某水庫初步設計(完整版)-閱讀頁

　　

【正文】 堰，進口底板高程為 ，底寬 。 本工程泄洪建筑物為壩頂開敞式溢流堰，堰形為寬頂堰，堰頂高程為 ，溢流凈寬 7米，按照《混凝土重力壩設計規范》有關計算方法，泄洪能力按下式計算： 322Q m B g H??? 式中： Q溢洪道溢流能力（ m3/s） H計入行進流速水頭的堰上水頭（ m） ε 側收縮系數 δ 堰流淹沒系數 m堰上流量系數，取 m= B堰流淹寬度（ m） 根據上述流量公式，按照本次工程措施及工程尺寸特性，計算不同水位情況下的流量系數 m、側收縮系數ε和相應的水庫水位流量成果表。 27 表 42 溢洪道水位～泄量關系表 庫水位 （ m） 泄量 (m3/s) 0 調洪計算成果 根據以上確定的水庫泄洪運用方式、水庫容積關系曲線及設計洪水成果分別對現狀和原設計泄洪建筑物泄量關系進行調洪演算，調洪成果見表 43。 工程等別、建筑物等級和洪水標準 東方紅水庫總庫容 16 萬 m3，最大壩高 ，根據《防洪標準》 （ GB 5020194） 和《水利水電工程等級劃分及洪水標準》 （ SL 2522021） ，屬小（ 2）型水庫，工程等別為Ⅴ等，大壩及主要水工建筑物為 5 級。 溢洪道消能防沖設施的設計洪水標準為 10年一遇 。 29 采用的主要文件 東方紅水庫地質鉆探報告； 東方紅水庫安全評估報告； 設計基本資料 （ 1）多年平均最大風速為 15m/s。 表 特征水位與流量 東方紅水庫 洪峰流量 （ m3/s） 下泄流量 （ m3/s） 庫水位 （ m） 下游水位 （ m） 10年一遇 20年一遇 （設計） 200年一遇 （校核） 死水位 蓄水位 （ 3）地形地質資料 （ 4）地震 根據《中國地震動參數區劃圖》及《中國地震動反應譜特征周期區劃圖》（ GB183062021），工程區地震動峰值加速度 ，對應地震基本烈度為 6 度。 大壩存在的主要問題 （ 1）大壩始建于 上世紀 70 年代，為均質土壩，主要由人工挑筑而成。大壩施工質量均達不到現行規范及設計要求，輸、泄建筑物現狀存在一定的安全隱患，放水涵洞及溢洪道等工程質量差；放水涵洞漏水；下游消能防沖設施有部分損壞。 （ 2）壩基出現滲漏、兩壩肩出現繞滲現象，影響大壩安全運行，需進行截滲處理。 （ 4）大壩背水坡無排水系統，大 壩無反濾排水設施，并且缺少必要的大壩安全監測設施，防汛防汛交通、通訊及管理設施不完善。壩頂在靜水位以上超高根據《小型水利水電工程碾壓式土石壩設計導則》（ SL18996）（以下簡稱“導則”），按下式計算： Y=R+A 式中： Y─壩頂在靜水位以上超高， m； R─風浪沿著壩坡的最大爬高， m； A─安全加高， m。多年平均最大風速為 15m/s，設計情況下 W 取多年平均最大風速的 倍，校核情況下 W 取多年平均最大風速；設計情況下壩前水深 （水域平均水深 ），校核情況下壩前水深 （水域平均水深 ）；設計情況風區長 ，校核情況下風區長度 。 根據 “導則”，安全加高正常運用情況取 ，非常情況取 。東方紅水庫大壩為均質土壩，現有壩頂高程 。 表 大壩壩頂超高及高程計算成果表 設計條件 設計水位（ m） 壩頂超高（ m） 計算壩頂高程（ m） 設計（ 5%） 校核（ %） （ 2） 壩頂加高設計 根據壩頂高程復核結果，頂設 計高程為 ， 大壩局部高程不滿足設計要求，但欠高不多。因此，主壩壩頂加固措施為：采用在壩頂修建防汛道路，墊高路基的方式使主壩壩頂高程達標。 為完善壩頂交通，設計于大壩壩頂鋪設路面。路面結構為：上層為厚 混凝土路面，下層為厚 。 壩頂下游側設 C25 混凝土路緣石，厚 10cm，頂部與路面齊平。大壩采用防滲墻截滲。防滲墻布置：自壩頂軸線 32 方向布置 防滲墻，根據規范，墻頂高程不低于于非常運用得靜水位，因此墻頂高程取校核洪水位為 ，截滲墻深入壩基強風化巖中 ，最大深度約 ，防滲墻面積 2259m2。