周家水库初步设计报告(修编).docx
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1、1综合说明1.1 绪言1.1.1 工程概况周家水库位于泸水支流武华山老江溪上。属*县*乡管辖。地理坐标为东经114。43,,北纬278,附近,距敦厚镇30km。坝址以上控制集雨面积5.4km2。总库容240万m3。水库设计正常高水位111.6Om(黄海高程,下同),相应库容195X10*m3;三十年一遇设计洪水位112.84m,相应库容219X104m3;三百年一遇校核洪水位113.44m,相应库容240.010*m3o死水位100.75m,相应库容8.OX10*m3水库设计灌溉面积为4000亩,实际灌溉面积1800亩,是一座以灌溉为主,兼有防洪、养殖等综合效益的小(一)型水库。该水库于196
2、5年8月动工兴建,1966年2月竣工蓄水。枢纽工程主要建筑物有主坝、副坝、溢洪道、灌溉输水涵管等。主坝为均质土坝,坝顶长174m,宽3.65.0m,坝顶高程114.52115.47m,上游坝坡坡比为1:1.981:2.2,高程108.85m以上设有块石护坡;背水坡高程103.7Onl以上坡比为1:1.981:2.2,草皮护坡。其下为贴坡排水体,顶宽3.5m,坡比为1:2.5。最大坝高18.4m.副坝位于溢洪道左侧山脊上,长70m。现有坝顶高程为111.98114.72m,最大坝高约3.0m。溢洪道位于主、副坝之间,控制段为开敞式宽顶堰,堰顶高程111.60m,溢流净宽12.5m,堰后接陡槽,i
3、=1/0.272,长45m;消力池池长19.5m,池深L75m;全段底板均采用碎衬护,边墙为浆砌块石头。无出水渠。输水建筑物位于主坝左坝段,由斜管和坝下涵管组成。斜管系分级斜卧式,放水孔径为2*20cm,级差O.7m;坝下涵管为钢筋碎管,内径O.7m,壁厚0.2m,纵坡1/200,全长71.5m,进口底高程为100.75m,出口底高程10040mo水库地理位置十分重要,下游有*乡及5个村小组,保护人口1500人,农田5000亩及*-敦厚公路等重要交通干线。水库一旦失事,将造成重大灾害损失。由于工程是在特殊的历史背景下兴建,勘测、设计及施工方面均存在较多缺陷,给工程留下许多隐患,虽经多次加固处理
4、,但由于工程初期施工质量太差,加固时处理不彻底,加固质量也未严格控制,工程隐患一直未得到根治,水库一直处于带病运行状态。目前工程仍存在以下问题:(1)主坝坝顶坑洼不平、宽窄不一;上下游坝坡坡比不规整;上游坝坡块石护坡无垫层,块石块径小,风化严重,局部存有松动缺失现象;下游坝坡无护坡,灌木杂草丛生;坝面基本无排水设施;贴坡排水体反滤层无级配,部分坝段反滤层缺失,泥土淤堵失效。主坝下游坝坡见有多处泅湿散浸面与集中渗漏点,先后开挖9条导渗沟进行应急处理。(2)副坝坝顶宽窄不一,断面不规整,灌木杂草丛生,上下游坝坡均未护坡。无坝面排水设施。(3)主副坝蚁害严重。(4)溢洪道碎底板纵横裂缝较多,冲刷严重
5、,露石普遍,无出水渠。(5)坝下涵管混凝土老化剥蚀、蜂窝麻面普遍,见有多处漏水点和环形裂缝漏水;斜管碎剥蚀、露石普遍,见有多条横向裂缝,漏水严重。(6)水库无水、雨情观测设施和大坝安全监测设施,无管理设施,进库上坝道路标准低,路况差。溢洪道泄洪时,上坝道路中断,1.1.2 安全鉴定过程及结论为全面评价大坝的安全状况,*县周家水库管理所于2010年委托我院对水库大坝进行安全论证。安全论证工作按照水建管2003271号文水库大坝安全鉴定办法及相关规范的规定和要求开展:周家水库工程管理所编制了大坝安全运行管理报告,为安全鉴定工作的顺利进行奠定了坚实的基础;有关单位的领导和专家对水库大坝、输泄水建筑物
6、、防汛交通、通讯系统等进行了较全面的系统检查,检查组编制了大坝现场安全检查报告,指出了工程运行近40余年来存在和发现的主要问题;在尽可能全面收集水库设计、施工、运行及加固等资料的基础上,结合地质勘察和室内土工实验成果,对大坝质量、大坝结构、渗流稳定、输泄水建筑物安全等进行了单项分析和评价,提出了大坝安全综合评价报告、水库现场安全检查报告、大坝安全运行管理报告、水库工程质量评价报告、水库防洪标准安全复核、大坝结构与渗流安全评价报告等专题报告。2011年1月18日,*县水利局组织召开了周家水库大坝安全鉴定会,*市水务局会同有关部门专家组成的专家组提出了大坝安全鉴定报告书。鉴定书认为“周家水库存在严
