盐亭县军民水库枢纽工程除险加固初步研究设计说明书.docx
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盐亭县军民水库枢纽工程除险加固初步研究设计说明书
四川省盐亭县军民水库除险加固工程
初步设计说明书
盐亭县水利电力勘察设计队
二○○六年十二月
附：
1、四川省盐亭县军民水库除险加固整治设计图
2、四川省盐亭县军民水库大坝安全鉴定书
3、四川省盐亭县军民水库大坝整治工程土工试验报告
主要工程特性表
（一）
序号
名称
特性
备注
一
枢纽主要水文特征
1
坝址以上集雨面积
33.5km2
2
多年平均气温
17.4℃
3
多年平均降雨量
900mm
4
最大一日暴雨量
120mm
5
年最大风速多年平均值
20.7m/s
6
多年平均径流深
162mm
7
主河道长
15km
8
主河道平均比降
5.3‰
二
灌区特征
1
设计总灌面积（亩）
4100
2
有效灌面积（亩）
1500
3
灌溉时期
3～6个月
4
灌溉保证率
75%
三
特征水位及库容
1
设计洪水位
474.66m
2
校核洪水位
475.27m
3
正常蓄水位
471.30m
4
死水位
467.05m
5
总库容
296.8万立米
6
正常水位库容
127万立米
7
有效库容
70.6万立米
8
死库容
56.4万立米
主要工程特性表
（二）
序号
名称
特性
备注
四
大坝工程
1
坝型
土坝
2
坝顶长
116m
3
最大坝高
22.2m
4
坝顶宽度
3.5m
5
坝顶高程
476.20m
五
溢洪道
1
形式
正槽式
2
堰顶形式
宽顶堰
3
宽度
6.5m
4
长度
170m
六
放水设施
1
卧管
0.6×0.8m
宽×高
2
涵管
0.6×1.2m
宽×高
七
劳力（工日）
2.08万
八
工期
1
总工期
5个月
九
工程静态总投资
87.54万元
1
需国家补助
50万元
2
县财政补助
5万元
3
自筹
32.54万元
1综合说明
1.1工程概况
1.1.1枢纽工程
军民水库系涪江水系梓江支流上的一座以灌溉为主，兼有防洪、人饮、养殖等综合效益的小<一>型水库。
该库位于盐亭县剑河乡一村，枢纽地理坐标东经105°13＇，北纬31°27＇，距剑河乡3公里，距盐亭县城38Km，水库管理站公路、电源、通讯均通。
水库坝址处河床底部海拔高程约452.36m，坝址以上自然集雨面积33.5km2，总库容296.8万m3，正常库容127万m3，死库容56.4万m3，设计控制灌面4100亩，灌区为盐亭县剑河乡部分村社，现实际有效灌溉面积1500亩。
洪水标准为50年一遇洪水设计，500年一遇洪水校核。
枢纽工程由大坝、溢洪道、放水设备三部分组成。
1.1.2大坝
军民水库大坝为粘土心墙坝，坝顶高程为476.20m，最大坝高22.2m，坝顶宽3.5m，坝顶轴线长116m。
大坝上游边坡坡率从坝顶至坝脚分别为1:
2.25、1:
1.9、1:
2.3、1:
2.75，大坝下游边坡坡率从坝顶至坝脚分别为1:
1.9、1：
2.0、1：
1.8，坡面为草皮护坡，设置有一堆石排水体。
大坝基岩为棕褐色长石石英岩、粉砂质泥岩。
长石砂岩为砂、钙质胶结、较硬；粉砂质泥岩含钙质结核较少，泥钙质胶结为主，处于弱风化状态。
砂岩裂隙较为发育，溶蚀较严重。
1.1.3溢洪道
水库现有正槽式溢洪道一座，位于河床左岸，堰顶高程471.30m，堰顶宽16m，泄槽横断面为矩形断面，泄槽宽6.5m，溢洪道全长170m，溢洪道主要由进口段、控制段和陡槽段组成。
1.1.4放水设施
水库放水设备位于大坝右岸，由卧管、消力池、坝下涵管等组成，放水由卧管放水孔控制，放水孔为单排，孔径0.22m，最大放水流量0.102m3/s。
