XX水库除险加固工程可行性研究报告Word文档格式.docx

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（2）《防洪标准》（GB50201－94）。

（3）《水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准》（SL252－2000）。

（4）《碾压式土石坝设计规范》（SL274－2001）。

（5）《建筑物抗震设计规范》（GB50011－2001）。

（6）《水工建筑物抗震设计规范》（SL203－97）。

（7）《水工混凝土结构设计规范》（SL/T191－96）。

（8）《水工涵洞设计规范》（SL279－2002）。

（9）《溢洪道设计规范》（SL253－2000）。

（10）《水利水电工程可研设计报告编制规程》（DL5021－93）。

（11）国家其它相关的法令法规。

1.1.4除险加固的必要性

XX水库是一座以农业灌溉为主，兼顾人畜饮水的小

（2）型水利工程。

水库设计灌溉面积6972亩，同时承担灌区内1245人和960头大牲畜的饮用水任务。

鉴于目前水库存在严重渗漏，水库实际无灌溉面积。

其下游农业灌溉、人蓄饮水受到很大影响，也影响当地的社会经济发展。

因此，为了解决农业灌溉、人蓄饮水问题，使人民的正常生活得到基本保障，从而促进当地社会经济的快速发展，对XX水库进行除险加固是很有必要的。

水库的除险加固，将对缓解灌溉、乡镇用水矛盾，促进当地工农业的发展起到重要的作用。

1.1.5除险加固任务

本次除险加固工程的任务是保证现有规模不变的条件下，根据现行规范，针对水库渗漏情况提出相应处理方案。

（1）对工程规模及防洪安全进行复核。

（2）对大坝、库盆进行整体防渗处理，建立完整有效的防渗体系。

（3）原输水涵洞存在病害隐患，需对现有输水涵洞进行封堵，并新建输水涵洞。

（4）完善配套设备。

1.2水文

1.2.1自然概况

XX水库位于XX县XX乡XX村北部XX河上，XX河为一季节性冲沟，汛期沟内水量较大，枯季河流干涸，少水。

XX水库坝址距XX乡政府驻地约12km，距XX县城约150km。

19′18″之间。

坝址海拔高程1998.7m，XX水库坝址以上径流面积约8.8km2，河长5.14km，河道平均比降27.2‰。

流域水系图见2.1。

XX水库库区西侧有XX至乌东德水电站的碎石公路通过，交通较为方便。

XX河为金沙江的一级支流，发源于XX县北部的XX乡的撒五沟。

河流自河源由南向北流入XX水库，出库后由西南向东北流入金沙江。

1.2.2水文气象

XX水库流域属北亚热带季风气候区。

由于地势高差悬殊，气候具有明显的地域差异和垂直变化，形成了亚热带与温带共存的立体气候区。

冬春干旱，少雨，日照充足，空气干燥；

夏秋多雨，湿季为来自孟加拉湾和北部湾的暖湿气流控制，湿度大，降水充沛。

流域干湿分明，雨季为5～10月，具有雨量集中的特点。

雨季降雨量占全年降雨量的85～90％，旱季11月至次年4月，降雨量仅为全年降雨量的10～15％，年平均降雨量947.7毫米。

1.2.3设计洪水复核

1.2.3.1基本资料评价及设计洪水计算途径选择

流域内暴雨的产生以7～9月最多，暴雨过程较为集中，多年平均最大6h暴雨量约占24h最大暴雨量的73%。

洪水由暴雨形成，而暴雨主要由冷锋低槽、冷锋切变等天气系统造成。

与暴雨相应，主要集中在7～9月。

由于流域面积小，汇流历时较短，年最大洪水与最大暴雨的出现时间相对应，洪水峰型与暴雨雨型基本一致。

由于流域山高坡陡，洪水涨落较快，具有山区性河流的一般洪水特性。

XX水库流域径流面积小，洪水坦化作用小，大洪水过程呈陡涨陡落，一次洪水历时一般在24h以内。

根据本流域暴雨洪水特性，结合流域具体情况综合考虑，XX水库设计洪水历时采用24h。

1.2.3.2设计洪水计算

根据上述分析得到的XX水库流域暴雨统计参数及流域特征值结合主净雨强度由经验公式转换为纳希瞬时单位线无因次参数，继而推出u（t），按流域面积再转换为时段单位线q（t），由确定产流参数将设计暴雨过程进行产流计算，得到时段净雨过程，由时段净雨过程和时段单位线进行汇流计算，得到地表设计洪水过程；

