某水庫初步設(shè)計(jì)(完整版)-資料下載頁

【導(dǎo)讀】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。容16萬m3，調(diào)洪庫容萬m3，興利庫容萬m3，死庫容萬m3。水位，大壩壩頂高程。準(zhǔn)為20年一遇洪水設(shè)計(jì)、200年一遇洪水校核。2021年2月，當(dāng)涂縣水利局組織專家對(duì)初步。本次除險(xiǎn)加固在萬分之一的地形圖上對(duì)水庫流域參數(shù)重新進(jìn)行了量算。以上集水面積，干流河道長，河道平均坡度為‰，流域平均寬度。壩體、泄洪設(shè)施及管理設(shè)。大壩施工質(zhì)量均達(dá)不到現(xiàn)行規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，輸、泄建。Φ200鑄鐵管，啟閉機(jī)已損壞，并未建啟閉機(jī)房。下游消能防沖設(shè)施有部分損壞。壩基出現(xiàn)滲漏、兩壩肩出現(xiàn)繞滲現(xiàn)象，影響大壩安全運(yùn)行，需進(jìn)行截滲處理。需將護(hù)坡砌至壩頂。防汛防汛交通、通訊及管理設(shè)施不完善。綜上所述，東方紅水庫大壩存在比較嚴(yán)重病險(xiǎn)，主要包括工程質(zhì)量差、滲流不滿足要求；每年6月中旬至7月下旬，全年積溫累計(jì)平均值為℃。

　　

【正文】 壩頂削低 ，施工完畢后恢復(fù)。 （ 2）方案二：一多頭小直 徑防滲墻 多頭小直徑深層攪拌噴灌漿造墻技術(shù)是運(yùn)用特制的多頭小直徑深層攪拌樁機(jī)把水泥漿噴土體，同時(shí)鉆頭旋轉(zhuǎn)攪拌，使噴入土層的水泥漿液與原土充分拌和在一起，形成抗壓強(qiáng)度比天然土強(qiáng)度高得多，滲透系數(shù)較小，并具有整體性、水穩(wěn)定性的樁柱體。將樁柱體互相搭接成一列，形成連續(xù)墻體起到截滲作用。 （ 3）方案三：沖抓套井粘土井柱防滲墻 沖抓套井粘土井柱是用沖抓錐造孔，把原壩身雜填土抓出，形成直井后回填粘土，孔與孔套接形成一道連續(xù)的粘土心墻。同時(shí)夯實(shí)對(duì)井孔壁周圍的土體有擠實(shí)作用，增加其密實(shí)度。 （ 4）方案四：劈裂灌漿 劈裂灌漿 利用最小主應(yīng)力面和堤軸線方向一致的，根據(jù)土體水力劈裂的原理，順堤向布孔，在灌漿壓力下以適宜的泥漿液為能量載體，有控制地劈裂堤身，將與漿脈連通的所有裂縫、空洞、空隙等隱患用泥漿充填密實(shí)，同時(shí)漿壓將筑堤土壓密，最終在堤內(nèi)順堤向形成密實(shí)、垂直、連續(xù)、有一定厚度的漿液防滲固結(jié)體，從而達(dá)到防滲加固的目的 。 劈裂灌漿，沿壩軸線附近布置兩排灌漿孔，排距 ，孔位梅花狀布置 ,分二序施工。孔距 :河槽段 4m，岸坡段 ，孔深以進(jìn)入 壩 基 ，灌漿孔口壓力為 0～ ，帷幕厚度：平均 50～ 200mm（累計(jì)）。主 排孔沿壩軸線布置，以建立連續(xù)的防滲帷幕 。副排孔沿主排孔上游布置。通過壓力泥漿的劈裂、擠壓、滲透、充填、濕化固結(jié)，解決壩體的滲透穩(wěn)定和變形穩(wěn)定。 以上四種方案在技術(shù)上都是可行的，均能夠達(dá)到控制壩體和壩基滲流，降低壩體浸潤線的目的。方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比較如下。 方案一：優(yōu)點(diǎn)是河槽段塑性混凝土防滲墻對(duì)各種土層適應(yīng)性強(qiáng)，墻體開槽澆筑，施工質(zhì)量直觀明了，墻體連續(xù)性好，防滲性能可靠，墻體耐久性好，墻體為塑性，可適應(yīng)壩體的變形與壩身土結(jié)合緊密。 