坝下涵管全长42m，断面型式为浆砌条石矩形断面，断面尺寸0.8m×0.6m（高×宽）。
1.2大坝安全鉴定结论
1.2.1鉴定结论
2006年11月，由绵阳市水务局组织有关工程技术专家对军民水库进行了大坝安全鉴定，经大坝安全鉴定专家现场检查和对大坝原来有关资料进行审阅和论证，将该水库大坝定为“三类坝”。
1.2.2存在的主要问题
1.大坝：
一是通过对大坝稳定及渗漏计算，上游坝坡所有工况的抗滑稳定最小安全系数均小于规范允许值，不满足规范要求，存在不稳定因素，且由于常年遭受风浪冲刷侵蚀，坡面多处存在隆起现象，破损较多；二是右坝肩渗漏，主要原因是由于工程建设期间未能按正规的基本建设程序进行，施工时右坝肩截流槽未嵌入至设计深度，软弱岩层没有清除彻底，导致右坝肩与山体结合处并不紧密，由此产生右坝肩渗漏，经实测最大一处日漏水量达52.5立方米，渗漏量随库水位变化较大。
2.溢洪道:
洪水复核结果表明，三道嘴水库防洪能力满足《中华人民共和国国家标准》GB50201—94及《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252—2000规定的50年一遇洪水设计和500年一遇洪水校核的标准，但一是大部分溢洪道边墙及底板尚未衬砌；二是其边墙及底板多为泥粉质砂岩构成，强度较低，极易垮塌，严重危及坝脚安全，不利于安全泄洪和溢洪道的稳定，严重影响下游两岸的稳定，需要对其进行整治。
3.放水设施：
水库放水设备位于大坝右岸，由卧管、消力池、坝下涵管等组成，放水由卧管放水孔控制，放水孔为单排，孔径0.22m，最大放水流量0.102m3/s。
由于该水库一直采用卧管放水孔取水，一来取水极不方便，二来对放水人员极不安全，需要进行改造。
1.2.3对出现的问题的处理意见
（1）改造放水设施；
（2）整治大坝右坝肩渗漏；
（3）对大坝上游坝坡进行加固处理；
（4）衬砌溢洪道边墙及处理底板，鉴于防洪期间的交通问题，增设一机耕桥；
（5）完善水库管理设施。
1.3工程水文特性
1.3.1概述
军民水库位于涪江水系梓江二级支流上，控制流域面积33.5Km2。
流域形状近似长条型。
流域区属浅丘陵区，植被较好，多年平均气温17.60C，最大风速20.7m/s，属亚热带湿润季风气候，夏长秋短，四季分明。
据盐亭县气象站实测资料统计，多年平均降水量900mm，年最大降水量1296mm，最低降水量400mm，近年有呈逐年减少的趋势。
多年平均径流深162mm。
该流域处于四川盆地西北暴雨边缘区，雨量充沛，暴雨大而且次数频繁，统计资料表明，最大暴雨多出现在7∽9月，流域内洪水主要由暴雨形成，陡涨陡落，单双峰均出现，一次洪峰过程小于12小时。
1.3.2泥沙
该水库建成初期，由于库内植被较差，致使库尾有部分淤积。
80年代以来，加强了库内植树造林和水土保持等措施，植被得到了很大改善，现在森林覆盖率已达45.5%，库内淤积减少。
1.3.3水库洪水复核
军民水库设计洪水防洪标准为50年，校核洪水标准为500年。
按推理公式计算洪峰流量，当P=2%时，洪峰流量为198.6m3/s，设计洪水位474.66m。
当P=0.2%时，洪峰流量为313.6m3/s，校核洪水位475.27m。
1.4工程地质
1.4.1工程地质条件
库区属浅丘陵地形，地质构造主要出露为中生界白垩系蓬莱镇组的黄褐色岩石层，以黄褐色长石砂岩为主，夹杂部分沙页岩互层，成为主要的垮塌和渗漏途径。
地层似斜南北，倾角3∽50，近似水平。
1.4.2渗漏问题
