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小水库除险加固设计


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1·1 绪言

综合说明

广丰县黄尖山水库位于丰溪河支流红洋水的上游, 坝址距县城约 8km, 水库 坝址地理位置为东经 118°08′51″,北纬 28°29′05″。坝址以上控制集雨面 积 1.92km2。是一座以灌溉为主,兼有防洪、旅游、养殖等综合效益的小(一) 型水库。设计灌溉面积 0.192 万亩。主河道长度 2.98km,河道加权平均比降 112.7%。 黄尖山水库 1953 年 10 月 5 日动工兴建, 永丰人民公社副书记刘海亲自坐阵 指挥,县水库局祝哲诚驻地施工,经过 4 次的续年加高加固,于 1978 年大坝建 成,达到最终规模。开始发挥效益,此时坝高为 31.3m,设计总库容为 177.52× 104m3,坝顶高程为 223.9m(黄海高程,下同) ,满足了下游农田的灌溉要求。 库区内无蓄水工程,也不受人类活动的影响。

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水文

黄尖山水库位于赣东北暴雨地带, 南方暖气流与北方冷气团相遇时切变线的 南北徘徊,是本流域出现暴雨的主要成因,有时西南或西北低涡切变线东移,加 大了暴雨的强度, 暴雨活动以 5~7 月最为频繁, 历年最大暴雨以 6 月份出现次数 最多,暴雨移动的方向大多都由西到东或西北向东南移动,有时出现静止锋,形 成暴雨中心稳定少动的现象。根据广丰水位站实测资料统计,多年平均降雨量为 1661.6mm, 最大年降雨量为 2435.1mm (1975) 最小年降雨量为 923.7 mm , (1971 年) ,实测最大 24 小时降雨量达 194.7mm(1995 年 6 月 25 日) 。该区域的降雨 在年际间变化较大,实测年最大降雨量是实测最小年份的 2.64 倍,另外降雨量 在年内分配也很不均匀,雨季集中在上半年,并以每年 4—6 月份最为集中,占 多年平均降雨量的 48.2%,降雨强度大,时间集中。据广丰县气象站实测资料统 计分析, 流域内多年平均最大风速 16m/s, 最高气温 40.5℃, 最低气温零下-9.1℃。 历年平均气温 17.5℃。 黄尖山水库座落在丰溪河红洋水的上游, 该水流发源于红洋水支流上的黄尖

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山顶,整个流域地形变化较大,属中低山区。洪水常因暴雨直接产生,因此,洪 峰的大小具有随着暴雨大小变化的特性,最大洪水常发生在每年的 4~6 月,6 月 份发生洪水最多, 因该流域河床坡降陡, 坝址的洪水且有汇流时间短、 洪峰尖高、 易涨易落, 冲刷破坏力大的特点, 洪峰的大小与暴雨强度密切相关, 常呈单峰状, 一次洪水过程多为 1 天左右。 本次除险加固设计洪水复核,暴雨和洪水计算采用《江西省暴雨洪水查算手 册》中介绍的推理公式法进行,计算得 P=0.2%校核洪水洪峰为 49.2m3/s,洪水 总量 55.3×104m3;P=3.33%设计洪水洪峰为 29.6m3/s,洪水总量 31.7×104m3。 水库正常蓄水位 220.0 m,相应库容 152.5×104m3;死水位为 202.4m,相应库容 16.8×104m3。根据黄尖山水库现有泄洪设施,溢洪道为开敞式无闸控制的溢洪 道,经调洪演算,P=3.33%设计洪水位 221.30m,相应最大下泄流量 12.3m3/s, P=0.2%校核洪水位 221.95m, 相应最大下泄流量 25.6m3/s, 总库容 177.52×104m3。

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工程地质
黄尖山水库工程自兴建以来未做任何地质勘察工作。2004 年 5 月初,我院

受广丰县水电局的委托,承担本阶段的工程地质勘察工作,2004 年 5 月末结束 外业。完成了大坝、溢洪道、灌溉输水涵管等工程地质勘察工作,共施工钻孔 9 个,总进 192.45m(其中土层 133.1m,岩石 59.35m),压(注)水试验 10 段,取原 状土 62 组,室内土工试验 62 组。 一、区内挽近时期以来构造运动趋于稳定,区域稳定性较好。本区地震动峰 值加速度小于 0.05g,建筑物结构计算可不进行抗震复核。 二、库区属构造剥蚀丘陵地貌,在正常蓄水位范围内地形封闭。组成库盘及 库岸的地层岩性主要为新生界下第三系凝灰岩和砂砾岩,微新岩石透水性较弱, 库区分水岭厚,地下水位高于水库正常高水位。库区未见有大的导水断层带连通 库外,水库不存在永久性渗漏问题,库区山坡多为岩质边坡,边坡稳定,不存在 岸坡再造、淹没和浸没等问题。库区植被较好,固体迳流甚微。 三、坝址区出露的地层岩性主要为新生界下第三系(E)凝灰岩、砂砾岩和第 四系松散堆积物等,表部岩石呈强风化,裂隙较发育,上部岩体透水性较强,相 对不透水层(q≤10Lu)埋藏较浅,坝基及两坝肩均存在渗漏问题。
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四、大坝为心墙加斜墙坝型,其中斜墙土主要为含砂低液限粘土组成,土料 质量良好;结构较疏松,密实性较差,属高压缩性土;为中等~弱透水层,渗透 系数不满足 K<1×10-5cm/s 规范要求。 心墙填筑低矮, 低于正常高水位约 10.5m, 主要为粘土质砂和粉土质砂组成, 属中等压缩~高压缩性土, 中等透水~弱透水土体。 坝壳土与心墙土料基本相同, 物理力学性质及渗透系数也基本一致。 五、溢洪道是由人工沿山坡爆破开挖而成,为开敞式溢洪道,无消能设施。 溢洪道底板及两侧边坡岩石一般为强风化, 坡角较陡, 岩体裂隙发育, 性状较差, 岩体较破碎,溢洪道边坡局部见有坍塌及掉块现象,边坡稳定性较差,建议进行 削坡处理。 由于溢洪道是沿自然山坡自流消能,泄洪时直冲山坡脚,危及溢洪道出口山 坡的稳定,建议溢洪道出口做挑流设施。 六、灌溉隧洞为无压隧洞,进出口洞脸边坡较稳定。隧洞围岩为新生界下第 三系(E)凝灰岩、砂砾岩,一般呈强至弱风化,为Ⅴ~Ⅲ类围岩,稳定性较差。 洞室埋藏较浅,隧洞距左坝头较近,侧向围岩较单薄,围岩裂隙发育,岩体较破 碎,透水性较强,在水库高水头的长期作用下,隧洞围岩漏水严重将危及大坝安 全。因此,有必要对隧洞进行工程处理。 七、老涵管结构为石灰三合土浆砌石,砌体质量差,涵管结构已遭破坏,上 游坝坡出现“跌窝” 。虽已废堵,但封堵质量差,漏水严重,并见有泥土带出, 危及大坝安全;此外也不排除涵管外壁与坝体接触部位存在渗漏通道。因此建议 必须进行工程加固处理,确保大坝安全运行。 八、本工程土料、砂砾石料、块石料储量较丰富,可以满足工程用量,料场 均有公路相通,但无上坝公路。土料、砂砾石料及块石料质量均较好,各项指标 均满足或基本满足规范要求。

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工程任务和规模

黄尖山水库枢纽工程主要建筑物有大坝一座、灌溉输水涵管一条、开敞式溢 洪道一座等。 水库大坝原为心、 斜墙坝, 坝顶高程 223.9m, 最大坝高 31.3m, 坝顶宽 6.0m,
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坝顶长 136.0m;上游坝坡为块石护坡,坡比 1:2.35,1:2.41,1:2.7;下游坝 坡为草皮护坡,坡比 1:2.15,1:2.27,1:2.33;下游坝脚无排水棱体。 开敞式溢洪道位于大坝左端约 4.8m 的山坡处,于 1978 年兴建,全长 128.08m。溢洪道出口设挑流坎,长 8.1m,底坡 I=0.02,溢洪道为在山体中开挖而 成,泄槽边墙未完全衬砌,下游未设消能设施。 灌溉输水隧洞位于大坝的左坝肩的坝体内, 灌溉输水隧洞由斜涵和隧洞组成, 斜涵顶高程 220.6m,斜管坡度 1:2,分级高度(级差)为 0.65m,外形尺寸 1..2 ×1.0m,放水孔径 0.425m,卧管为方形断面,尺寸为 0.5×0.5m,消力池长 4m, 深度 2.3m,宽度 1m。输水隧洞开挖断面为 1.2m×1.8m,城门洞形;其中进口 段 30m, 出口段 20m 采用厚 0.3m 的 75#浆砌石卷砌, 衬砌后断面为 0.6m×1.2m; 隧洞进口底板高程 202.4m,出口底板高程 201.0m,洞长 175m。 根据 1979 年 9 月广丰县水电局以(79)广水字第 54 号文上报《广丰县黄尖 山水库除险加固工程初步设计书》及《江西省上饶地区重点水利工程概况》 ,水 库按河南型暴雨设计,设计洪水位为 221.8m,相应库容为 174.9×104m3,校核 洪水位 222.0m,相应库容为 180.24×104m3,坝顶高程为 223.9m;该水库为多年 调节水库,原设计灌溉面积 0.45 万亩。 本次除险加固设计按《防洪标准》GB50201—94 和《水利水电工程等级划 分及洪水标准》SL252—2000 的有关规定,经复核该工程仍为小(一)型水库, 水库按三十年一遇洪水标准设计,五百年一遇洪水标准校核。水库设计正常蓄水 位 220.0m,相应库容 152.5×104m3;死水位 202.4m,相应库容 16.8×104m3;设 计洪水位 221.37 m,相应库容 169.2×104m3, ;校核洪水位 222.15m,相应库容 179.18×104m3。设计灌溉面积 0.192 万亩。 该工程的建设,是典型边勘测、边设计、边施工的“三边”工程,工程施工 依靠大规模的群众运动完成,由于施工盲目抢进度、抢速度,使得工程的施工质 量难以控制,以致使枢纽工程主要建筑物挡水大坝、灌溉输水涵管,溢洪道等施 工质量较差,虽先后进行了多处局部加固处理,但工程仍有不少质量隐患,有的 甚至危及大坝安全,故工程一直带病运行,被限制蓄水,三次降低洪道底板,严 重影响了工程应有效益的正常发挥。 为了摸清黄尖山水库的运行现状,上饶市水利电力勘测设计院于 2005 年对
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黄尖山水库大坝结构稳定、渗流稳定以及运行情况等方面进行了综合评价,并提 出了黄尖山水库大坝安全鉴定论证报告。2005 年 7 月 2 日,由上饶市水利局组 织上饶市水利电力勘测设计院、 上饶市水利科学研究所等部门专家参加的大坝安 全鉴定会议,提出了黄尖山水库大坝安全鉴定报告书。根据“水库大坝安全鉴定 办法” ,将黄尖山水库大坝安全类别评定为三类,并对大坝的维修加固提出了意 见和建议。 本次初步设计在上述资料及工作成果基础上, 对黄尖山水库枢纽工程作进一 步分析论证并进行除险加固设计。 根据实际运用中出现的情况, 现场察看及试验检测暴露出黄尖山水库目前存 在以下主要问题: 1、大坝施工经过多次加高加宽而成,特别是坝体心墙几次施工错位,后又 改斜墙。 2、大坝背水坡位于右坝肩高程 194.72(死水位以下)处有集中漏水现象, 坝脚无反滤设施; 3、坝内坡护坡块石有风化石存在,块径小。坝外坡零乱,坝顶凹凸不平, 有积水坑; 4、坝迎水坡在 212.6m 高程,老涵顶处有沉陷现象; 5、有蚁窝迹象; 6、溢洪道水平段较长,左边开挖边坡陡,岩石风化严重,未衬砌,陡坡为 自然山坡,出口未设导水墙和消力池; 7、灌溉输水隧洞进出口岩石破碎,且洞顶较薄,未衬护,洞壁渗水点较多, 洞顶有塌落现象; 8、斜涵、隧洞进口位于左坝肩山坡上,基础岩石破碎,涵管有裂缝,漏水 严重; 9、原灌溉涵管虽然已用砼封堵进口段(长 7m) ,且做砼截水环,但未进行 全管废堵,在出口处仍然存在小量漏水现象,不利于大坝安全运行; 10、没有上坝公路,不能满足防汛抢险要求; 11、大坝无变形观测设施,无水、雨情测报系统,通讯设备简单单一,影 响大坝安全运行管理;
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12、无管理房,给水库日常管理带来不便。 综上所述,黄尖山水库存在严重工程质量问题,水库已不能正常安全运行, 根据“水库大坝安全鉴定办法”第十六条大坝安全分类标准,黄尖山水库属三类 坝。

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工程建筑物除险加固设计

广丰县黄尖山水库是一座以灌溉为主,兼顾防洪、养殖等综合利用的小(1) 型水利工程。本次设计根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252—2000, 以及国家技术监督局、中华人民共和国建设部联合发布的《防洪标准》GB50201 —94 的有关规定,经复核该工程规模仍为小(一)型水库,工程等别为Ⅳ等, 主要建筑物级别为 4 级,次要建筑物级别为 5 级,临时建筑物级别为 5 级。

1·5·1 大坝除险加固 · ·
一、大坝现状情况分析复核 从本次地勘及土工实验成果分析, 大坝坝体土填筑质量差, 防渗体系不完善, 坝体土体渗透系数 k 大于 1.0×10-4cm/s, 不满足国家现行的土坝设计规范强制性 条文要求,坝基、坝肩岩体破碎,裂隙发育,透水性大,大坝存在坝身、坝基和 坝肩渗漏问题。大坝下游无排水设施。 本次设计渗流计算选取的大坝典型断面为地质勘探中提供的断面, 坝后漏水 点亦位于此断面下游坝脚,分析认为,采用此断面进行计算可反映整个大坝实际 的渗流状况。 大坝现状渗流稳定复核计算水位组合分正常情况、 设计情况和校核情况三种 工况。根据现状渗流复核计算,高水位下坝体浸润线在下游坝坡较高位置逸出, 出口无保护,逸出坡降大于经验允许渗透坡降值,渗流不安全。 按照《碾压式土石坝设计规范》SL274—2001 的规定,本次现状坝坡抗滑稳 定计算方法采用规范推荐的瑞典圆弧法和简化毕肖普法。 计算工况分正常运用和 非常运用两种情况。从现状大坝坝坡抗滑稳定计算成果看,各种计算工况下,大 坝上游坝坡的整体抗滑稳定最小安全系数均大于规范允许值, 大坝上游坝坡均满 足抗滑稳定要求; 但大坝下游坝坡在正常蓄水位时整体抗滑稳定最小安全系数为
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1.247(毕肖普) ,小于规范允许值,大坝下游坝坡不满足抗滑稳定要求。 二、大坝除险加固设计 针对黄尖山水库大坝现状存在的主要问题, 确定大坝除险加固设计的主要内 容如下: 1、大坝坝身防渗处理设计; 2、大坝坝顶设计; 3、上游坝坡及护坡重建设计; 4、下游坝坡护坡及坝面排水设计; 5、下游贴坡排水设计; 6、大坝白蚁防治处理; 7、大坝监测设计; 8、防汛公路设计。 针对黄尖山水库大坝现状存在的问题,本次除险加固设计着重解决大坝坝 体、坝基问题,并对大坝坝顶、坝坡、排水设施及观测设施进行全面系统的加固 设计。按照以上原则,本次除险加固设计对大坝防渗主要考虑进行堵漏,即对坝 身、坝基渗漏通道进行截渗,并对存在问题的坝坡进行加固。 (一) 、大坝防渗除险加固方案 本次设计大坝坝身防渗除险加固选择了薄壁抓斗塑性砼心墙及冲击钻造孔 塑性砼心墙防渗方案两个防渗处理方案进行比较。 经过工程地形及地质条件、工程施工条件及难易程度、工程除险加固后安全 度及工程投资方面综合分析比较, 本次设计大坝坝身防渗除险加固推荐冲击钻造 孔塑性砼心墙防渗方案。 (二) 、大坝除险加固工程设计布置 冲击钻成槽塑性砼心墙防渗方案 该方案是在坝体防渗加固, 采用在坝顶轴线处实施塑性砼心墙进行坝体防渗 加固。砼墙厚 0.6m。 其他部位除险加固设计 大坝坝顶宽度 6.0m,坝顶高程 223.9m,坝顶采用泥结石路面,并在坝顶上 游侧间隔 50m 布置一排防汛照明灯。
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上游坝坡加固经对干砌块石护坡方案与 C15 砼预制块方案比较选择 C15 砼预 制块护坡方案。根据现状坝坡情况,本次设计上游坝坡坡比为 1:2.75、1:2.75、 1:3。 新建的贴坡排水长 60m,设计贴坡顶宽 2.53m,顶高程 202.6m,外边坡 1: 3,贴坡体及截渗沟衬砌用块石干砌。 本次设计下游坡比从上至下依次为:1:2、1:3,采用草皮护坡,干砌块石 护坡范围为反滤排水体高程以下的下游坝面。 在下游坝面设置纵横向排水沟和岸 坡排水沟。 (三) 、大坝除险加固后渗透稳定和坝坡抗滑稳定计算 黄尖山水库大坝经过塑性砼心墙防渗方案加固处理后,渗流状况将发生改 变。大坝加固后渗流复核计算按平面渗流问题考虑,采用有限元计算方法对大坝 渗流作计算分析。经计算,大坝加固后在渗流方面得到很大改善,坝体、心墙及 坝基不会发生渗透变形破坏,大坝加固处理后渗流稳定满足规范要求。 大坝除险加固后在正常运用和非常运用情况下, 典型计算断面的上游坝坡和 下游坝坡最小抗滑稳定安全系数均满足规范要求。 加固后大坝的坝坡抗滑稳定系 数满足规范要求。

1·5·2 溢洪道除险加固 · ·
针对溢洪道现状存在的问题,确定溢洪道除险加固处理的主要项目如下:修 整进口段及新建导墙及底板衬护加固;陡槽底板及边墙衬护;陡槽出口新建挑流 坎。 一、进口段除险加固设计 进口段现状上游直接与库内连接,本次设计拟对进口段进行修整并新建导 墙,导墙为浆砌石护坡,边坡 1:0.5,浆砌石厚度 0.5m,迎水面有 0.1m 厚的砼 面板,高 2.0m,长 30m,底板采用厚 0.3m 的 C20 砼衬护(清除原风化的 0.1m 厚 老砼) ,底板与边墙间设置纵向缝,横缝每 10.0m 设置一道缝宽 20mm,缝中用 沥青杉板填缝。 二、陡槽段除险加固设计 采用不同断面的二段陡槽,紧接进口明渠的第一段陡槽水平长度 110m,
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i=0.02,第二段陡槽水平长度 8.1m,坡度 i=0.02,其中紧接第一段陡槽末端布置 长 10m 的陡坡渐变段,底宽从 4.8m 渐变至 4.0m,断面由梯形渐变成矩形。 陡槽 1、 陡槽 2 均采用顺直布置, 陡槽 1 采用梯形断面, 底宽 4.8m,边坡 1:0.5, 边墙高 2.0m,边墙为浆砌石结构,浆砌石厚度 0.5m,迎水面采用 10cm 厚的 C20 砼护面。 陡槽 2 采用矩形断面, 底宽 4.0m,边墙为浆砌石结构, 迎水面采用厚 10cm 的 C20 砼护面,顶宽 0.6m,底宽 1.6m,高 2.5m,迎水面铅直,背水面 1:0.5。底 板采用采用 30cm 厚的 C25 钢筋砼衬砌。底板设置纵横分缝,纵缝 2 条,位于两 边墙脚处,横缝间距为 10m,采用沥青杉板填缝,缝内设止水铜片,缝宽 20mm。 在陡槽底板中间设一道 30×30cm 的纵向排水沟,每隔 10m 设一道 20×20cm 的 横向排水沟;两侧边墙梅花形布置直径 10cmPVC 排水管,间距均为 2m,墙后 设土工布(50×50cm)反滤;在底板加设锚筋,使钢筋砼与岩体之间连接牢固, 锚筋采用直径为φ22mm,每根长 1.5m,纵横间距均为 1.5m。 三、消能段新建除险加固设计 采用挑流式消能,挑坎高程 217.68m,反弧半径 4.0m,挑角 20°。挑坎宽 4.0m,采用 C25 钢筋砼结构,边墙采用 M7.5 浆砌石挡墙,迎水面采用 0.2m 厚 C25 钢筋砼护面,墙内设有直径为 10cm 的 PVC 排水管,墙后设土工布反滤。挑坎 与边墙间设置纵向缝,与陡槽间设一横缝,纵横缝内采用沥青杉板填缝,横缝内 设止水铜片止水。 为防止洪水冲刷山坡面,保证挑坎能正常运行,在修建挑坎时,应对挑坎 217.68m 高程以下、209.0m 高程以上的山坡面采用 0.5m 厚钢筋砼衬护,护坡内 设有直径 10cm 的 PVC 排水管,墙后设土工布反滤。在山坡面应埋设锚筋,使 钢筋砼与岩体之间连接牢固,锚筋采用直径为φ22,每根长 2.5m,纵横间距均 为 1.0m。

1·5·3 灌溉输水建筑物除险加固设计 · ·
针对灌溉输水建筑物现状存在的问题, 确定灌溉输水建筑物加固处理的主要 项目有: 废除斜涵,新建隧洞塔式进水口; 对隧洞进口 30m 浆砌石卷砌进行拆除, 然后对 155m 长隧洞洞身进行砼衬护处理;对坝内老涵进行封堵处理。 一、隧洞进口建筑物
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隧洞进口建筑物由喇叭口、闸室、闸后渐变段、通气孔、拦污栅、框架、启 闭机房、工作桥等组成。闸室底板高程 202.4m,孔口尺寸 0.6m×0.9m,框架高 21.6m; 启闭台高程 224.4m, 启闭机房尺寸 2.9m×2.3m; 工作桥长 20m、 2.2m, 宽 工作桥面高程 224.4m,工作桥排架高 10.8m。 二、隧洞 隧洞全长 175m,开挖断面为 1.2m×1.8m,城门洞形,其中进口段 30m,出 口段 20m 采用厚 0.3m 的 75#浆砌石卷砌,衬砌后断面为 0.6m×1.2m,本次设计 拟对进口 30m 浆砌石卷砌进行拆除, 然后对 155m 长隧洞进行钢筋砼衬砌加固处 理。钢筋砼衬砌厚度采用 30cm,单层配筋,采取内层环向钢筋φ12@200。 三、老涵废堵 1、在大坝砼心墙上游坝顶涵管位置采用钻机钻孔直至老涵管,通过灌注水 泥砂浆达到封堵老涵管的目的。2、在涵管出口进行导渗处理,在涵管出口往上 游挖除原有涵管长 8.5m,然后回填 1.5m 长块石,1.5m 长中砂,1.5m 长卵石, 4.0m 厚块石,最后回填石碴直至原状。

