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文檔簡介
1綜合說明1.1設計背景XX水庫于2008年3月委托XX市水利水電建筑勘測設計院作《XX縣XX水庫安全鑒定報告》。同年5月經(jīng)XX市水利局組織專家審查鑒定為“三類壩”(病險水庫)。2008年“5.12”汶川大地震發(fā)生后,XX水庫受地震影響破壞嚴重,直接威脅大壩及下游人民生命財產(chǎn)安全。根據(jù)震后水庫震損情況的現(xiàn)場檢查、測量、分析,“XX市水發(fā)【2008】135號文”將該水庫確定為次高危險情等級,由我院組織力量立即開展應急除險加固工程設計工作。6月1日起,我院與XX縣水利工作隊,按照“應急修復、搶險與除險加固相結(jié)合”的原則,依據(jù)XX市水發(fā)【2008】134號文“XX市水利局關于印發(fā)震損水庫應急除險加固工程實施方案編制大綱的通知”的精神,按照實施方案階段1.2工程基本情況XX水庫位于XX河右岸支流XX河中游的XX縣XX鄉(xiāng)XX村(詳見XX水庫工程位置示意圖1—1),流域內(nèi)為土石山區(qū),流域內(nèi)植被良好,壩址以上主河道長3.7km,平均比降37.14‰,流域面積5.4km。水庫樞紐工程由大壩、輸水系統(tǒng)、溢洪道等部分組成。大壩為粘土心墻壩,壩高27.8m、壩基高程597.99m、壩頂高程625.79m、壩頂長120m、頂寬3.0m、底寬137.75m。水庫校核洪水位624.09m,相應庫容154.88萬m3;正常蓄水位621.74m,相應興利庫容125.20萬m3;死水位604.00m,死庫容5.8萬m3;滯洪庫容33.29萬m3(見表1—1輸水系統(tǒng)位于大壩左側(cè),由臥管和放水涵洞組成,臥管共24臺,放水涵洞為漿砌石城門洞型無壓洞,高1.2m、寬0.8m,涵洞進口高程604.00m,最大放水量1.0m溢洪道位于大壩右側(cè),采用側(cè)堰溢流式,進口為曲線型實用堰,溢洪道堰頂于1973年加高1.74m、加寬4.1m,即現(xiàn)在低堰高程為621.74m,堰頂寬10.8m;高堰頂高程為622.74m,堰頂寬12.8m,最大泄流量為48.6m3/s,經(jīng)漸變段至陡坡末段以消力池方式接下游溝道。該庫于1965年11月動工修建,1969年3月基本建成,是以灌溉為主,兼有防洪、養(yǎng)殖的?。?)型水庫。主要保灌XX鄉(xiāng)14個村7400畝農(nóng)田用水,為保證灌區(qū)農(nóng)田灌溉發(fā)揮了重要作用。XX水庫下游7km河溝地段至平川地帶,洪水出溝呈扇形分布,水庫一旦失事,將對下游居民生命財產(chǎn)安全和國家財產(chǎn)造成巨大損失,水庫下游有大河坎鎮(zhèn)經(jīng)濟開發(fā)區(qū),XX鄉(xiāng)集貿(mào)市場和20個村莊、2.1萬間房屋、1.2萬人口、3.8萬畝農(nóng)田、地方道路25km、西漢高速4km、通信光纜4.2km,水庫失事后,將造成直接經(jīng)濟損失達2.5億元。XX水庫總庫容為164.29萬m3,設計灌溉面積0.74萬畝,依據(jù)《水利水電等級劃分及洪水標準》(sl252-2000)規(guī)范規(guī)定,樞紐為Ⅳ?。?)型工程,大壩為4級建筑物。1.3存在的主要問題“5.12”地震后,水庫出現(xiàn)以下主要問題:(1)大壩迎水坡震后干砌石護面局部發(fā)生變形和滑坡,背水坡沉陷嚴重出現(xiàn)陷坑。(2)溢洪道倆側(cè)墻和泄水陡坡漿砌石多處震裂,與基礎脫落,漏水嚴重。(3)放水涵臥漿砌石灰縫脫落,漏水較震前明顯增加,漏水量增加大約20L/S1.4除險加固工程設計1.4.1針對震損險情和問題,確定除險加固方案如下:(1)大壩迎水坡采用(砂、砂礫石、塊石)做干砌石護坡,背水坡按1:2.5和1:2.75坡比碾壓夯實砂壤土培厚壩體。(2)溢洪道加固。(3)新建放水建筑物。1.4.2主要工程量及材料量該工程主要完成工程量:土方開挖33660m3,石方開挖706m3,土方回填4844m3,漿砌石1687.8m3,干砌石1855.5m3,混凝土387.4m3。主要材料量:水泥362.551.5施工總進度計劃1.5.1施工交通XX水庫距大河坎鎮(zhèn)14Km,其中12Km為3m寬的混凝土路面。墁坡村至XX水庫1.5.2施工布置本著盡量少占農(nóng)田和林地,臨時建筑物盡量集中布置,因地制宜,就地取材,因材施工,交通便利等原則進行布置,臨時占地3畝,永久性占地2畝(占林地1畝,占田1畝)。大壩加固培厚所用的土料和石料均可在各自料場準備就緒,直接運至施工工地點進行填筑施工。水泥、砂子、鋼筋等建材可堆方在壩腳下。1.5.3施工安排施工可在2008年10月份完成主體工程施工前的準備,包括場地平整、交通、臨時建房和輔助性設施等工作。主體工程在2008年11月至2009年5月完成,施工收尾期為1月,于2009年6月底竣工。1.5.4施工組織本次除險加固工程由XX縣水利局組織實施,成立項目工程指揮部,全面負責工程建設管理工作。2.