方案二： 多頭小直徑深層攪拌成墻 造 價(jià)低，取材方便，施工速度快，施工工序少，工效 33 高 ， 成 墻耐久性好 ；本方案工程投資最少 。 方案三：優(yōu)點(diǎn)是上部采用粘土井柱墻防滲直觀可靠，施工速度快。此方案的缺點(diǎn)是井柱施工內(nèi)粘性土回填質(zhì)量不容易控制。 方案四： 優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單，施工期 較 短，造價(jià)便宜，質(zhì)量穩(wěn)定可靠。缺點(diǎn)是： 泥漿墻的硬化固結(jié)時(shí)間長，在灌漿施工中會(huì)出現(xiàn)大量的裂縫、冒漿、位移等。 工藝要求較高，要有專業(yè)隊(duì)伍施工。 以上 4 種種方案成墻面積為 2259m2，投資對(duì)比見表 。 表 防滲墻方案投資對(duì)比表 方案一：塑性混凝土防滲墻（墻厚 ） 方案二：多頭小直徑防滲墻 (墻厚度 ) 方案 三：沖抓套井粘土井柱防滲墻 (孔距 ) 方案四： 劈裂灌漿 ， 孔距 4m，雙排 單價(jià)（元 /m2） 310 100 115 120 造價(jià) (萬元 ) 工期（天） 60 35 40 45 上述四種加固處理方案在技術(shù)上均可滿足壩體防滲要求。方案二投資小，工期短，在小水庫防滲加固工程中施工經(jīng)驗(yàn)多，工程實(shí)施容易。因此，防滲加固設(shè)計(jì)推薦采用方案二多頭小直徑 墻方案 。 （ 4）防滲墻設(shè)計(jì) 大壩截滲采用多頭小直徑水泥土防滲墻。防滲墻厚度根據(jù)其允許滲透坡降［ J］ =60，結(jié)合施工可 能產(chǎn)生的垂直偏差，選用樁徑為 400mm，樁間距 225mm，垂直度不大于 1%，搭接處理論成墻厚度最大 260mm，最小 150mm，可滿足防滲墻厚度的要求。墻頂高程取校核洪水位為，截滲墻深入壩基強(qiáng)風(fēng)化巖中 。 上下游護(hù)坡 現(xiàn)狀大壩上游 以下為預(yù)制混凝土護(hù)坡， 至壩頂 無護(hù)坡，壩坡不平，雜草叢生，不利于大壩管理，也不利于防汛查險(xiǎn)。因此，本次設(shè)計(jì)對(duì)大壩上游坡混凝土護(hù)坡以上部分進(jìn)行護(hù)砌。見圖 a)上游護(hù)坡 高程 至壩頂采用生態(tài)草坪 護(hù)坡。 生態(tài)草坪護(hù)坡高程為 （壩頂）。護(hù)砌結(jié)構(gòu)為：采用直徑 40cm 正六邊形中間鏤空、壁厚 5cm、高 20cm 預(yù)制塊拼砌，預(yù)制塊中間填種植土，土面為撒草籽草皮。于護(hù)砌頂、底設(shè)各一道 M10 漿砌塊石齒墻，斷面尺寸 （ 寬高 ） ，每 30m 設(shè)置一道垂直壩軸線的齒墻，斷面尺寸 （ 寬高 ） 。 b)下游護(hù)坡 34 下游坡采用框格草皮護(hù)坡。混凝土框格面積 3000x3000。格埂為 C20 現(xiàn)澆混凝土，斷面。框格中填種植土并植草皮。 c)下游壩底設(shè)貼坡反濾及新建排水系統(tǒng) 下游壩底原有排水棱體與反濾設(shè)計(jì)，未設(shè)計(jì)排水溝，至使下游壩底滲水無組織排放，影響大壩的安全。本次在壩底設(shè)計(jì)排水溝如下圖。 水庫大壩大壩自建成運(yùn)行以來未出現(xiàn)大的安全事故，說明大壩總體是穩(wěn)定安全的，但水庫大壩壩區(qū)現(xiàn)狀存在的主要問題為壩腳滲漏嚴(yán)重極可能產(chǎn)生滲透破壞。 滲流分析計(jì)算表明 現(xiàn)狀下游壩坡出逸點(diǎn)比降為 ～ ，出逸點(diǎn)高度 。 