昭通市昭阳区孔家湾水库除险加固工程初步设计n.docx
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昭通市昭阳区孔家湾水库除险加固工程初步设计n
科类工学编号（学号）20061363
本科生毕业设计
昭通市昭阳区孔家湾水库除险加固工程初步设计
ThereinforcementpreliminarydesignofkongjiawanReservoir,Zhaoyang,Zhaotong，Yunnan
胡艳
指导教师：
邱勇职称副教授
云南农业大学昆明黑龙潭650201
学院：
水利水电与建筑学院
专业：
水利水电工程年级：
2006级
设计提交日期：
2010年6月1日答辩日期：
2010年6月5日
云南农业大学
2010年6月
摘要
孔家湾水库水库建于长江--横江--昭鲁河上游支流上，属长江流域横江水系。
水库位于昭通市南面的永丰镇境内，与永丰水库相邻，距昭阳区城10公里，坝址以上控制径流面积为2.07km2，地理位置为东经103°39′12″，北纬27°14′47″。
该水库于1957年开工建设，1958年建成使用，水库经多年运行，坝体出现明显沉陷，下游出现多处集中渗漏点，大坝存在严重的坝体渗漏、坝基渗漏、两坝肩绕坝渗漏，经大坝安全评价综合评定孔家湾水库大坝安全类别为三类坝。
本次毕业设计的目的是：
在大坝安全评价的基础上针对孔家湾水库坝体病害提出相应的除险加固措施以完成初步设计。
具体完成了以下内容，首先对现状坝体渗流稳定、抗滑稳定和抗震稳定进行复核计算，然后根据坝体存在的相关病害进行除险加固设计。
结合孔家湾水库具体情况，所采取的除险加固措施有对坝体上、下游坝面进行整修，培厚下游坝坡并新建排水棱体；对坝体及坝基、坝肩进行防渗处理等。
再从水库枢纽区地址条件和施工工艺上对坝体防渗方案进行比选，确定坝体、坝基及两坝肩的防渗方案即：
帷幕灌浆防渗方案。
最后对坝体重新分区计算物理力学指标，从而进行坝体渗流稳定、抗滑稳定、抗震稳定计算分析，使除险加固后的坝体满足规范要求。
关键词：
渗流稳定；抗滑稳定；抗震稳定；险加固初步设计；坝体；孔家湾水库
Abstract
KongjiawanReservoirwasbuiltinthechangjiang--hengjiang--zhaoluRiver.aYangtzeRiverwatersystemHengjiang,ReservoirZhaoyangDistrictofZhaotongCityinthesouthernpartofthecompanyinthetown,nearlytheyongfengReservoir.10kmofthezhaoyanginthetown,thedamsiterun-offareaofcontrolover2.07km2.locatedeastlongitude103°39′12″,latitude27°14′47″.
kongjiawanReservoirinDecember1957tostartconstructioninApril1958tocompleteconstructionprojects.Afteryearsofrunningthereservoir,damapparentsubsidence,manyconcentratedinthelowerreachesofleakage,thereisadamdamleakage,foundationleaks,thetwoabutmentaroundthedamleakageandleakageofthedam-combined,accordingto"ShortageofReservoirSafetyEvaluationReport"canbefoundontheArakawaReservoirDamforthethreecategories.
Theaimofthisgraduationprojectis:
inthedamsafetyevaluationonthebasisofthekongjiawanReservoirdamagainstdiseasebythecorrespondingreinforcementmeasurestocompletethepreliminarydesign.Thespecificcontentsinclude:
thefirstdaminaccordancewiththestatusquo,aswellasgeologicalprospectingresultstothestatusquodamseepageandstability,structuralstabilityandseismicstabilitycalculationreview.Accordingtothedamandrelateddiseasesforreinforcementdesign.withthekongjiawanReservoirspecificcircumstances,takenbythereinforcementmeasuresforthedam,thedamdownstreamofarenovation,HauPeidownstreamslopeanddrainagenewprismatic.andthefoundationofthedam,theabutmentofaseepagecontrol.Fromthereservoirareahubonceagainaddresstheconditionsandtheconstructionofthedamontheprogrammeofanti-seepagethantheelectiontodeterminethedam,thefoundationandthetwoabutmentoftheprogrammethatisimpervious:
curtaingroutingfortheprogramme,thefinalweightofthedamNewdistrictcalculationofphysicalandmechanicalindicators,whichconductedthedamseepageandstability,structuralstabilityandseismicstabilityanalysis,afterreinforcementofthedamtomeetregulatoryrequirements.