洪水分析及調(diào)洪演算2.1流域概況XX水庫位于XX河右岸支流XX河中游的XX縣XX鄉(xiāng)XX村,流域內(nèi)為土石山區(qū),流域內(nèi)植被良好,壩址以上主河道長3.7km,平均比降37.14‰,流域面積5.4km2;耕地面積約占40%,且多為梯田。水庫以上流域多年平均降水量950.0mm,多年平均徑流量194.4萬m3。2.2歷次洪水分析成果XX水庫自1965年開始修建到現(xiàn)在,曾經(jīng)進行多次洪水計算,其主要成果匯總?cè)缦拢海?)原設計洪水:XX水庫原為50年一遇洪水設計,洪峰流量51.0m3/s,洪水總量54.3萬m3,200年一遇洪水校核,洪峰流量70.0m3/s,洪水總量69.0萬m(2)1978年復核洪水:50年一遇設計洪水,洪峰流量51.0m3/s;500年一遇校核洪水,洪峰流量83.0m(3)1982年原地區(qū)水電局“三查三定”立案資料洪水:按照SDJ12-78標準復核,確定該水庫洪水標準為50年一遇洪水設計,設計洪水位623.49m,洪峰流量51.0m3/s,洪水總量54.3萬m3;500年一遇洪水校核,校核洪水位624.09m,洪峰流量83.0m3/s,洪水總量78.8萬m(4)2006年度汛計劃洪水復核:50年一遇設計洪水,洪峰流量62.0m3/s;500年一遇校核洪水,洪峰流量92.2m2.3設計洪水計算XX水庫位于XX縣XX鄉(xiāng)XX村,主河道為漢江Ⅱ級支流揚家河,壩址以上主河道長3.7公里,河道平均比降37.14%,流域面積5.4平方公里。該流域?qū)贌o資料地區(qū),設計洪水采用以下途徑計算。2.3.1由經(jīng)驗公式推求設計洪水:查《XX地區(qū)實用水文手冊》(以下簡稱《水文手冊》),計算洪峰流量的經(jīng)驗公式為:Qp=CpFn(2—1)式中:QP――頻率為P的洪峰流量(m3/s);F――流域面積(km2);CP――頻率為P的經(jīng)驗參、指數(shù)。XX水庫位于經(jīng)驗公式分區(qū)的漢江南Ⅰ分區(qū)內(nèi),Cp、n的取值和洪峰流量計算結(jié)果見表2—1。表2—1經(jīng)驗公式計算洪峰、洪量成果表頻率(%)0.2125QP(m3/s)87.172.064.552.22.3.2由暴雨推求設計洪水:采用《水文手冊》提供的有關成果和方法推求。(一)設計暴雨的計算1、設計暴雨歷時計算時段XX水庫流域面積5.4km2,主河道長3.7km,查《水文手冊》表5-1,XX水庫流域面積小于20平方公里,故設計暴雨歷時3小時,計算時段△t=1/3小時。2、各種歷時暴雨量的推求由于該水庫流域面積較小,故直接用設計點雨量代替面雨量,不進行點面折減。各種歷時暴雨用下式計算。Htp=Ht·Kp(2—2)式中:Htp-頻率為P,歷時為t雨量(mm);Ht-歷時為t的多年最大平均雨量(mm);Kp-模比系數(shù)。計算時,先從《水文手冊》中查出各種歷時暴雨量的平均值Ht和相應的變差系數(shù)Cv,再采用Cs=3.5Cv,查出Kp帶入上式即可算出Htp,結(jié)果見表2—2。表2—2設計暴雨計算成果表歷時(h)統(tǒng)計參數(shù)頻率(%)、雨量(mm)HtCvCs/Cv0.21251/320.20.503.570554940129.60.533.5110557561345.00.513.516012511090(3)設計暴雨的時程分配由于該庫流域面積小于20km2,故設計暴雨時程分配按最大3小時對稱雨型分配,在同1小時內(nèi),除主雨段外,均按20分鐘平均處理,計算結(jié)果見表2—3。表2—3設計暴雨時程分配計算表名稱歷時(h)項目123合計1/32/311/32/311/32/31雨型標準時段H118.762.518.8100H3-H116.816.816.616.616.816.6100暴雨時程分配頻率(%)0.28.38.58.62070208.28.88.21601.06.56.66.61555156.76.86.81252.05.96.06.01349135.75.75.71105.04.95.05.010.54010.54.74.74.790(二)、設計凈雨量的推求設計凈雨量又稱產(chǎn)流量或徑流深,采用蓄滿產(chǎn)流模型計算,既Rp=Hp-Io(2—3)Io=Im-Pa(2—4)式中:Rp—設計暴雨所產(chǎn)生的徑流深(mm);Hp—設計暴雨量(mm);Io—流域初損量(mmm);Im—流域最大土壤蓄水量(mm);Pa—設計條件下流域前期影響雨量,用它反映流域土壤含水量情況(mm)。XX水庫位于漢江以南,從《水文手冊》中查得Im=55mm,Pa=2/3Im=36.7mm。潛流量占產(chǎn)流總量ΣR的20%,各時段采用平均扣除。下同頻率情況下凈雨量計算成果見表2—4。