根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》 (SL2742021)規(guī)定，在沒有反濾層保護(hù)時(shí)，壩體滲流出逸比降應(yīng)小于材料的允許滲透比降；根據(jù)本次地勘資料， 大壩填土臨界水力梯度為 ～ ；因此，大壩可能發(fā)生流土破壞，危及大壩安全。 為防止壩下游坡滲流破壞，在大壩下游主河槽段設(shè)置貼坡反濾。貼坡反濾設(shè)在壩后最下級(jí)邊坡，頂高程 34m，底部至壩腳，為 4 層結(jié)構(gòu)： 15cm 中粗砂、 15cm 瓜子片、 15cm 碎石、 30cm干砌塊石。在貼坡反濾底沿壩腳設(shè) M10 漿砌塊石排水溝，底寬 50cm，深 50cm。 圖例：上游生態(tài)護(hù)坡示意圖 35 圖 大壩上游現(xiàn)狀護(hù)坡 白蟻防治 該水庫不存在蟻害。 大壩滲流計(jì)算 東方紅水庫始建于 1976 年 10 月，建成于 1977 年 4 月。當(dāng)水庫 高水位運(yùn)行時(shí)，壩基出現(xiàn)滲漏、兩壩肩出現(xiàn)繞滲現(xiàn)象，影響大壩安全運(yùn)行，設(shè)計(jì)采用截滲處理。 本次除對(duì)現(xiàn)狀壩體滲流計(jì)算進(jìn)行復(fù)核外，主要是計(jì)算分析防滲加固處理后的效果。 （ 1）計(jì)算斷面及地層簡化 選取主河槽處的壩體橫斷面 0+080 作為大壩的典型橫剖面，進(jìn)行滲流計(jì)算，大壩座落在中風(fēng)化砂巖上。 計(jì)算斷面示意圖見圖 。 （ 2）計(jì)算參數(shù)選取 本工程計(jì)算斷面各土層滲透系數(shù)依照地質(zhì)報(bào)告地質(zhì)資料選取 （ 采用建議值 ） ，對(duì)地質(zhì)報(bào)告中未提供滲透系數(shù)的土層，則按該土層的地質(zhì)特性，根據(jù)工程類比選定。計(jì)算采用的各土層滲透系數(shù)取值見表 。 表 滲流計(jì)算參數(shù)表 土層 水平滲透系數(shù) （ cm/s） 垂直滲透系數(shù) （ cm/s） ①層：素填土 105 105 ②層：中風(fēng)化砂巖 105 105 （ 3）計(jì)算工況 根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》 （ SL2742021） 的有關(guān)規(guī)定，滲流計(jì)算選擇工況為： ①上游正常蓄水位與下游相應(yīng)的最低水位； ②上游設(shè)計(jì)洪水位與下游相應(yīng)的水位； 36 ③上游校核洪水位與下游相應(yīng)的水位； ④庫水位降落時(shí)上游壩坡穩(wěn)定最不利的情況。本工況計(jì)算上游坡水位降落后的浸 潤線位置，為上游坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算提供依據(jù)。因壩身為粘性土填筑，給水度值很小，在進(jìn)行上游水位降落工況邊坡穩(wěn)定計(jì)算時(shí)，可以近似認(rèn)為上游水位降落后，浸潤線位置不變。因此，本工況不再計(jì)算。 37 圖 滲流計(jì)算斷面示意圖 38 ①～③工況相應(yīng)水位組合見表 。 表 計(jì)算工況及相應(yīng)水位組合表 工況 上游水位 （ m） 下游水位 （ m） 備注 正常水位 下游水位均取壩后地面水位 設(shè)計(jì)水位 校核水位 （ 4）計(jì)算內(nèi)容及計(jì)算程序 根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》 （ SL2742021） 的有關(guān)規(guī)定，大壩滲流計(jì)算主要內(nèi)容為：確定壩體浸潤線位置繪制壩體及壩基的流網(wǎng)圖；確定壩體及壩基的滲流量；確定壩體及壩基的滲透坡降和出逸坡降并判斷其滲透穩(wěn)定性。