1·5·4 安全监测设计的主要内容 · · 安全监测设计的主要内容
根据《土石坝安全监测技术规范》 (SL60—94)的要求,结合该项目前安全 监测的实际情况,建立包括大坝坝面变形、坝体、坝基渗透压力观测、渗流量观 测;溢洪道边坡稳定观测、上下游水位观测、坝区降水量及气温观测在内的大坝 实时安全监测体系。

1·5·5 白蚁防治 · ·
黄尖山水库大坝蚁害经过实地地检查,该坝坝体及两岸山头 50m 范围内的 白蚁危害非常严重。 从外坡左岸 0+050 桩号发现黑翅白蚁分群孔, 证实坝体内潜 伏许多大、小蚁巢、蚁道,而且是多年的成年巢,该坝潜伏蚁穴多、危害范围广、 隐患时间长、坝体内的蚁穴、蚁道路路相通,特别是大量的蚁道(主干道、支干 道)纵横交错、星罗棋布,形成四通八达的地下交通网络,已穿过坝体,形成漏 水隐患。 根据水利部堤坝白蚁防治技术规范要求堤坝工程扩建或除险加固时, 必须对
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原堤坝工程内的白蚁隐患进行全面检查和彻底处理, 结合黄尖山水库大坝蚁害实 际情况,决定采用大坝内外坡、坝面及两岸 50m 范围内山体灭治,坝身灌浆的 综合治理方案。 大坝坝体蚁穴灌浆毒杀合计:5470m,白蚁诱杀面积合计:63900m2。

1·5·6 防汛公路设计 · ·
黄尖山水库距离广丰县城有 8km,现状有一条永丰镇政府所在地到井顶村的 公路长 4km,而井顶村到黄尖山水库 4km 只有一条人行小道,路面宽不足 2m。 黄尖山水库没有上坝公路,不能满足防汛抢险要求,需要改造。本次设计上坝公 路计划从左坝肩上, 4km 长 (井顶村至黄尖山水库坝顶)修建防汛公路总长 4km, 。 路面宽度为 3.5m,路肩 0.5m,泥结碎石路面。

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金属结构

黄尖山水库除险加固工程金属结构主要有灌溉输水隧洞进水口等建筑物的 闸门、拦污栅及其启闭设备。金属结构按照《水利水电工程钢闸门设计规范》 (SL74—95)等有关规范进行。 灌溉隧洞闸门为平板闸门,尺寸为 1.1m×0.9m,闸门重 0.8t,埋件重 0.4t, 采用手电两用螺杆式启闭机,型号为 QPL—300。隧洞进水口设置钢质拦污栅, 拦污栅重 0.5t,栅槽埋件重 0.2t。通气孔φ150 钢筋重 0.5t,埋件重 0.1t。闸门、 拦污栅制作在机械加工厂成型,现场吊装。

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施工组织设计

本次除险加固工程主要项目有:大坝、溢洪道、灌溉隧洞,废堵老平涵等。 主体工程主要工程量有:土石方开挖 72301m3,土石方填筑 1865 m3,混凝 土浇筑 1508 m3,砌石工程 1243 m3。 工程主要材料用量:水泥 358t,钢筋 21 t,砂 6275 m3,卵石 5814 m3 ,块 石 2288 m3。 主体工程(含临时工程)施工总工日:7.40 日,总施工期 12 个月。 根据水利电力部《水利水电工程等级划分及洪水标准》 (SL252—2000) 、国

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家技术监督局、 中华人民共和国建设部联合发布的 《防洪标准》 (GB50201—94) 、 水利部《水利水电工程施工组织设计规范》 (SDJ338—89)的规定,本工程临时 性水工建筑物级别为 5 级,结合工程实际情况本工程采用 5 年一遇洪水标准,相 应洪峰流量 4.9m3/s。 本次除险加固大坝、灌溉输水涵隧洞施工可利用开挖断面进行临时施工导 流,施工时无导流建筑物,施工期的来水全部存放在水库中。 本工程为除险加固工程,工程位置已定,建筑物分布集中,其中大坝为本次 除险加固最重要、控制性工程,项目多,工期短,施工难度较大。施工布置总的 原则是:仓库、堆料场、加工厂相对集中布置并尽量设在公路旁,砼拌和系统及 风动设备就近布置。 按照江西省水利厅赣水管字(1998)034 号文《关于进一步加快病险水库除 险加固步伐的通知》 、江西省水利厅《江西省病险水库、水闸除险加固专项规划 报告》文件精神及黄尖山水库存在问题的严重性、紧迫性,黄尖山水库除险加固 工程应尽早实施,以解除工程忧患,发挥更大经济效益。本次除险加固工程施工 难度较大,大坝防渗处理需要放空水库施工,灌溉输水涵管施工需建围堰,且分 二期导流,工期短时间紧,故需要建设单位和施工单位精心筹划、合理安排,力 争按时完成项目建设。工期为 2005 年 10 月至 2006 年 10 月,总共 1 年。

1·8

环境保护与水土保持

本工程施工期间, 会给当地的工农业生产带来一定的负面作用: 废水、 废气、 及机械噪声会对周围环境造成一定的污染,施工和料场开挖会破坏现有植被,加 重水土流失;施工对附近的交通状况也会有所影响。但该工程对环境的不利影响 主要体现在工程建设期, 工程建成后对环境的不利影响较小。 但水库除险加固后, 对环境的发展将产生积极影响。首先是工程的建设将促进该区域的经济发展,解 除了病险水库工程给人们心理带来的压力;其次工程安全运行后,一方面下游人 民的生命财产免受洪水侵害,人民生活安宁,社会稳定;另一方面工程有利于工 程效益的提高,为社会发展作出贡献。工程所采取的绿化措施,可增加植被覆盖 率,降低噪声和大气污染,涵养水土,对该库区周围的生态环境起到良性促进作 用。
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本工程施工期间,主要造成植被被破坏的有:块石料场和土料场,防汛公路 改造扩建等。施工过程中取弃土石要综合考虑,填挖土石应相互利用,减少施工 中的弃土石渣量。施工完成后,应对破坏的植被进行植草植木处理。水土流失治 理应采取工程措施和生物防治措施相结合,全面规划、综合治理。水土保持工程 的实施,应与工程施工同步进行,特别是工程措施,必须在施工同时进行,避免 施工过程中的水土流失。生物防治措施则应在工程完成后立即进行,以营造一个 良好的生态环境。 本工程水土保持的概算静态总投资为 10.01 万元, 其中水土保持投资为 5.11 万元,其他费用为 0.56 万元,基本预备费 0.34 万元。总投资 10.01 万元。

1·9

工程管理

根据本工程特点,并参照水利部有关工程管理的规定,对水库、灌溉等项工 程实行统一管理,其管理单位仍为“广丰县永丰镇水管站” ,属事业编制,行政 上隶属永丰镇,业务上受广丰县水电局领导,水管站内部实行企业化管理。 永丰镇水管站按五等定员,下设二办一股,即站长办、行政办公室、工程管 理股,各类人员的定员标准参照规范并结合本工程的实际情况,其中生产人员 5 人,管理人员 1 人,并按规定技术人员不应少于 1 人。 水库工程管理结合当地自然地理条件和实际情况,按《水库工程管理设计规 范》 (SL106—96)的有关规定划定工程管理范围和保护范围。 根据《水库工程管理设计规范》 (SL106—96)的有关规定,该工程的管理 设施应在工程除险加固的同时进行配套完善。 其主要设施有: 雨情观测设施; 水、 管理单位用房;交通设施;防汛公路;通讯设备;图书情报管理设施。 由于目前许多工程重建轻管,以至于工程建成后工程效益得不到有效发挥。 黄尖山水库经除险加固后,必须加强管理,使水库能安全运行,工程的运用应根 据水文预报,蓄水期应在符合防汛要求的前提下尽量多蓄水,并充分利用天然来 水进行灌溉。管理单位对工程各建筑物应经常性进行维护和检修,并且对个建筑 物和是设施的操作、维护和检修应严格按照有关的规程和技术规程进行。尤其是 对大坝等建筑物的观测项目要求,应严格按照有关观测进行,并及时整编分析, 一旦发现问题应及时查找原因,进行处理。
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1·10 设计概算
本工程概算编制基本依据, 执行水利部 《水利工程设计概 (估) 算编制规定》 水总[2002]116 号(以下简称“116 号文”) 。 建筑工程、安装工程和机械台班费均采用水利部《水利建筑工程概算定额》 水总[2002]116 号。不足部分采用原水利部及江西省水利厅有关定额。 概算编制价格水平年:2004 年(6 月) 。 根据本工程概算编制基本依据和工程概算定额,经概算编制:工程静态总投 资 1018.15 万元,其中工程部分 1008.14 万元,环境部分 10.01 万元。物价指数 为零,不计价差预备费,基本预备费费率 5%。

1·11 经济评价
本工程的经济评价以国家计委、建设部一九九三年发布的《建设项目经济评 价方法和参数》以及水利部发布的《水利建设项目经济评价规范》和《小水电建 设项目经济评价规程》为依据,计算项目的效益、费用和评价指标。经计算,黄 尖山水库除险加固建设经济内部收益率 17.55%,经济净现值 512 万元;黄尖山 水库及灌溉渠系的全部收入每年 10.0 万元,年运行费为 12.072 万元,年支出大 于年收入。通过国民经济评价和财务收入支出分析,可知项目的国民经济效益良 好,财务收入能够维持工程运行。因此该项目在经济上是合理可行的。

1·12 结论与建议
黄尖山水库的除险加固不仅涉及到工程本身效益的提高, 更重要的是涉及大 坝下游 0.192 万亩农田和永丰镇等约 13.8 万人的生命财产安全。因此,为保证黄 尖山水库安全运行与充分发挥效益,针对水库的病情险况,采取相应的除险加固 措施不仅非常必要,而且十分迫切。黄尖山水库除险加固工程实施完成后,不仅 使工程能恢复到正常运用,产生巨大的社会经济效益,能使下游灌区得以配套, 保障 0.192 万亩农田旱涝保收。更为重要的是,使下游 0.8 万亩农田和永丰镇等 13.8 万人民群众长期受到的洪水威胁得以解除,其产生的社会效益是难以计算 的。 由于黄尖山水库长期处于病险状态,工程未能发挥正常效益,县财政困难,
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且水库管理单位的直接收入, 仅能维持管理人员的日常工作支出, 难以偿还债务, 因此,对黄尖山水库除险加固资金请求国家和上级部门给予大力支持。 为确保灌区 0.192 万亩农田旱涝保收, 建议今后陆续安排灌区续建配套工程。

15

黄尖山水库工程特性表
数量 序号 名称 单位 1979 年 6 月 加固设计资料 一 1 水文 流域面积 全流域 坝址以上 2 主河道长度 全流域 坝址以上 3 4 坝址以上主河道比降 特征流量 设计洪峰流量 校核洪峰流量 二 1 水库 校核洪水位 设计洪水位 正常蓄水位 灌溉死水位 2 水库容积 校核水位库容 设计水位库容 正常蓄水量库容 死库容 3 三 1 调节特性 下泄流量 设计洪水最大泄量 m /s
3

现状复核

本次设计

备注

Km Km

2

6.25 1.82

6.25 1.92

6.25 1.92

2

Km Km %

9.48 3.15 10

9.48 2.98 11.27

9.48 2.98 11.27 加权平均比降

m /s m /s
3

3

3.5(P=2%) 43(P=0.2%)

29.6 49.2

29.6 49.2

P=3.33% P=0.2%

m m m m

222.23 221.8 220 196.6

221.87 221.12 219.8 202.4

221.95 221.30 220 202.4

10 m 10 m 10 m 10 m

4 3

180.24 174.9 152.5 3.64 年调节

175.55 166.11 150 16.8 年调节

177.52 169.16 152.5 16.8 年调节

4 3

4 3

4 3

22

12.2

12.3

16

数量 序号 名称 单位

1979 年 6 月 加固设计资料

现状复核 25.0

本次设计 25.6

备注

2 四 1 2 4 5 五 1

校核洪水最大泄量 工程效益指标 灌溉面积 水面养殖 保护人口 保护耕地 主要建筑物 大坝 坝型 地基特性 上游坝坡 一级平台以上 二级平台以上 三级平台以上 下游坝坡 一级平台以上 二级平台以上 三级平台以上 坝顶宽度 坝顶长度 最大坝高 坝顶高程 下游排水型式

m /s

3

32.5

万亩 10 m
4 2

0.45 12.6 4.6 0.8

0.25 12.6 13.6 0.8

0.192 12.6 13.6 0.8

万人 万亩

心墙加斜墙混合 坝

心墙加斜墙混合 坝

塑性砼心墙

1;2.35 1;2.35 1;2.75

1:2.35 1:2.41 1;2.7

1:3 1:2.75 1:2.75

1;2.1 1;2.38 1;2.4 m m m m 6 136 31.3 223.9 无排水棱体

1;2.15 1;2.27 1;2.33 6 136 31.3 223.9 无排水棱体

1:2 1:3 1:3 6 136 31.3 223.9 贴坡排水

2 (1)

灌溉隧洞 灌溉洞 断面型式 弱风化岩石 城门洞形 弱风化岩石 城门洞形 弱风化岩石 城门洞形

17

数量 序号 名称 单位 1979 年 6 月加固 设计资料 围岩特性 最大下泄流量 洞身长度 纵坡 内径 衬砌厚度 进口底高程 出口底高程 (2) 进口控制段 控制段形式 进口底板高程 孔口尺寸 3 溢洪道 消能形式 总长度 地基特性 溢洪道宽度 进口高程 出口高程 m m m M 底流消能 158 风化砂岩 6.0 219.8 217.16 底流消能 144.31 风化砂岩 4.8 219.8 217.16 左边为岩石边 边墙型式 未护坡 坡,右边为石灰 浆砌石砼护面 浆砌石 纵坡 陡槽段长度 4 灌溉老涵管 型式 地基特性 进口高程 m 石灰三合土浆砌 石槽合盖涵 粉质壤土 196.6 石灰三合土浆 砌石合盖涵 粉质壤土 196.6 % m i=0 i=1:3 152 i=0 i=0.019 128.1 i=0 i=0.02 128.1 1982 年封堵 挑流消能 140 风化砂岩 4.0 220 217.68 m m 斜涵 201.9 φ0.425 斜涵 201.9 φ0.425 塔式进水口 202.4 0.6×0.9 m m m m m /s m
3

现状复核

本次设计

备注

1.0 175 1/125

1.0 175 1/125

0.670 175 1/125

1.2×1.8
0.3 202.4 201.0

1.2×1.8(未衬) 0.6×1.2(衬)
0.3 202.4 201.0

0.6×1.2
0.3 202.4 201.0

18

数量 序号 名称 单位 1979 年 6 月加固 设计资料 涵管长度 内径 壁厚 六 1 2 (1) (2) (3) (4) 3 (1) (2) (3) (4) (5) 4 七 (1) (2) 八 1 2 施工 设计施工年限 主体工程主要工程量 土石方开挖 土石方填筑 混泥土填筑 砌石 主体工程主要材料 水泥 钢材 砂 碎石 块石 施工工日 工程投资 工程部分投资 环境部分投资 经济评价 国民经济内部收益率 国民经济净现值 % 万元 17.55 512 T T m m m
3

现状复核 150

本次设计

备注

m m m

142

0.2×0.2
0.3-0.45

0.2×0.2
0.3-0.45



1.0

m m m m

3

72301 1865 1508 1243

3

3

3

358 21 6275 5814 2288 7.4 1018.15 1008.14 10.01

3

3

万工日 万元 万元 万元

19

2
2·1 流域概况

水文

广丰县黄尖山水库位于广丰县永丰镇黄尖山地方, 坝址位于丰溪河支流红洋 水上游,该水流发源于黄尖山,属山溪性河流;整个流域地形变化较大,属中低 山区。 全流域面积为 6.25km2, 河道长度 9.48km。 水库地理位置为东经 118°08′ 51″,北纬 28°29′05″,坝址距永丰镇 8km。 本次防洪复核在万分之一航测图上对坝址控制面积主河道长度和主河道加 权平均坡降进行复核。复核结果是坝址以上流域面积为 1.92 km2,原设计坝址以 上控制集雨面积 1.82 km2,误差 5.2%;主河道长为 2.98km,原设计主河道长度 3.15km,误差 5.3%;主河道加权平均坡降为 11.27%,原设计平均比降 10%,误 差 11.27%;本次防洪标准复核采用现复核的坝址流域特征参数,此特征参数为: 水库坝址以上控制流域面积:F=1.92 km2 主河道长:L=2.98km 河道加权平均坡降:J=11.27% 库区以构造剥蚀低山地貌为主,流域内多为低高山区,均海拔高程在 200m-500m 之间,地形高差变化较大。坝址两岸高程约为 230m,地势北高南低, 坝址以上流域无大的人类活动和水利工程,水土保持状况较好,为轻度水土流失 区。 黄尖山水库灌区位于坝址下游的永丰镇,设计灌溉农田面积 0.45 万亩。

2·2

气象

本流域为亚热带季风气候区,气候温热,四季分明,光照充足,雨水充沛, 具有春季多雨、夏季炎热、秋季干旱、冬季寒冷的特点。 流域内无气象实测资料,本次设计采用流域人附近的广丰县气象站资料 1952—2003 年共 52 年观测资料统计分析,流域内主要气象要素为: 流域多年平均气温 17.5℃,以七月平均气温 29.5℃为全年最高,一月平均气 温 5.5℃为全年最低,极端最高气温 40.5℃,极端最低气温-9.1℃。 流域内多年平均相对湿度为 77.5%.。
20

流域多年平均日照小时数为 1944 小时。 流域内多年平均无霜期为 265 天。 流域内多年平均蒸发量为 1513.5mm。 流域内多年平均风速 1.1m/s ,多年平均最大风速 16 m/s ,风向多为东北风。 流域降雨以位于流域附近的广丰县水位站进行统计,多年平均降雨量为 1661.6mm,降雨在年内很不均匀,主要发生在春夏季,其中 4—6 月份降雨量为 839.6mm,占全年降雨量的 48.2%。7—12 月进入旱季,降雨量为 461mm,仅占 全年的 26.5%,降雨量的年际变化很大,实测年最大降雨量 2435.1mm,实测年 最小降雨量 923.7mm,两者相差 2.64 倍。本流域在 4—7 月份常有暴雨,其中以 6 月份发生暴雨机率最大;多年平均最大 24 小时暴雨量为 110.9mm。相应暴雨 发生的同时也产生洪水。

2·3

水文基本资料

黄尖山水库工程在本流域内无径流测站,同时在丰溪河流域也无径流站,只 有一个广丰水位站和玉山水流域的上饶水文站, 在邻近的流域上主要有铁路坪水 文站,其测站的基本情况如下:

2·3·1 上饶水文站 · ·
上饶水文站为国家基本水文站,控制集雨面积 2735km2,观测项目有水位、 流量、降雨量等。水位观测采用直立式搪瓷水尺,并有岸式自记水位仪一台,起 高程系统采用吴淞,流量观测采用缆道流速仪进行。 上饶水文站设立于 1956 年,当时只观测水位、流量、降雨量,1957 年增测 含砂量,1958 年增测水化,1959 年增测水温、岸温;1960 年断面下迁 709m, 1968 年停测水化,1970 年停测水温、岸温;1973 年恢复测水温,1974 年恢复测 水位;1977 年 1 月断面上迁 600m 左右至今。该站自建立以来,其观测资料均已 按规范要求整编刊印,精度达到设计要求。

2·3·2 广丰水位站 · ·
广丰水位站位于广丰县城,为丰溪河的中游控制站。站址控制集雨面积

21

1424 km2。该站设立于 1952 年 1 月,观测项目有水位、降雨量,同年 10 月停止 观测,1960 年元月恢复观测工作。 1961 年底又再次停止观测,1977 年元月再次恢复观测水位和降雨量,1978 年 1 月开始测流量,1982 年停测流量,只观测水位和降雨量两项直到现在。 该站采用直立式搪瓷水尺, 高程系统为吴松、 换算系统 “吴淞—1.382=黄海” , 直立水尺设在左岸,测验河段顺直段长约 350m,控制条件尚好,河床为卵石粗 砂, 局部基岩裸露, 断面上游 460m 为广丰大桥, 上游 300 m 是大石水的入口处, 下游约 250 m 右岸设水碓一座, 下游 1810m 为下溪水的汇合口, 汇合口下游 500m 为芦林闸坝,此坝为低坝,对广丰水位站的观测水位无影响。 此外,广丰水位站还设有自动式雨量计一台,对降雨进行观测。该水位站为 国家基本水位站,实测资料均经过整编,精度可靠。

2·3·3 铁路坪水文站 · ·
铁路坪水文站属于国家基本水文站, 位于杨村水中游, 地理坐标为东经 117° 40′,北纬 28°08′,控制集雨面积 311km2,该站观测项目有水位、流量、降 雨量等。水位观测原采用直立木水尺人工观测,现改为自记式水位仪,该站流量 测验采用缆道速仪,高程系统采用假设系统。 该站于 1958 年 7 月设站,1962 年停测,1963 年又恢复对水位、流量、降雨 的观测,实测资料系列至今已有 39 多年。该站测验河段顺直,两岸为高山,控 制条件尚好,该站历年的水位~流量关系均为单一曲线,其观测资料均已按规范 要求整编,精度满足设计要求。

2·3·4 项源水文站 · ·
项源水文站属于国家基本水文站,观测项目有水位、流量、降雨量等,该站 控制集雨面积 41.9 km2,水位观测原采用直立木水尺人工观测,现改为自记式水 位仪,其高程系统采用假设,流量测验采用缆道速仪进行。 项源水文站于 1969 年,其观测水位、流量、降雨实测资料系列至今已有 30 多年。该站测验河段顺直,两岸为山区,控制条件尚好,项源水系发源于武夷山 北麓,流域内人类活动影响不大,其观测资料均已按规范要求整编,精度满足设
22

计要求。 上述四站的基本情况见表 2-1

水文( 水文(位)站降雨测站基本情况表
表 2-1
地理坐标 站名 上饶 广丰 铁路坪 项源 河名 玉山水 丰溪河 杨村水 杨村水 东径 117°50′ 117°40′ 北纬 28°27′ 28°08′ 集雨 面积 2 (km ) 2735 1424 311 41.9 主河长 (km) 114.3 坡降 (‰) 6.1 流域形 状系数 0.209 实测 年限 41 37 39 吴淞 吴松 假设 假设

