土石坝除险加固毕业设计指导书.docx

土石坝除险加固毕业设计指导书.docx

《土石坝除险加固毕业设计指导书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土石坝除险加固毕业设计指导书.docx（112页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

土石坝除险加固毕业设计指导书

1综合说明1

1.1工程概况1

1.2水文2

1.3工程地质3

1.4工程任务和规模5

1.5工程现状及存在的问题6

1.6工程布置及主要建筑物8

1.7电气与金属结构9

1.8施工组织设计10

1.9环境保护设计10

1.10水土保持设计10

1.11工程管理设计10

1.12设计概算11

2水文14

2.1流域概况14

2.2气象14

2.3设计洪水16

2.4合理性分析20

2.5洪水过程线21

2.6分期洪水21

2.7泥沙21

2.8冰情21

2.9坝下水位流量关系22

3工程地质27

3.1概况27

3.2区域地质28

3.3库区工程地质条件及评价29

3.4坝址区工程地质条件及评价30

3.5天然建筑材料39

3.6结论及建议42

4工程任务和规模44

4.1水库概况44

4.2项目建设的必要性44

4.3项目建设的任务45

4.4洪水调节45

5工程现状及存在的问题50

5.1土坝50

5.2泄洪洞57

5.3尾水渠57

5.4防汛道路57

5.5管理设施58

6工程总体布置及建筑物59

6.1工程等别和标准59

6.2设计依据59

6.3主体工程布置59

6.4土坝64

6.5泄洪灌溉洞设计75

6.6尾水渠设计77

6.7防汛路设计78

7电气与金属结构79

7.1电气79

7.2金属结构79

8施工组织设计81

8.1施工条件81

8.2施工洪水与施工导流82

8.3主体工程施工83

8.4土石方平衡85

8.5施工交通运输85

8.6施工企业85

8.7施工总体布置86

8.8施工总进度87

8.9主要施工设备91

8.10施工管理91

9环境影响评价和环境保护设计92

9.1评价依据92

9.2设计依据92

9.3环境影响评价结论93

9.4环境保护设计94

9.5环境保护管理95

9.6环境保护投资概算95

10水土保持98

10.1编制目的及依据98

10.2防治责任范围及周边环境概况98

10.3工程施工可能造成的水土流失及其危害99

10.4水土流失防治措施及对策....

99

10.5水土保持效益分析

100

11工程管理设计

101

11.1管理系统现状

101

11.2管理机构和人员编制

101

11.3工程管理设施

102

11.4工程管理范围与保护范围....

102

11.5工程运行管理

103

12工程概算

......104

12.1投资主要指标

104

12.2编制依据

104

12.3设计概算编制说明

104

1综合说明

1.1工程概况

利民山水库位于吉林省磐石市明城镇幸福村解放屯西0.5km,坝址坐落在饮马河流域的玻璃河上，距下游沈吉铁路10.5km，202国道公路8km。

地理位置座标为东经126°8‘45〃〜126°22‘4〃，北纬43°6，18〃〜44°'48〃。

坝址以上游集雨面积36平方公里，水库始建于1966年，1969年竣工，原设计标准为30年一遇洪水设计，100年一遇洪水校核，正常水位357.91m,正常库容309万m,其中死库容14万m,水库设计灌溉面积787公顷，养鱼20万尾。

是一座以防洪、灌溉为主，结合养鱼、旅游等综合利用的小（I）型水库。

水库枢纽工程由土坝、泄洪灌溉洞组成。

该水库自1966年动工兴建，1969年竣工，运行至今由于缺少资金，该工程始终未配套，整个大坝及附属建筑物没有得到及时完好的维修，多处存在严重的安全隐患，每当发生险情时，只能临时采取一些应急措施，勉强渡汛。

每年为了安全度汛，均投入大量人力物力。

因此利民山水库是一座病险水库。

2004年4月经专家鉴定磐石市利民山水库为三类坝。

利民山水库担负着1.18万亩农田的灌溉，房屋13300吊，202国道冲毁2km吉沈铁路2km直接经济损失将达1.35亿元，除此经济损失外，尚有乡镇村屯12000余人无家可归，对国家和人民造成巨大的间接损失。

