水库设计方案说明书-毕业论文.doc
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1、1 综合说明1.1 绪言XX水库位于XX市XX镇境内,属于XX河流域XX河水系,是一座以灌溉为主,兼防洪、养殖等综合运用的小(二)型水库。水库隶属于XX街道办事处,集水面积1.62Km2,正常蓄水位102.6m(废黄河高程系,下同),校核洪水位104.17m,总库容41.2万m3。XX水库下游是XX市XX镇主要粮产区,下游防洪保护人口约0.12万人,耕地0.15万亩,有效灌溉面积0.10万亩。XX水库于1985年11月冬兴建,至1987年12月完成,建坝时基础耕作层的腐殖土、表层冻土和草皮末清理;建成后,坝体单薄,大坝渗漏现象严重。2008年4月,XX市组织召开了“XX水库安全评估会”,专家组
2、结论认为:本次复核按20年一遇洪水标准设计,200年一遇洪水标准复核,经复核,坝顶高程不满足要求;坝身单薄,断面严重不足,上游护坡砌石损坏严重,起止高程不足;坝基清基不彻底,坝脚渗漏严重;放水涵为坝下埋管,洞身漏水严重,出口结构不完整;溢洪道断面严重不足,进出口无任何工程设施;坝坡有损坏干渠;水库无任何管护设施,运行管理条件差。依据安徽省水利厅安徽省小型水库大坝安全评估办法(暂行)规定,确定XX水库大坝为三类坝。同时专家组建议,鉴于水库大坝工程存在着严重的工程质量问题,应尽快进行除险加固。目前,我们在安全评估工作的基础上,补充了部分勘探工作,对主要建筑物结构以及水力参数进行了复核,对大坝、溢洪
3、道、涵洞主要加固方案进行了比选,概算了投资并对经济指标进行了分析评价,编制了本初步设计报告。注:本工程高程为废黄河高程系1.2 水文气象1.2.1流域概况XX水库位于XX市XX镇境内,属于XX河流域XXXX水系,是一座以灌溉为主,兼防洪、养殖等综合运用的小(二)型水库。流域内覆盖第四系粘土层组成,植被较好,水土侵蚀现象不太严重。本次根据万分之一地形图对水库流域参数进行了复核,见流域特性表1. 2.1.1。表1.2.1.1 XX水库流域特性表流域面积F(km2)境内主峰顶高程(m)坝址河底高程(m)河道长度L(km)河道平均坡度J()流域平均宽度B(km)流域形状系数f1.62201.496.4
4、1.425.300.8080.41.2.2气象及降雨(1)气象XX水库位于江XX之间,处于亚热带过渡带。由XX市气象站提供实测多年平均气温15.2。多年平均无霜期210天。全年日照时数多年平均2260.7小时,年平均风速为2.7m/s,多年平均最大风速为10m/s。风向季节性变化明显,冬季盛行偏北风,夏季盛行偏南风,全年以偏东南风较多。(2)降雨江XX地区气候属我国南北过渡带,冷暖气团在上空交锋频繁,进退多变,降雨时间分布不均,主汛期(69月份)经常出现强度较大的暴雨和特大暴雨。XX水库流域上游未设水文测站,建库前后均没有任何实测径流和洪水资料。距水库较近的有XX市气象站,该站有1960200
5、6年的较完整的降水量资料。据XX气象站资料统计,多年平均降水量为961mm,其中最大年降雨量为1506.2mm,发生在1991年,最小年降雨量为566.9mm,发生在1978年,年际变化较大。1.2.3 设计洪水及调洪演算设计洪水计算XX水库坝址处建库前后均无实测流量资料,根据水利水电工程设计洪水计算规范(SL4493),可由设计暴雨推求设计洪水。本次设计暴雨计算采用了两种方法并对设计暴雨成果进行了比选。1、由实测资料推求设计暴雨根据XX水文站55年的降雨资料统计,多年平均1日最大暴雨为95.5mm,按照安徽省水文手册,该地区最大24小时暴雨是最大1日暴雨的1.121.16倍,故该地区最大24