2·4

洪水

2·4·1 坝址洪水 · ·
一、暴雨成因及特性 红洋水是丰溪河的一条小支流,也是广丰县的多雨区之一,降雨主要受季风 影响,其水汽主要来自太平洋西部的南海和印度洋的孟加拉湾。一般在每年的四 月份前后起,雨量逐渐增加,五、六月份冷暖气流持续交绥于长江中下游一带, 冷暖空气的强烈幅合运动,形成大范围的暴雨,当锋面雨区进入该区域时,常伴 随着大暴雨的产生,因此锋面雨是该流域暴雨的主要天气系统。 二、洪水成因及特性 本流域属山区性河流,洪水均由暴雨产生,洪水发生时间与暴雨紧密相关。 根据暴雨特性,暴雨活动季节为每年 4—7 月份,尤以 5—6 月最为集中,发生次 数最多,也有极少数年份会在 8—9 月发生特大洪水,洪水涨落快,一次洪水过 程一般为 1—3 天,峰型与降水时间、强度有关,大多是单峰分布,一次洪水总 量主要集中在一天之内。 三、设计暴雨 1、实测暴雨分析 红洋水流域内在黄尖山水库附近有广丰水位站, 邻近有沙溪镇的沙溪雨量站, 由于黄尖山水库坝址以上流域中心的距离与广丰县城较近,距离为 8km,且属同 一流域,因此水库坝址以上流域中心的点暴雨直接引用广丰水位站实测的点暴

23

雨。 广丰水位站,建立于 1952 年,实测的短历时最大暴雨 1 小时,最大 3 小时, 最大 6 小时,最大 24 小时暴雨有 1977—2003 年共 27 年的资料,因此根据现有 的资料进行分析,短历时暴雨分析采用 1977—2003 年共 27 年实测系列,因此根 据现有的资料进行分析,知历时暴雨分析采用 1977—2003 年共 27 年实测系列, 资料系列长度满足规范设计要求。经分析统计,广丰水位站实测暴雨情况见表 2-2。

广丰水位站实测暴雨情况表
表 2—2
时段 最大 1 小时 降雨量 年月日 (mm) 分项 第一位 第二位 第三位 第四位 65.3 45.2 41.5 39.5 1981.06.22 1978.09.18 1979.08.31 1987.07.23 2002.08.16 80.3 78.5 70.3 65.5 65.0 53.1 1988.06.15 1981.06.22 2000.06.08 1994.08.15 1995.06.25 101.2 99.2 97.8 93.9 1995.05.20 1999.06.16 2000.06.08 1988.06.15 211.3 194.7 186.0 157.8 1998.06.20 1995.06.25 1999.06.16 2000.06.08 最大 3 小时 降雨量 (mm) 年月日 最大 6 小时 降雨量 (mm) 年月日 最大 24 小时 降雨量 (mm) 年月日

第五位 39.0 暴雨特征 多年平均 34.7

91.1 1998.06.21 超过 70mm 有 10 年 66.3

131.6 1982.06.16 超过 120mm 有 7 年 110.9

2、设计暴雨的计算 设计暴雨的推求可根据广丰水位站的暴雨系列资料排频适线成果和 《江西省 暴雨洪水查算手册》 (以下简称《手册》 )中的暴雨查算等值线图两种方法计算。 (1)根据实测资料推求 根据广丰水位站实测暴雨系列, 经排频统计、 P—III 型理论曲线适线、 定线、 由此可求得各时段的设计暴雨,其成果见表 2—2。 (2)根据《手册》推求 《江西省暴雨洪水查算手册》是经水电部 1983 年(83)水电水建字第 28 号 和 (83) 水电水规字第 7 号文件批准使用的, 是为我省水文资料长期短缺的地区, 作为中、小型水利水电工程进行洪水设计的依据。根据《江西省暴雨洪水查算手 册》等值线图,查得流域中心点各时段的暴雨特征值为:H1=40mm,Cv1=0.45, H6=75mm,Cv6=0.45;H24=120mm,Cv24=0.45;Cs=3.5Cv。坝址二十四小时各频率 暴雨计算成果见表 2—3。

24

各频率暴雨计算成果表
表 2—3
历时 计算方法 实测 《手册》 实测 《手册》 实测 《手册》 平均暴 Cv 雨(mm) 110.9 120 66.3 75 34.7 40 0.33 0.45 0.29 0.45 0.25 0.45 设计暴雨(mm) Cs/Cv P=0.1% P=0.2% P=1% 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 283.9 408 153.8 255 72.5 136 266.2 376.8 145.2 235.5 69.1 125.6 225.1 302.4 124.6 189 60.4 100.8 P=2% 206.3 270.0 115.4 168.8 56.2 90 P=3.33% P=5% 195.2 249.6 109.8 156.0 53.8 83.2 180.8 219.6 102.8 141 50.7 75.2

24 小时 6 小时 1 小时

(3)设计暴雨选择 从表 2—2 中可以看出,虽然实测暴雨均值 1 小时、6 小时、24 小时的值经 手册小,故本次洪水复核考虑采用《江西省暴雨洪水查算手册》查算得出的暴雨 资料计算洪水。 四、设计洪水的推求 黄尖山水库自 1960 年开始就对水库的水位进行了观测,但保存下来的资料 却很有限,且断断续续、库水位观测时间不确切,又没有溢洪道泄水过程,因此 无法根据水库库水位的第一手资料来反推入库洪峰流量, 另外可用邻近流域的铁 路坪、 项源两水文站的实测洪峰流量资料用水文比拟法推算黄尖山水库的设计洪 水,由于铁路坪、项源两站的集雨面积分别为 311km2、41.9 km2 比黄尖山水库集 雨面积 1.92 km2 分别大 161.9、21.8 倍,因此不能采用铁路坪、项源两站实测洪 水资料来推求黄尖山水库的设计洪水位。 故本次设计洪水直接采用暴雨资料推算 设计洪水。 (一)由暴雨资料推求设计洪水 根据 《江西省暴雨洪水查算手册》 使用说明, 流域集水面积在 30km2 以下的, 一般采用推理公式法计算设计洪水。黄尖山水库流域集水面积 1.92 km2,故本次 采用推理公式法推求设计洪水过程。 黄尖山水库在推理公式汇流分区汇流图中属于Ⅴ区, 根据下列公计算断面洪 峰流量: Qt=0.278

∑ ht /t·F

τ=0.278/(mJ1/3Q1/4) 设θ=L/J1/3,即 Qτ=(0.278/θτm)4 式中
25

h——各时段对应的总净雨量 τ、t——时间 F——流域面积,1.92 km2 Q——流量 L——主河道长,2.98km J——河道平均坡降,11.27% m——汇流参数 点绘 Qτ~τ与 Qt ~t 曲线, 两曲线的交点即为所求的地面设计洪峰流量 M (Q
地面

)与汇流时间(τ) 。地面过程线由概化五点折腰多边形过程线推求,各转折

点的值由相应的百分数确定。 地下径流峰值按 Qm 地下=R 下 F/3.6T 计算, m 地下为地面径流终点。 Q 地下径流过 程采用以 Qm 地下为顶点的等腰三角形,底宽为二倍的地面径流过程时间。其中 R


为地下径流深,T 为地面径流过程底宽,F 为流域面积。T=9.67W/Qm

地下



W=0.1h24F(104m3) 。自 Qm 地下地下开始向前减少一个时段、向后增加一个时段流 量均随之减少一个 Qm 地下(ΔQm 地下=Δt/TQm 地下),即得地下径流过程。地面流量过 程和地下径流过程相加得设计洪水过程, 根据设计洪水过程线可求得设计洪水成 果。设计洪水成果见表 2—4。

推理公式法推求水库设计洪水过程(手册) 推理公式法推求水库设计洪水过程(手册)
表 2-4
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0.2% 时间(小时) 0 0.7 1.7 2.7 3.7 4.7 5.7 6.7 7.7 8.7 9.7 10.8 洪水总量(10 m )
4 3

流量(m /s) 0 3.2 21.5 49.2 35.0 20 8.6 6.7 5.2 3.8 1.8 0 55.3

3

3.33% 时间(小时) 0 0.6 2.6 3.6 4.6 5.6 6.6 7.8 8.6 9.6 10.3 洪水总量(10 m )
3
4 3

流量(m /s) 0 1.8 29.6 20.5 11.5 5.4 4.3 3.2 2.0 0.8 0 31.7

3

注:采用五点概化算洪水过程线,时间单位为小时,流量单位为 m /s。

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2·4·2 洪水计算成果的合理性分析 · ·
本次洪水复核的计算,由于无法采用库水位还原洪峰流量的计算,因此无法 用库水位还原洪峰流量的途径来推求设计洪水, 而只能采用暴雨资料来推求设计 洪水。本次复核采用《手册》推荐的推理公式法计算设计洪水。 为了进一步验证设计洪水的的合理性, 将本次洪水计算成果与邻近地区已建 并通过审批的水库成果按洪峰流量除以相应面积的 2/3 次方计算洪峰流量进行比 较,在同一玉山水的平原水库,流域特征与黄尖山水库相似,其洪峰模数比较接 近,且有一定的变化规律。故黄尖山水库设计洪水采用《手册》成果是合理的。 设计洪水成果比较表 表 2-5
设计频率(%) 水 库 名 称 石弄水库 黄尖山水库 (以石弄水库计算) 黄尖山水库 (手册计算) 加权平均 集雨面积 (km 坡降(%)
2

洪峰(m /s) 0.2 3.33 28.2 26.1 29.6 196.6 43.6 49.2

3

洪峰模数 0.2 27.9 27.9 31.8 3.33 16.8 16.8 19.2

2.16 1.92 1.92

5.31 11.27 11.27

2·4·3 分期(施工)洪水 · · 分期(施工)
为了进行施工组织设计和合理安排施工进度, 设计中对施工洪水进行了分析 计算。 通过对广丰水位站 1977—2003 年共 27 年逐年各月最大 24 小时暴雨资料统 计分析,施工期考虑有 9—次年 2 月、9—次年 3 月,10—次年 2 月和 10—次年 3 月四个不同的划分时段。分期施工洪水是按时段中逐年最大 24 小时暴雨经排 队频计算,P—Ⅲ型曲线适线、定线,得出设计频率暴雨,然后采用推理公式法 进行计算。各分期设计洪水成果见表 2—6。

黄尖山水库施工期分期设计洪水成果表
表 2—6
频率(%) 施工期 P=20% P=33.3% 9—次年 2 月 4.7 3.7 9—次年 3 月 4.8 3.8 10—次年 2 月 4.6 3.5

m3/s
10—次年 3 月 4.7 3.7

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2·4·4 大坝监测 · ·
黄尖山水库是一座以灌溉为主兼顾养殖的小(1)型水库。总库容 177.52× 104m3,库区为中高山区,流域地势北高南低。为了掌握了解大坝运行情况,大 坝渗漏监测采用三角量水堰测量渗漏流量。在大坝下游排水棱体外坡做一引水 渠,在引水渠未端设一个直角量水三角堰,堰出口与下游河道相连接。大坝位移 与沉陷观测采用经纬仪(或水准仪) 。通过大坝两岸的控制点进行核测。

2·4·5 水雨情测报 · ·
为了水库的安全和调度并及时了解和掌握水库的水情和雨情, 规划在水库管 理站建一座降水量观测站和水位观测站。水位观测采用直立水尺人工观测记录。 降水量观测采用自动观测斗量,人工统计记录整编,通过电传送到上级防汛指挥 部。

28

3
3·1

工程地质与工程质量

工程地质勘察工作简介

黄尖山水库工程自兴建以来未做任何地质勘察工作。2004 年 5 月初,我院 受广丰县水电局的委托,承担本阶段的工程地质勘察工作,2004 年 5 月末结束 外业。完成了大坝、溢洪道、灌溉输水涵管等工程地质勘察工作,共施工钻孔 9 个,总进 192.45m(其中土层 133.1m,岩石 59.35m),压(注)水试验 10 段,取原 状土 62 组,室内土工试验 62 组。 本报告高程系统采用黄海高程,任意直角坐标系。

3·2

区域地质概况 地形地貌及物理地质现象

3·2·1 · ·

本区属构造剥蚀丘陵地貌,地势南高北低,山头分布零乱,山顶浑圆,山坡 较缓,山顶高程多在 300~350 米,冲沟发育。区内植被茂盛。未见有滑坡、崩 塌等不良物理地质现象。

3·2·2 · ·

地层岩性

本区出露的地层岩性主要为元古界前震旦系板溪群四段(Ptbn4)变质岩系、 中生界侏罗系下统林山组(J1l)沉积岩和第四系更新统(Qp)及第四系全新统 (Qh)堆积物。现将各地层岩性由老至新分述如下: 3·2·2·1 元古界前震旦系板溪群四段(Ptbn4) 元古界前震旦系板溪群四段( · · · 岩性主要为灰绿、深灰色细—中粒长石砂岩与千枚状绿泥绢云粉砂质板岩、 板岩互层,间夹细粒凝灰质砂岩等,广泛出露于本流域。 中生界侏罗系下统林山组 侏罗系下统林山组( 3·2·2·2 中生界侏罗系下统林山组(J1l) · · · 岩性主要为粉砂岩及灰黑色板岩(部分具条带)夹细粒长石石英砂岩,出 露于流域下游。 新生界下第三系(E) 3·2·2·3 新生界下第三系 岩性主要为紫褐色凝灰岩夹紫红色砂砾岩等,出露于坝址和水库区。 3·2·2·4 第四系更新统(Qp) 第四系更新统( ) · · · 岩性主要为红色、浅黄色粘土、砾质粉质粘土、砾质粉质壤土、灰白色砂
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砾石等,出露于流域下游。 3·2·2·5 第四系全新统(Qh) 第四系全新统( ) · · · 岩性主要为坡积、残坡积及冲积粉质壤(粘)土和砂卵砾石等,主要分布 于流域下游和平缓低洼山坡及丘陵沟谷一带。

3·2·3 · ·

地质构造及区域稳定

本区所处大地构造单元,为扬子准地台,下扬子——钱塘古台坳,位于我国 东部新华构造体系南段, 武夷山——戴云山隆起带的西北侧。 在加里东、 华力西、 印支及燕山早期构造运动场十分强烈,形成了北东向、东西向和北西向的复合构 造体系,故形成了大峰源、新岭塘、大峰口、下村等花岗岩体,同时还表现构造 十分发育,在本区形成了华夏系与纬向构造带的复合构造体系,华夏系与北西向 构造的复合构造体系,以及较单纯的北东向的华夏系构造体系。但到了挽近时期 构造运动较弱,地壳处于缓慢的上升阶段,表现为河流及冲沟的深切,一级基座 阶地的产生。 根据《中国地震动参数区划图》 (GB18306-2001) ,本区地震动峰值加速度 小于 0.05g,区域稳定性较好。

3·2·4 · ·

水文地质

本区水文地质条件较为简单, 地下水类型主要为基岩裂隙水和第四系孔隙潜 水。 基岩裂隙水赋藏于岩石裂隙之中,裂隙水主要受大气降水补给,在沟谷或低 洼处以泉水排出地表,水量较贫乏。 孔隙潜水主要赋藏于阶地、 漫滩及山麓堆积层中, 由大气降水及地表水补给, 排泄于河流或沟谷。地下水位埋藏较浅,水量较丰富。 地下水动态类型属降雨—径流型。

3·3

水库区工程地质条件及评价 工程地质条件

3·3·1 · ·

水库区属构造剥蚀丘陵地貌,山顶高程一般为 250~350m,山头分布零乱,
30

多为缓坡园顶状,地形相对高差较小,冲沟发育,山坡较平缓,植被较好;水库 区未见有滑坡、崩塌、泥石流等不良物理地质现象,自然山坡稳定 库区出露的地层岩性主要为下第三系(E)棕褐色凝灰岩夹紫红色砂砾岩以及 第四系全新统残坡积(Q4edl)砾质粉质壤土和冲积重粉质壤土等。 库区内未见有大的断裂构造通过,构造形迹主要表现为构造裂隙,裂隙以北 西西向裂隙为主,北东东西向裂隙次之。 库区地下水类型主要为第四系孔隙潜水,基岩裂隙水贫乏,地下水与河水及 库水互为补给

3·3·2 · ·

工程地质评价

水库区在正常蓄水位 220m 高程范围内,组成库盘及库岸的地层岩性主要为 下第三系凝灰岩夹砂砾岩,岩石透水性较弱,库区分水岭较高,地下分水岭较雄 厚,库内未见有导水断裂破碎带连通库外,水库运行五十多年来未发现库水向外 渗漏现象,故水库不存在永久性渗漏问题。 在水库迴水范围内,无村庄、农田、重要交通及厂矿等,故水库不存在浸没 等问题。 水库区属丘陵地貌,山头较低矮,山坡较平缓,自然边坡稳定。水库运行五 十多年未发生过库岸滑坡、 崩塌、 泥石流等现象, 水库库岸及近坝库岸均较稳定。 水库区植被发育, 树木较茂盛, 水土保持较好, 洪水期有少量泥砂淤积库内, 平水期库水清澈,固体径流甚微。

3·4

坝址区工程地质条件及评价

3·4·1 工程地质条件 · ·
3·4·1·1 · · · 地形地貌及物理地质现象 坝址区属构造剥蚀丘陵地貌,山顶高程一般为 250~320m,河谷狭窄,谷底 宽 40~50m,两岸地形较为对称,左岸山坡角 30~40°,右岸山坡角 35~50°。 坝址区未见有滑坡、崩塌等不良物理地质现象,自然山坡较稳定。 3·4·1·2 地层岩性 · · · 坝址区出露的地层岩性主要为新生界下第三系(E)凝灰岩夹砂砾岩和第四系
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松散堆积物等。现分述如下: 一、新生界下第三系(E) 凝灰岩:棕褐色,主要成份为脱玻化的玻屑(或岩屑)(砾径小于 2mm), 含量大于 55%,流纹质细火山角砾(砾径 2~10mm),含量约 10%,绢云母千 枚岩角砾; 胶结物为水云母、 伊利石和绿泥石等粘土矿物, 细火山角砾凝灰结构, 岩性较坚硬。 砂砾岩:紫红色,主要由石英砂组成,泥钙质胶结,细碎屑结构,层状构造, 岩性较坚硬,岩层产状 N55°E,NW∠35~45°。 二、第四系松散堆积物 按其成因可分为残坡积层和冲积层,主要沿河谷、山坡及冲沟分布。 (1) 残坡积物(Q4edl):主要为砾质粉质壤土,黄色、浅灰白色,成分由粉 粒和粘粒组成,砾石含量 20~50%,砾石直径一般为 2~10mm,土体稍湿,可 塑状,手捏砂感明显。厚度 0.8~1.5m,仅分布在坝址区平缓山坡部位。 (2)冲积物(Q4al):主要由含少量砾粉质壤土和砾质重砂壤土等组成,结构 较疏松,层厚一般为 1.0~2.0m,主要分布于大坝下游河谷部位。

3·4·1·3 地质构造 · · ·
坝址区未发现见有断层破碎带通过,但岩体裂隙较发育。主要有以下两组裂 隙: ①产状 N55°E,NW∠35~45°,层面裂隙,裂面较平整,有 FeMn 质浸 染,表面多呈微张,有泥质充填,较发育,延伸较长。 ②产状 EW,S∠50°,裂隙面较平整,有 FeMn 质浸染,表面呈微张或闭 合状,较发育,延伸较长。 ③产状 N30°W,SW∠48°,裂面较光平,有 FeMn 质浸染,表面微张或闭 合状,较发育,延伸较长。

3·4·1·4 岩石风化 · · ·
坝址区岩石风化特征主要表现为沿地表的均匀风化。根据本次钻探成果, 岩石表部一般为强风化,以下为弱风化和微新岩石,其中大坝左岸强风化带厚度 一般为 6~8m,右岸强风化带厚度一般为 8~15m,河床部位强风化带厚度一般
32

为 8m,弱风化带岩石均未揭穿。 3·4·1·5 水文地质 · · · 一、地下水类型 坝址区下水类型主要为第四系松散堆积物孔隙潜水和基岩裂隙潜水, 其中孔 隙潜水含水层主要为第四系松散堆积物,水量较丰富;裂隙潜水主要赋存于岩石 裂隙之中,水量贫乏。地下水受大气降水和库水的补给,排泄于沟谷及河流,地 下水动态类型属降雨——径流型。 二、坝址区环境水水化学性质 (一)库水 为了解水库区环境水的化学性质及其侵蚀性, 在水库取水样进行了水质简项 分析,根据室内分析成果:库区环境水为 HCO3=·SO4=-Ca++·Mg++型水,属 极软水, 淡水。 总矿化度为 49.116mg/L, HCO3-含量为 17.647mg/L, PH 值 8.40, 侵蚀性 CO2 含量为 19.087mg/L, ++含量为 8.529mg/L, ++含量为 2.586mg/L, Ca Mg SO4=含量为 10.221mg/L。根据《水工砼水质分析试验规程》DL/T5152—2001 环 境水腐蚀判定标准,库水对砼有弱分解溶出型及弱分解碳酸型腐蚀,无其他类型 腐蚀。此外,环境水因养鱼的原因,水中加有化肥等碱性化合物,导致水中 PH 值为 8.40,属弱碱性水。 (二)地下水 为了解地下水的化学性质及其侵蚀性, 在下游坝脚渗水处取水样进行了水质 简项分析,根据室内分析成果:地下水为 HCO3=·SO4=-Ca++·Mg++型水,属 极软水, 淡水。 总矿化度为 55.586mg/L, HCO3-含量为 23.529mg/L, PH 值 7.65, 侵蚀性 CO2 含量为 19.087mg/L, ++含量为 6.397mg/L, ++含量为 3.878mg/L, Ca Mg SO4=含量为 15.331mg/L。根据《水工砼水质分析试验规程》DL/T5152—2001 环 境水腐蚀判定标准,地下水对砼有弱分解溶出型及弱分解碳酸型腐蚀,无其他类 型腐蚀。 三、岩土体透水性 坝址区岩体表部裂隙发育,岩石较破碎,透水性较强;下部岩体较完整,透 水性较弱。根据本次钻探压水试验成果,坝基岩体相对不透水层(q≤10Lu)埋 其中左岸一般在基岩面以下 7~10m; 右岸一 藏深度一般在基岩面以下 7~10m,
33

般在基岩面以下 9~10m,河床一般在基岩面以下 10m;。相对透水层岩体透水 率一般为 q=19.3~55.3Lu,属中等透水岩层。

3·4·2 工程地质评价 · ·
3·4·2·1 · · · 坝基清基质量评价 根据水库大坝施工回忆资料,该工程于 1953 年冬动工兴建,大坝坝基除在 谷底下游部位保留一层第四系冲积粘土质砂和粉土质砂土层外, 坝基其它部位均 清基至基岩面,心墙和斜墙未开挖齿槽。本次勘探成果与当时大坝施工清基情况 基本一致,详见大坝工程地质纵、横剖面图。 3·4·2·2 坝基及坝肩渗漏评价 · · · 一、坝基渗漏评价 大坝坝基出露的岩性为下第三系凝灰岩和砂砾岩,岩体表部呈强风化,裂隙 较发育,岩体较破碎,透水性较强。根据钻孔压水试验成果,透水率(q)一般为 19.3~55.3Lu,属中等透水岩体,因此,坝基存在渗漏问题。 二、坝肩渗漏评价 根据相对不透水层顶板线与正常高水位线的关系, 大坝左右两坝肩均存在坝 肩渗漏问题,其中左坝肩渗漏范围长度约 20m,右坝肩渗漏范围长度约 18m。相 对透水层的渗透系数(q)一般为 40.0~41.3Lu,属中等透水岩体。