由此可见，对该水库实施除险加固是势在必行的。

利民山水库除险加固初步设计的任务是复核土坝防洪标准，对泄洪建筑物进行除险加固处理。

水库原设计洪水标准为30年一遇设计，

100年一遇校核。

本次复核后设计洪水标准为30年一遇，校核洪水标准为300年一遇。

本次除险加固设计是在《磐石市利民山水库大坝安全鉴定报告书》的基础上进行的。

受磐石市水利局委托，我院承担了此次利民山水库除险加固工程初步设计工作。

根据测量、地质勘察、设计踏查资料及建设单位提供的建议，我院完成了该水库除险加固初步设计工作。

1.2水文

利民山水库位于磐石市明城镇解放屯附近的玻璃河支流，坝址以上集水面积36km，河道长度10.48km，河道平均比降0.016。

本流域气象特征属于北温带大陆性季风气候，春季干燥风大，夏季温热多雨，冬季寒冷。

洪水成因主要是暴雨所致，大暴雨出现在7~8月份，暴雨较集中，主要天气系统有气旋、冷涡和过境台风。

水库没有气象观测资料，本次设计气象资料选用烟筒山站为参证站进行资料统计。

多年平均降雨量为708.65mm多年平均蒸发量1453.26m（E601）,多年平均气温4.97C，最高气温39C，最低气温-41.7C,年日照时数2464.05h，无霜期140天左右，最大冻土深1.7m。

多年平均风速2.79m/s，历年最大风速为17.46m/s，风向为W

本次采用的1989年《吉林省暴雨图集》中的分析成果，设计暴雨成果与原设计相比，均值偏小，Cv偏大，原因是由于新图集降雨系列在原图集的基础上有了增加，也包括了1984年以前各大水年份。

暴雨

径流关系也采用比较新的分析成果，基本资料和参数的选择比较适合于本流域。

和地区综合法比较采用罗氏法计算成果。

洪峰流量成果表单位：

m3/s

0.33

1

3.33

5

10

20

罗氏法

288.3

205.6

129.7

107.7

74.6

47.3

水科所法

337.1

264.2

187.3

162.1

120.5

80

洪水总量成果表单位：

万m

0.33

1

3.33

5

10

20

24小时洪量

862.92

696.312

506.268

440.928

327.132

209.448

3日洪量

1014.84

831.096

618.12

544.896

415.98

282.024

1.3工程地质

1.3.1区域地质

本区属于剥蚀低山丘陵区，在丘陵中的河流形成以冲积堆积为主的河谷堆积地貌，本区位于北西流向的饮马河西侧，西玻璃河以北东方向在甲黑西屯注入小黄河，小黄河北东流向，在田家屯进入饮马河。