地下径流量按概化三角形方法计算过程，地表、地下及基流三部分叠加后即为流域出口断面设计洪水过程，两种方法的设计洪水峰量成果见表2.3。

表2.3XX水库（两种方法）设计洪水成果比较表

计算方法

P=0.5%

P=1%

P=2%

P=5%

洪峰流量

（m3/s）

实测法

53.5

48.0

41.2

33.7

图表法

52.0

46.5

41.0

33.3

一日洪量

（万m3）

96.6

87.8

77.0

64.9

102

92.2

82.7

68.9

1.2.3.3洪水成果的选用及合理性分析

（1）设计洪水成果选用

通过暴雨洪水途径两种方法求得XX水库设计洪水，其成果一并列入表2.3。

从表2.3分析来看，对洪峰流量来说，实测法0.5%、%1、2%、5%的计算成果分别大于图表法法相应频率的计算成果2.8%、3.2%、0.5%、1.2%，相差很小，对洪峰来说，两种成果均可采用。

而实测法的一日洪量成果0.5%、1%、2%、5%分别小于图表法相应频率的成果5.3%、4.8%、6.9%、5.8%，相差也不大，按理说两种方法的计算成果也都可以采用。

但从流域的实际情况来看，XX水库流域地区岩溶较发达，流域内有多出溶洞渗漏水，因此，从水库安全角度考虑，XX水库的设计洪水采用图表法的计算成果。

（2）成果合理性分析

根据《云南省暴雨洪水查算图表》中的暴雨洪水计算方法，首先由流域产汇流等有关参数及瞬时单位线进行地表径流计算，地下径流则概化为三角形，地表、地下及基流三部份叠加后即为流域出口断面设计洪水过程，反应了小流域（流域面积8.8km2）洪水水产、汇流的基本特性。

故直接用“手册”的产汇流方法计算得到的洪水成果具有一定的精度。

由表2.4也可以看出，XX水库各频率设计洪水（图表法）的峰、量模数及洪量系数具有随频率数值增大而逐渐减小的趋势，符合一般水文规律。

说明各频率设计成果之间无明显的矛盾。

综上所述，XX水库设计洪水采用图表法计算成果是合理的。

表2.4XX水库设计洪水成果合理性分析表

项目

洪峰模数（m3/s.km2）

5.91

5.28

4.66

3.78

洪量模数（万m3/km2）

11.6

10.5

9.40

7.83

设计面暴雨（mm）

172

158

144

125

洪量径流系数

0.674

0.663

0.653

0.626

1.2.4泥沙估算

水库分水岭以内植被较好，库区草被发育，据实地查勘，由于人为破坏，库区水土流失较为严重。

流域内人口较为密集，加之林木砍伐及农田耕作等因素，显然人类活动的频繁给流域内水量交换及水土流失产生了较为复杂的影响。

XX水库径流面积小，设计流域无实测泥沙资料，本次泥沙计算采用《土壤侵蚀分类分级标准》（SL190—96）及《云南省土壤侵蚀遥感调查报告》（2000.8）进行估算。

