【正文】 流域概況 松園水庫上游引流流域面積 ，集水面積 。設計洪水標準 10 年一遇，校核洪水標準 20 年一遇，設計洪峰與洪量值見表 11。水庫局部存在淺表層小規(guī)模坍塌，庫岸總體較穩(wěn)定。庫區(qū)固體徑流物來源少，對水庫造成一定淤積，但淤積量少，淤積不嚴重，不影響水庫正常蓄水。 本次除險工程的任務是對大壩進行除險加固，完善工程設施，消除水庫安全隱患，保證水庫安全運行，充分發(fā)揮水庫效益，確保水庫下游人民生命和財產的安全。 水資源工程系頂崗實踐報告 5 除險加固設計 設計依據 工程等別及建筑物級別 松園水庫總庫容 萬 m3，為?。ǘ┬退畮臁? 洪水設計標準 根據松園水庫的規(guī)模，依據 大壩安全鑒定報告書，松園水庫防洪標準如下： 校核洪水標準為 20 年一遇（ p＝ 5%）； 設計洪水標準為 10 年一遇（ p＝ 10%）。 地震設防烈度 本工程所在地區(qū) 基本烈度為 Ⅷ 度，水庫抗震設計烈度為 Ⅷ 度。大壩為均質土壩，壩高 ，松園水庫除險加固設計報告 6 壩頂寬度不等，為 ~，壩長 ，大壩上游壩坡平均坡比 1:，下游壩坡平均坡比 1:1~1:3。輸水洞型式為 800800mm砌石方涵，涵洞長約 ，放水涵洞進口設鍋蓋閘，啟閉形式為鋼繩牽引手動式。由于建壩時受施工條件限制，筑壩土料就近取 材 ，土料多樣性且較雜；碾壓設備差，施工中未進行碾壓密實度、含水率等物理力學指標控制，上壩土料質量檢測控制不嚴格，造成壓實度差，力學指標偏低，滲透 量 大等問題。壩體滲漏嚴重，下游有兩處集中滲水點，壩體的抗?jié)B、抗震性能差，現狀質量不合格。大壩無觀測、監(jiān)測設施。加之大壩壩基局部地段碾壓密實度不夠，孔隙比較大，按巖土滲透性分級，屬中等透水層，需做防滲處理。 （ 4）輸水涵洞 輸水洞為 800800mm 方涵放水，長約 ，邊墻縫隙滲水嚴重，石灰砂漿已形成空腔，涵洞自身穩(wěn)定差，易引起大壩變形。 （ 6） 引水渠道 現引水渠（引流域水）為自然山體開挖成的簡易水溝，斷面尺寸約為300300mm，引水流量約為 ，上游無控制閘門。 根據下式計算壩頂超高： aeRy ??? MNhR ? 水資源工程系頂崗實踐報告 7 3/14/ DVh ? gHDVe 2 c 2 ?? 其中： R— 波浪在壩坡上的爬高 a— 安全加高 e— 最大鳳壅高度 2h— 波浪高 M— 上游壩坡坡率 N— 壩坡粗糙系數（干砌石取 ，混凝土取 ） ? — 風向與壩軸線法線夾角 H— 壩前水深 V— 風速（正常運用條件下為多年平均風速的 倍，非正常運用條件下等 于多年平均風速） D— 吹程（在地形圖上量取為 ） 壩頂高程的確定取以下四種運行情況的最大值。 松園水庫壩頂超高值見表 21： 表 21 松園水庫壩頂超高值 運用 情況 水位 （ m） 波浪爬高 （ m） 風壅水面高（ m） 安全加高 （ m） 地震涌浪＋沉陷高（ m） 壩頂超高（ m） 計算壩頂 高程（ m） 1 2 3 4 1 松園水庫在設計洪水位加正常運用要求壩頂高程 、正常蓄水位加正常運用要求 、校核洪水位加非常運用要求 、正常蓄水位加非常運用要求 ，要求壩頂高程最小為 ，現狀大壩壩頂高程為~，擬對不滿足壩高要求壩段進行加高，滿足要求壩段進行壩頂平整，平整大壩壩頂超為 ，超高滿足防洪安全要求。因此本次除險加固主要對松園水庫除險加固設計報告 8 大壩進行加固，對輸水洞進行改造，以及對壩肩進行防滲處理。加固時對大壩壩體上游采取清理、削平，整理壩坡至 1： ；迎水面設置 8cm 厚混凝土預制面板防沖襯砌，下面鋪設 20cm 混合砂墊層，以此作為大壩壩體防沖面。 下游坡 0+~0+ 段進行削坡整理，坡比 修整 為 1:3，坡面植草護坡，坡腳設貼坡排水，下設排水溝。壩頂新建彈石路面。 經滲流計算 分析 滲透比降滿足規(guī)范要求，不會產生滲透破壞，經壩坡抗滑穩(wěn)定分析，大壩上、下游壩坡在各種運行工況下其安全系數均滿足規(guī)范要求。