Keywords:
seepageandstability;slidingstability;seismicstability;riskstrengtheningthepreliminarydesign;dam;ReservoirontheShortage
图纸：
1、孔家湾水库病害分布图
2、孔家湾水库枢纽平面布置图（推荐方案）
3、孔家湾水库防渗布置图（推荐方案）
4、孔家湾水库防渗参数表（推荐方案）
5、孔家湾水库坝体结构布置图（推荐方案）
6、孔家湾水库枢纽平面布置图（比较方案）
7、孔家湾水库防渗布置图（比较方案）
8、孔家湾水库防渗参数表（比较方案）
9、孔家湾水库防渗参数表（比较方案）
10、孔家湾水库坝体结构布置图（比较方案）
11、孔家湾水库地理位置图
工程特性表
序号及名称
单位
加固前值
加固后值
一、水文
1.流域面积（本区）
km2
2.07
2.07
2.利用的水文系列年限
年
45.00
3.多年平均年径流量（本区）
万m3
4.代表性洪水标准
正常运用（设计）洪水标准
%
3.30
3.30
非常运用（校核）洪水标准
%
0.33
0.33
5.最大泄量
设计洪水位时最大泄量
m3/s
2.74
校核洪水位时最大泄量
m3/s
4.5
二、水库
1.水库水位
校核洪水位
m
1915.44
1915.44
设计洪水位
m
1914.58
1914.58
正常蓄水位
m
1912.4
1912.4
死水位
m
1907.75
1907.75
2.水库容积
总库容（校核洪水位以下库容）
万m3
107.57
107.57
兴利库容
万m3
80.33
80.33
死库容
万m3
9.35
9.35
三、工程效益指标
1.防洪效益（保护面积）
万亩
2.灌溉效益（面积）
万亩
0.1
0.1
3.其他
工程特性表
四、主要建筑物及设备
1.挡水建筑物型式
地震基本烈度/设防烈度
7/7
7/7
主坝顶高程
m
1916.0
1916.0
主坝最大坝高
m
11.8
11.8
主坝坝顶长度/坝顶宽度
m
160/3
160/3
2.泄水建筑物
型式
开敞式宽顶堰
开敞式宽顶堰
底板高程
m
1912.40
1912.40
闸孔尺寸
m
3m×2
3m×2
单宽流量
m3/（s.m）
4.5
4.5
消能方式
闸门
道
2
2
启闭机
台
1
1
设计泄洪流量
m3/s
2.74
校核泄洪流量
m3/s
4.5
3.输水建筑物
设计流量
m3/s
最大流量
m3/s
0.23
0.23
输水道型式
钢筋混凝土城门洞形
钢筋混凝土城门洞形
长度
m
47
47
断面尺寸
m
0.7m×0.8m
0.7m×0.8m
衬砌型式
m
M5.0浆砌石拱涵
闸门
道
1
1
启闭机
台
1
1
5级。
根据国家《防洪标准》（GB50201-94），《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），孔家湾水库总库容107.57万m3（本次复核值），属小
（一）型水利工程，永久性水工建筑物级别为4级，最大坝高11.8m，水库上下游水位差小于10m，故其水库枢纽工程挡水建筑物的防洪标准应按平原区、滨海区的设计标准设计。
确定水库正常运用洪水（设计洪水P=5%）标准为20年一遇；非常运用洪水（校核洪水P=1%）标准为100年一遇。
根据《中国地震动参数区划图》（GB18306－2001），孔家湾水库工程区地震动峰值加速度为0.1g，地震动参数反应谱周期为0.45s，相应地震基本烈度属Ⅶ度。
根据工程规模，确定抗震设防烈度为Ⅶ度。
1.4工程病险状况
（1）坝基河床冲洪积层及强～弱风化岩体的承载力满足要求，但结构松散，裂隙发育，变形模量较小。
坝体筑坝土料级配差，碾压机具落后，施工工艺、质量控制不规范，坝体填筑压实度低，长期在荷载及渗透水作用下将产生变形，致使坝基岩（土）体抗滑稳定性差。