7、重的质量问题,水库不能正常安全运行。按水库大坝安全鉴定办法第十六条大坝安全分类标准,周家水库属三类坝”。鉴定结论摘要如下:1、水库按30年一遇洪水设计,300年一遇洪水校核,现状坝顶高程不满足防洪标准(GB50202-94)以及小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则(SL189-96)的要求。2、根据中国地震动参数区划图(GBI8306-2001),工程区地震动峰值加速度小于0.05g,区域稳定性较好,可不进行抗震安全复核。3、大坝清基不彻底,河床段坝基残留含泥砂砾石层与两岸坡残坡积粘土质砂,均具中等透水性。坝基下伏强风化基岩具中等透水性,存在坝基渗漏及饶坝渗漏问题。4、主、副坝为均质土坝,坝体
8、土主要为粉土质砂、粘土质砂、含砾低液限粘土,夹含有较多的风化岩碎块,土质均一性较差,孔隙比偏大,填筑质量较差,坝体土渗透系数为8.9X10*cms,具中等透水性,不满足规范对均质土坝防渗性能的要求。5、主坝上游块石护坡无垫层,块石块径小,风化严重,局部存有松动缺失现象;下游坝坡未护坡;贴坡排水体反滤层无级配,部分坝段反滤层缺失,泥土淤堵失效。6、副坝断面不规整,上下游坝坡均未护坡,灌木杂草丛生。无坝面排水设施。7、溢洪道坐落于强风化基岩上,地基承载力满足上部荷载要求。溢洪道碎底板纵横裂缝较多,冲刷严重,露石普遍。8、坝下涵管坐落于强风化基岩上,地基承载力满足上部荷载要求;坝下涵管混凝土老化剥蚀
9、、蜂窝麻面普遍,见有多处漏水点和环形裂缝漏水。斜管基础坐落于残坡积土层上,地基承载力满足上部荷载要求;斜管碎剥蚀、露石普遍,见有多条横向裂缝,漏水严重。9、水库无水、雨情观测设施和大坝安全监测设施,无管理设施,进库上坝道路标准低,路况差。溢洪道泄洪时,上坝道路中断,1.1.3 本阶段工作任务为使水库尽快脱险,尽早发挥其正常效益,2010年,*县水利局委托我院对大坝、溢洪道、输水系统等进行除险加固设计。接受除险加固设计任务后,我院立刻派工程设计人员再次进工地作进一步现场查勘,以全面了解和掌握工程实际情况,使加固处理设计更切合实际。随后,我院又派出地勘人员进行了补充地质勘探工作,以进一步查明工程地
10、质条件和岩土物理力学特性,为设计提供可靠的数据。周家水库除险加固设计以大坝安全论证报告及大坝安全鉴定报告书为基础,利用原设计资料和现场地质勘探成果,选择加固方案,并据此对大坝、溢洪道、坝下输水涵管等项目进行加固、改建设计。1.2 水文气象周家水库位于泸水支流武华山老江溪上。属*县*乡管辖。地理坐标为东经11443,北纬278附近,距敦厚镇5.6km。坝址以上控制集雨面积5.4km2o主河长3.83km,河道平均坡降24.1%。流域属亚热带湿润季风气候区,气候温和。流域内多年平均降水量为150OmmO降雨年内分配不均,46月降雨量占年降雨的49%,10次年2月降水量约占全年的17%左右,多年平均
11、气温17.7,极端最高气温40.8,多年平均相对湿度82%,多年平均最大风速14ms1.3 .1水文资料情况本流域内无水文测站,没有实测的流量资料,坝址邻近30km处有*市水文站,具有19532003年共51年实测雨量资料,*水文站为国家基本站,资料精度较高,可满足本次计算要求。本次采用*市水文站降雨资料和查江西省暴雨洪水查算手册来分析计算坝址设计暴雨。根据水文资料及集雨面积情况,施工洪水、坝址年径流推求采用泸水支流陈山水上彭坊水文站作为设计参证站,该站控制集雨面积122km2,有1980年至2004年共24年实测流量资料。1.2.2设计洪水采用成果本次推求设计洪水成果和安鉴相近,稍大一些。主