混凝土防滲墻具有適用范圍廣、適用性強、施工條件要求低且安全、可靠的特點，但施工速度較慢。 （ 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是運用特制的多頭小直徑深層攪拌樁機把水泥漿噴土體，同時鉆頭旋轉攪拌，使噴入土層的水泥漿液與原土充分拌和在一起，形成抗壓強度比天然土強度高得多，滲透系數較小，并具有整體性、水穩定性的樁柱體。 （ 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的粘土心墻。 （ 4）方案四：劈裂灌漿 劈裂灌漿 利用最小主應力面和堤軸線方向一致的，根據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，同時漿壓將筑堤土壓密，最終在堤內順堤向形成密實、垂直、連續、有一定厚度的漿液防滲固結體，從而達到防滲加固的目的 。孔距 :河槽段 4m，岸坡段 ，孔深以進入 壩 基 ，灌漿孔口壓力為 0～ ，帷幕厚度：平均 50～ 200mm（累計）。副排孔沿主排孔上游布置。 以上四種方案在技術上都是可行的，均能夠達到控制壩體和壩基滲流，降低壩體浸潤線的目的。 方案一：優點是河槽段塑性混凝土防滲墻對各種土層適應性強，墻體開槽澆筑，施工質量直觀明了，墻體連續性好，防滲性能可靠，墻體耐久性好，墻體為塑性，可適應壩體的變形與壩身土結合緊密。 方案三：優點是上部采用粘土井柱墻防滲直觀可靠，施工速度快。 方案四： 優點是設備簡單，施工期 較 短，造價便宜，質量穩定可靠。 工藝要求較高，要有專業隊伍施工。 表 防滲墻方案投資對比表 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（元 /m2） 310 100 115 120 造價 (萬元 ) 工期（天） 60 35 40 45 上述四種加固處理方案在技術上均可滿足壩體防滲要求。因此，防滲加固設計推薦采用方案二多頭小直徑 墻方案 。防滲墻厚度根據其允許滲透坡降［ J］ =60，結合施工可 能產生的垂直偏差，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。 上下游護坡 現狀大壩上游 以下為預制混凝土護坡， 至壩頂 無護坡，壩坡不平，雜草叢生，不利于大壩管理，也不利于防汛查險。見圖 a)上游護坡 高程 至壩頂采用生態草坪 護坡。護砌結構為：采用直徑 40cm 正六邊形中間鏤空、壁厚 5cm、高 20cm 預制塊拼砌，預制塊中間填種植土，土面為撒草籽草皮。 b)下游護坡 34 下游坡采用框格草皮護坡。格埂為 C20 現澆混凝土，斷面。 c)下游壩底設貼坡反濾及新建排水系統 下游壩底原有排水棱體與反濾設計，未設計排水溝，至使下游壩底滲水無組織排放，影響大壩的安全。 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問題為壩腳滲漏嚴重極可能產生滲透破壞。 根據《碾壓式土石壩設計規范》 (SL2742021)規定，在沒有反濾層保護時，壩體滲流出逸比降應小于材料的允許滲透比降；根據本次地勘資料， 大壩填土臨界水力梯度為 ～ ；因此，大壩可能發生流土破壞，危及大壩安全。貼坡反濾設在壩后最下級邊坡，頂高程 34m，底部至壩腳，為 4 層結構： 15cm 中粗砂、 15cm 瓜子片、 15cm 碎石、 30cm干砌塊石。 圖例：上游生態護坡示意圖 35 圖 大壩上游現狀護坡 白蟻防治 該水庫不存在蟻害。當水庫 高水位運行時，壩基出現滲漏、兩壩肩出現繞滲現象，影響大壩安全運行，設計采用截滲處理。 （ 1）計算斷面及地層簡化 選取主河槽處的壩體橫斷面 0+080 作為大壩的典型橫剖面，進行滲流計算，大壩座落在中風化砂巖上。 （ 2）計算參數選取 本工程計算斷面各土層滲透系數依照地質報告地質資料選取 （ 采用建議值 ） ，對地質報告中未提供滲透系數的土層，則按該土層的地質特性，根據工程類比選定。 