大水桥初步设计.docx
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大水桥初步设计
1工程概况
1.1绪言
为深入贯彻落实党的十六大精神，全面建设小康社会，省水利厅根据我省基本实现现代化的战略部署，结合水利现代化建设的总体要求及水库的安全状况，实施”千库保安工程”。
要求各县（市、区）编制本辖区范围内的千库保安工程的实施规划，规划范围为全省已建成库容在10万m3以上的水库。
我所受文成县南田镇人民政府的委托，承担了大水桥水库大坝的安全技术认定综合评价报告的编制和保安设计的任务，并于2006年12月初完成了《大水桥水库保安工程初步设计报告》（送审稿）。
2007年1月19日通过了温州市水利局组织的初步设计审查会，现根据专家审查意见编写报批稿。
1.2水库现有枢纽建筑物
大水桥水库位于文成县南田镇，是一座以灌溉、城镇供水为综合效益的小
（一）型水库。
水库于1958年冬动工兴建，1971年建成蓄水。
水库总库容为123.40万m3，正常库容为90万m3，水库集雨面积4.5Km2，水库枢纽由主坝、副坝和放水隧洞等建筑物组成。
现有灌溉农田面积2500余亩,城镇供水人口2万余人。
1.2.1主坝
主坝为溢流土石混合坝，坝顶总长为60m，其中溢流段长36m。
主坝非溢流段坝高10.7m，防浪墙顶高程为670.78m（1985国家高程基准，下同），防浪墙高1m；溢流段顶高程为667.58m，坝高8.5m，坝顶宽3m。
主坝上游面迎水坝坡为1：
1.5，干砌块石护坡，水泥砂浆勾缝；下游面背水坝坡为1：
1.2，干砌块石外加一层厚20～25cm砼，砼内钢筋网格布置。
1.2.2副坝
副坝为粘土心墙坝，坝高7.8m，坝顶高程669.88m，顶宽3m，长64m，防浪墙高1.3m，迎水坡1：
2，干砌块石护坡，背水坡分两级坡,从上到下分别为1：
1.5和1:
1.75。
1.2.3放水隧洞
放水隧洞位于主坝左岸山体，断面尺寸1.6×1.8m城门洞型，洞长56.5m。
进口启闭机为手动螺杆式，闸门采用2扇400×400mm铸铁平板闸门。
1.3工程地质
地质勘察工作由业主委托福建省闽东工程勘察院进行，共沿坝身布钻孔7个，主坝3个钻孔，副坝4个钻孔。
1）坝体工程地质条件
坝身地层自上而下为：
填筑土、强风化花岗岩、微风化花岗岩。
主坝坝体填筑土渗透系数Kv20=1.7×10-7（cm/s）属极微渗透性。
副坝坝体填筑土渗透系数Kv20=7.3×10-5（cm/s）属弱渗透性。
2）坝基工程地质条件
主坝为土石混合坝、副坝为粘土心墙坝，主坝坝基为微风化花岗岩，副坝坝基为强风化花岗岩。
1.4洪水标准
大水桥水库为小
（一）型水库，根据省水利厅《关于进一步加强水库除险加固工作的通知》（浙水管[1999]70号）规定，本水库设计洪水标准取50年一遇，校核洪水标准取为500年一遇。
1.5保安设计主要内容
本次针对原水库大坝主要问题进行保安设计，主要内容如下：
1）主坝重建设计
本报告推荐采用的重建坝型为浆砌石重力坝，校核洪水标准为500年一遇,设计洪水标准为50年一遇。
坝轴线全长72m，其中溢流坝段32m。
重建后，水库正常蓄水位667.58m，校核洪水位为669.13m，设计洪水位为668.71m。
2）副坝保安设计
修复副坝坝体断面，修整上下游边坡，修复坝顶防浪墙。
3）放水隧洞
更换启闭设施。
1.6主要效益及对下游的影响
大水桥水库主坝下游有南田镇自来水厂、南田镇镇区，副坝下游有梁凹村。
大水桥水库主要负责供给南田镇镇区自来水及下游农田的灌溉。
1.7工程建设及历次维修情况
大水桥水库于1958年冬动工兴建，1959年秋停工，1965年冬改变设计方案重新动工，1966年春大坝筑3m高停工，1970年冬复工。
1971年春建成蓄水，蓄水后不久，放水涵管折裂漏水，溢流段坝脚和消力池连接处多处冒水；由于涵洞渗漏严重，于1974年9月进行抢修，抢修中堵塞原涵管，另开放水隧洞，修改溢洪面坡1：
0.5为1：