表2—4凈雨量計算成果表時段頻率(%)1/31/33/34/35/327/38/33合計0.2003.11666164.24.24.2113.71.000011.751.711.73.43.53.585.52.00009.646102.72.72.773.75.00004.737.68.12.32.32.357.3(三)、計算不同頻率洪峰流量本報告采用推理公式的圖解分析推求設計洪峰流量①基本公式Qm=0.278(∑ht/t)F(2—5)τ=0.278L/mJ1/3Qm1/4(2—6)式中:Σht-按由大到小的次序累計的時段凈雨量(mm)t—Σht的相應時間(h);F—流域面積(km2);Qm—相應t的流量(m3/s);τ—河道長度(km);Q—相應τ的流量(m3/s);L—河道長度(km);J—河道比降;m—匯流參數(shù)。②洪峰流量的推求方法計算Σht,代入(2—5)式,求出Qt~t的關系,見表2—5。表2—5不同頻率Qm~t關系計算成果表T(h)項目1/32/33/34/35/327/38/33Qm(m3/s)P=0.2%297.2184.6147.1115.195.883.073.264.156.9P=1.0%232.8142.8112.788.573.964.255.048.142.8P=2.0%207.0126.098.576.964.055.347.441.537.0P=5.0%169.3102.975.759.349.54336.932.228.7b.計算計算匯流參數(shù)mm=0.18lL2/(J1/3)0.6(2—7)XX水庫F=5.4km2,L=3.7km,J=0.03714代入上式計算得m=0.608。c.用(2—6)式計算Q~τ關系:假設不同的Q,計算出相應的τ,結(jié)果見表2—6。表2—6Qm~τ關系計算成果表流量(m3/s)30020010080503020匯流歷時(h)1.21.31.61.71.92.22.4d.推求洪峰流量:將Qm~t與Q~τ關系點繪在同一張方格紙上(見圖2—1)即可由交繪處出相應頻率的洪峰流量,成果見表2—7。表2—7暴雨推求法計算不同頻率洪峰流量成果表頻率(%)0.21.02.05.0洪峰流量(m3/s)97.270.959.442.9匯流歷時(h)1.621.761.812.02.3.3洪水總量計算由暴雨推求設計洪水量,采用下列公式計算:Wp=0.1h3p·F(2—8)式中:Wp——頻率為p的洪水總量(萬m3);h3p——頻率為p的3小時凈雨(mm);F——集水面積(Km2)。不同頻率洪水總量計算結(jié)果見表2—8。表2—8暴雨推求法計算不同頻率洪水總量成果表p(%)0.21.02.05.0h3面(㎜)160.0125.0110.090.0h3p(㎜)141.7106.791.771.7Wp(萬m3)76.557.649.538.72.3.4設計洪水成果選用表2—9不同方法計算XX水庫洪峰、洪量成果表計算方法頻率(%)、洪峰Q(m3/s)、洪量W(萬m3)0.21.02.05.0QWQWQWQW安全鑒定97.276.570.957.659.449.542.938.7經(jīng)驗公式87.182.072.070.464.564.552.254.4暴雨推求97.276.570.957.659.449.542.938.7選用成果97.276.570.957.659.449.542.938.7從表中可以看出,本次洪水復核計算與水庫近年防汛洪水復核成果接近,與水庫以往設計洪水成果(“三查三定”認定成果)相比在50年一遇的設計洪水中,洪峰流量偏大16.5%,洪量偏小8.8%;在500年一遇的校核洪水中,洪峰流量偏大12.1%,洪量偏小8.8%。分析認為,這是由于計算方法和依據(jù)資料不同所致,本次洪水復核洪峰、洪量均采用了二種不同的方法計算,成果比較接近,經(jīng)分析后,選用了計算方法成熟,資料基礎可靠的成果作為洪水復核的采用值,比較合理。2.4調(diào)洪演算2.4.1基本資料(1)設計洪水:采用本次水復核計算成果,即50年一遇的設計洪水,洪峰流量59.4m3/s,洪水總量49.5m3/s;500年一遇的校核洪水,洪峰流量97.2m3(2)庫容關系曲線:采用2002年實測的水位與庫容關系曲線,見圖2—2。(3)溢洪道泄流曲線XX水庫溢洪道為側(cè)向溢流堰,本次采用的泄流曲線為1973年溢洪道加高加寬后的泄泄流曲線(即溢洪道現(xiàn)狀泄流曲線),見2—3圖(4)起調(diào)水位:與溢洪道低堰頂平齊,即621.74m2.4.2調(diào)洪演算方法及成果XX水庫為?。?)型水庫,調(diào)洪演算是將入庫、出庫洪水過程概化為三角形,依據(jù)水量平衡原理,采用簡化三角形圖解法進行演算,依據(jù)公式:Vm=Wm(1-qm/Wm)或qm=Qm(1-Vm/Qm)式中:Qm——入庫洪峰流量(m3/s);Wm——入庫洪量(萬m3);qm——最大下泄流量(m3/s);Vm——滯洪庫容(萬m3);圖解計算時,繪制溢洪道堰頂以上庫容(v)與相應泄流量(q)的關系曲線,見圖2—4;在q~v曲線的流量坐標上,標注設計(校核)洪峰流量,在庫容坐標上,標注相應的洪量,用直線連接洪峰、洪量標點,其與q~v曲線交點所對應的流量即為溢洪道最大泄量qm,所對應的庫容即為滯洪庫容Vm,并據(jù)溢洪道現(xiàn)狀泄流曲線中查取相應的庫水位,見下表。XX水庫調(diào)洪演算成果表3.