根据云南省土壤侵蚀模数图可知，流域内仅存在无明显侵蚀的土壤侵蚀类型。

而根据《云南省土壤侵蚀遥感调查报告》中的土壤侵蚀强度分级标准，无明显侵蚀的侵蚀模数为小于500t/（km2·

a）。

XX水库侵蚀模数取500t/（km2·

从而计算得到XX水库多年平均来沙量0.44万t，其中推移质按悬移质的20%来估算。

则得到坝址处多年平均悬移质输沙量为0.37万t，推移质为0.07万t。

1.3工程地质

1.3.1区域工程地质概况

测区位于康藏高原东南边缘，云贵高原中部北端，属金沙江流域。

金沙江自西向东横贯全区，区内主要山脉略呈南北向展布，成为金沙江两岸主要的分水岭。

测区内地势变化明显，金沙江流域两岸地势险峻，发育较多高达数百米的悬崖陡壁，相对高差一般可达1500m～2500m。

受区域地形地貌的影响控制，根据工程区内地貌的成因、组合形态、海拔高程、切割深度等，可将测区地貌划分两大类型。

（1）、构造剥蚀低中山地貌

广布于XX水库大坝以北地区，工程区内高程1977～2040m，相对高差约63.0m，主要由中生界碎屑岩组成。

山顶多呈脊状、圆状，山坡陡峭，坡度约20°

～30°

。

工程区内地表水系不发育，有少量冲沟，沟谷岸坡岩体破碎，多见坠石、坍塌等。

（2）、构造溶蚀峰丛山地

广布于XX水库库区以南的大部分地区，高程1999～2039m，相对高差约40m。

该类地貌类型切割深度变化大，沟谷交错，峰丛发育，峰顶尖削，地势高耸陡峻，沟谷横断面多呈“V”字型发育，两岸陡崖发育，基岩裸露，岩溶发育，可见溶孔、溶沟、溶槽及溶洞等岩溶形迹。

该类地貌特征尤以工程区以南，XX村至XX一带较为明显。

1.3.2枢纽区工程地质条件

枢纽区位于“S”形河流尾（南）端锁口处，河床宽15～30m，坡降10‰。

两岸地形地貌不对称，左岸为一南北长、东西宽皆约为100～150m左右的单薄山脊，山顶高程1612m，高差113m，山顶浑圆，山坡坡度30°

左右。

溢洪道两侧为残坡积层，坡顶面平缓（10°

左右），前缘山坡坡度稍陡（20°

）。

右岸山体较宽厚连续，高差可达200多米，山坡坡度40°

以上，坝后下游有陡坎出现。

枢纽区分布地层主要为中生界白垩系中统曼岗组、新生界的第四系，地质构造主要为次一级断层（f1）顺河横穿大坝及库内，上游左岸靠近库内冲沟处出露；

下游掩埋于冲洪积层之下。

无较大不良物理地质现象分布，具体表现为坍塌、岩石风化及侵蚀性冲沟三种形式。

1.3.3枢纽区病害工程地质评价

1.3.3.1库区渗漏

库区两岸山体表层分布的第四系残坡积层，岩性主要为粉质粘土夹碎石，厚约6.0m～20.1m，据钻孔注水试验，该层渗透系数K=1.2m/d；

上三叠系—下侏罗统白果湾群（T3—J1bg）厚度约4.4～27.5m，据钻孔注水试验，该层渗透系数K=0.44～0.75m/d；

震旦系上统灯影组（Zbd）揭露厚度约13.0～29.5m，区域厚度＞300m，据钻孔注水试验，该层渗透系数K=0.24～0.47m/d；

库区地表分水岭与地下分水岭基本一致，库区正常蓄水位高于地下分水岭，库水补给地下水，有向西侧底邻谷渗漏的可能。

金沙江为区内最低侵蚀基准面，库区北侧距金沙江直平距约5.0km，相对高差1095m，库区存在严重的渗漏问题。

库区南部地层岩性主要为震旦系灯影组白云岩，基岩裸露，岩体岩溶较发育，库区正常蓄水位高于地下分水岭高程，库水沿岩溶裂隙运移、径流，补给地下水，所以库区存在渗漏问题。

库区西侧（左岸）约3.0km处有太平小河低邻谷存在（高差约948m）。

库岸由T3—J1bg长石石英砂岩及Zbd白云岩组成，据钻孔注水试验，两套岩体均存在较大的渗透性，且库区正常蓄水位高于太平小河河床高程，所以库水有向低邻谷渗漏的问题。

综上所述，库区存在严重的渗漏问题，是导致现在库容只有7.2×

104m3的主要原因，也是该水库近32年来水库不能正常运行的原因。

1.3.3.2库岸稳定及边岸再造

水库左岸表层为第四系残坡积层粉质粘土夹碎石，结构松散，发育一坍塌体，长约40m，厚约3.0～5.0m，坍塌壁高约2.0～5.0m，见照片1，该坍塌体主要是形成库区淤积；