6、小时暴雨为107.0110.8mm。2、查暴雨等值线图推求设计暴雨根据安徽省暴雨系数等值线图、山丘区产汇流分析成果和山丘区中、小面积设计洪水计算办法(以下简称“84办法”),查得XX水库所在流域最大24小时暴雨均值为105mm。3、设计暴雨采用根据以上两种方法计算所得的设计暴雨均值基本一致。由于“84办法”中的暴雨等值线图是根据我省近600多个雨量站观测资料绘制的,且对地形条件、高低值地区变化规律、抽样误差及各种历时参数图之间的协调等作了全面考虑,因此选用“84办法”暴雨成果更为合理,设计暴雨参数见表1.2。表1.2.3.1 设计暴雨参数表年最大24小时点雨量均值105mm年最大1小时点雨量均
7、值50mm变差系数CV240.60变差系数CV10.50偏差系数CS=3.5CV4、设计洪水推求XX水库流域面积1.62km2,暴雨点面系数2411.0,形状系数f=0.4,由于f=0.4,所以洪峰修正系数0.95。汇流计算中瞬时单位线参数江XX之间山丘区经验公式,由于F/J2=1.62/25.32=0.0031,所以用K=1.13(F/J2)0.24(R3/30)0.34(F/J2)0.12计算瞬时单位线参数K值根据流域特征计算频率为1/20的设计洪水和频率为1/200的校核洪水,计算成果见表3.2.2。表1.2.3.1 XX水库各种频率洪水计算成果表频率KP24KP1P24P1R24 nR
8、3KqmFR24/1000Qm1/202.201.9923197.511510.7386.070.15122.10.2429.81/2003.623.24406.35158.7346.40.70183.60.10130.80.5267.83.3调洪计算(2)调洪成果XX水库泄洪设施为溢洪道,溢洪道为明渠,坡比为0.01,底宽5米,起调水位按现状底高102.6m起调。各频率调洪演算成果见表1.4。表1.4 调洪演算成果表频率洪水位(m)相应库容(万m3)洪峰流量(m3/s)最大泄量(m3/s)备注1/5103.06 32.06 10.78 7.47 1/10103.35 34.37 21.09
9、15.53 1/20103.62 36.52 33.79 25.45 1/30103.77 37.77 41.11 31.72 1/50104.01 39.6751.42 38.601/100104.07 40.24 67.26 48.55 1/200104.17 41.2053.38 53.38 (3)施工期洪水即每年14月和1012月期间,五年一遇洪峰流量10.78m3/s,总洪水量27.9万m3。1.3 工程地质1.3.1地形地貌XX水库位于XX市XX镇夹港村境内,距XX市约28km,属XX河流域XX河水系。库区位于我国东部新华夏系第二沉降带和秦岭纬向构造带的交合部位;按传统的观点则是中
10、朝准地台的南缘;地貌单元上属于江XX丘陵的一部分,位于江XX分水岭的北侧,按成因为堆积剥蚀河湖漫滩及一级阶地地形类型。主要由第四纪全新世粘性土层组成,受河流控制,河流的宽窄决定于河水面积和河流流量的大小,一般上游狭窄,下游开阔。根据有关资料结合本次钻探揭露,下伏基岩主要为厚达数百米的灰白、白褐石英片岩。经钻孔揭示,大坝坝身土主要由重粉质壤土夹砾砂(砾砂系基岩风化所致);坝基地层主要由重粉质壤土夹中砂、重粉质壤土夹砾砂地层组成;底部强风化石英片岩。1.3.2地层岩性 水库区广泛分布为第四系冲积-洪积层,其厚度一般为2.50-5.00m,其岩性上部主要为重粉质壤土夹中砂、重粉质壤土夹砾砂;灰、灰褐