工程地質(zhì)3.1地質(zhì)構(gòu)造及地震烈度工程區(qū)位于XX盆地南部邊緣地帶,大地構(gòu)造單元屬龍門~大巴臺緣隆褶帶之漢南~米倉臺拱。區(qū)域地層巖性主要為下元古界侵入之花崗巖、花崗斑巖以及花崗閃長巖。區(qū)域性斷層為小壩~秦家壩斷層,該斷層沿NE向延伸,從工程區(qū)以東穿過。根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306—2001)國家標準第1號修改單,該區(qū)地震動峰值加速度為0.1g,相應地震烈度為Ⅶ度,本工程地震烈度為Ⅶ度。3.2壩址工程地質(zhì)條件壩址區(qū)處于XX盆地南部低山丘陵區(qū),河谷為不對稱的“V”形,壩址巖性為單一花崗巖。無大的斷裂構(gòu)造,但小型裂隙較為發(fā)育,巖體破碎。松散覆蓋層主要分布于平緩坡地和河溝谷底,主要為坡積和崩塌堆積之砂土和風化石渣和巖屑,厚度均不大。壩址巖體風化強烈,巖體一般為強風化。壩址巖體由于風化強烈、破碎,所以表層巖體穩(wěn)定性較差,地表水流以及人工作用下易發(fā)生滑塌。壩基巖體透水性主要受巖體風化和小型斷裂構(gòu)造的控制,尤其是巖體風化的控制較為明顯。兩岸壩肩由于巖體風化強烈,全、強風化帶厚度大,在兩岸壩肩存在一中透水帶,所以存在繞壩滲漏問題。其厚度由上至下逐漸減小,下伏弱風化巖體由于裂隙多閉合,透水性微弱,為相對不透水層。大壩為粘土心墻壩,壩高27.8m、壩基高程597.99m、壩頂高程625.79m、壩頂長120m、頂寬3.0m、底寬137.75m。大壩迎水坡為干砌石護坡,坡比1:2(上)~1:2.75(下)背水坡為草皮護坡,坡比為1:2(上)~1:2.75(下),且有上壩道路沿坡面而上。粘土心墻為含砂低液限粘土,其塑性指數(shù)為13.2~10.0,平均值為11.6,含水量為23.95~20.42%,平均值為22.6%,干容重16.5~15.7KN/m3,平均值為16.1KN/m3,垂直滲透系數(shù)為:6.09×10-4~1.11×10-5cm/s,平均值為1.74×10-4cm/s,水平滲透系數(shù)7.17×10-4~1.67×10-4cm/s,平均值為4.25×10心墻土物理力學性質(zhì)指標建議值含水量濕容重干容重飽和容重固結(jié)不排水三軸剪切抗剪強度滲透系數(shù)飽和狀態(tài)總應力指標有效應力指標(cm/s)%kN/m3kN/m3kN/m3CC垂直滲透水平滲透(kPa)度(kPa)度22.619.716.120.23017.13019.81.74×10-44.25×10-4大壩壩殼料為全、強風化的花崗巖石渣,平均粒徑在1.3~5.8mm之間,不均勻系數(shù)為5.31~44,曲率系數(shù)為0.29~0.78,為含細粒土砂和礫,級配不良。其滲透系數(shù)為3.93×10-4~1.55×10-4cm/s,平均值2.73×10-4cm/s,內(nèi)摩擦角34.9°~30.8°壩殼土物理力學性質(zhì)指標建議值含水量濕容重干容重飽和容重直接剪切試驗滲透系數(shù)抗剪強度飽和慢剪(cm/s)%kN/m3kN/m3kN/m3Css垂直滲透水平滲透(kPa)度11.418.416.520.5033.42.73×10-42.73×10-45.12汶川大地震后,大壩迎水坡震后干砌石護面局部發(fā)生變形和滑坡,背水坡沉陷嚴重出現(xiàn)陷坑。需做工程處理。放水涵洞、臥管位于左壩肩,涵洞、臥管主體均位于強風化花崗巖巖體上,無大的不利地質(zhì)構(gòu)造,工程地質(zhì)條件較好。但由于施工質(zhì)量較差,加之長期運行,曾多次出現(xiàn)險情。5.12汶川大地震后,放水涵臥漿砌石灰縫進一步脫落,漏水較震前明顯增加,漏水量增大約20L/S。嚴重影響水庫安全運行,急需進行加固處理。鑒于原放水涵洞斷面較小,翻修難度較大,故建議將原放水涵洞封堵,另建放水隧洞和放水塔。根據(jù)壩址地形地貌、工程地質(zhì)條件,新建放水隧洞、放水塔可布置左壩肩,穿左岸山坡,在背坡出洞與原放水渠道相連。新建放水塔及隧洞進口位于原臥管東側(cè),地形較緩,坡度約20°,基巖出露較好,地表為全風化花崗巖,估計全風化帶厚度約3m,下伏強風化花崗巖,放水塔可置于強風化花崗巖體之上,地基穩(wěn)定性較好,地基承載力標準值為500KPa,洞臉開挖坡比建議為1:1(全風化)~1:0.75(強風化)。隧洞出口地形起伏變化,地表多為坡積含碎石粘土、砂土,厚度不大?;鶐r出露零星,巖性為強風化花崗巖,無大的不利地質(zhì)構(gòu)造,穩(wěn)定性較好,洞臉開挖坡比建議為1:0.75。放水隧洞進出口由于埋藏較淺,巖體風化強烈,風化裂隙發(fā)育,圍巖穩(wěn)定性較差,多為Ⅳ類(不穩(wěn)定)圍巖,開挖后應及時襯砌。隧洞中部由于埋藏較深,圍巖大部分為弱風化花崗巖,圍巖穩(wěn)定性尚好,一般為Ⅲ類(局部穩(wěn)定性差)圍巖。水庫溢洪道位于右壩肩,系由開挖基巖山坡而成,槽底及側(cè)墻均為強~弱風化花崗巖,工程地質(zhì)條件良好。