12、要是坝址各历时暴雨均值、CV值取值稍大些。原设计洪水成果比本次大,主要是计算方法不同,原设计洪水是采用1976年江西省水文手册推理公式法推求。本次设计洪水采用了1984年省编手册推理公式法推求。各次设计洪水成果比较见表12。表1-2本次设计与历次设计洪水成果比较表一P(%)项目0.20.3323.35原设计Q(m3s)12491.0W(万m3117安鉴Q(m3s)10897686053W(万m3)124.3114.880.570.962.9本次初设Q(m3s)104.073.363.455.9N(万川3)110.783.772.564.91.2.3周家水库站网规划周家水库大坝为均质土坝,控制流
13、域面积5.4km2,水库总库容240.O万m3,水库现无水雨情观测设施,为此应设立水位、雨量观测设施,以满足防汛调度需要。一、水位观测本次设计在大坝中段(或附近)设立一个水位标尺。二、雨量观测现水库无雨量观测设施,本次设计在大坝坝顶设立一雨量筒,用于观测雨量。1.4 工程地质水库区属构造剥蚀低山地貌,地势低矮,地形高差40米左右,水库库区为近东西走向的溪沟。水库两岸山体宽厚,库内小溪流蜿蜓,河道坡降较小(局部河道发育跌坎)。河谷大都呈较宽阔的“U”型。山坡坡角一般1231。,植被发育一般,无不良物理地质现象发育。本区分布地层为侏罗系下统林山组(Jll)地层及第四系松散堆积层(Q4)o1.3.2
14、坝址区工程地质条件1.3.2.1 地形地貌及地层岩性水库区属构造剥蚀低山地貌,地势低矮,地形高差40米左右,水库库区为近东西走向的溪沟。水库两岸山体宽厚,库内小溪流蜿蜓,河道坡降较小(局部河道发育跌坎)。河谷大都呈较宽阔的“U”型。山坡坡角一般1231。,植被发育一般,无不良物理地质现象发育。1.3.22 地质构造本区处于华南褶皱系,赣中南褶隆赣,赣西南拗陷之*凹陷(俗称吉泰盆地)构造单元中。水库区范围内岩层表现为单斜构造。工程区未见较大的断裂构造。1.3.23 3水文地质本区属亚热带季风气候区,温暖潮湿,雨量充沛,地表水资源丰富,区内地下水类型主要为孔隙水及裂隙水两种。裂隙水主要赋存于基岩的
15、节理裂隙及构造带中,其富水性受岩体风化程度及节理裂隙等构造的发育程度所控制,接受大气降水及孔隙水的补给,向河床及沟谷排泄。孔隙水主要赋存于第四系冲洪积层中,接受大气降水、裂隙水及库水的补给,向河床及下游排泄。1.3.3 主要建筑物工程地质条件1.3.3.1 大坝勘察成果及土工试验分析,坝体填土压缩系数0.322-0.498Mpa-l,具中等偏高压缩性。土体塑性指数&5T8.0,变化大,表明土体土质均一性差。土体干密度为1.34L54gc113,普遍偏小。孔隙比为0.76L04,孔隙比偏大。坝体平均渗透系数为8.9X10*cms中等透水性。不满足规范对均质土坝防渗性要求。坝体存在较严重的渗漏问题
16、。据调查,工程兴建时排水实施,未设置反滤料,砌筑也零乱。现状排水体杂草茂盛,根系、泥土充塞,基本无反滤效果。1.3.3.2 泄水建筑物工程地质条件及评价经勘察,溢洪道进口段见人工开挖揭露较多基岩露头。岩性为侏罗系下统林山组(Jl)地层:灰白色(风化后呈淡黄色)长石石英粗砂岩、灰黑色劣煤。岩石风化强、表层破碎。组成溢洪道进口段的底面与两侧边坡基本为岩质,现状已衬护,未见较大不良工程地质条件。陡槽段、消力池段底面大部为岩质,两侧为土石边坡,现状已全断面衬护,底板局部已被水流冲掏破坏;两侧浆砌石挡墙局部碎老化、破损。现场检查,浆砌石挡墙整体稳定,无位移迹象。消力池以下未有工程实施,现状灌木杂草丛生。
17、建议溢洪道岩体的力学参数如下:允许流速:3ms(石);0.7ms(土);承载力:2.OMpa(石);0.15MPa(土);岩/碎抗剪断参数:f:0.45,Cz:0.2Mpa;1.3.3.3 输水建筑物输水涵管有斜、平管,斜管位于大坝左岸坡,平管设于大坝左侧。勘察分析,斜管所处岸坡较缓,坡面第四系残坡积层覆盖严,建筑物地基均为土质,且部分位于水下,地基不均沉降,现状斜管产生数条裂缝。建筑物老化破损严重。据据调查并结合钻孔资料分析,平管基本座落于岩石地基之上,岩石表层强风化,其中所夹劣煤层,性状软,作为建筑物地基持力层,极易产生沉降。根据上述调查与分析,地基沉降而使建筑物产生病险在所难免1.3.4