11、色,软塑-可塑状;下伏基岩为强风化石英片岩,暗褐、绿灰色。1.4工程任务和规模1.4.1工程现状枢纽工程由土坝、溢洪道、放水涵洞等建筑物组成。是一座以灌溉为主、兼防洪、水产养殖为一体的小(2)型水库。大坝:XX水库大坝为均质土坝,坝长205 m,坝顶宽为2.54 m,坝顶高程为105.56 m105.67m,最大坝高10.0 m;上游坝坡1:2,块石护砌,护砌块石风化严重;下游坝坡比1:2.01:2.5,无戗台,坝坡坑凹不平;当时施工时分工段村与村接合处没处理好,0+070、0+145段缺土较多。由于原施工时清基不到位,碾压不密实,分工段没处理好,部份坝段坝脚出现大面积阴潮、沼泽等异常现象。由
12、于大坝坝顶宽没有达到设计标准,下游坡太陡,又无戗台,坝身单薄现象严重。该水库只有北面一座放水涵,放水南渠用混凝土预制板制作从大坝下游坡经过,目前该段渠道已损坏漏水,继续使用,将影响大坝安全。 溢洪道:溢洪道工程:溢洪道位于大坝北侧,原设计为宽顶堰,堰顶高103.1 m,底宽为4 m,因经费原因未能按设计标准建设。现溢洪道底高程102.6 m,底宽2 3m,溢洪道断面开挖标准不足;进出口处无任何工程设施,下游冲刷严重,冲坑多而深。溢洪道对岸有近100亩农田,因每年都有近23个月时间泄洪,泄洪时直接影响对岸农业生产。放水涵:放水涵位于大坝北部,为斜拉式卧涵,直径为40cm ,底高程98.1 m,洞
13、身长45 m。因运行20多年 ,在地基变形的影响下涵体出现裂缝,因涵洞漏水对大坝冲滤,致使坝脚冲刷严重,己危及大坝安全。目前启闭斜拉杆的钢筋锈蚀损坏,闸门不能正常启闭;下游出口设施损坏。1.4.2建筑物存在的主要问题(1)土坝工程坝体填筑质量差,存在较严重的隐患。一是坝身与坝基的结合面耕作层、老河槽及其附近淤泥层未彻底处理,局部有透水层,致使水库蓄水后,坝基与坝身结合面渗漏。二是坝体堆筑土料质量差,渗透系数大,抗渗性能不能满足设计要求,因此坝体下游坝坡大面积散浸。二是进土层过厚,夯压不密实,新老坝体之间结合部处理较差而渗漏;筑坝时,未按碾压式土XX要求施工,严重存在质量控制不严这一薄弱环节,填
14、筑质量差。三是坝下埋管接触面处理较差,导致大坝渗漏;大坝虽然经21年运行,固结效果不明显,依然土质结构松散,土体自重压密条件较差,给大坝安全运行带来一定隐患。坝基部分。由绘制的工程地质剖面图揭示,层及层以下地层均为坝基的天然地层,其中层重粉质壤土夹砾砂,主要分布于坝身与坝基的接合部位。层软塑状重粉质壤土夹中砂为软-中等强度地层,强度相对较低,工程地质条件较差,含水量=24.45%。上游干砌块石护坡毁损、塌陷严重。坝顶凹凸不平,雨后积水严重,致使下游坝坡湿陷。下游坝坡坑凹不平;当时施工时分工段村与村接合处没处理好,0+070、0+145段缺土较多;有多处塌陷现象。无排水系统。下游坝面无排水设施、
15、无贴坡,致使下游坝坡多处出现雨淋沟,坝脚和滩地段长期潮湿,局部沼泽化严重。无坝体观测设施,不能掌握土坝在运行过程中出现的问题,影响安全运行。(2)溢洪道工程溢洪道建设时,由于经费原因,标准低、基础差,原设计为宽顶堰,堰顶高103.1 m,底宽为4 m,因经费原因未能按设计标准建设。现溢洪道底高程102.6 m,底宽2 3m,溢洪道断面开挖标准不足;进出口处无任何工程设施,下游冲刷严重,冲坑多而深,致使溢洪道不能安全运行。(3)涵洞工程放水涵位于大坝右侧,为斜拉式卧涵,直径为40cm ,底高程98.1 m,洞身长45 m。因运行20多年 ,在地基变形的影响下涵体出现裂缝,因涵洞漏水对大坝冲滤,致