坝体填筑压实度低，层间结合不密实，存在层间透水问题。
施工时坝基清基不彻底，且未进行开挖截水槽和帷幕灌浆等防渗处理，存在渗漏问题。
建坝时，左、右坝肩均未进行彻底的表部清挖，也未开挖结合槽进行灌浆处理，同时对坝体与岩石岸坡接触处，在邻近0.5~1.0m范围内未采用渗透性较小的粘土填筑，左右坝肩均存在绕坝渗漏及坝端结合部渗漏问题。
（2）现状坝体形态不规整，坝顶凸凹不平，现状上游坝面护坡块石残缺不全，极其零乱，有沉陷、隆起、风化严重及风浪淘蚀等异常现象，垂直沉降量达8.17%；下游坝坡坡面凸凹不平，存在浸湿、渗漏现象，坝脚排水沟淤积严重、排水不畅，且无排水棱体，下游坝面浸润线出逸点高程1908.9m，潮湿面积约为320m2。
（3）坝下砌石输水涵洞常年存在漏水，无事故检修闸，闸门大面积锈蚀严重，关闭不严，启闭机老化严重，操作困难，应急能力差，涵洞出口渗漏量约为20L/s。
（4）溢洪道工程老化现象严重，进口已破坏，泄槽严重淤积，墙体开裂、变形、基础不均匀沉陷。
（5）水库运行管理条件差、工作不正常，坝体监测设施不完善；
孔家湾水库现状坝区图片
坝顶不规整路面
上游坝面杂草丛生
上游坝面凹凸不平
上游坝面局部被掏空
下游坡凹凸现象严重
下游坡树木繁茂
下游无排水棱体、排水沟被淤积
涵洞渗水严重
涵洞出口砌石体已变形
溢洪道进口已破坏
溢洪道严重淤积
启闭设备锈蚀变形
据大坝安全鉴定综合评价，孔家湾水库现状工程质量等级为不合格，水库运行管理等级为差，大坝抗滑稳定性差，防洪标准、大坝结构安全等级、，渗流安全等级、抗震安全等级、水库金属结构安全等级等均为C级，综合评定孔家湾水库大坝安全类别为三类坝。
2.工程水文及工程规模
2.1区域水文及气象特性
昭通地处低纬度、高海拔、受季风控制和台阶地形影响的季风高原型气候。
干湿季节分明，干季降水稀少，旱情普遍，雨季降水集中，多洪涝灾害。
降水量的季节变化很大，汛期雨量集中，占年降水量的78%。
水汽以印度洋暖湿气流输送为主，经横断山脉的层层阻隔，在高原上已大为减少。
但因扼居冷锋天气入侵云南的重要门户，当其作用在北部新月形坡面上时，引起强烈的阻挡、抬升和水平辐合作用，而造成滇东北大暴雨区和高值洪水区。
在静止锋作用下，形成了北部湿润和十分湿润、南部半湿润甚至半干旱的中尺度的水文气象规律。
由于山峦高耸，河流深切，相对高差达数百米至千余米之大，气候、土壤和植被的垂直带性十分显著，形成相应的洪水和其它水文现象的垂直带谱也是非常鲜明的。
昭阳区位于云南省东北部，东与贵州省威宁县交界，南与鲁甸县相连，西濒金沙江与四川省金阳县隔江相望，西北、东北与永善、彝良县毗邻。
区内地势西高东低，为滇中凹部的东北端，有较完整的高原地貌。
两大山系横亘境内，东为乌蒙山脉西延伸尾端，山势磅礴，高峰林立；西为横断山脉凉山山系分支东伸边缘，山高坡陡，海拔悬殊；大山包乡独石包包海拔3364m，为境内最高点，大寨子乡茅坡海拔494m，是全区最低处。
两山系之间为昭通坝子、洒渔坝子、靖安坝子，均是粮食主产区。
利济河经昭通坝子汇入洒渔河，洒渔河流经洒渔、靖安坝子后出境；金沙江流经境内23km。
全区坝区占33.6%，山区占64.3%，江边河谷地带占2.1%。
昭通坝子海拔约1950m，地势平坦，丘坝相间，为典型的高原湖积盆地，昭通城坐落在坝子中间。
境内地处暖带，为北纬高原大陆季风气候。
冬季气温较低，夏季气候凉爽，干湿两季分明。
根据昭通气象台观测资料，全年无霜期220天左右，年均气温11.6℃，最热月7月均温19.8℃，最冷月1月均温2℃，全年活动积温≥10℃的3217℃，年均日照时数1902.02小时，年降水量735mm，多年平均最大风速为20.7m/s。
2.2设计洪水
根据国家《防洪标准》（GB50201-94），《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），孔家湾水库总库容107.57万m3（本次复核值），属小