5.12汶川大地震后,溢洪道側(cè)墻和泄水陡坡漿砌石多處震裂,與基礎脫落,漏水嚴重。需做工程處理。3.3天然建筑材料工程所需砂礫石料可從水庫以西XX河河床采取,運距約8km風化石渣料在不影響工程和自然山坡穩(wěn)定的條件可在壩址下游山坡采取,運距0.2~0.5km。防滲用土料可在壩址以北山梁采取,土料為粉質(zhì)粘土。運距約1.5km。工程所需石料可在水庫東南山區(qū)選擇出露較好地帶采取,巖性為花崗巖,開采時需將表層風化巖體清除,采取弱~微風化花崗巖,石質(zhì)堅硬,成形較好,儲量豐富,運距約3km。3.4結(jié)論及建議(1)工程區(qū)位于XX盆地南部邊緣地帶,大地構(gòu)造單元屬龍門~大巴臺緣隆褶帶之漢南~米倉臺拱。根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306—2001)國家標準第1號修改單,該區(qū)地震動峰值加速度為0.1g,相應地震烈度為Ⅶ度,本工程地震烈度為Ⅶ度。(2)水庫大壩為粘土心墻壩。心墻為含砂低液限粘土,壩殼料為全、強風化的花崗巖石渣,5.12汶川大地震后,大壩迎水坡震后干砌石護面局部發(fā)生變形和滑坡,背水坡沉陷嚴重出現(xiàn)陷坑。建議對變形、滑坡以及沉陷的壩體清除后回填至穩(wěn)定坡比,并做好砌護。(3)兩岸壩肩由于巖體風化強烈,全、強風化帶厚度大,在兩岸壩肩存在一中透水帶,所以存在繞壩滲漏問題。建議進行帷幕灌漿防滲處理。(4)放水涵洞、臥管位于左壩肩強風化花崗巖巖體上,工程地質(zhì)條件較好。5.12汶川大地震后,放水涵臥漿砌石灰縫進一步脫落,漏水較震前明顯增加,漏水量增大約20L/S(5)洪道位于右壩肩,工程地質(zhì)條件良好。5.12汶川大地震后,溢洪道側(cè)墻和泄水陡坡漿砌石多處震裂,與基礎脫落,漏水嚴重。需做工程處理。(6)加固所需天然建筑材料運距不大,儲量和質(zhì)量也滿足工程要求。4.工程存在的主要問題4.1大壩XX水庫大壩無變形觀測設施,壩頂寬度不滿足規(guī)范要求。依據(jù)《XX縣XX水庫安全鑒定文件》粘土心墻取樣最小深度為8.8m,依此計算現(xiàn)狀心墻高程為616.2m~618.2m之間,存在粘土心墻高程不滿足規(guī)范要求。大壩左右壩肩存在滲漏。大壩壩體上建有長330m、寬3.5m的上壩道路,對壩坡穩(wěn)定形成了威脅。大壩下游坡腳未按原設計做排水棱體。5.12汶川大地震后,4.2溢洪道(1)溢洪道位于右壩肩山腰,為開敞式溢洪道,進口為實用堰,堰頂高程621.74m,寬度12.8m,泄洪槽底寬2.5m,為漿砌石砌護。設計泄流量48.6m3/s。(2)溢洪道底板漿砌石和側(cè)墻漿砌石開裂,當水位達到621.74m時溢洪道側(cè)墻和底部漏水嚴重,漏水量約為300L/S,嚴重危及溢洪道自身和壩體的安全。(3)溢洪道陡坡1:2.747、1:2.0段側(cè)墻砌護高度不滿足500年校核條件下泄流要求,且1:2.0段流速超限,不滿足設計要求。(4)5.12汶川大地震后,溢洪道倆側(cè)墻和泄水陡坡漿砌石多處震裂,與基礎脫落,漏水嚴重。4.3臥管XX水庫放水設施位于左壩肩,采用臥管涵洞形式防水,臥管雙孔單排共24層(總高度19.2m)的分層臥管取水,管口直徑0.3m。臥管采用漿砌料石砌筑,由于年代久遠,灰縫老化脫落導致庫水滲漏現(xiàn)象逐年加劇,5.12汶川大地震后,放水涵臥漿砌石灰縫進一步脫落,漏水較震前明顯增加,漏水量增大約20L/S,5.除險加固工程設計5.1設計依據(jù)5.1.1工程等級、建筑物級別及洪水標準(1)、工程等級及建筑物級別XX水庫總庫容為164.29萬m3,設計灌溉面積7400畝,依據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL252-2000)規(guī)范規(guī)定,樞紐為Ⅳ等?。?)型工程,大壩為4級建筑物。(2)、洪水標準依據(jù)《防洪標準》(GB50201-94)規(guī)定,大壩按50年一遇洪水標準設計,500年一遇洪水標準校核。相應設計洪水位為623.53m,校核洪水位為624.40m。5.1.2設計的基本資料(1)本次設計的基本資料主要參照《XX水庫“三查三定”報告》、《XX縣XX水庫安全鑒定文件》。(2)規(guī)范及標準《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL252-2000);《碾壓式土石壩設計規(guī)范》(SL274-2001);《防洪標準》(GB50201-94);《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2001);《水工建筑物抗震設計規(guī)范》(SL203-97);《水庫大壩安全評價導則》(SL258-2000)。5.1.3建筑物歷次加固情況XX水庫于1965年10月由XX縣水工隊設計,由受益區(qū)社隊組織修建,當年11月動工,1969年3月基本建成。 (1)1966年1月大壩左壩肩,高程601.00m處,發(fā)現(xiàn)心墻與坡接頭處2m,有0.5m壩面浸濕,當壩高在605.00m時,水浸出壩面,用砂碎石作反濾層,排走了滲水。