16、使坝脚冲刷严重,己危及大坝安全。目前启闭斜拉杆的钢筋锈蚀损坏,闸门不能正常启闭;下游出口设施损坏。1.4.3本次除险加固的主要任务大坝:坝身土方加固,坝身采用防渗处理,上游及砼预制块护坡、下游建排水沟。溢洪道:对进水口段、明渠部分、陡水坡、消力XX、海漫等工程进行建设,对下游不畅河床进行疏通 。放水涵:对放水涵洞工程进行拆除重建 ;更换闸门及启闭机;建工作便桥。1.5 加固工程设计1.5.1 工程等别及设计标准(1)工程等级及设计标准XX水库总库容41.20万m3,根据水利水电工程等级划分及洪水标准(SL252-2000)的规定,水库工程等别属等,枢纽建筑物为级。由于XX水库最大坝高10.0m
17、,洪水标准根据规范采用丘陵区水库标准;因该库地理位置重要,设计和校核洪水标准为:为20年一遇设计,200年一遇校核。(2)消能防冲设计标准根据溢洪道设计规范(SL253-2000),溢洪道消能防冲设计标准按10年一遇。(3)抗震设计烈度根据中国地震动参数区划图(GB18306-2001),XX水库工程区地震动峰值加速度0.10g,反应谱特征周期0.35s,对应地震基本烈度为7度。1.5.2 加固措施(1)土坝防渗处理:土坝坝身坝基防渗加固处理0+1170+366坝段均选用粘土井柱方案,从坝顶穿过坝身与坝基结合面以下1.0m。粘土井柱直径1100mm,孔距为0.78m,粘土井柱有效防渗厚度为0.
18、78m。坝顶及坝坡结构设计坝顶高程27.30m,坝顶宽度5m,坝顶路面选用20cm手摆石层,再铺设15cm泥结石路面。上游坝坡:坡比1:2.5,建干砌块石护坡,并做10cm碎石垫层,高程从21.2m26.63 m。下游坝坡:考虑到大坝经常出现滑坡现象,将96年上坝的虚土彻底清除,推到坝下填塘固基,并开挖成台状,以便新老结合层的结合。在25.20m建宽2.0m戗台,戗台上1:2的坝坡,戗台下1:2.5坡。戗台下侧与坝脚22.2m高程处各做一条纵向排水沟。两沟之间布置横向排水沟,其沟距为50m;台地段没有平台,因此沿坝坡与岸坡连接处做一条排水沟。下游草皮护坡为天然杂草,因此需重新铺设草皮护坡。(2
19、)溢洪道本次加固溢洪道仍布置在大坝桩号0+000处,溢洪道形式根据地形采用明渠段,堰后陡坡跌水和消力XX。溢洪道进口段长30.0m,宽度为5.0m,坡降为0.01,浆砌块石护砌厚度040m,表面浇注10cm厚砼。堰后设陡坡跌水,跌坡跌差6.6m,XX长14 m,XX深1.0m,出口宽5m。跌水墙采用浆砌块石重力墙,底板采用底板采用0.40m浆砌石底,0.10m砼面层。根据地形两岸翼墙浆砌块石重力墙。 经计算海漫长度12m,设渐变段与下游排洪渠连接,出口宽7 m下游渠首20m范围内需要用砌块石护坡及护底。(3)涵洞本次加固将斜拉卧式放水涵拆除,重建放水涵,涵底高程98.10m,并更换闸门、启闭机
20、,建工作便桥。1.6 施工组织设计1.6.1 施工条件(1)场外交通XX水库距省道309有20公里,有简易砂石路至水库,能满足施工运输的要求。(2)场内交通本工程由于施工场地窄而长,施工场地较分散,除利用坝顶作为施工道路外,还可以利用大坝东、西两侧土方整平后作为主体工程施工和交通场地,这样可解决施工场地内部的交通问题。1.6.2 施工导流本工程施工导流非汛期主要采用涵洞进行,使水库的水位控制在大坝和溢洪道施工要求水位以下;汛期按正常的防洪调度规定进行,此期间要保证溢洪道能进行安全泄洪。大坝坝顶和坝下游坡和正常溢洪道施工水库水位控制在24.2m以下高程,大坝粘土井柱灌浆和上游护砌、涵洞施工期间必
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