1，改干砌块石勾缝加浇厚20~25cmC25砼，并加固坝顶和迎水坡连接处，消力池护坦由原干砌块石为浆砌石网格，1975年3月竣工；1979年水库除险加固设计发现：
（1）主副坝体高程未达到防洪标准；
（2）溢流滚水坝下护坦局部冲刷严重等现象，于1980年对大水桥水库进行保坝加固：
主坝左右导水墙加高1.3m，副坝加高0.8m,新建防浪墙1.3m。
1.8水库特征表
原设计水库特征表见表1-1，本次设计水库特征表见表1-2。
原设计水库特征指标
表1-1
序号
项目名称
单位
数量
备注
一
水文特性
1
坝址以上集雨面积
Km2
4.5
2
主流长度
Km
3.4
3
河道坡降
%
2.3
4
设计洪峰流量
m3/s
100.86
P=2%
5
校核洪峰流量
m3/s
162.01
P=0.2%
二
水库大坝等级标准
1
工程等别
等
Ⅳ
2
工程规模
小
（一）型
3
永久建筑物级别
级
4
三
防洪标准
1
设计洪水
50年一遇
2
校核洪水
500年一遇
四
水库特性
1
正常蓄水位
m
667.58
2
设计洪水位
m
668.75
3
校核洪水位
m
669.16
4
死水位
m
663.50
5
总库容
×104m3
123.40
6
正常蓄水库容
×104m3
90
五
建筑物
（一）
主坝
1
坝型
溢流土石混合坝
2
坝顶高程
m
669.78
3
坝顶长度
m
60
4
坝顶宽度
m
3.0
指溢流坝顶
5
最大坝高
m
10.7
6
迎水坡
1:
1.5
7
背水坡
1:
1.2
（二）
副坝
1
坝型
粘土心墙坝
2
坝顶高程
m
669.88
3
坝顶长度
m
64
4
坝顶宽度
m
3
5
最大坝高
m
8.5
6
迎水坡
1:
2
7
背水坡
1:
1.5/1:
1.75
（三）
溢流堰
1
堰宽（顺水流）
m
3.0
2
堰长
m
36
3
设计洪水位时最大泄量
m3/s
63.40
P=2%
4
校核洪水位时最大泄量
m3/s
105.10
P=0.2%
（四）
输水隧洞
1
型式
城门洞型
2
断面尺寸
m
1.6×1.8
3
控制设备
铸铁平板闸门
4
进水口高程
m
660.58
注：
表中高程为2006年实测，1985国家高程基准。
保安设计特征指标
表1-2
序号
项目名称
单位
数量
备注
一
水文特性
1
坝址以上集雨面积
Km2
4.5
2
主流长度
Km
3.4
3
河道坡降
%
2.3
4
设计洪峰流量
m3/s
100.86
P=2%
5
校核洪峰流量
m3/s
162.01
P=0.2%
二
水库大坝等级标准
1
工程等别
等
Ⅳ
2
工程规模
小
（一）型
3
永久建筑物级别
级
4
三
防洪标准
1
设计洪水
50年一遇
2
校核洪水
500年一遇
四
水库特性
1
正常蓄水位
m
667.58
2
设计洪水位
m
668.71
3
校核洪水位
m
669.13
4
死水位
m
663.50
5
总库容
×104m3
122.06
6
正常蓄水库容
×104m3
90
五
建筑物
（一）
主坝
1
坝型
砌石重力坝
2
坝顶高程
m
670.68
3
坝顶长度
m
72
4
坝顶宽度
m
2.5
指非溢流段坝顶
5
最大坝高
m
11.6
6
迎水坡
1:
0
7
背水坡
1:
0.78
（二）
副坝
1
坝型
粘土心墙坝
2
坝顶高程
m
669.88
3
坝顶长度
m
64
4
坝顶宽度
m
3
5
最大坝高
m
8.5
6
迎水坡
1:
2
7
背水坡
1:
1.5/1:
1.75
（三）
溢洪道
1
堰型曲线
WES曲线
2
堰长
m
32
3
设计洪水位时最大泄量
m3/s
71.54
P=2%
4
校核洪水位时最大泄量
m3/s
112.88
P=0.2%
（四）
输水隧洞
1
型式
城门洞型
2
断面尺寸
m
1.6×1.8
3
控制设备
铸铁平板闸门
PGZ4×4
4
进水口高程
m
660.58
（五）
保安工程量
（1）
主坝
1
坝体拆除土方
m3
3706
2
坝体堆石拆除
m3
3448
3
M7.5浆砌石坝体
m3
2591.8
4
坝基础
m3
440.4
5
帷幕灌浆
m
159
6
固结灌浆
m
133
