大坝渗流安全评价报告Word文件下载.docx
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附图2611-11断面非稳定渗流浸润线示意图(水位100.00降至88.27m)
附图2711-11断面非稳定渗流浸润线示意图(水位101.81降至88.27m)
附图2811-11断面非稳定渗流浸润线示意图(水位102.69降至88.27m)
1概述
1.1工程概况
共产水库位于某某市洛市镇内,距某某市区约35km,所在河流为赣江水系,清丰山溪富水上游。
水库坝址控制流域面积24.00km2,总库容1614×
104m3,原设计灌溉面积为2.0万亩,实际只达0.29万亩。
水库养鱼水面为1100亩,多年平均产鱼2×
104kg,是一座以灌溉为主、兼顾防洪、养鱼、发电等综合利用的中型水利枢纽工程。
工程于1958年9月动工兴建,1959年春建至76.00m高程后停建,1970年冬又复工兴建,于1973年3月竣工,6月份正式灌溉受益。
水库设计正常高水位100.00m,设计洪水位101.81m,校核洪水位102.69m,死水位74.50m,汛限水位4~6月为95.00m,7~9月为96.00m,总库容1614×
104m3,有效库容1301×
104m3,死库容4×
104m3,防洪库容309×
104m3,为年调节水库。
主坝为均质土坝,实测坝顶高程为104.60m~105.10m,最大坝高34.50m,坝顶长220m,坝顶宽为8m,实测上游坝坡1:
3.47,实测下游一级坝坡1:
2.25,二级坝坡1:
2.8。
坝前设有粘土水平防渗铺盖,厚1.50m,宽50m;
坝脚设有排水棱体和压浸台。
1副坝为均质土坝,实测坝顶高程为104.63m~105.00m,最大坝高18m,坝顶长110m,坝顶宽为6m,实测上游一级坝坡1:
3.19,二级坝坡1:
4.22,实测下游坝坡为1:
2.63,坝脚设有排水棱体和贴坡反滤。
2副坝坝顶实测高程为105.20m,最大坝高为6m,长14m,内坡1:
1.5,外坡1:
1.5。
2号副坝为均质土坝,位于溢洪道正南270m的垭口处,坝顶宽5m,长14m,坝顶高程105.30m,最大坝高4.7m,内坡1:
在坝中间垂直坝轴线方向挖有一深沟,沟底高程103.40m。
坝体内外坝坡均不规则,下游无排水设施。
隧洞位于大坝右岸,断面尺寸为1.2m×
1.6m(宽×
高),长193m,城门洞形结构,是以砼预制块衬砌、用水泥灌实的无压隧洞。
坝前天桥启闭,平板直开钢闸门,安装50吨手摇电动启闭机一台,进口底板高程74.5m,出口底板高程为74.5m,最大泄量为24m3/s。
1.2大坝主要渗流问题
大坝自1958年9月兴建,1973年6月竣工并初步发挥工程效益,受历史条件的影响及施工条件的制约,大坝工程一直存在着许多质量问题,运行过程中出现了几次险情,虽经及时处理及限制水位运行,险情基本得到控制,但仍存在许多工程隐患。
根据运行以来的检查及近期地质勘探,大坝主要存在以下渗流问题:
1、主坝兴建时,坝基清基不彻底:
清基时只是简单地清除了表层土,与山体结合部位也只清除了表层,未能清基至基岩,给坝基渗流留下隐患,坝前水平粘土铺盖也因土质较差,没有达到设计要求。
1979年当库水位达95.00m时,坝脚桩号0+061.5~0+127范围内出现30余处泡泉,紧急抢险时,采用宽18m、高1.5m的压浸台处理,险情有所好转。
1980年8月31日,库水位达101.78m时,坝脚排水沟与压浸台排水沟发现30余处漏水点。
到目前为止,坝脚棱体的排水沟中仍存在十多处漏水点,压浸台中部的排水沟中还存在2处集中漏水点。
2、主坝坝体填土填筑质量差、土质差:
大坝施工队伍主要为各地抽调的民工团,施工队伍素质差,由于各施工队进度不一,队与队之间用土块和风化块石砌界,使得层土不能层压,再加上当时碾压设备少,碾压时土层的碾压厚度大,碾压遍数少,造成坝体填土填筑质量差。
由于坝址区附近缺乏质量较好的粘土,坝体填土中风化料较多,并且在90.00m高程以上,填土中含有块石,从而使得坝体透水性偏大,渗透系数大于1×
10-4cm/s,而坝体中队与队之间的土块和风化块石砌界,也使得大坝在局部易产生集中渗漏或者渗透破坏。
