【正文】 壩頂高程 ，最大壩高 ，壩頂軸線長(zhǎng) ，壩頂寬， 上游壩坡坡比從上至下 1:、 1:,下游壩坡坡比從上至下 1:、1:、 1:。水庫(kù)設(shè)計(jì)灌溉 8200 畝，有效灌溉 6230 畝，最大實(shí)灌 5100 畝，供水量 460 萬(wàn) m3。 上壩公路 : 改造上壩公路、增設(shè)通訊設(shè)施，以滿足防汛要求。 溢洪道：整修建溢洪道、泄槽、增設(shè)消力池，并采用相應(yīng)的抗腐蝕性混凝土；對(duì)溢洪道兩側(cè)山坡進(jìn)行整理、護(hù)砌并作好防滲排水設(shè)施。 XX水利水電學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題目 ： 湖南省懷化市鶴城區(qū) 四十灣水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程 設(shè)計(jì) 專 業(yè) 水利水電工程 姓 名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 2021 年 3 月 25 日 摘 要 ： 湖南省懷化市鶴城區(qū)四十灣水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)。 輸水涵管：對(duì)輸水涵進(jìn)行封堵灌漿處理；新建輸水建筑物，并采用相應(yīng)的抗 腐蝕性混凝土。最終通過(guò)水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案滿足水庫(kù)安全及灌溉要求。 該水庫(kù)樞紐工程由大壩、溢洪道、輸水涵洞、放水臥管等建筑物組成。 溢 洪道 位于大壩 右 岸 ，堰頂高程 ，堰頂寬 10m，堰型為寬頂堰，自由出流式， 泄槽底板為強(qiáng)風(fēng)化下部巖石，較為破碎， 下游無(wú)消能設(shè)施 。 目前主要存在安全隱患：① 大壩存在滲漏、散浸現(xiàn)象，壩頂高程及寬度不夠，壩坡穩(wěn)定不夠，無(wú)排水棱體等問(wèn)題 ；② 溢洪道沒有護(hù)砌，下游沖淤嚴(yán)重，無(wú)消力池； ③ 涵管開裂、存在嚴(yán)重滲漏及啟閉設(shè)備老損等問(wèn)題， 放水臥管嚴(yán)重漏水、進(jìn)水口嚴(yán)重?fù)p壞 。 （ 2）泄水建筑物 溢洪道出口無(wú)消能設(shè)施，且兩岸山坡過(guò)陡，常有滑坡現(xiàn)象， 影響溢洪道安全運(yùn)行。 防汛倉(cāng)庫(kù)嚴(yán)重破損，給防汛搶險(xiǎn)帶來(lái)安全隱患。 3）輸水涵管：針對(duì)涵管開裂、存在嚴(yán)重滲漏及啟閉設(shè)備老損等問(wèn)題，建議： ①對(duì)輸水涵進(jìn)行封堵灌漿處理； ②新建輸水建筑物，并采用相應(yīng)的抗腐蝕性混凝土。 除險(xiǎn)加固的必要性 水庫(kù)有效灌溉 6230 畝，最大實(shí)灌 5100 畝，供水量 460 萬(wàn) m3，其位置居高臨下，保護(hù)下游鄉(xiāng)政府、村莊、學(xué)校，人口 9600 余人，枝柳鐵路 7km， 209 國(guó)道 3km 的安全，同時(shí)對(duì)下游 15km 處的老里碑水庫(kù)（庫(kù)容 萬(wàn) m3）的正常運(yùn)行和安全起了很大的調(diào)節(jié)保障作用。 水文及調(diào)洪演算 流域概況 四十灣水庫(kù)位于懷化市鶴城區(qū)蘆坪鄉(xiāng)坪星村，地處東經(jīng) 110176。 氣象 本區(qū)域位于 屬 亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，四季分明，雨量充沛，溫?zé)岢睗?，日照長(zhǎng)，霜期短。 本工程位于湖南省產(chǎn)流分區(qū)的第三區(qū)， Io=25mm。 