3·5

大坝质量评价 大坝施工简介

3·5·1 · ·

黄尖山水库于 1953 年冬动工兴建, 设计坝型为心墙坝, 至次年春季完成 6m 坝高。由于溢洪道未开挖就开始蓄水,故在 1954 年汛期被洪水全部冲毁。1954 年冬又重建,1955 年春完成 8m 坝高,后经过逐年的续建,到 1978 年春,大坝 完成 20m 坝高,心墙 17m 高。由于多次续建,心墙轴线有错位现象,防渗性能 和填筑质量均较差。 1978 年冬至 1979 年春,对水库大坝再次进行了扩建工作,坝型由心墙坝改 为斜墙坝, 大坝向内加宽 4.5m, 向外加宽 2.5m, 大坝加高 3m, 坝顶高程为 215.6m, 斜墙既未做截水齿槽,也未做防渗铺盖,斜墙厚度最厚约 4.5m,最薄约 0.6m,
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均未达到设计要求,斜墙顶高程约 207m。 1979 年冬至 1980 年春,大坝斜墙继续加高,斜墙顶高程至 210.6m。1980 年冬至 1981 年春,大坝从 20m 加高到 31.75m,斜墙也跟着做到坝顶。

3·5·2 · ·

坝体质量评价

为了查明大坝填筑质量,本次地质勘探工作沿大坝坝轴线布置了一条纵剖 面,横向布置了二条横剖面,坝体钻孔进行了连续取原状土样,并进行室内土工 试验。现就大坝坝体质量从斜墙、心墙和坝壳等三个方面进行分析与评价: 3·5·2·1 大坝斜墙质量评价 · · · 一、斜墙土的颗粒分析 斜墙土主要由含砂低液限粘土组成,根据室内土工试验成果,斜墙土的砾石 含量一般为 14.1~23.3%,平均值为 19.0%;砂粒含量一般为 25.9~39.6%,平 均值为 32.6%;粉粒含量一般为 14.2~25.5%,平均值为 20.9%,粘粒含量一般 为 22.9~31.6%,平均值 27.5%。斜墙土的粘粒含量满足规范要求,土料质量较 好。详见表 3-1 坝体填筑土颗分统计表 表 3—1 部 位 斜 墙 心 墙 坝 壳 砾石 (%) 19.0 31.7 32.4 砂粒 (%) 32.6 31.9 34.3 粉粒 (%) 20.9 16.7 15.4 粘粒 (%) 27.5 19.7 17.9 岩 性 含砂低液限粘土 粘土质砂和粉土质砂 粘土质砂和粉土质砂

二、斜墙土的物理力学性质分析 根据室内土工试验资料,斜墙土的湿密度平均值为 1.86g/cm3,干密度平均 值为 1.53g/cm3,孔隙比平均值为 0.756,塑性指数平均值为 13.2,压缩系数平均 值为 0.46MPa-1,凝聚力平均值为 22.0KPa,内摩擦角平均值为 20.7°。孔隙比 偏大,压缩系数较高,说明斜墙土结构较疏松,密实性较差,属中等偏高压缩性

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土。详见表 3-2 坝体填筑土物理力学指标成果统计表 表 3—2 ρ 部 位 g/Cm3 斜 墙 心 墙 坝 壳 1.86 1.87 1.88 g/Cm3 1.53 1.57 1.57 - 0.756 0.692 0.697 KPa 22.0 14.7 15.2 ° 20.7 22.3 23.2 MPa-1 0.46 0.41 0.42 ρd e C φ α1-2

三、斜墙土的渗透性分析 根据室内 2 组渗透试验成果,斜墙渗透系数平均值为 8.5×10-5 cm/s;透水性 较强,属中等透水土体,防渗性能不能满足 q<1×10-5 cm/s 规范强制性条文的要 求。详见表 3-3 坝体填筑土渗透系数统计表 表 3-3 部 位 渗透系数 K(cm/s) 算术平均值 斜 墙 心 墙 坝 壳 3·5·2·2 · · · 8.5×10-5 3.0×10-4 2.8×10-4 大值平均值 5.4×10-4 4.4×10-4 小值平均值 1.1×10-4 1.1×10-4 含砂低液限粘土 粘土质砂和粉土质砂 粘土质砂和粉土质砂 岩 性

大坝心墙质量评价

一、心墙土的颗粒分析 大坝心墙土主要由粘土质砂和粉土质砂组成,根据室内土工试验成果,心墙 土的砾石含量一般为 9.3~43.8%,平均值为 31.7%;砂粒含量一般为 23.3~ 48.7%,平均值为 31.9%;粉粒含量一般为 11.0~30.5%,平均值为 16.7%,粘粒 含量一般为 8.5~31.2%,平均值 19.7%。心墙土的砂粒及砾石含量较高,粘粒含

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量较低。土料质量一般。详见表 3-1 二、心墙土的物理力学性质分析 根据室内土工试验资料,心墙土的湿密度一般为 1.78~1.96 g/cm ,平均值 为 1.87g/cm ;干密度一般为 1.46~1.65g/cm ,平均值为 1.57g/cm ;孔隙比一 般为 0.62~0.821,平均值为 0.692; 塑性指数一般为 8.2~12.8,平均值为 10.7; 压缩系数一般为 0.29~0.79,平均值为 0.41MPa ; 凝聚力一般为 10.1~20.3 KPa, 平均值为 14.1KPa;内摩擦角一般为 21.5~23.4°,平均值为 22.3°。从以上统 计结果来看,心墙土孔隙比较小,干密度较大,密实性较好,属中等压缩性土。 详见表 3-2 三、心墙土的渗透性分析 根据室内渗透试验成果,心墙土渗透系数一般为 2.3×10-5~7.1×10-4cm/s, 平均值为 3.0×10
-5 -4 -1 3 3 3 3

cm/s,属中等透水~弱透水土体,其防渗性能不能满足 q<

1×10 cm/s 规范强制性条文的要求。详见表 3-3 3·5·2·3 大坝坝壳质量评价 · · · 一、坝壳土的颗粒分析 坝壳土主要由粘土质砂和粉土质砂组成,根据室内土工试验成果,坝壳土的 砾石含量一般为 14.1~48.8%,平均值为 32.4%;砂粒含量一般为 22.3~54.1%, 平均值为 34.3%;粉粒含量一般为 8.2~31.8%,平均值为 15.4%,粘粒含量一般 为 1.6~36.8%,平均值 17.9%。从以上统计结果来看,坝壳土与心墙土的颗粒级 配基本相同,属同一类土。详见表 3-1 二、坝壳土的物理力学性质分析 根据室内土工试验资料,坝壳土的湿密度一般为 1.78~1.96 g/cm3,平均值 为 1.87g/cm3;干密度一般为 1.46~1.65g/cm3,平均值为 1.57g/cm3;孔隙比一 般为 0.620~0.821,平均值为 0.692; 塑性指数一般为 8.2~12.8,平均值为 10.7; 压缩系数一般为 0.29~0.56,平均值为 0.41MPa-1; 凝聚力一般为 10.1~20.3KPa, 平均值为 14.7KPa;内摩擦角一般为 21.5~23.4°,平均值为 22.3°。从以上统 计结果来看,坝壳土物理力学性质与心墙土和斜墙土基本相同,不均一,差异性 较大,总体来看,土体较密实,但压缩系数偏大,属中等压缩~高压缩性土。详 见表 3-2
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三、坝壳土的渗透性分析 根据室内渗透试验成果,坝壳土渗透系数一般为 3.0×10 ~7.3×10 cm/s, 平均值为 2.8×10
-4 -5 -4

cm/s,属中等透水~弱透水土体,其渗透系数与心墙和斜墙

土的渗透系数基本一致, 不满足坝壳土体渗透系数大于心墙或斜墙土体渗透系数 50 倍的设计规范要求。详见表 3-3 3·5·2·4 大坝各岩土层地质参数建议值 · · · 坝体各填筑土料的主要地质参数建议值取值原则:根据土工试验成果,物理 指标采用算术平均值,压缩系数采用大值平均值,抗剪指标采用小值平均值,渗 透系数采用大值平均值;慢剪指标采用经验值。各岩土体建议值详见表 3—4 坝体填筑土主要物理力学参数建议值一览表 表 3—4 部 位 ρ g/Cm3 斜 墙 心 墙 坝 壳 全坝段 1.86 1.87 1.88 1.88 ρd g/Cm3 1.53 1.57 1.57 1.57 e - 0.756 0.692 0.697 0.698 C KPa 22.0 12.4 12.9 13.1 φ ° 20.7 21.7 22.2 21.9 α1-2 MPa-1 0.46 0.41 0.42 0.42 K cm/s 8.5×10-5 5.4×10-4 4.4×10-4 4.6×10-4 I允 - 0.45 4~5 0.45 0.45

3·6

溢洪道工程地质条件及评价

3·6·1 概述 · ·
溢洪道布置在大坝左坝头,于 1981 年春兴建,由人工沿山坡爆破开挖而成, 为开敞式溢洪道,引水明槽较长,明槽出口为自然山坡消能,水库泄洪时直冲灌 溉明渠。 溢洪道进口底板高程为 219.8m,明槽出口底板高程为 217m,底宽一般为 3.6~4.0m, 全长约 144m。溢洪道左右两侧边坡开挖较陡,边坡角一般为 60~ 75°,坡高 4~12m,岩质边坡,边坡开挖不平顺,槽身不平直。

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3·6·2 工程地质条件及评价 · ·
溢洪道通过地段山体低矮,工程地质条件同坝址。溢洪道存在的地质问题主 要是抗冲刷及边坡稳定问题,现分述如下: 一、溢洪道抗冲刷问题及评价 溢洪道均为基岩,岩性主要为新生界第三系(E)凝灰岩夹砂砾岩,裂隙较发 育,岩体较破碎,完整性较差,表面一般为强风化。物理力学性质较差,抗冲刷 性能一般,建议强风化基岩允许抗冲刷流速为 2.5m/s(水深 3.0M) 。 由于溢洪道是沿自然山坡自流消能,泄洪时直冲山坡脚,危及溢洪道出口山 坡的稳定,建议溢洪道出口做挑流设施。 二、溢洪道边坡稳定问题及评价 溢洪道边坡为岩质边坡,坡角较陡,岩体裂隙发育,裂隙多呈张开状,并有 次生泥质填充,性状较差,岩体较破碎,溢洪道边坡局部见有坍塌及掉块现象, 边坡稳定性较差,建议进行削坡处理,允许开挖边坡为 1:0.5~1:0.75。

3·7

输水隧洞工程地质条件及评价

3·7·1 概述 · ·
输水隧洞布置在大坝左端山体内,从上游斜穿溢洪道底部,出口于坝脚下游 冲沟处。 隧洞断面为 1.2m×1.8m, 城门洞形, 为无压隧洞, 进口底板高程 202.4m, 出口底板高程 201.0m,洞长约 162m。

3·7·2 灌溉隧洞工程地质条件及评价 · · 灌溉隧洞工程地质条件及评价
隧洞位于大坝左岸山体,距大坝左坝头约 23m,侧向围岩单薄。隧洞通过 地段山体低矮,山坡平缓,山坡角一般为 15~20°,基岩裸露,未发现有滑坡、 崩塌等不良物理地质现象,自然边坡较稳定。出露的地层岩性主要为新生界第三 系(E)凝灰岩及砂砾岩,工程地质条件同坝址区,现就灌溉隧洞的工程地质条件 分段进行评价。 一、进口洞脸及进口洞段(桩号 0+000~0+040) 隧洞进口山坡平缓,山坡角约 15~20°,基岩裸露,自然边坡稳定。
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隧洞进口洞段长约 40m, 洞室埋深一般为 5~10m,围岩为强~弱风化带岩 石,裂隙较发育,岩体较破碎,透水性较强,一般属强透水~中等透水岩体,为 Ⅳ~Ⅴ类围岩,围岩稳定性较差,建议该洞段洞室围岩 f=1~2,K0=60~ 80kg/cm3(按无压隧洞取值,下同)。 二、隧洞中间段(桩号 0+040~0+142) 该洞段长约 102m, 洞室埋藏相对较深, 一般为 11~17m, 最大埋深约 30m。 隧洞围岩一般为弱风化岩石,岩石裂隙发育,裂隙一般呈微张,透水性较强,一 般属弱透水~中等透水岩体,为Ⅲ~Ⅳ类围岩,围岩稳定性一般。建议该洞段洞 室围岩 f=3~4,K0=80~100kg/cm3。 三、出口洞脸及出口洞段(桩号 0+142~0+162) 隧洞出口山坡较平缓,山坡角约 30°,基岩裸露,洞脸开挖坡高约 2m,强 风化岩质边坡,洞脸稳定性较好。 隧洞出口洞段长约 20m, 洞室埋深一般为 6~10m。围岩为强~弱风化,岩 石裂隙发育,岩体破碎,裂隙多呈张开或微张,透水性较强,一般属中等透水~ 强透水岩体,为Ⅳ~Ⅴ类围岩,围岩稳定性差。建议该洞段洞室围岩 f=1~2, K0=60~80kg/cm3。 综上所述,输水隧洞距左坝头较近,侧向围岩较单薄,围岩裂隙发育,岩 体较破碎,透水性较强,稳定性较差,在水库高水头的长期作用下,隧洞围岩漏 水严重将危及大坝安全。因此,有必要对隧洞进行工程处理。

3·8

老涵管工程地质条件及评价

在渗漏通道。大坝设有一条输水涵管,为坝下埋管,进口在大坝左端,出 口在大坝右端,斜穿大坝底。涵管建于 1954 年 11 月,管长约 150m。涵管座落 在第四系冲积粘土质砂和粉土质砂土层上, 管身结构为石灰三合土浆砌石槽合盖 涵,断面 0.2×0.2m。涵管自投入运行后,漏水逐年增大,危及大坝安全。1980 年输水隧洞竣工后, 1980 年冬对老涵进行了废堵, 于 封堵方法先用长 0.3m 的木 塞塞住涵洞洞口,再用砼封堵,封堵质量差,漏水严重。1983 年春当库水位蓄 至 219.3m 高程时,涵管出口满管漏水,且水质浑浊,并在内坡出现两个深 2m, ,为防止大坝失事,水库通过隧洞放水,空库渡汛。1983 直径约 2m 的 “跌窝”
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年冬,对老涵进行了重新废堵,废堵方法先从老涵进口处向坝身方向开挖了一条 长 7m、宽 2m 的沟槽,清除了老涵管所有的浮渣碎石,再在老涵管内浇注砼塞, 并在管口处浇筑一块 150#砼板对老涵管进行封堵, 然后再用粘性土对沟槽进行回 填。由于封堵质量差,涵管出口至今仍漏水严重,并见有泥土带出。 由此分析,涵管结构为石灰三合土浆砌石,砌体质量差,涵管结构已遭破 坏,故在上游坝坡出现“跌窝” 。同时由于涵管封堵质量差,漏水严重,并见有 泥土带出,危及大坝安全;此外也不排除涵管外壁与坝体接触部位存因此,必须 进行工程加固处理,确保大坝安全运行。

3·9

天然建筑材料

3·9·1 土料 · ·
根据设计,本工程所需土料约 1×104m3,为此在大坝上下游进行了土料调 查与勘探,坝址区土料缺乏,本阶段选定鱼丘山料场为本工程的主要土料场。

3·9·1·1 料场概况 · · ·
料场位于广丰县下溪镇双井上屋鱼丘山,丘陵地貌,地形较开阔平坦,部分 为杉木林,部分为旱地,面积较大。上部无用层厚约 0.5~1.0m ,下部有用层厚 2.5~3.0m,土层较稳定,地下水位埋藏较深,开采条件较好,有简易公路通过, 但需要修约 200m 长的便道连接料场和 5.0km 长的盘山公路连通大坝(无上坝公 路) ,运距约 8Km。 3·9·1·2 土料质量评价 · · · 料场土为第四系残坡积棕红、棕黄色高液限粘土,根据土工试验成果,料场 土比重约 2.71,塑性指数约 21.7,有机质含量约 0.846%,易溶盐含量约 0.013%, 粘粒含量约 33.5%, 粉粒含量约 51.9%, 最优含水量 30.4%, 最大干密度 1.38g/cm3, 最大干密度的渗透系数 6.5×10-6cm/s。凝聚力约 30.3Kpa,内摩擦角约 15.5°。 上述指标中最优含水量和塑性指数偏高,最大干密度偏小,其它指标基本符合规 范要求,料场土质量较好,详见附表。 3·9·1·3 土料储量计算 · · · 由于料场地形较开阔平坦,土层层位较稳定,有用层厚度较大,故土料储量 计算均采用算术平均法。经计算,鱼丘山料场总储量约为 3×104m3,满足工程
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设计需求。

3·9·2 块石料 · ·
根据设计提供,本工程需要块石料约 0.2×104m3。坝址区广泛出露新生界下 第三系(E)凝灰岩夹砂砾岩,岩石表部一般为强风化,以下为弱风化和微新岩石, 岩性较坚硬,力学强度较高,属硬质岩类,块石质量较好,储量丰富,能够满足 工程需求。开采条件较好,运距约 500m。

3·9·3 砂、砾石料 · ·
根据设计提供,本工程需要砂料约 0.6×104m3,砾石料约 0.5×104m3。坝址 附近砂砾石料缺乏,本工程所需砂砾石料需要到永丰镇丰溪河料场购买,料场现 有私营商业开采,水下开采,储量较丰富,有公路通过,但无上坝公路,运距约 15km。 砂为中砂,成份主要为石英、长石及岩屑等,含泥量及云母含量较低,砂的 各项指标均满足或基本满足规范要求,砂质良好。 砾石成份主要为火成岩、砂岩及石英等,一般为弱风化,性状较坚硬,次圆 或浑圆状,粒径一般为 2~6cm,针片状及软弱颗粒少见,含泥量小,各项质量 指标均可满足设计要求。

3·10 结 论
一、区内挽近时期以来构造运动趋于稳定,区域稳定性较好。本区地震动峰 值加速度小于 0.05g,建筑物结构计算可不进行抗震复核。 二、库区属构造剥蚀丘陵地貌,在正常蓄水位范围内地形封闭。组成库盘及 库岸的地层岩性主要为新生界下第三系凝灰岩和砂砾岩,微新岩石透水性较弱, 库区分水岭厚,地下水位高于水库正常高水位。库区未见有大的导水断层带连通 库外,水库不存在永久性渗漏问题,库区山坡多为岩质边坡,边坡稳定,不存在 岸坡再造、淹没和浸没等问题。库区植被较好,固体迳流甚微。 三、坝址区出露的地层岩性主要为新生界下第三系(E)凝灰岩、砂砾岩和第 四系松散堆积物等,表部岩石呈强风化,裂隙较发育,上部岩体透水性较强,相

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对不透水层(q≤10Lu)埋藏较浅,坝基及两坝肩均存在渗漏问题。 四、大坝为心墙加斜墙坝型,其中斜墙土主要为含砂低液限粘土组成,土料 质量良好;结构较疏松,密实性较差,属高压缩性土;为中等~弱透水层,渗透 系数不满足 K<1×10-5cm/s 规范要求。 心墙填筑低矮, 低于正常高水位约 10.5m, 主要为粘土质砂和粉土质砂组成, 属中等压缩~高压缩性土, 中等透水~弱透水土体。 坝壳土与心墙土料基本相同, 物理力学性质及渗透系数也基本一致。 五、溢洪道是由人工沿山坡爆破开挖而成,为开敞式溢洪道,无消能设施。 溢洪道底板及两侧边坡岩石一般为强风化, 坡角较陡, 岩体裂隙发育, 性状较差, 岩体较破碎,溢洪道边坡局部见有坍塌及掉块现象,边坡稳定性较差,建议进行 削坡处理。 由于溢洪道是沿自然山坡自流消能,泄洪时直冲山坡脚,危及溢洪道出口山 坡的稳定,建议溢洪道出口做挑流设施。 六、灌溉隧洞为无压隧洞,进出口洞脸边坡较稳定。隧洞围岩为新生界下第 三系(E)凝灰岩、砂砾岩,一般呈强至弱风化,为Ⅴ~Ⅲ类围岩,稳定性较差。 洞室埋藏较浅,隧洞距左坝头较近,侧向围岩较单薄,围岩裂隙发育,岩体较破 碎,透水性较强,在水库高水头的长期作用下,隧洞围岩漏水严重将危及大坝安 全。因此,有必要对隧洞进行工程处理。 七、老涵管结构为石灰三合土浆砌石,砌体质量差,涵管结构已遭破坏,上 游坝坡出现“跌窝” 。虽已废堵,但封堵质量差,漏水严重,并见有泥土带出, 危及大坝安全;此外也不排除涵管外壁与坝体接触部位存在渗漏通道。因此建议 必须进行工程加固处理,确保大坝安全运行。 八、本工程土料、砂砾石料、块石料储量较丰富,可以满足工程用量,料场 均有公路相通,但无上坝公路。土料、砂砾石料及块石料质量均较好,各项指标 均满足或基本满足规范要求。

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4
4·1

工程任务和规模

工程所在地的社会经济概况

黄尖山水库位于江西省广丰县西北部丰溪河支流红洋水的上游,坝址距县城 约 8km,红洋水全流域 6.25km2,坝址以上集雨面积 1.92km2,丰溪河芦林坝集 雨面积 1498km2,丰溪河在县城城区由东向西穿城而过,把城区分割成南、北两 片。 北城区是广丰县委、县政府所在地,是全县政治、经济、文化、科技和交通 中心,近几年来由于坚持以经济建设为中心,大力发展基础设施建设,全面推进 了国民经济和社会各项事业的蓬勃发展。广丰县近几年来社会经济发展较快。据 2003 年版《广丰统计年年鉴》 ,截止 2002 年底全县总人口 75.52 万人,全县国内 人均国内生产总值 4883 元/人, 工农业总产值 45.4 亿元, 生产总值达 36.88 亿元, 其中农业总产值 11.4 亿元,占工农业总产值的 25.1%;工业总产值 34 亿元,占 工农业总产值的 74.9%,三产比例为 20.06:41.78:38.18,财政收入 4.15 亿元,职 工年平均工资 9119 元/人,农民人均纯收入 2956 元/人,全县存款余额 18.98 亿 元,随着改革开放的不断深入,凭着全县人民的勤劳和智慧,广丰县争创“全国 经济百强县”的愿望定能变成现实。