加固時對大壩壩體上游采取清理、削平，整理壩坡至 1： ；迎水面設置 8cm 厚混凝土預制面板防沖襯砌，下面鋪設 20cm 混合砂墊層，依此作為 大壩壩體防沖面。其余壩段進行削坡，放緩至 1:，坡面植草護坡，坡腳設混合式排水，下設排水溝。除險加固后，大壩壩型為均質土壩，壩頂高程為 ，最大壩高 ，壩頂寬度為 ，壩軸線總長 。 經穩(wěn)定分析和滲流計算 表明，方案一和方案二均能滿足大壩穩(wěn)定要求，由于方案二沒有進行防滲處理，可能會無法截斷下游兩處集中滲水點。 （ 2）大壩左壩肩 0+ 樁號處對輸水涵洞進行加固，進水口改造為直徑為 500mm 的圓形進口，進口底部設置集水井，進水口以 600600mm 平板閘控制，輸水涵洞洞身用 DN500mm 的鋼管做內襯處理，新老管道間回填混凝土，最后做注漿封填處理。根據調洪演算，輸水隧洞可滿足泄洪要求，因此不再布置溢洪道。 該加固方案經滲流計算 分析 不會發(fā)生滲透破壞，經壩坡抗滑穩(wěn)定分析，大壩上、下游壩坡在各種運行工況下其安全系數均滿足規(guī)范要求。 表 22 壩體壩基土體參數指標 巖土體類別 天然容重（ kN/m3) 飽和容重（ kN/m3) 黏聚力（ c） 內摩擦角 （ ф） 滲透系數 （ k） 壩體 5107 ?? 壩基 4101 ?? 滲流分析采用北京理正公司《理正巖土分析軟件》滲流 有限元分析法進行計算。 綜合松園水庫地形、地質等因素，選取實測典型斷面兩個：斷面 1（樁號0+）和斷面 2（樁號 0+）。 判別土體變形類型： 土體不均勻系數 6010udC d? ， 曲率系數 23010 60cdC dd? 計算得 uC =~5， cC =~， 按不連續(xù)級配判斷，細粒含量。 流土型臨界水力坡降公式 ? ?? ?11cr sJ G n? ? ?， 根據《水利水電工程地質勘察規(guī)范》（ GB5028799）規(guī)定，土的允許水力比降由臨界水力比降除以安全系數 2求得，即： ? ?2crJJ ? 建議取壩體 ? ， ? ， 則計算 ? ?? ?/ 1 1 = 0 .9 4scrJ G n? ? ?壩 體 ， ? ? ?壩 體 壩基 ? ， ? ， 則計算 ? ?? ? 0 3 ???? nGJ scr 壩基 ， ? ? ?壩基J 計算成果統(tǒng)計見表 23 至表 26： 1）壩體斷面 1（ 0+）計算結果 表 23 各工況下壩體滲流計算結果 工況 特征水位（ m） 單寬滲流量（ m3/d） 校核水位 設計水位 正常蓄水位 正常蓄水位降至死水位 ─ 表 24 大壩滲透坡降表 計 算工 況 位置 出逸點坡降 臨界坡降 允許水力坡降 校核洪水位 壩體 壩基 設計洪水位 壩體 壩基 正常蓄水位 壩體 壩基 死水位 壩體 壩基 從表 5表 53 中可以看出，校核、設計洪水位工況下大壩壩體出逸點壩基滲透比降均大于滲透變形允許的水力比降 ，正常蓄水位工況下壩體滲透比降大于允許的水力比降 ，因此，大壩原壩體滲流不穩(wěn)定。因此，大壩原壩體滲流不穩(wěn)定。據《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（ SL2742021） 的規(guī)定 ，相應的壩坡抗 滑穩(wěn)定最小允許安全系數正常運用條件為，非常運用條件一為 ，非常運用情況條件二為 。 壩體穩(wěn)定復核計算采用簡化畢肖普圓弧法，按有效應力計算 。計算軟件采用北京理正公司《理正巖土分析軟件》。穩(wěn)定復核計算成果如下表 27和 28。因此下游壩坡抗滑穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求，抗滑穩(wěn)定不安全。 （ 2）壩坡設計 根據大壩壩坡穩(wěn)定復核計算結果和結構要求，對上游壩坡清除原表層破碎砌石、雜物與腐殖土體，依據設計坡比進行修整。 