某水库初步设计.pdf
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1、-1-1 综合说明 绪言 1、工程地理位置 XX 水库地处 XXXX 村 XX 西公里处,属嫩江水系XX 河流域一级支流蛟流河的分支流八户山河。其地理位置:东经 0,北纬 0,该水库距 XX 政府所在地突泉镇 80km。2、工程任务 XX 水库的工程任务:以防洪为主,兼顾水产养殖。XX 水库是蛟流河防洪工程体系中的重要工程之一。蛟流河属嫩江水系 XX 河的一级支流,这些水库共同担负着蛟流河流域的防洪、灌溉等重任,为保护流域内人民的生命财产安全,发展农业,发挥了极其重要的作用。养鱼:XX 水库目前养鱼品种有鲫鱼、白鲢等,年产商品鱼可达 2180 公斤左右。综上所述,作为小()型水库XX 水库在防
2、洪、养殖等方面发挥的作用是比较突出的。3、工程除险加固的缘由(1)XX 水库始建于 1967 年,1971 年全部工程交付使用,现状总库容 13.58104m3,水库主体工程由大坝、输水洞、溢洪道三部分组成。水库大坝为砂壤土均质坝,坝长 180m,坝顶高程,坝顶宽,-2-大坝迎水坡为 12,干砌石护坡,背水坡马道上坡比 1,马道以下坡比 1。下游没有排水体。现状溢洪道堰顶宽 10 米,堰长 29 米,堰顶高程 5 米。为开敞式宽顶堰型。输水洞位于大坝左端,为塔式输水洞,洞体内径为米,圆涵。输水洞全长(包括进水塔在内)17 米,洞净长,洞底纵坡 1/200。(2)工程存在的问题 XX 水库兴建时
3、,由于受当时历史条件的限制,设计施工都很简单,随着水库的运行,虽然也曾对水库建筑物进行过维修,但水库已运行了三十六年,尤其是经受了“98”大洪水的袭击后,水库建筑物遭受到了严重破坏,现在工程主要突出存在以下几个方面的问题:a、XX 水库防洪标准偏低,工程实际防洪能力不足百年,达不到防洪标准(GB50201-94)中规定的 100 年校核防洪标准。b、水库大坝上游护坡年久失修,护坡块石松动变形,岩石风化,剥蚀严重,且已有多处脱落;c、坝顶最窄处宽度仅为,不满足小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则(SL189-96)中第条规定(坝顶宽度 36m);d、由于库区淤积,溢洪道堰顶高程低于现状死水位,目
4、前靠堰前土堤挡蓄水。e、输水洞已完全淤死,闸门锈蚀,启闭机失灵。-3-f、水库缺少必要的管理设施和观测设备,造成无法及时了解有关汛情信息和掌握水库建筑物的运行状态,缺少水库上坝抢险路。(3)除险加固的缘由 XX 水库由于其特殊的地理位置,承担着保护下游人民生命财产安全的重任。但水库经过三十六年的运行,存在着如上所述的诸多问题,这些问题的存在,直接影响了水库效益的发挥。尤其是水库大坝损坏严重,溢洪道及泄水渠断面尺寸不够,已严重危及水库的安全,一旦水库失事,将直接影响下游人民生命财产安全。因此尽早进行XX水库的除险加固工程是必要的,也是紧迫的。4、大坝安全鉴定结论、意见和建议(1)大坝安全鉴定结论
5、 1)通过复核,根据防洪标准GB50201-94,确定该水库工程规模为小(II)型水库,工程等别为 V 等,主要建筑物的级别为5 级,防洪标准为 10 年一遇洪水设计,20 年一遇洪水校核。2)设计洪水复核采用地区综合分析方法计算,各水文测站的实测水文系列到 1998 年,系列较长,成果合理,可靠。计算的各频率的洪峰流量、洪量成果与原设计比较偏大,故采用本次复核成果。3)根据调洪演算成果,XX 水库现有的抗洪能力不足 10 年,-4-实际的抗洪能力不能满足国家现行规范防洪标准GB50201-94要求,达不到 100 年校核标准,属于 C 级。根据水库大坝安全评价导则SL258-2000 中 9