1980年8月31日,库水位达101.78m时,下游坝坡出现两处发软现象,一处位于桩号0+075~0+085,高程76.1m~79.5m,面积约98m2,另一处位于桩号0+112.5~0+127,高程80.0m~85.0m,面积约168m2。
3、1副坝坝基覆盖层为粘土,透水较小,渗透系数k=0.061m/d。
据施工回忆,坝体清基较好,自山谷至两岸山坡均开挖了截水槽,但右岸坝肩是朝代已久的埋坟地,施工时曾派专人开挖、回填并夯实,但因埋坟的层次较多无法彻底查处,1979年库水位达96.00m时,坝后开始出现渗水,1980年在迎水坡铺设粘土,并在坝后铺设贴坡反滤,当年8月31日库水位达101.78m时,贴坡反滤有清水渗出。
坝体填土情况与主坝相似,填土透水性较大,渗透系数大于1×
10-4cm/s。
4、2副坝坝体填土较松散,渗透系数K=2.29×
10-4cm/s,不满足均质土坝渗透系数小于1×
10-4cm/s的规范要求,且坝下游无排水设施。
坝顶中间开挖深沟,沟底高程103.40m,造成局部坝段顶高程较,亦不满足规范要求。
5、主、副坝排水棱体反滤层大部分被泥土充填,排水效果降低,影响坝体渗流。
6、主、副坝发现有白蚁分群孔,存在白蚁危害,影响坝体防渗。
7、水库没有任何有效的大坝安全观测设施,缺乏安全监测必设的渗流、变形、量测等观测设备,水库安全管理手段不完善。
2计算断面及渗透指标的确定
2.1计算断面的确定
由于共产水库大坝无任何渗透原型观测资料,大坝的渗流安全复核仅能以理论计算为依据进行渗流安全分析评价。
本次地质勘探在主坝共布置了4-4、5-5、6-6三个横断面,这三个断面坝后均设有棱体排水,其中5-5断面位于老河床位置,坝高最大,砂砾石层覆盖整个坝基,4-4、6-6两个断面地质情况相似,因此,本次渗流计算选取具有代表性的断面4-4、5-5断面进行分析,认为这两个断面可代表主坝实际渗流运行状况。
1副坝地质上共布置了10-10、11-11两个横断面,其中10-10断面位于山谷谷底位置,坝高最大,坝后设有棱体和块石贴坡;
11-11断面位于距10-10断面约23.5m处的右岸山坡,坝后设有贴坡反滤,故认为10-10、11-11断面基本上可代表1副坝实际渗流运行状况,渗流计算选取这两个断面进行分析。
2副坝坝高、坝长均较小,并且坝脚地面高程基本在正常高100.00m以上,不影响枢纽效益的正常发挥,对整个枢纽的安全也不够成较大威胁,因此,2副坝本次不进行渗流计算与分析。
4-4、5-5、10-10、11-11各断面图详见附图1、附图5、附图9、附图13。
2.2大坝渗透指标的确定
本次分析计算,大坝断面的渗透分区是以某某市水电勘测设计院的工程地勘报告和室内土工试验及《大坝质量评价报告》为基础,并综合施工回忆及运行期大坝质量检查而确定的。
主坝4-4断面坝体分为二个渗透区,坝基分为三个渗透区。
由于枢纽区附近没有质量较好的粘土,根据施工回忆,坝前水平粘土防渗铺盖土质与坝体填土基本相似,只是块石含量较少,因此,水平粘土防渗铺盖与坝体填土同属于Ⅰ区。
下游坝坡的排水棱体据探坑揭示:
棱体孔隙大部分已经被泥土充填,但本次渗流计算仍考虑棱体具有一定的反滤排水作用,渗透系数取1×
10-3cm/s。
据探坑揭示,压浸台底部为砂砾石层,由于棱体及压浸台底部砂砾石层渗透系数和棱体的渗透系数相近,计算时把它们划分为同一区。
砂砾石层和坝基强风化砂砾岩的渗透系数取本次地勘野外实测值,其它各分区土层的渗透系数均取自近期地质勘察资料的室内土工试验成果或建议值。
5-5断面坝体分为二个渗透区,坝基分为三个渗透区,各分区的渗透系数与4-4断面相应部分相同,断面图详见附图1、附图5,渗透系数取值详见表2.2.1。
1副坝10-10断面坝体分为二个渗透区,坝基分为三个渗透区。
其中棱体仍考虑具有一定的反滤排水作用,渗透系数取1×
10-3cm/s,坝脚耕植土渗透系数与坝基粘土渗透系数相近,计算时两者渗系数取同一值。
11-11断面坝体分为二个渗透区,坝基分为二个渗透区。
其中贴坡反滤分层明显,泥土充填较少,反滤排水功能没有失效,渗透系数取1×
10-2cm/s。
坝基强风化板岩的渗透系数取本次地勘野外实测值,坝体填土和坝基覆盖层粘土的渗透系数取自近期地质勘察资料的建议值。
10-10、11-11断面图详见附图9、附图13,渗透系数取值详见表2.2.1。
主、副坝渗透系数分区指标表