（2）
副坝部分
7
M7.5浆砌块石挡土墙
m3
265
8
土石方回填
m3
6337
9
堆石棱体
m3
552
10
C20混凝土防浪墙
m3
120
11
帷幕灌浆
m
230
（六）
主要建筑材料
1
人工
万工日
2.4
2
水泥425＃
吨
947
3
块石
立米
4992
4
砂
立米
975
5
石子
立米
1496
（七）
保安费用
1
建筑工程费用
万元
357.46
2
临时工程费用
万元
18.70
3
独立费用
万元
68.31
4
淹没或场地征用
万元
9.00
5
预备费合计
万元
22.7
6
总投资
万元
476.2
注：
表中高程为2006年实测，1985国家高程基准。
2工程地质
2.1概述
本水库工程地质勘察工作由业主委托福建省闽东工程勘察院负责。
本报告地质部分内容均取自福建省闽东工程勘察院编制完成的《文成县大水桥水库地质勘察报告》。
2.2地质勘察过程
本次勘察共沿坝身布钻孔7个，主坝3个钻孔，副坝4个钻孔，具体位置详见“勘探孔平面位置图”。
勘察单位根据业主提供总平图，使用徕卡TCR-402全站仪，利用墙基角A、B两点控制点坐标，依据钻孔平面图各钻孔坐标以坐标法放样各孔实地位置并测定孔口标高，成果属与业主总平图一致的坐标、高程系。
各钻孔坐标及高程详见钻孔信息一览表2-1。
勘探点信息一览表
表2-1
孔号
坐标
高程（m）
备注
X
Y
ZK1
3090580.166
495613.483
668.66
ZK2
3090589.734
495609.134
668.55
ZK3
3090604.582
495602.257
668.58
ZK4
3090599.118
495619.626
666.94
ZK5
3090405.303
495471.775
670.39
ZK6
3090411.210
495485.576
667.60
ZK7
3090417.420
495499.084
663.65
A
3090390.547
495538.031
控制点
B
3090372.970
495556.972
控制点
本次勘察室内土工试验由福建省闽东工程勘察院土工试验室负责。
勘察施工采用XY-1型钻机1台套，钻探采用干钻、回转相结合的钻进方法，采用套管护壁，采用φ108对开式厚壁取土器以重锤少击法采取填土样品，原位测试实验采用导杆变径自动脱钩落锤装置，贯入前对孔底进行严格清渣，确保锤击数准确，锤重63.5kg，落距760mm。
钻孔结束后统一采用粘性土和水泥浆进行封孔。
2.3区域地质概况
库区属丘陵地貌，地形起伏变化大，山体切割较深，局部见基岩出露，表层为薄层坡积粘性土，植被较发育，基底岩性为花岗岩及其风化层。
根据区域地质资料，库区内无大的断裂通过。
2.4工程地貌特征
2.4.1地形地貌及地质简况
库区属丘陵地貌，地形起伏变化大，山体切割较深，局部见基岩出露，表层为薄层坡积粘性土，植被较发育，基底岩性为花岗岩及其风化层。
根据区域地质资料，库区内无大的断裂通过。
2.4.2岩土体工程地质特征及分布
根据本次钻孔揭示的资料，坝身主要分布以下几种土层，现自上而下分述如下：
（1）填筑土①（Q4ml）：
红褐色、黄褐色，湿，松散，均匀性差，主要成份由花岗岩风化后形成的残、坡积土组成，局部含约10～30％强风化状原岩碎屑，粒径以10～40mm为主，呈棱角状，局部含150～800mm块石填筑，其间充填以粘粒为主，稍有固结，人工堆填，填土时间约40年，各钻孔均有揭示，揭示厚度4.60~10.20m。
（2）强风化花岗岩②（γ53）：
红褐色，原岩结构清晰可见，部分的原岩矿物已风化，岩芯大部分呈碎块状，裂隙很发育，岩体基本质量等级为Ⅴ类，该层仅揭示副坝坝基钻孔，未揭穿，揭示厚度0.45~2.60m。
顶板埋深4.60~7.80m，顶板标高660.86~663.98m。
（3）微风化花岗岩③（γ53）：
红褐色，花岗结构，块状构造，岩芯呈长柱状、短柱状，裂隙发育，主要揭示一组裂隙，岩体基本质量等级为Ⅱ类，RQD值为75～85%，岩质新鲜，坚硬，锤击声脆，揭示于主坝各钻孔，未揭穿，揭示厚度1.40~2.30m。
