【導讀】工程設計證書：184412-sb. 石橋水庫除險加固工程。新化縣水利水電勘測設計院

　　

【正文】 斜坡的坡度系數(shù)， m＝ 而設計波浪爬高值按工程等級確定，根據(jù)已知條件查《規(guī)范》（ SL27420xx）表 有：設計工況下 RP%＝ ,校核工況下 RP%＝ 。 ① 設計洪水情況下波浪爬高的計算： 據(jù)前面已經求得的設計洪水時的波長及波高值，代入公式得 R ＝ ，則 R＝ ＝ ② 校核洪水情況下的波浪爬高計算 同理可得校核洪水情況下的波浪爬高 R ＝ 則 R＝ ＝ （ 4） 風雍水面高度計算 ?c os22gHDWKe ?? 式中： e 計算點處風壅水面高度（ m） k 綜合摩阻系數(shù)， k＝ 10－ 6 H 水域平均水深（ m）， 約為 18m β 風向水域中線的夾角（ 0），取 cosβ＝ 1 經計算風壅水面高度 設計工況下 e＝ ， 校核工況下 e＝ （ 5） 計算成果 表 水庫大壩頂部 所需高程復核表 21 運用情況 Z0 Rp e A Z 正常運用 非常運用 由上述計算可知，設計工況所要求的壩頂高程為 ， 高 于實際壩頂高程；校核工況所要求的壩頂高程為 ， 低 于壩頂實際高程 ，故壩頂 高程不滿足 規(guī)范要求。 防滲體頂部高程復核 石橋 水庫大壩為心墻壩，根據(jù)《小型水利水電工程碾壓土石壩設計導則》（ SL18996） :防滲體頂部 高程應高于正常運行的靜水位 以上，非常運用情況時防滲體頂部高程不應低于非常運用的靜水位，該水庫防滲體頂部高程為 ，故大壩防滲體頂部 高程不滿足 規(guī)范要求。 溢洪道控制段 導墻 頂部高程復核 本工程溢洪道考慮新建，因此本設計不對 溢洪道控制段導墻頂部高程 進行 復核 。 雨水情測報 本次設計 結合縣里的“山洪災害預警系統(tǒng)規(guī)劃”建一個雨量、庫水位觀測站。壩址雨量觀測和流域內雨量觀測點 以及壩前水位觀測采用自動采集系統(tǒng) 。 22 3 工程地質 概述 石橋水庫位于新化縣坐石鄉(xiāng)石橋管區(qū) 同心 村，距縣城 38公里。有縣級公路相通，交 通比較方便。 水庫壩長 237 米，壩高 米，控制集雨面積 3 平方公里，庫容 55 萬方。屬小二型水庫。 大壩左端基礎漏水，壩基已產生浸透變形；大壩中部下游坡被洪水嚴重沖刷；大壩左端正常水位內有溶洞群，已導致水庫不能正常蓄水；大壩背水坡無縱橫排水溝，壩腳無排水棱體。 溢洪道未設溢流堰截滲墻，斷面窄，泄槽和消能池被洪水沖毀，泄洪能力不能達到防洪標準。 放水涵臥管受淤堵，漏水嚴重；三合泥涵管斷裂錯位，漏水嚴重，已引起大壩內坡變形。 區(qū)域 地質概況 地形地貌 水庫地處新化東部石灰?guī)r群山區(qū)，屬衡邵干旱走廊區(qū)。區(qū)內由灰?guī)r、 白云巖、白云質灰?guī)r組成中山區(qū)。石橋水庫水系屬資江一級支流青峰河上游左支流石橋溪。由北往南流入青峰河，然后注入資水。水庫座落在石灰?guī)r發(fā)育的巖溶地貌區(qū)的溝谷口。由于灰?guī)r巖溶發(fā)展，地表多裸巖，植被覆蓋率低，水源涵養(yǎng)差，地表蓄水困難，干旱是這片的主要災害。 地層巖性 水庫壩區(qū)與庫區(qū)均座落于上古生界石炭系中統(tǒng)黃龍組地層。巖性為灰白、淺灰色厚層狀灰?guī)r、白云巖、白云質灰?guī)r，走向北東，傾向南東，傾角 2535 度不等。地表石芽、石筍、漏斗發(fā)育，水庫周邊巖溶水排向庫內，有利于水庫蓄水。 