表2.2.1
大坝名称
部位
分区
土层实名
分布高程(m)
渗透系数(m/d)
主
坝
4-4
坝体
Ⅰ
人工填土
72.50~105.00
K1=0.40
Ⅴ
排水棱体
71.00~79.50
K6=0.864
坝基
Ⅱ
含砾粉质粘土
71.40~74.80
K2=0.16
Ⅲ
砂砾石层
69.10~73.60
K3=0.432
Ⅳ
弱风化砂砾岩
71.20以下
K4=0.03
5-5
71.6~105.00
K5=0.864
K2=0.432
72.00以下
K3=0.03
71.60~74.40
K4=0.16
1
副
10-10
86.62~104.63
K1=0.216
82.72~87.63
K4=0.864
坝基粘土
77.93~86.73
K2=0.061
强风化板岩
83.23以下
K3=0.065
耕植土
82.72~83.62
K5=0.02
11-11
61.00~104.79
贴坡反滤
89.39~91.67
K4=8.64
85.67~90.74
86.84以下
3渗流计算
3.1程序说明
本次渗流计算分析采用北京理正软件设计研究所编制的土石坝二维渗流计算程序,程序的求解方法是基于三角形单元的有限元法,用改进平方根法直接求解线性代数方程组。
3.2稳定渗流计算
3.2.1荷载组合
根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)规定,土坝计算应考虑水库运行中出现的不利条件,一般需要计算下列水位组合情况:
⑴上游正常蓄水位(100.00m)与下游相应的最低水位;
⑵上游设计洪水位(101.81m)与下游相应的最高水位;
⑶上游校核洪水位(102.69m)与下游相应的最高水位;
根据水文复核计算的结果,共产水库的洪水标准为:
正常蓄水位100.00m,设计洪水位101.81m,校核洪水位102.69m。
因主、副坝下游均有良好的排水条件,在各种计算工况时的下游水位变幅值较小,结合实际情况,主坝4-4、5-5断面下游最低和最高水位计算时分别取71.50m、71.60m;
副坝10-10断面下游最低和最高水位计算时分别取83.40m、83.60m,副坝11-11断面下游最低和最高水位计算时均取90.05m。
3.2.2计算结果
按不同工况组合进行计算,可计算出坝坡出逸段和坝脚出渗坡降以及大坝单宽渗漏量,并可绘制各种工况下的渗流等势线和浸润线图。
经计算,主、副坝在各种情况下浸润线坐标见表3.2.1、表3.2.2。
坝坡、坝基出渗坡降值及计算单宽渗流量值见表3.2.3;
当上游为正常蓄水位100.00m、设计洪水位101.81m、校核洪水位102.69m时,大坝渗流浸润线及等势线图详见附图2~4、附图6~8、附图10~12、附图14~16。
主坝浸润线位置表
表3.2.1
计算
断面
上游
水位
下游
浸润线坐标
100.00
71.50
X
95.514
101.430
108.126
114.347
121.806
129.905
136.352
145.401
Y
97.922
96.675
95.692
94.543
93.251
92.136
90.391
152.483
160.144
167.611
172.933
178.635
183.873
190.798
202.02
88.958
87.251
84.342
83.760
82.157
80.577
78.387
75.55
101.81
71.60
101.80
104.604
110.793
117.647
124.887
131.004
139.397
146.525
100.36
98.917
97.697
96.469
95.386
93.739
92.138
152.230
160.351
168.102
175.564
182.219
187.673
192.385
199.139
90.875
88.878
86.618
84.132
82.077
80.017
78.517
76.830
102.69
104.857
107.827
113.442
120.671
127.064
134.424
143.326
151.702
101.160
99.844
98.474
97.328
95.913
93.907
91.957
157.272