T3—J1bg长石石英砂岩，岩体表层风化强烈，节理裂隙发育，基岩裸露，岸坡基本稳定性，不存在边岸再造问题。

库区及岸坡主要由第四系残坡积层粉质粘土夹碎石，两岸地形坡度25°

，沿水库回水线一带的岸坡，现状下分布有大量的耕地，局部陡坎地带（高3～5m），易形成小的坍塌体，但对水库正常蓄水无影响。

岸坡基本稳定。

水库正常蓄水后基本不存在边岸再造问题。

1.3.3.3水库淤积

库区自身径流面积小，库区泥砂量比较小，库区回水范围内分布有大量耕地，存在一定的水土流失，库区左岸发育的C2冲沟雨季将带来部分松散物质，在一定程度上会造成库区淤积，但一般规模较小。

此外，库区没有滑坡堆积物进入库内，库岸基本稳定。

因此水库淤积程度轻。

1.3.3.4水库淹没及浸没

水库正常蓄水后，将淹没库区范围内部分耕地，库内无重要矿产及设施。

沿水库回水线一带的岸坡分布有第四系松散土体，会有一定的浸没问题，但无建筑物分布，故影响不大。

1.3.4天然建筑材料

XX水库在1976年修建时，在大坝右岸设置一取土场，开采石料及土料进行现有坝堤的修筑，现已经废弃。

取土场范围内出露的岩性主要为第四系残坡积层的松散土体和三叠系—下侏罗统白果湾群长石石英砂岩，岩体表层风化强烈，新鲜岩体强度大，此外库区两侧斜坡基岩裸露，其质量及数量均能满足大坝下一步施工要求。

1.4工程任务和规模

1.4.1工程任务

XX水库兴建于1976年,水库控制径流面积8.8km2，水库主要任务是农业灌溉和人畜饮水。

XX水库属已建小

（二）型水库，正常蓄水位2010m，总库容35.0万m3。

坝型为粘土心墙风化料坝，最大坝高22.0m，坝顶高程2015m。

原溢洪道布置于大坝左岸，长×

本次加固建设根据水工设计溢洪道尺寸为宽×

高=5.0m×

4.0m，输水隧洞洞径尺寸为1.8×

2.2m，输水隧洞不参与泄洪，其功能主要是输水满足下游灌溉及人畜饮水。

由于库区地层岩性、地形地貌等因素，XX水库从修建至今库水从未达到正常蓄水位2010m，库水存在严重的渗漏问题。

1.4.2工程规模

1.4.2.1死水位的选择

由于XX水库处于金沙江一级支流XX河支流源头区，水库位置较高，库底高程高于灌溉及人蓄饮水要求的高程，死水位的确定主要取决于泥沙淤积高程和输水涵洞对最低运行水位的要求。

XX水库建于1976年，原设计输水涵洞底板高程与死水位齐平。

水库至今运行了32年，由于其处于支流源头区，库区森林植被较好，水土保持情况良好，人类活动较少。

经水文分析计算得到的多年平均来沙量也仅为0.44万t。

加之本地区为岩溶地区，泥沙被洪水带来的很少，几乎没有。

因此，水库运行近32年也未见明显的淤积，泥沙淤积不严重。

本次根据水为满足输水涵洞在最低水位时仍能按设计要求满足下游村庄的人蓄饮水要求以及水库实际运行的需要，确定XX水库的死水位为2005m，与输水涵洞进口底板高程齐平。

1.4.2.2正常蓄水位的确定

XX水库本次加固建设设计的主要任务是确保水库大坝的安全及处理水库的防渗问题。

其正常蓄水位仍采用原设计正常蓄水位2010m，相应库容为22.9万m3。

1.4.2.3调洪计算

XX水库兴建于1976年，水库功能主要为农业灌溉和人畜饮水，设计坝高22.0m，总库容为35.0万m3。

水库大坝的工程等别为Ⅴ等，水工主要建筑物的级别为5级，次要建筑物为5级。

根据《防洪标准》（GB50201-94）和《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），确定XX水库的防洪标准为20年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核。

