某水庫初步設計(完整版)(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 h、 24h 點雨量均值采用值分別為 45mm、 110mm。水庫控制面積小于10km2，不計折扣系數，東方紅水庫面雨量均值也分別為 45mm、 110mm。 （ 1） 點、面設計暴雨 ①點暴雨量 根據“ 84 年辦法”降雨量等值線圖查得流域中心處的 24H 、 1H 、 Cv2 Cv1，并根據 PⅢ型曲線模比系數 KP 值求出各種頻率的點暴雨量 H2 H1。計算成果見表 21。 表 21 設計點、面暴雨量計算成果表 單位 :mm 暴雨 歷時 設計參數 頻率 P（ %） 均值 Cv Cs/Cv 2 5 1h 45 146 138 109 90 24h 110 425 398 304 242 ②面暴雨量 16 根據流域面積查暴雨量點～面關系折算系數α 24=α 1=，面暴雨量按下式計算： 242424 HP ?? ? 111 HP ?? ? 式中：α 2α 1— 分別為 24h、 1h 暴雨點面折算系數； H2 H1— 分別為 24h、 1h 設計點暴雨； P2 P1— 分別為 24h、 1h 設計面暴雨。 計算成果見表 21。 （ 3）面凈雨量 面凈雨量即地面徑流，為面暴雨量扣除損失量和地下水。查“ 84 年辦法”，皖南山區，重現期≥ 50 年一遇產流部分總損失量為 50mm，重現期≤ 20 年一遇產流部分總損失量為 70mm，30 年一遇產流部分總損失量為 60mm。經扣損后，計算出各種頻率面凈雨量 R24，再根據 241PP 值計算 n 和 R3，見表 22。 表 22 n、 K 值計算過程及成果表 頻率（ %） 內容 2 5 P1(mm) 146 138 109 90 P24(mm) 425 398 304 242 P1/P24 R3/R24 R24(mm) 375 348 254 172 R3(mm) 184 174 130 89 (F/J) (F/J) K n （ 2）設計洪水 設計洪水過程線按 “ 84 年辦法 ” 設計洪水流量模過程線進行推算。 通過以上水庫流域凈雨量的計算，根據水庫流域特征參數進行洪水計算，計算得水庫 20 年一遇設計洪峰流量， 200 年一遇校核洪峰流量為 。 ①匯流計算 根據“ 84 年辦法”，采用納希線性瞬時單位線模型進行匯流計算，分析并綜合出計算出 17 瞬時單位線 參數 m1 值的地區經驗公式如下。 皖南地區：采用概化公式，當 N 采用 時 05..0)(3 ?????????? JFRJFK m1=n k 式中： m1— 瞬時單位線參數， h； F— 流域面積， km2； J— 主河道平均坡降，‰； R3— 最大 3 小時設計凈雨量， mm。 各種頻率 n、 K 值計算過程及成果見表 22。 ②設計洪水過程線 因流域形狀系數 f=B2/F=，故洪峰流量不需要修正。根據 n、 K 值，查“ 84 辦法”中“表 9”得不同頻率洪峰流量模 qm。再根據 n 值和 qm查“表 9”中洪峰流 量模接近 qm的過程，并將洪峰流量模差值在下一時段中消除，然后逐項乘以 100024RF? ，即得地表徑流設計洪水過程線。地下徑流設計洪水過程的總量不大，絕大部分的水量在地表徑流的峰后泄出，它對設計洪水的峰值或調洪演算來講，影響很小，故將地下徑流略去不計。 設計洪水過程線計算成果見表 23。 表 23 東方紅水庫各種頻率設計洪水過程線 單位 :m3/s 時段 T=1h 頻 率 P（ %） 2 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 18 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Qmax（ m3/s） 成果合理性分析 根據我省多年來已做工程采用不同方法計算設計洪水成果的經驗比較，認為采用“ 84 辦法”計算的洪水，對于山丘區水庫的洪水計算成果是偏安全的。 