下游坡 0+~0+ 段進行削坡整理，坡比為 1:3，坡面植草護坡，坡腳設貼坡排水，采用 20cm 混合砂層與 30cm 干砌石做反濾層，貼坡頂高程，下設排水溝，內部尺寸 500500mm；在 0+~0+ 壩段進行培厚，放緩至 1:，坡面植草護坡，坡腳設混合式排水，下設排水溝。除險加固后，大壩壩型為均質土壩，壩頂高程為 ，最大壩高，壩 頂寬度為 ，壩軸線總長 。帷幕灌漿深入相對隔水的透水 率 q＜ 10Lu 的弱透水層為 3~5m?？讖?110mm，雙排布置，兩排灌漿孔間距 ，孔距 3m。 （ 5）混合式排水設計 按照滲流計算結果，需在 0+~0+ 壩段下游坡腳處設置混合式排水，貼坡排水總高 ，頂部高程 ，外坡坡比 1:，外緣為干砌塊石護面，內做混合砂反濾層；棱體排水總高 ，頂部高程 ，下游側外坡坡比 1:，上游側外坡坡比 1:，材料為粗砂、碎石和塊石。 表 29 壩體壩基土體參數指標 巖土體類別 天然容重（ KN/m3） 飽和容重（ KN/m3） 凝聚力（ KPa） 內摩擦角 （ 176。 （ 1）計算工況及斷面 根據《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（ SL2742021）規(guī)定，松園水庫滲流分析對以下水位組合的工況進行計算： ① 上游校核洪水位與下游相應的水位穩(wěn)定滲流期； ② 上游設計洪水位與下游相應的水位穩(wěn)定滲流期； ③ 上游正常蓄水位與下游相應的水位穩(wěn)定滲流期； ④ 上游校核洪水位降至死水位與下游相應的水位非穩(wěn)定滲流期。 （ 2）滲透變形計算 方法 根據壩體、壩基土體的級配狀況，確定壩體、壩基可能的滲透變形類型 ； 再根據壩體、壩基土料的物理性質指標確定其臨界水力坡降 (Jcr)； 依據工程特點及重要性，確定相應的安全系數，求出允許水力坡降（ [J]）；結合壩體的運行情況，求出下游壩坡出逸點的出逸水力坡降值（ J），最后采用《水利水電工程地質勘察規(guī)范》（ GB5028799）附錄 M 中的判別方法進行判別。 水資源工程系頂崗實踐報告 15 2）計算允許水力坡降 流土型臨界水力坡降公式 ? ?? ?11cr sJ G n? ? ?， 根據《水利水電工程地質勘察規(guī)范》（ GB5028799）規(guī)定，土的允許水力比降由臨界水力比降除以安全系數 2求得，即： ? ?2crJJ ? 建議取壩體 ? ， ? ， 則計算 ? ?? ?/ 1 1 = 0 .9 4scrJ G n? ? ?壩 體 ， ? ? ?壩 體 壩基 ? ， ? ， 則計算 ? ?? ? 0 3 ???? nGJ scr 壩基 ， ? ? ?壩基J （ 3）滲透變形計算結果 1）壩體斷面 1（ 0+）計算結果見表 2 211。 2）壩坡斷面 2（ 0+）計算結果表 21 213 表 212 各工況下壩體滲流計算結果 工況 特征水位（ m） 單寬滲流量（ m3/d） 校核水位 設計水位 正 常蓄水位 水資源工程系頂崗實踐報告 17 校核水位降至死水位 ─ 表 213 大壩滲透坡降表 計 算工 況 位置 出逸點坡降 臨界坡降 允許水力坡降 校核洪水位 壩體 壩基 設計洪水位 壩體 壩基 正常蓄水位 壩體 壩基 死水位 壩體 壩基 1）校核水位滲流 浸潤線 圖 圖 25 校核洪水位滲流 浸潤線 圖 2）設計水位滲流 浸潤線 圖 圖 26 設計洪水位滲流 浸潤線 圖 3）正常蓄水位滲流 浸潤線 圖 圖 27 正常蓄水位滲流 浸潤線 圖 4）校核水位降至死水位滲流 浸潤線 圖 圖 28 校核水位降至死水位滲流 浸潤線圖 由表 21表 21圖 25~圖 28 可知大壩浸潤線逸出點都在下游排水體內，松園水庫除險加固設計報告 18 滲透坡降值小于允許值，因此大壩滲流穩(wěn)定滿足要求。據《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（ SL2742021） 的規(guī)定 ，相應的壩坡抗滑穩(wěn)定最小允許安全系數正常運用條件為 ，非常運用條件一為 ，非常運用情況條件二為 。 非常工況： ① 校核洪水位穩(wěn)定滲