亩农田进行灌溉,不再作为原灌区的主要农田灌溉水源。本次设计依然按小二型水库的标准进行除险加固设计。1.2. 枢纽工程现状文华水库原是元坝区清水乡境的一座以人畜饮用水为主,兼有灌溉、防洪等综合效益的小二型水利枢纽工程。枢纽工程由大坝、溢洪道和放水设施等工程组成,等别属五等工程,主要建筑物为5级,次要建筑物为5级。 坝址以上集雨面积为0.8km2,总库容为12万m3,兴利库容8.5万m3,死库容1.5万m3,设计灌溉面积

3、0.06万亩,现实际灌面12亩。1.2.1. 大坝工程现状工程于1965年4月动工修建,1966年4月完工。现坝高12m,坝顶宽3m,坝顶长110m,实际坝顶高程754.50m,坝基高程742.50m。大坝为均质土坝,上游坝坡坡比为1:2.4,下游坝坡比为1:2.0,1:3.0。下游坝脚有1：0.5的堆石体,高2m。坡风浪冲刷严重,大坝外坝坡及坝顶杂草树木丛生,由于运行较长,加之人畜践踏,坝坡凹凸不平,极不规则。外坡无排水系统。大坝外坝坡外观质量差。在大坝右肩有明显的散漏现象。同时有白蚁活动及建巢现象。1.2.2. 溢洪道工程现状溢洪道位于大坝右坝肩砂质泥岩基础上,为开敞式正堰溢洪道,总长76

4、m,全部末衬砌,洪水沿坝脚直接泄入自然冲沟中。堰顶段：堰顶进口高程752.50m,堰顶进口宽度6.5m,出口宽度3m,边墙高2.0m,为干砌块石,现已倒塌极不成形。控制段：全长30m,边墙高1.5m,左岸为4m高的砂质泥岩陡坡,度板为砂质泥岩,左侧为干砌块石,坡比为1：30。泄槽段：全长45m,顺坝坡右脚至坝基河沟,全段乱石堆集,未开挖成形,而是自然冲刷,其底板坡度为1：5,消能设施:尾端无消能设施。1.2.3. 放水设施工程现状放水设施位于坝体左侧,卧管平行坝轴线,涵管垂直于坝轴线,放水孔直径20cm,有10级卧管,级高0.7m,卧管平行于坝坡。涵管为穿坝建筑,管长45m,高0.8m,宽0.

5、6m,设计放水流量0.10m3/s。现放水卧管渗漏,需整治。1.3. 水文及水库特征水位1.3.1. 水文气象文华水库位于市元坝区清水乡文华村六社境的余家坪,坝址地理坐标为1055149,北纬320310,坝址以上集雨面积0.8km2。水库流域属亚热带湿润季风气候区,具有气候温和、四季分明、雨量充沛、日照充足、湿度大,多年平均气温16.1,历年极端气温最高值38.9,最低-8.2,多年平均日照数1250小时,多年平均降雨量为1156mm,无霜期240天。1.3.2. 洪水标准文华水库为小型水库,工程等别为五等五级,设计时采用的洪水标准为20年一遇洪水设计,200年一遇洪水校核。1.3.3. 水

6、库特征水位及流量死水位745.00m,设计正常蓄水位752.50m,设计洪水位753.50m,校核洪水位754.00m。设计20年一遇的洪峰流量为19.69m3/s,相应洪水总量16.37万m3;200年一遇洪水时洪峰流量为29.05m3/s,相应洪水总量为26.22万m3。设计洪水最大下泄洪水流量为16.7m3/s,相应坝上设计洪水为：753.90m,相应水库库容为10.8万m3。校核洪水最大下泄洪水流量为：27m3/s,相应坝上校核洪水为：764.42m,相应水库总库容为12万m3。1.4. 工程地质1.4.1. 库区水文地质及工程地质条件1、地形地貌文华水库位于嘉陵江水系一级支流家河上游

7、,流域形状呈树叶形,地势为北高南低,东陡西缓,地面高程一般在740-940米之间,沟谷与山顶之间相对高差为200米。最高点烟杆山,海拔940m,最低点坝址处,海拔740m。该区地貌上属于构造剥蚀丘陵地貌,山坡度较缓,沟谷切割较浅,山顶圆滑,谷底一般宽1030米,覆盖层厚48米,冲沟两侧级阶地断续发育分布。两岸基岩出露较好。地形受构造和岩性控制,砂岩一般呈陡崖；砂质泥岩呈浑圆状丘包和缓坡地。2、地层岩性库坝区属中低山地貌,区出露地层主要为白垩系剑门关组K1j,岩层由砂质泥岩、砂岩不等厚互层组成。山坡及沟广布第四系全新统坡残积层Q4dl+el及坡洪积层Q4dl+pl粉质粘土。左右两岸坝肩及近坝库岸

8、稳定,无滑坡或塌落体。坝基为砂岩与粘土岩互层岩体,岩层较平缓,坝基未进行帷幕防渗。3、水文地质区水文地质条件简单。地下水主要为松散堆积层中的孔隙型潜水和基岩中的脉状裂隙型潜水。接受大气降水与库水的补给,动态变化的季节性明显。1.4.2. 地震烈度根据GB 183062001中国地震动参数区划图国家标准第1号修改单中、部分地区地震动峰值加速度区划图查得,工程区地震动峰值加速度为0.1g,、部分地区地震动反应谱特征周期区划图查得,工程所在区地震动反应谱特征周期为0.40s,对应地震基本烈度为VII度。1.5. 枢纽工程除险加固设计1.5.1. 大坝整治工程1、对大坝坝顶增设0.6m高的防浪墙。2、

