水库除险加固工程初步设计报告

'阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告设计证书等级：乙级证书号：ZZ水库除险加固工程初步设计报告（送审稿）XX勘察设计有限公司二Ｏ年月5 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告5 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告批准：审核：校核：报告编写：项目成员：5 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告ZZ水库工程特性表序号名　　称单位数量备注加固前加固设计一水文富水水系1水库控制流域面积km21.431.432代表性流量(1)设计洪峰流量(5%)m3/s36.6836.68(2)校核洪峰流量(0.5%)m3/s53.9153.91二水库1水库水位(1)正常蓄水位m73.4172.41(2)设计洪水位m77.1274.70(3)校核洪水位m78.4075.45(4)死水位m67.7367.732水库容积(1)总库容104m323.3515.36(2)调洪库容104m313.688.48(3)兴利库容104m39.276.88(4)死库容104m30.40.43调节性能年调节年调节三下泄流量1设计洪水位下泄流量m3/s36.1939.502校核洪水位下泄流量m3/s22.3725.27310年一遇洪水位下泄流量m3/s18.1021.03四主要建筑物及设备1大坝(1)坝型粘土心墙坝粘土心墙坝(2)坝顶高程m73.00—74.4564.20(3)防浪墙顶高程m65.20(4)最大坝高m1515(5)坝顶长度m69.00142.5(6)坝顶宽度m5.4—6.35.002溢洪道(1)型式明渠宽顶堰(2)堰顶高程m62.1062.10(3)堰顶宽度m1.707.00(4)消能方式无消能底流消能3输水系统(1)型式钢筋砼圆管城门洞型(2)内径mΦ0.400.8mX1.2m5 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告(3)管长m65.0064.50(4)进口底高程m51.7051.70(5)流量m3/s0.341.27(6)闸门扇11圆筒活塞闸门(7)起闭设备台11LQ-10手电两用螺杆启闭机五工程效益指标1防洪保护面积万亩0.050.052防洪保护人口万人1.001.003设计灌溉面积万亩0.0250.025六主要项目及工程量1深层搅拌桩防渗墙m223942土方开挖m393913土方回填m358274粘土回填m396885浆砌块石m31936砼m317787钢筋T47七工程投资1枢纽工程(1)建筑工程万元223.23(2)机电设备及安装万元0.00(3)金属结构设备及安装万元6.67(4)临时工程万元14.07(5)独立费用万元32.732环境保护及水土保持(1)环境保护工程万元0.95(2)水土保持工程万元0.653工程静态投资万元276.704工程总投资万元278.305 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告目录1综合说明11.1绪言11.2水文31.3地质41.4工程任务与规模71.5水工建筑物加固设计81.6金属结构与电气131.7施工组织设计141.8工程占地及淹没处理151.9环境保护设计151.10水土保持设计161.11工程管理设计161.12工程概算161.13经济评价172水文182.1流域概况182.2水文182.3水文基本资料192.4径流192.5洪水203工程地质343.1概述343.2区域地质概况353.3库区工程地质条件及评价393.4坝基工程地质条件及评价413.5坝体工程地质条件及评价453.6溢洪道工程地质条件513.7输水管区工程地质条件513.8天然建筑材料523.9结论及建议524工程任务和规模544.1工程建设的必要性544.2除险加固的任务及规模564.3调洪演算565水工建筑物加固设计635.1设计依据635.2工程总体布置655.3大坝加固设计66 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告5.4大坝设计计算725.5溢洪道加固设计855.6输水管加固设计925.7大坝安全监测设计975.8主要工程量996金属结构及电气1036.1金属结构1036.2电气1067施工组织设计1087.1施工条件1087.2施工导流1097.3主体工程施工1117.4施工交通运输1197.5施工总布置1197.6施工总进度1248工程占地及淹没处理1298.1水库淹没处理范围1298.2水库淹没损失及处理1298.3工程永久占地1299环境保护设计1309.1设计依据1309.2环境状况1319.3环境影响评价1319.4环境保护设计1339.5环境管理与监测1379.6环境保护投资13810水土保持设计13910.1编制目的13910.2编制依据13910.3项目区概况14010.4水土流失状况及预测14110.5水土流失防治措施14110.6主要工程量及投资概算14211工程管理14411.1设计依据14411.2管理机构14411.3工程管理范围及保护范围14511.4工程管理设施14611.5工程管理运用14712工程概算14912.1工程概况14912.2投资主要指标149 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告12.3编制依据15012.4总概算表15313经济评价15413.1概述15413.2主要参数15413.3国民经济评价155 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告1综合说明1.1绪言1.1.1工程概况ZZ水库位于阳新县木港镇，属富水水系。水库库区承雨面积1.43km2，加固后总库容15.36万m3，为年调节水库。是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合效益的小（2）型水库。具体位置见ZZ水库交通位置示意图。ZZ水库图1-1ZZ水库交通位置示意图大坝于1962年10月动工兴建，1964年12月竣工蓄水。根据2004年4月《小型水库大坝基本资料整编》（以下简称《大坝资料》），ZZ水库控制承雨面积1.28km2，防洪标准为20年一遇洪水设计，相应设计洪水位73.18m,200年一遇洪水校核，相应校核洪水位为73.53m,汛期限制水位72.18m,正常蓄水位40 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告72.13m,死水位67.73m,总库容10万m3，其中调洪库容3.50万m3，兴利库容6.10万m3，死库容0.40万m3。大坝为粘土心墙坝，坝顶长70.00m，坝顶宽30m，最大坝高6.8m，坝顶高程74.37m。溢洪道为明渠，堰顶高程73.41m，堰顶宽4.80m，最大下泄流量16.96m3/s。输水管为钢筋混凝土预制管，管径为Φ0.40m，进水口底高程67.73m，设计流量为0.40m3/s。根据安全鉴定复核，ZZ水库总库容23.35万m3，其中调洪库容13.68万m3，兴利库容9.27万m3，死库容0.40万m3。水库设计洪水标准为20年一遇洪水设计，相应水位为77.12m，200年一遇洪水校核，相应水位为78.40m，正常蓄水位73.41m，死水位67.73m。大坝为粘土心墙坝，坝顶高程74.37m，坝顶长度70m，坝顶宽度30m～32m，最大坝高10m。溢洪道堰顶高程73.41m，堰顶宽2.20m，设计最大泄流量36.19m3/s。输水管为钢筋混凝土预制管，管径Φ0.40m，进口底高程67.73m，最大过流量0.40m3/s；工程建成至今发挥了较大的经济效益，可灌溉农田170亩，影响下游耕地2300亩，人口约1100人的安全。为彻底查清ZZ水库存在的安全隐患，做好除险加固的前期准备工作，当地水行政主管部门于2012年11月按《水库大坝安全鉴定办法》和《水库大坝安全评价导则》（SL258-2000）对该水库进行全面鉴定，并组织有关单位开展各项安全论证。2012年11月黄石市水利水产局对《湖北省阳新县ZZ水库大坝安全评价报告集》进行复核，并鉴定为三类坝。本次初步设计根据现场调查和有关资料，结合本阶段地质资料进行。枢纽工程现状主要由大坝、溢洪道及输水管组成。大坝为粘土心墙坝，坝顶高程为73.00m～74.50m，最大坝高10m，顶宽30m～32m，坝长70m，上游坡比为1：3.5；下游坡比为1：2.5。大坝上、下游未护砌，下游无反滤设施。溢洪道位于右侧山坳，为无闸开敞式宽顶堰，堰顶高程73.41m，底宽2.2m,设计最大下泄流量36.19m3/s；下游无消能防冲设施，出水渠未衬砌。输水管位于大坝右侧，为钢筋混凝土预制管，管长85.00m,进口底高程67.73m，管径0.4m，设计流量为0.4m3/s，进水口已封堵，无启闭设备及启闭机房。大坝无安全监测设施，管理设施落后，防汛公路路况差。40 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告根据国家《防洪标准》（GB50201－94）和《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252－2000）的规定，ZZ水库为小（2）型水库，工程等别为V等，主要水工建筑物为5级，次要建筑物为5级。ZZ水库原设计防洪标准为20年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核，安全复核阶段采用防洪标准为20年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核。本次初步设计维持安全鉴定阶段的防洪标准不变。根据本阶段的调洪演算复合成果如下：加固前：防洪标准为20年一遇洪水设计，设计洪水位为77.12m，相应库容为19.74m3，200年一遇洪水校核，校核水位为78.40m，相应校核库容为23.35m3，其中，调洪库容13.68万m3，兴利库容9.27万m3，死库容0.4万m3，水库正常蓄水位73.41m，死水位为67.73m。输水管位于大坝右侧坝底，为预制钢筋混凝土管，管径为400mm，进水口高程67.73m，输水管流量为0.40m3/s。溢洪道位于大坝右侧山坳，堰顶宽2.20m，堰顶高程73.41m，设计水位下泄流量为22.37m3/s，校核洪水位下泄流量为36.19m3/s。加固后：防洪标准为20年一遇洪水设计，设计洪水位为74.70m，相应库容为13.26m3，200年一遇洪水校核，校核水位为75.45m，相应校核库容为15.36m3，其中，调洪库容8.48万m3，兴利库容6.88万m3，死库容0.4万m3，水库正常蓄水位72.41m，死水位为67.73m。输水管位于大坝右侧坝底，为0.3m钢管内衬管，管长约为85m，进水口高程67.73m，输水管流量为0.3m3/s。溢洪道位于大坝右侧山坳，为宽顶堰，堰顶净宽5.0m，堰顶高程72.41m，设计水位下泄流量为25.27m3/s，校核洪水位下泄流量为39.50m3/s。在本报告中，引用了由阳新县恒博水利建筑勘测设计院编制《湖北省阳新县ZZ水库大坝安全评价报告集》的有关分报告的成果和湖北省楚鹏工程勘察设计院编制的《ZZ水库除险加固初步设计工程地质勘察报告》中的试验成果及结论。本报告所有高程均采用黄海高程系统，特此说明。1.1水文ZZ水库位于阳新县木港镇，属富水水系，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养殖等综合效益的小（2）型水利枢纽工程。ZZ水库库区场地位于丘陵地貌区，区内地势南高北低，库周坡体顶部浑圆，坡体较陡，地形坡度25°～45°40 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告；区内冲沟较发育，一般呈南北向，冲沟切割较深，沟深20～40m，宽度60～140m。库区山体表层植被较发育，多为杂草，少量松树，水土保持较好。流域属东亚季风副热带暖湿气候区，具有四季分明、雨热同季的特点。据阳新县气象站资料统计，多年平均最大风速16.0m/s，年均降水量为1495.2mm，年最大降雨量2275.1mm(1954年)，年最小降雨量770mm(1968年)。本次设计使用1：10000地形图重新量测集雨面积，测量面积为1.43km2，主干流长度L=1.86km，加权平均比降J=21.40‰，形状系数f=0.42，属山区扇形流域。ZZ水库建库前没有流量资料，建库后，无任何观测资料，因而不能直接用流量资料推求设计洪水。本次大坝加固设计拟采用暴雨资料推求设计洪水。本次采用湖北省水文水资源局2008年最新编制的《湖北省暴雨统计参数图集》1h、6h、24h暴雨等值线图及1h、6h、24hCV等值线图。本流域缺乏流量实测资料，ZZ水库承雨面积仅有1.43km2，因此设计洪水拟采用暴雨途径进行分析。根据《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44-93），采用原水利电力部（83）号文批准使用的《湖北省暴雨径流查算图表》（以下简称《图表》）上的推理公式法和瞬时单位线进行洪水计算。计算成果见下表。表1-1水库设计洪水计算成果表频率本次复核成果（6小时）瞬时单位线法推理公式法洪峰(m3/s)洪量(万m3)洪峰(m3/s)洪量(万m3)频率P=10%31.3523.0038.1323.05频率P=5%36.6828.6044.3029.05频率P=0.5%53.9146.5461.0345.781.1地质ZZ水库建库前及施工过程中未进行工程地质勘察工作，为了进一步查明库区、坝区水文地质和工程地质条件、坝体填筑土物质组成及工程特性、坝基岩土体水文地质和工程地质特性和分析水库存在的主要工程地质问题并进行评价，阳新县水利局委托湖北楚鹏工程勘察设计院对水库进行了初步设计阶段的地质勘察工作。40 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告根据勘探成果，主要结论如下：（1）ZZ水库工程区域构造位于扬子准地台下扬子台坪大冶台褶带。场区地质构造以褶皱为主，周围无活动断裂通过，工程场区位于地壳运动相对稳定的地台区，根据国家标准1：400万《中国地震动参数区划图》（GB18306—2001），工程区地震动峰值加速度为0.05g，相应地震基本烈度为VI度。（2）ZZ水库库岸及库盆为志留系下统高家边组（S1gj）泥质粉砂岩，地表为残坡积粘土，水库不存在渗漏问题；库岸无软弱层分布，无大规模顺坡软弱结构面，库区边坡总体稳定；水库两岸地形坡度较缓，仅局部稍陡，覆盖层厚度较薄，水库不存在淤积及浸没问题。（3）大坝坝基河床处为第四系冲积土层（Q4al），成分为含砾壤土、含砾粗砂，厚2.3m。两岸坝基分布有全新统残坡积层（Q4edl），岩性为粘土和含碎石壤土等。坝基不存在软土，因此坝基稳定性较好。左岸含碎石壤土钻孔注水试验渗透系数3.9×10-5cm/s，具弱透水性；河床部位为含砾粗砂，渗透系数4.78×10-4cm/s，具中等透水性；右岸偏大,具中等透水性。坝基土层下部为志留系下统高家边组（S1gj）泥质砂岩，具弱透水性。坝基河床坝段和右岸土层存在渗漏问题，需进行防渗处理。土层下部为泥质砂岩，透水性弱，可作为相对隔水层。（4）大坝为粘土心墙坝，心墙上部碎石土渗透系数平均值为7.50×10-4cm/s，属于中等透水土层。心墙下部填土渗透系数平均值为3.80×10-5cm/s，建议值为6.58×10-5cm/s，坝体防渗不能满足规范要求，这是大坝出现散浸、渗漏的原因。此外，心墙顶欠高。建议进行防渗处理，可采用深层搅拌桩连续墙工艺，可以结合坝基防渗一并处理，防渗深度最深17.30m，进入坝基岩面即可。（5）溢洪道位于大坝左侧山坳，为明渠型式。进口段和控制段地基为坡积土，泄槽段为强风化泥质粉砂岩，未护砌。边坡基本稳定。但土体抗冲性差，建议对溢洪道底板和两岸进行护砌，续建消能防冲设施。（6）输水管地基为全新统残坡积层含碎石壤土，地基强度较高，承载力基本满足要求。（7）经天然建筑材料调查，土料可在大坝下游开采残坡积粘性土，运距约1.5km40 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告。土料储量较丰富，其质量、储量能够满足大坝所用土料要求。碎石、块石料可采用木港镇附近块石料场，距大坝约5km。混凝土所需砂料和反滤料可到阳新长江砂料场购买，运距18km。40 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告1.1工程任务与规模1.1.1工程建设的必要性ZZ水库位于阳新县木港镇，属富水水系，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合效益的小（2）型水库。ZZ水库设计灌溉面积200亩，保护耕地面积2300亩，保护人口1100人，地理位置重要。水库目前存在的主要问题有：（1）大坝坝顶较宽，极不平整；大坝欠高，上、下游坝坡，杂草丛生，冲刷严重，凹凸不平，下游坝坡有散浸、渗漏，主要位于下游坝脚处左侧，下游无排水反滤设施。（2）溢洪道为陡坡明渠，过水断面不足，没有护砌；出口无消能防冲设施，无出水渠。（3）输水管破损、局部断裂，漏水严重，进口水箱破损、出口无消能防冲设施，坝体与输水管接触部位渗流严重，进口闸门锈蚀，启闭设备老化，无启闭机房，不能正常使用。（4）大坝无安全监测设施，无水雨情测报系统，无防汛通讯设备等。2012年10月省黄石市水利水产局对该水库进行了安全鉴定复核，根据水利部《大坝安全鉴定办法》和《水库大坝安全评价导则》（SL258-2000）以及水库大坝运行和安全评价过程中发现的问题，ZZ水库大坝安全鉴定结论属三类坝，一旦失事，将造成给下游人民的生命财产造成巨大的经济损失，因此，为了确保工程运行安全和下游人民生命财产安全，根本消除大坝存在的安全隐患，改善溢洪道泄流条件，提高其兴利效益，尽快进行除险加固是十分必要的。1.1.2水库洪水调节根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），ZZ水库工程等别为V等工程，大坝、溢洪道等挡、泄水建筑物属于5级建筑物，防洪保护耕地2300亩，保护人口1100人，有一定的防洪任务。本次洪水复核，按《防洪标准》（GB50201-94）确定，该水库洪水标准为20年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核。水库除险加固后的洪水调节成果详细见表1-2。40 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告表1-2水库（频率5%、0.5%和10%）调洪演算成果表频率洪峰流量（m3/s）泄流量(m3/s)水位(m)库容(m3)p=5%36.6825.2774.7013.26p=0.5%53.9139.5075.4515.36p=10%31.3521.0374.4512.551.1水工建筑物加固设计1.1.1设计依据ZZ水库承雨面积1.43km2，加固后的总库容为15.36万m3，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252－2000）的规定，工程等别为V等，主要建筑物级别为5级，次要建筑物级别为5级。根据国家《防洪标准》（GB50201-94）和《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），ZZ水库的防洪标准按20年一遇（P=5%）洪水设计，相应水位为74.70m，200年一遇（P=0.5%）洪水校核，相应水位为75.45m，正常蓄水位高程72.41m。溢洪道消能防冲设施的防洪标准按10年一遇（P=10%）洪水标准设计。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），工程区地震动峰加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35S，确定本区地震基本烈度为Ⅵ度，根据《水工建筑物抗震设计规范》中的规定，可不进行抗震设计。1.1.2工程存在的问题ZZ水库兴建至今已四十多年，根据在运行中巡视检查、安全鉴定结论和本次调查发现存在的问题有（1）大坝坝顶较宽，极不平整；大坝欠高，上、下游坝坡，杂草丛生，冲刷严重，凹凸不平，下游坝坡有散浸、渗漏，主要位于下游坝脚处左侧，下游无排水反滤设施。（2）溢洪道为陡坡明渠，过水断面不足，没有护砌；出口无消能防冲设施，无出水渠。40 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告（3）输水管破损、局部断裂，漏水严重，进口水箱破损、出口无消能防冲设施，坝体与输水管接触部位渗流严重，进口闸门锈蚀，启闭设备老化，启闭机房简陋，不能正常使用。（4）大坝无安全监测设施，无水雨情测报系统，无防汛通讯设备等。1.1.1工程总体布置ZZ水库枢纽工程主要由大坝、溢洪道和输水管等建筑物组成。本次除险加固设计主要是按照国家有关的主要技术标准及规程规范的规定，依据大坝安全鉴定结论，对水库的功能和规模不作改变，对工程存在的病险项目进行加固，重点解决工程存在的安全隐患，并根据工程管理的有关要求，完善大坝安全监测、防汛等工程管理设施等。主要加固内容包括大坝加固、泄水建筑物加固、输水建筑物加固及管理设施建设等。1.1.2大坝加固设计ZZ水库大坝存在的主要问题有：坝顶不平整，大坝有蚁害；上、下游坝坡杂草丛生，未护砌，下游坝坡及坝脚有散浸、渗漏现象，无排水设施，出水渠未衬砌。1、坝顶加固设计大坝坝顶现有高程74.37m，本次设计对上游采取砼护坡，经调洪演算和波浪爬高计算，复核设计坝顶高程为76.17m,原坝顶高程不满足规范要求。