4·2

工程除险加固的依据及必要性

4·2·1 工程建设 · ·
为了解决永丰镇 0.365 万亩农田用水不足的问题,1953 年冬在无设计的情 况下动工兴建,坝型为心墙坝,至次年春季完成 6m 坝高。由于溢洪道未开挖就 开始蓄水,故在 1954 年汛期被洪水全部冲毁。1954 年冬又重建,1955 年春完成 8m 坝高,建成 0.2m×0.2m 一条石砌盖板输水涵管一条,结构为三合土浆砌,封 堵坝缺口开始蓄水受益,后经过逐年的续建,到 1978 年春,大坝完成 20m 高, 心墙 17m 高。坝体内外坡以砾质壤土为主,心墙为粘土,但土质差。由于种种原 因,其心墙已与原心墙位置不在一个垂直平面上, ,涵管漏水严重,坝体内外坡 不合标准,且坝体土料填筑也不符合要求。坝基也未进行清基处理。因此,造成

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大坝漏水严重,到目前为止历年都列为病险水库。 1978 年冬至 1979 年春,在该工程初步设计尚未完成的情况下,由于种种原 因就开始了对该水库进行扩建工作,坝型由心墙坝改作斜墙坝,大坝向内加宽 4.5m,向外加宽 2.5m,大坝加高 3m,至坝顶高程 215.6m,斜墙既未做截水墙, 也未做铺盖,斜墙是覆盖在原坝体内坡干砌石上,坝基处理也未采取相应措施。 斜墙基础一般是挖到硬土,再填土夯实。 1979 年 6 月广丰县水利电力局以(79)广水电字第 54 号文上报《黄尖山 水库扩建配套工程初步设计书的报告》 ,上饶地区水电局同年予以批复进行对整 个工程全面改造、加固配套,其建设项目有(1)大坝加高加固; (2)新开输水 隧洞、废除平涵; (3)新开溢洪道; (4)渠系配套。在七九年冬至八零年春, 大坝继续做斜墙,外坡继续加高,斜墙做到高程 210.6m,质量也较差,并新开 输水隧洞一条。隧洞断面为 1.2m×1.8m,城门洞形,洞长 175m,进口底板高程 202.4m,出口底板高程 201.0m,于 1981 年投入运行。由于隧洞进出口段 80m 的围岩稳定性差, 岩石破碎, 透水性较强, 1993 年冬对隧洞进口段 30m 采用 75# 浆砌石进行了卷砌加固,边墙、顶拱衬砌厚度均采用 0.3m,衬砌后断面为 0.6 ×1.5m。但因施工质量差,漏水逐年增大。斜卧管位于大坝左端山体处,座落 于风化基岩上,斜涵共 25 级,级高 0.65m,坡度 1:2,外形尺寸 1.2×1.0m,放 水孔直径 0.425m,卧管为方形断面,尺寸为 0.5×0.5m。消力池长 4m,深 2.3m, 宽 1.0m,斜涵自 1981 年运行至今,年久失修,涵管破损严重。 1981 年春大坝加高后,坝顶高程 223.9m。将原溢洪道废堵。在原洪道左侧 新开一条溢洪道,溢洪道底宽 4.8m,进口底板高程 219.8m,总长 144.3m,右边为 浆砌石,左边为风化岩石,无任何衬护。溢洪道底板凹凸不平,无消能设施。引 水明槽较长, 明槽出口陡槽为自然山坡, 即为无陡槽。 泄洪直冲灌溉明渠和农田。 黄尖山水库自 1954 年蓄水投入运行以来,曾出现过多次险情,历经多次加 固、扩建、配套。但治标未治本,坝体渗漏一直很严重,大坝外坡不稳定,水库 一直被限制水位运行。目前汛前限制水位仍控制在 217.8m,水库最高水位出现 在 1998 年,水位为 220.68m,水库多年平均来水量为 211×104 m3,水库实际灌 溉面积为 0.25 万亩,黄尖山水库水位运行情况见表面 4-1。

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黄尖山水库历年最高水位及降雨资料汇总表
表 4-1
年份 最高库 水位(m) 220.43 220.16 220.25 219.6 220.56 218.52 220.08 220.46 220.02 219.7 220.68 220.31 220.2 220.22 220.14 219.57 最大出库流 量(m3/s) 4.4 2.1 2.5 / 5.2 / 1.1 4.3 0.9 / 6.2 2.8 2.2 2.4 2.1 / 年 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 月、日 6.15 7.1 6.13 7.31 7.3 6.22 6.16 6.25 7.1 11.27 6.20 6.16 6.8 11.2 6.29 4.10 实测暴雨(广丰县水位站) 最大 24 小 时(mm) 118.5 100.4 122.4 77.2 101.7 110.6 129.9 194.7 89.4 88.2 211.3 186.0 157.8 95.5 88.2 114.3 年 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 月、日 / / / / 6.23 4.12 6.05 6.27 4.27 6.22 6.16 6.06 3.26 6.04 9.05 9.10 最大 24 小 时(mm) / / / / 105.8 77.1 104.8 104.2 77.9 81.7 131.6 97.8 84.2 95.5 69.7 83.3

1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003

4·2·2 工程除险加固的必要性 · ·
黄尖山水库是一座以灌溉为主,结合防洪、养殖等综合利用的小(1)型水 利工程。但是该工程主要建筑物大坝、溢洪道、灌溉输水隧洞等工程均存在着程 度不一、或大或小危及工程安全的问题,致使水库工程一直在带病运行。 2005 年 7 月 2 日,上饶市水利局组织召开了黄尖山水库大坝安全鉴定会议, 经现场察看和对大坝安全鉴定报告审议和讨论,认定本工程属三类病险库工程, 并建议对黄尖山水库工程进行除险加固处理。 黄尖山水库自 1954 年建成投产后,为广丰县的工农业生产和国民经济发展 作出了巨大的贡献。但由于工程兴建在五十年代末期,施工采用大规模的群众运 动施工方式,施工质量难以得到很好的控制,致使工程在建设和运行过程中存在 着一些不安全因素。工程投产运行至今已进入老化期,虽经多次续建配套加固, 但由于种种原因,尚未解决工程安全隐患问题,以致水库一直被限制蓄水带病运 行,严重影响了工程效益的正常发挥,并对下游人民群众的生命财产安全构成了
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威胁及芦林工业园区的安全。 随着国民经济的快速发展,人民生活水平不断提高,人民群众迫切希望能得 到一个安全舒适的环境,因此对水库的综合利用要求也越来越高,特别是下游的 人民群众,对黄尖山水库工程的安全更为关注。县委、县政府及各级有关部门也 极为重视和关心,主要领导及专家曾多次亲临工程现场察看,认为对黄尖山水库 工程除险加固确属必要; 下游的人民群众也迫切要求对黄尖山水库工程进行除险 加固。因此对黄尖山水库工程进行除险加固,不仅是对黄尖山水库本身产生经济 效益,而且也有社会效益,同时解除了洪水对县城和芦林工业区的威胁,人民群 众更能安居乐业, 对社会稳定大有好处。 为此, 应尽快进行工程的除险加固实施, 也保证工程安全运行,充分利用资源,发挥工程的经济效益和社会效益。

4·3

工程任务

根据黄尖山水库设计标准及存在的问题, 拟定的黄尖山水库枢纽建筑物除险 加固的主要任务是: 工程规模不变,完善大坝的防渗体系,加固溢洪道和灌溉输水隧洞,完善工 程运行、管理及防汛设施,提高水库蓄水和防洪能力,确保水库大坝安全,并使 工程加固后提高和达到设计灌溉面积,充分发挥本工程的经济和社会效益。

4·4

灌溉水量调节计算

4·4·1 水库径流计算 · ·
黄尖山水库集雨面积为 1.92km2,因丰溪河流域内无径流测站,因此本水库 径流计算只能利用邻近流域的径流资料用水文比拟法推求黄尖山坝址径流系列。 丰溪河邻近流域的径流测站有铁路坪、 项源等径流测站, 由于项源站有 1970 —1993 年共 24 年实测径流资料,集雨面积为 41.9km2,且同源于武夷山北麓, 山脉走向基本一致,径流相似,且无人员活动对天然径流所造成的影响,铁路坪 水文站虽同源于武夷山北麓,有 1966 年至今的实测径流资料,但该站集雨面积 为 311km2,是黄尖山水库的 162 倍,用水文比拟法换算黄尖山坝址径流误差太 大,因此,本设计径流选用项源站为参证站。

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项源站径流从 1994 年至今的径流采用与铁路坪站进行相关计算,进行插补 延长而得。 黄尖山水库径流采用项源站用水文比拟法换算而得, 计算得黄尖山水库坝多 年平均径流量为 0.067m3/s,年径流总量为 211.3×104m3。 根据黄尖山水库多年平均流量进行排频,并用 P—Ⅲ型适用定线,最终选定 线型为 Q =0.067m3/s,CV=0.3,CS= 3.5 CV。 本灌区以种植水稻为主,根据《灌溉与排水工程设计规范》确定灌溉保证率 为 85%,经过计算选定设计保证率为 P=85%的典型年为 1986 年,根据选定的典 型年进行水量缩放, 求出保证率为 85%及平水年设计代表年逐月径流成果见下表 4-2 黄尖山水库设计代表年逐月径流及来水量
月份 径流 P=85% (m3/s) 月来水量 P=85% (万 m3) 4.29 9.43 26.2 40.4 22.2 14.3 16.1 6.16 4.15 4.82 4.92 2.95 157.68 0.016 0.039 0.098 0.156 0.083 0.055 0.060 0.023 0.016 0.018 0.019 0.011 0.050 1 2 3 4 5 6 7 8 9

表 4-2
10 11 12 年平均

4·4·2 灌溉用水量计算 · ·
黄尖山水库原设计灌溉面积为 0.45×104 亩,本次设计保证率为 85%,灌溉 用水量参照《广丰县关胜灌区加固续建配套工程初步设计书》灌溉定额,其设计 保证率(P=85%)代表年综合亩灌溉定额见下表 4-3。 黄尖山水库设计代表年灌溉用水量
月份 项目 综合亩定 额(m3/亩) P=85% 4.2 20.8 2.5 / 15.5 114.9 256.6 109.1 154.2 86.2 33.1 26.6 823.7 1 2 3 4 5 6 7 8 9

表 4-3
10 11 12 全年

根据以上两表数据, 保证率 P=85%设计代表年全年来水量为 157.68×104m3, 经调节计算,黄尖山水库设计保证率 P=85%灌溉面积为 1920 亩。

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4·5

洪水调节计算

4·5·1 基本资料 · ·
水库库容曲线 本次库容曲线复核是在 1978 年 12 月由广丰县水电局实测的 1: 2000 库区地 形图上量算面积,等高距 1.0m,通过对 197.6m,207.6m,217.6m 三个高程所围 成面积复核,其所量算面积与原设计提供水面面积两者很接近,该差值分别为 0.2%、0.14%及 1.6%,故本次防洪标准复核水库库容曲线直接采用 1978 年 12 月广丰县水电局实测的水位——库容曲线。其水位—库容关系曲线见表 4-4。

水位~库容关系表 水位~库容关系表
表 4-4
水位(m) 原设计库容 (10 m ) 本次复核库容 0 0.18 1.86 5.06 9.34 15.06 22.54 31.82 42.94
4 3

192.6 0

193.6 0.18

195.6 1.86

197.6 5.06

199.6 9.34

201.6 15.06

203.6 22.54

205.6 31.82

207.6 42.94

水位~ 水位~库容关系表
续表 4-4
水位(m) 原设计库容 (10 m ) 本次复核库容 56.02 71.22 88.06 106.26 126.14 148.1 172.1 198.58
4 3

209.6 56.02

211.6 71.22

213.6 88.06

215.6 106.26

217.6 126.14

219.6 148.1

221.6 172.1

223.6 198.58

溢洪道泄流曲线 黄尖山水库的溢洪道现状为开敞式宽顶堰,堰顶高程 219.8m,宽度为 4.1~ 4.8m,全长 173.5 m,由进水渠、控制段、泄槽段组成。泄量关系见表 4-5

黄尖山水库(现状溢洪道)水位~ 黄尖山水库(现状溢洪道)水位~泄量关系表
表 4-5
库水位(m) 堰上水头(m) 下泄流量(m )
3

219.8 0 0

220.0 0.2 1.01

220.5 0.7 4.48

221.0 1.2 10.55

221.5 1.7 18.27

222.0 2.2 27.68

222.5 2.7 38.81

223.0 3.2 51.33

223.5 3.7 65.56

加固后,水库溢洪道进口平坡明渠,底板高程 220m,陡槽槽首宽 4m,泄量 关系见表 4-6。

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黄尖山水库(加固后溢洪道)水位~ 黄尖山水库(加固后溢洪道)水位~泄量关系表
表 4-6
库水位(m) 堰上水头(m) 下泄流量(m /s)
3

220 0 0

220.5 0.5 3.15

221.0 1.0 7.9

221.5 1.5 15.83

222.0 2.0 26.76

222.5 2.5 37.25

223.0 3.0 48.5

4·5·2 起调水位及调度原则 · ·
现状水库起调水位为正常高水位 219.8m,按无预报条件进行调洪,蓄水位 超过 219.8m 高程,溢洪道开始自由泄洪,无闸门控制,同时不考虑灌溉输水隧 洞参与泄洪进行洪水调节。 加固后溢洪道为平底宽顶堰,起调水位为水位 220.0m, 按洪水来量进行调洪, 汛期蓄水位超过 220.0m,溢洪道开始自由泄洪。同时不考虑灌溉输水池管等参 与泄洪进行洪水调节。

4·5·3 水库调洪计算 · ·
调洪演算按水量平衡原理进行计算,即在任一时段△t 内,入、 出水库的水量之 差即为该时段内水库蓄水量的变化值。计算公式为: 1+Q2 q1+q2 ————△ ————△t- ———— ×△t=V2-V1 2 2 q=f(V)=f(Z) 式中: Q1、q1—时段初入库、出库流量(m3/s) Q2、q2—时段末入库、出库流量(m3/s) V1、V2—时段初、时段末水库蓄水量(m3) t—计算时段(s) 根据上述联解方程及起调水位和调度原则,可逐时段进行水库的调洪演算, 黄尖山水库的调洪成果见表 4-7 和表 4-8。

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水库现状洪水调节计算成果表
表 4-7
频率(%) 项目 起调水位(m) 设计洪峰(m s) 最高洪水位(m) 相应水库库容(10 m ) 最大下泄量(m /s)
3 4 3 3/

0.2 219.8 49.2 221.87 175.55 25.01

3.33 219.8 29.6 221.12 166.11 12.2

水库加固后洪水调节计算成果表 水库加固后洪水调节计算成果表
表 4-8
频率(%) 项目 起调水位(m) 设计洪峰(m /s) 最高洪水位(m) 相应水库库容(10 m ) 最大下泄量(m /s)
3 4 3 3

0.2 220 49.2 221.95 177.52 25.6

3.33 220 29.6 221.30 169.16 12.3

4·5·4 洪水调节合理性分析 · ·
从表 4-6,4-7 可以看出,加固后和现状洪水标准都为三十年设计,五百年 校核,相应的最高洪水位及下泄流量相差不大。当现状溢洪道泄洪时,经调洪演 算,P=3.33%设计洪水位 221.12m,最大下泄流量 12.2m3/s,相应库容 166.1× 104m3;P=0.33%校核洪水位 221.87m,相应下泄流量 25.0m3/s,相应库容 175.55 ×104m3。当本次溢洪道加固后泄洪,经调洪演算,P=0.2%校核洪水位 221.95m, 最大下泄流量 25.6m3/s, 相应库容 177.52×104m3; P=3.33%设计洪水位 221.30m, 相应下泄流量 12.3m3/s,相应库容 169.16×104 m3。 加固后溢洪道采用平底板宽顶堰,溢流净宽 4.8m,正常蓄水位 220.0m,恢 复到原设计正常高水位,这样 P=0.2%的校核洪水位为 221.95m,比正常蓄水位 220.0m 高 1.95m,故洪水调节是合理的。

51

5
5·1 设计依据

建筑物除险加固设计

5·1·1 工程级及建筑物级别 · ·
广丰县黄尖山水库是一座以灌溉为主, 结合防洪, 养殖等综合利用的小 (一) 型水库工程。 按照中华人民共和国水利部发布的《水利水电工程等级划分及洪水标准》 SL252—2000 以及国家技术监督局、中华人民共和国建设部联合发布的《防洪标 准》GB50201—94 的有关规定,复核该工程规模为小(一)型水库,水库工程 等别为Ⅳ等,永久性主要水工建筑物级别为 4 级,次要建筑物级别为 5 级,临时 建筑物为 5 级。其相应的运用洪水标准为:设计洪水标准为三十年一遇,校核洪 水标准为五百年一遇,溢洪道消能防冲为二十年一遇,其相应运用的洪水标准见 表 5—1:

枢纽建筑物设计、 枢纽建筑物设计、校核洪水及相应流量
表 5—1
建筑物名称 大坝 溢洪道 溢洪道消能 防冲建筑物 临时建筑物 工况 设计 校核 设计 校核 设计 设计 洪水频率 (%) 3.33 0.2 3.33 0.2 5 10 洪峰流量 (m3/s) 29.6 49.2 29.6 49.2 18.2 15.1 最大下泄流量 (m3/s) 12.3 25.6 12.3 25.6 6.3 2.24 库水位(m) 221.30 221.95 221.30 221.95 220.96 220.52

5·1·2 设计基本资料 · ·
一、设计采用的主要技术规范和文件 1、 《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252—2000; 2、 《防洪标准》GB50201—94; 3、 《水利水电工程设计洪水计算规范》SL44—93; 《碾压式土石坝设计规范》SL274—2001; 4、

52

5、 《碾压式土石坝施工规范》DL/T5129—2001; 6、 《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》DL/T5149—2001; 7、 《溢洪道设计规范》SL253—2000; 8、 《水工砼施工规范》DL/T5144—2001; 9、 《水利水电工程施工组织设计规范》 (试行)SDT338—89; 10、 《水库工程管理设计规范》SL106—96; 11、 《土石坝安全监测技术规范》SL60—94; 12、 《水利水电工程初步设计报告编制规程》DL5021—93; 13、 《江西省广丰县黄尖山水库大坝安全鉴定评价报告》 二、水文气象及地震强度 工程所在区域各主要气象要素如下: 气温:多年平均气温 17.5℃,多年最高月平均气温 29.5℃(7 月) ,多年最 低月平均气温 5.5℃(1 月) ;历史极端最高气温 40.5℃,极端最低气温-9.1℃。 湿度:多年平均相对湿度 77.5%; 日照:多年平均日照小时为 1944h; 无霜期:平均无霜期为 265d; 风向及风速:春夏季成行偏南风,秋季以偏西风为多,冬季为偏北风;多年 平均最大风速为 16m/s。 蒸发:多年平均蒸发量为 1513.5m; 降雨: 多年平均降雨量为 1730.3mm, 最大年降雨量为 2377.9mm (1987 年) , 最小年降雨量为 1145.7mm (1979 年)实测最大 24 小时, , 降雨量为 171.6mm (1995 年)最小 24 小时降雨量 63.5mm(1991 年) 。该区域的降雨在年际间变化较大, 实测年最大降雨量是实测最小年份的 2.07 倍,另外降雨量在年内分配也很不均 匀,雨季集中在上半年,并以每年 4—6 月份最为集中,占多年平均降雨量的 49.7%,其中 5—6 月份则是大雨或暴雨多发季节,降雨强度大,时间集中。 坝址及库区地震动锋加速度小于 0.05g,工程设计可不进行抗震计算。 三、综合利用要求 黄尖山水库为小(一)型水利枢纽工程,随着国民经济的发展,工农业生产 对用水的要求更为迫切,下游的防洪要求也越来越高,为了满足综合利用要求,
53

对黄尖山水库进行除险加固。 四、建筑材料特性及设计参数 1、大坝 大坝为心墙土坝,坝体土主要由风化土料组成,基岩为凝灰质砂岩。 大坝填筑时只作了简单的清基工作, 即仅清挖了坝基表部的草根树皮及松散 堆积物,清挖深度一般 0.3~0.5m,未清至基岩。大坝坝基均坐落在含少量砾粉 质壤土层上,含少量砾壤土为 2.0~4.5m,大坝不同部位土料的物理力学指标及 渗透系数有一定差别,大坝岩土层主要地质参数建议值见表 5.1—2。 大坝岩土层主要地质参数建议值表 大坝岩土层主要地质参数建议值表 坝体填筑土主要物理力学参数建议值一览表 表 5—2 部 位 ρ g/Cm3 斜 墙 心 墙 坝 壳 全坝段 1.86 1.87 1.88 1.88 ρd g/Cm3 1.53 1.57 1.57 1.57 e - 0.756 0.692 0.697 0.698 C KPa 22.0 12.4 12.9 13.1 φ ° 20.7 21.7 22.2 21.9 α1-2 MPa-1 0.46 0.41 0.42 0.42 K cm/s 8.5×10-5 5.4×10-4 4.4×10-4 4.6×10-4 I允 - 0.45 4~5 0.45 0.45

2、溢洪道 溢洪道出露的地层岩性为侏罗系凝灰质砂岩。据地勘报告,有关地质参数建 议值如下: (1)抗剪指标 砼与强风化岩石:f′=0.45~0.50 (2)开挖边坡建议值 坝体填筑土:1:1.25(坡高小于 5m) ,1:1.5(坡高小于 5~10m) 强风化岩质边坡:1:1(坡高小于 15m) ,1:1.25(坡高 15~30m) 弱风化岩质边坡:1:0.75(坡高小于 15m),1:1(坡高 15~30m)

54

5·2

大坝除险加固设计

5·2·1 大坝现状存在的主要问题复核分析 · · 大坝现状存在的主要问题复核分析
一、大坝存在主要问题 根据实际运用中出现的情况对大坝质量检测暴露出大坝存在以下主要问题: 1、大坝渗漏 大坝坝基残留的第四系冲积含少量砾壤土层,结构较密实,层位较稳定,透 水性弱,根据土工试验成果,水平渗透系数 K├=5.0×104~4.8×10-5cm/s,平均 值 K├=2.3×10-4cm/s,大值平均值 K├=3.9×10-4cm/s;垂直渗透系数 K⊥=3.3× 104~7.2×10-6cm/s,平均值 K=1.1×10-5cm/s,大值平均值 K=2.9×10-4cm/s;透 水性较弱,一般属弱透水层,但其大值平均略大于 1×10-4cm/s 规范要求。 根据钻孔压水试验成果,坝址区上部岩体透水性较强,相对不透水层(q≤ 10Lu)埋藏深度一般在基岩面以下 2.6~10m,相对透水层岩体透水率一般为 q=22~64Lu,属中等透水岩,故坝基上部岩体存在渗漏问题。 大坝填表筑土坝壳料水平渗透系数变幅为 K┣=2.5×10-4~5.6×10-4cm/s,平 均值为 K=4.0×10-4cm/s,大值平均值为 K=4.8×10-4cm/s。垂直渗透系数变幅为 K ┻ =5.2×10-4 ~ 6.9×10-5cm/s , 平 均 值 为 K=2.8×10-4cm/s , 大 值 平 均 值 为 K=3.8×10-4cm/s。坝体透水性较强,不满足规范要求。 大坝排水棱体为块石护坡式,护坡底虽设反滤层,但不能起到反滤作用。 1、 溢洪道