6、.3 条,大坝属于三类坝。4)根据水库大坝的施工及运行情况看,大坝坝顶高程不够,坝下游坡过陡,坝顶宽度太窄等,上游护坡块石料径大小不一,块石砌筑质量也高低不平。根据 水库大坝安全评价导则 SL258-2000中 2.6 条,该水库的大坝工程质量定为不合格。5)溢洪道控制段溢流堰已被剥蚀,浆砌石砌体有破坏现象,堰顶高程低于现状死水位,翼墙顶高程低于设计高程,且多处出现较大裂缝;溢洪道左侧翼墙除控制段翼墙外均未修建;溢洪道导流墙发生不均匀沉陷;消力池未端底部冲刷淘空。根据水库大坝安全评价导则 SL258-2000 中 2.6 条,溢洪道的工程质量定为不合格。6)输水洞已全部淤死,输水洞闸门锈蚀严重
7、,启闭机失灵。根据水库大坝安全评价导则SL258-2000 中 2.6 条,输水洞的工程质量定为不合格。7)通过对坝体施工质量调查及现场查看,大坝没有明显的不均匀沉降、裂缝、集中渗漏等现象。依据 水库大坝安全评价导则(SL258-2000)附录 B 中表 B2-1 规定,该水库土石坝变形安全性分级定为 A 级。8)土坝抗滑稳定安全系数大于小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则SL189-96 允许的安全系数,满足规范要求。依据-5-水库大坝安全评价导则(SL258-2000)附录 B 中表 B2-1 规定,其抗滑稳定安全性定为 B 级。9)渗流稳定计算结果表明大坝不会产生渗透破坏。根据水库大坝安
8、全评价导则 SL258-2000中 6.6 条,该水库渗流性安全评价为 A 级。10)因输水洞闸门和启闭机在正常运用特别是紧急情况下,已不能保证闸门正常开启,依据水库大坝安全评价导则(SL258-2000)中 8.5.3 条,该水库金属结构安全性定为 C 级。11)水库没有供电、通信系统及监测管理设施和抗洪抢险设备,需修建水库管理所办公室。根据水库大坝安全评价导则SL258-2000 中对大坝运行管理的要求,XX 水库大部分都未达到,结果评为差。(2)建议 1)从大坝总体变形看,大坝是稳定的。只是需要将大坝加高、培厚达到设计断面。为保证大坝安全运行,防止风浪淘刷坝体,建议将大坝上游原干砌石护坡
9、重新翻修,大坝下游增设贴坡排水。2)溢洪道堰顶高程低于现状死水位,建议重新修建溢洪道。3)原输水洞已淤死,由于库区淤积水库不做灌溉要求,因此,拆除原输水洞。4)增设供电、通信系统。5)修建水库管理房一栋,建筑面积 200m2。-6-6)修建上坝抢险路。5、勘察设计工作过程 本次 XX 水库除险加固工程的设计,是在 2007 年 6 月实测的水库库区地形图和地质勘察等资料的基础上,依据该水库大坝安全鉴定结论的意见和建议的基础上进行的。完成的测量工作 a、XX 水库库区地形图(12000)b、XX 水库坝址区地形图(11000)c、大坝纵、横断面图 d、溢洪道纵、横断面图 完成的地质勘察工作 本次
10、地勘钻孔 8 个,分别位于坝址区和取料场处。水文 1、自然概况 XX 水库位于嫩江流域 XX 河右岸支流蛟流河中游八户山河上,坝址处地理坐标为:东经 1210700,北纬 454145。坝址以上控制流域面积 25km2,多年平均径流量 150104m3,坝址以上河段长 6.5 公里,有两条支流在坝址上游 3.2 公里处汇合,河道比降11,河谷宽 200260m。蛟流河是 XX 河右岸的一级支流,发源于大兴安岭余脉的老头山,流经 XX,在吉林省洮南地区野马吐附近汇入 XX 河。蛟流河-7-流域面积 6469.35 km2,干流全长 179.1km,上段平均比降 1/3001/400 之间,下段平