所以本計(jì)算首先根據(jù)地質(zhì)報(bào)告和有關(guān)規(guī)范計(jì)算出堤身浸潤線、滲流等壓線，然后計(jì)算出大壩滲流量，最后確定壩基的水平滲透比降、下游滲流出逸段的出逸比降，并論證壩基及壩后滲流出逸段的滲透穩(wěn)定性。 主壩滲流計(jì)算采用二維穩(wěn)定滲流有限元法，計(jì) 算分析軟件采用河海大學(xué)土木工程學(xué)院開發(fā)的“ AutoBANK水工結(jié)構(gòu)有限元分析系統(tǒng)”。 （ 5）計(jì)算成果及分析 1）計(jì)算成果 丁壩水庫壩身及壩坡下游表層土為壤土，根據(jù)類似工程的滲透變形判定結(jié)果，確定出逸滲透破壞型式為流土型破壞；各相鄰?fù)翆又g均不會(huì)產(chǎn)生接觸沖刷和接角流失現(xiàn)象。防滲加固前后滲流計(jì)算成果見表 ；校核工況下大壩滲流等值線及水力坡降數(shù)值圖見圖 ~圖 。 表 大壩滲流計(jì)算主要成果表 工況 滲透比降 出逸高程 單寬滲流量 壩基水平比降 最大出逸比降 （ m） （ m3/） 正常水位 加固前 加固后 設(shè)計(jì)水位 加固前 加固后 校核水位 加固前 加固后 2）計(jì)算成果分析 ①大壩防滲加固前，大壩橫剖面上的計(jì)算等勢(shì)線分布符合一般均質(zhì)壩的滲流規(guī)律。從計(jì)算成果圖可以看出，按擬定的各 土層滲透系數(shù)計(jì)算所得壩內(nèi)浸潤線位置及滲流出逸點(diǎn)較高， 39 在校核水位時(shí)，下游壩坡出逸高程為 ，高出地面 。 根據(jù)滲流要素表，計(jì)算斷面上壩體與壩基接觸面上的最大水平比降為 ，小于壤土允許滲透比降 ，其滲透穩(wěn)定可以滿足要求；下游壩坡滲出段的最大出逸比降達(dá) ，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，重粉質(zhì)壤土的允許出逸比降一般為 ，因此，壩體下游坡腳滲出段有滲流穩(wěn)定基本滿足要求。大壩滲漏的原因應(yīng)為壩身填土局部不夠密實(shí)，壩基處理不徹底，壩基礎(chǔ)與壩身接觸滲漏造成的。 ②大壩防滲加固后，防滲墻后壩體浸潤線降低很多，有利 于壩體穩(wěn)定，出逸滲透比降很小。大壩截滲后，壩基礎(chǔ)與壩身接觸面得到了截滲處理，可以基本消除壩基滲漏、兩壩肩的繞滲現(xiàn)象。 40 圖 校核工況下大壩滲流等值線及水力坡降數(shù)值圖（截滲前） 41 圖 校核工況下大壩滲流等值線及水力坡降數(shù)值圖（截滲后） 42 壩坡穩(wěn)定計(jì)算 大壩為均質(zhì)土壩，現(xiàn)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 1∶ 。 （ 1） 計(jì)算剖面 根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，結(jié)合施工與運(yùn)行狀況選定主河床槽剖面為典型計(jì)算剖面進(jìn)行穩(wěn)定分析，與滲流計(jì)算剖面相同。 （ 2） 計(jì)算參數(shù)的確定 水庫從建成蓄水運(yùn)行已有 40 多年，壩體沉降基本穩(wěn)定，壩體材料物理力學(xué)參數(shù)有所改變。為了查明壩體填筑質(zhì)量，驗(yàn)證巖土物理力學(xué)參數(shù)和工程地質(zhì)條件，進(jìn)行了勘探鉆孔取樣和巖土物理力學(xué)性能試驗(yàn)。 