9、对大坝散漏处采用开挖止水槽回填夯实土料治漏。3、对大坝外坝坡清杂去乱,挖填整形。对坡采用C15砼预制块护坡,外坡种草护坡。4、泥结石坝顶,增加路沿石,增加下游坡面排水系统。5、白蚁防治和增设大坝观测设施。1.5.2. 溢洪道整治工程对溢洪道进行清杂去乱,按设计标准开挖成形并衬砌。1.5.3. 放水设施整治工程将原涵卧管撤除后重新浆砌。1.6. 施工组织设计1.6.1. 施工条件工程对外交通方便,在施工之后需对0.2km长的进库公路整治成泥结石路面。施工用电可直接在距工程50m处的清水场镇饮用水提水泵房处的变压器上搭接380V线路引至施工点。钢材、水泥可在或元坝城区物资部门或经销商购买,炸药在元

10、坝区民用暴炸器材公司购买。石料、粘土料等均可在距库区1km围进行开采,砂料需到50km的嘉陵江洪江采砂场购买。1.6.2. 主体工程施工工程施工：采用人工和机械相结合的方式进行,其中以机械开挖为主,人工为辅,运输以5T的自卸汽车为主辅以拖拉机进行场土石方及材料的运输,对大坝坝体渗漏采用开挖回填止水槽进行渗漏处理。坝坡砼块采用人工预制及安砌,溢洪道采用砼现浇,放水设施采用机械开挖回填夯实,人工撤除浆砌。1.6.3. 施工总进度本工程总工期4个月,其中施工准备期半个月,主体工程施工期3个月,工程完建期半个月。1.7. 工程管理该工程为汶川地需后除险加固水利工程,业务上受市元坝区水务农机局领导,施工

11、和运行管理由太公片区水利农机管理站负责。但整治后交由清水场镇供水站管理,作为清水场镇供水工程的专用水源,原水库管理机构撤除。工程建成后的管护围、工程监测容、水库运行调度以及水库防汛渡汛均按小型水利工程管理规定进行管理和乡镇供水工程水源保护条例执行,并及时与上级主管部门备案,在运行中及时互通信息。1.8. 工程占地补偿由于该工程为病害整治性质,根据工程整治设计,没有永久占地。1.9. 环境保护与水土保持水库水域及两侧陆地,应按饮用水水源保护标准保护。其保护措施如下：本工程施工中水下抛石应严格控制质量,保持水质的清洁,机具维修所产生的废油应该集中收集,尽量重复利用。工程完工后应对临时占地进行绿化,

12、水土保持工程可采取植物措施和工程措施。及时划定水源地保护围,设置界桩,制定管理及保护条例以保护水质的清洁和安全。1.10. 工程投资工程总投资46.03万元,其中建筑工程投资35万元,机电设备安装工程3.15万元,临时工程费0.93万元,独立费用4.27万元,水土保持和环境保护工程0.5万元,工程总投劳0.21万工日。水泥88.4T,河砂271.5m3,卵石134m3。1.11. 经济评价该工程经过经济评价,经济净现值60.96万元,远大于零,经济部收益率19.57%,效益费用比1.93。由此可见,本工程在经济上是合理的。2. 水 文2.1. 流域概况2.1.1. 流域自然地理概况文华水库位于

13、市元坝区清水乡文华村境的余家坪,坝址地理坐标东经1055149,北纬320310, 距清水乡场镇2km。属嘉陵江一级支流家河流域,是元坝区清水乡境的一座以人畜饮用水为主,兼有防洪、农业灌溉等综合利用的小型水利枢纽工程。流域形状呈树叶形,地势为北高南低,东陡西缓,该区地貌上属于构造剥蚀深丘地貌,沟谷切割较深,地面高程一般在740940米之间,沟谷与山顶之间相对高差为200米。最高点烟杆山,海拔940m,最低点坝脚处,海拔740m,水库坝址以上集雨面积为0.8km2, 最远分水岭到大坝址处河道长度0.98km,河道平均比降为177,河道坡度较缓,水流较平,但流域植被较好。2.1.2. 气象水库流域

14、属亚热带湿润季风气候区,具有气候温和、四季分明、雨量充沛、日照充足、湿度大,冬季寒冷少雨且多寒潮；春季温和、风高物燥、多干旱；夏季炎热、雨量集中、夏旱突出、春旱连夏旱、或伏旱连秋旱等灾害常有发生；秋季多雨、湿度大,常发生秋绵雨及秋洪。降雨年分配极不均匀,雨季从5月到10月中旬,降水占年降水量的75%,而12月至次年3月降水量仅占年降水量的10%,降水年际变化较大,多年平均降雨量为1043.4mm,最大年降水量126.9mm,最小年降水量626.4mm。暴雨多发生在68月,一次大暴雨过程多为12天,其中80%左右的水量集中在24小时以,实测24小时最大暴雨量为353.6mm。多年平均气温16.1

15、,历年极端气温最高值38.9,最低-8.2,多年平均日照数1250小时,多年平均蒸发量为1285.4mm,无霜期240天,多年平均相对湿度69%,多年平均最大风速14m/s。2.1.3. 径流根据县水文手册,移用三川水文站数据,多年平均年径流深513mm,地下径流深15.8mm,则地表径流深497.20mm。年径流变差系数CV0.45,偏差系数采用CS2CV。则丰水年P20%设计年径流深1317.58mm,平水年P50%年径流深为924.79mm,枯水年P75%年径流深为333.12mm。故各设计年故各设计频率年径流量分别为105.41万m3、73.98万m3、26.65万m3,平均年径流量分