该水库建成后不久右坝肩出现绕坝渗漏，70年代末只对渗漏部位用水泥粘土浆进行了简单处理，因为其结实强度较低，加之水库经过30余年的渗透侵蚀，水库运行至2003年，大坝右坝肩473.5m高程出现漏水，当库水位较高时，渗漏量随之严重，经实测现在最大一处日漏水量达52.5m3，且有逐渐加剧的趋势，须进行彻底整治。
1.4.3稳定问题
该水库枢纽部份属蓬莱镇组中生界地层，倾向下游，倾角3∽50，为近似水平岩层，从地质条件分析，大坝不会因为地质原因发生失稳现象。
1.4.4工程地质结论
该水库无大的地质构造变化，地层结构单一，倾角较小，地质条件较好，无不良地质构造。
根据四川省地震烈度分布图，该区域的地震烈度Ⅵ度。
1.5工程设计
1.5.1工程等级
军民水库是一座以灌溉为主，兼有防洪、人饮、养殖等综合效益的小<一>型水库。
水库总库容296.8万m3，设计灌面4100亩。
按照《水利水电工程等级划分标准》SL252-2000之规定。
该水库为Ⅳ等工程，相应主要建筑物按四级建筑物设计，次要建筑物和临时建筑物按五级设计。
1.5.2洪水标准
水库工程永久性建筑物设计洪水标准重现期为50年，校核洪水重现期为500年。
1.5.3工程设计项目及方案
经现场勘察并结合《大坝安全鉴定论证报告》。
本次工程整治设计的项目及方案如下：
1.大坝加固
上游：
先将上游坝坡未达到设计坡度的坝坡采用土石填筑至设计坡度（1：
2.5），然后浇筑C15混凝土作封闭处理，混凝土下部铺填10cm厚沙砾石作为反滤层；；死水位以下坝坡采用抛填块石使其达到坡比达到1：
2.75，进行加固处理。
下游：
将坝坡先填筑至坡比（1：
2.5），将堆石排水体后移（坡比不变），设置两个马道，其宽度均为2米；坝坡两侧及马道内侧均采用M7.5浆砌条石设置排水沟，排水沟尺寸为30cm×40cm。
2.坝肩渗漏处理
对右坝肩渗漏采取帷幕灌浆处理，灌浆全部采用单排孔，孔距2m，灌浆深度为25米。
3、溢洪道处理
首先将未衬砌的边墙及底板用条石重新砌筑，然后对易风化的溢洪道底板浇筑砼作封闭处理，泄槽段底板浇筑砼厚度为30cm，陡坡段底板砼厚度为40cm，消力池底板浇筑砼厚度为60cm，确保溢洪安全。
4、涵卧管整治
鉴于多个水库涵管底板容易断裂漏水的教训，为了防止涵管漏水危及大坝安全，本次设计将涵管底板浇筑20cm砼作封闭处理；同时由于该水库一直采用卧管放水孔取水，一来取水极不方便，二来对放水人员极不安全，设计将卧管放水洞改为折悬臂阀门，便于运行管理。
5、新建机耕桥
为了保证汛期防洪抢险物资运输及行人安全，本次设计在溢洪道上方增设一机耕桥。
机耕桥为梁板式结构，采用C25钢筋砼现浇，桥面宽2.2米，桥板厚度为30cm，梁厚30cm，高度为50cm。
1.6施工组织设计
军民水库位于剑河乡一村，距剑河乡3公里，距盐亭县城38Km，水库至剑河乡和盐亭县城有沥青油路相通，外购材料及设备从盐～绵二级公路直接运至工地，对外交通比较方便。
当地材料至工地有村道公路相通，坝区地形较为平坦，工程附近的采石场质量好，砼所用卵石在梓江河购买，砂用涪江砂，水泥用双马或者剑门水泥，均可直接运至工地。
施工用电可连接附近变压器，能满足施工用电及生活用电，施工用水采用以库内抽水。
1.7施工安排
水库主要承担灌溉用水，大坝加固既要保证工程顺利进行，又要不影响水库的灌溉和蓄水，上游坝坡及溢洪道整治涉及夏季行洪，须在洪水期来临前整治完工；帷幕灌浆为了保证质量，可以尽量安排在春灌后的低水位进行。
1.8施工总体布置
施工布置主要遵循因地制宜，易于管理施工，经济合理的原则。
本工程施工集中，应尽量避免相互间的干扰或影响，生活区布置在水库管理房处，施工用水在库内抽取，民工生活用水采用水库管理房供水设施，生活用电利用管理站设施供给，只需架设部份线路就可解决，施工料场主要在大坝两端480m高程布置。