165.310
171.560
178.252
182.861
187.551
192.527
197.788
90.577
88.279
86.064
83.881
82.371
80.489
78.752
77.41
97.895
103.019
109.331
115.761
121.514
128.274
133.479
98.768
97.575
96.496
95.523
94.675
93.658
92.832
139.917
145.703
151.175
158.288
167.603
178.393
188.894
198.219
91.718
90.631
89.529
88.130
85.930
82.671
79.388
77.12
101.969
104.607
107.794
113.381
118.491
122.946
126.918
130.118
101.78
100.367
99.565
98.485
97.618
96.895
96.240
95.700
135.229
141.609
145.605
149.447
154.672
159.371
163.169
169.112
94.789
93.526
92.643
91.839
90.719
89.615
88.645
87.02
107.831
112.135
117.865
122.118
124.864
128.384
132.655
101.170
100.14
99.042
98.305
97.832
97.216
96.473
135.791
140.066
144.797
148.864
151.681
154.507
157.339
160.201
95.836
94.957
93.836
92.916
92.232
91.693
91.008
90.28
1副坝浸润线位置表
表3.2.2
83.40
69.350
76.784
84.882
94.234
102.882
113.718
121.743
131.831
98.395
97.316
96.182
94.744
92.962
91.396
88.75
83.60
75.121
82.716
89.361
96.445
102.898
109.766
117.079
124.402
99.840
98.760
97.616
96.511
95.214
93.612
92.07
77.926
84.115
90.581
96.601
103.150
108.582
114.091
119.304
100.838
99.664
98.608
97.376
96.254
94.970
93.54
90.05
42.202
54.944
63.285
69.503
78.753
85.555
93.149
101.33
98.212
97.275
96.529
95.352
94.376
92.982
90.54
48.134
54.761
60.454
66.209
75.348
83.428
92.248
100.399
100.387
99.617
98.837
97.501
96.134
94.181
90.76
51.019
56.992
62.215
68.299
74.365
80.404
86.242
91.656
101.233
100.444
99.534
98.556
97.469
96.236
94.78
渗流计算坡降及渗流量表
表3.2.3
上游水位
下游水位
坝坡下游
出逸点位置
出逸坡降
计算单宽渗
流量(m2/d)
高程(m)
坝坡出逸段
坝基表面
-
0.15
1.86
76.83
0.16
2.09
2.20
0.27
1.84
0.36
0.29
2.08
0.38
0.34
0.52
0.66
0.37
0.17
0.75
0.31
0.20
0.42
0.56
0.22
0.48
注:
“-”表示浸润线未从坝坡出逸,坝坡无出渗坡降。
3.3非稳定渗流计算
3.3.1降落时段的确定
水库的非稳定渗流计算考虑下列水位组合情况:
(1)库水位从正常蓄水位100.00m降落至死水位74.50m时;
(2)库水位从设计洪水位101.81m降落至死水位74.50m时;
(3)库水位从校核洪水位102.69m降落至死水