将坝顶整平至74.57m，铺设厚0.20m的碎石垫层和厚0.20m的C20素砼路面，路面宽3.50m，并找2％横坡倾向下游，路面高程74.97m，上游设30cm厚C20钢筋砼防浪墙，墙顶高程76.17m。2、心墙加固设计ZZ水库大坝的防渗安全，根据地质勘探成果，心墙现状顶部高程为62.40m，心墙渗透系数偏大，密实度偏小，不满足要求。根据调洪演算复核，心墙欠高1.60m。因此对大坝原状心墙采取全断面防渗加固处理。对于心墙加固，作了心墙充填灌浆、心墙换土法、高压旋喷灌浆、深层搅拌桩防渗墙4个方案的比较。根据心墙土体组成部分，综合考虑施工的难易程度、加固或形成新防渗体可靠度的高低及造价等方面因素，推荐采用深层搅拌桩防渗墙方案处理。40 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告深层搅拌桩防渗墙方案：深层搅拌桩水泥土防渗墙轴线布置在心墙轴线上，墙高自坝顶至坝基，深入基岩线0.5m。最大墙深17.80m,墙体最小厚度0.3m,渗透系数1E-6cm/s。施工机具采用多头深层搅拌机。该方案防渗效果好，工程造价低，同时还可以结合坝基进行处理。综上所述，从投资、施工工艺、施工质量等综合比较后，深层搅拌桩防渗墙方案最为优越，施工简单，投资少，因此心墙加固采用方案三，即深层搅拌桩防渗墙对坝体心墙及坝基进行防渗处理。3、坝基防渗加固设计水库大坝坝基未做防渗处理。根据地勘资料，注水试验表明坝基第四系残坡积层渗透系数5.63×10-5cm/s—4.78×10-4cm/s，河床部位为含砾粗砂，渗透系数4.78×10-4cm/s，为中等透水性，坝基土层下部坝基土层下部为志留系下统高家边组（S1gj）泥质砂岩，具弱透水性。建议对大坝坝基上部第四系残坡积层采取防渗处理措施。本次设计方案是结合坝体心墙深层搅拌桩防渗墙的同时处理坝基问题。具体为：坝体心墙搅拌至坝基时，继续实施深层搅拌至基岩面以下0.5m，形成水泥土防渗体，解决坝基渗漏问题。坝基处理的范围根据地质条件确定：B0+000～B0+142.5，全长142.5m。5、坝坡整治加固（1）上游坝坡整治ZZ水库上游坝坡坡比为1:3.5，下游坝坡坡比为1:2.5，上、下游坝坡均无护坡，坡面不平整，下游坝脚无排水设施。上游坝坡采用砼护坡。设计起护高程为70.00m,护坡至坝顶高程74.57m。大坝上游坝坡清除杂草，平整夯实，铺设10cm厚砂石找平层，再分块现浇12cm厚C20砼面层，分块尺寸为2.0×3.0m。伸缩缝为直缝，缝宽2cm，内充填沥青栅板，并在正常水位以下护坡砼块设排水孔，孔径5cm，排水孔呈梅花型布置，平行坝轴线方向间距为3m，垂直坝轴线方向间距为2m。（2）下游坝坡整治大坝下游坡现状未护坡，坝面凹凸不平，杂草丛生，需进行整治。40 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告经大坝部分防渗处理后坝体浸润线明显降低，并为节省投资，本次对下游坝坡设计植草皮护坡。下游坝坡设2.0m宽30cm厚M7.5浆砌石踏步两条，分别位于大坝左、右两岸。在坝体与两侧山体的相接处设30cm厚M7.5浆砌石排水沟，尺寸0.3m×0.35m，坝脚设M7.5浆砌石导滤沟，尺寸0.3mX0.4m。6、坝脚反滤设计ZZ水库原无任何反滤设施，本次设计采取贴坡反滤方案。根据大坝运行管理现状以及渗流计算成果，在坝脚设坡设贴坡反滤，先将大坝坡面平整后，按砂料、卵石、块石的顺序由里向外分层铺筑，厚度依次为20cm、20cm和40cm，形成下游贴坡反滤体。贴坡反滤外坡坡比为1:2.5，顶部高程53.00m，底部高程50.10m。7、大坝安全监测设计根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）、《土石坝安全监测技术规范》（SL60-94）的要求，结合本工程的具体情况，拟定的监测项目包括：水位及巡视检查。水位观测：水位标尺在水库大坝上游输水管进口处设1组和溢洪道堰顶设1组，进行水位观测。巡视检查：ZZ水库大坝安全监测工作主要是大坝巡视检查，由ZZ水库所在村组负责具体实施，巡视检查部位包括水库大坝体和坝基坝区、输水管、溢洪道及其附属设施。巡视检查分为日常巡视检查、年度巡视检查和特殊情况下的巡视检查。运行期，日常巡视检查每月不少于2次，汛期增加次数，水库水位达到溢洪水位后，每天至少巡视检查一次。年度巡视检查每年进行2次，在每年汛前，按规定的检查项目，对大坝进行较为全面的巡视检查。当遇到严重影响安全运行的情况，由主管单位组织特别巡视检查，必要时组织专人对可能出现险情的位置进行连续检查。1.1.1溢洪道加固设计水库溢洪道位于大坝右侧山坳，堰顶宽5.0m，堰进口高程为72.41m，最大下泄流量39.50m3/s，溢洪道未衬砌，下游自由消能无防冲设施，无足够泄流能力的尾水渠。溢洪道加固设计布置如下：（1）进口段（0-010～0+000）40 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告水库溢洪道位于大坝右侧山坳，进口段设5.0m长M7.5浆砌块石底板，底板厚30cm，两侧设M7.5浆砌块石八字边墙封口。（2）控制段（0+000～0+005）桩号H0+000～0+005为宽顶堰，为C20钢筋砼结构，堰顶高程72.41m，宽5.0m，堰体厚0.5m，脚趾深0.5m，2.5m高边墙，墙顶高程64.60m，墙后采用粘土回填，压实度不小于0.96；底板下设10cm厚C10砼垫层，底板及边墙分缝处均设橡胶片止水带，2cm厚沥青杉板填缝。（3）泄槽段（0+005～0+109）溢洪道泄槽段长100m，底坡i=0.141，净宽7.0m。边墙采用高1.80mC20砼挡墙，底板采用30cm厚C20钢筋砼结构，墙后采用石渣回填，底板下设碎石排水盲沟；底板下设10cm后C10砼垫层，底板及边墙分缝处均设橡胶片止水带，2cm厚沥青杉板填缝。（4）消能段（0+109～0+119）溢洪道消能段的桩号为0+109～0+119，消力池长8.0m，深1.0m，宽7.0m，边墙采用高2.0mC20砼挡墙，底板采用50cm厚C20钢筋砼结构。1.1.1输水管加固设计输水圆涵位于大坝右侧，为钢筋混凝土预制管，进水口高程51.70m，断面尺寸为Φ0.3m，设计流量为0.34m3/s。进口建筑物为钢筋混凝土压力水箱，采用螺杆拉圆筒活塞式启闭设施。针对输水管存在的问题，本次设计作了开挖大坝重建输水管和输水管内衬2个方案比较，经过对方案投资、施工难易程度等进行分析，推荐采用开挖大坝重建输水管进行加固。建一层砖混结构启闭机房，启闭机房尺寸：3.10mX3.50m，并设C20钢筋砼拉杆限位支墩。进口水箱段：拆除原水箱，重建C30钢筋砼水箱，底板厚度60cm，边墙50cm，进水口高程51.70m。圆形进口，尺寸直径500mm，设DN640圆筒活塞式闸门，采用10t手电两用螺杆式启闭机启闭，螺杆直径90mm。管身段：采用底宽80cm、高1.2m、壁厚30cm现浇C30钢筋砼，断面形式为城门洞型40 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告。管身段施工时，左侧开挖大坝边坡1：1、右侧开挖大坝坡比1：1.5，槽底宽5m；施工排水沟为底宽30cm、深50cm、坡比1：0.5的梯形断面，布置在现浇输水管垫层两侧；施工导流管道布置在现浇输水管右侧排水沟上，管径DN400，必须与现浇输水管外壁距离不小于50cm；管身与上下游连接采用紫铜片止水，伸缩缝采用2cm厚沥青杉板填塞。输水管出口：输水管出口增设消力池，采用C20砼钢筋砼结构，底板厚30cm，下设10cm厚碎石垫层；边墙厚30cm，高2.0m；底板设间距1m的DN50塑料管排水，管端包裹反滤土工布一层。出口段：采用50cm厚M7.5浆砌石渠道，底板顶高程50.00m，底宽1.40m，边墙高1.2m，与下游灌溉渠道相接。1.1金属结构与电气1.1.1金属结构ZZ水库加固工程金属结构部分主要包括进水闸、启闭设备。根据安全鉴定结论和本次输水管加固方案，ZZ水库原输水管金属结构设备全部报废并拆除。本次加固设计方案结合输水管重建方案进行金属结构设计，拟更换闸门1个及其1台10t手电两用螺杆式启闭机，配套相应启闭螺杆。本次设计闸门最低进水点高程为51.70m，闸孔尺寸DN500mm，闸门直径DN640mm，闸门按动水启闭，设计水头为13.44m，为斜拉圆筒活塞闸门。止水采用I型橡皮。输水管闸门启闭机选用QL-10-SD的手电两用螺杆式启闭机，螺杆直径DN75，启闭机重量597kg，启门力100kN，闭门力50kN，配套电机Y112M-6，配套螺杆直径DN75、长25m。1.1.2电气ZZ水库目前无供变电设施，在距大坝下游1.00km村庄有农用电网线路。根据本次加固设计，供电电源从农用电网至水库采用LGJ-50钢心铝绞线架设380V配电线路，线路长1.00km。闸门启闭机室设动力配电箱，用VLV22-3×6+1×4的电缆给启闭机送电。办公用房采用BV-1×1.5的绝缘导线为照明设备供电。40 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告1.1施工组织设计1.1.1施工条件ZZ水库位于阳新县木港镇境内，距阳新县18km，对外交通以公路为主，工程所需物资均可通过已形成的公路交通网络抵达工地，对外交通便利。本工程作业区分布于大坝一个施工点。作业面均较宽，能满足施工需要。施工用从水库就近抽取，水质、水量完全满足施工要求。施工临时用电由附近农用电网接线，满足施工用电需求。1.1.2施工导流ZZ水库除险加固工程为V等工程，根据《水利水电施工程施工组织设计规范》（SL303-2004），本工程临时建筑物级别为5级，相应确定导流标准按枯水期5年一遇洪水标准设计。ZZ水库加固拆除重建输水管、上游护坡等项目部分在水库内正常蓄水位以下进行，采用导流方式为粘土围堰断流、原输水管导流。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），安全超高取0.5m，考虑风浪影响，设计堰顶高程为52.50m，围堰基础高程为49.50m，堰高3.00m，围堰轴线长30m。围堰采用编织袋粘土围堰，土工膜防渗，迎水坡1：1.5，背水坡，1：2.0，堰顶宽2.0m。1.1.3主体工程施工本次加固主体工程施工主要包括大坝心墙防渗处理，坝顶新修混凝土路面及C20钢筋砼防浪墙、上游C20砼护坡、下游草皮护坡、下游坡面新建排水沟和踏步、下游坡脚新建贴坡反滤设施，溢洪道加固，拆除重建输水管，更新金属结构等施工。本次大坝加固先进行深层搅拌桩防渗墙，采用多头深层搅拌机具，在堤基深处就地将水泥与堤基（身）土强制搅拌后，水泥与土体产生的一系列物理、化学反应以形成墙体。土方开挖采用反铲挖掘机开挖，靠近建筑物及边角部位土方采用人工开挖。土方回填充分利用开挖料碾压回填。混凝土采用0.4m3拌和机拌和，人力胶轮车运送至浇筑部位。砌石施工采用购买料，自卸汽车运输，人工运至施工部位。40 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告金属结构主要有圆筒活塞铸铁闸门1扇、启闭机1台套。闸门制作由专业厂家制作，由汽车从生产加工厂运至安装现场，采用葫芦吊吊装。1.1.1施工总进度本工程计划施工工期从2011年10月至2012年10月，总工期12个月。工程施工要求大坝防渗、上游坝坡护坡、溢洪道、输水管及其进出口配套建筑物在2012年3月底前全部完成，输水管下闸蓄水；水库全部加固项目在2012年10月底前全部完成。1.2工程占地及淹没处理ZZ水库除险加固设计包括大坝、输水管、溢洪道加固和完善防汛通道，需占用一定数量的土地。工程占地包括永久占地和施工临时占用地。根据《中华人民共和国土地管理法》对工程占地拆迁给予补偿。占地按农田考虑，临时占地1300元/亩/年。根据ZZ水库除险加固工程布置及施工组织设计，无永久占地，施工临时占地2.00亩。无房屋拆迁和人口迁移。1.3环境保护设计ZZ水库区位于阳新县木港镇，库区山地的植被绿化和水源涵养都较好，库区地处丘陵，人居稀散，坝区上游无工业污染源，库水水质良好；大气扩散条件较好，噪声环保背景值较低，故空气质量和声环境现状良好。施工期间，在该新建公路和工程土料开挖、运输、填筑施工中，将会产生一定数量的扬尘，燃油施工机械及运输车辆在运行中也将产生废气，可能造成表层土流失。另外，施工期间人员集中，疾病传播机会增加。施工区为环境空气质量功能区二类区。环境空气质量执行《环境空气质量标准》(GB3095—1996)中二级标准。环境噪声参照《城市区域环境噪声标准》(GB3096—93)2类标准控制，运输干线两侧按4类标准控制，施工场界噪声按《建筑施工场界噪声限值》(GB12523—90)控制。为了保证环境措施的落实，工程投资中应列入专项环保投资。环保投资主要包括环境保护设施、设备及安装费用、环境管理费、环境监测费、环境监理费及基本预备费等项费用为0.95万元。40 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告1.1水土保持设计ZZ水库除险加固施工开挖使植被破坏，表土层抗蚀能力减弱，加剧水土流失。施工中土石料堆积和弃渣，如果不采取拦挡措施，将产生严重的水土流失，就会威胁下游村庄、道路、农田，造成危害。根据水库整险加固工程的特点，新增水土流失的防治以工程措施为先导，对于大坝加固拆挖和填筑，设置适当的导、排系统；溢洪道开挖时采取削坡开级措施，以防施工期水土流失；在公路两侧采取植草坪护坡等措施，保证近期内建设弃渣不出沟、不下河。在新增水土流失得以集中拦蓄控制的前提下，采取林草植被建设和土地复垦利用措施，保护新生地表，改善生态环境，发挥生物措施的后效性，实现水土流失的开发治理。水土保持工程投资0.65万元。1.2工程管理设计ZZ水库由当地村委负责管理，按照《工程运用管理制度》和《ZZ水库调度计划》进行合理调度运用，对发现的问题及时处理，确保大坝的安全。按《水库工程管理设计规范》（SL106-96）的有关规定，确定工程管理和保护范围。工程管理范围包括工程区和生产、生活区。工程保护范围为工程管理范围边界线外延，主要建筑物外延200m，一般外延50m。水库保护范围：坝址以上、库区两岸土地征用线以上至第一道分水岭脊之间的陆地。根据《水库工程管理设计规范》（SL106-96）的规定，ZZ水库管理处设启闭机房建筑面积为10.85m2，大坝安全警示牌1个。根据《小型水利水电工程碾压式土坝设计导则》（SL189-96）要求，本工程观测项目有：上游水位。1.3工程概算工程总工期为12个月。按2011年阳新县建筑市场信息价6月份价格水平计算，工程静态总投资276.70万元，其中建筑工程223.23万元、机电设备及安装工程0.00万元、金属结构设备及安装工程6.67万元，临时工程14.07万元，独立费用32.73万元。环境水保专项费用1.60万元。合计工程总投资278.30万元。40 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告1.1经济评价ZZ水库是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合效益的小（2）型水库。依据国家计委、建设部2006年7月颁发的《建设项目经济评价方法与参数》（第三版）、水利部1994年3月颁发的《水利建设项目经济评价规范》（SL72-94）和水利部颁发的《已成防洪工程经济效益分析计算及评价规范》（SL206-98）的有关规定，ZZ水库除险加固工程按增量费用和增量效益进行经济评价。国民经济评价和财务评价的主要参数：（1）基准年选在建设年年初；（2）计算期为31年，建设期1年，运行期30年；4、计算价格：采用影子价格。5、社会折现率：按《水利建设项目经济评价规范》（SL72-94）规定社会折现率取12%。经计算，国民经济主要评价指标如下：国民经济内部收益率：12.20%；经济净现值：75.10万元；经济效益费用比：1.03。从以上结果可知，本项目的经济内部收益率大于社会折现率12%，经济效益费用比大于1.0，经济净现值大于0，主要指标均符合规范要求，在经济上可行。40 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告1水文1.1流域概况ZZ水库位于阳新县木港镇，属富水流域。水库工程于1962年10月动工兴建，1964年12月竣工蓄水。加固后总库容13.80万m3，兴利库容7.20万m3，死库容0.40万m3，设计灌溉面积200亩，人口约1100人的安全。是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合效益的小（2）型水利枢纽工程。1.2水文本流域属东亚季风副热带暖湿气候区，具有四季分明、雨热同季的特点。据阳新县气象站资料统计，多年平均最大风速16.0m/s，多年年均降水量为1495.2mm，年最大降雨量2275.1mm(1954年)，年最小降雨量770mm(1968年)。流域降雨年内分配极不均匀，一年之中按暴雨洪水发生的情况可将4～8月划分为汛期，9～3月划分为枯水期，汛期降雨量占全年降雨量63.1%,尤其以6～7月最大，。一般在每年的3月中下旬就又开始由中小洪水发生，较大或大洪水多发生在6～7月。月降雨量最少是12月，仅占全年的2.8%。灾害性天气主要有夏涝、倒春寒、秋旱、暴雨洪涝、霜冻等。阳新多年逐月平均降雨量见表2-1，阳新县主要气象要素见表2-2。表2—1阳新县多年逐月平均降雨量月份123456789101112合计雨量52.776.6123.9163.2200.2237.6176.8128.292.177.365.640.51434.9百分比（%）3.675.348.6311.3713.9516.5612.328.936.425.394.572.82100.0040 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告表2—2阳新县主要气象要素表项目指标多年平均气温（℃）16.9最高日平均气温（℃）最低日平均气温（℃）极端最高气温气温（℃）41.4℃出现时间1966.8.10极端最低气温气温（℃）-14.7℃出现时间1969.2.1多年平均最大风速（m/s）16.0最多风向E无霜期（d）329.6日照数（h）1872.7相对湿度78％1.1水文基本资料ZZ水库设计承雨面积为1.43km2，水库主要地理特征参数为：水库坝址以上流域面积F=1.43km2；主干流长度L=1.86km；主河道加权平均比降J=21.4‰；形状系数f=0.42，属山丘扇形流域。ZZ水库建库前没有流量资料，建库后，无任何观测资料，因而不能直接用流量资料推求设计洪水。本次大坝加固设计拟采用暴雨资料推求设计洪水。本次采用湖北省水文水资源局2008年最新编制的《湖北省暴雨统计参数图集》1h、6h、24h暴雨等值线图及1h、6h、24hCV等值线图。本流域缺乏流量实测资料，ZZ水库承雨面积仅有1.43km2，因此设计洪水拟采用暴雨途径进行分析。根据《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44-93），采用原水利电力部（83）号文批准使用的《湖北省暴雨径流查算图表》（以下简称《图表》）上的推理公式法和瞬时单位线进行洪水计算。1.2径流水库流域枯水期分月径流系数0.35～0.40，取值0.40；枯水期日降雨径流系数0.40～0.50，取值0.50。40 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告1.1洪水1.1.1洪水成因与特性ZZ水库属富水流域，其洪水由暴雨形成，由于暴雨的季节性，使洪水亦具有明显的季节性。本流域暴雨洪水多发生在4～8月份，最大洪峰流量大多数发生在7月以前，约占76%，尤以6月份最多，约占实测系列的41%，发生在7月以后的仅占24%。1.1.2洪水标准根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）规定，ZZ水库属小（2）型水库，工程等别为V等，主要水工建筑物为5级，次要建筑物为5级，大坝为粘土心墙坝。水库防洪标准复核为：10年一遇（p=10%）洪水标准设计，50年一遇(p=2%)洪水标准校核，消能防冲设计洪水标准为10年一遇(p=10%)。1.1.3设计暴雨根据水库防洪标准，需要推求10年一遇、50年一遇两种标准的6h设计暴雨。为了控制雨型，选择1h、6h二个控制时段，并选择计算时段△t=1h。根据《湖北省暴雨径流查算图表》，ZZ水库位于第3分区，查得王官山水库所在流域最大1h、6h、24h点暴雨统计参数均值和CV，见表2-1。按全省统一标准CS=3.5CV，查皮尔逊Ⅲ型频率曲线模比系数（KP值）表,各种频率不同时段kP值见表2-2，按公式计算各历时点暴雨量。表2-1点雨量参数表时段t10min1h6h24h均值avgH(mm)184495120离势系数CV0.280.440.60.7偏态系数Cs=3.5Cv0.981.542.12.45表2-2皮尔逊Ⅲ型曲线模比系数Kp值成果表时段t10min1h6h24hKp频率P=10%1.381.591.771.88Kp频率P=2%1.712.212.763.12表2-3设计点雨量Ht,p点成果表时段t10min1h6h24h40 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告Ht,p点(mm)频率P=10%24.8469.96168.15225.6Ht,p点(mm)频率P=2%30.7897.24262.20374.40该水库流域面积1.43km2，查《湖北省暴雨径流查算图表》中第3分区暴雨面深系数αt～历时t～集水面积F关系表，得各历时面深系数αt。表2-4暴雨面深系数表承雨面积F=1.43km2α24=0.998时段t10min1h6h24h面深系数αt1.0000.9970.9980.998再按公式Ht，P面=αtHt,p点，计算各历时的设计面暴雨量Ht，P面，计算结果见表2-5。