表 滲流計算參數表 土層 水平滲透系數 （ cm/s） 垂直滲透系數 （ cm/s） ①層：素填土 105 105 ②層：中風化砂巖 105 105 （ 3）計算工況 根據《碾壓式土石壩設計規范》 （ SL2742021） 的有關規定，滲流計算選擇工況為： ①上游正常蓄水位與下游相應的最低水位； ②上游設計洪水位與下游相應的水位； 36 ③上游校核洪水位與下游相應的水位； ④庫水位降落時上游壩坡穩定最不利的情況。因壩身為粘性土填筑，給水度值很小，在進行上游水位降落工況邊坡穩定計算時，可以近似認為上游水位降落后，浸潤線位置不變。 37 圖 滲流計算斷面示意圖 38 ①～③工況相應水位組合見表 。所以本計算首先根據地質報告和有關規范計算出堤身浸潤線、滲流等壓線，然后計算出大壩滲流量，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定性。 （ 5）計算成果及分析 1）計算成果 丁壩水庫壩身及壩坡下游表層土為壤土，根據類似工程的滲透變形判定結果，確定出逸滲透破壞型式為流土型破壞；各相鄰土層之間均不會產生接觸沖刷和接角流失現象。 表 大壩滲流計算主要成果表 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 設計水位 加固前 加固后 校核水位 加固前 加固后 2）計算成果分析 ①大壩防滲加固前，大壩橫剖面上的計算等勢線分布符合一般均質壩的滲流規律。 根據滲流要素表，計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 ，其滲透穩定可以滿足要求；下游壩坡滲出段的最大出逸比降達 ，根據經驗，重粉質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定基本滿足要求。 ②大壩防滲加固后，防滲墻后壩體浸潤線降低很多，有利 于壩體穩定，出逸滲透比降很小。 40 圖 校核工況下大壩滲流等值線及水力坡降數值圖（截滲前） 41 圖 校核工況下大壩滲流等值線及水力坡降數值圖（截滲后） 42 壩坡穩定計算 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 1∶ 。 （ 2） 計算參數的確定 水庫從建成蓄水運行已有 40 多年，壩體沉降基本穩定，壩體材料物理力學參數有所改變。 根據本階段地質勘察報告中提供的建議值，并類比類似工程有關參數，綜合選定各材料的計算參數，見表 。） 填筑體 壩基 16 （ 3） 計算工況及安全標準 根據《碾壓式土石壩設計規范》（ SL2742021），大壩穩定分析內容包括穩定滲流期的上、下游壩坡和水庫水位降落期的上游壩坡。 （ 4） 計算方法 壩坡抗滑穩定分析，利用地質報告提供的有效應力參數，采用瑞典圓弧法進行計算分析。 43 表 穩定計算工況及安全標準 部位 工況 洪水頻率 P 水庫水位 (m) 下游水位 (m) 安全標準 上游 壩坡 正常蓄水位 正常運用條件 設計洪水位 5％ 校核洪水位 ％ 非常運用條件 校核洪水位驟降至正常蓄水位 由 非常運用條件 正常蓄水位緩降至死水位 由 至 非常運用條件 下游 壩坡 正常蓄水位 正常運用條件 設計洪水位 5％ 校核洪水位 ％ 非常運用條件 （ 5） 穩定計算成果分析 穩定分析計算成果見表 。 表 大壩壩坡最小抗滑穩定安全系數 部位 工況 庫水位 (m) 下游水位（ m） 抗滑安全系數 上游 壩坡 正常蓄水位 設計洪水位 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 設計洪水位 校核洪水位 溢洪道工程加固設計 溢洪道位于大壩右壩肩，進口設開敞式寬頂堰，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