施工期洪水 根據施工組織設計需要，需對東方紅水庫施工期 10 月～次年 3 月、 11 月～次年 4 月、11 月～次年 3 月入庫水量及洪峰流量進行分析。通過用面積比法分析本工程的施工期時段的入庫 水量與洪峰流量，其中洪峰流量按指數法進行比擬，經計算， 10 年一遇、 5 年一遇及 3年一遇入庫洪峰流量成果見表 24。 表 24 東方紅水庫施工期洪峰流量頻率計算成果 單位 : m3/s 項目 重現期 （年） 施工時段 10 月～次年 3 月 11 月～次年 4 月 11 月～次年 3 月 流量 （ m3/s） 10 5 3 19 3 工程地質 完成的工作量 依據有關水庫大壩除險加固工程勘測任務書要求結合壩區的具體情 況有針對性地對壩身和壩基進行了勘察工作，勘察人員及有關設備于 2021 年 2 月 2 開展工作，于 2021 年 2 月 3日完成外業工作，室內試驗同步開展，累計完成工作量見下表。 表 水庫大壩工程地質勘察工作量一覽表 項 目 單位 工作量 備 注 地形圖測量 km2 鉆探 m/孔 59/6 取原狀土樣 件 3 常規土工試驗 組 8 顆粒分析試驗 組 8 滲透試驗 組 8 標準貫入試驗 3孔 12次 區域地質環境概況 區域地質 庫區地處馬鞍山斷陷盆地的中 南部，上覆地層為第四系松散巖，厚度 ～ 20m，下伏地層（局部有出露）為中代侏羅系巨厚層碎屑巖。在庫區北部見有太古界霍邱群變質巖出露。 本區處在華北地臺子與揚子準臺兩個地史發展特點迥然不同的二個地塊的交接部位。燕山旋回以前，兩地塊分別經歷各自的相對活動和相對穩定的發展過程，燕山旋回以來，逐漸趨于一致，共同進入以斷塊活動為特征的新的地史發展階段，從而構成了本區復雜的地質構造格局。 本次進行水庫大壩大壩工程地質測繪和工程地質鉆探工作中，沒有發現大壩（包括兩端壩肩）及副壩等位置有斷層發育現象。 地形 地貌 水庫大壩處地貌單元為低山地貌，表現為沖溝與剝蝕殘丘相間地形。該水庫集水面積 平方公里，水庫大壩為均質土壩，現狀壩頂高程 ～ ，最大壩高 ，壩長 251m，壩頂寬 ，壩上、下游坡均約 1∶ ，大壩上游坡為砼護坡，下游坡未護坡。庫區和壩肩均未見坍岸、滑坡等不良的地質現象，壩區的低洼地帶及主壩南北兩側多為第四系沖洪積性 20 重粉質壤土覆蓋。 地震 根據《防洪標準》（ GB50201－ 94）及《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（ SL252－ 2021）的有關規定，工程等別為 5類， 主要建筑物等級為 5 級。 根據《建筑抗震設計規范》（ GB50011－ 2021）及《中國地震動參數區劃圖》（ GB18306－2021）（安徽省部分 1： 400 萬）等規范的有關規定，復核庫區場地地動參數如下：抗震設防烈度為 6 度，設計地震基本加速度值為 ，設計分組為第一組，地震動反應譜特征周期。 庫區基巖以上覆蓋層屬中軟土，綜合覆蓋層性質及厚度判定庫區內覆蓋層厚度大于 米，為 II 類場地。庫區屬抗震穩定性好地段。 工程 地質條件綜述 壩身工程地質條件概況 （ 1）壩身工程地質條件概述 水庫大壩主壩為均質土壩 主壩勘察段壩長 251 米，壩頂高程 米，頂寬平均 米。 （ 2）壩身土層 水庫大壩主壩壩身為人工填土（ Q4ml），工程地質剖面圖上標識為 ① 層素填土。現描述如下： ① 層素填土，粘土及壤土（ Q4ml）：層厚 ～ 米，層底標高 ～ 米，褐黃色為主，褐、黃、灰等色。結構松散，濕。該層由大壩人工填土及耕土兩部分組成。大壩填土主要位 于大壩壩基以上，以壤土及粘土為主要成分，顏色較為雜亂，呈松散～稍密狀態，濕。耕土主要分布于大壩填土與壩基之間以及大壩以外范圍，主要由壤土組成，灰色，松散狀態，濕。含大量植物根莖等雜物。此層土屬高壓縮性土。 壩身填土的物理力學性質詳見土工試驗報告及物理力學性質指標統計表。 壩基工程地質條件 （ 1）壩基工程地質條件概況 水庫大壩主壩主要座落于第四系上更新統（ Q3al+pl）沉積沖積地層。 ② 層粘土（ Q3al+pl） —— 層厚 米，主要分布在南側大壩 ,層底標高 ～ 米。 