11、均比降 1/600 左右。2、气象 XX,历史极端最高气温 40,历史。降水的分配不均匀。多年平均降雨量 411mm,多年平均蒸发量 1995mm,多年平均日照时数 2836h。多年平均风速 4.1m/s,历年最大风速达 25 m/s,全年结冰时间 160 天左右,历年最大冻土深可达 1.95m,平均初霜日为10 月 2 日,终霜日为 4 月 13 日,无霜期 193.4 天。3、水文基本资料 蛟流河上有双城水库(坝上、坝下)、高家屯、务本 3 个水文站及协力、六户两个雨量站。双城水库 1959 年建成,1972 年开始进行水文观测。高家屯站设立于 1960 年,1964 年开始进行水文观测,
12、该站于 1988 年下迁至杜尔基大桥,改名为杜尔基站。务本站原为瓦房站,设立于 1949年 8 月。协力雨量站 1978 年建站,资料系列短。六户雨量站 1952年 7 月建站,资料系列短。归流河干流上有大石寨水文站,成立于1954 年 11 月,原为水位站,1958 年 6 月改为水文站。在归流河一级支流巴拉格歹河上有保隆水文站,成立于 1961 年 7 月,观测的项目有水位、流量、输沙率、冰情等。另外,在 XX 河干流上分别有五岔沟、索伦、察尔森、镇西等水文站,实测流量资料均在 40 年以上,其资料成果可供参考使用。-8-4、径流 XX 水库没有流量观测资料,其径流只能以邻近河流水文站为参
13、证站,考虑高家屯水文站位于蛟流河中游,控制流域面积(2012km2),远远大于 XX 水库控制流域面积(25 km2),选其作为参证站明显不合理,而与 XX 水库邻近的位于归流河支流巴拉格歹河上的保隆水文站,无论其气候成因还是下垫面因素都与 XX 水库相近,故将其作为参证站,并参考地区年径流深等值线图来计算XX 水库的多年平均年径流量。由保隆站 1963 后 2003 年共 41 年流量资料还原后的长系列按连续系列进行频率计算,P-III 型曲线配线,计算出保隆站多年平均年径流量为 2307104m3,Cv=1.0,CS/Cv。根据兴安盟地区径流深等值线图(摘自 2004 年编制的全国第二次水
14、资源综合利用规划),查得 XX 水库坝址处多年平均年径流深为 60mm,参考保隆站的年径流量计算成果,取 Cv1.0,Cs/Cv2.5,由此算出 XX 水库的年径流设计成果见表 1-2-1。表 1-2-1 XX 水库年径流设计成果表 单位:104m3 项目 集水面积(km2)特征值 P()均值 Cv Cs/Cv 50 75 XX 水库 25 150 96 5、洪水(1)洪水特性 -9-蛟流河洪水多由暴雨形成,由于植被较差,常常是发生暴雨就产生洪水,无雨既干,洪水年际间变化很大。洪水主要发生在 69 月份,尤以 7 月中下旬至 8 月中旬为最多。蛟流河一次洪水过程一般是 510 天,主峰多集中在
15、 3 天,洪水往往是一次洪峰未尽,另一次洪峰又起,形成双峰或多峰。归流河流域洪水与蛟流河流域洪水有同样的特性,也主要发生在 69 月份,尤以 7 月中下旬至 8 月中旬为最多。洪水的年际变化也很大,保隆站实测洪峰系列最大值 177m33/s,发生在 1972 年,最大值与最小值相差非常悬殊。本流域一次洪水过程一般也是 510 天,主峰也多集中在 3 天。(2)历史洪水 XX 河流域历史洪水根据内蒙古自治区水利水电勘测设计院2000 年 2 月做的嫩江XX 河流域防洪规划成果,各站历史洪水排位详见表 2-5-1。(3)设计洪水 根据嫩江干支流防洪规划中的成果,绘制 XX 河流域各站洪峰、洪量设计