一、溢洪道抗冲刷问题及评价
溢洪道均为基岩,岩性主要为新生界第三系(E)凝灰岩夹砂砾岩,裂隙较发 育,岩体较破碎,完整性较差,表面一般为强风化。物理力学性质较差,抗冲刷 性能一般,建议强风化基岩允许抗冲刷流速为 2.5m/s(水深 3.0M) 。 由于溢洪道是沿自然山坡自流消能,泄洪时直冲山坡脚,危及溢洪道出口山 坡的稳定,建议溢洪道出口做挑流设施。

二、溢洪道边坡稳定问题及评价
溢洪道边坡为岩质边坡,坡角较陡,岩体裂隙发育,裂隙多呈张开状,并有

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次生泥质填充,性状较差,岩体较破碎,溢洪道边坡局部见有坍塌及掉块现象, 边坡稳定性较差,建议进行削坡处理,允许开挖边坡为 1:0.5~1:0.75。 灌溉隧洞 输水隧洞布置在大坝左端山体内,从上游斜穿溢洪道底部,出口于坝脚下游 冲沟处。 隧洞断面为 1.2m×1.8m, 城门洞形, 为无压隧洞, 进口底板高程 202.4m, 出口底板高程 201.0m,洞长约 162m。 隧洞位于大坝左岸山体,距大坝左坝头约 23m,侧向围岩单薄。隧洞通过地 段山体低矮,山坡平缓,山坡角一般为 15~20°,基岩裸露,未发现有滑坡、 崩塌等不良物理地质现象,自然边坡较稳定。出露的地层岩性主要为新生界第三 系(E)凝灰岩及砂砾岩,工程地质条件同坝址区,现就灌溉隧洞的工程地质条件 分段进行评价。 一、进口洞脸及进口洞段(桩号 0+000~0+040) 隧洞进口山坡平缓,山坡角约 15~20°,基岩裸露,自然边坡稳定。 隧洞进口洞段长约 40m, 洞室埋深一般为 5~10m,围岩为强~弱风化带岩 石,裂隙较发育,岩体较破碎,透水性较强,一般属强透水~中等透水岩体,为 Ⅳ~Ⅴ类围岩,围岩稳定性较差,建议该洞段洞室围岩 f=1~2,K0=60~ 80kg/cm3(按无压隧洞取值,下同)。 二、隧洞中间段(桩号 0+040~0+142) 该洞段长约 102m, 洞室埋藏相对较深, 一般为 11~17m, 最大埋深约 30m。 隧洞围岩一般为弱风化岩石,岩石裂隙发育,裂隙一般呈微张,透水性较强,一 般属弱透水~中等透水岩体,为Ⅲ~Ⅳ类围岩,围岩稳定性一般。建议该洞段洞 室围岩 f=3~4,K0=80~100kg/cm3。 三、出口洞脸及出口洞段(桩号 0+142~0+162) 隧洞出口山坡较平缓,山坡角约 30°,基岩裸露,洞脸开挖坡高约 2m,强 风化岩质边坡,洞脸稳定性较好。 隧洞出口洞段长约 20m, 洞室埋深一般为 6~10m。围岩为强~弱风化,岩 石裂隙发育,岩体破碎,裂隙多呈张开或微张,透水性较强,一般属中等透水~ 强透水岩体,为Ⅳ~Ⅴ类围岩,围岩稳定性差。建议该洞段洞室围岩 f=1~2, K0=60~80kg/cm3。
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综上所述,输水隧洞距左坝头较近,侧向围岩较单薄,围岩裂隙发育,岩体 较破碎,透水性较强,稳定性较差,在水库高水头的长期作用下,隧洞围岩漏水 严重将危及大坝安全。因此,有必要对隧洞进行工程处理。 2、 原灌溉涵管

在渗漏通道。大坝设有一条输水涵管,为坝下埋管,进口在大坝左端,出 口在大坝右端,斜穿大坝底。涵管建于 1954 年 11 月,管长约 150m。涵管座落 在第四系冲积粘土质砂和粉土质砂土层上, 管身结构为石灰三合土浆砌石槽合盖 涵,断面 0.2×0.2m。涵管自投入运行后,漏水逐年增大,危及大坝安全。1980 年输水隧洞竣工后, 1980 年冬对老涵进行了废堵, 于 封堵方法先用长 0.3m 的木 塞塞住涵洞洞口,再用砼封堵,封堵质量差,漏水严重。1983 年春当库水位蓄 至 219.3m 高程时,涵管出口满管漏水,且水质浑浊,并在内坡出现两个深 2m, 直径约 2m 的 “跌窝” ,为防止大坝失事,水库通过隧洞放水,空库渡汛。1983 年冬,对老涵进行了重新废堵,废堵方法先从老涵进口处向坝身方向开挖了一条 长 7m、宽 2m 的沟槽,清除了老涵管所有的浮渣碎石,再在老涵管内浇注砼塞, 并在管口处浇筑一块 150#砼板对老涵管进行封堵, 然后再用粘性土对沟槽进行回 填。由于封堵质量差,涵管出口至今仍漏水严重,并见有泥土带出。 由此分析,涵管结构为石灰三合土浆砌石,砌体质量差,涵管结构已遭破 坏,故在上游坝坡出现“跌窝” 。同时由于涵管封堵质量差,漏水严重,并见有 泥土带出,危及大坝安全;此外也不排除涵管外壁与坝体接触部位存因此,必须 进行工程加固处理,确保大坝安全运行。 5、大坝监测设施缺乏 大坝没有设任何变形和坝基渗流测压设施,不能有效监测大坝运行状态,不 满足规范要求。 二、大坝现状情况进一步分析 (一)大坝坝顶高程复核 根据《防洪标准》 (GB50201—94)及《水利水电工程等级划分及洪水标准》 (SL252—2000)规定,黄尖山水库设计洪水标准采用三十年一遇,校核洪水标 准采用五百年一遇。根据《碾压式土石坝设计规范》 (SL274—2001)中的规定 计算大坝需要的坝顶超高。坝顶超高按下式计算:
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Y=R+e +A 式中: Y——坝顶超高(m) e——最大风浪壅水面高度(m) ,e=

kw2 D cos β 2 gHm
k 0 kw 1+ m
2

Rm——平均风浪在坝坡上的爬高,Rm=

hm l m

R——最大波浪爬高,R=R5%=1.84Rm A——安全加高(m) K——综合摩阻系数,取 3.6×10-6 D——风区长度(m) 设=276.77m ,D 校=278.72m ,D w——计算风速,正常运用 w=24m/s,非常运用 w=16m/s h m ——水域平均水深(m) h m 设=19.9m, h m 校=19.6m ,

β ——计算风向与坝轴线法线夹角, β =6.5。
K0——斜坡糙率性系数,K0=0.75 Kw——经验系数,Kw=1.044(设计) w=1.005(校核) ,K m——上游坡坡比,m=2.5 hm——平均坡高(m) a、平均坡高和平均坡长周期宜采用莆田试验站公式计算
gh w2 = 0.13th[0.7( ghm W2 gD 0.45 ) W2 ) 0.7 th{ } gH m 0.13th[0.7( ) W2 0.0018(

Tm=4.438hm0.5 将上述各值代入公式计算得 现状:h 设=0.213m,h 校=0.137m。 可求得的最大波浪在坝面上的爬高值。现状设计工况爬高值为 0.576m,校 核工况爬高值为 0.366m。 b、采用官厅水库实测资料提出的公式:
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波浪高度:2hi=0.0166Vf5/4D1/3 波浪长度:2Li=10.4(2hi)0.8 波浪超高 h0=π(2hi)2/2Li 式中:Vf——风速, 设计工况取 24m/s,校核工况取 16m/s; D——吹程,设计工况 D=0.830km,校核工况 D=0.834km; 计算得:设计工况 2hi=0.828m 2Li=8.948m h0=0.24m 校核工况 2hi=0.5m 2Li=8.7m h0=0.09m c、采用鹤地水库实测资料提出的公式: 波浪高度:2hi=0.026Vf4/3D1/3 波浪长度:2Li=0.39VfD0.5 波浪超高 h0=π(2hi)2/2Li 式中:Vf——风速, 设计工况取 24m/s,校核工况取 26m/s; D——吹程,设计工况 D=0.830km,校核工况 D=0.834km; 计算得:设计工况 2hi=1.34m 2Li=8.527m h0=0.69m 校核工况 2hi=0.781m 2Li=5.698m h0=0.34m 从以上三种方法计算可以看出采用鹤地公式计算值为最大, 因此采用鹤地公 式计算成果。成果见表 5-3。

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黄尖山水库坝顶风浪爬高、坝顶高程复核成果表 尖山水库坝顶风浪爬高、
表 5-3
项目 设计 工况 序号 1 2 设计 校核 221.12 221.87 水位 (m) 计算 风速 (m/s) 24 16 平均坡 长 2Li(m) 8.527 5.698 波浪 超高 H0(m) 0.69 0.34 风浪 爬高 2hi(m) 1.34 0.78 安全 加高 A(m) 0.5 0.3 坝顶 超高 y(m) 2.53 1.42 坝顶 高程 (m) 223.65 223.29

由表 5—3 可以看出,黄尖山水库现状大坝坝顶高程满足《水利水电工程等 级划分及洪水标准》 (SL252—2000)《防洪标准》 、 (GB50201—94)及《小型水 利水电工程碾压式土石坝设计导则》 (SL189—96)的规范要求。经复核,下游 泄洪河道能满足设计和校核洪水位的下泄流量。 黄尖山水库无雨情和水情观测设施, 为了更好地发挥水库兴利减灾的功能和 确保大坝安全运行管理,建议按规范要求在库区设置人工观测水情雨情测报设 施。 (二)大坝建设过程 一、大坝 为了解决永丰镇 0.45 万亩农田用水不足的问题,1953 年冬兴建,大坝先后 经过多次继建于 1981 年完成。 黄尖山水库于 1953 年冬动工兴建,1954 年春大坝高达 6m,坝顶高程为 197.6m,坝基为黄粘土(田土以下) ,由于未及时开挖溢洪道,故在汛期冲垮大 坝。 1954 年冬重建大坝,于 1955 年春完成,坝高 8.0m,同时开始蓄水,但当水 位抬高时,发现涵管漏水。 1958 年冬至 1978 年春,大坝逐年加高加固,坝高达 20.0m,心墙达 17.0m, 但心墙与原心墙不在同一垂直平面上,仍起不到防渗作用。 1978 年冬,该库开始扩建,坝型改作斜墙坝施工,于 1979 年春完成坝高 23.0m,斜墙完成 15.0m 高,在施工时,斜墙坝脚处最厚处约 4.5m(垂直坝坡方 向) ,最薄处仅 0.60m,斜墙做在原老坝内坡未拆除的护坡块石上,加上斜坡土 质差未夯实,仍存在着渗漏。

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1979 年冬,续建斜墙高达 18.0m,但斜墙土质差,仍然起不到防渗作用。同 时新开隧洞一条,其进口高程 202.4m,长 175m。 1980 年冬到 1981 年春,大坝加到 31.3m,斜墙高按计划完成,同时废堵涵 管,开挖溢洪道。 1983 年冬到 1984 年春,因坝坡漏水出现二处明显漏洞,对高程 210.8m~ 216.15m 处斜墙按设计进行局部处理。 1986 年冬到 1987 年春,由于大坝仍有渗水,内坡新做斜墙,以对大坝渗漏进 行彻底处理,斜墙只完成到顶高程 201.1m。 1988 年冬至 1989 年春,继续用塑料薄膜把斜墙从 201.1m 高程做至 222m 高 程,塑膜防渗深入 199.6m 高程,坝内开挖重新用块石进行了护砌。 1993 年冬由于坝内坡中段在 212.6m 高程处薄膜底有沉陷大洞,洞径 1.5m, 深 1m,进行处理,并对放水隧洞进口 40m 长进行防渗。但内坡在高程 212.6m 处 94、95、96 年都有沉陷,至今存在。 1996 年到 2000 年分四次,从 1987 年完成的斜墙顶续建完成斜墙,并完成 内坡块石护坡。经过处理后,渗水有明显减少,但仍未彻底,坝基部分未处理, 坝基仍然存在渗水现象。 二、灌溉涵管 黄尖山水库设有一条灌溉涵管,管身为一条 20×20cm 用石灰三合土砌筑, 石槽合盖的砌石涵洞,涵管投入运行以后就有漏水,并逐年增大,1979 年漏水 较为严重。 1979 年 11 月在左坝肩开挖输水隧洞, 并在洞口位置上新建一条斜涵, 同时原输水涵管进行了废堵, 但废堵施工质量差, 平涵及斜涵存在漏水较为严重。 1983 年又重新进行废堵,将平涵进口开挖了长 7m、宽 2 m,清除了老管及所有 的浮碴,用新鲜粘土进行回填,同时往老涵管捅入砼长 6 m,进口处并用 150# 砼做截水环一道。虽经废堵,但当水位较高时,水流仍绕过废堵的管段漏入老涵 管内。因此,在 1992 年对废堵涵管进行回填,补强灌浆。斜涵自 1981 年改建后 运行到 1994 年,斜涵仍然漏水,为了不影响灌溉、蓄水,又进行改建,但漏水 现象至今未消除,改建后斜管坡度 1:2,分级高度(级差)为 0.65m,放水孔直 径 0.425m,卧管为方形断面,断面尺寸 0.5×0.5m,斜管顶高程为 220.6 m 高, 管底高程为 202.4m(死水位) ,斜管长度 40.25 m,外形尺寸 1.2×1 m,消力池
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长 4m,深度 2.3m,宽度 1m。 三、灌溉输水隧洞 黄尖山水库灌溉隧洞于 1979 年 11 兴建,位于左坝肩,断面为 1.2×1.8m, 城门洞形,洞顶半圆半径为 0.6m, ,进口底板高程为 202.4m,出口高程 201m, 长 175m,纵坡 1/125。由于隧洞进口段 80m(其中 30m 用块石衬护,但质量差)的 围岩条件较差,岩石破碎,且洞顶较薄,洞顶出现塌方,至今有明显漏水现象。 (三)坝体填筑质量 一、斜墙土的颗粒分析 斜墙土主要由含砂低液限粘土组成,根据室内土工试验成果,斜墙土的砾石 含量一般为 14.1~23.3%,平均值为 19.0%;砂粒含量一般为 25.9~39.6%,平均 值为 32.6%;粉粒含量一般为 14.2~25.5%,平均值为 20.9%,粘粒含量一般为 22.9~31.6%,平均值 27.5%。斜墙土的粘粒含量满足规范要求,土料质量较好。 详见表 5-4 坝体填筑土颗分统计表 表 5—4 部 位 斜 墙 心 墙 坝 壳 砾石 (%) 19.0 31.7 32.4 砂粒 (%) 32.6 31.9 34.3 粉粒 (%) 20.9 16.7 15.4 粘粒 (%) 27.5 19.7 17.9 含砂低液限粘土 粘土质砂和粉土质砂 粘土质砂和粉土质砂 岩 性

二、斜墙土的物理力学性质分析 根据室内土工试验资料,斜墙土的湿密度平均值为 1.86g/cm3,干密度平均 值为 1.53g/cm3,孔隙比平均值为 0.756,塑性指数平均值为 13.2,压缩系数平均 值为 0.46MPa-1,凝聚力平均值为 22.0KPa,内摩擦角平均值为 20.7°。孔隙比 偏大,压缩系数较高,说明斜墙土结构较疏松,密实性较差,属中等偏高压缩性 土。详见表 5-5

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坝体填筑土物理力学指标成果统计表
表 5—5 ρ g/Cm3 斜 墙 心 墙 坝 壳 1.86 1.87 1.88 ρd g/Cm3 1.53 1.57 1.57 e - 0.756 0.692 0.697 C KPa 22.0 14.7 15.2 φ ° 20.7 22.3 23.2

部 位

α1-2 MPa-1 0.46 0.41 0.42

三、斜墙土的渗透性分析 根据室内 2 组渗透试验成果,斜墙渗透系数平均值为 8.5×10-5 cm/s;透水性 较强,属中等透水土体,防渗性能不能满足 q<1×10-5 cm/s 规范强制性条文的要 求。详见表 5-6

坝体填筑土渗透系数统计表
表 5-6 部 位 算术平均值 斜 墙 心 墙 坝 壳 8.5×10-5 3.0×10-4 2.8×10-4 渗透系数 K(cm/s) 大值平均值 5.4×10-4 4.4×10-4 小值平均值 1.1×10-4 1.1×10-4 含砂低液限粘土 粘土质砂和粉土质砂 粘土质砂和粉土质砂 岩 性

大坝心墙质量评价 一、心墙土的颗粒分析 大坝心墙土主要由粘土质砂和粉土质砂组成,根据室内土工试验成果,心墙 土的砾石含量一般为 9.3~43.8%,平均值为 31.7%;砂粒含量一般为 23.3~ 48.7%,平均值为 31.9%;粉粒含量一般为 11.0~30.5%,平均值为 16.7%,粘粒 含量一般为 8.5~31.2%,平均值 19.7%。心墙土的砂粒及砾石含量较高,粘粒含 量较低。土料质量一般。详见表 5-4 二、心墙土的物理力学性质分析

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根据室内土工试验资料,心墙土的湿密度一般为 1.78~1.96 g/cm3,平均值 为 1.87g/cm3;干密度一般为 1.46~1.65g/cm3,平均值为 1.57g/cm3;孔隙比一般 为 0.62~0.821,平均值为 0.692;塑性指数一般为 8.2~12.8,平均值为 10.7;压缩 系数一般为 0.29~0.79,平均值为 0.41MPa-1;凝聚力一般为 10.1~20.3 KPa,平均 值为 14.1KPa;内摩擦角一般为 21.5~23.4°,平均值为 22.3°。从以上统计结果 来看,心墙土孔隙比较小,干密度较大,密实性较好,属中等压缩性土。详见表 5-2 三、心墙土的渗透性分析 根据室内渗透试验成果,心墙土渗透系数一般为 2.3×10-5~7.1×10-4cm/s,平 均值为 3.0×10-4 cm/s, 属中等透水~弱透水土体, 其防渗性能不能满足 q<1×10-5 cm/s 规范强制性条文的要求。详见表 5-6 大坝坝壳质量评价 一、坝壳土的颗粒分析 坝壳土主要由粘土质砂和粉土质砂组成,根据室内土工试验成果,坝壳土的 砾石含量一般为 14.1~48.8%,平均值为 32.4%;砂粒含量一般为 22.3~54.1%, 平均值为 34.3%;粉粒含量一般为 8.2~31.8%,平均值为 15.4%,粘粒含量一般 为 1.6~36.8%,平均值 17.9%。从以上统计结果来看,坝壳土与心墙土的颗粒级 配基本相同,属同一类土。详见表 5-1 二、坝壳土的物理力学性质分析 根据室内土工试验资料,坝壳土的湿密度一般为 1.78~1.96 g/cm3,平均值 为 1.87g/cm3;干密度一般为 1.46~1.65g/cm3,平均值为 1.57g/cm3;孔隙比一般 为 0.620~0.821,平均值为 0.692;塑性指数一般为 8.2~12.8,平均值为 10.7;压缩 系数一般为 0.29~0.56,平均值为 0.41MPa-1;凝聚力一般为 10.1~20.3KPa,平均 值为 14.7KPa;内摩擦角一般为 21.5~23.4°,平均值为 22.3°。从以上统计结果 来看,坝壳土物理力学性质与心墙土和斜墙土基本相同,不均一,差异性较大, 总体来看,土体较密实,但压缩系数偏大,属中等压缩~高压缩性土。详见表 5-2 三、坝壳土的渗透性分析 根据室内渗透试验成果,坝壳土渗透系数一般为 3.0×10-5~7.3×10-4cm/s,平

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均值为 2.8×10-4 cm/s,属中等透水~弱透水土体,其渗透系数与心墙和斜墙土的 渗透系数基本一致,不满足坝壳土体渗透系数大于心墙或斜墙土体渗透系数 50 倍的设计规范要求。详见表 5-6 (四)渗流分析 本次设计采用有限元计算方法对大坝渗流作计算分析,主算程序采用北京理 正渗流分析计算程序。 1、计算断面及渗透分区指标的确定 本次黄尖山水库大坝安全鉴定,共对大坝进行了 2 个横剖面的勘探,Ⅰ、Ⅱ 剖面自右至左依次排列。Ⅰ剖面为坝左段有漏水点剖面,属问题剖面;Ⅱ号剖面 为老河床剖面,坝体高度最高,坝基岩体透水性最强;由于勘探剖面与坝轴线是 斜交的,本次取 0+029.4 桩号大坝最大的横剖面为计算剖面,计算剖面轮廓、材 料分区具体见图 5—1。

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图 5—1

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渗流计算时渗透系数取用原则是: 当断面各分区土层取样室内土工渗透试验 有 6 组以上合理成果时,则取用断面上该土层试验统计成果的大值平均值;当断 面各分区土层取样室内土工渗透试验少于 6 组合理成果而全坝同种土层取样室 内土工渗透试验有 6 组以上合理成果时, 则取用全坝该土层试验统计成果的大值 平均值;其它土层及无试验资料的采用地质参数建议值,透水岩层的渗透系数按 该断面该段基岩地勘压水试验透水率值由《工程地质手册中》 (第三版,中国建 筑工业出版社,1992.2)中介绍的经验公式换算而得,各部位各土层的允许渗透 坡降值,由有关土工试验指标计算出,没有试验指标的参考有关经验数据或其他 已建工程定出。大坝各计算断面的渗透分区的渗透指标见表 5—7。计算断面轮 廓、材料分布具体见图 5—1。 大坝各典型断面各分区渗透指标表
表 5—7