23 地質構造及地震 工程區(qū)位于新華廈構造體系 太平洋運動第三隆起帶東側及江南古陸雪峰山弧形構造東南側與祁陽山字形構造交接復合區(qū)。本區(qū)域最主要的構造形跡是向西北突出的弧形或略作弧形分布的褶皺及沖斷層等壓性結構，同時還存在有與壓性結構相伴生的并隨弧形偏轉而變更其方位的張性斷裂和扭性斷裂，從而導致了構造形跡的復雜多變性。工程最主要構造形跡表現(xiàn)在北北東向的褶皺與斷裂。 從整個區(qū)域地質構造上分析，工程區(qū)都是由單個的褶皺和斷裂交織組合的復式結構體。從山脈、河流、巖層線和斷層的分布來看，都集中表現(xiàn)在北東向構造和弧形構造對本工程區(qū)的影響。 褶皺：新化去雞叫巖復式向 斜、軸向北北東至北東，略作弧形偏轉，延伸長度在 10公里以上。在工程東北部的車田江向斜，也是北北東向的，延伸長約 30 公里。 斷層：區(qū)內北北東向及北東向斷裂十分發(fā)育，庫區(qū)及壩址區(qū)有一條較大的斷層通過，但歷史上沒有發(fā)現(xiàn)活動跡象，對工程影響甚微。 地震：據(jù)歷史記載，新化曾于 1710 年 4 月與 1852 年 3 月發(fā)生過 級地震，根據(jù) GB1830620xx 版 1： 400 萬《中國地震峰值加速度區(qū)劃圖》和《中國地震反應譜特征周期區(qū)劃圖》，工程區(qū)的地震峰值加速度為 ，地震反應譜特征周期為 ，由此對應的地震 烈度為 V1 度。 水文地質條件 工程的水文地質條件與地貌單元，巖性組合等要素關系極大。本區(qū)是屬于湘中丘陵與湘區(qū)巖溶地貌過渡的石灰?guī)r巖中山區(qū)，地下水的主要類型是巖溶水，基巖裂隙水和松散堆積層孔隙水。 地下巖溶水：受青峰河的切割影響，從地表匯入漏斗進入地下暗河，溶隙而排入河流或山泉井等出露形式排出。如青峰河上游的溪谷邊、山坡腳、富水洼地是泉井的出露點。地表 500 米以的高岸山區(qū)，由于地下巖溶作用，加巖石裸露，植被少，地表蓄水保水能力差。因此，干旱是該地區(qū)最主要的自然災害。 基巖裂隙水：分布于溶隙與構造裂隙中 接受大氣降水和松散堆積層孔隙水補給，多以濕潤地塊的形式排泄于洼地、河床，出現(xiàn)季節(jié)性泉井。 松散推積孔隙水：多分布于溪谷平原地帶的坡、洪積層堆積地域，主要接受大 24 氣降水補給，水位、水量隨季節(jié)性變化。 壩址區(qū)工程地質條件 （一）地形地貌 石橋水庫地處石灰?guī)r群山區(qū)，工程區(qū)地勢是一個北高南低的山間盆地。北邊為庫區(qū)，海拔 400 米左右，庫內山峰海拔 504 米，壩址區(qū) 385 米，大壩下游地形開闊，平均海拔 350380 米。大都基巖裸露，山坡植被覆蓋率低，水源涵養(yǎng)較差。 （二）地層巖性 壩址 區(qū)地層為上古界石炭系中統(tǒng)黃龍組（ C2h），巖性為灰白、淺灰色厚層狀灰?guī)r、白云巖、白云質灰?guī)r，走向北東，傾向北西，傾角 3035度，溶洞地下暗河發(fā)育，暗河水排向青峰河。大壩左端山頭溶隙十分發(fā)育，地下溶洞相互聯(lián)通，成為溶蝕塌洞 （三）地質構造 壩址區(qū)有一與壩軸近乎垂直的斷層通過，但歷史上沒有發(fā)生活動的跡象，在構造上對大壩的影響極小。 其它建筑物工程地質條件 溢洪道工程地質條件 溢洪道位于大壩左壩端，座落在一個坡度較緩的山坡上。根據(jù)原溢洪道斷面開挖跡線看，平坡段較好，陡坡段地質條件多為孤立石，存在大量溶隙，溶隙被風化物填充。后經溢洪道底板降低處 理，底板尾端巖石基礎仍然較差，兩側導水墻上部特別是尾端為風化石或覆蓋層。