7 調(diào)洪演算 本次計(jì)算采用無(wú)泄量控制的方式，從正常蓄水位 300m 起調(diào)，當(dāng)入庫(kù)流量大于溢洪道的泄流能力時(shí)，庫(kù)水位上漲，水庫(kù)滯洪；至入庫(kù)洪水流量等于溢洪道的泄流能力時(shí)，水庫(kù)水位達(dá)到該次洪水的最高水位；隨后，入庫(kù)洪水流量小于溢洪道的泄流能力，庫(kù)水位下降。根據(jù) 計(jì)算結(jié)果，四十灣水庫(kù)大壩壩頂高程不得低于 ，大壩現(xiàn)有壩頂高程為 ，未能滿足擋洪要求。 ～ 50176。 另外據(jù)當(dāng)?shù)胤磻?yīng)，施工時(shí)，只對(duì)壩基表部風(fēng)化巖體進(jìn)行了簡(jiǎn)單開挖后既進(jìn)行填筑，也沒有作防滲處理，從而為壩 基滲漏留下隱患。 輸水涵管工程地質(zhì)條件 灌溉放水涵管位于大壩左岸，為Φ 的現(xiàn)澆鋼筋混凝土有壓圓形壩下涵， 進(jìn)口底板高程 ，無(wú)閘門控制，上游處采用放水臥管控制?！?50176。溢洪道邊坡巖體比較破碎，強(qiáng)風(fēng)化深度 5~8m。洞臉邊坡巖體 呈強(qiáng)風(fēng)化狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，節(jié)理與層面組合將巖體切割成棱形塊體，完整性較差 ，存在洞臉邊坡沿結(jié)構(gòu)面組合滑移邊坡穩(wěn)定問(wèn)題 ?！?65176。砂的質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求， 礫石成分以石英砂礫、砂巖、灰?guī)r為主，磨圓度較好，采砂場(chǎng)有各種不同級(jí)配的粗骨料供應(yīng)， 可滿足設(shè)計(jì)要求，采砂場(chǎng)有公路可抵大壩，運(yùn)距 12km 。 土料粘粒含量 %~%，塑性指數(shù) ~，滲透系數(shù)＜ 105cm/s，天然含水量 ~％，最大干容重 ，最優(yōu)含水量 ％，該土料場(chǎng)粘粒含量偏高，其它各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)符合要求，土料質(zhì)量一般。 （ 3）由于施工清基不徹底，尤其兩岸壩肩仍殘留有第四系松散堆積的殘坡積層，以致存在接觸帶滲漏，并且隨庫(kù)水位升高，滲漏量相應(yīng)增加，滲漏量 的變化與庫(kù)水位具有較好的相關(guān)關(guān)系。 （ 6）放水臥管因施工質(zhì)量較差，加之多年運(yùn)行中水流沖刷等影響， 存在嚴(yán)重腐蝕、脫落，多處地方鋼筋裸露等 ，危及大壩安全。 該水庫(kù)是一座以灌溉為主，兼顧防洪，養(yǎng)殖等綜合效益的?。?1）型水 庫(kù)水利工程。 本次設(shè)計(jì)主要考慮水庫(kù)安全，確保水庫(kù)正常運(yùn)行 ,并通過(guò)除險(xiǎn)加固使水庫(kù)達(dá)到設(shè)計(jì)的灌溉效益。 2）溢洪道：針對(duì)溢洪道非正式、下游沖淤嚴(yán)重等問(wèn)題，建議： ①整修建溢洪道、泄槽、增設(shè)消力池，并采用相應(yīng)的抗腐蝕性混凝土； ②對(duì)溢洪道兩側(cè)山坡進(jìn)行整理、護(hù)砌并作好防滲排水設(shè)施。 6）上壩公路 ①改造上壩公路、增設(shè)通訊設(shè)施，以滿足防汛要求。土工膜四周伸入砼基座內(nèi)，兩側(cè)砼基座以下設(shè)帷幕灌漿，使壩體與壩基形成一個(gè)封閉的防滲體系。 （ 2）大壩壩坡排水設(shè)計(jì) 下游為草皮護(hù)坡，為避免雨水匯流沖刷壩坡，在下游壩坡面上設(shè)置縱、橫排水溝。 （ 3）排水棱體設(shè)計(jì) 大壩下游壩坡排水棱體采取新建處理方法。 輸水建筑物除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì) 因原輸水涵洞的斷面尺寸較小 (直徑 1m)，且漏水嚴(yán)重，不便于進(jìn)洞進(jìn)行處理，本次擬對(duì)其進(jìn)行封堵，在大壩壩頂開挖直徑 2m 的豎井，與涵管相接后，再往上下游各開挖尺寸 的施工平洞，將涵管的漿砌石結(jié) 構(gòu)拆除，在上下游兩端采用 1m 長(zhǎng)的C20 砼塞封堵，對(duì)平洞及豎井以粘土進(jìn)行填筑，形成新的防滲體將底涵進(jìn)行截?cái)唷? 