(2)1966年3月大壩采取垂直壩軸每隔5—10m挖深1m,底寬0.5—0.8m的導流溝填砂碎石作坡處理。經(jīng)處理后效果良好。(3)1969年發(fā)現(xiàn)涵洞底部沖空,最大直徑為0.1m左右,當即用加固洞墻修補沖孔的方法處理3個部位,隨后10多年運行期間無漏水等異常現(xiàn)象。(4)1973年對溢洪道進口堰頂加高1.74m,寬4.1m。5.2大壩除險加固設計5.2.1存在的主要問題依據(jù)《碾壓士壩設計規(guī)范》(SL274---2001)規(guī)定,壩頂高程等于水庫靜水位與超高之和,大壩為粘土心墻壩,壩高27.8m,壩基高程597.99m,壩頂高程625.79m,壩頂長120.00m,頂寬3.0m,底寬137.75m。迎水坡坡比1:2.0~1:3.0,背水坡坡比1:2.2~1:2.75,無戧臺;依據(jù)《XX縣XX水庫安全鑒定文件》粘土心墻取樣最小深度為8.8m,依此計算現(xiàn)狀心墻高程為616.2m~618.2m之間,存在粘土心墻不滿XX水庫大壩無變形觀測設施,壩頂寬度不滿足規(guī)范要求,根據(jù)大壩運行管理報告,由于建庫時采用的沙壤土均未碾壓和夯實,5.12地震后大壩背水坡沉陷嚴重出現(xiàn)陷坑,迎水坡干砌石護面局部發(fā)生變形和滑坡。大壩壩體上建有長330m、寬3.5m5.2.2大壩壩頂高程復核按照《碾壓式土壩設計規(guī)范》(SL274—2001)(以下簡稱《規(guī)定》)5.3.3之規(guī)定,壩頂高程等于水庫靜水位與壩頂超高之和,應分別按以下運行條件計算,取其最大值。(1)正常情況:設計洪水位加正常運用條件的壩頂超高;(2)非常情況:校核洪水位加非常運行條件的壩頂超高;(3)地震情況:正常高水位加非常運用條件的壩頂超高,再加地震安全超高;依據(jù)《規(guī)范》5.3.1,壩頂在水庫靜水位以上超高按下式確定:Y=R+e+A式中:Y—壩頂超高(m);R—最大波浪在壩坡上的爬高(m);e—最大風雍水面高度(m);A—安全加高(m)。5.2.2.1波浪爬高RM及風雍水面高度e的計算根據(jù)XX水庫具體情況,并參照(SL274-2001)規(guī)范符錄A及相關設計手冊,(5—4)(5—5)(5—6)(5—7)(5—8)式中:hm—平均波高(m);Tm—平均波周期(s);W—計算風速(m/s),平均最大風速Wmax=17.1mD—風區(qū)長度(m),取D=500m;Hm—水域的平均水深(m);g—重力加速度(9.81Lm—平均波長(m);H—壩迎水面前水深(m);Rm—平均波浪爬高(m);m—斜坡坡率;K△—斜坡的糙率滲透性系數(shù);Kw—經(jīng)驗系數(shù);e—計算點處的風雍水面高度(m);K—綜合摩阻系數(shù),取3.6*10-6; B—計算風向與壩軸線的法線的夾角(度)。經(jīng)過以上公式計算,各風浪要素及風雍水面高度的計算成果見表5-1。表5-1波浪爬高及風雍水面高度計算成果表運行狀況Vo(m/s)D(m)mR(m)e(m)正常17.15002.70.500非常17.15002.70.500地震17.15002.70.5005.2.2.2安全加高A的確定安全加高依據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》(SL274-2001)確定,4級壩:正常運用情況取0.5m;非常運用情況取0.3m;地震情況按《水工建筑抗震設計規(guī)范》(SL203-97)取為1.0m。5.2.2.3壩頂高程計算結(jié)果表5-1XX水庫壩頂高程復核計算結(jié)果表從上表中可知非常運用為控制條件,壩頂高程應為625.02m,低于現(xiàn)狀壩頂高程626.00m,滿足《規(guī)范》(SL274—2001)要求。5.2.3大壩壩頂寬度復核現(xiàn)狀壩頂寬度3.0m,不滿足《碾壓式土石壩設計導則》(SL189—96)規(guī)定低壩壩頂寬度可選用3—6m5.2.4大壩穩(wěn)定分析5.2.4.1大壩穩(wěn)定復核依據(jù)工程等級復核;依據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL252-2000),工程等級為Ⅳ等?。?)型,主要永久性水工建筑物級別為4級。洪水標準;依據(jù)國家《防洪標準》(GB50201-94)規(guī)定,大壩按50年一遇洪水校核,其相應洪水位624.40m。地震烈度;根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB183606-2001)規(guī)定,水庫區(qū)域地震基本烈度為Ⅶ度(來源國家標準第1號修改單)。復核規(guī)范;穩(wěn)定復核依據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》(SL274-2001)進行計算。