16、别为0.03m3/s、0.02m3/s、0.008m3/s。2.1.4. 设计暴雨由于水库流域及邻近类似区无实测水文资料,水库坝址以上无历史洪水调查资料,在运行期间没有洪水过程出流观测资料,无完整的,长系列的暴雨资料,因此不能用频率分析方法及水文法推求设计洪水,其设计洪水只能由设计暴雨并按省中小暴雨洪水计算手册中推理公式进行分析计算。其中偏差系数采用CS3.5CV。设计暴雨按短历时暴雨公式计算：Htp=Spt1-n则：当历时t=1/61小时围时n1=1+1.285lg Sp1=Hp1当历时t=16小时围时n2=1+1.285lg Sp2=Hp1当历时t=624小时围时n3=1+1.661lg

17、Sp3=Hp66n3-1根据省中小流域暴雨洪水计算手册附图暴雨等值线图计算文华水库各控制历时暴雨统计参数如下表：文华水库设计流域暴雨频率参数表表2-1时段均值mmCVKP=5%KP=0.5%Hp=5%Hp=0.5%1/6h16.790.381.732.4329.0740.461h440.391.752.4878.66109.486h880.542.073.28182.7284.424h1250.562.123.39273434.22.2. 基础资料收集与复核2.2.1. 基本资料的收集整理本次洪水复核收集整理了文华水库的主要特征参数：集雨面积、主河道长度、河流比降、吹程、水位面积、库容曲线、溢

18、洪道有关参数等资料,和原设计的相关资料,并采根据1989年省测绘局出版1/10000采用航测图测算和现场实测数据进行对比分析。2.2.2. 流域基础资料复核本次复核根据1989年省测绘局出版1/10000航测图量算得集雨面积为F0.8km2。L0.98km。J177。2.2.3. 水库水位库容曲线复核工程原无水位库容曲线图表,为保证资料的一致性,本次水位库容曲线采用1:10000万航测图与现场核实的方法勾绘。文华水库水位H库容V曲线表表2-2H742745.5748751752.5754754.5V01.53681112.52.2.4. 水位泄量曲线复核文华水库溢洪道位于大坝左侧,为开敞式正堰

19、,堰顶高程752.50m,堰宽3m,工程原无水位泄量关系曲线图表,本次按宽顶堰公式 M取1.55,计算下泄流量q,绘制Hq曲线, 计算成果见下表及图。文华水库溢洪道Hq曲线计算表表2-3水库水位Z752.5753753.5754754.5总库容V89111212.5堰上水位H00.511.52下泄流量qm3/s01.64 4.65 8.54 13.15 2.3. 设计洪水2.3.1. 洪水特征文华水库洪水由暴雨形成,洪水发生季节与暴雨相应,一般在夏秋季节,多集中在68月,洪水特性为陡涨缓落,起涨到峰顶历时16小时,一次洪水总历时为1天左右,洪水过程线呈单峰形,具有山溪洪水的特性。2.3.2.

20、洪水标准文华水库为小型水库,工程等别为五等五级,故本次洪水标准根据水利水电工程等级划分及洪水标准SL2522000规定,采用20年一遇洪水设计,200年一遇洪水校核。2.3.3. 推求设计洪水的途径水库流域及附近区域无实测洪峰流量资料；水库运行期间也无洪水过程出流观测资料,只能由库水位及出库流量等资料通过入库洪水来推求设计洪水,加之是小型水利工程,故本次根据省中小流域暴雨洪水计算手册,按手册中的推理公式法由暴雨推求该水库的设计洪水。2.3.4. 设计洪峰流量采用省中小流域暴雨洪水计算手册推理公式计算洪峰流量：Qp0.278 F上式适用于全面条件下的全面汇流和部分汇流两种情况：当全面汇流条件下t

21、c =1-n当部分汇流条件下tc =n1-ntc=s/1/n=0 0=0.2783/4-n/4/4-n1/4-n式中：Q最大流量;洪峰径流系数;i最大平均暴雨强度 S暴雨雨力,即最大1小时暴雨量;流域汇流时间;0当=1的流域汇流时间;n暴雨公式指数;F集水面积;tc产流历时；产流参数,即产流历时流域平均入渗强度; m汇流参数 J沿河长的河道平均坡度。L自出口断面沿主河道至分水岭的河流长度1、流域特征值集雨面积F0.8km2,主河道长L0.98km,主河道比降J177。2、汇流参数m值流域特征系数L/=3.13 ,m0.3180.2040.43、暴雨参数S、n根据手册结合相关公式计算暴雨衰减指数

22、n和雨力参数S。t=1/61h, n1=1+1.285lg, Sp1=H1P式中：暴雨量HP根据公式HP=KPHP均值计算。文华水库暴雨参数成果表表2-4P%S1pS2pS3pn1n2n3578.6678.66162.45 0.444 0.530 0.710 0.5109.48109.48251.29 0.444 0.467 0.695 4、汇流时间根据手册结合相关公式为：5、产流参数及系数文华水库地形地貌相对高差不大,采用盆缘山区公式=3.6F-0.19计算平均产流参数值及CV=0.23,Cs=3.5CV,由于流域面积较小,可认为是全面汇流,则。K5%=1.33 K0.5%=1.57.6、流