溢洪道加固設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì) 對(duì)局部損壞的溢洪道底板和擋墻進(jìn)行修復(fù)。 新建消力池，消力池采用 兩級(jí)消能方式， 等寬矩形斷面下挖式消力池 。 防汛公路加固設(shè)計(jì) 考慮在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)母纳坪蛿U(kuò)建，路面進(jìn)行削坡處理，降低路面坡降，重新鋪設(shè)混凝土路 面，控制路面坡降 i≤ 5%；混凝土路面寬 3m。在大壩左、右岸共設(shè) 2 個(gè)工作基點(diǎn)和 4 個(gè)校核基點(diǎn)，水準(zhǔn)基點(diǎn)分別設(shè)在大壩下游左、右岸距壩軸線約 1km 處，在大壩共設(shè)置了 2個(gè)觀 測(cè)斷面共 4個(gè)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)水平位移和豎向位移。降水量是在壩區(qū)設(shè) 1 個(gè)雨量器觀測(cè)壩區(qū)降水量。檢修門平時(shí)存放于啟閉機(jī)房，采用臨時(shí)啟閉設(shè)施靜水操作（小開度提門平壓）；工作門動(dòng)水啟閉，利用部分水柱閉門，采用一臺(tái)型號(hào)為 LQ160 的螺桿啟閉機(jī)進(jìn)行啟閉操作。 （ 3） 在大壩下游坡中部 發(fā)現(xiàn) 有少數(shù) 危害跡象多處。 根據(jù)樞紐除險(xiǎn)加固工程的總體布置，經(jīng)初步計(jì)算，項(xiàng)目施工擾動(dòng)地面面積 萬(wàn) m2，臨建占地 2700 m2，防汛公路和施工道路 3300m2。 環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì) 本工程的建設(shè)有利于項(xiàng)目區(qū)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，促進(jìn)項(xiàng)目區(qū)資源的持續(xù)利用，促進(jìn)項(xiàng)目區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。 對(duì)本工程而言，凡為避免工程施工造成的環(huán)境影響而采取的環(huán)境保護(hù)措施、監(jiān)測(cè)手段以及相應(yīng)的運(yùn)行費(fèi)，均列為環(huán)保投資。37′ 9″，屬沅水流域長(zhǎng)譚溪二級(jí)支流，其樞紐工程距枝柳鐵 路 7km，距 209 國(guó)道 16km。根據(jù)懷化市氣象站歷年實(shí)測(cè)氣象資料統(tǒng)計(jì)，氣象要素如下： 多年平均氣溫 ℃ ，極端最高氣溫 ℃ （ 1971 年 7月 27 日），極端最低氣溫 ℃ （ 1977 年 1 月 30 日）；多年平均年 降雨量 1427mm；多年平均蒸發(fā)量 。 洪水 四十灣水庫(kù)所在支流沒有水文站，庫(kù)區(qū)內(nèi)也沒有雨量站，因此本次設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算采用由暴雨推算洪水的方法來(lái)推算設(shè)計(jì)洪水，并以 1984 年 9 月湖南省水利水電廳編制出版的《湖南省暴雨洪水查算手冊(cè)》（以下簡(jiǎn)稱為《手冊(cè)》）中所介紹的方法為主。 據(jù)統(tǒng)計(jì)， 懷化以上流域地區(qū) 多年平均降水量 1248mm， 4～ 9月份為汛期，降水量約占全年降水量的 %，降雨日數(shù)占全年雨日的 %。