尾段沖毀劇烈，兩岸坡度陡，已產生了崩塌，并危及兩側旱土及左側民房。 灌溉 輸 水涵工程地質條件 因大壩偏右端原有涵洞 ,斷面過小 ,又是穿堤建筑物，對大壩運行極不安全。為排洪保安需要和地形的實際狀況，必須在大壩右端山體內打一排洪洞。根據(jù)現(xiàn)場勘探及地質資料綜合分析，隧洞沿線山體覆蓋的巖石層較厚 ,但進出口兩端巖層覆蓋較薄。特別是出口段的 4 米范圍內 ,巖石較破碎。隧洞進口 3米段巖山具有風化構造裂隙。巖性 25 為堅硬的中厚層狀灰?guī)r、白云質灰?guī)r。涵洞走線段巖石完 整，但進出口山坡段巖石整體完整性較差，必須進行發(fā)拱加固處理。碰到溶隙帶，采取邊掘進邊襯砌的辦法。隧洞進出口兩邊邊坡用 1: 1： 的坡度護砌。 天然建筑材料 本工程所需天然建筑材料為塊石、河砂、碎石、粘土。 石料 塊石料從附近距離水庫約 2Km 石料場購買，有鄉(xiāng)村公路相通。石料場巖性為 厚層狀灰?guī)r、白云質灰?guī)r。 地形坡度 25176?！?30176。，巖質堅硬，抗風化力強，儲量較豐富；地表覆蓋層及強風化層厚度 ～ 2m，屬無用層；下部弱風化灰?guī)r平均天然抗壓強度50MPa，飽和抗壓強度 45MPa（工程類比資料），有用層 儲量大于 3萬 m3。 防滲土料 根據(jù)水庫管理所推薦，本次重點查勘了庫區(qū)下游土料場，距大壩 1～ 2km，料場分布于岸坡山包，擬開采土層為第四系殘坡積層，為灰褐色～黃褐色粘土，可塑～硬塑狀態(tài)，以粘粒為主，平均粘粒含量 23%，滿足規(guī)范（粘粒含量 15％～ 40％）的要求，比重 ～ ，孔隙比 ～ ，干密度 ～ ，壓縮系數(shù) ～ ，內摩擦角 ～ 176。, 粘聚力為 ～ 。該類土夯實后滲透系數(shù)為 105cm/s～ 1 105cm/s。料場 土料可利用儲量約 3 萬 m3，交通條件較差，土料場的儲量、土料質量均可滿足設計要求。 砂礫石料 工程區(qū)內無建筑砂料，需從 新化縣 資水河邊的砂料場購買，運距較遠，由于水庫區(qū)附近裸露后層狀灰?guī)r、白云質灰?guī)r，石料場較多，建議購買機制砂。有鄉(xiāng)村公路到達水庫大壩壩頂，運輸條件較好 。 26 4 除險加固 設計 工程任務和規(guī)模 大壩本身控制集雨面積 ，該工程于 1959 年興建， 1961 年建成受益。水庫設計 正常蓄水位 ， 相應 庫容 萬 m3， 20 年一遇設計洪水位 ， 200年一遇校核洪水位 ， 200 年一遇總庫容 萬 m3，死水位 ，死庫容 萬 m3。樞紐工程由大壩、溢洪道、涵臥管等組成。根據(jù)《水利水電樞紐工程等級劃分及洪水標準》 SL25220xx 之規(guī)定，該工程等別為 Ⅴ 等，其主要建筑物為 5級 。 本工程原設計灌溉農田 750 畝 ，養(yǎng)魚水面 73 畝，防洪安全影響下游坐石、曹家、桑梓等三個鄉(xiāng)鎮(zhèn)石橋、同興、海池、大云等 11 個村 14000 人及耕地 11000 畝，影響距大壩 3km的獅子巖煤礦。 溢洪道為開敞式溢洪道，超過 200 年一遇洪水時，所采取的應急措施是及時通知下游群眾做好安全轉移工作，報告 防汛指揮部實施緊急搶險預案。 主要加固項目 大壩安全鑒定 工程存在如下主要問題： 大壩壩體漏水、壩基、壩肩漏水。 大壩內外坡沒有護坡 ,局部存在塌坑。 溢洪道的底板和側墻原為漿砌料石襯砌，因 20xx 年 特大暴雨洪水，溢洪道泄槽段和消力池全部沖毀，因經濟困難，現(xiàn)在沒有恢復 。大壩涵管漏水。大壩存在白蟻危害。