1.9水土保持与环境影响评价
该工程为除险加固整治工程，需移动的土石方量不大，对水库功能的正常发挥和环境改善十分有利，不利的因素是帷幕灌浆可能会对下游鱼池产生一定污染，但都是局部和暂时的，抓紧施工可以避免不利的情况出现。
从环境分析，不存在影响工程的重大制约因素，整治工程从环境与水保方面评价是完全可行和有利的。
1.10除险加固工程建设的必要性
军民水库总库容296.8万m3，设计灌面4100亩，该水库是一座以农业灌溉为主，兼有防洪、人饮、养殖等综合效益显著的小<一>型水库。
该水库位置比较重要，其下游涉及剑河乡场镇及该乡多个村社1万多人口，水库一旦溃坝失事，将会对下游的居民及建筑物造成极大的威胁，造成重大的经济损失和不利的社会影响。
所以，整治水库大坝、溢洪道、坝肩渗漏，保证其安全运行是十分必要的。
2水库水文及调洪演算
2.1流域概况
军民水库位于盐亭县剑河乡一村，距剑河乡3公里，距盐亭县城38Km，属涪江水系梓江二级支流，控制流域面积F=33.5km2。
该水库流域面积内地形属深丘及山区，植被较好，中上部为森林，下部为旱地，兼有少量水田。
军民水库处于四川盆地西北暴雨边缘区，雨量充沛，暴雨大而且次数频繁，统计资料表明，最大暴雨多出现在7∽9月，流域内洪水主要由暴雨形成，陡涨陡落，单双峰均出现，一次洪峰过程小于12小时。
流域区属浅丘陵区，植被较好，多年平均气温17.60C，最大风速20.7m/s，属亚热带湿润季风气候，夏长秋短，四季分明。
据盐亭县气象站实测资料统计，多年平均降水量900mm，年最大降水量1296mm，最低降水量400mm，近年有呈逐年减少的趋势，多年平均径流深162mm。
2.2洪水设计计算标准
根据水利部SL252－2000防洪标准，工程防洪标准为50年一遇设计，500年一遇洪水校核，即设计P=2%，校核P=0.2%。
2.3调洪演算
2.3.1设计洪水计算
1）河流特征
军民水库位于涪江水系梓江二级支流上，控制流域面积33.5Km2，平均流域比降为5.3‰，流域长度15Km。
2）设计洪峰流量计算
本库流域无实测洪水资料，但有长系列暴雨资料，故采用推理公式法由暴雨推求设计洪峰流量。
推理公式为：
Qp=0.278ψSF/τn=f（F、L、J、S、n、μ、m）
式中：
Qp——最大流量（m3/s）；
ψ——洪峰径流系数；
τ——流域汇流时间（h）；
F——流域集雨面积（km2）；
L——自出口断面沿主河道到分水岭的河流长度（km）；
J——河道平均坡度；
S——暴雨雨力，即最大一小时暴雨量（mm/h）；
n——暴雨公式指数；
μ——产流参数（mm/h）；
m——汇流参数。
推求设计洪峰流量，必须确定上式右端的如下三组参数：
（1）流域特征参数F、L、J；
（2）暴雨参数S、n；
（3）产流参数μ和汇流参数m。
流域特征参数用原量算数据。
暴雨参数由《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》（1984年6月版）（以下简称《手册》）上的等值线图查算。
产流参数μ和汇流参数m基本上按《手册》上推荐的方法计算。
各参数计算成果见表2—1
表2—1
F（km2）
L（km）
J（‰）
J1/3
F1/4
Q=L/J1/3F1/4
m
H24mm
Cv
Cs
33.5
15
5.3
0.174
2.406
35.8
0.895
114.4
0.5
3.5Cv
P（%）
H24mm
n
S（mm/h）
s1/4
0.383Q/（m/s1/4）
τ0
τ0n
μ
（mm/h）
μ/sτ0n
ψ
ψ-1/（4-n）
τ
τn