18、 天然建筑材料经勘察,水库位于低丘区,低丘表面广泛分布有粘土层。本次选定了水库下游一小山包为粘土料场。料场面积约200*200m2,可开采厚度LoT.5m,储量4.0-6.0万1113。数量满足工程所需。开采、运输方便,运距4.8-5.2km。土料取样试验指标反映,质量基本满足要求。(见土料试验成果表)水库区砂砾料、块石料无分布。据调查,当地工程建设均需到永阳商品砂砾料、块石料场购买。数量、质量可满足工程所需,运距45km。1.4工程任务和规模1.4.1 工程任务周家水库总库容240万I,水库工程任务为:灌溉为主,兼有防洪、养殖等综合利用。(1)灌溉:周家水库设计灌溉面积0.4万亩,实际灌溉面
19、积为0.18万亩,水库的除险加固能使水库效益得到更大的发挥。(2)防洪:水库的安危关系到下游*乡及5个村小组,保护人口1500人,农田5000亩及*-敦厚公路等重要设施的安全。(3)养殖:水库有养殖水面2000亩,一般年产鲜鱼L0万斤。1.4.2 洪水调节周家水库加固后大坝为粘土斜墙土坝,水库总库容240万mt属小(1)型水库。枢纽主体工程等别为IV等,永久性主要建筑物为4级,永久性次要建筑物为5级。设计洪水标准为30年一遇,校核洪水标准为300年一遇。溢洪道位于主坝左端垃口,为开敞式宽顶堰。进口高程为111.60m。溢洪道洪水调度原则为:库水位高于正常蓄水位111.60m时,溢洪道自由泄洪。
20、除险加固后特征水位和库容参数如下:正常蓄水位:111.60m,相应库容182.0万m3;设计洪水位:112.84m,相应库容219.0万m3;校核洪水位:113.44m,相应库容240.0万m3。1.4.3 工程现状及存在问题周家水库自1966年蓄水投入运行以来,至今已有43年,通过安全现场检查鉴定,综合分析,存在以下主要问题:主坝存在坝基渗漏、坝体渗漏问题;贴坡反滤体高度不够,施工不规范,反滤设备无砂卵反滤层,极易产生渗透破坏,对坝坡稳定不利。其出口安全没有保证。1. 4.4除险加固的必要性及本次加固任务(1)除险加固是确保水库安全运行的需要水库兴建至今,在运行中虽未发生垮坝等重大事故,但枢
21、纽工程及建筑物存在的问题确实不少,特别是坝基渗漏、坝体渗漏等问题均严重威胁大坝的安全。如周家水库一旦失事,将给下游造成重大灾害。下游有11个自然村,2000人口,农田面积3700亩及*横江一泰和石山县际公路、11万伏高压线路等重要设施。如被冲毁,其损失将十分惨重。除险加固后可使大坝达到相应的防洪标准,并使下游防护对象提高抗洪能力,满足地区国民经济可持续高速发展的要求。由此可见,水库的社会效益十分显著。(2)除险加固后可进一步提高其灌溉、防洪及综合经营等效益周家水库自1961年开始投入运行以来,使下游11个自然村,2000人口,农田面积3700亩及*横江一泰和石山县际公路、11万伏高压线路等重要
22、设施避免和减轻了洪涝灾害,防洪效益十分显著。周家水库主要以灌溉为主,原设计灌溉面积0.6万亩,除险加固后不仅确保0.6万亩农田灌溉用水,而且改善下游村庄用水条件,提高用水保证率。综上所述,周家水库除险加固工程是非常必要和紧迫的。根据大坝安全鉴定意见、工程实际存在的问题以及大坝除险加固设计的实际情况,本次除险加固的主要工程任务如下:对主坝、副坝进行加固处理;对溢洪道进行加固处理;拆除平、斜管,择址重建;按规范要求增设和完善水库大坝安全监测设施,完善水情、雨情观测设施,通讯、管理设施及上坝公路。1.5工程布置及建筑物加固设计1.5.1 洪水标准周家水库总库容为240万m3,工程规模为小(1)型,工
23、程等别为IVo大坝、溢洪道等永久性主要建筑物为4级建筑物,其他次要建筑物为5级。除险加固设计洪水标准为:大坝、溢洪道、灌溉输水涵管按30年一遇洪水设计,300年一遇洪水校核;消能防冲建筑物按20年一遇洪水设计。1.5.2 工程总体布置周家水库枢纽工程除险加固项目有:主坝、副坝加固,溢洪道加固,拆除重建坝下输水涵管等。主坝加固处理在现状布置基础上进行。大坝加固坝轴线布置与现状基本一致。上游采用粘土斜墙对坝体进行防渗。上游坝坡坡度为1:3.0,采用碎预制块护坡;下游坝坡结合坝顶改造进行整坡,坡度为1:2.1,采用草皮护坡。拆除重建坝脚贴坡排水体,采用风化磴料回填下游沼泽地。副坝采用粘土加高加宽恢复
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