16、值与面积关系,各站洪水设计值具有较好的地区综合分布规律,没有明显的不合理现象。根据地区综合分析成果,计算出 XX 水库设计洪水成果详见表1-2-2。表 1-2-2 XX 水库设计洪水成果 -10-控制点 项 目 P()Qp XX 水库 洪峰流量(m3/s)5 52 2 82 1 110 一日洪量(104m3)5 136 2 209 1 285 三日洪量(104m3)5 246 2 391 1 503 设计洪水过程线选用保隆站 1998 年 8 月 8 日11 日出现的峰高量大的实测洪水过程线作典型过程,根据设计洪水成果,采用分时段同频率控制放大法放大典型洪水过程,分别计算出水库不同频率的设计洪
17、水过程。6、泥沙 XX 水库没有泥沙观测资料,根据高家屯站 19772000 年完整的悬沙观测资料统计,多年平均悬移质年输沙量为 81.8110433,最小断面含沙量为零,一般在结冰期常出现。XX 水库从 1971 年大坝合拢至今已运行了 36 年,根据水库建库时的库区地形图及 2007 年实测的库区现状地形图,经过分析计算,得出水库运行 36 年共淤积了 11.57104m3,年平均淤沙量为0.32104m3/年。7、水质及地下水 该工程所在地区地表水水化学类型为 HCO3CaNaMg 型,矿化度为 0.18g/l,PH 值为 7.8;地下水水化学类型为 HCO3CaMg-11-型,矿化度为
18、 0.3g/l,PH 值为 7.3。经评价本区地表水、地下水均对砼无腐蚀性。XX 水库位于大兴安岭的东南麓,区内大部分地区为山地。地势起伏较大,沟谷发育,地下水的形成、分布、埋藏、循环、富水性等水文地质条件受地形、岩性、地质构造、水文气象等因素的控制。本区地下水含水层分为松散岩类孔隙潜水含水层和基岩裂隙水含水层。松散岩类孔隙潜水含水层主要分布在 XX河冲积而成的河谷平原、扇形地之中,而基岩裂隙水含水层则分布于中低山及丘陵区。本区地下水动态类型为:降水渗入径流型。主要表现为地下水受降雨的控制,得到补给后,水位抬高,地下径流加强,河流基流量增大,每年的年初水位最低,7、8、9 月份水位最高,水位年
19、变幅约 1.5m。地质 1、区域地质 勘察区位于大兴安岭东南麓的低山丘陵区,地形起伏较大,地势西北高东南低,低山丘陵区相对高程多为 2080m,相对高差3050m。本区域层划规为:松花江区、兴安岭分区、乌兰浩特小区。具有小区的一般特征,火山岩最发育,其次为沉积岩,变质岩最少。地层出露层序简单,为中生界侏罗系(J)及燕山期侵入岩。-12-根据区域构造资料,本区处在阴山东西向构造带东段北侧,属新华夏构造体系,位于第三隆起带与第二沉降带相接壤部位,构造特征具隆起带特点。地貌上处于大兴安岭向松辽盆地边缘过渡地带。根据建筑抗震设计规范(GB500112001)及中国地震烈度区划图规定,库区地震基本烈度度
20、,设计基本加速度值0.05g。坝址区场地覆盖层厚度约为 15m,属于大于 3m,小于 50m的范围内,场地土类别为中硬土,场地类别为二类,属建筑抗震有利地段。根据区域地质背景、区域地震活动性,本区处于相对稳定区域。经对坝址区调整及勘察,虽发现有几条断裂,但规模不大,对坝址稳定基本没有影响,从地层岩性看,也不存在溶蚀、坍塌的可能,同时,水库也不具备诱发地震的条件。2、库区工程地质条件 水库位于中低山的山间河谷区。中低山的表层及下部岩性主要以强风化安山岩及安山岩为主,库区上部岩性主要以淤积含砾粉质粘土、冲洪积含粉质粘土砾砂为主。库区地貌类型主要有:河漫滩()、剥蚀堆积山前斜地()、侵蚀构造低山丘陵