Q
验算
Q1/4
m，
2.0
277
0.595
76.4
2.956
5.183
6.91
3.159
2.46
0.102
0.898
1.032
7.131
3.218
198.6
3.754
0.895
0.2
398
0.585
106.5
3.212
4.770
6.234
2.917
2.46
0.067
0.933
1.02
6.359
2.951
313.6
4.208
0.895
3）洪水总量计算
设计洪水总量Wp，按下式计算：
Wp=0.1αHTPF（万m3）
式中：
F——流域面积（km2）；
α——洪量径流系数；
HTP——历时T的设计暴雨量；
T=12.8F1/4（单峰型时）
HTP=SPt1-n2p（T/24）1-n3。
上式中α查《手册》确定，H24P由表4—1给出。
设计洪水总量计算成果见表2—2。
表2—2军民水库设计洪水总量计算成果表
P（%）
H（mm）
h（mm）
α
Wp（万m3）
3.33
261.7
223
0.852
746.9
2
297
255.1
0.859
854.7
0.33
397.4
349.3
0.879
1170.2
0.2
462.8
411.9
0.89
1379.8
4.2.3调洪计算
按堰：
q1=mB（2g）1/2H1.5
q2=Qp（1-Va/Wp）
假设Va用试算法使q1=q2即为正确，见下表:
表2—3军民水库调洪演算计算表
P（%）
2
0.2
Va（万m3）
124.2
198.7
H（m）
3.18
4.31
Qp（m3/s）
198.6
313.6
Wp（万m3）
854.7
1379.8
q（m3/s）
169.8
268.6
2.3.3已成坝高情况下设计，校核水位的确定
1）有关参数
1.坝顶高程：
476.20m
2.堰顶高程：
471.30m
3.吹程D=0.45Km安全超高a,设计a=0.5米校核a＝0.3米
4.多年平均最大风速Vf=20.7m/s
5.设计风速V=1.5Vf=1.5×20.7=31.05m/s
6.校核风速V2=Vf
2）计算公式
1.安全加高d=HB+a
2.爬高HB＝3.2k（2hL）tga
3浪高2hL＝0.0166Vf5/4D1/3
取k＝0.8a＝23。
58，
3）计算成果
表2-4计算成果
项目
2hL（m）
hB（m）
a（m）
d（m）
设计情况
0.932
1.04
0.5
1.54
校核情况
0.562
0.63
0.3
0.93
已成坝高情况下设计、校核洪水位确定：
设计洪水位＝476.20-1.54＝474.66
校核洪水位＝476.20-0.93＝475.27
根据堰顶高程和调洪演算的溢洪水深重新确定洪水位。
具体水位如下：
1.设计洪水位=471.30+3.18＝474.48m
2.校核洪水位=471.30+4.31＝475.61m
现坝顶高程476.20m，满足规范要求。
3工程设计
3.1工程等级和设计依据
根据水利部SL－2000防洪算准中水利水电枢纽工程等级划分规定，军民水库属小<一>型水库，枢纽为Ⅳ等工程，主要永久建筑按四级建筑物设计，次要建筑物按五级建筑设计，本次工程除险加固设计依据，采用上述工程等级划分和大坝安全鉴定结论。
3.2安全复核
3.2.1基本资料
1.最大坝高：
22.2m；
2.坝长：
116m；
3.坝顶高程：
476.20m；
4.设计洪水位：
474.66m；
5.校核洪水位：
475.27m；
6.死水位：
467.05m；
3.2.2土力学指标
军民水库为粘土心墙坝，修建于70年代，坝体为人工填筑，履带式拖拉机碾压。
坝体上下游部分均为亚粘土，心墙部分为粘土，排水体为堆石排水体。