表2-5设计面雨量Ht,p面成果表时段t10min1h6h24hHt,p面(mm)频率P=10%24.8469.76167.77225.23Ht,p面(mm)频率P=2%30.7896.96261.61373.78设计面暴雨递减指数n0=1+0.558ln（适用10～60min），n1=1+0.558ln（适用1～6h），n2=1+0.721Ln（适用6～24h），雨力S=H1面。各历时雨量（适用）（适用）各时段雨量据此计算得：表2-6设计面暴雨递减指数递减指数n0n1n2频率P=10%0.420.510.79频率P=2%0.360.450.74表2-7设计面雨量Ht,p面成果表（递减修正后）时段t1h6h24hHt,p面(mm)频率P=10%66.97161.06216.22Ht,p面(mm)频率P=2%93.08251.15358.8340 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告1.1.1设计洪水推求本次ZZ水库初步设计的洪水复核运用《规范》规定及《图表》推荐的推理公式方法和瞬时单位线方法推求设计洪水。由于ZZ水库为小（2）型水库，承雨面积1.43km2，参照《规范》允许使用的《图表》中有关暴雨历时选用的论述，ZZ水库洪水设计暴雨采用最大6小时暴雨。1、推理公式法推求设计洪水设计地面洪峰流量公式为:Qm=K1（式中：F——水库承雨面积，Km2；θ——与流域持性有关的经验参数θ=L/j（L—主干流长度，km，J—主河道平均比降）m——与汇流有关的经验参数，根据H24点值和流域所在分区有关，选用公式m=0.50θ0.21。S——雨力，相当于最大1小时降雨量，即S=H1面（mm）；U——平均损失率，u=0.0384R，（R24为一次洪水24小时总径流深，R24=H24面-22.5）K1、K2、K3、K4——为暴雨递减指数的函数，设τ<6小时，则由n1查《图表》得K1、K2、K3、K4。根据以上公式计算设计地面洪峰流量，据此计算流域汇流历时：当计算的>6小时,则改用n2查算洪峰流量Qm;洪水形状系Cr数计算：Cr=式中:h—设计净雨总量，h=Rtc-utc；tc为设计净雨历时，tc=6小时；Rtc产流历时的总径流深，等于tc历时的面雨量。T—地面径流历时（小时），T=0.46F0.535+tc40 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告峰现时间tp=T/4(小时)计算得的洪峰流量及其有关参数列于表2-5。表2-5ZZ水库设计地面洪峰流量及其参数成果表频率频率P=10%频率P=2%F1.431.43L1.861.86J0.2140.214θ3.103.10M0.710.71S66.9793.08H24面216.22358.83R24193.72336.33U2.063.12n10.510.45K10.490.45K20.580.50K31.151.13K40.320.32Qm37.5251.49τ0.490.45tc6.006.00n20.790.74Rtc161.09251.19H148.74232.46T6.566.56tp1.641.64Cr0.240.27从表2-5可知，各频率洪水的汇流历时τ都小于6小时，原假设采用n1正确，不必改用n2计算Qm。设计洪水过程线由设计地面洪水过程线加入起始流量叠加而成。设计地面过程线推求方法为：先求各频率洪水的洪水形状系数Cr和峰现时间tp，然后根据Cr查出各值相对应的值，再以tp乘以、Qm乘以即得ti时刻地面洪水过程线Qi。起始流量按公式Q0=0.22u0.92F计算。40 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告各设计频率的设计地面洪水过程线Qi加上对应频率洪水的起始流量Q0即为所求频率的设计洪水过程线Qi（总）。按照以上所述推理公式方法分别推求ZZ水库P=10%、P=5%两种频率设计洪水过程线，设计洪水过程线详见表2—6至表2—7。表2—6推理公式法10年一遇设计洪水过程线tp=1.64小时Qm=38.13m3/sti/tpQi/QmtiQiQ0Qi(总）00.000.000.000.610.610.20.020.330.750.611.360.40.070.662.630.613.240.60.270.9810.130.6110.740.80.731.3127.390.6128.0011.001.6437.520.6138.131.20.781.9729.260.6129.881.40.552.3020.630.6121.251.60.392.6214.630.6115.241.80.302.9511.260.6111.8720.213.287.880.618.492.20.163.616.000.616.612.40.113.934.130.614.742.60.084.263.000.613.612.80.064.592.250.612.8630.054.921.880.612.493.20.045.251.500.612.113.40.035.571.130.611.743.60.025.900.750.611.363.80.016.230.380.610.9940.006.560.000.610.61V洪=23.05万m340 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告表2—7推理公式法50年一遇设计洪水过程线tp=1.64小时Qm=52.39m3/sti/tpQi/QmtiQiQ0Qi(总）00.000.000.000.900.900.20.030.331.540.902.440.40.140.667.210.908.110.60.380.9819.570.9020.460.80.771.3139.650.9040.5411.001.6451.490.9052.391.20.821.9742.220.9043.121.40.632.3032.440.9033.341.60.462.6223.690.9024.581.80.342.9517.510.9018.4020.243.2812.360.9013.262.20.183.619.270.9010.172.40.133.936.690.907.592.60.104.265.150.906.052.80.084.594.120.905.0230.064.923.090.903.993.20.055.252.570.903.473.40.045.572.060.902.963.60.035.901.540.902.443.80.026.231.030.901.9340.006.560.000.900.90V洪=35.55万m32、瞬时单位线法推求设计洪水雨型选择暴雨洪水一般按年最大24h暴雨进行分析，ZZ水库承雨面积1.43km2，根据《查算图表》，也可采用最大6h雨量推求洪水。设计雨型采用《查算图表》成果，暴雨历时tc=6h，计算时段△t=0.5h，雨型表见表2—8。表2—8最大6h设计雨型（△t=0.5h）时段123456789101112占—小时3862占（H3-H1）%22362716占（H6-H3）%161718201514注：表中H1、H3、H6为1、3、6h雨量。40 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告各时段面雨量由下式推算：设计净雨根据《查算图表》，采用最大6小时雨量时不扣初损，仅扣稳损，即得到设计净雨。稳损fc按公式fC=0.0615R计算，式中：R24=H24-22.4mm。净雨为6小时雨型求得的面毛雨量逐时段扣除稳损。经产流计算，净雨过程及设计净雨成果见表2—9。表2-9各种频率净雨过程计算表单位：mm时程Δt=0.5htc=6hP=10%P=2%雨量扣损净雨量雨量扣损净雨量17.40.766.712.821.0711.7527.90.767.113.621.0712.5538.30.767.614.421.0713.3549.30.768.516.021.0714.95510.40.769.616.921.0715.85616.90.7616.227.681.0726.61725.40.7624.735.371.0734.30841.50.7640.857.711.0756.64912.70.7611.920.741.0719.67107.70.767.012.631.0711.56117.00.766.212.021.0710.95126.50.765.711.211.0710.14瞬时单位线计算地区综合瞬时单位线（10mm/h）参数按下式计算：m1=1.38F0.27L0.216J-0.185n=0.34F0.35J0.1式中：F—控制流域面积，1.43km2，L—主河道长度，1.86km，J—河道平均比降，21.4‰，40 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告对50年一遇及以上洪水的m1进行非线性改正，改正后的公式为：m1i=m1(0.2)λ1·(50/ip)λ式中：ip=HtR/tR为造峰雨降雨强度。tR为造峰雨历时，根据流域形状选用公式。由于J=21.4‰>15‰,属山区流域，f=0.42>0.4,属扇形流域故tR按以下公式计算：tR=0.35F0.52=0.54h,所以按下式计算tR历时的面雨量HtR。其中当ip〈50mm/h时，；当ip〉50mm/h时，，当ip〉100mm/h，取ip=100mm/h，根据θj（θj=j1/3F1/4）、F分别查得λ1、λ2，代入非线性改正公式计算m1i。根据m1i计算K值。K=m1i/n瞬时单位线参数成果见表2—10。表2-10瞬时单位线参数计算成果表单位：mm频率Δt=0.5htc=6hP=5%P=0.5%m10.640.64n0.660.66tR0.420.42HtR43.957.7iP100.0100.0θj5.475.47λ10.640.64λ20.30.3m1i0.190.19K0.280.28地表径流过程计算地表径流由净雨程及瞬时单位线参数推算。根据各频率的综合瞬时单位线n和k，计算出相应的无因次时段单位线，再以Σq=F/3.6△t乘以无因次时段单位线，计算各频率下的0.5小时10mm时段单位线。40 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告按《查算图表》介绍的方法，将各频率时段单位线结果（△t，t）与相应频率△t时段的净雨相乘，错时段相加，即可求得各频率下的地表径流过程。计算过程省略，各频率下的地表径流过程成果分别见表2—11至表2—12。地下径流计算和设计洪水过程线计算地下径流过程计算式：当t≤T时，Qt=Q0+（Qg-Q0）×t/T当t>T时，Qt=Qg×e-β（t-T）Qg=[fC×tc×F/3.6-(T/2-1/β)×Q0]/(T/2+1/β)式中：F=2.25km2，△t=0.5小时，tc=6小时，D=4小时，fC=0.0615R（稳损，设计净雨中已计算三种频率fC）β=0.133F-0.28=0.11（退水指数)T=tC+D-△t=6+4-0.5=9.5（地面径流过程线底宽）Q0=0.021fC1.14F（按净雨过程计算的两种频率的fC计算）将式中各参数代入Qg计算式，计算Qg，然后根据Q0、Qg、T、t计算出各频率洪水地下径流Qt，结果见表2-11和表2-12。将地下径流Qt与相应频率同时段的地表径流相加即得设计洪水过程线，详见表2-11至表2-12。表2-11瞬时单位线法10年一遇设计洪水过程线单位：m3/s时段地表径流地下径流设计洪水备注0.000.000.050.05Q0=0.05m3/s0.504.820.074.88Qg=0.31m3/s1.005.560.085.64ß=0.121.505.990.106.08T=8.00h2.006.700.116.81fc=1.53mm2.507.540.137.67tc=6.00h3.0012.380.1512.53D=2.50h3.5018.950.1619.12Δt=0.50h4.0031.170.1831.35F=1.43km24.5011.390.2011.585.006.170.216.385.505.070.235.306.004.610.254.8640 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告6.500.420.260.687.000.060.280.347.500.010.300.31Qm=31.35m3/s8.000.000.310.318.500.000.330.339.000.000.350.35V洪=23.00万m39.500.000.360.3610.000.000.380.38表2-12瞬时单位线法50年一遇设计洪水过程线单位：m3/s时段地表径流地下径流设计洪水备注0.000.000.060.06Q0=0.06m3/s0.506.400.086.48Qg=0.37m3/s1.007.390.107.49ß=0.121.507.950.128.06T=8.00h2.008.880.149.02fc=1.81mm2.509.710.169.86tc=6.00h3.0015.860.1816.04D=2.50h3.5022.290.2022.48Δt=0.50h4.0036.470.2136.68F=1.43km24.5014.290.2314.535.007.890.258.145.506.720.276.996.006.140.296.436.500.560.310.877.000.080.330.417.500.010.350.36Qm=36.68m3/s8.000.000.370.378.500.000.390.399.000.000.410.41V洪=28.60万m39.500.000.430.4310.000.000.450.4540 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告3、洪水设计成果比较将本次洪水计算成果一并列于表2-13进行比较。表2-13ZZ水库洪水设计成果比较表频率本次复核成果（6小时）瞬时单位线法推理公式法洪峰(m3/s)洪量(万m3)洪峰(m3/s)洪量(万m3)P=5%31.3523.0038.1323.05P=0.5%36.6828.6044.3029.05两种方法计算所得洪水总量与洪峰流量均十分接近，说明计算成果可信。瞬时单位线法推求设计洪水考虑了流域的调蓄作用，以及暴雨降雨强度对洪水过程线的影响，即单位线参数非线性改正，更符合雨洪成因理论，而推理公式法推求设计洪水不考虑流域的调蓄作用。因此本次设计洪水采用瞬时单位线法的设计成果。1.1.1施工洪水设计1、施工设计洪水标准ZZ水库施工洪水设计主要是确定水库加固工程的施工导流设计标准，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）和《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2004），ZZ水库施工导流建筑物属5级建筑物，施工导流洪水按枯水期5年一遇洪水标准设计。2、施工期确定本流域流洪水主要由暴雨产生，与暴雨相应，每年夏初进入汛期，根据流域多年平均月降雨量及洪水特点，拟定11月～次年3月为枯水期，4月、10月为平水期，5～8月为丰水期，其中6～7月为主汛期。根据施工组织设计和防洪需要，11月至次年3月为施工枯水期，分析水库坝址处11月至次年3月的5年一遇枯水期分期设计洪水。3、来水量计算根据施工组织设计输水管导流方案，输水管进口闸室施工期为12月～次年3月，施工时首先利用输水管将库水位降低到死水位51.70m，在输水管进口处修筑围堰挡水。40 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告根据收集到的阳新1957年～2008年历年枯水期12月～3月日降雨量，将阳新枯水期12月～3月5年一遇24h最大降雨量进行排频计算，按P-Ⅲ型曲线适线后，查算出p=20%时H日20%为50mm，由此求得ZZ水库枯水期12月～3月5年一遇日降雨量库区相应来水量W。公式为：式中，W——枯水期水量，2.86万m3α日——枯水期日径流系数，取富水水库水文站枯水期资料分析成果，为0.50；F——水库承雨面积，1.43km2；据此求得ZZ水库枯水期12月～3月5年一遇日降雨量相应来水量W=2.30万m3。3、围堰高程根据施工组织设计，输水管工程进口段设计施工期为12月～次年3月，根据枯水期5年一遇库区来水量查库容曲线，确定相应最高水位。输水涵管进口底部高程67.73m，对应的库容为0.4万m3。根据计算，枯水期12月～次年3月5年一遇降雨入库总水量为2.86万m3，求得水库对应的最大库容为3.26万m3，查库容曲线表对应水位为69.94m。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），安全超高取0.5m，考虑风浪影响，设计堰顶高程为70.53m。40 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告1工程地质1.1概述ZZ水库兴建前未进行过专门工程地质勘察，前期地质资料仅有相关的1:20万区域地质图及区域地质报告。为配合水库大坝等建筑物安全鉴定工作，2010年12月，阳新县水利局委托湖北楚鹏工程勘察设计院进行该项目安全鉴定阶段地勘工作。2011年1月，由阳新县水利水产局组织专家对水库大坝安全鉴定报告进行了审定，结论为三类坝，根据评审会意见，2011年1月，该院在前期进行安全鉴定的基础上，承担了该水库大坝除险加固初步设计阶段的工程地质勘察任务。本次地质勘察工作主要采用地质测绘、线路地质调查、险情调查、工程地质钻探、现场原位测试、坑探、室内土工试验等工作方法及手段。根据安全鉴定阶段结论及本次勘探工作共完成勘探工作量见表3-1。表3-1ZZ水库初步设计地质勘察工作量统计表工作项目单位数量工程地质测绘1：1000精度km20.8地质线路调查km2坝区险情调查1：1000精度km20.6地质钻探m/孔68.3/3钻探封孔m/孔68.3/3钻孔注水试验段16室内土工试验常规件13渗透件3天然建材调查调查km20取样（击实）组1通过本阶段勘察，基本查明了心墙和坝壳代料的物质组成及填筑质量和透水性，坝基、坝肩岩体的透水性及渗流和渗透变形问题，并根据室内室外试验成果，提出了大坝稳定分析的物理力学指标与透水性参数，为水库大坝除险加固提供基本的地质资料和数据。40 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告1.1区域地质概况1.1.1地形地貌ZZ水库除险加固工程场区总体位于幕阜山中低山及丘陵区，为构造剥蚀堆积地形，场区及周围为低山。坡体走向东西向，基本与区域构造线一致。受地层岩性控制，场区丘体表面少有沟坎分布，丘顶高程170～250m，相对高差60～100m，丘顶浑圆,丘体地形坡度25°～40°,分布薄层残坡积粘性土，丘体表面植被发育，多生长杂草，乔木少量分布，水土保持较好。1.1.2地层岩性区内出露的地层为古生代志留系～中生界三叠系地层，在现代河床分布一定厚度第四系全新统冲洪积物，在山坡及山脚处分布薄层残坡积层。下面以地层时代新老关系，由老至新分别叙述如下：①志留系（S）1）高家边组（S1gj）黄绿色、灰色粉砂质页岩、泥岩、泥质砂岩，夹薄层粉砂质浅灰色含炭粉砂质页岩，层厚>200m。2）中统坟头组（S2f）灰色，青灰色，泥岩夹页岩，夹薄层粉砂质浅灰色含炭粉砂质页岩，层厚>500m。②泥盆系（D）上统（D2）上部：灰白色石英细砂岩，粉砂岩及含粉砂粘土岩；中下部：灰白色石英岩状砂岩，有大的楔形层理；底部：灰白色巨厚层石英砂岩。层厚0～118m。③石炭系（C）灰白色石英细砂岩、粉砂岩及含粉砂粘土岩。层厚0～144m。④二叠系（P）在工程场区未细分，岩性为深灰色、灰白色泥状灰岩、微粒灰岩、生物灰岩，夹浅灰、灰白色白云岩，层厚30～108m。⑤三叠系大冶组（T1d）灰色、浅灰色灰岩、灰岩，局部夹少量白云岩，厚度较大，分布较稳定。⑥白垩—第三系（K-R）dn东湖群40 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告零星出露在工程区外缘，为一套紫红色、砖红色砂岩、砾岩、泥岩、含砾泥质粉砂岩；最大厚度大于1000m。不同地方的层厚度与地形地貌相关变化较大；部分地方缺失。⑦第四系（Q）工程区第四纪地层分布广泛，沉积厚度最大达145m，成因类型复杂，以残坡积、崩坡积和冲洪积物为主，局部为人工堆积，与下伏基岩呈角度不整合接触。根据岩性可划分为更新统、全新统。（1）中更新统（Q2）主要为红色的网纹状粘土；几乎分布全区，厚20-40m，其岩性可分为上、下两部：上部为黄褐色、红褐色粘土，沿节理或裂隙面附有黑色铁锰质薄膜或结核；下部为红色、紫红色粘土，夹白色粘土条带，组成网纹状构造，下伏基岩碎块。（2）上更新统（Q3）主要为冲洪积堆积粉砂、细砂夹含泥质结核，下部为棕红色粘土，含黑色铁锰质薄膜；厚约40m，区内少有出露。（3）全新统（Q4）该地层在区内表现形式为冲洪积和残坡积为主，以人工堆积为辅。冲洪积主要为河流的沉积物，由砂、粘土等组成，分布于河床、河漫滩、一级阶地等；残坡积主要为风化泥土夹碎石构成，主要分布在山脚及岸坡处；人工堆积主要表现于坝区，一是人工建筑，二是弃渣、弃料堆积等。1.1.1地质构造工程所在区域构造位于扬子准地台下扬子台坪大冶台褶带，高祥侧转背斜东段青山倾伏端，褶皱轴呈北东东——南西西（近东西向）展布，出露地层有古生界志留系下统高家边群至三叠下统，其中志留系地层出露面积最大，占总面积85％以上，此外有新生界第四系全新统的洪冲积、残坡积、人工堆积物等，不整合于其他各地层之上。以志留系地层组成了倒转背斜的轴部，由泥盆系一二叠系地层组成该倒转背斜的两翼。主要断裂以北东东、北西、北北东向延伸，这些不同性质的断裂，是不同构造时期的产物，它们前后相互作用，继承、发展、复合，使地质构造复杂化。