根據(jù)查得的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，得各頻率設(shè)計(jì)暴雨成果，見表 。 18 設(shè)計(jì)凈雨過(guò)程 由設(shè)計(jì)暴雨過(guò)程推求凈雨過(guò)程，其中初損取 I0＝ 25mm， R 上 /R 總 ＝ ～ 。計(jì)算公式如下： FRQ tm ?? ? )/( 4/13/1 mQJmL ???? 根據(jù)已知的凈雨過(guò)程， 自最大凈雨強(qiáng)度開始向前后相鄰時(shí)段連續(xù)累加，并除以相應(yīng)的歷時(shí)，得出時(shí)段平均最大凈雨強(qiáng)度 tRt/ ，點(diǎn)匯 tRt/ ～τ相關(guān)線。成果見下表。 水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算 水庫(kù)調(diào)度原則 本次計(jì)算采用無(wú)泄量控制的方式，從正常蓄水位 300m 起調(diào)，當(dāng)入庫(kù)流量大于溢洪道的泄流能力時(shí)，庫(kù)水位上漲，水庫(kù)滯洪；至入庫(kù)洪水流量等于溢洪道的泄流能力時(shí)，水庫(kù)水位達(dá)到該次洪水的最高水位；隨后，入庫(kù)洪水流量小于溢洪道的泄流能力，庫(kù)水位下降。泄流曲線未考慮引水灌溉泄流能力。 表 四十灣水庫(kù)調(diào)洪結(jié)果表 洪水頻率（ %） 洪峰流量（ m3/s） 最高壩前水位（ m） 最大泄量（ m3/s） 2 5 原設(shè)計(jì)洪水位為 ，校核洪水位為 ，本次計(jì)算結(jié)果略高，以本次復(fù)核計(jì)算結(jié)果來(lái)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)。 根據(jù)《規(guī)范》第 ，壩頂在水庫(kù)靜水位以上的超高應(yīng)按下式確定： 式中 Y —— 壩頂超高， m； R —— 最大波浪在壩坡上的爬高， m； e —— 最大風(fēng)壅水面高度， m； A—— 安全加高， m；正常運(yùn)用情況取 A=，非常運(yùn)用情況取 A=。 經(jīng)計(jì)算，正常及非常運(yùn)用情況下所需壩頂高程如表 所示。限于 當(dāng)時(shí) 的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件和 施工條件 ，加之施工質(zhì)量把關(guān)不嚴(yán)，導(dǎo)致 工程質(zhì)量 本身先天不足。 （ 2）大壩壩基和壩肩存在滲漏問(wèn)題，壩體局部滲透系數(shù)偏大，存在壩體滲漏現(xiàn)象。 （ 5）溢洪道進(jìn)口兩岸山坡較 陡，常有滑坡，下游未設(shè)消能防沖設(shè)施。 鑒于本工程存在上述較嚴(yán)重的問(wèn)題，依據(jù)《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（ SL2582021）， 四十灣 水庫(kù)工程質(zhì)量評(píng)價(jià)為不合格。本次勘測(cè)工作依據(jù)《中小型水利水電工程地質(zhì)勘測(cè)規(guī)范》（ SL552021）等及《勘測(cè)任務(wù)書》的要求進(jìn)行，采用測(cè)繪、鉆探及室內(nèi)、室外試驗(yàn)等勘察手段，對(duì)本項(xiàng)目進(jìn)行工程地質(zhì)勘察和評(píng)價(jià)。完成的工作量見下表 1。 ② 全新統(tǒng)沖積堆積 (Q4al)： 上部為 棕黃色粉質(zhì)粘土，下部砂礫石層結(jié)構(gòu)松散，礫石磨圓度差，成分以板巖、砂巖為主，厚度 2~3m。厚度 1~?！?65176。節(jié)理面平直、閉合，地表可見延伸長(zhǎng)大于 5m，一般 2～ 4 條 /m。節(jié)理面平直光滑，切割深，地表可見延伸長(zhǎng)大于10m，比較發(fā)育，一般 3~5 條 /m。