断面

土层分区

0+029.4

砾质重壤土 斜墙(砾质重壤土) 粘土质砂和粉土质砂

渗透系数 (cm/s) (算术平 均值) K -4 2.7×10 8.5×10-4 3.0×10-5

渗透系数 (cm/s) (大值平 均值) K -4 4.4×10 — —

渗透系数 (cm/s) (小值平 均值) K -4 1.1×10 — —

允许渗 透坡降 [J] 0.45 0.45 0.45

2、大坝现状(按恢复原正常蓄水位)渗流复核计算 根据《碾压式土石坝设计规范》SL274—2001 的规定,土坝的渗流计算应考 虑水库运行中出现的各种不利工况。黄尖山正常蓄水位 219.80m,设计洪水位 221.12m,校核洪水位 221.87m;本次稳定渗流计算中考虑下列水位组合情况: (1)水库正常蓄水位 219.80m,下游取下游地面高程 190.40m; (2)水库设计洪水位 221.12m,下游相应水位 191.36m; (3)水库校核洪水位 221.87m,下游相应水位 191.52m。 按不同工况组合进行计算, 可得到各工况下的渗流等势线和大坝的浸润线位 置图以及单宽渗流量,大坝渗流浸润线及等势线见图 5—2;各断面各种工况下 大坝渗流计算坡降及单宽渗流量值见表 5—8。

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大坝渗流计算坡降及单宽渗流量表
表 5—8
断 计 算 水 位 下 游 坝 坡 出 逸 坝体内最大 渗 透坡降 计算单 宽流量 (m3/d. m)



上 游 水 位 (m) 219.80

下 游 水 位 (m) 190.40 191.36 191.52

出 点 高 程 (m) 213.00 213.33 213.71

逸出点 渗 透坡降 0.25 0.27 0.30

逸出段 渗 透坡降 0.65 0.69 0.73

下游坝 坡出逸 点位势

斜墙 0.65 0.69 0.70 77.5% 79.5% 81.5% 2.296 2.419 2.484

0+029.4

221.12 221.87

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图 5—2

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(五)稳定分析 与渗透稳定计算断面对应, 大坝坝坡稳定分析亦选择渗流计算的两断面作为 典型计算断面,分别计算各自的坝坡抗滑稳定安全系数。本次计算方法采用规范 推荐的瑞典圆弧法的简化毕肖普法; 稳定渗流期采用有效应力法对下游坝坡进行 稳定计算, 水库水位降落时分别采用有效应力法和总应力法对上游坝坡进行稳定 计算。本次计算中的有效应力法为简化法(即容重代替法),即在坝坡抗滑稳定 计算时令孔隙水压力为零而将孔隙水压力包含在土体重量的计算之中。 根据《中国地震动参数区划图》(GB18306—2001),坝址区位于地震动峰 值加速度小于 0.05g 区,可不进行地震安全复核。故本次不进行抗震分析。 计算工况分正常运用和非常运用两种情况,根据《碾压式土石坝设计规范》 SL274—2001 的规定, 土坝的渗流计算应考虑水库运行中出现的不利条件。 因此, 坝坡抗滑稳定复核考虑以下工况: 1、正常运用工况 (1)水库水位为正常蓄水位 219.80m, 相应下游水位取下游地面高程或最低水 面高程,大坝形成稳定渗流时的下游坝坡。 (2)水库水位为设计洪水位 221.12m,相应下游水位取最高水面高程,大坝形 成稳定渗流时的下游坝坡。 (3)水库水位由正常蓄水位 219.80m 降至死水位 202.40m 时的上游坝坡。 (4)水库水位由设计洪水位 221.12m 降至死水位 202.40m 时的上游坝坡。 (5)水库水位由设计洪水位 221.12m 降至 1/3 坝高 210.48m 时的上游坝坡。 (6)水库水位由设计洪水位 221.12m 降至 1/3 坝高 210.48m 时的上游坝坡。 2、非常运用工况 (1)水库水位为校核洪水位 221.87m,相应下游水位取最高水面高程,大坝形 成稳定渗流时的下游坝坡。 (2)水库水位由校核洪水位 221.87m 降至死水位 202.40m 时的上游坝坡。 (6)水库水位由校核洪水位 221.87m 降至 1/3 坝高 210.48m 时的上游坝坡。 该坝已运行五十多年,故不作施工期稳定计算。 根据《中国地震动参数区划图》 (GB18306—2001) ,坝址区位于地震动峰值 加速度小于 0.05g 区,可不进行地震安全复核。故本次不进行抗震分析。
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根据 《碾压式土石坝设计规范》 SL274-2001 的规定, 采用简化毕肖普法 (依 据刚体极限平衡原理)计算土坝边坡稳定性,影响坝坡稳定计算结果的主要土层 力学参数包括:湿容重、饱和容重、凝聚力、内摩擦角。 坝体材料物理力学指标的选用:根据前面选用的计算方法要求,坝体填土的 力学指标在同一土层试样数大于 11 个, 取小值平均; 同一土层试样数小于 11 个, 取算术平均。物理指标采用算术平均值,无试验资料的其它材料的有关指标根据 类似工程按经验取值。根据土工试验成果,大坝坝轴线与上、下游坝坡土体的抗 剪指标较为接近,坝轴线土体心、斜墙特征不明显,设计采用的大坝现状边坡稳 定计算各典型计算断面各分区材料的物理力学指标见表 5-9。

大坝横剖面分区物理力学指标参数(计算采用值) 大坝横剖面分区物理力学指标参数(计算采用值) 分区物理力学指标参数
表 5-9 断面 0+029.4 斜墙 土 层 γw (KN/m3 ) 18.8 18.6 γsat (KN/m3 ) 19.23 19.38 计算采用值 凝聚力 内摩擦角 Ccu(KPa) φ(0) 12.9 22.2 22.0 20.7

砾质重壤土 砾质重壤土

根据《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001 的规定,对 4 级土坝,当采用 计及条块间作用力的简化毕肖普法计算方法时,正常运用条件下,坝坡抗滑稳定 最小安全系数应不小于 1.25,非常运用条件下,坝坡抗滑稳定最小安全系数不小 于 1.15。

5·2·2 坝坡稳定计算结果 · · 坝坡稳定计算结果
大坝现状坝坡抗滑稳定复核计算采用理正岩土边坡稳定分析计算软件(3.6 版) ,该软件采用有效应力法得到简化毕肖普法的计算结果,符合《碾压土石坝 设计规范》 (SL274-2001)的要求。大坝各剖面边坡稳定计算结果汇总见表 5— 10,计算成果图见图 5—3~图 5—5。

71

黄尖山水库大坝现状坝坡稳定计算成果表 (采用毕肖普法) 采用毕肖普法)
表 5—10 断 面 计 算 工 况 正常蓄水位 219.80m、下游水位为 190.40m,形成稳定渗流。 设 计 洪 水 位 221.12m 、 下 游 水 位 191.36m,形成稳定渗流。 库水位自正常蓄水位 219.80m 降落 至死水位 202.40m,形成非稳定渗流。 库水位自设计洪水位 221.12m 降 落至死水位 202.40m,形成非稳定渗流。 库水位自正常蓄水位 219.80m 降落 至 1/3 坝高 218.48m,形成非稳定渗流。 库水位自设计洪水位 220.6m 降落 至 1/3 坝高 218.48m,形成非稳定渗流。 规范要求最小安全系数 校 核 洪 水 位 221.87m 、 下 游 水 位 191.52m,形成稳定渗流。 库水位自校核洪水位 221.87m 降 落至死水位 202.40m,形成非稳定渗流。 库水位自校核洪水位 221.87m 降落 至 1/3 坝高 218.48m,形成非稳定渗流。 规范要求最小安全系数 坝 坡 简化 Bishop 1.13 下游坡 1.10 1.30 1.281 上游坡 1.270 1.250 1.25 下游坡 1.05 1.277 上游坡 1.240 1.15

大 坝 0+029.4 断 面

正 常 运 用

非 常 运 用

72

图 5—3

图 5—4

图 5—5

5·2·3 坝坡稳定性评价 · ·
从现状坝坡抗滑稳定计算结果来看,在各工况运用条件下,大坝下游坝坡抗 滑稳定安全系数不满足规范要求;在库水位降落情况下,大坝上游坝坡抗滑稳定 安全系数均满足规范要求。

5·2·4 大坝除险加固设计 · ·
一、大坝防渗除险加固设计方案选择 针对黄尖山水库大坝现状存在的问题, 本次除险加固设计重点解决黄尖山水 库的坝身渗漏、坝基及绕坝渗漏问题及大坝外坡稳定问题,并对大坝顶、大坝外 坡排水棱体进行设计。按照以上原则,本次除险加固设计对坝体防渗主要考虑进 行堵漏,即对坝身、坝基及两坝肩渗漏问题通过进行截渗,并对存在稳定问题的 坝坡进行加固。本次除险加固设计对大坝坝基、坝体、坝肩渗漏通道进行截渗, 并对坝体排水设施进行重建,上游护坡翻修重建。 (一)方案拟定 根据本工程大坝地形、地质情况,本次除险加固设计大坝防渗初步拟定两个 方案进行比较分析。 根据《江西省重点小(一)型病险水库除险加固初步设计复核办法》 ,结合 本工程存在实际坝身漏水,坝基漏水及绕坝渗漏等问题,宜主要采用的处理方案 如下: 方案一:冲击钻成槽塑性砼防渗墙方案 方案二:薄壁抓斗砼心墙防渗方案 两个处理方案对大坝坝体、坝肩接触渗漏主要防渗处理方案是建防渗墙,而 上游防渗处理方案比较可靠的防渗方案主要是冲击钻成槽塑性砼防渗墙方案和 薄壁抓斗塑性砼心墙防渗方案。冲击钻成槽塑性砼防渗墙方案要优点是施工简 单,不需大型机械设备及专业施工力量,缺点是防渗体要求较高,且施工用砼量 较大,造价相对较高。 根据本工程的特性, 可采用冲击钻成槽砼防渗方案和薄壁抓斗塑性砼心墙防 渗方案。 这两种方法施工简单, 对工程渗水处一目了然, 施工质量可以得到保证,

施工进度容易控制, 碾压夯实可靠。 坝体土方开挖量相对较大, 粘土用量也较大, 施工排水量大,需建围堰。投资较少,根据本工程大坝地形、地质状况。本次除 险加固设计对大坝左肩接触渗漏初步拟定二个方案进行比较分析。 1、冲击钻成槽塑性砼防渗墙方案 该方案是在坝体防渗加固, 采用在坝顶轴线处实施冲击钻成槽回填砼截至于 基岩形成一道防渗墙进行坝体防渗加固,冲击钻孔径为 1.05m,经计算需采用 1 排冲击孔,按直线型最优搭接方式布置,搭接长度 0.20m,孔距 0.80m,有效墙厚 0.6m。 该方案对坝身防渗、对坝基及坝肩绕坝基岩防渗,在坝轴线中间开挖齿槽宽 1.05m 至老齿槽底基岩面, 坝基及两坝肩伸入基岩 0.5m, 为防坝基及坝肩绕坝渗 漏,预埋 1 排固结灌浆孔,孔距 3.0m,灌浆深不少于 5.0m,孔深伸入相对不透 水层顶板线(q≤5lu)以下 5.0m,固结线至坝顶沿坝轴线向两端延伸相对不透水 层线与正常蓄水位相交处上,形成一道封闭防渗系统。 坝址区根据勘探成果,坝址区出露的地层岩性主要为新生界下第三系(E)凝 灰岩夹砂砾岩和第四系松散堆积物等。现分述如下: 一、新生界下第三系(E) 凝灰岩:棕褐色,主要成份为脱玻化的玻屑(或岩屑)(砾径小于 2mm), 含量大于 55%,流纹质细火山角砾(砾径 2~10mm),含量约 10%,绢云母千 枚岩角砾; 胶结物为水云母、 伊利石和绿泥石等粘土矿物, 细火山角砾凝灰结构, 岩性较坚硬。 砂砾岩:紫红色,主要由石英砂组成,泥钙质胶结,细碎屑结构,层状构造, 岩性较坚硬,岩层产状 N55°E,NW∠35~45°。 二、第四系松散堆积物 按其成因可分为残坡积层和冲积层,主要沿河谷、山坡及冲沟分布。 (1) 残坡积物(Q4edl):主要为砾质粉质壤土,黄色、浅灰白色,成分由粉 粒和粘粒组成,砾石含量 20~50%,砾石直径一般为 2~10mm,土体稍湿,可 塑状,手捏砂感明显。厚度 0.8~1.5m,仅分布在坝址区平缓山坡部位。 (2)冲积物(Q4al):主要由含少量砾粉质壤土和砾质重砂壤土等组成,结构 较疏松,层厚一般为 1.0~2.0m,主要分布于大坝下游河谷部位。根据当时施工

人员回忆:坝基高程在 192.6 一 186.6m 之间全部是淤泥和风化层,就是说,斜 墙底高程要达到 192.6~186.6m,然后伸入坝基 1.0m,防渗斜墙厚度为 0.6m,从 而与坝体防渗体形成一道整体防渗体系。 2、薄壁抓斗塑性砼心墙防渗方案 该方案在主坝坝轴线上游坝轴线设薄壁抓斗塑性砼防渗墙截至全强风化基 岩以下 1.0m 对坝体进行防渗加固。薄壁抓斗塑性砼防渗墙墙体设计厚度 0.4m, 由于墙体较薄,为了使防渗墙与坝基固结有效连接,根据灌浆对孔斜(≤1%) 要求,设计选取了两种方案进行比较: 1、有效墙厚 0.4m,在防渗墙中钻孔灌浆,灌浆孔距 2.0m,绕坝防渗固结灌 浆同斜墙方案; 2、有效墙厚 0.4m,在防渗墙中预留灌浆管,灌浆管距 2.0m,绕坝防渗固结 灌浆同冲击钻成槽砼墙方案; 经比较,在防渗墙中钻孔灌浆,虽可以解决防渗墙与坝基固结有效连接,但 由于墙体较厚,造价较高。因此,采用有效墙厚 0.6m,在防渗墙中预留灌浆管 方案,该方案坝基及绕坝防渗仍采用固结灌浆措施,坝基固结孔线考虑到与坝体 防渗墙形成一道整体封闭屏障,采用与墙体中线重合,在防渗墙预留管中灌浆, 灌浆管距 2.0m,绕坝灌浆同冲击钻成槽砼墙方案。从而使整个大坝在坝轴线上 形成了一道完整的防渗系统。 (二) 、方案比较选择 对于上述比选的二个方案,主要不同之处在于坝身采用的施工设备不同,从 而带来对地形及地质适应性、工程施工难易程度、工程除险后安全性及工程投资 等方面的差异,方案比较主要针对上述几点进行评价分析,最终选择较为理想的 加固方案,现就以上各方面作如下比较: 1、地形及地质情况 从地形地质情况看,一方案坝身、坝体中间坝轴线用冲击钻成槽砼墙做一道 防渗体,均能很好与周边地形及坝基协调布置。二方案坝基、坝体中间坝轴线用 塑性砼墙心防渗方案防渗线,沿坝轴线垂直布置,根据本次地勘成果反映,坝基 相对不透水岩层顶板线埋藏较深,两个方案坝基工程地质情况基本一致。 2、工程施工条件及难易程度

二个方案对外交通,用水用电条件相同。 方案(一)冲击钻成槽砼心墙方案 该方案具有施工设备简单,施工技术成熟、施工质量易于控制、造价最低、 施工时能对坝体内部缺陷一目了然,该技术曾在我市大坝处理广泛应用。该方案 回填砼要求高, 雨雪天施工时, 需要对水泥进行保护, 施工期短, 防渗效果较好。 方案(二) 薄壁抓斗 塑性砼心墙防渗方案 薄壁抓斗塑性砼心墙防渗方案目前来说仍属于一种成熟的防渗新技术, 但国 内外已有大量工程实施成功经验, 薄壁抓斗塑性砼心墙防渗方案较冲击钻成槽砼 墙防渗方案来说, 薄壁抓斗塑性砼心墙防渗方案施工速度快, 施工质量控制直观, 施工受天气影响干扰较小。 薄壁抓斗塑性砼心墙防渗方案坝身与坝基衔接施工技 术要求高。加固后为保持上游坝面平整,需对沿坝轴线方向的凹陷曲面用粘土料 回填,施工层厚较薄,施工碾压难度大。薄壁抓斗塑性砼心墙防渗方案从以后运 行中检修来看较冲击钻成槽砼墙防渗方案复杂。 总之,从施工角度讲,二个方案各有千秋,冲击钻成槽砼墙防渗方案施工设 备简单,薄壁抓斗塑性砼心墙防渗方案施工设备复杂。 3、除险加固后的工程安全度 从渗流上,二方案理论上均能很好解决大坝存在的渗漏问题,冲击钻成槽砼 墙防渗方案施工设备简单,薄壁抓斗塑性砼墙防渗方案施工设备复条,加之该工 程无交通道路的特殊性。为防止坝内坡新老斜墙整体滑动,在坝内坡开挖三条垂 直于坝轴线的防渗沟,然后用块石填筑。采用冲击钻成槽砼墙防渗加固方案,冲 击钻成槽砼墙防渗方案施工质量控制直观,只要控制管理的好,完全可以避免人 为因素造成砼心墙防渗方案的破损等缺陷,因此该方案防渗处理较彻底明确。从 坝坡抗滑稳定方面,二方案上、下游坝坡稳定情况基本相同,冲击钻成槽砼墙防 渗方案上游坝坡比较,经整体抗滑稳定计算,下游坡最小抗滑稳定安全系数略小 于规范要求值。冲击钻成槽砼墙防渗方案较优。 工程投资评价 冲击钻成槽砼墙防渗加固方案直接工程投资为 526.19 万元,塑性砼心墙防 渗方案加固方案直接工程投资为 544.99 万元。冲击钻成槽砼墙防渗方案直接工 程投资最小,比塑性砼心墙防渗加固方案节省 18.8 万元。从直接工程投资上看,

冲击钻成槽砼墙防渗方案较优。 经综合比较,本次设计推荐第一方案,即冲击钻成槽砼墙防渗加固方案。这 主要是因为该方案技术上可靠,防渗排水体系明确,加固后上游坝坡稳定性更有 保障,其投资也适中。二个方案工程量及造价比较 二个大坝除险加固方案都是考虑现状大坝基、 坝肩与山体交接处截拦坝肩接 触防渗堵漏,彻底解决坝肩渗漏问题,主要不同之处在于对坝肩及坝基的防渗加 固系统所用的设备、交通条件不同,使各方案在工程施工条件及施工难易程度, 工程除险加固后安全度及工程投资等方面存在差异。 二个方案建筑工程量及造价 比较结果见表 5-11

二个方案工程量及造价比较结果表
表 5-11
单价(元) 编 号 工程费用或名称 单位 工程量 投资(万元) 冲击钻成 冲击钻成 塑性砼心墙 塑性砼心墙 槽砼墙防 槽砼墙防 防渗方案 防渗方案 渗 渗 526.19 544.99 2.13 11.92 29.65 1000.00 11.76 162.63 487.28 23.27 10.19 12.62 2.13 91.48 300.31 66.61 233.71 37.59 11.76 91.48 11.76 121.94 8.15 169.44 2.13 2.13 11.92 29.65 1000.00 11.76 162.63 487.28 23.27 10.19 12.62 2.13 91.48 300.31 66.61 233.71 37.59 11.76 91.48 11.76 121.94 8.15 169.44 2.13 10.61 0.2 1.14 2.85 1.2 0.53 2.93 1.75 81.54 3.99 0.37 2.08 1.17 20.14 19.85 0.45 4.44 3.91 2.47 19.21 0.29 1.71 0.18 1.27 14.04 1.04 10.61 0.2 1.14 2.85 1.2 0.53 2.93 1.75 81.54 3.99 0.37 2.08 1.17 20.14 19.85 0.45 4.44 3.91 2.47 19.21 0.29 1.71 0.18 1.27 14.04 1.04

一 (一) 1 2 3 4 5 6 7 (二) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 (三) 1

挡水工程 坝顶工程 坝顶平整 路基砂砾石垫层(厚 15cm) 泥结石路面(厚 20cm) 防汛照明灯 电缆沟土方开挖 M7.5 浆砌石电缆沟 C15 砼电缆沟盖板 上游坝坡工程 护坡块石拆除 上游坝坡缺口坡面土方开挖 上游坝坡缺口土方填筑 坡面整修 粗砂垫层 C15 砼预制块护坡 护坡固脚齿槽石方开挖 C15 砼固脚 坝脚抛石固结 开挖防滑沟土方 防滑沟回填砾石 两坝肩排水沟土方开挖 排水沟浆砌石 浆砌石粉刷 台阶浆砌石 下游坝坡工程 坝坡整修

万元 万元 2 m m 2 m 盏 3 m m 3 m 万元 3 m m 3 m m 3 m m 3 m m 3 m m 3 m m 3 m M 3 m 万元 2 m
2 3 3 3 3 2 3 3 2

960 960 960 12 450 180 36 1713 363 1652 5506 2202 661 68 190 1040 2100 2100 250 140 220 75 4900

2 3 4 5 6 7 8 (四) 1 2 3 4 (五) 1 2 (六)1 1 2 3 (六)2 1 2 3

坡面挖土 砂砾石反滤料填筑 M7.5 浆砌石台阶 M10 台阶砂浆抹面 排水沟土方开挖 排水沟砂卵石垫层 排水沟 M7.5 浆砌石 贴坡排水工程 反滤层干砌块石 砂层反滤料 砂砾石反滤料 基础土方开挖 坝下排水沟 土方开挖 M7.5 浆砌石护坡 坝体防渗工程(冲击钻) 砼防渗墙(墙厚 60cm,土层)

m

3 3

1960 735 54 283 471 63 164 362 163 163 120 168 60

10.19 91.48 169.44 8.15 11.76 91.48 121.94 79.30 91.48 91.48 10.82 11.76 164.59

10.19 91.48 169.44 8.15 11.76 91.48 121.94 79.30 91.48 91.48 10.82 11.76 164.59

2.00 6.72 0.91 0.23 0.55 0.58 2.0 5.98 2.87 1.49 1.49 0.13 1.19 0.20 0.99 412.84

2.00 6.72 0.91 0.23 0.55 0.58 2.0 5.98 2.87 1.49 1.49 0.13 1.19 0.20 0.99

m 3 m m 3 m m 3 m 万元 3 m m m
3 3 3 3 2

m 万元 m 3 m 万元 m
2 2 3

4540 720 680

599.66 920.42 1092.96

272.25 66.27 74.32 431.64

砼防渗墙(墙厚 60cm,卵石层) m 2 砼防渗墙(墙厚 60cm,强风化层) m 坝体防渗工程(薄壁抓斗) 万元

塑性砼心墙防渗(墙厚 40cm,土 2 m 层) 塑性砼心墙防渗(墙厚 40cm,砾 2 m 石层) 塑性砼心墙防渗(墙厚 40cm,强 2 m 风化岩石层)