河谷为不对称“U'型，谷底较平坦，按成因及形态可分为丘陵及河谷侵蚀堆积地貌。

丘陵：

分布在河谷两侧，高程在355m以上,主要为起伏较缓低丘陵，左岸坡度较陡，脊顶浑圆。

河谷：

主要由阶地组成，阶地主要发育一级、二级阶地。

除丘陵、河谷地貌外，还有小规模山麓堆积地貌分布在丘陵前缘。

本区出露的地层岩性主要为燕山早期花岗岩，斜长花岗岩，大面积分布。

第四系冲洪积堆积物为河床漫滩及阶地堆积物，由砂砾石、砂壤土、粉质壤土组成。

山麓坡残积堆积主要由含土碎砾石组成。

1.3.2库区地质

库区地貌主要为河谷及丘陵。

河谷中一级阶地较发育、两侧二级阶地发育不对称。

河床规模较小，一级阶地阶面较平坦，微向河床倾斜，宽度为200〜300米，二级阶地阶面呈起伏及倾斜状，倾向河床。

二级阶地后缘为丘陵，左侧坡度较陡，右侧较缓。

第四系堆积物：

全新统堆积的淤泥质壤土及砂、砂砾石，主要分布于河床漫滩及一级阶地，淤泥质壤土及砂分布厚度小。

呈松散状态到稍密状。

砂砾石连续分布于河床及漫滩、一级阶地下部。

中上更新统堆积的黄土状壤土、壤土、及砂砾石，主要分布于二级阶地。

水库两侧为丘陵，远处有低山，地下水分水岭高程均位于水库正常高水位以上，无邻谷渗漏问题。

库区周围坡度较缓，主要由二级阶地粉质壤土及山前斜坡堆积物组成，表面多为旱田耕地，局部有基岩裸露，坡度较陡，但较稳定，基本无塌岸问题。

1.3.3结论及建议

1.本区位于天山-兴安地槽褶皱区，吉黑褶皱系。

地貌为剥蚀低

山丘陵中发育的河谷。

本区地震动峰值加速度为0.05g.相应地震烈度为切度，标准冻深1.77m。

2.水库周边丘陵环绕，地下水分水岭高于水库正常高水位。

无通向邻谷渗漏通道。

水库无永久渗漏问题。

水库周边主要由二级阶地粉质壤土及山前残坡积堆积物组成，坡度较缓，部分岩体裸露.基本无塌岸问题，水库两岸正常高水位附近为二级阶地粉质壤土及岩体，厚度较大.无浸没问题.水库运行多年，存在一定的淤积，库岸周边植被不佳，水土流失较严重，是水库固体径流的主要来源，建议加强水土保持工作，减少固体径流量，提高水库使用年限。

3.坝体为砂砾石（风化料）坝壳粘性土肥心墙坝，心墙土及坝壳料土符合质量技术标准，碾压合格率为83%，坝体不存在沉陷稳定。

但填筑土中局部有砂、碎块石等。

从钻孔水位观测及土体含水量分析，坝体内局部形成浸润曲线，但浸润面较低。

不存在渗漏及渗透稳定问题。

4.坝基为中等压缩粘土，经40年固结沉降已趋于稳定，但抗剪强度值偏低，建议设计进行抗滑稳定复核.坝基砂砾石④⑥层为强透水

及中等透水层，形成坝基主要渗漏通道，存在坝基渗漏问题，正常高水位时,0+050〜0+350段坝后在坝基砂砾石④层剩余水头作用下，易击穿上部土层，产生渗透破坏，二级阶地砂砾石⑥层,因上部连续稳定覆盖弱透水层⑤,且厚度较大，不易产生渗透破坏。

5.左坝肩为强风化花岗岩，岩体为次块状结构，由于垂直张裂隙发育，属强透水层.存在绕坝渗漏问题.右坝肩为二级阶地粉质壤土，连续稳定分布，弱透水，工程地质条件较好。

6.泄洪洞基础底部为人工毛石混凝土，其下为二级阶地砂砾石⑥层，承载力可以满足工程要求，工程地质条件较好。

7.工程所需风化料场位于坝左侧低山丘陵山体，砼用粗骨料及碎石料场位于明城镇古城采石场，细骨料场位于烟筒山镇蚂蚁北屯饮马河砂场，块石料场位于明城镇大桃山采石场，各种材料质量及储量皆满足工程要求。

岩土物理力学性质和参数、天然及人工建筑材料调查的主要成果详见工程地质部分。

1.4工程任务和规模

1.4.1工程任务

本次除险加固工程的任务是复核防洪标准，对水库现有泄洪建筑物进行除险加固。

主要内容有：

（1）依据现行规范，重新进行调洪演算，校核现有坝高，并进行

加固处理;