大壩無管理用房，無水位和雨量觀測設施，無位移、滲流觀測設施。 根據(jù)安全鑒定確定的問題，確定大壩除險加固的主要項目：對大壩內、外坡進行護坡整治處理 。大壩壩身采用沖抓回填進行防滲處理。對大壩壩基滲漏采用帷幕灌漿方式進 行防滲處理，并延伸兩岸帷幕。 新建 溢洪道 ，尾端新建消能防沖設施。 對涵管進行封堵新建 隧洞 處理。 新修防汛公路 400m。 完善管理設施，建立、健全大壩觀測、水文氣象觀測和防汛設施。 設計 依據(jù) 工程等別與建筑物級別 石橋 水庫是一座以灌溉為主，結合防洪、養(yǎng)魚等綜合利用的小 Ⅱ 型水利工程，依 27 據(jù)《防洪標準》 GB50201—94 及《水利水電工程等級劃分及洪水標準》 SL252—20xx的規(guī)定，確定水庫工程規(guī)模為 Ⅴ 等，主要建筑物為 5 級建筑物，次要建筑物為 5 級，臨時建筑物為 5 級。永久性水工建筑物設計洪水標準為 20 年一遇，校核洪水標準為 200年一遇。 規(guī)程規(guī)范 （ 1） 《水文調查規(guī)范》 SL19697 （ 2）《防洪標準》 GB5020194； （ 3）《水利水電工程等級劃分及洪水標準》 SL25220xx； （ 4） 《水利工程水利計算規(guī)范》 SL10495 （ 5）《水利水電工程設計洪水計算規(guī)范》 SL4420xx； （ 6）《 中小型水利水電工程地質勘察規(guī)范 》 SL5520xx； （ 7）《 水利水電工程注水試驗規(guī)程 》 SL34520xx； （ 8）《 小型水利水電工程碾壓式土石壩設計導則 》 SL18996； （ 9）《 碾壓式土石壩設計規(guī)范 》 SL27420xx； （ 10）《 混凝土重力 壩設計規(guī)范》 SL31920xx； （ 11）《 砌石 壩設計規(guī)范》 SL2520xx； （ 12）《 混凝土拱 壩設計規(guī)范》 SL28220xx； （ 13）《溢洪道設計規(guī)范》 SL25320xx； （ 14）《水工隧洞設計規(guī)范》 SL27920xx； （ 15）《 土工合成材料應用技術規(guī)范 》 GB5029098； （ 16）《 水利水電工程土工合成材料應用技術規(guī)范 》 SL/T22598； （ 17）《土石壩安全監(jiān)測技術規(guī)范》 SL6094； （ 18）《水利水電工程施工組織設計規(guī)范》 SL30320xx； （ 19）《 水利水電工程圍堰設計導則 》 DL/T50871999； （ 20）《水庫工程管理設計規(guī)范》 SL10696； （ 21）《湖南省 小型水庫 除險加固工程初步設計 報告編制提綱 》（湖南省水利廳） 28 安全系數(shù) （ 1）溢洪道側墻抗滑、抗傾穩(wěn)定安全系數(shù) 根據(jù)《溢洪道設計規(guī)范》（ SL25320xx）的相關規(guī)定， 4 級建筑物邊墻抗滑、抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)見表 ，區(qū)域屬于 地震基本烈度小于 Ⅵ 度地區(qū)，可不作抗震 設計組合 。 表 邊墻抗滑、抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)表 安 全 系 數(shù) 抗 滑 抗 傾 正常運用條件 非常運用條件 正常運用條件 非常運用條件 （ 2）安全加高值 根據(jù)《溢洪道設計規(guī)范》規(guī)定，