某水庫(kù)初步設(shè)計(jì)(完整版)(參考版)

　　

【正文】 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(wú)消能設(shè)施，下泄洪水對(duì)老河道沖刷嚴(yán)重。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。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(kù)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。大壩穩(wěn)定計(jì)算工況及安全標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)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。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)。 （ 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。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。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。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(rùn)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 。防滲加固前后滲流計(jì)算成果見(jiàn)表 ；校核工況下大壩滲流等值線及水力坡降數(shù)值圖見(jiàn)圖 ~圖 。 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(kāi)發(fā)的“ AutoBANK水工結(jié)構(gòu)有限元分析系統(tǒng)”。 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(rùn)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。因此，本工況不再計(jì)算。本工況計(jì)算上游坡水位降落后的浸 潤(rùn)線位置，為上游坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算提供依據(jù)。計(jì)算采用的各土層滲透系數(shù)取值見(jiàn)表 。 計(jì)算斷面示意圖見(jiàn)圖 。 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。 大壩滲流計(jì)算 東方紅水庫(kù)始建于 1976 年 10 月，建成于 1977 年 4 月。在貼坡反濾底沿壩腳設(shè) M10 漿砌塊石排水溝，底寬 50cm，深 50cm。 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。 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 。本次在壩底設(shè)計(jì)排水溝如下圖。框格中填種植土并植草皮。混凝土框格面積 3000x3000。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 ） 。 生態(tài)草坪護(hù)坡高程為 （壩頂）。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。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 。 （ 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。方案二投資小，工期短，在小水庫(kù)防滲加固工程中施工經(jīng)驗(yàn)多，工程實(shí)施容易。 以上 4 種種方案成墻面積為 2259m2，投資對(duì)比見(jiàn)表 。缺點(diǎn)是： 泥漿墻的硬化固結(jié)時(shí)間長(zhǎng)，在灌漿施工中會(huì)出現(xiàn)大量的裂縫、冒漿、位移等。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 。方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比較如下。通過(guò)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。主 排孔沿壩軸線布置，以建立連續(xù)的防滲帷幕 。 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。同時(shí)夯實(shí)對(duì)井孔壁周?chē)耐馏w有擠實(shí)作用，增加其密實(shí)度。將樁柱體互相搭接成一列，形成連續(xù)墻體起到截滲作用。 本方防滲墻施工需要 5m 寬的施工平臺(tái)，可將壩頂削低 ，施工完畢后恢復(fù)。 （ 1）方案一： 塑性混凝土防滲墻 混凝土防滲墻是利用專(zhuān)用的造孔設(shè)備營(yíng)造孔槽，采用泥漿護(hù)壁，用導(dǎo)管在注滿泥漿的槽孔中澆注混凝土并置換出泥漿，形成墻體。 根據(jù)目前的施工技術(shù)水平，垂直截滲可選擇塑性混凝土防滲墻、沖抓套井粘土井柱防滲墻以及多頭小直徑深層攪拌噴灌漿防滲墻、劈裂灌漿等四種方案。 大壩防滲加固設(shè)計(jì) 鑒于土壩填筑質(zhì)量差，高水位時(shí)壩腳滲漏嚴(yán)重，防滲不滿足要求，需進(jìn)行防滲處理，以防止大壩產(chǎn)生滲透破壞，并降低壩體浸潤(rùn)線，減小滲流量，提高大壩穩(wěn)定性。路面設(shè)置向下游側(cè) 3%的橫坡，以利排水。采用混凝土路面，路長(zhǎng) 251m，寬 。 （ 3）壩頂路面 壩頂防汛道路是大壩防汛的主要通道，現(xiàn)狀壩頂未設(shè)防汛道路，致使壩頂雜草叢生，平整度極差，不能滿足防汛搶險(xiǎn)期的交通要求，也不滿足規(guī)范要求。