23、域汇流时间计算公式：7、验算m值验算公式：m=0.278L,结果要使m=m8、洪峰流量计算由于流域面积较小,先采用n1作试算,则计算成果如下表：文华水库洪峰流量计算成果表表2-5Pn1S1p00QpTpm/50.444 78.660.63 0.64 5.01 6.66 0.92 19.69 2.31 0.36 0.50.444 109.480.57 0.58 5.01 7.86 0.94 29.05 2.51 0.36 由上述分析计算可知：流域汇流时间价于1小时,说明采用n1计算合理,验算的汇流参数mm,则计算正确。2.3.5. 洪水成果合理性分析由于该水库无任务原始资料可查,也就无可对比性原

24、始数据,但该水库所控制的集水面积较小,只有0.8km2,在采用上述暴雨手册中的推理公式和所查的各项参数进行频率年洪水计算的同时,结合区域同类型同规模水库的洪水计算成果进行分析,认为此次洪水计算过程和方法是比较合理和适用的。2.4. 分期设计洪水根据后面的施工组织设计和前面径流计算,加之该工程规模较小,无需进行分期洪水计算。2.5. 调洪演算2.5.1. 起调水位的确定文华水库起调水位定为正常蓄水位752.50m,相应库容8.5万m3。2.5.2. 水位库容曲线见表22,见水位库容曲线图。2.5.3. 水位泄量曲线见表23,见水位下泄流量曲线图。2.5.4. 洪水总量、洪水过程线1、洪水总量推求

25、根据该库各时段设计暴雨,采用暴雨洪水手册推荐公式,按单峰洪水进行计算,径流系数根据手册和相应雨量查得。则设计暴雨历时T=12.8F1/4=12.11小时。短历时设计暴雨量按HTP=H24p1-n3计算,设计洪水总量用WP=0.1HTPF公式计算,成果如下：洪水总量计算成果表表2-6P%HTPH24pn3WP5223.85 273.00 0.91 0.71 16.37 0.5352.40 434.20 0.93 0.70 26.22 2、洪水过程线推求按省水文手册东部地区典型概化洪水过程线单峰型放大设计洪水过程线,求得设计地面径流过程线后再加上基流量,就是所求设计洪水过程线。设计洪水概化历时TP

26、按公式TP=2.78WP/QP计算,则：P=5%,TP=2.31小时； P=0.5%,TP=2.51小时根据手册中典型洪水过程线相对坐标y-x建立设计洪水过程线方程式Qt-t,既：Qt=yQP t=xTP 根据该流域特征,基流部分Q=0.014*F0.984,平均加入设计洪水过程线中。文华水库设计洪水过程线计算表表2-7典型概化坐标5.00%0.50%yxtQttQt000.00 0.01 0.00 0.01 0.050.110.25 1.00 0.28 1.46 0.10.150.35 1.98 0.38 2.92 0.20.20.46 3.95 0.50 5.82 0.40.2450.57

27、 7.89 0.61 11.63 0.60.3150.73 11.83 0.79 17.44 0.80.40.92 15.76 1.00 23.25 0.950.4951.14 18.72 1.24 27.61 10.61.39 19.70 1.51 29.07 0.950.71.62 18.72 1.76 27.61 0.80.8151.88 15.76 2.04 23.25 0.60.9852.28 11.83 2.47 17.44 0.41.2352.85 7.89 3.10 11.63 0.21.643.79 3.95 4.11 5.82 0.12.14.85 1.98 5.27 2.

28、92 0.052.585.96 1.00 6.47 1.46 03.858.90 0.01 9.66 0.01 2.5.5. 调洪演算按照水库大坝安全评价导则第4.4.2条及4.4.3条的有关规定,结合本次设计洪水采用坝址洪水、汛期动库容所占比重不大的情况,调洪计算方法为静库容法。本次采用试算法进行调洪演算,复核文华水库防洪标准是否符合现行规要求,以及水库实际能够达到的防洪标准。计算公式采用水量平衡方程式t/2-t/2=V2-V1,根据H-V和H-q进行单辅助曲线的计算,间隔时间t取1小时,然后根据库容曲线和单辅助曲线图,采用单辅助曲线半图解法进行设计和校核频率年进行该水库的调洪演算,调洪成果

29、见表：调洪演算成果表表2-8频率P%最大下泄流量m3/s库 容万m3最高库水位m516.710.8753.90.52712754.422.6. 坝顶高程复核2.6.1. 坝顶超高标准根据规,土石坝波浪爬高和风壅高度以上为安全超高,在正常运用条件下为0.100m,在非常运用条件下为0.30m,地震安全加高1m。2.6.2. 坝顶超高计算根据元坝区气象站提供的资料,该水库多年平均年最大风速V=10m/s,正常运用情况计算风速采用多年平均年最大风速的1.5倍; 非常运用情况计算风速采用多年平均年最大风速。吹程：文华水库大坝附近水域形状较不规则,故吹程采用De=Dicos2i/cosi计算。经反复量算

30、,De=0.22km。根据碾压式土石坝设计规SL2742001附录A中A.1.7、A.1.8、A.1.12和A.1.13条之规定和其中的有关公式和换算系数进行计算波浪爬高值,并以此来复核坝顶高程。Gh/w2=0.0076w-1/121/3 GLm=0.33w-1/2.151/3.75其计算和复核成果见表2-10。文华水库坝顶超高计算表表29项 目正常运用非常运用正常水位+非常运用+地震安全加高频率P 50.5计算风速W 1510吹程D 220220水域平均水深Hm 8.48.92坝坡坡比2.42.4经验系数KW1.021.02经验系数K0.90.9波高hP0.296 0.178 平均波高hm0