1、场区及周围分布主要褶皱分别描述如下：40 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告①河山岭～潘山向斜位于梅港背斜之南，轴向呈北东东向延伸，核部在潘山一带为下、中三叠系，以西为二叠系组成，北翼倾南南东，倾角40°～60°,南翼倾北北西，倾角40°～55°。②梅港倒转背斜位于河山岭～潘山向斜之北，轴向呈北东东向延伸，核部多由中志留系组成。③通山倒转向斜位于梅港倒转背斜之北，北与大磨山复式背斜相接，轴线北东东向延伸，核部由中三叠系组成，两翼倾南向北倒转，倾角55°～75°,向斜北翼在西部为路口逆断层切割。距工程场区较近。2、区内主要断裂：区内断裂比较发育，根据断裂的方向、性质、规模、大小，主要分为北北东、北北西及北东东三组，其中北东东（近东西向）断裂组规模为大，次之为北北东方向组，密度较大，再次为北西方向组，后二组从生成时间上较前者为晚。以断裂的力学性质来看，北东东、北北东方向二组以压、压扭性为主；北西方向组以扭、张扭性质为主。①北东东向断裂－青山断裂断裂走向平行于褶皱轴，为褶皱同期的产物，该断裂为北东东向规模最大的断裂，位于通山倒转向斜的南翼部位，由北东东、南西西方向延伸图外，可见长度4250m，断裂走向北东70°,倾向南东，倾角45°～70°。断裂破碎带宽4～7m，沿断裂带见擦痕、泉水等，见二叠系灰岩与志留细粒石英砂岩相接触。从断裂运动方向来看，断裂具有南东盘往东、北西盘往西扭动特性，断裂力学性质为压扭性。②北西向断裂－深溜叽断裂该断裂为北西方向组规模较大的断裂，位于深溜叽北西、南东一线。断裂北北西延伸到圣人山，逐渐消失，可见长度475m，断裂走向330°,倾向南西，倾角55°～80°。断裂破碎带宽1.5m左右，断面比较平直，沿断裂带构造角砾岩、糜棱岩发育，断裂斜切老屋畈背斜，使地层发生错位，东盘往北西，西盘往南东扭动，为一张扭性的断裂。③北北东向断裂－曹家湾断裂40 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告位于曹家湾、棺材山一带，该断裂为北北东向断裂组具代表性的断裂，它归属于新华夏系的麻团断裂构造带的南延组成部分。断裂以北北东20°～25°方向展布，倾向北西，倾角70°左右，可见长度2500m，沿断裂带岩石破碎、硅化、片理化待。以构造形迹分析该断裂的发展史，早期为张扭性断裂，是褶皱同期的产物，后期接受了新华夏构造体系的继承、改造，使早期的张扭性断裂在后期休现为压扭性特征。距工程场区较近。1.1.1地壳稳定性评价本区地震区划属于崇阳～通山小区（湖北省构造体系与地震震中分布图），为通城～团风～麻城新华夏断裂活动带的东侧抬升地区，襄广大断裂以南，本区属于微震地带。从历史资料记载上来看，本区在大断裂构造的边部发生过地震，但次数少，震级小。1959～1965年之间在阳新龙港附近发生了2.3～2.9级地震。1966～1970年之间在本区东襄广大断裂边部广济发生过4～4.7级地震。这些发震点远离水库，地震波也波及不到，因此大坝受地震灾害的影响极微，区域地质构造基本稳定。场地位于区域性稳定地块范围，属于6度地震设防区；场区外围存在发震构造断裂，但场地及周边没有发现新构造活动痕迹，也不存在活动性断层与发震断裂，总体认为场区区域地壳基本稳定。根据国家标准1：400万（GB18306-2001）《中国地震动参数区划图》，当设防标准为50年超越概率10%时，工程区地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s，相应的地震基本烈度为6度。1.1.2区域水文地质条件工程场区基岩主要为泥质砂岩，岩层薄～中层状构造，表层节理裂隙较发育，赋存一定量的地下水，水量一般很小。山体地表覆盖层厚度较薄，结构松散，赋存孔隙水及上层滞水，水量一般较小，运移较活跃；河床冲洪积物较少，见少量砂卵石层，砂卵石层中孔隙较多，地下水较丰富，运移活跃。根据场区地下水储存、运移介质及运移状态来看，可将场区地下水分为孔隙潜水、基岩裂隙水两种类型。现分述如下：1）孔隙潜水40 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告主要分布于第四系全新统冲洪积砂卵石层、残坡积风化粘土碎石层及人工填土中。冲洪积砂卵石层结构较松散，孔隙较大，贮水量较丰富，主要接受地表水的补给，向低洼处运移，最终排泄于河流之中；残坡积粘性土碎石层主要分布于山坡表层，地势较高，厚度较薄，结构松散，孔隙较大，地下水赋存量较小，主要接受大气降水的垂直入参补给，向低洼处排泄；人工填土中地下水主要接受大气降水的入渗补给，向低洼处排泄，水量很小。２）基岩裂隙水主要分布泥质砂岩风化裂隙、岩溶裂隙中，地下水运移、储存于裂隙中，储量、运移速度受裂隙发育程度、导通性制约，场区构造破碎及影响带基岩裂隙水较丰富，岩体透水性中等偏高。区域水质分析结果:K+、Na+12.0mg/l，Ca2+40.1mg/l，Mg2+12.2mg/l，Cl-22.2mg/l，SO42-85.0mg/l，HCO3-68.6mg/l，游离CO215.3mg/l，不含侵蚀性CO2，水体PH值6.83,矿化度205.70mg/l。可知场区水质无污染，对混凝土无侵蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。1.1库区工程地质条件及评价1.1.1地质概况1、地形地貌库区场地位于低山地貌区，区内地势西高东低，库周坡体顶部浑圆，坡体较陡，地形坡度25°～40°；区内冲沟较发育，一般呈东西向，冲沟切割较深，沟深20～50m，宽度50～150m，沟窄且深。库区山体表层植被较发育，多为杂草，少量松树，水土保持较好。2、地质构造及地层岩性工程所在区域构造位于扬子准地台下扬子台坪大冶台褶带，高祥侧转背斜东段青山倾伏端，褶皱轴呈北东东——南西西（近东西向）展布，该背斜核部地层为志留系地层，北北东翼为泥盆系到三叠系地层，倾向180°～230°,倾角50°～65°,南南西翼为泥盆系到三叠系地层，倾向180°～225°,倾角45°～70°。背斜主要特征为线状褶皱，轴线近东西略呈“S”40 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告型弯曲，北翼地层倒转，呈尖棱状倾伏，西端被阳新新岩体破坏，且南翼地层倒转，因此背斜在空间形状褶皱态上似麻花状，核部走向断层发育。水库库区位于侧转背斜东端，地层分布较稳定，无断裂构造带通过。库区库岸及库盆为志留系下统高家边组（S1gj）泥质砂岩。1.1.1水库地质问题评价1、水库渗漏库区两岸均为山体屏障，周围无其他水系及沟谷切割，除水库坝体外，山体几乎封闭了整个库周。库区岩层褶皱、褶曲、揉曲不发育，岩层呈纵向单斜状，岩层倾向南东，倾角25°。库岸及库盆为志留系下统高家边组（S1gj）泥质砂岩，岩层结合紧密，虽岩层表层强风化岩体节理裂隙发育，透水性较强，但下部弱风化层岩层结合较紧密，节理裂隙发育较少，且多呈闭合状，岩体完整性较好，有较好的阻水作用。库区无岩溶发育，地表测绘未发现大的导水构造，深部岩体透水性微弱。故水库不存在向周围邻谷及下游渗漏问题。2、库岸稳定水库库周地形坡度25°～40°，坡度较陡。库周表层山体上大部分覆盖薄层残坡积粘性土，层厚0.50～1.50m，土体具容重较小、孔隙比大，含水量低的特点，结构较松散。水库库周表层残坡积层结构较松散，但水库周边山体上植被较发育，水土保持较好，因水土流失对水库安全性影响较小。残坡积层下伏强风化泥质砂岩，表层节理裂隙较发育，岩体完整性较差，但其发育深度很小，无深层的裂隙，对整个库岸稳定影响不大。通过对水库的地质测绘，未发现库周有滑坡、崩塌、泥石流等不良地质现象，水库库岸稳定性较好。3、水库淤积水库库周表层残坡积层结构较松散，但水库周边山体上植被较发育，水土保持较好，大气降水形成地表溪流冲蚀力较低，所携带泥、砂较少，入库泥砂总量有限。水库岸坡稳定，不存在大规模不稳定岩体及堆积体，水库塌岸概率低规模小。4、水库浸没水库库岸正常蓄水位以上，均为丘陵地貌区，而且绝大部分地区基岩裸露，地势较高，水库蓄水对库岸地下水埋深影响不大，库岸一般不存在浸没问题。40 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告水库周边山体由相对不透水岩体组成，库水与周边低洼地带地下水无水力联系，库区周边不存在浸没。1.1坝基工程地质条件及评价1.1.1地质概况1、地形地貌坝址区位于丘陵地貌区，区内地势东高西低，地形起伏不大，切割不深。大坝位于东西向现代河床之中，大坝左岸与山体下半坡相连，山体地形坡度约35°,地形较陡，山体上植被发育,多为杂草，风化层厚度较薄；大坝右岸与山体半坡相连，山体地形坡度约30°,地形坡度较陡，坡体上植被较发育，风化层厚度较薄。2、地质构造坝基处无断裂构造带通过，岩层完整性较好，层序正常，岩层产状255°∠25°,两岸岩体构造节理，风化裂隙发育，分布密集。3、地层岩性坝址区出露地层比较简单，坝区以志留系下统高家边组（S1gj）泥质砂岩为基底，现代河床地表分布第四系少量冲积层，岸坡及山坡坡脚分布少量崩塌堆积体，山坡平缓处覆盖薄层残坡积层。现从新至老分别叙述如下：①第四系（Q）a.全新统冲洪积层（Q4al+pl）现代河床沉积物，一般由粘土夹少量砂卵石等组成，土质呈棕红色，硬塑状，粘性较强，刀切面较光滑，含少量角砾。b.第四系全新统残坡积层（Q4el+dl）岩性为浅黄色含角砾粘性土，粘性土一般为粉质粘土，具有重度较小、孔隙比大等特点，含5%～15%角砾，角砾成分一般为砂岩、石英等硬质岩石，难以风化，在风化过程中得以保存下来。c.人工堆积（Qs4）人工开采的弃石堆积及风化土、冲积土填筑，如大坝的芯墙及上、下游坝壳的块石、碎石等。40 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告②志留系下统高家边组（S1gj）泥质砂岩灰色、深灰色，强风化呈暗黄色，砂质结构，层状构造，表层节理裂隙较发育，裂隙多呈张开状，较破碎，完整性较差，深部弱～微风化岩体完整性较好。1.1.1坝基地质结构ZZ水库大坝为粘土心墙坝，填筑前进行过一定清基，但清基不彻底，坝基河床处为第四系冲积土层（Q4al），成分为含砾壤土、含砾粗砂，厚2.3m。两岸坝基分布有全新统残坡积层（Q4edl），岩性为粘土和含碎石壤土等。土层下部为志留系下统高家边组（S1gj）泥质砂岩，灰色、深灰色，强风化呈暗黄色。1.1.2坝基岩土物理力学性质为了查明坝基岩土物理力学性质，通过地质钻探取样，对土样进行室内土工试验。为便于设计对坝体坝坡进行稳定分析，将坝基土作为一层统计。经过统计分析，物理力学参数统计表见表4-1。地质建议值取值原则是按《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）要求进行。一般取值原则为：异常值的剔除采用置信区间法即（μ±3σ）法则。其中物理指标一般采用剔除异常值后的平均值作为建议值，力学指标采用剔除异常值后，取统计修正后的标准值作为建议值。从试验成果来看，坝基为粘土和含碎石壤土，灰褐色，粘性较强，切面较光滑，夹少量砾石，呈可～硬塑状，室内成果试验来看，其含水量23.1%，孔隙比0.610，塑性指数17.3，液性指数0.31，压缩系数0.26MPa-1，压缩模量8.0MPa，属中压缩性土，凝聚力（C）35.0kPa，摩擦角（φ）18.0°。地基土承载力特征值180kPa。根据经验类比相似工程，提出固结快剪指标建议值为凝聚力C为36kPa，内摩擦角φ＇为19°，可作为稳定计算的总应力指标。有效应力指标建议值为凝聚力C＇为32kPa，内摩擦角φ＇为21°。40 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告表3-2ZZ水库坝基土层物理力学参数统计表统计值土的物理性质指标可塑性压缩抗剪强度(快剪)含水率密度比重孔隙比孔隙度饱和度液限塑限塑性指数液性指数压缩系数a100-200压缩模量粘聚力内摩擦角天然干（%）（kN/m3）----（%）（%）（%）（%）（%）--MPa-1MPakPa度统计数（N）444444444434433最大值28.121.717.32.740.61838.2100.042.122.519.60.460.3112.267.219.9最小值19.820.316.72.710.58636.987.931.019.211.80.060.135.222.317.6平均值23.120.917.02.730.61037.995.837.420.117.30.310.218.943.518.9变异系数3.850.580.250.020.0160.655.714.621.623.670.220.093.5022.551.17标准差0.1660.0280.0150.0050.0260.0170.0600.1240.0810.2120.7030.4190.3920.5180.062建议值23.120.917.02.730.61037.995.837.420.117.30.310.268.03518.040 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告1.1.1坝基工程地质条件评价1）坝基稳定性评价坝基区域上地震活动微弱，无断裂构造带通过，地壳稳定性较好。坝基河床处为第四系冲积土层（Q4al），成分为含砾壤土、含砾粗砂，厚2.3m。两岸坝基分布有全新统残坡积层（Q4edl），岩性为粘土和含碎石壤土等，地基土承载力特征值180kPa。坝基不存在软土，因此坝基稳定性较好。2）坝基岩土体渗透性评价坝基岩土体的渗透性见钻孔注水试验表4—1，表4—1ZZ水库坝基土（岩）钻孔注水试验统计表孔号试段深度（m）岩性渗透系数（cm/s）渗透等级ZK015.00—10.00含碎石壤土3.90×10-5弱透水ZK0214.60—17.30含砾粗砂4.78×10-4中等透水17.30—20.10泥质砂岩5.63×10-5弱透水20.10—25.20泥质砂岩3.35×10-5弱透水25.00—30.60泥质砂岩5.50×10-5弱透水ZK035.00—10.00粘土1.35×10-4中等透水10.00—12.20粘土1.26×10-4中等透水12.20—15.10泥质砂岩4.19×10-5弱透水从上表可见，坝基土体，左岸含碎石壤土钻孔注水试验渗透系数3.9×10-5cm/s，具弱透水性；河床部位为含砾粗砂，渗透系数4.78×10-4cm/s，具中等透水性；右岸偏大,具中等透水性。坝基土层下部为志留系下统高家边组（S1gj）泥质砂岩，具弱透水性。综上所述，坝基河床坝段和右岸土层存在渗漏问题，需进行防渗处理。土层下部为泥质砂岩，透水性弱，可作为相对隔水层。42 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告1.1坝体工程地质条件及评价1.1.1坝体工程概况ZZ水库坝型为粘土心墙坝，坝长134.00~136.00m，坝顶宽5.4～6.3m，最大坝高15m，坝顶高程64.2~64.7m，大坝上游坡比为1:2.5未护坡，下游坡比为1:2.1~1:2.5,无反滤设施。1.1.2坝体心墙填土的物质组成及物理力学性质1）坝体心墙填土的物质组成大坝为粘土心墙坝，心墙填土大致分为两层，上部为碎石土，厚1.80—5.60m，成分为红褐色，18%—50%为碎石，充填壤土，钻进中漏水，无回水；下部为粘性土心墙，成分为粉质粘土、粘土和壤土，可塑状，含少量碎石。2）坝体心墙填土的物理力学性质本次地质勘察对不同部位填土均采取了一定数量的原状土样，在室内进行了土样的物理力学性质试验和渗透试验。对大坝岩土试验结果数据的统计中，土的物理性质参数以试验的算术平均值作为标准值，并将标准值作为建议值。力学指标中的压缩模量和土的抗剪强度建议值采用小值平均值，压缩系数采用大值平均值中选取。固结快剪试验成果作为总应力指标使用，其坝体填土物理力学参数统计见表5-1。从试验资料统计来看，坝体心墙粘土天然含水量29.8％，孔隙比0.773，塑性指数17.6，液性指数0.50，压缩系数0.35MPa-1，压缩模量5.4MPa，快剪：凝聚力（C）22KPa，摩擦角（φ）10.5°；根据经验类比相似工程，提出固结快剪指标建议值：凝聚力25kPa，内摩擦角15°，可作为稳定计算的总应力指标。有效应力指标建议值为凝聚力C＇为22kPa，内摩擦角φ＇为16°。42 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告统计值土的物理性质指标可塑性压缩抗剪强度(快剪)含水率密度比重孔隙比孔隙度饱和度液限塑限塑性指数液性指数压缩系数a100-200压缩模量粘聚力内摩擦角天然干（%）（kN/m3）----（%）（%）（%）（%）（%）--MPa-1MPakPa度统计数（N）666666666666633最大值45.221.817.22.751.24355.4100.050.426.923.50.780.527.635.913.7最小值24.817.812.32.730.58837.099.832.818.214.50.360.224.321.18.2平均值29.820.215.62.740.77342.9100.038.420.917.60.500.316.028.010.1变异系数7.611.351.730.010.2376.470.086.443.073.570.180.111.18标准差0.2550.0670.1110.0040.3070.1510.0010.1680.1470.2030.3670.3540.196建议值29.820.215.62.740.77342.9100.038.420.917.60.500.35　5.4　22.0　12.5　ZZ水库坝体粘土芯墙填土物理力学性质统计表50 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告1.1.1坝体心墙填土渗透性为了查明坝体心墙填土的渗透性，本阶段对坝体填土进行了现场注水试验和室内原状土渗透试验。现场注水试验主要反映了土的水平方向渗透性，室内原状土渗透试验主要反映了土的垂直方向渗透性。1）心墙填土室内渗透试验成果室内试验分析，大坝心墙填土粉质粘土和粘土土样渗透系数平均值为4.08×10-6cm/s，具微透水性。2）心墙填土钻孔注水试验成果坝体心墙填土钻孔注水试验成果统计表详见表5-2表5-3。表5—2ZZ水库坝身土体钻孔注水试验成果表孔号试段深度（m）岩性渗透系数（cm/s）渗透等级ZK010.00—5.00碎石土5.67×10-4中等透水5.00—10.00壤土3.90×10-5弱透水ZK020.00—1.80碎石土1.10×10-3中等透水1.80—5.10粉质粘土1.36×10-5弱透水5.10—10.20粉质粘土8.61×10-5弱透水10.00—14.60粉质粘土1.33×10-5弱透水ZK030.00—5.00碎石土5.84×10-4中等透水表5-3芯墙填土注水试验统计表统计指标心墙上部碎石土心墙下部注水心墙下部室内试验样本数343最小值5.67×10-41.33×10-52.35×10-4最大值1.10×10-38.61×10-57.74×10-4平均值7.50×10-43.80×10-55.14×10-4建议值7.50×10-46.58×10-550 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告从钻孔注水渗透试验成果表5-2、表5-3可知，坝体心墙填土的渗透性很不均一，心墙上部碎石土渗透系数平均值为7.50×10-4cm/s，属于中等透水土层。心墙下部填土渗透系数平均值为3.80×10-5cm/s，结合室内渗透试验成果，建议其渗透系数为6.58×10-5cm/s，作为设计参考。1.1.1坝体渗透性评价大坝为粘土心墙坝，依据《碾压式土石坝设计规范》(SL247-2001)心墙防渗土料应满足下列要求，心墙粘土料的渗透系数不大于1×10-5cm/s。心墙上部碎石土渗透系数平均值为7.50×10-4cm/s，属于中等透水土层。心墙下部填土渗透系数平均值为3.80×10-5cm/s，建议值为6.58×10-5cm/s，坝体防渗不能满足规范要求，这是大坝出现散浸、渗漏的原因。此外，心墙顶欠高。土的允许水力比降建议值的确定：土体在渗流场的作用下，常发生渗透变形破坏，其渗透破坏的主要类型为流土。土的渗透变形判别和水力比降的确定是按照《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487—2008）的有关规定执行。表5-5大坝坝体填筑土渗透变形特征表位置统计值渗透变形类型临界水力坡降允许水力坡降综合取值J允大坝区间值流土型0.950.630.671.070.71平均值流土型1.000.671.1.2加固处理措施和建议坝体心墙填土渗透系数偏大，不能满足规范要求，建议进行防渗处理，可采用深层搅拌桩连续墙工艺，可以结合坝基防渗一并处理，防渗深度最深17.30m，进入坝基岩面即可。50 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告1.1.1代料部分根据钻孔ZK04揭示：代料为含粘性土角砾，主要由碎石、角砾组成，红褐、灰褐色，稍密状，含10%的粗砂及粘性土，碎石、角砾粒径10～30mm，呈棱角状，成分为泥质砂岩，壤土充填于角砾、碎石孔隙中。经钻孔取样试验，代料天然含水量22.7%，天然容重21.1KN/m3，钻孔注水试验渗透系数在1.17×10-4～4.53×10-4cm/s之间，钻进中漏水,建议坝体代料渗透系数取7.50×10-4m/s，具中等透水性。边坡稳定计算时建议代料凝聚力取5kPa，内摩擦角28°。