大壩壩頂坑洼不平，壩頂高程與設(shè)計(jì)頂高程相差不大，在主壩壩頂增加混凝土防汛路面后，壩頂高程可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。由表 可知，東方紅水庫(kù)大壩壩頂高程由校核洪水位控制，現(xiàn)狀條件下計(jì)算壩頂高程為 ，現(xiàn)有壩頂高程部分不滿足防洪要求 。 大壩壩頂超高及壩頂高程計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 。 波 浪的平均波高和平均波周期宜采用莆田試驗(yàn)站公式，按下列二式計(jì)算： ?????????????????????????????????????????????????222WgHthWgDthWgHthWghmmm Tm= 式中： hm─平均波高， m； Tm─平均波周期， s； W─計(jì)算風(fēng)速， m/s； D─風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度， m； 31 Hm─水域平均水深， m； g─重力加速度，取 平均波長(zhǎng)可按下式計(jì)算： ?22mm gTL ? 經(jīng)計(jì)算，設(shè)計(jì)情況下最大波浪爬高為 ，校核情況下最大波浪爬高為 。 風(fēng)浪沿著壩坡的最大爬高按式mm LhmKKRm ??? ? 21 ?計(jì)算，式中： K△ ─斜坡糙率滲透性系數(shù)； Rw─經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，由風(fēng)速、壩前水深 h、重力加速度 g所組成的無(wú)維量 ghW/求得，設(shè)計(jì)情況下 Kw取 ，校核情況下 Kw取 。 壩頂高程復(fù)核及壩頂改造 （ 1） 壩頂高程復(fù)核 根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（ SL2522021）中有關(guān)規(guī)定，確定東方紅水庫(kù)大壩為 5級(jí)建筑物。 30 （ 3）大壩迎水面護(hù)坡為砼預(yù)制塊護(hù)砌，目前護(hù)砌至 高程，由于湖面廣，風(fēng)浪較大，需將護(hù)坡砌至壩頂。放水涵為 Φ 200 鑄鐵管，啟閉機(jī)已損壞，并未建啟閉機(jī)房。由于當(dāng)時(shí)施工條件、技術(shù)落后，大壩只進(jìn)行了部分清基。 大壩加固設(shè)計(jì) 大壩為均質(zhì)土壩，現(xiàn)狀壩頂高程 ，最大壩高 ，壩長(zhǎng) 251m，壩頂寬 ，壩上游坡約 1∶ ，壩下游坡比 1∶ 。 （ 2）特征水位與流量 除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)采用的特征水位與流量見(jiàn)表 。 采用的技術(shù)規(guī)程和規(guī)范 《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（ GB 5020194）； 《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（ SL 252— 2021）； 《水利水電工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告編制規(guī)程》（ DL 502193）； 《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計(jì)導(dǎo)則》（ SL18996） 《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（ GB183062021）； 《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》（ SL 2532021）； 《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（ SL1912021）； 《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（ SL20397）； 《水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范》（ DL50771997）； 《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》（ SDJ 33889）； 《水利水電工程環(huán)境影響評(píng)價(jià)規(guī)范》〔 SDJ30288（試行）〕 《水利水電工程啟閉機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》（ SL4193）； 《 水庫(kù)工程管理設(shè)計(jì)規(guī)范》（ SL10696）； 《土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（ SL 6094）。大壩為均質(zhì)土壩，根據(jù)水總 [2021]428 號(hào)《重點(diǎn)小型病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)指導(dǎo)意見(jiàn)》和《安徽省小水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)指導(dǎo)意見(jiàn)》的精神，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)采用 20 年一遇設(shè)計(jì)、 200 年一遇校核。 表 43 東方紅水庫(kù)洪水調(diào)節(jié)計(jì)算成果表 頻率 P（ %） 5 洪峰流量（ m3/s） 最高洪水位（ m） 相應(yīng)總庫(kù)容（萬(wàn) m3） 相 應(yīng)滯洪庫(kù)容（萬(wàn) m3） 最大下泄流量（ m3/s） 28 5 加固工程設(shè)計(jì) 根據(jù)《現(xiàn)場(chǎng)檢查報(bào)告》、《安全評(píng)估報(bào)告》的結(jié)論，東方紅水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程主要建設(shè)內(nèi)容：迎水坡砼預(yù)制塊護(hù)坡， 背水坡排水系統(tǒng)和排水棱體，壩頂防汛道路，溢洪道修復(fù)，修建擋土墻，更換放水涵啟閉機(jī)和閘門(mén)，并新建啟閉機(jī)房等。 