（2）对现有大坝坝坡进行稳定复核；

（3）对坝基、坝体、坝肩进行渗漏量及渗流稳定复核，并针对存

在的问题进行加固处理；

（4）对上、下游坝坡进行翻修处理；

（5）重建泄洪灌溉洞；

（6）整治尾水渠；

（7）维修加固防汛道路；

（8）完善管理设施。

1.4.2洪水调节

本次除险加固工程的洪水标准为：

设计洪水标准为三十年一遇，

校核洪水标准为三百年一遇，汛限水位按原设计不变，即H限=355.00m,泄洪型式为泄洪洞泄洪，闸门为2孔2.0>2.0m，洞底高程为351.50m。

按下游无控制泄量进行调洪计算。

经计算，设计洪水位为357.66m,相应库容289.67万用，相应泄

量为59.27m3/s；

校核洪水位为360.65m,相应库容为575.04万m,相应泄量为

3

77.65m/s。

1.5工程现状及存在的问题

利民山水库始建于1966年，于1969年竣工，工程主要存在以下问题。

1.5.1土坝

a、由于水库运行多年及施工质量差，坝顶浆砌石防浪墙已出现断裂和裂缝现象，已不能挡风浪。

b、坝前坡护坡石在长期反复冻融、冻胀及冰推力作用下已隆起，形成许多塌坑、塌沟。

下游坡没有护砌，坝坡灌丛、蒿草丛生，坝后无排水设施，排水冲刷造成坝后冲沟纵横，并有向深发展趋势。

C、土坝现状坝顶宽为3m坝顶为土路面，每逢雨季，坝顶十分泥泞，无法满足汛期抢险车辆交通要求。

d、土坝坝后无排水设施，造成坝后积水无法排除，大面积沼泽化。

e、坝基0+050〜0+500段因有含水层砂砾石的存在，形成坝基渗漏通道，存在坝基渗漏问题。

1.5.2泄洪洞

利民山水库泄洪及灌溉水均通过泄洪洞放水，洞身断面为2孔2.0>2.0m,洞底高程为351.50m,泄洪灌溉洞位于桩号0+433.5m处，与坝轴线成正交。

由进口段、洞身、竖井、出口段组成。

a、泄洪灌溉洞进口八字墙严重断裂、倾斜，出口段左侧浆砌石边墙已冲毁，右侧边墙错缝，边墙向内倾斜10cm

b、泄洪灌溉洞闸门严重锈蚀，无止水橡皮，闸门严重漏水、已无法正常运用。

启闭机螺杆严重变形，电气设备已经损坏。

c、泄洪灌溉洞洞身、整流段及陡槽段出现错缝，错缝宽5cm〜10cm错位2cm〜5cm错缝处漏水严重，洞底部砼剥蚀严重，出现露筋现象。

d、泄洪灌溉洞排洪时有剧烈震动感。

e、启闭室为简易砖房，无窗户，室内米光，通风条件极差，每逢雨季，漏雨严重，造成室内设备严重锈蚀。

1.5.3尾水渠

尾水渠无规则断面，渠底杂草丛生，边坡坍塌陡峭，凸凹不平，通水不畅。

1.5.4防汛路

现有防汛路路面坑洼不平，排水不畅，无法满足防汛车辆的正常通行

1.6工程布置及主要建筑物

1.6.1工程等别和标准

利民山水库工程等别为W等，主要建筑物为4级，次要建筑物为5级，设计洪水标准为30年一遇洪水，校核洪水标准为300年一遇洪水，地震基本烈度为W度。

162设计依据

a、《水利水电工程等别划分及洪水标准》（SL252-2000）;

b、《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）;