50 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告表5-6大坝代料土的物理力学指标统计表统计值土的物理性质指标可塑性压缩抗剪强度(快剪)含水率密度比重孔隙比孔隙度饱和度液限塑限塑性指数液性指数压缩系数a100-200压缩模量粘聚力内摩擦角天然干（%）（kN/m3）----（%）（%）（%）（%）（%）--MPa-1MPakPa度统计数（N）222222222222211最大值23.321.117.22.720.58937.1100.031.017.214.00.440.236.936.221.4最小值22.121.017.12.720.58136.8100.031.017.013.80.360.236.936.221.4平均值22.721.117.22.720.58537.0100.031.017.113.90.400.236.936.221.4变异系数标准差建议值22.721.117.22.720.58537.0100.031.017.113.90.400.25　6.5　20.0　18.0　50 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告经室内颗分试验，经测算代料不均匀系数Cu均大于5，代料粗细颗粒的区分粒径df为0.84mm，土的细粒颗粒含量Pc在20%～24%之间，均小于25%或100/4（1-n）计算结果，故代料土在一定水头作用下，有可能发生管涌破坏。根据经验，建议J允许取0.25。1.1溢洪道工程地质条件1.1.1地质概况溢洪道位于大坝左侧山坳，为明渠型式，净宽1.7m，堰进口高程为62.10m，设计最大下泄流量27.66m3/s，溢洪道进口段用浆砌石护砌，控制及泄槽段无护砌并冲刷严重。1.1.2工程地质条件及评价根据地质调查，溢洪道进口段和控制段地基为坡积土，岩性为黄褐色含碎石、块石壤土，硬塑状，透水性弱，进口仅有7m长的浆砌石。泄槽段为强风化泥质粉砂岩，未护砌。无消力池。尾水渠地基为坡积土。溢洪道总体边坡基本稳定。但土体抗冲性差，当水库溢洪时，水流直接冲刷溢洪道底部和边坡，影响土体稳定，建议对溢洪道底板和两岸进行护砌，续建消能防冲设施。1.2输水管区工程地质条件1.2.1工程概况输水管位于大坝左侧坝底，输水管进水口高程51.70m，为预制钢筋砼管，管径为300mm。设计流量为0.34m3/s。于山坡上架设启闭机联结斜拉杆进行控制，由于使用年限已久拉杆及启闭机已无法正常使用。1.2.2工程地质条件及评价按输水管进、出水口高程，推测输水管基础地基为全新统残坡积层（Q4edl），岩性为含碎石壤土，地基土承载力特征值180kPa。地基强度较高，分布较稳定，输水管本身的应力较低，地基承载力基本满足要求。50 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告进口闸室段地基也为全新统残坡积含碎石壤土，地基承载力基本满足要求。1.1天然建筑材料1.1.1土料根据加固方案，本工程所需的土料主要用于施工围堰。工程区地处低山丘陵地区，据调查，在大坝下游地表覆盖残坡积粘性土，厚度2.8至3.6m，运距约1.0km。土料储量较丰富，易于开采和运输，料场土料为含碎石粉质粘土，根据取样，土料最大干密度为1.70g/cm3，最优含水量为21.4%，根据地区类似料场经验，渗透系数为1.05×10-5cm/s，其质量、储量能够满足大坝所用土料要求。1.1.2砂、石料经过调查访问，大坝3km范围内无可用石料分布。大坝整修所需碎石、块石料可采用木港镇附近块石料场，距大坝约5km。坝区下游广大地区覆盖第四系土层，无河流冲积砂分布，需外购。距场区较近的大型河流为长江，江砂颗粒清晰，含泥量较低，砂粒以石英、长石为主，砂粒强度较高，粒径适宜，是混凝土和反滤料的理想砂料。距大坝较近的为阳新长江砂料场，运距18km。1.2结论及建议（1）ZZ水库工程区域构造位于扬子准地台下扬子台坪大冶台褶带。场区地质构造以褶皱为主，周围无活动断裂通过，工程场区位于地壳运动相对稳定的地台区，根据国家标准1：400万《中国地震动参数区划图》（GB18306—2001），工程区地震动峰值加速度为0.05g，相应地震基本烈度为VI度。（2）ZZ水库库岸及库盆为志留系下统高家边组（S1gj）泥质粉砂岩，地表为残坡积粘土，水库不存在渗漏问题；库岸无软弱层分布，无大规模顺坡软弱结构面，库区边坡总体稳定；水库两岸地形坡度较缓，仅局部稍陡，覆盖层厚度较薄，水库不存在淤积及浸没问题。（3）大坝坝基河床处为第四系冲积土层（Q4al），成分为含砾壤土、含砾粗砂，厚2.3m。两岸坝基分布有全新统残坡积层（Q4edl），岩性为粘土和含碎石壤土等。坝基不存在软土，因此坝基稳定性较好。50 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告左岸含碎石壤土钻孔注水试验渗透系数3.9×10-5cm/s，具弱透水性；河床部位为含砾粗砂，渗透系数4.78×10-4cm/s，具中等透水性；右岸偏大,具中等透水性。坝基土层下部为志留系下统高家边组（S1gj）泥质砂岩，具弱透水性。坝基河床坝段和右岸土层存在渗漏问题，需进行防渗处理。土层下部为泥质砂岩，透水性弱，可作为相对隔水层。（4）大坝为粘土心墙坝，心墙上部碎石土渗透系数平均值为7.50×10-4cm/s，属于中等透水土层。心墙下部填土渗透系数平均值为3.80×10-5cm/s，建议值为6.58×10-5cm/s，坝体防渗不能满足规范要求，这是大坝出现散浸、渗漏的原因。此外，心墙顶欠高。建议进行防渗处理，可采用深层搅拌桩连续墙工艺，可以结合坝基防渗一并处理，防渗深度最深17.30m，进入坝基岩面即可。（5）溢洪道位于大坝左侧山坳，为明渠型式。进口段和控制段地基为坡积土，泄槽段为强风化泥质粉砂岩，未护砌。边坡基本稳定。但土体抗冲性差，建议对溢洪道底板和两岸进行护砌，续建消能防冲设施。（6）输水管地基为全新统残坡积层含碎石壤土，地基强度较高，承载力基本满足要求。（7）经天然建筑材料调查，土料可在大坝下游开采残坡积粘性土，运距约1.5km。土料储量较丰富，其质量、储量能够满足大坝所用土料要求。碎石、块石料可采用木港镇附近块石料场，距大坝约5km。混凝土所需砂料和反滤料可到阳新长江砂料场购买，运距18km。50 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告1工程任务和规模1.1工程建设的必要性1.1.1工程概况ZZ水库位于阳新县木港镇，属富水水系。水库坝址设计控制流域面积1.43km2，加固后总库容15.36万m3，为年调节水库。ZZ水库于1962年10月动工兴建，1964年12月竣工蓄水，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合效益的小（2）型水库。ZZ水库枢纽主要由大坝、溢洪道、输水管等组成。水库坝型为粘土心墙坝，坝顶长70.00m，坝顶宽30～32m，最大坝高10.00m，坝顶高程73.00～74.50m，大坝上游坡比为1：3.5，未护坡。下游坡比为1：2.5，无反滤设施。水库溢洪道位于大坝左侧山坳处，为明渠型式，堰顶高程73.41m，底宽2.2m，最大下泄流量36.19m3/s，溢洪道进口段用浆砌石护砌，控制及泄槽段无护砌并冲刷严重。输水管位于大坝左侧坝底，为预制钢筋砼管，进水口高程67.73m，断面尺寸为Φ0.4m，设计流量为0.4m3/s，实达0.38m3/s。进口建筑物为钢筋混凝土压力水箱，采用螺杆拉圆筒活塞式启闭设施。工程建成至今发挥了较大的经济效益，最大可灌溉农田170亩，影响下游耕地2300亩，人口约1100人的安全。1.1.2存在的主要问题及安全鉴定结论1、存在的主要问题（1）大坝坝顶较宽，极不平整；大坝欠高，上、下游坝坡，杂草丛生，冲刷严重，凹凸不平，下游坝坡有散浸、渗漏，主要位于下游坝脚处左侧，下游无排水反滤设施。154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告（2）溢洪道为陡坡明渠，过水断面不足，没有护砌；出口无消能防冲设施，无出水渠。（3）输水管漏水严重，进口水箱破损、出口无消能防冲设施，坝体与输水管接触部位渗流严重，进口闸门锈蚀，启闭设备老化，启闭机房简陋，不能正常使用。（4）大坝无安全监测设施，无水雨情测报系统，无防汛通讯设备，防汛道路差等。2、安全鉴定结论2012年11月阳新县水利局组织专家对该水库进行了安全鉴定，其主要意见简述如下：（1）工程质量评价：工程质量评价为不合格。（2）大坝运行管理评价：水库大坝运行管理综合评定为差。（3）防洪标准复核：水库大坝实际抗洪能力不满足国家现行规范要求。ZZ水库防洪能力评价为C级。（4）渗流安全评价：大坝渗流性态不安全，评定为C级。（5）结构安全评价：大坝结构不安全，评定为C级。（6）金属结构：金属结构安全性定作C级。综上所述，根据水利部《大坝安全鉴定办法》、《水库大坝安全评价导则》（SL258-2000），评定ZZ水库大坝为三类坝。1.1.1除险加固的必要性ZZ水库位于阳新县木港镇，属富水水系，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合效益的小（2）型水库。ZZ水库设计灌溉面积200亩，最大实际灌浆面积170亩，保护耕地面积2300亩，保护人口1100人，地理位置重要。2011年11月阳新县水利局组织专家对该水库进行了安全鉴定，根据水利部《大坝安全鉴定办法》和《水库大坝安全评价导则》（SL258-2000）以及水库大坝运行和安全评价过程中发现的问题，ZZ水库大坝安全鉴定结论属三类坝。2011年11月省黄石市水利水产局对该水库进行了安全鉴定复核，同意ZZ水库鉴定为三类坝的结论。154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告水库一旦失事，将造成给下游人民的生命财产造成巨大的经济损失，因此，为了确保工程运行安全和下游人民生命财产安全，根本消除大坝存在的安全隐患，改善溢洪道泄流条件，提高其兴利效益，尽快进行除险加固是十分必要的。1.1除险加固的任务及规模本次ZZ水库除险加固工程主要有以下内容：大坝加固：坝顶泥结石路面、上游砼护坡、下游坝坡浆砌石固土、坝体心墙充填灌浆、新建下游贴坡排水；溢洪道加固：溢洪道钢筋砼衬砌；输水管加固：拆除重建进、出水口、钢管内衬输水管管身、配套闸门及启闭设备；其他工程：完善大坝安全监测设施。1.2调洪演算1.2.1调洪演算基本资料1、设计洪水设计洪水采用本次瞬时单位线法推求的设计洪水成果。2、库容曲线鉴于近年来水库以上流域无重大人类活动的影响，经过复核，本次设计库容曲线仍沿用以前成果。库容曲线见表4-1。表4-1ZZ水库库容曲线表水位（m）库容（万m3）水位（m）库容（万m3）66.000.0073.419.6767.730.4073.469.8068.631.5773.519.9469.532.7373.5310.0070.433.9074.0311.3971.335.0674.5312.7972.136.1075.0314.1872.416.8875.5315.57154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告3、溢洪泄流能力曲线ZZ水库泄洪设施为开敞式溢洪道，堰顶形式为开敞式宽顶堰，加固后堰顶高程为72.41m，加固后堰顶宽b=5m。溢洪道泄流能力计算公式如下：式中：Q－－流量，m3/s；B－－溢流堰总净宽，5m；H0－－计入行进流速水头的堰上总水头；g－－重力加速度，9.81m/s2；－－闸墩侧收缩系数；m－－二维水流宽顶堰流量系数，根据规范取值。侧收缩系数：式中：b－－单孔宽度，5m；n－－闸孔数目，n=1；－－边墩形状系数，取0.19；－－中墩形状系数，取0。154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告表4-2溢洪道“水位—泄流量”关系曲线（加固后）库水位（m）Q（m3/s）62.100.0062.301.0662.503.0063.0010.0163.5019.2264.0330.0864.5042.2565.1058.311.1.1调洪演算结果1、计算原则本次洪水计算，对该水库按现行《防洪标准》（GB50201-94）确定的设计洪水及校核洪水进行调洪演算。本次调洪演算拟按以下调度原则进行：（1）起调水位为72.41m；（2）当库水位上升至堰顶高程72.41m时，溢洪道开始自由泄流,不考虑输水管泄洪。2、计算原理及方法154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告水库来水时，超过正常蓄水位时开始下泄。水库能消减洪峰流量和延长泄洪时间，溢洪道的下泄流量受到堰顶水头H的限制，而堰顶水头H又受到水库蓄洪量的控制，水库蓄洪量的大小，则取决于入库和出库水量之差。因此可以列出如下两个基本方程：①水库水量平衡方程式中:Q1、Q2——时段△t始、末的入库流量(m3/s)；q1、q2——时段△t始、末的出库流量(m3/s)；V1、V2——时段△t始、末的水库蓄水量(104m3)；△t——计算时段，本次计算△t为变化值。②水库泄流方程水库溢洪道的泄流方程，即表4-2中的库水位与溢洪道泄流能力曲线q～v关系曲线。逐时段联解上述两个方程，可求出水库溢洪道下泄流量过程线，从而计算得到最大下泄流量Qm、调洪库容Vm、堰顶水头Hm及最高洪水位Zm，本报告采用的解算方法为试算法。调洪演算分别按P=5%、P=0.5%、P=10%三种情况进行。本次计算对水库正常水位分别遭遇三种频率洪水作调洪演算，成果见表4-3～4-5。154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告表4-3水库p=5%调洪演算成果表时段入库流量(m3/s)泄流量(m3/s)库容（m3)水库水位(m)0.00.000.006.8872.410.56.400.577.4072.601.07.392.698.3572.941.57.954.839.0673.192.08.886.559.5573.372.59.717.969.9173.503.015.8610.6510.5473.723.522.2915.7711.6074.104.036.4725.0013.2174.684.514.2925.2713.2674.705.07.8915.6511.5774.095.56.7210.5810.5373.726.06.148.269.9973.536.50.565.769.3373.297.00.083.308.5773.02表4-4水库p=0.5%调洪演算成果表时段入库流量(m3/s)泄流量(m3/s)库容（m3)水库水位(m)0.00.000.006.8872.410.511.821.377.8272.751.013.626.149.4373.331.514.6310.4110.4973.712.016.3213.4211.1373.942.516.8915.4111.5374.083.027.3519.8112.3474.373.533.0927.1313.5574.814.053.6039.5015.3675.454.523.8638.8915.2775.425.013.5823.7513.0174.615.512.3116.4411.7274.156.011.3513.5311.1573.946.51.039.2310.2273.617.00.154.849.0673.19154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告表4-5水库p=10%调洪演算成果表时段入库流量(m3/s)泄流量(m3/s)库容（m3)水库水位(m)0.00.000.006.8872.410.54.820.387.2872.551.05.561.828.0272.821.55.993.368.5973.022.06.704.679.0173.172.57.545.829.3573.303.012.387.919.9073.503.518.9512.3210.9073.854.031.1720.5012.4674.414.511.3921.0312.5574.455.06.1713.0811.0673.915.55.078.7610.1173.576.04.616.709.5973.386.50.424.699.0273.187.00.062.788.3972.95154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告3、计算成果汇总调洪演算成果汇总见表4-6。表4-6频率5%、0.5%和10%的调洪演算成果表频率洪峰流量（m3/s）泄流量(m3/s)水位(m)库容(m3)p=5%36.4725.2774.7013.26p=0.5%53.6039.5075.4515.36p=10%31.1721.0374.4512.55154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告1水工建筑物加固设计1.1设计依据1.1.1工程等别及防洪标准ZZ水库承雨面积1.43km2，加固后的总库容为15.36万m3，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252－2000）的规定，工程等别为V等，主要建筑物级别为5级，次要建筑物级别为5级。根据国家《防洪标准》（GB50201-94）和《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），ZZ水库的防洪标准按20年一遇（P=5%）洪水设计，相应水位为74.70m，200年一遇（P=0.5%）洪水校核，相应水位为75.45m，正常蓄水位72.41m，死水位67.73m。消能防冲设施的防洪标准按10年一遇（P=10%）洪水标准设计。1.1.2设计原则及采用的主要技术规范1、设计原则按照国家有关主要技术标准及规程规范，解决工程存在的工程质量隐患，并按工程管理的有关要求，完善大坝安全监测等工程管理设施，使大坝达到正常运用的标准。根据ZZ水库大坝安全鉴定复核结论，本次除险加固设计对水库的功能和规模不做改变，防洪标准定为20年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核。除险加固初步设计所需的地质资料来源于《ZZ水库大坝除险加固工程初步设计工程地质勘察报告》。2、采用的主要技术规范（1）《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）；（2）《水利水电工程初步设计报告编制规程》（DL502-1993）（3）《水工建筑物荷载设计规范》（DL5077-1997）；（4）《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-1997）；（5）《水工混凝土结构设计规范》（SL/T191-1996）；154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告（6）《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189-1996）；（7）《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）；（8）《溢洪道设计规范》（SL253-2000）；（9）《水利水电工程钢闸门设计规范》（SL74-1995）；3、基本资料（1）基本参数气象资料多年平均气温16.9ºC；极端最高气温41.4ºC（1966年8月10日）；极端最低气温-14.9ºC（1969年2月1日）；多年平均最大风速值16.00m/s；历史最大风速21m/s（NNW）。降雨多年平均降雨量1495.20mm；年最大降雨量2275.10mm（1954年）；年最小降雨量770mm（1968年）。流域参数水库流域面积：F=1.43km2；坝址以上区间干流长度：1.86km；区间干流平均比降：J=21.4‰；形状系数：f=0.42水库特征水位正常高水位：72.41m设计洪水位：74.70m校核洪水位：75.45m死水位：67.73m抗滑安全系数大坝抗滑稳定安全系数允许值（瑞典圆弧法）：正常运用条件：［K］=1.15；非常运用条件：［K］=1.05；154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告溢洪道抗滑稳定安全系数：堰沿基底面的抗滑稳定安全系数（抗剪断强度计算公式）：基本组合≥3.0，特殊组合≥2.5；泄槽边墙沿基底面的抗滑稳定安全系数（抗剪断强度计算公式）：基本组合≥1.05，特殊组合≥1.00。溢洪道下泄流量20年一遇洪水下泄流量：25.27m3/s；200年一遇洪水下泄流量：39.50m3/s；10年一遇洪水下泄流量：21.03m3/s。建筑材料钢筋混凝土容重：25kN/m3；混凝土容重：24kN/m3；浆砌石容重：22kNm3。地震烈度根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），工程区地震动峰加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35S，确定本区地震基本烈度为Ⅵ度，根据《水工建筑物抗震设计规范》中的规定，可不进行抗震设计。（2）基础文件资料《湖北省阳新县ZZ水库大坝安全评价报告集》（2012年11月），阳新县恒博水利建筑勘测设计院编制；《ZZ水库除险加固工程初步设计工程地质勘察报告》（2011年4月），湖北省楚鹏工程勘察设计院编制。本阶段实测坝区地形图，溢洪道地形图，纵、横断面图。库容曲线等其他相关资料。1.1工程总体布置水库枢纽工程主要由大坝、溢洪道及输水管等建筑物组成，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养殖等综合效益的小（2）型水库。大坝于1962年10月动工兴建，1964年12月竣工蓄水。由于施工质量差，主要建筑物都存在安全隐患，严重威胁水库的正常安全运行，迫切需要整险加固。