31、.152 0.091 平均波长Lm3.937 2.623 平均爬高Rm0.273 0.173 波浪爬高R0.502 0.318 坝顶安全加高A0.50.3地震安全加高001坝顶超高Y1.002 0.618 1.618 2.6.3. 坝顶高程复核坝顶高程按以下两种情况进行计算,并取其最大值：1、设计洪水位+正常运用情况的坝顶超高;2、校核洪水位+非常运用情况的坝顶超高;3、正常水位+非常运用情况+地震安全加高情况下的坝顶超高。文华水库坝顶高程复核成果表表2-10工况频率P%最高洪水位 坝顶超高计算坝顶高程Z坝现大坝高程m差值结论15753.91.002 754.902 754.5-0.402 不

32、满足20.5754.420.618 755.038 754.5-0.538 不满足3752.51.618 754.118 754.50.382 满足通过坝顶高程复核：文华水库大坝坝顶高程复核后为755.038m,现大坝坝顶经实测为754.50m,故现大坝坝顶高程不满足防洪要求。2.7. 水雨情观测和通讯设备本次设计在水库大处管理房处布设一个降雨量观测站,在库岸稳定地段设置一处水位观测标尺,以便进行水库水位观测,根据通讯需要,安装一台程控。3. 工程地质3.1. 形地貌及物理地质现象文华水库位于嘉陵江水系马蹄滩流域何家河上游,流域形状呈椭形,地势为北高南低,东陡西缓,该区地貌上属于构造剥蚀深丘地

33、貌,沟谷切割较深,地面高程一般在740-940米之间,沟谷与山顶之间相对高差为200米。最高点烟杆山,海拔940m,最低点坝脚处,海拔740m,山顶圆浑,沟谷平缓,谷底一般宽530米,覆盖层厚48米,冲沟两侧级阶地断续发育分布。两岸基岩出露较好。地形受构造和岩性控制,砂岩一般呈陡崖；砂质泥岩呈浑圆状丘包和缓坡地。大坝枢纽段位于河谷较开阔段,坝址区为U形谷,河谷沟底宽50100米,较平坦。两岸略为不对称,河床纵坡较大,但坝址处的河床较平坦,左岸坡度515,右岸坡度520,左右坝肩凸出的山嘴较不明显,但山体较厚,大坝所处河段建坝地形条件较好。该区气候温和,潮湿,雨水较多,植被较好。物理地质作用主要

34、以风化作用为主,风化裂隙发育,强风化层厚3-5米,弱风化层厚4-8米。其次为崩塌作用,规模较小,零星分散于斜坡脚和溢洪道中下部。3.2. 地层岩性由于文华水库属小型水库,资料缺乏,加之未进行地质勘探,地层岩性只能从地形地貌和出露的地层特性和分布及走向,结合同类工程进行类比分析。库坝区属中低山地貌,区出露地层主要为白垩系剑门关组K1j,岩层由砂质泥岩、砂岩不等厚互层组成。山坡及沟广布第四系全新统坡残积层Q4dl+el及坡洪积层Q4dl+pl粉质粘土。左右两岸坝肩及近坝库岸稳定,无滑坡或塌落体。坝基为砂岩与粘土岩互层岩体,岩层较平缓,坝基未进行帷幕防渗。溢洪道底板粘土岩夹薄层页岩,左侧属横向坡,总

35、体稳定,但受风化影响,有岩石剥落和掉块；且因其属软质岩,抗冲刷能力差,水库泄洪时会产生冲刷,需进行防护。3.3. 地质构造及地震区构造体系属于新华夏构造体系沉降带之川西褶带,西北与龙门山隆起褶带相邻。水库位于褶皱旋扭构造梓潼向斜北西翼,为平缓的单斜构造,岩层产状水平,未见大的断裂构造,岩层裂隙较发育。根据中国地震动参数区划图和20XX6月中国地震局发布的、部分地区地震动峰值加速度区划图、地震动反应谱特征周期区划图,工程区地震动峰值加速度为0.15g,动反应谱特征周期为0.40S,对应地震基本烈度为度。3.4. 水文地质区水文地质条件简单。地下水主要为松散堆积层中的孔隙型潜水和基岩中的脉状裂隙型

36、潜水。接受大气降水与库水的补给,动态变化的季节性明显。孔隙型潜水主要赋存于沟底松散土层中,水量一般丰富,地下水位高。裂隙型潜水主要赋存于基岩各种裂隙中,一般以泉的形式排泄。由于水库的修建抬升了水位,在水库下游地下水具有弱承压性。砂岩裂隙发育,连通性好,充填差,透水性较强。该区地表水,地下水水质类型属重碳酸钙型低矿化度水,水质较好,适于饮用灌溉,对混凝土不具侵蚀性。3.5. 坝体土物理力学性质由于文华水库属小型水库,缺乏任何资料,加之未进行地质勘探和室土工试验,故本次坝体土的物理力学指标采用石道角水库震损应急方案 和新华水库地勘资料中的指标进行综合分析确定。文华水库的坝体土参数材料饱固快非饱固快

37、饱和密度湿密度弹性模量MPa泊松比渗透系数KC聚力摩擦角聚力摩擦角填土2215271719801860300.35.7110-4堆石棱体032034212020605.110-1抛石体027029193017804. 除险加固设计4.1. 枢纽工程现状及存在的问题4.1.1. 大坝工程1、大坝工程现状工程于1965年动工修建,于1966年4月完工,现有坝高12m,坝顶宽3.0 m,坝顶长110m,设计正常蓄水位752.50m,死水位745.50mm,实际坝顶高程754.100m,坝基高程742.100m。大坝为均质土坝,现上游坝坡坡比为1:2.4,下游坝坡坡比为1:2.0,1：3.0,外坡坝脚