5.2.4.2大壩穩(wěn)定計算 根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》(SL274-2001)之規(guī)定,XX水庫大壩穩(wěn)定分析采用簡化畢肖普法,并采用北京理正軟件設計公司的邊坡穩(wěn)定分析軟件進行計算。 根據(jù)現(xiàn)場踏堪及實際運行情況,在整個壩段選擇了最具代表性的標準斷面(壩定高程626.00m,壩基高程597.99m),分別對其上、下游作穩(wěn)定復核。 本次大壩穩(wěn)定分析試驗取土采用人工和機械鉆孔取樣方法,鉆孔布設在大壩背水坡和壩定,分三個橫斷面,共六孔,取樣六組,由西安理工大學水利水電學院做土工試驗推薦值。正常運用條件上游壩坡穩(wěn)定計算:上游正常蓄水位621.74m,經(jīng)常性降至死水位604.00m。下游壩坡穩(wěn)定計算:上游正常蓄水位621.74m,下游最低水位水位597.99m。b.非常運用條件Ⅰ上游壩坡穩(wěn)定計算:上游校核洪水位624.40m,經(jīng)常性降至死水位604.00m。下游壩坡穩(wěn)定計算:上游正常蓄水位621.74m,下游最低水位597.99m,且無排水棱體情況。c.非常運用條件ⅡXX水庫壩址地震設防烈度為Ⅵ度,根據(jù)規(guī)范可不分析計算大壩非常運用情況下的穩(wěn)定分析。穩(wěn)定分析復核計算結(jié)果(參考XX水庫安全鑒定文件)見下表。穩(wěn)定計算安全系數(shù)成果表計算部位計算工況計算安全系數(shù)規(guī)范最小值結(jié)論標準斷面上游壩坡穩(wěn)定滲流期:上游為正常蓄水位,下游為最低水位。1.131.25不穩(wěn)定上游庫水位由校核洪水位降落至死水位。1.061.15不穩(wěn)定下游壩坡穩(wěn)定滲流期:上游為正常蓄水位,下游為最低水位。1.191.25不穩(wěn)定5.2.4.3穩(wěn)定安全評價計算結(jié)果表明,XX水庫大壩壩體上游壩坡不滿足抗滑穩(wěn)定要求,(正常運用條件Kmin=1.13<K允=1.25;非常運用條件ⅠKmin=1.06<K允=1.15),下游壩坡不滿足抗滑穩(wěn)定要求(正常運用條件Kmin=1.19>K允=1.25)5.2.5大壩加固方案選擇XX水庫受5·12地震后由省、市、縣專家組商定,根據(jù)XX水庫安全鑒定文件結(jié)論與建議,依據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》(SL274-2001)之規(guī)定,結(jié)合水庫存在問題,推薦方案為大壩迎水坡和背水坡壓腳培厚加固。5.2.6大壩加固設計(1)心墻加高設計原壩體粘土心墻頂高程616.20m,頂寬為8.5m,底寬為26m,心墻邊坡比為1:0.5,本次心墻加高設計首先將高程616.20m~615.70m的原心墻土料清除,采用粘土料進行回填、夯實及加高,設計填筑土的干密pd=1.60g/m3,度加高至高程624.69m,加高后的心墻頂寬度為3.0m,心墻邊坡比1:0.5,心墻加高總高度(2)大壩迎水坡、背水坡的加固設計壓腳培厚加固方案是在原壩體目前的現(xiàn)狀基礎上,通過向大壩迎水坡培厚砌護來提高壩坡的穩(wěn)定安全;背水坡通過培厚和做堆石棱體反濾體來提高壩坡穩(wěn)定性,從而使大壩穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。大壩迎水坡的加固設計是采用與原壩體土料相近的沙壤土培厚,在高程604.00m采用M7.5漿砌石肋基礎(寬1.0m×高1.5m),高程605.5m~625.00m之間采用M7.5漿砌(寬0.6m×高0.6m)布網(wǎng)狀肋,壩面做干砌石護坡及反濾層,干砌石護坡厚0.3m大壩背水坡的加固是在602.99m高程以下做堆石排水棱體,排水體頂寬3m,排水體坡比1:1.5,排水體與壩體設0.5m厚反濾層;高程602.99m~625.00m之間采用與原壩體土料相近的砂壤土培厚,培厚外邊坡比1:2.5。對培厚壩體以下的原壩坡表面草皮應于清除,清除厚度0.5m做臺階型;在高程612.00m做戧臺(寬1.5m)上開挖砌筑寬0.3m×高0.3m排水溝;左右壩肩各做排水溝0.3m×0.3m(寬×高);拆除原輸水東干渠漿砌石長105米,138m3,改建為矩形凈斷面寬×高(0.9m×1.0m)渠道長105m,采用M7.5水泥砂漿砌石138m3,(3)大壩帷幕灌漿設計①平面布置根據(jù)工程現(xiàn)狀壩頂及左右壩肩地形,帷幕灌漿沿壩軸線布置,設置單排帷幕灌漿,孔距2.5m共布設29個灌漿孔,加外根據(jù)壩肩巖性綜合確定左右壩肩灌漿長度70m,鉆孔總進尺為606.1延米,灌漿長度為169.3延米,鉆孔并封堵總進尺為436.8延米,帷幕設計單位吸水率W<=10Lu,初定灌漿壓力為0.4~0.8Mpa②灌漿方法及工藝灌漿鉆頭采用70mm的金剛鉆頭鉆進,自上而下分段鉆孔、灌漿,灌漿孔分二序施工,先一序孔,再二序孔;單孔鉆完一段后即進行裂隙沖洗,其壓力為該段灌漿壓力的80%,沖洗后再進行灌漿,施工工藝流程為:用91mm金剛石鉆頭鉆進1.5m深,埋高75mm管,采用C15砼封堵——待48h后鉆開砼,并鉆至第一段的孔深——沖先裂隙和簡易壓水試驗——灌漿——鉆孔至下一段孔深,并灌漿,如此反復,直至孔結(jié)束為至——封閉。