154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告本次除险加固设计主要是按照国家有关的主要技术标准及规程规范的规定，依据大坝安全鉴定结论，对水库的功能和规模不作改变，对工程存在的病险项目进行加固，重点解决工程存在的险情，并根据工程管理的有关要求，完善大坝安全监测、防汛等工程管理设施等。本次除险加固设计以使水库脱险为原则，主要任务是找准病症，对症下药，使ZZ水库通过实施除险加固工程的实施，消除水库建筑物的安全隐患，使水库脱险，恢复水库正常兴利功能。针对工程存在的问题，根据分析复核及安全鉴定评价结论，依据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189-96）和《溢洪道设计规范》（SL253-2000），提出相应的加固内容如下：（1）大坝加固内容上游设砼护坡、下游设草皮护坡，坝脚新建贴坡排水；坝体心墙及坝基深层搅拌桩防渗墙；坝顶新建砼路面，新建钢筋砼防浪墙；增设坝面排水沟、踏步。（2）输水建筑物加固内容拆除重建进、出水口、钢管内衬输水管管身；更新金属结构设备。（3）溢洪道加固内容溢洪道疏挖，进口段、堰顶、泄槽段、消能段衬砌支护；溢洪道两侧边墙钢筋砼衬砌支护。（4）管理设施建设完善大坝安全监测设施；完善水库管理设施，建设水文测报系统。1.1大坝加固设计ZZ水库大坝存在的主要问题有：大坝欠高，坝顶不平整，大坝有蚁害；上、下游坝坡杂草丛生，未护砌，下游坝坡有散浸、渗漏现象，无排水设施，出水渠未衬砌。154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告1.1.1坝顶加固设计大坝坝顶现有高程74.37m，本次设计对上游采取砼护坡，经调洪演算和波浪爬高计算，复核坝顶高程不满足要求，需要加高1.8m。将坝顶整平至，铺设厚0.20m的碎石垫层和厚0.20m的C20素砼路面，路面宽3.50m，并找2％横坡倾向下游，路面高程74.97m，上游设30cm厚C20钢筋砼防浪墙，墙顶高程76.17m。1.1.2心墙加固设计为确保ZZ水库大坝的防渗安全，根据地质勘探成果，心墙现状顶部高程为62.40m，心墙渗透系数偏大，密实度偏小，不满足要求。根据调洪演算复核，心墙欠高1.63m。因此对大坝原状心墙采取全断面防渗加固处理。1、方案比较根据ZZ水库大坝心墙现状及存在问题，本次加固主要提高心墙的防渗能力。将心墙充填灌浆、心墙换土法、高压旋喷灌浆、深层搅拌桩防渗墙四种灌浆方案进行比较如下。方案一：心墙充填灌浆：采用150型地质钻机钻孔，灌入粘土浆，提高心墙防渗能力，充填灌浆布置在心墙轴线上，处理长度142.50m，孔距1.5m。本方案施工场地便利，设备简单，施工方便，投资小，但防渗效果较差。方案二：心墙换土：采用套孔冲抓，分层回填粘土，分层厚度0.3-0.5m。采取套孔冲抓回填粘土加固心墙的主要优点是处理方法直观明了，发现问题可以及时处理，通过冲抓，可挤密井周围土体，缺点是井深超过15m时施工难度大，增加工程成本。本方案施工场地便利，设备简单，投资小，变形协调性略好，但防渗墙最大深度达到20m，施工工艺较复杂；对坝基帷幕灌浆施工精度要求高，而且存在坝体与坝基防渗不能衔接的可能性；每孔需复灌5次以上，受浆液固结影响，复灌间隔时间不少于3d。154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告方案三：高压旋喷灌浆方案:采用单排高压旋喷灌浆加固心墙，通过高压喷射水泥浆，能有效封堵心墙中可能存在的裂缝，浆液与土体结合，形成一个连续防渗墙，并可挤密周围土体，提高心墙的防渗性能。旋喷灌浆轴线同心墙轴线，孔距1.5m，为了与坝基帷幕相结合，形成防渗盖板，旋喷灌浆深入基岩0.5～1.0m。该方案主要优点是机械化作业，心墙加固质量高，防渗效果好；主要缺点是投资大，施工工艺复杂。方案四：深层搅拌桩防渗墙方案：深层搅拌桩水泥土防渗墙轴线布置在心墙轴线上，墙高自坝顶至坝基，深入基岩线0.5m。最大墙深17.80m,墙体最小厚度0.3m,渗透系数1E-6cm/s。施工机具采用多头深层搅拌机。该方案防渗效果好，工程造价低，同时还可以结合坝基进行处理。综上所述，从投资、施工工艺、施工质量等综合比较后，方案四最为优越，施工简单，投资少，因此心墙加固采用方案四，即深层搅拌桩防渗墙对坝体心墙及坝基进行防渗处理。2、加固设计防渗墙厚度B按下式进行计算：B=H/J允其中H——防渗墙承受最大水头，根据渗流计算为7.4m；J允——防渗墙允许水力坡降，一般为50~60，取55。则B=7.4/55=0.13m，考虑到钻孔垂直度偏差0.1%，最大孔深17.80m，则最小墙厚为0.3m。水库大坝坝体加固采用深层搅拌桩防渗处理。防渗墙轴线同大坝轴线，墙高自坝顶至坝基面，最大墙深为17.80m，墙体最小厚度0.3m，施工机具采用多头深层搅拌桩机。处理范围B0+000～B0+142.5，全长142.5m。防渗墙要求无侧限抗压强度一般为300KPa～4000KPa；龄期：水泥土强度宜取28d龄期试块立方体抗压强度1.0Mpa；水泥掺入比：采用12%；渗透系数：k值不大于10-6cm/s。1.1.1坝基防渗加固水库大坝坝基未做防渗处理。根据地勘资料，注水试验表明坝基第四系残坡积层渗透系数5.63×10-5cm/s—4.78×10-4cm/s，河床部位为含砾粗砂，渗透系数4.78×10-4cm/s，为中等透水性，坝基土层下部坝基土层下部为志留系下统高家边组（S1gj）泥质砂岩，具弱透水性。建议对大坝坝基上部第四系残坡积层采取防渗处理措施。154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告本次设计方案是结合坝体心墙深层搅拌桩防渗墙的同时处理坝基问题。具体为：坝体心墙搅拌至坝基时，继续实施深层搅拌至基岩面以下0.5m，形成水泥土防渗体，解决坝基渗漏问题。坝基处理的范围根据地质条件确定：B0+000～B0+142.5，全长142.5m。1.1.1坝肩防渗加固水库两边坝肩清基不彻底，地质建议结合坝基防渗进行处理，即采用深层搅拌桩防渗加固。根据大坝地质纵断面图，坝体防渗处理范围0+000～0+142.5，该方案已涉及两坝肩防渗，构成完整防渗体。坝肩与坝体相接处新建浆砌石排水沟以减少冲刷。1.1.2坝坡整治加固ZZ水库上游坝坡坡比为1:3.5，下游坝坡坡为1:2.5，上、下游坝坡均无护坡，坡面不平整，下游坝脚无排水设施。设计采取以下整治措施:1、上游坝坡整治根据同类工程处理经验，拟采用C20现浇混凝土护坡与干砌石护坡两种方案进行比较。（1）方案一：混凝土护坡护坡厚度计算护坡板厚按下式计算：；式中：t—板厚，m；η—系数，取η=1.1；hp—累计频率为1%的波高，m；ρw、ρc—分别为水和混凝土的密度，t/m3；2.4t/m3和1.0t/m3；m——上游坝坡坡度，m＝3.5；b——沿波向板长，取L＝2.0m。经计算得到t＝0.05m，为了满足混凝土耐久性的要求，避免因混凝土板过薄而断裂，取混凝土护坡板厚为12cm。（2）方案二：干砌块石护坡154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告护坡厚度计算块石在最大局部波浪压力作用下所需的直径D按下式计算：当Lm/hp≤15时，；当Lm/hp>15时，式中：——石块平均粒径，m；——石块的重度，t/m3;——随坡度变化的系数，＝1.30；、——计算石块重量及石块平均重量，t；t——护坡厚度，m。经计算得到:D=0.24m，t=0.30m，砂石垫层厚度为10cm。本次设计采用砼护坡。设计起护高程为55.00m,护坡至坝顶高程64.20m。大坝上游坝坡清除杂草，平整夯实，铺设10cm厚砂石找平层，再分块现浇12cm厚C20砼面层，分块尺寸为2.0×3.0m。伸缩缝为直缝，缝宽2cm，内充填沥青栅板，并在正常水位以下护坡砼块设排水孔，孔径5cm，排水孔呈梅花型布置，平行坝轴线方向间距为3m，垂直坝轴线方向间距为2m。大坝上游设2.0m宽30cm厚M7.5浆砌石踏步两条，底部设10cm厚碎石垫层。2、下游坝坡整治大坝下游坡现状未护坡，坝面凹凸不平，杂草丛生，需进行整治。经大坝部分防渗处理后坝体浸润线可以得到有效控制，并为节省投资，本次对下游坝坡设计植草皮护坡。下游坝坡设2.0m宽30cm厚M7.5浆砌石踏步两条，分别位于大坝左、右两岸。在坝体与两侧山体的相接处设30cm厚M7.5浆砌石排水沟，尺寸0.3×0.35m。154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告1.1.1坝脚反滤设计ZZ水库原无任何反滤设施，本次设计采取贴坡反滤方案。根据大坝运行管理现状以及渗流计算成果，在坝脚设坡设贴坡反滤，先将大坝坡面平整后，按砂料、卵石、块石的顺序由里向外分层铺筑，厚度依次为20cm、20cm和40cm，形成下游贴坡反滤体。贴坡反滤外坡坡比为1:2.5，顶部高程55.50m，底部高程51.00m。1.1.2白蚁防治水库大坝与周边地区白蚁危害比较严重，对水库的安全构成极大的隐患，必须采取有效的防治措施。白蚁防治措施应按照找穴、灭杀、灌填三个环节进行，常用的方法有破巢除蚁、药物诱杀和药物灌浆等。①破巢除蚁沿蚁路追挖主巢，活捉蚁王以后及时将追挖的坑槽回填夯实。水库处于汛期或高水位时，不宜采用破巢除蚁方法。②药物诱杀主要采用投放灭蚁灵等药物制成的诱饵来诱杀白蚁。诱饵投放时间要在白蚁地表活动季节，投药地点要选择有白蚁正在活动的位置。诱饵投放后7～10天要检查觅食情况，发现有觅食现象时，要作好记录和标记；20～30天后，查找死巢的地面指示物（炭棒菌），及时破巢除蚁或灌填，不留隐患。③药物灌浆为彻底进行综合治理白蚁危害，在大坝上、下游白蚁经常出现的范围内采用锥探药物灌浆方式处理。处理方式：灌浆孔间、排距2m，灌注深度3m，采用粘土和药剂制成的泥浆，利用找到蚁道或锥探孔，用小型灌浆机将浆液灌注充填蚁道和蚁穴。泥浆水土重量比1：2，药剂可选用48%白蚁清乳剂，每方泥浆中药剂剂量为100g，在进行药物灌浆时应防止污染水源。本次设计灌浆时掺入杀蚁药物，选择农用虫百杀，浆液比药液为10：1进行混合后一起灌注，预防白蚁破坏新形成的防渗体。并在大坝范围进行人工查找白蚁、挖除蚁穴，设计白蚁防治面积7000m2，挖除蚁穴3巢。154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告1.1大坝设计计算1.1.1坝顶高程复核1、计算依据安全鉴定阶段对ZZ水库坝顶高程的复核结果坝顶、心墙欠高。本次加固后，坝坡进行的护砌，溢洪道开挖并衬砌，增强了泄流能力，因此需要复核坝顶高程。根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189-1996）（以下简称《导则》（SL189-1996））要求，坝顶高程等于静水位与超高之和，应分别按以下运用情况复核坝顶高程，并取其中较大值：（1）设计洪水位+正常运用情况的坝顶超高；（2）校核洪水位+非常运用情况的坝顶超高。2、坝顶超高计算按《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），ZZ水库属小（2）型水库，工程等别为V等，主要水工建筑物为5级，次要建筑物为5级，水库大坝为粘土心墙坝，最大坝高为15.00m，坝顶在水库静水位以上的超高按《导则》（SL189-96）公式计算：y=R+A式中：y——坝顶超高m；R——最大波浪在坝坡上的爬高，m；A——安全加高，水库属5级建筑物，设计水位时A取0.5m，校核水位时A取0.3m（库区范围内属低山丘陵地貌）。溢洪道加固以后经调洪演算求得水库的设计水位74.70m，校核水位75.45m，上游坝坡1：3.5，多年平均最大风速16m/s，设计风速：设计水位时采用当地多年平均最大风速的1.5倍，即W设=24m/s，校核水位时采用当地多年平均最大风速W校=16m/s，库区最大吹程265m，计算坝顶在水库静水位以上的超高。3、各参数值的确定（1）波浪爬高R对土石坝按正向来波计算在单坡上的平均波浪爬高，由于坡度系数m=3.5>1.5，所以波浪爬高Rm按下式计算m，式中154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告KΔ—斜坡糙率，查规范附表A.1.12-1，KΔ取0.90；Kw——经验系数，由风速W、坝前水深H、重力加速度g所组成的无维量W/gh1/2查表A.1.12-2确定；设计标准Kw＝1.08，校核标准Kw＝1.01；hm——平均波高，mLm——平均波长，m按规范A按.1.6要求，采用鹤地水库公式计算h2%和Lm。式中：h2%——累积频率为2%的波高，其计算值根据hm/Hm比值选择系数转换为hm。Hm为水域平均水深。根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001），对5级土石坝波浪爬高应取累积概率P=5%的爬高值R5%。按照本节以上所选用的计算公式及所述计算条件，分别计算设计洪水位和校核洪水位时大坝的波浪爬高，成果列于表5—1。表5—1ZZ水库大坝波浪爬高计算成果表项目大坝设计水位校核水位坡度系数m3.53.5重力加速度g（m/s2）9.819.81吹程D（m）265265风速W（m/s）2416糙率及渗透系数K△0.90.9经验系数Kw1.161.02累积频率2%的波高h2%1.030.56平均波高hm（m）0.460.25平均波长Lm(m)4.813.21平均波浪爬高Rm(m)0.430.23累积频率爬高R5%(m)0.790.42（2）风壅水面高度e风壅水面高度可按下式计算：154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告式中：—计算点处的风壅水面高度，m；—综合摩阻系数，取=3.6×10-6；—计算风向与坝轴线法线的夹角，取β=0°；—坝迎水面前水深，取=，m。（3）安全加高A水库大坝为5级建筑物，设计标准，A＝0.50m;校核标准，A＝0.30m。4、坝顶及心墙高程按照本节以上所选用的计算公式及所述计算条件，分别计算设计洪水位和校核洪水位时大坝坝顶高程的成果见表5-2。表5-2坝顶高程计算成果表工况P(%)水位波浪爬高风壅水面高安全加高坝顶超高计算坝顶高程H（m）R（m）e(m)A（m）y(m)=R+e+A设计574.700.790.0040.501.2975.99校核0.575.450.420.0020.300.7276.17根据上述两种工况的计算结果，现状坝顶高程74.37m，故大坝坝顶高程欠高1.80m。心墙顶高程62.40m，低于校核洪水位64.03m，因此心墙欠高1.63m。1.1.1大坝渗流分析计算由于ZZ水库缺少坝体渗流观测资料，只能采用理论计算的方法对其渗流安全进行分析评价。同时，又因现有地质资料所限，还不足以建立三维的数学计算模型，因而最终采取横剖面上的二维有限元渗流计算。基岩按均质多孔介质、土层渗透性按各向同性考虑。1、计算断面的选取154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告根据大坝测量和地质勘察实际情况，主要对大坝最大断面进行渗流计算。大坝断面图由《湖北省阳新县ZZ水库大坝除险加固工程初步设计工程地质勘察报告》提供，其地层及坝体剖面与原设计有出入处，均按本次提供断面进行复核计算。2、计算组次的选取按照本次初步设计的调洪计算结果，上游水位取校核洪水位64.03m(P=0.33%)，设计洪水位63.70m(P=3.33%)，正常高水位62.10m，下游水位取地面高程。大坝渗流计算组次见表5-3。表5-3大坝渗流计算组次表组次上游水位（m）下游水位（m）备注正常工况62.1050.2050.10m为下游地面高程设计工况63.7050.20校核工况64.0350.203、计算方法及原理平面稳定渗流计算的基本原理可归结为求解满足具体问题边界条件的拟调和方程：式中：H=y+p/r为渗流场的水头函数：P－－压力；r－－水的容重；kx－－土的水平方向渗透系数；ky－－土的垂直方向渗透系数。本次复核渗流计算采用理正稳定渗流计算程序，程序利用渗流问题公式法确定渗流场参数。4、计算参数的选取本计算分析用渗透系数的选取，分别比较水库大坝安全鉴定阶段的计算算值、初步设计工程地质勘察报告的建议值综合选定参数进行计算。渗流取值见表5-4。154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告表5-4芯墙填土注水试验统计表统计指标心墙上部碎石土心墙下部注水心墙下部室内试验样本数343最小值5.67×10-41.33×10-52.35×10-4最大值1.10×10-38.61×10-57.74×10-4平均值7.50×10-43.80×10-55.14×10-4建议值7.50×10-46.58×10-5大坝坝体填筑土渗透变形特征表位置统计值渗透变形类型临界水力坡降允许水力坡降综合取值J允大坝区间值流土型0.950.630.671.070.71平均值流土型1.000.67坝基土层上部，左岸土层渗透系数3.9X10-5cm/s,具弱透水性；坝基河床部位为含砾粗砂，渗透系数4.78X10-4cm/s,具中等透水性；右岸偏大，具中等透水性。加固后坝体中轴线防渗墙渗透系数1X10-7cm/s。5、计算成果根据计算理正渗流稳定计算程序计算成果见表5-5和加固后渗流等势线图。表5-5大坝渗流计算成果表5计算工况水位坝体渗漏量（m3/d·m）下游坡逸出点高程下游坡出逸点渗透比降心墙渗透比降上游下游加固前正常运行62.1050.200.27954.850.360.68设计洪水63.7050.200.28359.100.370.69校核洪水64.0350.200.28360.410.380.70154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告心墙及坝基加固后正常运行62.1051.100.13150.940.200.58设计洪水63.7051.100.13252.360.210.60校核洪水64.0351.100.13453.810.220.62154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告6、计算结果分析1、加固前：从表5-5及加固前的等势线图中可看出：①坝下游逸出坡降最大为0.38，超过允许值0.25，下游可能产生渗透破坏。心墙接触坡降最大0.70，大于其允许渗透比降0.67，心墙可能产生渗透破坏。②坝坝体下游浸润线渗流出逸点偏高，校核工况下出逸点高度60.41m，大坝下游无贴坡排水，大坝下游存在散浸，危及大坝安全。③粘土心墙防渗质量不满足要求，其渗透系数7.50×10－4cm/s，单宽渗流量偏大达到0.283m3/d·m。2、加固后①大坝心墙渗透比降最大值为0.62，大于心墙允许渗透比降0.67，下游逸出坡降最大为0.22，小于允许值0.25。③防渗加固后，校核工况下下游坝坡渗流出逸点53.81m，出逸点明显降低。③防渗加固后，校核工况每m单宽渗流量0.134m3/d，说明防渗加固后大坝渗漏量大幅度减小。以上结果说明，大坝采取灌浆处理后，单宽渗流量显著减少，出逸点高程降低，不同工况下背水坡的出逸点均位于贴坡排水体内，防渗效果明显增强，心墙渗透比降及下游出逸坡降均小于允许值，满足规范要求，解决了大坝渗流安全隐患。1.1.1大坝稳定计算1、计算断面的选取根据大坝断面的具体分布及渗流分析，水库大坝在河床段各断面的渗流情况比较接近，河床段最大断面代表性较好，取该断面作为大坝稳定计算的断面。2、计算工况154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告根据国家地震动峰值加速度图，该工程区加速度为0.05s，相应基本烈度为Ⅵ度。因此，可不考虑地震荷载的作用。根据本次大坝安全鉴定成果以及规范要求，结合ZZ水库的具体情况分析，本次复核计算工况选取：（1）正常工况正常水位62.10m下形成稳定渗流时上、下游坝坡稳定；设计水位63.70m下形成稳定渗流时上、下游坝坡稳定；③死水位51.70m时上游坝坡稳定。（2）非常工况校核洪水位64.03m下形成稳定渗流时下游坝坡稳定。校核洪水位64.03m骤降至正常蓄水位62.10m时上游坝坡稳定。3、计算方法根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001），对5级建筑物，稳定渗流期和库水位降落期采用有效应力法确定抗剪强度，对大坝采用不计及条块间作用的瑞典圆弧法进行抗滑稳定计算。计算采用理正岩土工程边坡稳定的计算程序，自由水面线由渗流分析成果确定。按照规范，水库稳定渗流期按有效应力法，施工期和库水位骤降期同时采用有效应力法和总应力法。其抗滑稳定安全系数的计算公式为：（1）瑞典圆弧法式中：W——土条重量，水位以上为实重，水位以下为浮重；Q、V——分别为水平和垂直地震惯性力（向上为负，向下为正）；u——作用于土条底面的孔隙压力；a——条块重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角；b——土条宽度；c′、′——土条底面的有效应力抗剪强度指标；Mc——水平地震惯性力对圆心的力矩；R——圆弧半径。（3）空隙水压力的确定154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告稳定渗流期坝体内的渗流压力分布根据渗流分析计算确定，坝体内某点的空隙水压力u按下式计算：式中：rw为水重；h为坝体内该点的渗透压力水头。压缩性较大的填土中发生水位骤降时，将产生附加空隙压力，因为上游坡土料渗透系数只有10-3cm/s量级，库水位骤降过程中空隙水压力来不及消散，这次计算按设计规范采用近似的方法来确定，即不考虑降落时孔隙水压力的消散，对孔隙水压力系数取近似值为1，并对土单元总应力的变化根据土条重量变化予以简化处理，得出近似公式：式中：——库水位骤降前的空隙水压力；——库水位骤降前的空隙水压力；——计算点土柱的坝面以上库水位降落高度；——计算点土柱中砂壳无粘性土区内库水位降落高度；——计算点上部粘性填土的土柱高度；——计算点上部砂壳无粘性填土的土柱高度；——坝面以上至水面的高度；——砂壳无粘性填土的有效孔隙率；——在稳定渗流期库水流达A点的水头损失值。