38、堆石体高2m,坡比为1：0.2。坡无堆石体,外坡面无排水系统,左坝肩散漏。大坝外坡杂草树木丛生,且有大量杂灌,由于运行较长,加之人畜践踏,坝坡凹凸不平,极不规则。2、大坝存在的问题大坝左坝肩散漏在5.12地震后的不断余震中,该水库的左坝肩散漏较严重。主要在左坝肩坝顶以下3m处,据管理人员和群众反应,当水库蓄水达到正常蓄水位下1.5m时开始散漏,水位增加其渗漏逐渐增大,据此分析该渗漏为坝体上部施工回填碾压质量不佳所致。通过水文计算和坝顶高程复核表明,该水库大坝高度不能满足规要求的防洪标准,需加高大坝0.6m。大坝外观质量差外坡坡度无任何护坡措施,风浪淘蚀严重,部分坝坡呈现倒坡和直坡现象,大坝外观

39、成不规则勾壑状,质量极差。整个坝体水面之外的全是树木杂灌密立,行走困难。大坝外坡有白蚁活动及建巢现象。4.1.2. 溢洪道工程工程1、溢洪道现状溢洪道位于大坝右坝肩砂质泥岩基础上,为开敞式正堰溢洪道,总长76m,全部末衬砌,洪水沿坝脚直接泄入自然冲沟中。堰顶段：堰顶进口高程752.50m,堰顶进口宽度6.5m,出口宽度3m,边墙高2.0m,为干砌块石,现已倒塌极不成形。控制段：全长30m,边墙高1.5m,左岸为4m高的砂质泥岩陡坡,度板为砂质泥岩,左侧为干砌块石,坡比为1：30。泄槽段：全长45m,顺坝坡右脚至坝基河沟,全段乱石堆集,未开挖成形,而是自然冲刷,其底板坡度为1：5,溢洪道泄洪断面

40、够,已浆砌,运行正常。2、溢洪道存在的问题行洪能力不足据调洪演算结果表明,最大下泄流量为27m3/s,而溢洪道现状只能满足17m3/s。边墙末衬砌,尾段末成形已开挖成形的控制段末衬砌,泄槽段末成形且直冲坝脚危及大坝坝体的稳定及安全运行。4.1.3. 放水设施1、放水设施现状放水设施位于大坝右坝肩,放水卧管布置在库右岸边垂直于坝轴线放水孔20cm,共10级,级差70cm,涵管为穿坝建筑,管长45m,高0.8m,宽0.6m,设计放水流量0.1m3/s。2、放水设施存在的问题现场检查时,涵卧管有渗漏现象。4.1.4. 其它设施大坝无任何变形、位移渗流观测设施设备,因此无法通过观测设施对大坝安全状况作

41、出准确而及时的评价。4.2. 工程设计依据4.2.1. 工程等别及建筑物级别文华水库总库容12万m3,有效库容8.5万m3,设计灌面为0.06万亩,根据水利水电工程等级划分及洪水标准SL2522000之规定,该水库为小型水利枢纽工程,工程等别为五等水利枢纽工程,枢纽工程主要建筑物为5级。4.2.2. 防洪标准文华水库为小二型水库,工程等别为五等五级,故本次洪水标准根据水利水电工程等级划分及洪水标准SL2522000规定,采用20年一遇洪水设计,200年一遇洪水校核。4.2.3. 设计采用主要规水利水电工程等级划分及洪水标准SL2522000;防洪标准GB5020194;碾压式土石坝设计规SL2

42、742001；溢洪道设计规；碾压式土石坝施工组织设计导则DL/T51162000；土石坝劈裂灌浆设计规；水工建筑物水泥灌浆施工技术规SL62-94；省中小流域暴雨洪水计算手册；土石坝安全监测技术规；水库工程管理设计规SL106-96。4.2.4. 设计采用的主要技术文件枢纽平面布置图；实测最大断面图；水力学；万分之一航测图。4.3. 总体设计方案根据安全鉴定结论,本次对该水库除险加固设计主要包括：增设防浪墙、大坝防渗、外护坡整治、溢洪道整治、放水设施整治,增设大坝观测设施、水文观测设施,添设必要的管理设备及整治进库公路。4.4. 大坝工程设计4.4.1. 方案设计1、总体设计据规规定,本水库需

43、对大坝左坝肩进行挖填止水槽进行渗漏处理,对大坝坝顶增设防浪墙,对外坝坡进行整形护坡。2、坝顶整治及防浪墙设计据前述调洪演算结果表明,需加高大坝0.6m,故设计在坝顶增设防浪墙0.6m,墙顶高程为655.10m,防浪墙采用C20砼现浇,墙体厚0.4m,坝体以上高0.6m,坝体以下成L形埋深0.4m。大坝坝顶宽度为3m,坝顶路面均采用泥结石路面,路面下铺设砂石垫层,厚度均为20cm。坝顶外侧采用M7.5砌条石做路缘带,埋入坝顶下土层。3、大坝左坝肩开挖止水槽进行渗漏处理设计因本工程渗漏不集中且量不大,为散漏现象,故设计对大坝左坝肩渗漏处进行采用开挖止水槽进行渗漏处理,开挖长度为15m,深度为2m,