采用土力学指标见下表：
表3—1坝体土材料的力学指标C、φ值
部位
非饱和固结快剪
饱和固结快剪
C（Kpa）
φ（度）
C（Kpa）
φ（度）
坝体土
19.2
17.5
17.3
14.3
坝基
堆石体
0
36
22.5
0
18.5
34
3.2.3坝坡稳定计算
1、坝体各种材料的容重
根据《土工试验报告》，坝体各种材料的容重见表3—2。
表3—2坝体土料的容重
部位
干容重（g/cm3）
湿容重
（g/cm3）
饱和容重
（g/cm3）
浮容重
（g/cm3）
坝体土
1.58
1.94
2.0
1.0
坝基
堆石体
1.95
2.1
2.2
1.1
1.2
2、计算工况
1）上游坝坡：
（1）工况一：
由正常高水位471.30m降至死水位467.05m；
（2）工况二：
由校核洪水位475.27m骤降至溢洪道堰顶高程再降至死水位467.05m。
2）下游坝坡：
（1）工况一：
正常高水位471.30形成的稳定渗流期；
（2）工况二：
校核洪水位475.27m形成的渗流期。
3、坝体各部位容重的采用
坝体各部位容重的采用如表3—3。
表3—3坝体各部位采用的计算容重
迎水坡
背水坡
抗滑力
滑动力
抗滑力
滑动力
部
位
浸润线以上
湿容重
湿容重
湿容重
湿容重
浸润线以下
静水位以上
浮容重
饱和容重
浸润线以下
浮容重
浮容重
静水位以下
浮容重
浮容重
骤降影响区域
浮容重
饱和容重
4、计算方法
上、下游坝坡计算方法
根据《辗压式土石坝设计规范》SL274—2001认可的方法—瑞典圆弧法，在微机上采用QuickBasic语言及瑞典圆弧法计算公式编制的程序进行计算。
该程序可用以计算具有粘性土防渗墙的各种土石坝的上、下游坝坡及库水位骤降时的坝坡稳定情况。
5、上、下游坝坡稳定分析计算成果
1）上游坝坡：
（1）工况一：
其抗滑稳定最小安全系数Kmin=1.035，小于[K]=1.15；
（2）工况二：
其抗滑稳定最小安全系数Kmin=1.025，小于[K]=1.05。
2）下游坝坡：
（1）工况一：
其抗滑稳定最小安全系数Kmin=1.153，大于[K]=1.15；
（2）工况二：
其抗滑稳定最小安全系数Kmin=1.116，大于[K]=1.05。
3）成果分析
（1）上游坝坡所有工况的抗滑稳定最小安全系数均小于规范允许值，不满足规范要求。
（2）下游坝坡所有工况的抗滑稳定最小安全系数均满足规范要求。
因此，大坝上游坡存在坝坡不稳定的安全隐患问题。
3.3大坝整治设计
3.3.1上游坝坡整治设计
虽然根据大坝安全稳定复核，上游坝坡稳定安全系数均小于规范允许值，且坝面由于长时间受风浪冲刷，毁损严重，还存在隆起现象，需进行加固处理。
本次整治设计将死水位以上坝坡先夯填至1：
2.5的坡比，然后再浇筑C15混凝土（垂直高度为9.15米）进行护坡，混凝土下部采用10Cm厚沙砾石作为反滤层；死水位以下坝坡采用抛填块石使其达到坡比达到1：
2.75（垂直高度为12.05米），进行加固处理。
详见《军民水库大坝整治设计横剖面图》。
3.3.2下游坝坡整治设计
根据大坝安全稳定复核，虽然军民水库下游坝坡稳定安全系数达到了规范要求，但其坡度较陡（分别为1：
1.9；1：
2.0；1：
1.8），仍然存在不稳定因素，需进行加固处理。
本次设计采用如下方案：
将坝坡先填筑至坡比（1：
2.5），将堆石排水体后移（坡比不变），设置两个马道，其宽度均为2米；坝坡两侧及马道内侧均采用M7.5浆砌条石设置排水沟，排水沟尺寸为30cm×40cm，详见《军民
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