4、计算参数的选取坝体土料的计算参数指标根据该次实验成果确定。对于物理性指标，根据试验，土料的变异性较大，综合分析考虑，认为地质勘探报告中建议的土料物理性指标是基本适合的。根据本次地质勘探试验及大坝工程具体情况，大坝稳定计算参数见表5-6。表5-6大坝稳定分析选用物理力学指标表（有效应力法）部位容重（KN/m3）快剪强度指标湿容重饱和容重凝聚力C(kpa)内摩擦角ф（。）大坝心墙15.620.222.012.5154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告大坝代料土17.221.120.018.0坝基土17.0　20.935.018.05、计算成果与分析按照《碾压土石坝设计规范》（SL274-2001），对5级建筑物，采用瑞典圆弧法进行稳定分析时，正常运用条件下，坝坡抗滑稳定最小安全系数Kf≥1.15，非常运用条件下，坝坡抗滑稳定最小安全系数Kf≥1.05。对上游坡水位骤降运行条件，当同时采用总应力法与有效应力法进行分析，应以其中较小的安全系数作为依据。本次大坝稳定分析计算成果见表5-7，各种运行条件下的最小安全系数滑弧见图5-7～5-16。表5-7大坝稳定计算安全系数成果表计算工况水位（m）安全系数计算值（瑞典圆弧法）安全系数规范允许值上游下游上游坡下游坡加固前正常正常运行62.1050.101.421.361.15设计洪水63.7050.101.481.28上游不利水位55.0050.101.18非常校核洪水64.0350.101.501.231.05洪水骤降64.03～62.1050.101.15/加固后正常正常运行62.1050.101.411.481.15设计洪水63.7050.101.471.39上游不利水位55.0050.101.17非常校核洪水64.0350.101.481.341.05洪水骤降64.03～62.1050.101.13/计算成果显示：①大坝上、下游坝坡抗滑稳定安全系数均大于规范规定最小抗滑安全系数，坝坡的抗滑稳定均满足规范要求。②与加固前相比，采用坝体深层搅拌桩防渗墙加固后，大坝上游坝坡抗滑稳定安全系数变化较小；下游坡抗滑稳定安全系数明显增大。说明采用坝体深层搅拌桩防渗墙后，下游浸润线降低，有利于下游坝坡稳定。154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告1.1溢洪道加固设计1.1.1基本情况水库溢洪道位于大坝右侧山坳，为明渠型式，净宽2.2m，堰进口高程为73.41m，最大下泄流量36.19m3/s，溢洪道未衬砌，垮塌破损，泄槽段仅开挖，未衬砌，下游自由消能无防冲设施，无尾水渠。水库溢洪道位于大坝右侧山坳，进口段和控制段地基为坡积土，岩性为黄褐色含碎石、块石壤土，硬塑状，透水性弱，进口仅有7m长的浆砌石。泄槽段为强风化泥质粉砂岩，未护砌。无消力池。尾水渠地基为坡积土。溢洪道总体边坡基本稳定。但土体抗冲性差，当水库溢洪时，水流直接冲刷溢洪道底部和边坡，影响土体稳定，且抗冲能力差，工程地质条件查，不满足安全泄洪能力。1.1.2水力学复核成果根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》，溢洪道为5级建筑物，按20年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核，消能防冲的洪水标准为10年一遇。经复核，现有溢洪道泄洪洪态不安全。1.1.3加固设计1、溢洪道加固总体布置（1）进口段（0-005～0+000）水库溢洪道位于大坝右侧山坳，进口段设5.0m长M7.5浆砌块石底板，底板厚30cm，两侧设M7.5浆砌块石八字边墙。（2）控制段（0+000～0+005）桩号H0+000～0+005为宽顶堰，为整体式C20钢筋砼结构，堰顶高程72.41m，宽5.0m，堰体厚0.5m，边墙高2.5m、厚0.5m，墙顶高程74.91m，墙后采用粘土回填，压实度不小于0.96；底板下设10cm厚砂石垫层，底板分缝处均设橡胶片止水带，2cm厚沥青杉板填缝。（3）泄槽段（0+005～0+062）溢洪道泄槽段长57m，底坡i=0.05，净宽5.0m。采用整体式C20钢筋砼结构，底板及边墙厚均为154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告30cm，墙后采用石渣回填，底板下设碎石排水盲沟；底板下设10cm后砂石砼垫层，底板分缝处均设橡胶片止水带，2cm厚沥青杉板填缝。（4）消能段（0+109～0+119）溢洪道消能段的桩号为0+109～0+119，消力池长8.0m，深1.0m，宽7.0m，采用高2.0mC20砼边墙,50cm厚C20钢筋砼底板。1.1.1溢洪道设计计算1、水力计算根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》，溢洪道为5级建筑物，按30年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核，消能防冲的洪水标准为10年一遇。（1）水面线计算依据《溢洪道设计规范》（SL253-2000），泄槽水面线根据能量方程，用分段求和法计算，计算公式为：式中：△L1-2—分段长度（m），h1、h2—分段始、末断面水深（m）V1、V2—分段始、末断面平均流速（m）α1、α2—流速分布不均匀系数，取1.05θ—泄槽底坡角度i—底坡，i=tgθ—分段内平均摩阻坡降n—糙率系数取0.015—分段平均流速，=（V1+V2）/2—分段平均水力半径，=（R1+R2）/2泄槽上接溢流堰下收缩水深。泄槽段水流掺气水深按下式计算：hb=（1+154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告式中：h、hb—计算断面的水深及掺气后的水深V—不掺气情况下计算断面的流速—修正系数，ξ取1.0～1.4（流速大者取大值）。计算成果：泄槽水面线的计算成果见表5-8，泄槽边墙高度的计算成果见表5-9。泄槽段边墙的高度应为掺气后的水面高度再加上0.5m的超高，从下表可以看出，泄槽边墙高满足要求。154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告表5-8泄槽水面线计算成果表泄水槽水面线计算(设计洪水P=0.5%，Q=39.50m3/s)断面号底宽水深过流面积湿周水力半径谢才系数流速流速水头比能v平均R平均C平均水头坡降Δs流程∑Δsb（m）h（m）A（m2）P（m）R（m）C（m1/2/s）v（m/s）αv2/2gEs（m）（m/s）（m）m1/2/sJf（m）（m）0--01--15.001.859.268.711.0667.364.260.932.784.261.0667.360.003802--25.001.809.008.601.0567.174.390.982.784.331.0667.270.00390.050.053--35.001.758.758.501.0366.994.511.042.794.451.0467.080.00420.150.204--45.001.708.508.401.0166.804.651.102.804.581.0266.890.00460.260.475--55.001.658.258.300.9966.604.791.172.824.721.0066.700.00500.390.866--65.001.608.008.200.9866.394.941.242.844.860.9866.500.00540.541.407--75.001.557.758.100.9666.185.101.322.875.020.9766.290.00590.712.128--85.001.507.508.000.9465.955.271.412.915.180.9566.070.00650.913.039--95.001.457.257.900.9265.725.451.512.965.360.9365.840.00711.154.1810--105.001.407.007.800.9065.485.641.623.025.550.9165.600.00791.425.6011--115.001.356.757.700.8865.225.851.753.105.750.8965.350.00871.767.3612--125.001.306.507.600.8664.956.081.883.185.960.8765.090.00972.159.5113--135.001.256.257.500.8364.676.322.043.296.200.8464.810.01082.6412.1614--145.001.206.007.400.8164.386.582.213.416.450.8264.520.01223.2615.4115--155.001.155.757.300.7964.076.872.413.566.730.8064.220.01374.0319.4516--165.001.105.507.200.7663.747.182.633.737.030.7863.900.01565.0424.4917--175.001.055.257.100.7463.407.522.893.947.350.7563.570.01786.4130.9018--185.001.005.007.000.7163.037.903.184.187.710.7363.210.02058.3239.2219--195.000.954.756.900.6962.648.323.524.478.110.7062.840.023711.1850.4020--205.000.944.686.870.6862.528.453.644.578.380.6862.580.02624.1654.5621--215.000.934.646.850.6862.468.523.704.638.490.6862.490.02722.4156.98154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告表5-9泄槽边墙高度计算成果表侧墙高度计算(校核洪水)流程∑Δs水深流速修正系数安全超高掺气水深侧墙高度(m)（m）h（m）v（m/s）ζΔh(m)hb(m)计算值Hb实际边墙高度HB0.001.854.261.200.501.952.452.500.051.804.391.200.501.892.392.500.201.754.511.200.501.842.342.500.471.704.651.200.501.792.292.500.861.654.791.200.501.742.242.501.401.604.941.200.501.692.192.502.121.555.101.200.501.642.142.503.031.505.271.200.501.592.092.504.181.455.451.200.501.542.042.505.601.405.641.200.501.491.992.507.361.355.851.200.501.441.942.509.511.306.081.200.501.391.892.5012.161.256.321.200.501.341.842.0015.411.206.581.200.501.291.792.0019.451.156.871.200.501.241.742.0024.491.107.181.200.501.191.692.0030.901.057.521.200.501.141.642.0039.221.007.901.200.501.091.592.0050.400.958.321.200.501.041.542.0054.560.948.451.200.501.031.532.0056.980.938.521.200.501.021.522.00综合以上计算成果，确定溢洪道泄槽段桩号（0+005～0+057）边墙高度为(2.0m—2.5m),桩号（0+000～0+005）边墙高度为2.5m,设计墙高可满足要求。2、消能防冲设计根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》，消能防冲设施按10年一遇洪水设计，根据溢洪道末端高差比较大的特点，消能采用跌水型式。消力池计算公式如下：1、消能池长度Lk=L0+0.8Lj其中：LK——消能池长度，m；L0——水流跌落射程，m；L0=154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告Lj——消力池长度，m；Lj=自由水跃共轭水深h2h2=Fr1=式中：Fr1——收缩断面弗劳德数h1——收缩断面水深V1——收缩断面流速，m/s2、消力池坎高计算公式C=1.05hc＂-H1H1=式中：C——坎高；H1——消力坎顶水头；hc＂——池中发生临界水跃时的跃后水深q——单宽流量，m3/s根据计算10年一洪水时溢洪道最大下泄流量为21.03m3/s，通过水面线计算，10年一遇时收缩断面（0+062）处收缩水深为h1=0.56m,收缩断面流速为7.47m/s。水跃长度L0=6.70m，计算跌水长度Lk=6.70+0.8Lj=9.89米。3、结构计算（1）基本资料溢洪道位于大坝右侧山坳，为明渠型式，堰顶高程72.41m。溢洪道无护砌并冲刷严重，未建消能工及出水渠。本次加固进口段采用M7.5浆砌石护砌，控制段、泄槽段采用钢筋砼衬砌边墙，新建钢筋砼消力池。本次初步设计泄洪能力按20年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核，加固后水位与泄流量见表5-10。表5-10水位～泄流量参数表洪水频率P(%)泄量（m3/s）库水位（m）0.5（校核）39.5075.455（设计）25.2774.70154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告本次复核采用规范《溢洪道设计规范》(SL253-2000),堰沿基底面的抗滑稳定安全系数K（按抗剪断强度公式计算）：基本组合为K=3.0，特殊组合为K=2.5。溢洪道边墙沿建基面的抗滑稳定安全系数Kc（按抗剪强度公式计算）：对5级建筑物，基本组合为1.00，特殊组合为1.00。（2）加固前溢洪道结构稳定计算由于溢洪道基础未进行护砌，无消能设施，抗冲性较差；两侧边坡坡度缓，未护砌，需完建溢洪道以满足抗冲刷要求，故不对加固前溢洪道进行结构计算。（3）加固后溢洪道结构稳定计算边墙稳定计算本溢洪道边墙均为C20砼挡土墙（a）计算工况：计算工况只计算基本工况溢洪道无水的情况下挡土墙在填土压力的作用下挡土墙的稳定性。（b）荷载：砼挡土墙自重：容重按24KN/m3填土压力：溢洪道边墙后填土均为强风化代料土，容重取19.0KN/m3,内摩擦角25.5°。计算公式：EA=式中：EA——土压力（KN）——填土容重（KN/m3）H——填土高度（m）——内摩擦角，ф=25.5°（c）抗滑稳定计算：计算公式：KC=式中：KC——抗滑稳定安全系数，KC≥1.00f——摩擦系数，f=0.5154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告ΣW——垂直荷载总和（KN）ΣP——水平荷载总和（KN）（d）抗倾覆稳定：K0=式中K0——抗倾覆稳定安全系数，KC≥1.4ΣMy——作用于墙身各力对墙前止的稳定力矩（KN.m）ΣM0——作用于墙身各力对墙前止的倾覆力矩（KN.m）（e）计算结果计算成果表5-12。表5-12各段边墙抗滑、抗倾覆稳定计算成果表段别墙高(m)面宽（m）底宽（m）填土（m）KCK0控制段2.500.505.001.502.045.19泄槽段2.50～2.000.305.001.501.665.28消能段3.000.305.002.001.786.43从上表可知，溢洪道各段边墙结构稳定均满足规范要求，各边墙断面尺寸选择合理。1.1输水管加固设计1.1.1基本情况输水圆涵位于大坝右侧，为钢筋混凝土预制管，管长约为85.00m，进水口高程67.73m，断面尺寸为Φ0.4m，设计流量为0.4m3/s。进口建筑物为钢筋混凝土压力水箱，采用螺杆拉圆筒活塞式启闭设施。1.1.2输水管加固方案比较根据输水管的实际情况及当地的具体条件，因地制宜的选择技术可靠，经济合理的加固措施。根据输水管的实际情况选择两个方案进行比较。方案一：开挖大坝，拆除原输水管，原址重建宽0.80m、高1.20m城门洞型现浇钢筋砼箱涵，总长80m。方案二：对输水管采用8mm厚DN300钢管内衬，总长85.00m154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告对以上两方案具体分析如下：方案一：本方案为开挖坝体，从大坝右坝肩开挖，设1：1.5的边坡，开挖深度6.5m，先挖至原输水管基础为止，拆除原输水管，现浇新输水管，再进行分层回填。水库大坝为粘土心墙坝，坝体回填新老接合处难以控制质量，可能形成新的渗漏通道。优点是：对老输水管险情治理直观，根治彻底。缺点是：开挖坝体较宽较深，工程量大，回填土压实质量难控制，造价高。方案二：对输水管在管身段采用钢管内衬，内衬管与原输水管壁间进行接触灌浆，管身两侧平行于管轴线进行充填灌浆，有效解决管身漏水和管外壁漏水问题，不会带来新的渗漏隐患，同时不会破坏坝体结构。通过上述分析比较，结合该水库输水管现状情况，推荐选择方案二对输水管进行钢管内衬加固。5.6.3输水管加固设计新建一层砖混结构启闭机房，启闭机房尺寸：3.10mX3.50m，并设C20钢筋砼拉杆限位支墩。进口水箱段：拆除原水箱，重建C30钢筋砼水箱，底板厚度60cm，边墙50cm，进水口高程67.73m。圆形进口，尺寸直径300mm，设DN300圆筒活塞式闸门，采用15t手电两用螺杆式启闭机启闭，螺杆直径75mm。管身段：本次加固设计采取分节套管法对输水管进行钢管内衬。分节套管法是把需要套入的内衬钢管，分为单独的小段，通过套头连接各段，节间不需要焊接，接头填充胶质止水材料。套入涵管后灌浆填充固结达到加固涵管的目的。本次设计选用钢管内径300mm，壁厚8mm，管身材料使用Q325，成管后涂防锈漆。节长为管身的1.5倍，以确保原管接头不与钢管接头重合。套头采用长375mm的短钢管，管壁与钢管相同或厚2mm，内径比钢管外径大5mm。月牙板长度为10cm，厚度与钢管壁厚相同，高度为30mm。衬砌钢板焊与原涵管间隙采用回填灌浆，回填灌浆在钢管上预留灌浆蜂管，沿钢管壁设4根，灌浆压力初定为0.3MPa。未内衬钢板管段存在结构缺陷的部位采用聚合砂浆填塞。灌浆前从预留管中钻孔。钢衬施工完成后通过灌浆蜂管进行管壁回填灌浆，采用C10纯水泥砂浆。管身与上下游连接采用紫铜片止水，伸缩缝采用2cm厚沥青杉板填塞。154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告输水管出口：输水管出口新建10m长渠道，连接原输水渠道。采用M7.5浆砌石结构，底板厚30cm，宽0.4m，下设10cm厚碎石垫层；边墙厚30cm，高0.6m。5.6.4设计计算1、输水能力计算该水库采用开挖新建钢筋砼输水管后，管径比原来增大，需要复核加固后输水管过水能力。根据《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288-99）对该水库输水管过流能力进行复核如下：本输水隧洞水力计算内容，主要是过流能力和水面曲线的计算。涵洞为短洞时：式中：Q——输水管设计流量，m3/s；m——无压力流时的流量系数；B——矩形涵洞底宽，m，涵洞为非矩形断面时，；g——重力加速度，m/s2；H0——计及流速水头的涵洞进口水头，m；m0——进口轮廓形状系数，可根据进口型式，0.315；Ah——相应于涵洞进口水深的过水断面面积，m2；Aj——进洞水流的过水断面面积，m2；Ak——相应于临界水深的过水断面面积，m2；hk——洞内临界水深，m；h1——涵洞进口水深，m，按水库正常水深的1/3计；α——流速分布系数，可取1.05-1.10；154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告V1——涵洞进口断面平均流速，m/s。涵洞为长洞时：矩形断面非矩形断面σn——淹没系数；hc——进口段收缩断面水深，m，当洞身较长，且底坡01.0，满足规范要求。1.1大坝安全监测设计1.1.1工程监测设施现状ZZ水库于1963年10月动工兴建，1964年12月建成并投入运行。由当地政府组织群众建成，自建成以来先后由木港镇历任政府委托水库所在地村组管理，一直未布设任何监测设施等，不能满足大坝安全监测要求。1.1.2安全监测设计的主要原则根据工程现状，本次监测设计的主要原则为：1、突出重点，兼顾全面，既掌握大坝加固处理后的实际效果，并能对大坝及主体建筑物的安全建立较完善的监测系统。154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告2、在监测设计中，充分考虑到加固工程的特殊性，既便于施工，又尽量不破坏坝体及主要建筑物的自身结构。3、监测断面布置在有代表性部位，能准确反映大坝的工作状态。4、监测仪器设备在满足精度要求的前提下，应做到可靠、耐久、经济实用，同时，考虑到工程现状及测点较少，且较分散，设计采用人工和自动化相结合的监测方式。1.1.1建立大坝安全监测系统的必要性1、建立土石坝的安全监测系统，使水利工程管理部门及时掌握大坝的实际状态，及早发现险情，进行大坝安全评价。2、及时指导水利水电工程的安全运行，提高运行水平，充分发挥经济效益和社会效益，同时反馈指导土石坝设施和施工，从而提高土石坝的设计和施工水平。3、建立土石坝安全监测系统，所依赖的量测技术、数据采集和处理方案，以及取得监测数据，能够检查除险加固设计及施工工艺的正确性，积累资料为以后类似工程提供一定经验。