顶板埋深9.70~10.20m，顶板标高657.40~660.69m。
上述各岩土层详细情况见钻孔柱状图和工程地质剖面图。
2.4.3水文地质
大水桥水库主要为民用生活用水及农田灌溉工程，水系水源补给来源于地表径流及大气降水为主。
2.4.4坝体主要的工程地质问题
大水桥水库始建于1958年，于1971年建成，主坝为土石混合坝、副坝为粘土心墙坝，主坝坝基为微风化花岗岩，副坝坝基为强风化花岗岩，坝体内外两侧采用干砌石护坡，近几年来，由于大坝溢流段中部有横、纵裂缝，坝体有渗漏，基础漏水现象，未出现管涌等严重的渗漏。
2.5岩土参数分析与选用
根据《水利水电工程地质勘察规范》（GB50287-99）有关取值原则，先进行测试异常值检验，剔除异常值后再进行数理统计计算。
通过对各种指标的综合分析对比，大部分的指标反映了土体的基本特性，个别指标变异系数大于0.3，说明了土层不均匀性，反映了填筑土的真实性质。
填筑土①层物理力学指标统计见表2-2，原位测试成果统计见表2-3。
填筑土①层物理力学指标统计表
表2-2
指标
样本数
范围值
平均值
标准差
变异系数
修正系数
标准值
含水量W0%
10
24.4-36.8
31.0
4.707
0.152
天然重度ro（KN/m3）
10
17.8-18.9
18.3
0.369
0.020
孔隙比eo
10
0.738-1.029
0.873
0.104
0.119
液限WL（%）
10
33.6-45.9
40.2
4.179
0.104
塑限WP（%）
10
23.4-31.1
26.8
2.896
0.108
塑性指数IP
10
10.2-16.1
13.4
1.678
0.125
液性指数IL
10
0.07-0.53
0.31
0.159
0.512
粘聚力C（kPa）
10
16.0-38.1
23.9
8.601
0.359
内摩擦角φ（°）
10
9.8-37.4
16.7
7.687
0.460
压缩系数αs1-2（Mpa）
10
0.29-0.60
0.45
0.115
0.254
压缩模量Es1-2（Mpa）
10
3.22-6.07
4.38
1.075
0.246
渗透系数Kv20（cm/s）
6
1.7×10-7-1.8×10-4
7.3×10-5
（副坝）
渗透系数Kv20（cm/s）
4
1.4×10-7-2.0×10-4
1.7×10-7
（主坝）
原位测试成果统计表
表2-3
勘探点
编号
试验深度（m）
实测击数N
（击/30cm）
杆长（m）
校正系数
修正击数N
（击/30cm）
岩土名称
ZK1
1.65-1.95
3.0
3.40
0.989
3.0
填筑土
4.15-4.45
4.0
6.00
0.920
3.7
6.15-6.45
5.0
8.40
0.872
4.4
ZK2
2.65-2.95
4.0
3.80
0.979
3.9
5.15-5.45
5.0
7.20
0.896
4.5
ZK3
1.65-1.95
4.0
3.80
0.979
3.9
3.95-4.25
5.0
5.40
0.936
4.7
ZK4
2.15-2.45
3.0
3.80
0.979
2.9
ZK5
1.85-2.15
4.0
3.40
0.989
4.0
ZK6
1.85-2.15
3.0
3.80
0.979
2.9
ZK7
2.15-2.45
3.0
4.80
0.952
2.9
样本数
-
-
-
-
11
-
范围值
-
-
-
-
2.9-4.7
-
平均值
-
-
-
-
3.7
-
标准差
-
-
-
-
0.686
-
变异系数
-
-
-
-
0.185
-
修正系数
-
-
-
-
0.898
-
标准值
-
-
-
-
3.3
-
2.6坝身现状特性
已建水库是58～71年兴建的，由于当时施工条件所限，坝身填土大部分为人工填筑而成，坝身内外坡为干砌石护坡。
无前期勘察资料，坝基位于不同风化程度的花岗岩岩层上。