21 褐黃、黃褐、黃色，濕，硬塑～堅硬狀態，含鐵錳氧化物、鐵錳結核、少量灰白、青灰色高嶺土團塊。搖振無反應，切面光滑，干強度高，韌性高。此層土屬于中等偏低壓縮性土。 （ 2）壩基巖土層分述 水庫大壩壩基巖土層在本次勘探范圍揭露為上更新統（ Q3al+pl）。現敘述如下： ③層中風化砂巖 (J)：此層未鉆穿，最大鉆遇厚度 米。黃褐、灰黃色，結構致密。巖芯呈短柱狀，密實狀態，原巖風化成砂土狀，遇水易軟化，含泥質、云母片等，裂隙發育。 以上各地層分布詳見工程地質剖面圖。各巖土層的物理力學性質詳見土工試驗報告及 分層物理力學性質統計表。 水文地質條件綜述 勘探區內第四系上更新統及第四系全新統地層廣泛分布，地下水主要分布為類型主要為上更新統粘土（ Q3al+pl）中的孔隙潛水，受大氣降水和庫水補給。地下水位的動態明顯受大氣降水、庫水及蒸發影響。 根據區域地質資料和庫區附近的水質分析資料，水庫大壩的水對混凝土無腐蝕性。 壩身填土的滲透性 本次勘察除對壩身土各原狀土進行了垂直及水平兩種滲透系數的室內試驗。現狀試驗結果分述如下： 壩身土室內滲透試驗成果見下表： 表 壩身土室內滲透試驗成果表 巖 土層 室內滲透試驗 滲透性 垂直滲透系數cm/s 水平滲透系數cm/s ① 層 平均值 弱透水層 水庫大壩地形地貌單元屬低山地貌，工程地質條件較為簡單，未出現滑坡、沉陷及開裂不良地質現象。現分段評述如下 。 （ 1）壩身工程地質評價 ① 層素填土，主要由重粉質壤土夾粘土及粉質壤土（ Q4ml）組成，顏色雜亂，分布不均勻，狀態較差，物理力學性質不均一，孔隙比在 ～ ，壓縮 模量在 ～ 之間，平均為 ，壓縮系數平均為 ，為中等壓縮性土。 壩身填土所選土料的土質較好，但填筑質量較差，壓實不夠密實。 （ 2）壩基工程地質評價 22 根據本次勘察揭露，水庫大壩主壩壩基屬單層結構，為粘性土類。其壩基土層從兩側到中部變化較大，所存在的工程地質問題也所不同，現對其分述如下： 主壩及溢洪道 水庫大壩主壩的壩基及溢洪道座落于①層素填土上，壩堤分布范圍地層為兩殘丘及其間沖洪積層。堤基工程地質條件分類為 B 類。屬中硬土，屬微～弱透水層。 （ 3）、壩區各地基土的地基基礎 設計參數 根據本次勘察結果，結合我院巖土工程勘察工作經驗，現提供有主壩及溢洪道地基土的地基礎設計參數如下表： 表 主壩及溢洪道地基土的地基礎設計參數 層序 容許承載力 [σ ] (kPa) 天然地基承載力特征值 fak(kPa) 壓縮模量 Es(MPa) ② 層 220 200 ③層 380 350 結論 水庫大壩大壩自建成運行以來未出現大的安全事故，說明大壩總體是穩定安全的，但水庫大壩壩區現狀存在的主要工程地質問題為可能產生滲透破壞，應 針對此問題采取有效的防治措施進行除險加固。 水庫大壩壩區及近壩庫區天然邊坡未發生失穩現象。 23 表 東方紅水庫土工試驗成果表 24 4 工程任務和規模 工程概況 東方紅水庫位于安徽省馬鞍山市當涂縣太白鎮永寧行政村境內，座落于長江流域姑溪河支流上。大壩始建于 1976 年 10月， 1977 年 4月完工，是一座以灌溉為主的小（ 2）型水庫。 東方紅水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、放水涵洞等組成。 水庫大壩為均質土壩，現狀壩頂高程 ，最大壩高 ，壩長 251m，壩頂寬 ，壩上游坡約 1∶ ， 下游坡比約1:，大壩上游坡部分為砼護坡，下游坡無護坡。 溢洪道位于大壩右壩肩，進口設開敞式實用堰，堰頂高程 ， 溢洪道寬 7m。 放水涵為 Φ 200 鑄鐵管，啟閉機已損壞，并未建啟閉機房。 本次設計擬對 放水涵更換啟閉機和閘門，并新建啟閉機房。 水庫設計灌溉面積 1000 畝，保護著下游 萬人、 萬畝耕地和 S314 省道的防洪安全。水庫管理隸屬太白鎮永寧村，無專業管理人員。日常管理由村負責維修、防洪、灌溉等工作， 2021 年水庫進行加固維修。但由于修建年代較長，加之受當時條件限制，壩基清除不徹底，土料 混雜，土層暗縫多，碾壓不均等原因，造