1.5工程布置及主要建筑物

1.5.1工程等级及洪水标准

1.5.1.1工程等级和建筑物级别

XX水库设计总库容35.0万m3，按《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）规定划分：

XX水库工程等别为Ⅳ等，工程规模为小

（2）型，其主要建筑物大坝、溢洪道、输水涵洞为4级，次要建筑物为5级。

1.5.1.2洪水标准

依照《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000）和《防洪标准》（GB50201—94）的规定，XX水库取用设计洪水频率P=5%（20年一遇），校核洪水频率P=0.5%（200年一遇）。

1.5.2地震基本烈度

按《中国地震动参数区划图（GB18306—2001）》，本区地震动峰值加速度为0.15g，地震动反应谱特征为0.45s，本工程区地震基本烈度为7度，枢纽工程建筑物按7度设防。

1.5.2大坝复核

1.5.2.1坝顶高程复核

根据水库调洪计算，正常蓄水位为2010m，设计洪水位（P＝5%）为2012.49m，校核洪水位（P＝0.5%）为2013.43m。

多年平均最大风速为14.1m/s。

水库吹程为0.8km。

大坝按4级建筑物设计。

根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001）规定，坝顶高程分别按以下情况进行计算，取其最大值。

①设计洪水位加正常运用条件的坝顶超高；

②正常蓄水位加正常运用条件的坝顶超高；

③校核洪水位加非常运用条件的坝顶超高；

④正常蓄水位加非常运用条件的坝顶超高加地震涌浪高。

坝顶超高按下式确定：

Y=R+e+A

根据计算结果，坝顶高程由设计洪水位加正常运用条件的坝顶超高控制（2014.588m），现有坝顶高程为2015m，故现有坝顶高程满足规范要求。

1.5.2.2渗漏及渗透变形分析

浸润线及渗流量复核计算参考安全鉴定进行。

由于坝体土料渗透系数离散性不大，考虑取均值作计算值，首先求出坝体最大断面时的单宽渗透流量（q），最后求出整个坝体的总渗透流量（Q）。

渗透系数：

大坝坝体平均渗透系数为0.58m/d，河床坝基砂卵砾石层平均渗透系数为0.864m/d，坝基平均渗透系数为0.31m/d，排水棱体平均渗透系数为8.64m/d。

大坝单宽渗透流量为0.27m3/d.m，据此估算大坝年渗漏量为15.74×

104m3，，占总库容的3.7%。

大坝渗漏主要集中于坝体、坝基渗漏，XX水库大坝渗漏存在一定问题严重。

1.5.2.3大坝稳定复核计算

大坝坝坡稳定复核计算采用中国水利水电科学研究院的《土质边坡稳定分析程序》STAB2005进行计算。

坝体土物理力学指标根据安全鉴定地质资料和现初设阶段坝体钻孔、注水、压水试验、室内原状样试验的成果，经分析整理的基础上，对土工试验物理力学指标按规范所要求的方法进行统计分析。

根据设计所用地形地质图，选择大坝标准剖面为坝坡稳定最不利断面，只要此断面满足稳定分析的安全要求，则认为整个坝体均满足安全要求。

根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001）要求，抗滑稳定计算采用刚体极限平衡法和计及条块间作用力的简化毕肖普法进行。