節(jié)理面平直，切割深，延伸長(zhǎng)，比較發(fā)育，密集處可達(dá) 5~6 條 /m。 有風(fēng)化厚度具有山頂比坡麓厚，坡麓比河床厚的特點(diǎn)。 （ 2） 中部弱透水帶上帶：巖體呈弱風(fēng)化狀態(tài)，透水率 ～ ，分布河床及左、右兩岸壩肩，標(biāo)高 255～ 300m。E， SE∠ 60176。 壩肩滲漏主要發(fā)生在壩體與山體接觸帶部位，其表現(xiàn)形式為散浸和滲水。設(shè)計(jì) 堰頂高程 ， 溢流孔口寬度 12m， 最大下泄流量 。 溢洪道沿線 出露地層為泥盆系中 統(tǒng)紫 紅 色中厚 ～ 厚層狀 含礫石英砂巖夾頁(yè)巖及炭質(zhì)頁(yè) 巖，巖層產(chǎn)狀 N45176。傾向右側(cè)坡內(nèi)偏小游。節(jié)理面平直光滑，切割深，地表可見29 延伸長(zhǎng)大于 10m；（ 2） N75176。受節(jié)理影響，傾向右側(cè)邊坡坡外。 放水隧洞工程地質(zhì)條件及評(píng)價(jià) 擬建放水隧洞布置于左壩端， 進(jìn)口 底板 底 高程 ，出口 底板 底 高程 。基巖裸露，巖性為 為泥盆系中 統(tǒng)紫 紅 色中厚 ～ 厚層狀 含礫石英砂巖夾頁(yè)巖及炭質(zhì)頁(yè) 巖 。 E， SE∠ 60176。 建議對(duì)洞臉邊坡進(jìn)行支護(hù)，建議開挖坡比為：永久開挖坡比 1： 0. 5，臨時(shí)開挖坡比 1： 。 E， SE∠ 60176。其它 洞段 為弱風(fēng)化狀，巖體完整性較好 ，圍巖類別 屬 Ⅱ 類圍 巖，自穩(wěn)能力較好， 其 堅(jiān)固系數(shù) fk=~，彈性抗力系數(shù) K0=10~15Mpa/cm。 強(qiáng)風(fēng)化帶下限埋深 8m~10m?！?40176。 根據(jù)調(diào)查和運(yùn)行觀測(cè)資料，放水涵管主要存在嚴(yán)重腐蝕、脫落，多處地方鋼筋裸露?，F(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)滲透系數(shù) ,且碾壓時(shí)未進(jìn)行分層 ,夯壓不密實(shí)。 壩基強(qiáng)風(fēng)化帶 ,巖性 主要為 D2t 中厚 ～ 厚層狀 含礫石英砂巖、泥質(zhì)粉砂巖夾頁(yè)巖及炭質(zhì)頁(yè) 巖， 基巖表部呈強(qiáng)風(fēng)化，且較破碎，透水性較大，透水率為 ~18Lu，為中等透水區(qū)。 其 物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)推薦值 具體確定如下： ⑴ 含水量、孔隙比、滲透系數(shù)、壓縮系數(shù)推薦值取試驗(yàn)值的大值平均 值； ⑵ 干密度、內(nèi)摩擦角、內(nèi)聚力推薦值取小值平均值； ⑶ 濕密度、塑性指數(shù)、液性指數(shù)取算術(shù)平均值； ⑷ 快、慢剪的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，根據(jù)試驗(yàn)資料取小值平均值，當(dāng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)偏少時(shí)，結(jié)合工程類比提出； （ 5） 室內(nèi)、外滲透試驗(yàn)數(shù)據(jù)有一定的出入，這可能與現(xiàn)場(chǎng)取樣不規(guī)范，路途運(yùn)輸未采取防震措施有關(guān)。） C （ KPa） φ （176。 （ 6）鑒于斜墻區(qū)鉆孔施工難度大，無(wú)法孔內(nèi)取土樣進(jìn)行試驗(yàn)，因此，只能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及調(diào)查結(jié)合工程地質(zhì)類比法提出有關(guān)物理力學(xué)指標(biāo)建議值。 31 為了調(diào)查填土的物理力學(xué)特性，在壩體有代表性的斷面上布