（一）型水利工程，永久性水工建筑物级别为4级，最大坝高11.8m，水库上下游水位差小于10m，故其水库枢纽工程挡水建筑物的防洪标准应按平原区、滨海区的设计标准设计。
确定水库正常运用洪水（设计洪水P=5%）标准为20年一遇；非常运用洪水（校核洪水P=1%）标准为100年一遇。
由孔家湾水库安全评价报告知，从工程防洪的重要性、安全性方面考虑，由推荐暴雨洪水法计算出的孔家湾水库设计洪水成果如下表2-1：
表2-1设计洪水成果表
时段
P=0.33%
P=1%
P=2%
P=3.33%
P=5%
洪峰（m3/s）
38.19
32.24
31.93
25.50
23.26
洪量（万m3）
32.57
27.6
26.26
21.9
20
2.3坝顶高程复核
2.3.1基本资料
（1）工程等级及建筑物级别、水库特征水位、地震设防烈度等基本资料
孔家湾水库属小
（一）型水库工程，其主要建筑物为4级，次要建筑物为5级。
（2）水库特征水位及坝高
水库正常蓄水位1912.40m，现状运行水位1909.30m，校核洪水位1915.44m（本次复核值），设计洪水位1914.58m（本次复核值），死水位1907.75m。
孔家湾水库最大坝高11.8m，坝顶高程1916.00m。
（3）根据1/400万《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），孔家湾水库工程区地震动峰值加速度为0.1g，地震动参数反应谱特征周期0.45S，相应地震基本烈度为Ⅶ度，地震设防烈度取为Ⅶ度。
（4）风速：
据昭通气象资料，上荒冲水库坝址区多年平均最大风速为20.7m/s
（5）大坝参数
据1：
20000库区地形图，可量算得孔家湾水库在设计洪水位下的吹程0.45km，校核洪水位下的吹程0.46km,上游迎水坡边坡系数2.5,坝长160m,。
2.3.2大坝超高复核
按《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）计算：
Y=R+e+A
其中，Y为大坝安全超高值（m）；R为设计波浪爬高（m）；e为风浪壅水水面高度值（m）；A为安全加高值（m）。
对于4级土石坝取累积概率P=5%的爬高值，经计算波浪爬高：
R正常=0.77mR非常=0.48m
风壅水面高用公式计算
，经计算:
e正常=0.003me非常=0.002m
安全加高:
对于4级土石坝，
取A正常=0.5mA非常=0.3m
于是Y正常=1.27mY非常=0.78m
2.3.3工况组合
（1）设计洪水位+正常运用情况超高，坝顶所需防护高程为1915.85m，低于现状坝顶高程0.15m。
（2）校核洪水位+非常运用情况超高，坝顶所需防护高程为1916.22m，高于现状坝顶高程0.22m。
（3）正常水位+非常运用情况超高+地震安全加高。
地震安全加高考虑地震涌浪高0.7m，地震附加沉陷考虑经多年运行和设防烈度，取0.3m，坝顶所需防护高程为1914.18m，低于现状坝顶高程1.82m。
（4）正常水位+正常运用情况超高，坝顶所需防护高程为1913.67m，低于现状坝顶高程2.33m。
表2-2水库坝顶高程复核计算表
序号
项目
水位
超高
所需高程
备注
（1）
设计洪水位+正常运用情况超高
1914.58
1.27
1915.85
-0.15
（2）
校核洪水位+非常运用情况超高
1915.44
0.78
1916.22
0.22
（3）
正常水位+非常运用情况超高+地震安全加高
1912.40
1.78
1914.18
-1.82
（4）
正常水位+正常运用情况超高
1912.40
1.27
1913.67
-2.33
通过对不同频率的设计洪水进行调洪计算，孔家湾大坝不同频率设计洪水位所需坝顶高程见下表。