坝身填土为附近山体残坡积成因的粘性土，局部含10～30％的强风化碎屑，因人工填筑土层存在不均匀性的特征，由于大坝溢流段中部有横、纵裂缝，坝体有渗漏，基础漏水现象，未出现管涌等严重的渗漏，长期将形成流土等破坏型式，进而影响坝体的使用稳定性，产生不良的后果。
2.7透水性评价及防渗漏措施建议
库区抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，基底岩性为花岗岩，基底稳定性良好。
坝身填土成份以含碎屑的粘性土为主，副坝坝体填筑土渗透系数Kv20=7.3×10-5（cm/s）属弱渗透性。
主坝坝体填筑土渗透系数Kv20=1.7×10-7（cm/s），属极微渗透性。
考虑现坝体下部有出现渗漏现象，以及坝身填土的不均匀性等不良现状，建议对坝体填土进行帷幕灌浆加固，坝底基岩采用压浆加固处理。
2.8结论与建议
1、本次库区坝身工程地质勘察揭示地层自上而下为：
填筑土①、强风化花岗岩②、微风化花岗岩③。
2、副坝坝体填筑土渗透系数Kv20=7.3×10-5（cm/s）属弱渗透性。
主坝坝体填筑土渗透系数Kv20=1.7×10-7（cm/s）属极微渗透性。
副坝坝基为强风化花岗岩，建议查明其厚度及其渗透性，指导今后的防渗设计提供设计参数。
3、建议对坝体填土进行帷幕灌浆加固，坝底基岩采用压浆加固处理。
3.工程存在的主要问题及安全技术认定结论
3.1大坝等级及洪水标准
根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）、《防洪标准》（GB50201-94）和《浙江省中型水库大坝安全鉴定及小型水库大坝安全技术认定大纲（试行）》（省水利厅，2003年3月）的规定，水库采用500年一遇作为校核洪水标准，50年一遇为设计洪水标准。
大坝等别为4级建筑物。
3.2大坝防洪能力评价
3.2.1设计洪水
采用设计暴雨推求设计洪水的方法进行计算。
3.2.1.1设计暴雨成果
分别采用南田站暴雨资料适线法及《浙江省短历时暴雨》查算的方法进行计算，成果见表3-1及3-2。
经过合理性分析，考虑工程偏安全性，决定取查《浙江省短历时暴雨》计算所得的暴雨成果。
设计暴雨成果表（适线法）
表3-1单位：
mm
均
Cv
Cs/Cv
设计频率（%）
值
0.2
0.5
2
5
H24
127.43
0.63
3.5
554.355
483.877
365.061
287.992
设计暴雨成果表（查图集）
表3-2单位：
mm
均
Cv
Cs/Cv
设计频率（%）
值
0.2
0.5
2
5
H0.167
20.3
0.30
3.5
45.47
41.82
35.91
31.79
H1
48.3
0.41
3.5
139.35
124.61
102.15
86.75
H6
87.5
0.49
3.5
297.94
262.5
208.69
172.11
H24
148
0.54
3.5
555.00
485.44
377.40
300.44
H72
200
0.54
3.5
750.0
656.0
510.0
406.0
3.2.1.2设计洪水成果
采用浙江省推理公式推求坝址处设计洪水。
设计洪峰成果表见表3-3。
经过合理性分析，认为设计洪水成果合理。
设计洪峰成果表
表3-3
设计情况
校核情况
洪水频率P（%）
2
0.2
汇流时间τ（h）
1.501
1.25
设计洪峰流量Q（m3/s）
100.86
162.01
洪峰模数（m3/s/km2）
22.413
34.622
3.2.2调洪演算
采用同频率计算原理计算各时段暴雨强度，计算得洪水过程线，根据堰流公式进行调洪演算。
水位-泄量关系见表3-4，调洪演算成果见表3-5。
水位～泄量关系表
表3-4
库水位（m）
堰顶水深
堰顶流量
库水位
堰顶水深
堰顶流量
（m）
Q1（m3/s）
（m）
（m）
Q1（m3/s）
667.88
0.3
8.23
669.38
1.8
127.80
668.18
0.6
23.28
669.68
2.1
161.05
668.48
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