44、槽宽1m,采用粘土回填夯实。4、坝坡整治工程坡按1：2.4的原坡比进行整形,然后用C15砼六面块进行护坡。5、外坝坡整治工程外坝坡仍按坡比1：2.5和1：2.75的坡度进行整形,然后从坡顶至坡脚采用种草绿化护坡,以防雨水冲刷。对大坝外坝坡坝肩两侧设顺坡向排水沟,排水沟为C20砼现浇,BH=0.30.3m,墙体厚0.2m,全长100m。4.4.2. 整治后大坝安全计算4.4.2.1大坝渗流计算1、计算工况此次渗漏分析计算以本次复核后的水位为标准。1、工况一：上游正常水位752.50m形成的稳定渗流期；2、工况二：上游设计洪水位753.90m形成的渗流期；3、工况三：上游校核洪水位754.42m,

45、下游无水。4、工况四：上游正常水位752.50m降至死水位745.50mm；5、工况五：上游校核洪水位754.42m骤降至正常水位752.50m,再骤降至死水位745.50mm。2、渗透系数文华水库无任何地质资料,本次坝体土渗透系数采用同类工程类比确定。即：渗透系数k5.71105cms,堆石体采用工程类比分析为K5.1101cms,坝体土临界渗透比降Jk=1.01。3、计算方法取大坝河床断面,按不透水地基有排水棱体,采用二维有限元法进行渗流稳定分析,以河海大学与黄委勘测开发的水工结构分析系统软件进行计算。4、计算成果坝体渗流量:渗流量计算结果见表41。文华水库整治后大坝渗漏量计算成果表表41

46、工况渗 流 量单 位工况一0.00021Ls.m工况二0.00023Ls.m工况三0.00027Ls.m工况四0.00039Ls.m工况五0.00047Ls.m从表中可以看出,大坝坝体在各种工况下渗漏量很小,按正常水位,坝体平均长度按70%计算,年总渗漏量为0.1万m3,占总库容的0.1%,故坝体渗漏满足要求。4.4.3. 原坝坡稳定复核1、基本资料：大坝为5级建筑物,根据规要求,相应的坝坡抗滑稳定最小安全系数如下表：土坝坝坡抗滑稳定最小安全系数表42大坝类别建筑物级别正常运用情况非常运用情况非常运用情况均质土坝51.251.151.1坝坡稳定计算采用毕肖普法。计算程序采用河海大学工程力学系和

47、黄委会勘测设计研究院编制的土石坝稳定分析系统HH-SLOPE1.2。文华水库坝坡材料物理力学指标表表43材料饱固快非饱固快饱和密度湿密度浮密度渗透系数KC聚力摩擦角聚力摩擦角填土2818.817201980186010105.7110-5堆石棱体0320342120206011205.110-12、计算工况上游坝坡：工况一：正常水位752.50m降至死水位745.50mm；工况二：校核洪水位754.42m骤降至正常水752.50m再降至死水位745.50mm；工况三：正常水位745.50mm时形成的稳定渗流期+地震；下游坝坡：(1) 工况一：设计洪水位753.90m时形成的渗流期；文华水库坝坡

48、稳定整治后计算成果表表44坝坡工况KminK是否满足要求上游工况一1.451.25满足工况二1.31.15满足工况三1.281.25满足下游工况一1.271.25满足经计算可知：上下游坝坡抗滑稳定安全系数也满足规要求。4.5. 坝体渗漏整治大坝左肩渗漏主要为坝体土料填筑不好而形成的渗漏,整治方法是先找出坡的渗漏点,进行开挖20m长的止水槽然后采用粘土回填夯实,然后整形护坡。处理时采用机杠开挖机械夯实,各种指标通过现场试验确定,灌浆后的各种指标应达到设计要求。4.6. 大坝白蚁整治对大坝白蚁整治:一是开沟截路采巢,在土坝迎坡正常蓄水位到背水坡浸润线之间的坝坡斜面各开一条1.5*1.5m的顺沟,通

49、过开沟来截断坝体上的蚁道;二是土坝表层药剂处理,在土坝表面梅花状打孔,孔距1m,深0.3-0.5m,对孔作灌液处理;三是设置毒土隔墙,在开挖的顺沟分层回填时,喷一次预防药剂,直至回填完毕;四是施放毒饵诱杀包,对土坝两端林地、山丘施放白蚁诱杀包。4.7. 溢洪道工程整治本工程溢洪道路为毛坯土渠,断面较小,不能满足泄洪要求,故此在整治中设计对其加高过墙并全面衬砌,以利安全行洪。1、溢洪道水面线及边墙复核推算在溢洪道堰顶宽为6.5m,下泄最大流量27m3/s时的和水面线和复核各段现有边墙高度是否满足要求,采用分段求和法计算水面曲线,计算各段所需要的边墙高度,不考虑掺气影响,进口段采用公式BQ/MH2

50、/3计算,陡坡段采用明渠均匀流公式QACRi0.5进行试算,结果见下表。文华水库溢洪道边段高度复核成果表表45地段位置溢洪道宽水深安全超高边墙高度边墙现状差值是否满足要求进口段0-26.51.920.32.221.8-0.42不满足控制段2-3031.50.31.81.5-0.3不满足行洪段30-7621.20.31.50-1.5不满足复核结论：由上表可看出,文华水库溢洪道现边墙不能完全满足泄洪要求,最大差1.5m,最小差0.42m。2、溢洪道整治工程据前述调洪演算结果设计溢洪道堰顶高程为752.50m,底板坡度为1：30、1：5,堰顶边墙高2.3m,控制段边墙高1.8m,泄槽段边墙高1.1m