可见水库大坝目前仅能满足三十年一遇洪水及相应超高要求。
表2-3孔家湾大坝不同频率设计洪水位所需坝高表（超高按非常运用情况）
序号
频率（%）
水位（m）
超高（m）
所需高程（m）
备注
（1）
2
1915.33
0.78
1916.11
0.11
（2）
3.33
1914.79
0.78
1915.57
-0.43
水库现状大坝坝顶高程为1916.0m，以上四种工况所需的最大坝顶高程为1916.22m，高于现状大坝坝顶高程0.22m。
因此，水库大坝不能够满足高程要求。
经本次复核，水库大坝可以满足20年一遇（P=5%）设计洪水及其超高要求，能满足100年一遇（P=1%）的校核洪水，但不能满足相应的超高要求，水库大坝所需最大坝高，高于现状坝顶高程为0.22m。
能满足近期非常运用洪水50年一遇的校核洪水，但不能满足相应的坝顶高程要求。
目前大坝只能满足30年一遇的校核洪水及其超高要求。
2.4死水位
所谓死水位是指能够满足下游用水要求的最低水位。
应根据下游用水量和输水涵洞的过流能力来确定。
经计算确定孔家湾水库的死水位为1907.75m，由水位～库容曲线可查得对应的死库容为9.35万方。
2.5正常蓄水位及正常库容
水库原设计正常蓄水位1912.4m，相应库容89.68万m3，本次设计确定维持水库原设计正常蓄水位1912.40m不变，相应库容为89.68万m3。
3.工程地质条件
3.1区域地质
（1）地层岩性
工程区分布泥盆系、石炭系、二叠系、上第三系及第四系地层，现由新到老分述如下：
泥盆系曲靖组（Q2q）：
为一套以浅海相碳酸盐为主，夹滨海沼泽相含煤碎屑岩、梅线。
厚度45—182m。
泥盆系（D3）：
呈条带状分布于工程区东南部。
岩性为灰、深灰色白云岩、砂质白云岩夹角砾状白云岩、泥质白云岩，偶见石膏岩；顶部为灰白、浅灰色灰岩。
厚度120—218m。
石炭系大塘组（C1dj）：
分布于工程区东南部。
上部岩性为黑色页岩、炭质页岩夹煤线及灰岩透镜体；下部为灰色细粒石英岩砂岩、黑页岩夹煤线。
厚度17—568m。
二叠系梁山组（P1L）：
主要分布于坝址区及近坝库岸。
上部：
浅灰、浅棕色中—粗粒石英砂岩，灰色页岩、砂砾岩及劣煤层；下部：
紫灰、姜黄色粉砂质泥岩夹多层灰岩。
厚度10—228m。
二叠系栖霞组（P1q）：
分布于工程区的西北部，岩性为灰、浅灰夹深灰色灰岩，夹少量的白云质灰岩。
厚度114—327m。
二叠系峨眉山玄武岩组（P2e）：
分布于工程区的北部。
上部岩性为铁黑色致密状玄武岩及橄榄钛辉玄武岩、少量杏仁状玄武岩；中部为深灰、灰黑色致密状玄武岩，杏仁、斑状玄武岩，玄武杏仁岩组成多个喷发韵律；下部为以粗、细火山角砾岩及少量集块岩为主，夹灰色凝灰岩。
厚度439—1332m。
上第三系（N2）：
分布于工程区的东北部、西北部及东南部。
岩性为砾灰、浅灰、蓝绿色粘土、砂质、钙质或炭质粘土夹褐煤，底部为砾岩。
厚度37—49m。
曲靖组（D2q）与梁山组（P1L）二者或断层接触，或假整合接触。
库盆主要位于此两套地层中。
残坡积层（Qhel+dl）：
主要分布于缓坡地带和地形低凹处。
岩性为褐红、灰褐、紫红色粘土、含角砾粉质粘土、粉质土砾、碎石等，厚度小于5.0m。
冲洪积层（Qhal+pl）：
分布于水库所坐落的河床及冲沟内。
岩性为褐灰、褐红、灰黑色。
一般上部为粉质粘土、粉土、粉砂；中下部为砾砂、圆砾。
厚度小于10.0m。
（2）地质构造
工程区在区域构造上，位于川滇经向构造体系之绿汁江—小江南北向构造带东缘与其东侧滇东多字型构造的结合部位，有展布方向为：
北东向、南北向及北西向三组构造形迹，主要表现为向斜多呈宽缓型，背斜则多呈窄徒型，断裂以压扭性为主，倾角一般很陡，其中北东
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