根據(jù)本階段地質(zhì)勘察報(bào)告中提供的建議值，并類比類似工程有關(guān)參數(shù)，綜合選定各材料的計(jì)算參數(shù)，見表 。 表 大壩穩(wěn)定分析選用物理力 學(xué)指標(biāo)表 土料分區(qū) 濕容重γ （ g/cm3） 抗剪強(qiáng)度指標(biāo) C（ kPa） φ（176。） 填筑體 壩基 16 （ 3） 計(jì)算工況及安全標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（ SL2742021），大壩穩(wěn)定分析內(nèi)容包括穩(wěn)定滲流期的上、下游壩坡和水庫水位降落期的上游壩坡。大壩穩(wěn)定計(jì)算工況及安全標(biāo)準(zhǔn)見表 。 （ 4） 計(jì)算方法 壩坡抗滑穩(wěn)定分析，利用地質(zhì)報(bào)告提供的有效應(yīng)力參數(shù)，采用瑞典圓弧法進(jìn)行計(jì)算分析。計(jì)算程序采用河海大學(xué)研發(fā)的《土石壩穩(wěn)定分析系統(tǒng) — HHslope》，它可以進(jìn)行土石壩和土坡的施工期、運(yùn)行期、庫水位降落、地震等工況的有效應(yīng)力分析或總應(yīng)力分析及水位驟降時(shí)的總應(yīng)力分析。 43 表 穩(wěn)定計(jì)算工況及安全標(biāo)準(zhǔn) 部位 工況 洪水頻率 P 水庫水位 (m) 下游水位 (m) 安全標(biāo)準(zhǔn) 上游 壩坡 正常蓄水位 正常運(yùn)用條件 設(shè)計(jì)洪水位 5％ 校核洪水位 ％ 非常運(yùn)用條件 校核洪水位驟降至正常蓄水位 由 非常運(yùn)用條件 正常蓄水位緩降至死水位 由 至 非常運(yùn)用條件 下游 壩坡 正常蓄水位 正常運(yùn)用條件 設(shè)計(jì)洪水位 5％ 校核洪水位 ％ 非常運(yùn)用條件 （ 5） 穩(wěn)定計(jì)算成果分析 穩(wěn)定分析計(jì)算成果見表 。抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表明：在正常運(yùn)用條件下，上、下游壩坡最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于《規(guī)范》規(guī)定的 ；在非常運(yùn)用條件下，上、下游壩坡最小抗滑穩(wěn) 定系數(shù)滿足規(guī)范要求。 表 大壩壩坡最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù) 部位 工況 庫水位 (m) 下游水位（ m） 抗滑安全系數(shù) 上游 壩坡 正常蓄水位 設(shè)計(jì)洪水位 校核洪水位 校核洪水位突降至正常蓄水位 由 至 正常蓄水位突降至死水位 由 至 下游 壩坡 正常蓄水位 設(shè)計(jì)洪水位 校核洪水位 溢洪道工程加固設(shè)計(jì) 溢洪道位于大壩右壩肩，進(jìn)口設(shè)開敞式寬頂堰，堰頂高程 米，堰頂寬 7 米，堰下接長約 60m 的泄槽段，泄槽以下為天然沖坑和下游老河道。 洪道堰體為漿砌塊石結(jié)構(gòu)、泄槽底板以及兩側(cè)邊坡均用漿砌塊石護(hù)砌，現(xiàn)狀堰體結(jié)構(gòu)完 44 好，泄槽底板與兩側(cè)邊坡漿砌塊石擋墻護(hù)砌沖刷嚴(yán)重，普遍存在勾縫砂漿局部脫落，砌筑砂漿局部被淘空等現(xiàn)象，另外下游無消能設(shè)施，下泄洪水對(duì)老河道沖刷嚴(yán)重