c、《水工设计手册》；

d、《利民山水库大坝安全鉴定综合评价报告》；

e、《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2004）。

1.6.3土坝

本次土坝除险加固措施有：

坝顶砼路面，坝肩设路肩石，坝顶宽由3m加宽到4m,坝顶防浪墙进行维修加固处理。

前坝坡干砌块石重新砌筑250mm下游边坡采用草皮护坡，在土坝356.00m高程设置马道，宽2.5m,马道铺砼方砖，两侧设路缘石；坝后排水沟总长为282m,由

两侧排水沟排入中央排水沟，再排入天然河道。

坝基进行砼垂直防渗墙，左坝肩采用帷幕灌浆处理。

1.6.4泄洪洞

本次除险加固设计中，经过对现有泄洪洞鉴定已经运行多年，且多处破坏严重，已不能保证汛期正常运行，直接威胁大坝安全，经过大坝安全鉴定泄洪洞拆除重建。

位置由桩号0+433.5移至0+449.4处，洞径仍为2孑L2.0X20m灌溉洞分建于泄洪洞两侧，灌溉洞尺寸为1.0X.0m,泄洪洞与灌溉洞共用一个启闭室。

进口八字墙长为7.50m。

竖井前有压洞长为11.3m,洞径为2孔2.0X20m竖井段长为7.65m。

竖井后无压洞长为44.29m,洞径为2.0X3.0m。

出口渥奇段长为2.92m。

陡坡段长为14.46m,陡坡段坡度为1:

2。

消力池长为16.0m,池深为1.6m，为底流式消能。

底板厚为0.6m。

设计情况泄量59.27m3/s，校核情况泄量为77.65m3/s。

消力池后设30m海漫段，并设2.0m深的防冲槽。

1.6.5尾水渠设计

尾水渠接于消力池出口海漫段，尾水渠整治长度为160m（包括海

漫段）与天然尾水渠道相接。

本次设计对尾水渠进行整治，断面型式为梯形，海漫段为干砌石

护砌，断面尺寸按现有渠道过流量为Q设计=59.27m3/s设计，尾水渠底宽为12m边坡为1:

1.5，起始底高程为346.38m,纵坡为0.006，水深为1.48m。

1.6.6防汛路

利民山水库防汛路全长为5.0km,在现有路面基础上加宽加高，采用砼路面。

1.7电气与金属结构

1.7.1电气

为了提高管理水平，本次设计配备自动控制设备。

配备15kw柴油

发电机一台。

1.7.2金属结构

泄洪洞需配套2扇2.0x20m工作闸门和2扇2.0x20m检修闸门。

闸门均为铸铁闸门。

工作闸门和检修闸门均选用LQ-8T的启闭机，共4台；灌溉洞为2孔，其中左侧灌溉洞一孔，孔口尺寸为1.0x10m右

侧灌溉洞一孔，孔口尺寸为1.0x1.0m,均选用定型铸铁闸门。

启闭机选用LQ-5T,2台。

1.8施工组织设计

本次设计施工项目主要有：

大坝前后坝坡护坡，坝顶砼路面，砼防渗墙，左坝肩帷幕灌浆，泄洪灌溉洞重建，防汛路施工等，计划第一年9月初开工，第二年8月末竣工。

施工工期为一年。

1.9环境保护设计

本次设计中，通过环境分析，对水土流失、弃料、污物、噪声、泥浆等影响，采取相应的工程生物措施，以达到缓解和消除各类污染的影响。

通过对环境有利和不利影响的分析可知，该工程的建设利大于弊。

从环境角度分析，该工程实施是可行的。

1.10水土保持设计

利民山水库水土流失防治范围：

生活区、仓库、施工道路、主体工程占地范围。

工程可能产生的水土流失主要是左坝肩明挖，尾水渠整治，直接破坏原有地表土层及植被，并产生一定量的弃土。

本次设计对水土流失采取的措施有：

清理废料、平整地面、恢复植被，进行绿化。

水土保持方案实施后，可减轻工程区水土流失，改善环境质量，使区域内土地利用趋于合理化，生态和经济走向良性循环。

1.11工程管理设计

根据《水利工程管理单位编制定员试行标准》SLJ-81规定，水库

设水库管理处，下设工程管理科、综合经营科和行政办公室三个科室。

根据《水利工程管理单位编制定员试行标准》SLJ-87规定，水库

人员编制为管理人员和生产人员共设10人。

参照《水库工程管理设计规范》SL106-96规定，结合本工程的实际情况，拟定工程管理设施如下:

⑴办公室500m2；

⑵通讯线路改造为光缆线1km

⑶改建10千伏输电线路1km

⑷配置防汛专用车辆一台；；

1.12设计概算

本工程概算总投资为1383.60万元，其中：

建筑工程988.39万元,机电设备及安装工程25.97万元，金属结构设备及安装工程12.42万元，施工临时工程114.36万元，独立费用159.80万元，基本预备费65.05万元,水土保持工程6.95万元,环境保护工程10.66万元。

总工程量为12.14万m,其中土方开挖3.60万m^,土石填筑6.81万用，砼0.87万用，砌石0.86万mt工程所需钢材129T，水泥2945T,木材30mi，总工日为5.0万个。

工程特性表

表1-3

序号

名称

单位

数量

备注

原设计

本次设计

-一-

工程水特性

1

集雨面积

Kmi

36.0

36.0

-二二

水库特性

1

水库水位

校核洪水位

m

359.53

360.65

设计洪水位

m

359.03

357.66

正常咼水位

m

357.91

357.91

汛限水位

m

355.0

355.0

死水位

m

351.50

351.50

2

水库容积

总库容

万m

457

575.04

设计库容

万m

408

289.67

正常库容

万m

309

309

汛限库容

万m

122

122

死库容

万m

19.36

19.36

调节特性

万m

年调节

年调节

三

主要建筑物特性

1

土坝

坝型

均质坝

均质坝

坝顶咼程

m

360.70

360.83

现状360.68〜360.96m

坝顶宽度

m

3

4

土坝长度

m

570

570

取大坝咼

m

12.5

12.63

校核洪水位时泄量

m/s

77.65

设计洪水位时泄量

m/s

59.27

工程特性表

续表1-3

序号

名称

单位

数

量

备注

原设计

本次设计

2

泄洪洞

型式

有压变无压涵洞

有压变无压涵洞

孔数

孔

2

2

洞底咼程

m

351.50

351.50

单孔净宽

m

2.0

2.0

工作闸门

扇

2.0>2.0m两扇

2.0X20m两扇

PGZ铸铁闸门

工作闸门启闭机

台

LQ-8T

2台

检修闸门

扇

2.0>2.0m两扇

2.0X20m两扇

PGZ铸铁闸门

检修闸门启闭机

台

LQ-8T

2台

消能方式

底流式消能

底流式消能

左侧灌溉洞

孔

1

工作闸门

m

1.0X10

右侧灌溉洞

孔

1

工作闸门

m

1.0X1.0

四

设计概算

总投资

力兀

1383.60

预备费用

力兀

65.05

总工程量

万R1

12.14

土方开挖

万R1

3.60

土石方填筑

万m

6.81

砼

万m

0.87

砌石

万m

0.86

总工日

万个

5.0

2水文

2.1流域概况

利民山水库位于磐石市明城镇解放屯附近的玻璃河支流，坝址以

上集水面积36km，河道长度10.48m,河道平均比降0.016。

2.2气象

本流域气象特征属于北温带大陆性季风气候，春季干燥风大，夏季温热多雨，冬季寒冷。

洪水成因主要是暴雨所致，大暴雨出现在7~8月份，暴雨较集中，主要天气系统有气旋、冷涡和过境台风。

水库没有气象观测资料，本次设计气象资料选用烟筒山站为参证站进行资料统计。

多年平均降雨量为708.65mrg多年平均蒸发量1453.26m（E601）,多年平均气温4.97C，最高气温39C，最低气温-41.7C,年日照时数2464.05h，无霜期140天左右，最大冻土深1.7m。

多年平均风速2.79m/s，历年最大风速为17.46m/s，风向为W

多年平均降水量、蒸发量表

表2-1单位：

mm

X

a目X

一

二

三

四

五

六

七

八

九

十

十一

十二

降水量

5.42

8.09

18.83

35.98

55.67

112.9

194.3

161.9

73.78

21.77

14.44

5.54

蒸发量

17.06

23.91

77.73

187.3

261.9

221.8

169.9

162.4

1