鉆孔位置設計位置的偏差不得大于10cm;鉆機安裝必須平正穩(wěn)固,鉆孔宜埋設囗管,鉆進應采用較長的粗徑鉆具并適當?shù)乜刂沏@進壓力,鉆孔孔低最在允許偏差為0.5m。灌漿前應采用壓力水進行裂隙沖洗,直至回水清凈時止,沖洗壓力可為灌漿壓力的80③灌漿材料及其它灌漿所用水泥標號為425號,水泥細度的要求為通過80ūm方孔篩的篩余量不宜大于5%;灌漿用水泥必須符合質(zhì)量標準,嚴防水泥受潮;灌漿用水應符合拌制水工混凝土用水要求。根據(jù)灌漿需要可在水泥漿液中摻入砂、粘性土、粉煤灰、水玻璃等其它摻合料;制漿材料必須稱重,稱重誤應小于5%。各種漿液必須攪拌均勻并測定漿液密度灌漿壓力應通過灌漿試驗確定,壓力表應按裝在孔囗回漿管路上,壓力表讀數(shù)宜讀壓力表指針擺動的中值;灌漿漿液的濃度應由稀到濃,逐級變換。漿液水灰比采用5:1、3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.6:1、0.5:1等七個比級,開始灌時可采用5:1;當注漿率大于30L/min時,可根據(jù)具體情況越級變濃;采用自上而下灌漿時,在規(guī)定壓力下當注入率不大于0.4Lmin時,繼續(xù)灌注60min,灌漿結(jié)束;灌漿封孔應采用分段壓力灌漿封孔法。灌漿過程中未盡事宜應嚴格參照《水工建筑物水泥灌漿施工技術規(guī)范》(SDJ210—83)進行執(zhí)行。(4)壩頂公路設計壩頂路面自上而下結(jié)構(gòu)為:20Cm厚C20砼現(xiàn)澆,寬3.2m,30Cm厚砂礫石墊層。新修防浪墻頂比土壩高0.8m,墻頂高程633.00m,采用M7.5水泥砂漿砌筑,墻頂寬5.3泄洪建筑物除險加固設計5.3.1存在的主要問題XX水庫溢洪道陡坡段長87.5m,由底坡比1:120(長30m)、1:2.747(長18m)、1:2.0(長39.5m)三段組成,梯形斷面,底寬2.5m,邊坡比1:0.5,漿砌石砌護。根據(jù)溢洪道現(xiàn)狀和本次調(diào)洪演算結(jié)果進行水力計算,依據(jù)《溢洪道設計規(guī)范》(SL253--2000)第2.3.7條規(guī)定,(5—1)(5—2)求出校核洪水位時臨界坡度ik=0.0154,底坡1:120段屬于緩坡,坡比1:2747及坡底均屬于陡坡,水面為b2型降水曲線,計算成結(jié)果見下表。XX水庫溢洪道陡坡段水力計算成果表計算斷面斷面現(xiàn)狀墻高(m)允許流速(m3/s)500年校核洪水泄流條件下最大水深(m)安全超高(m)計算墻高(m)最大流速(m3/s)底坡1:120段4.7415.03.580.604.1884.7底坡1:2.7472.015.03.130.603.7311.7底坡1:2.0段1.3015.01.570.602.1716.0從表中可以看出,現(xiàn)狀溢洪道陡坡1:2.747、1:2.0段側(cè)墻砌護高度不滿足500年校核條件下泄流要求,1:2.0段流速超限,不滿足設計要求。5.3.2溢洪道建筑物除險設計(1)原漿砌石溢洪道長87.4m全部拆除重建,拆除方量354m(2)溢洪道1:120段采用M7.5水泥砂漿砌體,M10水泥砂漿抹面;1:2.747段側(cè)墻采用M7.5水泥砂漿砌體,M10水泥砂漿抹面,基礎采用C20砼現(xiàn)澆,厚0.2m;1:2.0段整體采用C20砼現(xiàn)澆,厚0.2m,主要工程量:漿砌石290.4m3,砼5.4放水建筑物加固設計5.4.1原放水建筑物概況XX水庫1969年3月建成,布置有臥管和輸水涵洞組成。臥管采用雙孔雙排共24層(總高度19.2m)的分層臥管取水,管囗直徑0.3m,與斷面型式為城門洞型的輸水涵洞相接,涵洞長118.1m斷面尺寸為高1.2m,寬0.8m,涵洞進囗底檻高程605.00m,設計最大泄水量為5.4.2原放水建筑物存在的問題放水臥管多數(shù)漿砌體灰縫脫落,個別砌石松動,水庫蓄水至正常蓄水位時,滲漏量達300L/s,且輸水涵洞橫穿壩體,放水時有夾帶泥砂現(xiàn)象,對壩體安全構(gòu)成嚴重威脅。5.4.3新建放水洞設計新建放水洞位于大壩左岸,放水洞進口高程604.00m,從進口到出口布置有喇叭口壓力洞段、放水塔、洞身段和出口明渠段,洞身坡比降1:250,明渠始端高程60(1)喇叭口段喇叭口長12.0m,進口高程604.00m,喇叭口最大斷面2.6m×2.5m,然后漸變?yōu)?.5m方孔。喇叭口(2)放水塔放水塔塔高21m,啟閉機層高程625.50m,塔身為園形,在高程616.00m以下,圓筒外徑為4.8m,塔壁厚0.6m,高程616.00m以上,圓筒外徑為4(3)工作橋工作橋是放水塔的對外交通,寬2.5m,長16.0m(4)洞身段隧洞長118.5m,設計底坡1:250,洞身斷面為城門洞型,斷面尺寸寬1.5m×
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