针对大坝存在的诸多方面险情，为了监测本次大坝加固处理后的运行安全检测加固设计的正确性，增设检测设施是必要。1.1.2安全监测项目根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）、《土石坝安全监测技术规范》（SL60-94）的要求，结合本工程的具体情况，拟定的监测项目包括：水位、渗流量监测以及巡视检查。1.1.3监测设施布置1、水位观测：水位标尺在水库大坝上游踏步上设1组和溢洪道堰顶设1组，进行水位观测。2、巡视检查ZZ水库大坝安全监测工作主要是大坝巡视检查，按照《土石坝安全监测技术规范》（SL60-94）和《土石坝安全监测资料整编规程》（SL169-96）的规定定期进行巡视检查和资料整编。巡视检查部位包括水库大坝体和坝基坝区、输水管、溢洪道及其附属设施。154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告巡视检查分为日常巡视检查、年度巡视检查和特殊情况下的巡视检查。运行期，日常巡视检查每月不少于2次，汛期增加次数，水库水位达到溢洪水位后，每天至少巡视检查一次。年度巡视检查每年进行2次，在每年汛前，按规定的检查项目，对大坝进行较为全面的巡视检查。当遇到严重影响安全运行的情况，由主管单位组织特别巡视检查，必要时组织专人对可能出现险情的位置进行连续检查。1.1主要工程量ZZ水库除险加固工程主要工程量见表5-14。154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告序号工程项目土方开挖土方回填粘土回填石方开挖砼拆除浆砌石拆除干砌石砌筑浆砌石砌筑砂石垫层碎石垫层砼浇筑钢筋制安模板制安深层搅拌防渗墙单位m3m3m3m3m3m3m3m3m3m3m3tm2m2Ⅰ建筑工程8462.55114.59472.02960.014.759.6380.4193.4669.9663.51778.547.33613.62394.0一挡水工程775.34191.7　　　　380.4143.4669.1629.7688.97.8648.12394.0(一)大坝775.34191.7　　　　380.4143.4669.1629.7688.97.8648.12394.0　坝体防渗加固　　　　　　　　　　　　　2394.0　坝顶工程548.6　　　　　　　　134.7226.57.8420.0　　上游坝坡100.7622.5　　　　　93.3406.4　395.6　149.6　　下游坝坡126.03569.2　　　　　50.19.1241.5　　78.5　　贴坡反滤　　　　　　380.4　253.6253.666.8　　　　　　　　　　　　　　　　　　　二泄洪工程1389.3851.3　　　43.8　46.50.833.7894.124.22267.9　(一)溢洪道1389.3851.3　　　43.8　46.50.833.7894.124.22267.9　　进水渠79.322.8　　　　　46.50.1　　　　　　控制段129.741.5　　　43.8　　0.1　68.5　372.0　　泄槽段1011.4782.7　　　　　　0.628.1752.422.51654.1　　消力池段168.94.2　　　　　　　5.773.31.8241.9　　　　　　　　　　　　　　　　　154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告三输水工程6297.871.59472.02960.014.715.8　3.5　　195.415.3697.6　(一)输水涵管6297.871.59472.02960.014.715.8　3.5　　195.415.3697.6　　启闭设施71.062.0　　14.715.8　3.5　　30.91.7123.7　　水箱及管身段6216.0　9472.02960.0　　　　　　136.113.6573.8　　渠道段10.89.5　　　　　　　　28.4　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ⅱ临时工程929.0713.0216.0　　　　　　　　　　　　合计9391582796882960156038019367066317784736142394154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告1金属结构及电气1.1金属结构1.1.1基本情况ZZ水库加固工程金属结构部分主要指输水管进水口闸门启闭设备等。根据安全鉴定和本次初步设计现场踏勘了解情况，ZZ水库工程金属结构设备主要位于输水管进口，进口底板高程51.70m，设有1扇DN640mm的闸门，采用斜拉螺杆手动启闭。1.1.2存在的主要问题根据安全鉴定检查情况，闸门很长时间没有检修，主要构件均已锈迹斑斑，工作闸门锈蚀严重，启闭螺杆锈蚀且变形严重，闸门内常年漏水，致使闸门无法正常启闭。1.1.3加固设计（1）设计基础数据根据安全鉴定结论和《水利水电工程金属结构报废标准》（SL226-98）相关条文的规定，该水库拉杆、闸门均报废。根据本次加固设计总体方案，该水库原输水管进水建筑物需拆除重建，相应启闭设备及闸门等均需重新设计、制作安装。本次加固设计方案结合输水管重建方案进行金属结构设计，拟更换闸门1个及其1台10t手电两用螺杆式启闭机，配套相应启闭螺杆。输水管为0.8mX1.2mC30钢筋砼城门洞型结构，管壁厚0.3m,管身长64.03m。加固后水库校核洪水位为64.03m，设计洪水位为63.70m，正常高水位为62.10m，死水位为51.70m，确定本次设计闸门进水口底高程51.70m，圆筒活塞式闸门闸孔尺寸DN500mm，活塞直径DN640，闸门按动水启闭，设计水头为12.00m。（2）闸门结构型式及布置154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告闸门结构型式为活塞式闸门，采用斜拉启闭，闸门法线与水平面夹角22度，拉杆每4m设限位轮支撑。（3）面板设计水库校核水位：H校=75.45m；水库死水位：H死=67.73m；进水口底高程：H1=67.73m；水容重：γ=9.81KN/m3。闸门直径：D=0.3m。设计水头：Hs=H校-H1-D/2承受总水压力：P=1/2γ（2Hs-D）DDP力作用点位置：根据《水利水电工程钢闸门设计规范》（SL74-95）（以下简称《钢闸门设计规范》）。式中：——弹塑性薄板支承长边中点弯应力系数，按《钢闸门规范》附录G表G1～G3采用，Ky=0.308；——弹塑性调整系数，b/a〉3时，=1.4；b/a≤3时，=1.5，因b=a，故取1.5；D——面板直径，mm。——面板计算区格中心的水压力强度，MPa；——钢材的抗弯容许应力，按《钢闸门规范》表4.2.1-2采用，=160MPa；面板厚度计算：154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告经计算，面板计算厚度为6mm，考虑面板的锈蚀富余度1-2mm，取面板厚度=8mm。（4）闸门构件设计闸门及埋件结构材料采用HT20-40。止水采用I型橡皮。采用单吊点，设拉杆，闸门重1.2t，拉杆及配件重1.50t，埋件采用L200角钢护角，埋件重0.4t。金属构件均进行防锈处理。水下金属构件采用125μm厚环氧沥青防锈底漆和125μm厚环氧沥青防锈面漆进行防锈处理，水上外露金属构件采用80μm厚底层红丹防锈漆和50μm厚面层醇酸面漆进行防锈处理，防锈处理面积为2.50m2。进行防锈处理前采用手工机械彻底清除金属构件表面油脂、污垢以及附着的不良氧化物等，使表面清洁等级达到St2级、表面粗糙度为中等粗糙等级。表6-1闸门主要构件设计成果表部位孔口尺寸门叶尺寸面板支承型式闸门DN500DN6408mm斜拉杆支撑固定（5）闸门启闭机设计启门力计算其中闸门自重（包括拉杆），总重G（kN）。拉杆与水平夹角：θ=34º；摩擦阻力：式中：P——作用在闸门上的总水压力，kN；f——摩擦系数，f=0.3；闸门止水至边翼缘的距离：=0.070m，闸平均下吸强度：=20kN/m2，止水间距离：m底止水橡皮采用I110-16型，其规格为宽16mm、长2.04m。154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告闭门力经计算，启门力为112KN，闭门力为41KN。启闭机选择输水管闸门启闭机选用QL-10-SD的手电两用螺杆式启闭机，螺杆直径DN75，启闭机重量550kg，启门力120kN，闭门力50kN，配套电机Y112M-6，功率3.0kw，配套螺杆直径DN75，螺杆长18.0m。金属结构工程量汇总见表6-2。表6-2ZZ水库金属结构及设备工程量表编号项目单位规格数量重量（t）1工作闸门块DN300mm圆筒活塞式闸门11.203拉杆及定位器套11.504工作闸门启闭机台QL-10-SD手电两用螺杆式启闭机10.5975启闭机配套电机台Y112M-6（2.2KW）16闸门槽及预埋件套10.407喷锌m240.01.1电气1.1.1基本情况目前ZZ水库没有管理办公及其他用电设施，无变电设施和防汛专用电源，但在大坝下游500m处村庄有农用电网线路，可作为大坝用电连接点。1.1.2设计方案1、供配电系统根据ZZ水库现状情况，供电电源考虑从农用电网至水库架设380V配电线路，该架空线为输电钢心铝绞线，线路长1.0km。2、运行控制方式ZZ水库除险加固后，启闭机设计为手电两用螺杆式启闭机，电机功率为3.0kW，带有高压指示器，闸门启闭分全开位——全关位和检修位。启闭机就近布置由控制箱，控制箱内安装启闭机主回路和控制回路，154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告控制箱门上设必要的启闭机运行按钮，运行显示、位置显示及故障显示报警显示。正常启闭时检修未作上极限位，防止闸门冲顶。电气设备工程量汇总见表6-3。表6-3ZZ水库电气设备工程量汇总表编号名称单位型号及性能参数数量备注1动力配电箱个380V12闸门控制箱个380V13备用电源套14高压线mLGJ-50钢心铝绞线10005控制电缆mVV0.6/1KV-3x95+1x50506照明灯具套107绝缘导线mBV-1*1.51508扁钢t0.50154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告1施工组织设计1.1施工条件1.1.1工程概况ZZ水库位于阳新县木港镇，属富水水系，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合效益的小（2）型水库，工程等别为V等。水库承雨面积1.00km2，加固后总库容16.91万m3。枢纽工程由大坝、溢洪道、输水管等组成。本次加固设计主要内容包括坝体心墙深层搅拌桩防渗墙，坝顶C20砼路面、上游C20砼护坡、下游草皮护坡、下游坡面新建排水沟和踏步、下游坡脚新建贴坡反滤设施，溢洪道加固，输水管开挖重建等。ZZ水库除险加固工程主要工程量有：土方开挖9450m3，土方回填6078m3，粘土回填9472m3，浆砌块石156m3，砼1883m3，深层搅拌桩防渗墙2394m2，钢筋制安61t，模板制安4171m2，标工0.91万工日。1.1.2对外交通条件ZZ水库大坝距阳新县18km，对外交通以公路为主，工程所需物资均可通过已形成的公路交通网络抵达工地，对外交通便利。1.1.3施工场地条件本工程以加固为主，主要是供作业区分布于大坝及溢洪道两个施工点。水库坝区为丘陵地形，大坝下游有大面积的平坦空地，能满足大坝加固施工辅助用房布置。溢洪道位于大坝右侧坝肩，进口处由宽敞平地可用作施工辅助用房布置。大坝和溢洪道作业面均较宽，能满足施工需要。输水管作业在大坝左坝段内，出口施工场地均较宽敞，场地能满足出渣和施工流水作业需要。1.1.4水文气象条件154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告水库所在流域属东亚季风副热带暖湿气候区。据阳新县气象站资料统计，多年平均最大风速16.0m/s，多年平均降雨量1434.9mm，年最大降雨量2128.3mm(1991年)，年最小降雨量822.2mm(1966年)。流域降雨年内分配极不均匀，一年之中按暴雨洪水发生的情况可将5～9月划分为汛期，11～3月划分为枯水期，5月、10月为平水期，汛期降雨量占全年降雨量63.1%,尤其以6～7月最大。1.1.1施工养殖、供电条件该工程所在地水源充足，施工用水较方便，可有施工单位自设抽水站从水库就近抽取，生活用水可直接采用坝下游村民井水，水质、水量完全满足施工要求。该工程施工临时用电由坝下游农用电网接线，与本工程电气设计架设配电线至水库大坝的永久建设项目相结合，以满足施工用电需求。1.1.2主要建筑材料供应本工程所需的主要建筑材料有水泥、钢筋（钢材）、砂、石料、土料、板材、汽油、柴油等。供应条件如下：水泥、钢筋（钢材）、木材、炸药：从阳新建材市场购买，运距18km；碎石、块石：采用木港镇附近块石料场，距大坝约5km。砂：采用阳新长江砂料场，运距18km；反滤料：采用砂砾石料场，运距5km；粘土：距大坝1.5km处土料场，运距1.5km；汽油、柴油：从阳新县城购买，运距18km；其它建筑材料均可由阳新市场采购，采用汽车运输至大坝。1.2施工导流1.2.1导流标准ZZ水库除险加固工程为V等工程，大坝、溢洪道等挡、泄水建筑物属于5级建筑物，次要建筑物为5级。按《防洪标准》（GB50201-94）确定，其相应的设计洪水标准为30年一遇，校核洪水标准为300年一遇。本次初步设计维持安全鉴定阶段的防洪标准不变。根据《水利水电施工程施工组织设计规范》（SL303-2004），本工程临时建筑物级别为5级，相应确定导流标准按枯水期5年一遇洪水标准设计。154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告1.1.1施工导流方案1、施工时段的选取ZZ水库正常蓄水位62.10m，死水位51.70m,由于输水管加固和上游护坡工程等在正常蓄水位以下施工，为尽量保证水库正常发挥效益，施工时段尽量选择在库水位较低、水库基本不运行时段。本流域洪水主要由暴雨产生，与暴雨相应，每年夏初进入汛期，根据流域多年平均月降雨量及洪水特点，拟定11月～次年3月为枯水期，4月、10月为平水期，5～9月为丰水期，其中6～8月为主汛期。根据水文特性、气象条件及施工要求，经综合考虑工程施工工程量，施工难易程度、施工部位及采取的施工方法，对不同施工时段进行技术经济指标比较，选择既能满足施工进度要求，又能减小导流建筑物规模和节约投资的施工导流时段方案。2、施工围堰设计ZZ水库加固输水管、上游护坡等项目部分在水库内正常蓄水位以下进行，库水位的高低影响工程施工，因此，在施工这些项目前需采用输水管将水库放空，并增设施工临时围堰挡水。输水管施工采取分段施工，首先开挖大坝，拆除原输水管，再重建进口水箱及管身段。施工期安排在12月至次年2月；出水口消力池施工期安排在3月，以缩短水下施工时间，减少来水量对施工的影响，减少围堰工程量。输水管进口底部高程51.70m，对应的库容为1.6万m3。根据计算，枯水期12月～次年3月5年一遇降雨入库总水量为2.3万m3，求得水库对应的最大库容为3.9万m3，查库容曲线表对应水位为52.00m。根据两种情况分期洪水的计算结果，取第一种情况计算的施工洪水位作为围堰高程的确定标准。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），安全超高取0.5m，考虑风浪影响，设计堰顶高程为52.50m，围堰基础高程为49.50m，堰高3.00m，围堰轴线长30m。围堰采用编织袋粘土围堰，土工膜防渗，迎水坡1：1.5，背水坡1：2.0，堰顶宽2.0m。导流建筑物特性及工程量见表7-1。154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告表7-1围堰工程特性及工程量表项目单位数量最大堰高m3.0围堰长度m30围堰工程量袋装粘土m3216代料m37131.1主体工程施工本工程主体工程施工包括大坝防渗及加固、溢洪道加固、重建输水管。1.1.1大坝加固工程施工大坝加固施工主要内容包括大坝渗墙、上下游坝坡护坡、坝顶改造、下游贴坡排水以及增设坝坡纵横排水沟、踏步等。1、防渗工程坝体及坝基深层搅拌桩防渗处理：防渗墙最小厚度30cm,最大深度17.80m。深搅法水泥土防渗墙是利用水泥作为固化剂，通过单头、双头、三头到六头等多头深层搅拌机具，在堤基深处就地将水泥与堤基（身）土强制搅拌后，水泥与土体产生的一系列物理、化学反应以形成墙体。1-1、水泥土的物理力学特性（1）无侧限抗压强度一般为300KPa～4000KPa；（2）龄期：水泥土强度宜取28d龄期试块立方体抗压强度1.0Mpa；（3）水泥掺入比：采用12%；（4）渗透系数：k值可减小到10-6cm/s以下。1-2、施工机具选用转盘式ZCJ-25型多头深层搅拌桩机。1-3、施工准备1-3-1、水泥土配合比室内试验（1）试验项目水泥浆液性能试验的项目为:密度、粘度、稳定性、初凝时间。水泥土凝固体的力学性能试验项目为：抗压强度、渗透系数、渗透破坏比降。154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告（2）水泥掺入量水泥掺入量可按下式计算：ω=aw×γ　　　　　　　　　　　式中：ω—平均加固(搅拌)1m3土所需要的水泥掺入量，t；aw—水泥掺入比；γ—天然土体的湿容重，t/m3。水泥掺入量决定了水泥土的破坏比降、抗压强度、变形模量，对渗透系数也有较大影响。土层中水泥掺入量取决于天然土体性质〔孔隙率、土层类别、含水量等)和施工机械的性能。工程实践经验表明：在粘性土中可取8%~12%〔土层中有孔洞或极松散的土体除外)；砂性土中可取10%~18%，最大可达20%。（3）水泥浆的水灰比水泥浆的水灰比与被加固土体的含水量、性能、机械的搅拌能力和输浆情况等有关。试验表明，水泥土的性能不但取决于水泥掺入量，还取决于被加固土体的可搅拌性，即使水泥掺入量大，但未搅拌均匀，水泥土力学指标也不理想。因此水泥土搅拌均匀十分重要，而水灰比对水泥土的均匀性起着重要作用。在水利水电工防渗工程中一般取l.0~2.0。室内试验时可参考以往工程经验确定，实际施工时可根据设计要求的水泥掺入比，经现场试桩确定。（4）试块制备在工程场地内选定若干钻孔，连续取原状土样，封装于双层厚塑料袋内，以供拌制试块。试块制作方法：先按预定配合比称量土、水泥、外加剂和水，用手工拌和10min至均匀，将拌和物(即加固土)装入试模(尺寸70.7mm×70.7mm×70.7mm)一半体积，放在振动台上振动1min，再装满另一半振动1min，将表面刮平，用塑料布覆盖即成。试块经ld~2d可拆模，然后将其置于温度为20℃±2℃、湿度大于90%的养护室养护。试块的数量由所需养护龄期和固化剂(水泥)的掺入比决定。养护龄期通常分为7d、28d和90d三期，固化剂的掺入比可根据土的天然含水最和以往工程经验，确定几个档次。然后，按不同的养护期和不同掺入比进行排列组合，确定6组试块。（5）资料分析及配合比的确定不同龄期的试块分别进行力学性能试验后，将试验结果绘成图表，再经分析对比选定最佳的水泥土配合比，作为工艺试验和施工的主要依据。154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告1-3-2、施工现场准备1)、场地平整与布置在机械设备进场前应平整场地。灰浆制备工作棚位置宜使灰浆的水平输送距离在50m以内。2)、施工备料深层搅拌施工主要材料为水泥，应按设计要求选用425#普通硅酸盐水泥。搅拌水泥浆液的水应符合水工混凝土拌合用水的标准。3)、机械安装及调试（1）机具组装包括深层搅拌桩机等机械的组装和就位；水泥浆液制备系统安装；管线连接，用压力胶份连接灰浆泵出口与深层搅拌桩机的输浆管进口。（2）试运转机械在试运转时应注意下列事项：1-电压应保持在额定工作电压范围内，电机工作电流不得超过额定值；2-调整搅拌轴旋转速度；3-输送浆液管路和供水水路应通畅；4-各种仪表应能正确显示，检测数据准确。4)、施工放样（1）准确定出各搅拌桩桩位中心，打木桩作出标记。（2）水泥土防渗墙施工时，从零点桩号开始，沿施工前进方向每50m拉线放样一次，用拉线标定施工方向，并用定位标尺标定桩位。1-3-3、工艺试验在工程大面积施工开始前，应进行深层搅拌工艺试验。工艺试验的目的是验证并确定设计提出的施工技术参数和要求。它们包括：（1）搅拌桩机钻进深度，桩底标高，桩项水泥浆停浆面标高；（2）水泥浆液的水灰比，外加剂的种类：（3）搅拌桩机的转速和提升速度；（4）浆泵的压力；（5）输浆量及每米输浆量变化，水泥浆经浆管到达喷浆口的时间；（6）是否需要冲水或注水下沉，是否需要复搅复喷及其部位、深度等。154 阳新县ZZ水库除险加固工程初步设计报告1-4、深层搅拌施工1-4-1、深层搅拌防渗墙深层搅拌防渗墙主要用于江河、湖泊、堤防及病险库的防渗加固中。其特点是墙体连续性要求较高，而且墙体较长，少则几百米，多则达数公里。ZCJ型4~5头深层搅拌桩机，最大成墙深度为25m，成墙有效厚度为335.41mm。一般来说，深层搅拌防渗墙渗透系数小于i×10-6cm/s(1is=12%,ENPV=75.10万元>0,EBCR=1.03>1.0，故实施该项目在经济上是合理的。1.1.1综合评价ZZ水库除险加固工程实施后，具有较好的经济效益。本项目经济内部收益率为12.20%，大于社会折现率12%；经济净现值75.10万元，大于零；经济效益费用比1.03，大于1，大于零各项评价指标均达到国家规定的标准值，实施该项目在经济上是合理可行的。本工程的社会效益和环境效益十分显著。工程实施后，由于水库防洪标准的提高，能减免洪灾造成人员伤亡和财产损失，有效地防止洪灾引起的疾病流行和环境污染等问题，为本区工农业生产和人民生产提供可靠保障，增加了社会安全感，改善了生存环境和投资环境，为防洪保护区的社会、经济、环境的可持续发展创造了有利条件。154'