加固改造后的東方紅水庫(kù)正常溢洪道水位、泄量關(guān)系分別列于表 42。 泄洪設(shè)施的泄洪能力 加固改造后的東方紅水庫(kù)正常溢洪道水位、泄量關(guān)系分別列于表 42。超出汛限水位水庫(kù)自由泄洪，汛限水位為 ，本次除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)起調(diào)水位為 。 水庫(kù)洪水調(diào)洪計(jì)算條件 庫(kù)容曲線 東方紅水庫(kù)無(wú)法找到庫(kù)容曲線資料，本次根據(jù)萬(wàn)分之一的實(shí)測(cè)地形圖進(jìn)行量算求得。本次根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（ SL2522021）的有關(guān)規(guī)定，結(jié)合《安徽省小水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)指導(dǎo)意見(jiàn)》的精神，復(fù)核洪水標(biāo)準(zhǔn)仍采用 20 年一遇設(shè)計(jì)， 200年一遇校核。 水庫(kù)加固洪水標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù) 2021 年安全復(fù)核，東方紅水庫(kù)總庫(kù)容 萬(wàn) m3，屬小（ 2）型水庫(kù)，工程等別為五等，大壩及主要水工建筑物為 5級(jí)。 除險(xiǎn)加固工程措施與建設(shè)內(nèi)容 本次水庫(kù)除險(xiǎn)加固，以不改變 水庫(kù)設(shè)計(jì)正常蓄水位和汛限水位，不改變水庫(kù)以灌溉為主兼有防洪與養(yǎng)殖等綜合功能，不降低水庫(kù)工程效益，不增加庫(kù)區(qū)淹沒(méi)范圍為原則。 25 綜上所述，東方紅水庫(kù)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；溢洪道、放水涵洞存在安全隱患；缺少必要的大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)施等，應(yīng)屬“三類(lèi)壩”，建議盡快除險(xiǎn)加固。 （ 3）大壩迎水面護(hù)坡為砼預(yù)制塊護(hù)砌，目前護(hù)砌至 高程，由于湖面廣，風(fēng)浪較大，需將護(hù)坡砌至壩頂。放水涵為 Φ 200 鑄鐵管，啟閉機(jī)已損壞，并未建啟閉機(jī)房。由于當(dāng)時(shí)施工條件、技術(shù)落后，大壩只進(jìn)行了部分清基。根據(jù) 2021 年安全復(fù)核計(jì)算，現(xiàn)狀 20 年一遇設(shè)計(jì)洪水位 ，200 年一遇校核洪水位 ，壩體、泄洪設(shè)施及管理設(shè)施等存在一定的安全隱患。水庫(kù)集雨面積 km2。 大壩無(wú)觀測(cè)設(shè)施，汛期只能憑借堰頂高程加滾流厚度推算水庫(kù)水位。日常管理由村負(fù)責(zé)維修、防洪、灌溉等工作， 2021 年水庫(kù)進(jìn)行加固維修。 水庫(kù)設(shè)計(jì)灌溉面積 1000 畝，保護(hù)著下游 萬(wàn)人、 萬(wàn)畝耕地和 S314 省道的防洪安全。 放水涵為 Φ 200 鑄鐵管，啟閉機(jī)已損壞，并未建啟閉機(jī)房。 水庫(kù)大壩為均質(zhì)土壩，現(xiàn)狀壩頂高程 ，最大壩高 ，壩長(zhǎng) 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(hù)坡，下游坡無(wú)護(hù)坡。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(kù)。 水庫(kù)大壩壩區(qū)及近壩庫(kù)區(qū)天然邊坡未發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。屬中硬土，屬微～弱透水層。其壩基土層從兩側(cè)到中部變化較大，所存在的工程地質(zhì)問(wèn)題也所不同，現(xiàn)對(duì)其分述如下： 主壩及溢洪道 水庫(kù)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。 壩身填土所選土料的土質(zhì)較好，但填筑質(zhì)量較差，壓實(shí)不夠密實(shí)。現(xiàn)分段評(píng)述如下 。 壩身填土的滲透性 本次勘察除對(duì)壩身土各原狀土進(jìn)行了垂直及水平兩種滲透系數(shù)的室內(nèi)試驗(yàn)。地下水位的動(dòng)態(tài)明顯受大氣降水、庫(kù)水及蒸發(fā)影響。各巖土層的物理力學(xué)性質(zhì)詳見(jiàn)土工試驗(yàn)報(bào)告及 分層物理力學(xué)性質(zhì)統(tǒng)計(jì)表。巖芯呈短柱狀，密實(shí)狀態(tài)，原巖風(fēng)化成砂土狀，遇水易軟化，含泥質(zhì)、云母片等，裂隙發(fā)育。現(xiàn)敘述如下： ③層中風(fēng)化砂巖 (J)：此層未鉆穿，最大鉆遇厚度 米。此層土屬于中等偏低壓縮性土。 21 褐黃、黃褐、黃色，濕，硬塑～堅(jiān)硬狀態(tài)，含鐵錳氧化物、鐵錳結(jié)核、少量灰白、青灰色高嶺土團(tuán)塊。 壩基工程地質(zhì)條件 （ 1）壩基工程地質(zhì)條件概況 水庫(kù)大壩主壩主要座落于第四系上更新統(tǒng)（ Q3al+pl）沉積沖積地層。此層土屬高壓縮性土。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(tài)，濕。該層由大壩人工填土及耕土兩部分組成。現(xiàn)描述如下： ① 層素填土，粘土及壤土（ Q4ml）：層厚 ～ 米，層底標(biāo)高 ～ 米，褐黃色為主，褐、黃、灰等色。 工程 地質(zhì)條件綜述 壩身工程地質(zhì)條件概況 （ 1）壩身工程地質(zhì)條件概述 水庫(kù)大