根据成果分析，大坝上游坡在地震工况下抗滑稳定系数满足规范要求；

下游坝坡地震工况下抗滑稳定系数不满足规范要求，另外下游坝坡蚁害严重，对大坝构成安全隐患，结合坝体防渗选择合适的方案进行加固。

1.5.3除险加固设计

1.5.3.1加固后大坝渗流、稳定计算

（1）渗流计算

大坝进行防渗处理后，坝体及坝基渗流主要受防渗体系（防渗墙、帷幕灌浆）控制。

按《碾压式土石坝设计手册》介绍的方法——采用透水地基上有截水墙的心墙土石坝渗流计算方法计算坝体和坝基渗漏量，并推求坝体浸润线。

同时采用“里正渗流软件”进行坝体渗流复核计算，并结合实测结果进行比较，确定计算浸润线。

计算结果表明，防渗处理后大坝年渗漏量大大减少，采用混凝土防渗墙方案防渗效果极为明显。

防渗墙、墙顶粘土均质防渗体与帷幕灌浆等永久性防渗措施构成的综合防渗体系可满足大坝坝体、坝基及坝肩防渗要求。

（2）坝坡稳定计算

根据坝体钻孔、注水、压水试验及室内原状样试验的成果，经分析整理，工程类比，确定坝体各区土料物理力学指标。

选择大坝标准剖面为坝坡稳定最不利断面，只要此断面满足稳定分析的安全要求，则整个坝体均满足安全要求。

从计算成果看，大坝加固设计断面对可能出现的各种工况都是安全的，抗滑稳定安全系数满足规范要求。

1.5.3.2新建输水涵洞

新建输水涵洞由进口引渠段、有压洞身段、闸室段、无压洞身段、出口明渠段组成，涵洞总长164.144m，设计流量0.5m3/s。

1.5.3.3原输水涵洞封堵处理

本次初设除险加固决定封堵原输水涵洞，施工期间，老涵洞作为唯一的施工导流通道，并利用其向下游供水，涵洞的封堵要结合施工导流的工期安排进行，在施工结束后对其进行封堵。

具体措施如下：

低水位时，在涵洞进口围堰，并在老涵洞进口位置作15m长的混凝土堵头，为便于施工，对涵洞进口设施进行适当拆除。

1.5.4.4溢洪道

XX水库溢洪道位于水库左岸，未进行衬砌处理，坍塌比较严重，抗冲刷能力比较低，本次除险设计中，考虑对溢洪道进行衬砌处理。

1.5.3.5观测设计

大坝的安全是水库能否正常运行的关键。

为了监测大坝施工期及运行情况，在水库运行期间，除应进行一般外表观测外，还应对坝面位移、坝体及坝基渗流、绕坝渗漏、库水位等进行观测并作详细记录。

根据《土石坝观测技术规范》要求，XX水库大坝所布设的观测设施有位移观测设施、渗流观测设施及库水位观测设施。

1.6金属结构

1.6.1金属结构

XX除险加固工程金属结构由一条输水涵洞组成，共设闸门2扇，相应的启闭设备2台套。

整个水库除险加固工程金属结构总重32.5t。

其中，门叶总重4.5t，加重块13t,门槽总重10t，启闭机总重5t，

1.6.2消防设计

消防设计遵照国家基本建设的有关方针政策和“预防为主、防消结合”的消防工作方针，结合本工程的特点和具体条件进行。

XX水库枢纽工程部分消防主要对象是：

输水涵洞工作闸室和检修闸室。

根据《水利水电工程设计防火规范》（SDJ278-90），闸室的火灾危险性类别为戊类，耐火等级为三等。

机房闸室配置手提式卤代烷或二氧化碳灭火器可满足需要，灭火器按现行的国家标准《建筑灭火器配置设计规范》（GBJ140）的规定配置，每间机房各设灭火器2支。

1.7施工组织设计

1.7.1施工条件

工程施工所需的钢材、木材、水泥、柴油、汽油、炸药等外购材料，均可在XX县购买，主体工程所用水泥及钢材等影响工程质量的关键材料须采用大厂生产的材料。

根据地质及建设单位提供的资料，工程所用毛块石、混凝土用粗细骨料、砌石用砂料、反滤料，可在XX县城附近的已有的砂石料加工厂购买。

施工用水可配备水泵抽取库水解决；

10KV输电线路已架至管理所附近，施工用电可直接从此引接。

1.7.2施工期水流控制

XX水库工程总库容为35.5万m3，规模为小

（2）水库，枢纽工程为Ⅳ等4级，导流建筑物按5级建筑物设计。

导流建筑物设计洪水标准为P=20%，其洪峰流量3m3/s，一日洪量为5.95×

104m3。

新建输水涵洞施工期间，老坝体挡水，老涵洞、溢洪道泄流；

首先待库水位降至老输水涵洞进口高程2000m附近时，此时由老输水涵洞