51、。边墙断面均为梯形,底板厚20cm,边墙及底板均采用C20砼现浇,边墙每隔5m设伸缩缝一条,底板横向排水沟一条,底板中部设纵向排水沟一条。对控制段的右岸高边坡清除松软体下部现浇砼边墙即可,对泄槽段的乱石清理后全部堆置于坝脚,坡比为1：1。泄槽段底宽为2m,底板乱坑过大时采用毛石砼回填后再用C20砼现浇。4.8. 放水设施工程整治设计本次设计撤除原放水卧管,然后重新浆砌。其涵管仍位于大坝左端,平行于大坝坡,整治后的涵管长45m,分12级,级差0.5m,放水孔直径为20cm,其放水流量达到0.1m3/s 。其详细设计见设计图纸。4.9. 其它工程整治1、观测设施布置在大坝坝轴线和外坡中部轴线两岸每

52、一纵排测点的延长线上各布设一个工作基点和校准点,各种基点均布设在两岸岩石和坚实土基上,共需增设观测点10个；在坝体上共布置6个观测桩,其中上游坡在正常水位以上布置一排3个,下游坡两排3个,详见图纸。2、结构设计采用C20砼浇筑,观测桩高出地面30cm,顶宽30cm,埋入地下面60cm,底坐宽70cm,高30cm,顶部安装强制对中设备。3、水文观测针对水库降雨量、水位的观测,本次增设自计雨量、水位观测设施各一套、大坝渗流观测设施一套,另外在大坝库接近大坝较稳定的地点增设水位标尺。4、观没设备根据工程需要,本次配置水准仪一台,经伟仪一台。4.10. 建筑工程量统计经统计,完成文华水库枢纽工程除险加

53、固主要工程量：开挖土石方309m3, 回填土石方918 m3,砂卵石垫层195m3,砌石361.2m3,砼261m3。水泥88.4T,河砂271.5m3,卵石134m3,条块石354m3,需投劳0.21万工日。5. 施工组织设计5.1. 施工条件5.1.1. 工程条件 1、工程概况文华水库位于市元坝区元坝区清水乡文华村六社境,坝址地理坐标东径1055149,北纬320310,距清水乡场镇2km。是元坝区境的一座以人畜饮水为主,兼有防洪、灌溉等综合利用的小二型水利枢纽工程。本次整治加固工程,包括增设防浪墙、右坝肩防渗治漏、白蚁防治、外坡整形护坡、溢洪道整治、放水设施整治、防汛公路整治和增设观测设

54、施等工程。 2、交通条件工程溢洪道处有一条通往清水场镇的土公路,材料可运输至大坝。5.1.2. 自然条件1、水文气象水库流域地处亚热带湿润季风气候区,气候温和,降雨较充沛,四季分明,具有冬暖春旱,无霜期长,夏热多干旱,降雨不均,秋多阴雨,日照较充足等特点。春旱、夏旱、伏旱及冬干均有发生。区多年平均气温16.1,最高气温38.9,最低气温8.2;多年平均降水量1156mm,降雨年季变辐较大,年分配不均,降水多发生在510月, 其降水量约占全年的75%左右。无霜期240天,多年平均相对湿度69%,平均风速10m/s。2、地形地貌该区地貌上属于构造剥蚀深丘地貌,沟谷切割较深,地面高程一般在74094

55、0米之间,沟谷与山顶之间相对高差为200米。山顶多呈山脊状,冲沟较发育,呈树枝状,覆盖层厚48米,冲沟两侧级阶地断续发育分布。两岸基岩出露较好。地形受构造和岩性控制,砂岩一般呈陡崖；砂质泥岩呈浑圆状丘包。大坝枢纽段位于河谷转弯段较开阔段,坝址区为U形谷,河谷沟底宽530米,较平坦。两岸略为不对称,河床纵坡较大,但坝址处的河床较平坦,左岸坡度3040,右岸坡度5070,右坝肩为凸出的山嘴,左坝肩凸出的山嘴较不明显,山体较薄,右坝肩山体较厚。大坝所处河段建坝地形条件较好。该区气候温和,潮湿,雨水较多,植被较好。物理地质作用主要以风化作用为主,风化裂隙发育,强风化层厚3-5米,弱风化层厚4-8米。其

56、次为崩塌作用,规模较小,零星分散于斜坡脚和溢洪道中下部。5.1.3. 天然建筑材料工程区附近土料、石料、泥岩石渣料较为丰富,能满足工程需要。由于大坝离嘉陵江较近,砂卵石料完全可以从嘉陵江采购。5.1.4. 施工供应条件1、施工用水施工用水可用水泵抽取水库的水来满足施工及生活用水需求。2、施工用电工程区有国家及地方电网,施工用电在距大坝100m处的清水场镇饮用水提水泵房处的变压器上采用T接直接用。3、其它物质供应水泥由市或元坝区物资部门或经销商供应,运距70km。炸药由元坝区民用爆炸器材专营公司供应,运距70km。汽、柴油由当地附近加油点供应,运距距5km。5.1.5. 工程工期水库枢纽整治工程,要与水库放、蓄水计划和水库溢洪时间紧密配合,故根据高程部位受水库水位影响、施工效果及工程缓急等因素安排施工进度,计划从20XX12月初开始准备工作,20XX3月底工程全部竣工,总工期4个月。5.2. 施工导流整治个工程整治计划安排在非汛期完成,并计划在整治时当年春灌用水后不再蓄水,即第一年的春灌用水之后的7月初至9月之间利用