21、()。3、库区工程地质问题及结论(1)库区渗漏 水库周边地形无低矮垭口,下部亦无通向邻谷的古河道,故不-13-存在向邻谷渗漏问题。库区上部岩性主要以含砾粉质粘土为主,具弱透水性,库底渗漏微弱。(2)淤积 由于库区附近为中低山区,局部基岩裸露,风化严重,较破碎,植被发育不好且人为破坏较严重,在每年的洪水期,特别是发大洪水,易形成较大的地表迳流,并携带大量的固体径流,在进入库区时,由于流速减缓而沉积下来。为切断固体径流的来源,须在水库上游及周边地区植树种草,制止人为开荒种地,增加地表植被。(3)浸没 库区周边为中低山区,位置相对较低,能够形成浸没的范围很少。4、坝址区工程地质条件 坝址区位于低山区
22、的山间河谷中,河谷形态多呈“U”型,谷底宽度在 260m 左右。附近地势起伏较大,按地貌形态可分为:河漫滩、剥蚀堆积山前斜地、侵蚀构造低山丘陵及人工堆积等。组成坝区的岩性由新至老分别为坝体填筑土、角砾、强风化安山岩、安山岩。筑坝土料主要以黄褐色、灰褐色粉质粘土为主,局部含砾,其筑坝土料物理力学指标见表 1-3-1 土工试验成果统计表(坝体填土)-14-表 1-3-1 符号 单位 统计个数 最大值 最小值 平均值 建议值 天然含水量%15 质量密度 g/cm3 8 干密度 d g/cm3 8 孔隙比 e 8 饱和度 Sr%8 塑性指数 Ip 15 液性指数 IL 15 压缩系数 a1-2 1/M
23、Pa 8 内磨摩角 度 4 凝聚力 C KPa 4 渗透系数 k cm/s 8 3.7310-4 1.4510-5 1.310-5 1.310-5 最大干密度 amx g/cm3 1 最优含水量 wy%1 粘粒含量%2 PH 值 7 有机质含量%8 水溶盐含量%1 SiO2/RO3 1 粉质粘土的渗透变形主要以流土型为主,允许水力比降 0.413。角砾允许渗透比降 0.15,强风化安山岩允许渗透比降 2.5。5、溢洪道工程地质条件 溢洪道岩性主要为粉质粘土(分布在溢洪道入口)、砾砂(分布在溢洪道入口附近)、强风化安山岩、安山岩。岩石物理力学指标见表 1-3-3 表 1-3-3 岩石物理力学指标
24、表 干密度 t/m3 吸水率 软化系数 干抗压 强度 MPa 饱和抗压 强度 MPa 抗剪强度 结构面强度值 C(MPa)C(MPa)30 18 6、天然建筑材料(1)筑坝土料 拟选筑坝土料位于库区东北,距库区约 5km,占地面积-15-5080m2,筑坝土料各项物理力学指标见表 1-3-4。表 1-3-4 土料场质量要求及试验成果表 指标 粘粒 含量 塑性 指数 渗透系数 击实后渗秀系数 有机质含量 水溶盐含量 天然含水率 PH 值 最大干密度 最优含水量 SiO2/RO3 单位 Ip cm/s cm/s g/cm3%试验组数 2 6 6 2 6 1 6 5 1 1 1 平均值 8.0910
25、-5 7.8510-6 质量技术要求 1540 717 小于 110-4 5 3 接近最优含水量 7 7 通过上表看出,料场土的各项指标基本满足筑坝要求,可作为筑坝土料。但筑坝时要考虑到土料的天然含水量呈现随深度不同,季节不同而变化的特征,天然含水量低于最优地最优含水量时,上坝土料应采取加湿措施;天然含水量高于最优含水量时,上坝土料应采取晾晒除湿措施,以保证上坝土料的含水量接近土的最优含水量,有利于填筑土碾压后达到最大密实度。该料场可供开采量大于 1.48104m3,其质量也满足筑坝要求。(2)砼粗细骨料及反滤料 水库下游约 15km 处河段的砂砾料场长 600m,宽 15m,开采深度 23m
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