4540 720 680

630.7 945.5 1135.6

286.34 68.08 77.22

从表 5 一 11 可以看出,采用冲击钻成槽砼墙防渗方案投资 412.84 万元,采 用薄壁抓斗成槽塑性砼心墙防渗方案投资 431.64 万元。二个方案都是沿坝轴线 中部新建一道完整连续的防渗体,以求彻底解决坝身的渗漏问题。由于各方案的 施工工艺不同,所用的施工设备不同,从而导致施工难易程度、投资大小和安全 可靠等方面存在差异,现就各方面的优缺点比较如下: 方案(一)冲击钻成槽砼心墙防渗方案,该方案施工工艺简单,施工设备搬 迁方便,施工经验丰富,施工技术成熟、施工质量易于控制、造价最低、施工时 能对坝体内部缺陷一目了然,该技术曾在我市大坝处理广泛应用。该方案回填砼 要求高,雨雪天施工时,需要对水泥进行保护,施工期短,防渗效果较好。 方案 (二) 塑性砼心墙方案, 该方案具有施工设备复条, 施工设备搬迁不便, 该工程无施工道路,施工技术成熟、施工质量易于控制、造价较高、施工时能对 坝体内部缺陷一目了然,该技术曾在我市大坝处理广泛应用。该方案回填砼要求 高,雨雪天施工时,需要对水泥进行保护,施工期短,防渗效果也较好。

综合上述各方案优缺点比较,本设计认为方案(一)较为优越,该方案造价 低,且施工质量易于保证,防渗效果可靠程度高,施工期短,受天气和库水位因 素的影响相对较小,故本设计阶段推荐方案(一) ,即冲击钻成槽砼心墙方案。 大坝除险加固工程设计布置 (一) 、大坝坝身防渗设计 冲击钻成槽砼防渗方案 1、套井布置及井深确定 参照“浙江省病险库防治经验汇编”介绍,一般渗漏通道均在逸出点左右 30°角以内,一般套井平面布置遵循该原则。 套井接触渗流长度,一般为坝前正常水头的 1/10~1/6,黄尖山水库正常蓄水 现坝顶高程 223.9m, 相应逸出点高程为 194.72m。 相对高度为 25.28m,。 位 220.0m, 按上述要求,黄尖山水库各逸出点所需渗径长度为 2.53m~4.21m,统一采用按 触渗径长度为 1.06m,补强孔水平伸入强风化下线各 3 孔,长度为 0.79m。 主坝坝体砼防渗墙系利用冲击钻成槽成墙,砼防渗墙截至强风化基岩以下 1.0m 形成一道防渗体,墙体有效厚度 0.6m,进入基岩 2.5m—6.2m,墙顶部高程 222.15m。 1、冲击钻成槽成墙法构筑砼防渗墙布置 主坝坝身冲击钻成槽成墙法构筑的砼防渗墙轴线位于坝轴线上游 0.5m 处, 防渗墙造孔自主坝 0+000—0+136 桩号,全长 136m,单排布孔,槽孔布置在坝 顶,孔口高程 223.9m,墙身高度自高程 182.5m 至坝顶以下 0.5m(即 222.15m 高 程) 。 2、冲击钻成槽成墙法构砼防渗墙设计指标 (1)渗透系数:K≤5.0×10-7cm/s (2)墙体厚度:t=0.6m (3)抗压强度(R28d) :3~5Mpa (4)弹性变形模量(E28d) :300~1000Mpa (5)墙体深度:防渗墙设计深度既要满足防渗要求,又要做到经济合理和 便于施工,选定全封闭深墙设计,墙底伸至强风化基岩面以下 1.0m,最大高度 39.65m。

(6)混凝土配合比:为保证防渗墙的浇筑质量,砼配合比应现场试验确定, 一般每 m3 防渗墙用料为:水泥 70~200kg,膨润土 20~50kg(5~20%) ,粘土 150~300kg, 中粗砂 450~750kg, 卵石 500~950kg, 150~200kg, 水 水灰比 0.1~ 0.8,水胶比 1~2,砼坍落度控制在 18~22cm,扩散度控制在 34~38cm。 (7) 主要建材要求: 水泥采用 425#普通硅酸盐水泥, 卵石粒径为 10~20mm, 砂料为中粗砂,造浆粘土要求塑性指数大于 20,粒径小于 0.005mm 的粘粒含量 在 50%以上,含砂量小于 5%,SO2 和 AL2O3 含量比为 3~4。 (8)固壁泥浆比重为 1.2~1.3,粘度为 20~30 秒,槽孔内泥浆面应高于地 下水位 1.8m 以上,并不得低于孔口高程 0.1m。 3、冲击钻成槽成墙法构筑塑性砼防渗墙施工技术要求 (1)施工应严格按设计图纸和要求进行,遵守《水利水电工程混凝土防渗 墙施工技术规范》SL174—96 和《水下混凝土》 (SDJ207—82)等规程规范。 (2)混凝土防渗墙渗透系数小于 5.0×10-7cm/s,混凝土抗压强度不低于 3.0N/mm2,孔斜率应小于 1/300。 (3) 清孔结束后, 进行浇筑水下砼时, 应下入 2 “导浆管, 导浆管间距为 3~ 4m,下置深度保证导管底距槽底距离小于 0.5m,将搅拌好的砼用泵通过导管送入 槽内把槽内的泥浆置换出来, 孔内砼面应均匀上升, 其高差控制在 0.5m 的范围。 (4)槽孔水平断面上不应有梅花孔、小墙等。 4、质量检查 (1)在冲击钻成槽过程中,每隔 4~8h 测定一次槽内泥比重、粘度控制标 准见施工技术要求。 (2)对成墙用的砼进行现场检查员,每搅拌 3~5m3 砼测定一次砼配合比, 并对砼进行留样检测,测定其抗压强度,渗透系数,变形模量等,要求抗压强度 R28d 不小于 3Mpa,渗透系数不大于 5.0×10-7cm/s,变形模量 E28d 不小于 300Mpa。 (3)对墙体进行现场钻孔压水试验,要求渗透系数 K 小于 5.0×10-7cm/s。 (二) 、坝顶设计 本次大坝坝顶设计为砼路面,宽度为 6m(含防浪墙) ,采用泥结碎石路面, 砼路缘顶高程与砼路面齐平,并在坝顶上游侧间隔 50m 布置一排防汛照明灯。

(三) 、上游坝坡护坡设计 经现场检查大坝上游护坡为块石护坡,坝坡存在多处凹陷和隆起,护坡块 石间有明显的架空、松动脱落现象。本次结合冲击钻成槽砼防渗加固对上游护坡 重新进行建造。 1、上游护坡方案的选择 本次对大坝上游护坡拟采用干砌块石护坡和砼预制块护坡两种方案进行综 合比较,择优选取。 (1)干砌块石护坡(方案Ⅱ) 黄尖山水库大坝附近块石料丰富,岩性为花岗岩,现护坡均为花岗岩块石护 坡,部分拆除护坡块石可以回收利用。护坡块石粒及护坡厚度根据规范按下列公 式计算。 计算公式:
D = 0 . 85 D 50 = 1 .018

Kt?

p
(p ?
k

w

1+ m2
w

p

) m (m + 2)

h

p

式中:D——块石在最大局部波浪压力作用下所需的直径(m) ; D50——块石平均粒径(m) ; Kt——随坡率变化的系数,由上游坝坡比 1:3 根据规范取 Kt=1.4; ρw——水密度,取ρw=1.0t/m3; ρk——石块的密度(t/m3),取ρk=2.6t/m3; m——坡率,m=3; hp——累计频率为 5%的波高,hp=1.95×0.358=0.7m; t——最大块石护坡厚度(m); 经计算得:D=0.13m,t=0.16m。 根据大坝上游护坡计算结果,按干砌石护坡的构造要求及施工技术要求,取 干砌块石护坡厚 t=0.3m,块石平均粒径 D=0.25m,又根据《规范》SL274—2001 要求及结合本工程对粘土斜墙加强反滤保护的实际, 干砌块石护坡下需设置两层 分级反滤垫层,即靠近坝体最底层为厚 0.2m 的细砂层,中间层为粒径 5~20mm 的碎石层,厚度为 0.2m。 (2) 、砼预制块护坡(方案Ⅰ)

方案Ⅰ为正六边形砼预制块护坡,砼强度为 C15,边长 0.3m,根据《规范》 SL274—2001,预制砼护坡板厚为:
t = 0 .07η hp 3 aq 2 8

P P
c

w

?

P

?
w

m2 +1 m

式中:η———系数,装配式护面板,取 K=1.1 b———沿护坡板向长度,b=4.0m(分缝间距) ρc———砼密度,取γk=2.4t/m3 ρw———水密度,取γw=1.0t/m3 hτ———累计频率为 1%的波高,h=2.42×0.35=0.85m m———护坡坡率,m=3 经计算,正六边形砼预制块护坡板厚 t=0.07m,取 t=0.1m,板下结合本工程 对粘土斜墙加强反滤保护的实际需设置两层分级反滤垫层, 即靠近坝体最底层为 厚 0.2m 细砂层,中间层为粒径为 5~20mm 的碎石层,厚度为 0.2m。 (3)方案比较选择 两方案工程量及等价比较结果列于表 5—11。

上游不同护坡方案总造价比较表
表 5-14
序 号 1 2 2 3 项目名称 C15 砼预制块护坡 粗砂垫层 干砌块石护坡 砂卵石垫层 合计(万元) 单位 m3 m3 m3 m3 单价 (元) 300.31 91.48 118.25 91.48 39.99 方案Ⅰ(砼) 工程量 661 2202 造价(万元) 19.85 20.14 2230 2180 26.37 19.94 46.31 方案Ⅱ(块石) 工程量 造价(万元)

从表 5—9 中比较结果可知,砼预制块护坡(方案Ⅰ)造价为 39.99 万元, 干砌块护坡(方案Ⅱ)造价为 46.31 万元,由此可见,砼预制块护坡比干砌块石 护坡造价节省 6.32 万元。 经综合考虑,黄尖山水库本次加固设计择优(方案Ⅰ)即砼预制块。 2、上游坡开导渗沟 因大坝内坡防渗加固后,为防止加固后库水位骤降而产生坝坡滑坡,因此在

坝内坡开挖三条防滑槽,槽宽 5.0m,深 2.0m,长度从内坡坝顶一直到坝脚。两 坝肩与山体交接处修建排水沟,沟宽 0.6m,沟高 0.5m。在左坝肩内坡侧修台阶 一条,台阶宽 0.4m,台阶高 0.15m。 (四)下游坝坡护坡设计 经坝体稳定分析计算可知,下游坝体无需进行全拆,只对原破乱的块石进行 翻修。 (五)大坝新建贴坡排水 经探槽开挖检查大坝下游无排水设施,只有一层块石护坡,本次设计拟将原 块石护坡全部拆除后移,按新的贴坡排水尺寸用干砌块石修建。 新建贴坡排水长 60m,设计顶宽 2.53m,顶高程 202.6m, ,外边坡 1:3。贴 坡排水体设计要求开挖至基岩, 在其内坡及底面设置土工织物、 砾石料反滤, 砂、 反滤层由里至外分别铺设一层 20cm 厚的粗砂和 20cm 砂砾石垫层,最后一层干 砌块石厚 40cm。 三、大坝除险加固设计计算 (一)坝顶高程计算及复核 根据《防洪标准》 (GB50201—94)及《水利水电工程等级划分及洪水标准》 (SL252—2000)规定,黄尖山水库设计洪水标准采用三十年一遇,校核洪水标 准采用五百年一遇。根据《碾压式土石坝设计规范》 (SL274—2001)中的规定 计算大坝需要的坝顶超高。坝顶超高按鹤地公式计算: 波浪高度:2hi=0.026Vf4/3D1/3 波浪长度:2Li=0.39VfD0.5 波浪超高 h0=π(2hi)2/2Li 式中:Vf——风速, 设计工况取 24m/s,校核工况取 16m/s; D——吹程,设计工况 D=0.832km,校核工况 D=0.836km; 计算得:设计工况 2hi=1.34m 2Li=8.537m h0=0.66m 校核工况 2hi=0.78m 2Li=5.705m

h0=0.33m 大坝坝顶高程复核成果表,计算成果见表 5—12

大坝坝顶高程复核成果表
表 5—15 项目 设计 工况 序号 1 2 设计 校核 221.30 221.95 水位 (m) 计算 风速 (m/s) 24 16 平均坡 长 2Li(m) 8.537 5.705 波浪 超高 H0(m) 0.66 0.33 风浪 爬高 2hi(m) 1.34 0.78 安全 加高 A(m) 0.5 0.3 坝顶 超高 y(m) 2.50 1.41 坝顶 高程 (m) 223.80 223.36

因大坝现有坝顶高程约为 223.92m,大约计算坝顶高程 223.870m,故本次 加固设计大坝坝顶高程采用 223.9m,满足要求。 (二)大坝渗流分析 本次设计采用有限元计算方法对大坝渗流作计算分析,主算程序采用北京理 正渗流分析计算程序。 1、计算断面及渗透分区指标的确定 本次黄尖山水库大坝安全鉴定,共对大坝进行了 2 个横剖面的勘探,Ⅰ、Ⅱ 剖面自右至左依次排列。Ⅰ剖面为坝左段有漏水点剖面,属问题剖面;Ⅱ号剖面 为老河床剖面,坝体高度最高,坝基岩体透水性最强;由于勘探剖面与坝轴线是 斜交的,本次取 0+029.4 桩号大坝最大的横剖面为计算剖面,计算剖面轮廓、材 料分区具体见图 5—6。 渗流计算时渗透系数取用原则是: 当断面各分区土层取样室内土工渗透试验 有 6 组以上合理成果时,则取用断面上该土层试验统计成果的大值平均值;当断 面各分区土层取样室内土工渗透试验少于 6 组合理成果而全坝同种土层取样室 内土工渗透试验有 6 组以上合理成果时, 则取用全坝该土层试验统计成果的大值 平均值;其它土层及无试验资料的采用地质参数建议值,没有试验指标的参考有 关经验数据或其他已建工程定出。大坝各计算断面的渗透分区的渗透指标见表 5 —16。计算断面轮廓、材料分布具体见图 5—6。

图 5—6

大坝各典型断面各分区渗透指标表
表 5—16

断面

土层分区

0+029.4

砾质重壤土 斜墙(砾质重壤土) 粘土质砂和粉土质砂 塑性砼防渗墙

渗透系数 (cm/s) (算术平 均值) K -4 2.7×10 -5 8.5×10 -4 3.0×10 5.0×10-7

渗透系数 (cm/s) (大值平 均值) K -4 4.4×10 — —

渗透系数 (cm/s) (小值平 均值) K -4 1.1×10 — — —

允许渗 透坡降 [J] 0.45 0.45 0.45 60

2、大坝现状渗流复核计算 根据《碾压式土石坝设计规范》SL274—2001 的规定,土坝的渗流计算应考 虑水库运行中出现的不利条件,本次稳定渗流计算中考虑下列水位组合情况: (1)上游正常蓄水位与下游相应的最低水位; (2)上游设计洪水位与下游相应的最高水位; (3)上游校核洪水位与下游相应的最高水位。 根据现状水文复核计算的结果,黄尖山水库正常蓄水位为 220.00m,设计洪 水位为 221.37m,校核洪水位为 222.15m 按不同工况组合进行计算, 可得到各工况下的渗流等势线和大坝的浸润线位 置图以及单宽渗流量,大坝渗流浸润线及等势线见图 5—7、 ;各断面各种工况下 大坝有关渗流计算坡降及单宽渗流量值见表 5—17。 大坝渗流计算成果表
表 5—17 断面 库水位(m) 220.00 0+029.4 221.37 222.15 下游水位 (m) 190.40 191.36 191.52 塑性砼防渗墙最 大水平坡降 9.17 9.99 10.42 允许 坡降 60 60 60 计算单宽流量 3 (m /d) 0.547 0.585 0.611

图 5—7

(三)大坝坝坡稳定复核 与渗透稳定计算断面对应, 大坝坝坡稳定分析亦选择渗流计算的断面作为典 型计算断面,计算各自的坝坡抗滑稳定安全系数。本次计算方法采用规范推荐的 瑞典圆弧法的简化毕肖普法; 根据《中国地震动参数区划图》 (GB18306—2001) ,坝址区位于地震动峰值 加速度小于 0.05g 区,可不进行地震安全复核。故本次不进行抗震分析。 计算工况分正常运用和非常运用两种情况,根据《碾压式土石坝设计规范》 SL274—2001 的规定, 土坝的渗流计算应考虑水库运行中出现的不利条件。 因此, 坝坡抗滑稳定复核考虑以下工况: 1、正常运用工况 (1)水库水位为正常蓄水位 220.00m, 相应下游水位取下游地面高程或最低水 面高程,大坝形成稳定渗流时的下游坝坡。 (2)水库水位为设计洪水位 221.37m,相应下游水位取最高水面高程,大坝形 成稳定渗流时的下游坝坡。 (3)水库水位由正常蓄水位 220.00m 降至死水位 202.40m 时的上游坝坡。 (4)水库水位由设计洪水位 221.37m 降至死水位 202.40m 时的上游坝坡。 2、非常运用工况 (1)水库水位为校核洪水位 222.15m,相应下游水位取最高水面高程,大坝形 成稳定渗流时的下游坝坡。 (2)水库水位由校核洪水位 222.15m 降至死水位 202.40m 时的上游坝坡。 该坝已运行四十多年,故不作施工期稳定计算。 根据《中国地震动参数区划图》 (GB18306—2001) ,坝址区位于地震动峰值 加速度小于 0.05g 区,可不进行地震安全复核。故本次不进行抗震分析。 根据 《碾压式土石坝设计规范》 SL274-2001 的规定, 采用简化毕肖普法 (依 据刚体极限平衡原理)计算土坝边坡稳定性,影响坝坡稳定计算结果的主要土层 力学参数包括:湿容重、饱和容重、凝聚力、内摩擦角。 坝体材料物理力学指标的选用:根据前面选用的计算方法要求,坝体填土的 力学指标在同一土层试样数大于 6 个,取小值平均;同一土层试样数小于 6 个, 取算术平均。物理指标采用算术平均值,无试验资料的其它材料的有关指标根据

类似工程按经验取值。根据土工试验成果,大坝坝轴线与上、下游坝坡土体的抗 剪指标较为接近,坝轴线土体心、斜墙特征不明显,设计采用的大坝现状边坡稳 定计算各典型计算断面各分区材料的物理力学指标见表 5-18。

大坝抗滑稳定分析物理力学指标参数(计算采用值) 大坝抗滑稳定分析物理力学指标
表 5—18

断面 0+029.4 斜墙 心墙





砾质重壤土 砾质重壤土 塑性砼防渗墙

γw (KN/m3 ) 18.8 18.6 23

γsat (KN/m3 ) 19.23 19.38 25

计算采用值 凝聚力 内摩擦角 Ccu(KPa) φ(0) 12.9 22.2 22.0 20.7 200 30

根据《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001 的规定,对 4 级土坝,当采用 计及条块间作用力的简化毕肖普法计算方法时,正常运用条件下,坝坡抗滑稳定 最小安全系数应不小于 1.25,非常运用条件下,坝坡抗滑稳定最小安全系数不小 于 1.15。

5·2·5 坝坡稳定计算结果 · ·
坝坡抗滑稳定计算分析采用大坝的渗流计算采用北京理正岩土边坡稳定分 析计算软件(3.6 版) ,该软件采用有效应力法得到简化毕肖普法的计算结果, 符合《碾压土石坝设计规范》 (SL274-2001)的要求。计算成果图见图 5—8、图 5—9。 从计算结果可以看出,加固后计算断面各工况坝坡抗滑稳定最小安全系数 均大于规范允许值,且均比加固前的安全系数有所提高,故加固后大坝的坝坡 抗滑稳定满足规范要求。

黄尖山水库大坝加固后坝坡稳定计算成果表 (采用毕肖普法) 采用毕肖普法)
表 5—10 断 面 计 算 工 况 正常蓄水位 220.00m、下游水位为 190.40m,形成稳定渗流。 设 计 洪 水 位 221.30m 、 下 游 水 位 191.36m,形成稳定渗流。 库水位自正常蓄水位 220.00m 降落 至死水位 202.40m,形成非稳定渗流。 库水位自设计洪水位 221.30m 降 落至死水位 202.40m,形成非稳定渗流。 规范要求最小安全系数 校 核 洪 水 位 221.95m 、 下 游 水 位 191.52m,形成稳定渗流。 库水位自校核洪水位 221.95m 降 落至死水位 202.40m,形成非稳定渗流。 规范要求最小安全系数 坝 坡 简化 Bishop 1.368 下游坡 1.329 1.583 上游坡 1.509 1.25 下游坡 上游坡 1.303 1.495 1.15

大 坝 0+029.4 断 面

正 常 运 用

非 常 运 用

图 5—8

图 5—9

5·3

泄水建筑物除险加固设计

黄尖山水库溢洪道位于大坝左端山体处,座落在风化基岩上,进水明渠长 16.3m,底宽 4.8~8.0m,底板高程 219.31m~219.8m,断面形状极不规则,底板 坑坑洼洼,两边为山体,未衬护。明渠后接陡槽段长 128.1m,底坡 i=0.019,底 宽 4.8~4.1m,底板采用石灰砂浆衬护;右边坡 1:0.29~1:0.65,采用石灰浆砌石 衬护;左边坡 1:0.4~1:0.8,为岩石边坡,坡面开挖极不规则,山体陡峭,岩石 风化破碎,裂隙发育,未衬护。陡坡出口后为一自然山坡,坡面为强风化岩石, 冲刷严重。无消能设施和导水墙。

5·3·1 溢洪道存在的主要问题及加固设计内容 · ·
一、溢洪道存在的主要问题 黄尖山水库溢洪道位于大坝左端山体处,现状溢洪道为开敞式,全长 144.3m。由进口明渠段,陡槽段组成。根据安全鉴定结论,溢洪道存在以下主要 问题: (1)进口明渠段长 16.3m,为水库库区到陡槽槽首的过渡段,断面形状极不规 则,底板坑坑洼洼,渠身均为强风化基岩,性状较软弱,抗冲刷能力差,渠身存 在冲刷破坏地质问题。 (2)溢洪道陡槽段长 128.1m,左边坡为岩质边坡,坡角较陡,裂隙发育,性 状较差,岩体较破碎,溢洪道存在边坡稳定问题;底板采用石灰砂浆衬护,但断 裂破损严重;右边坡采用石灰砂浆砌石衬护,边墙高度虽能满足泄流要求,但历 经多年运行,墙体老化破损严重。 (3)陡槽出口为一自然山坡,坡面为强风化基岩,冲刷严重。 (4)溢洪道出口无消能设施及导水墙,冲刷严重。 二、溢洪道除险加固设计内容 针对溢洪道现状存在的问题,确定溢洪道需作除险加固处理的主要项目如 下: 1、修整进水明渠段,并对底板,边墙进行衬护处理。 2、对陡槽段进行衬护处理。

3、陡槽出口新建挑流坎。

5·3·2 溢洪道除险加固设计 · ·
一、溢洪道总体尺寸拟定 黄尖山水库溢洪道由进口段、陡槽段、挑流消能段及泄洪渠段组成。各部分 拟定的尺寸如下: 1、进口段(0-010~0+000) :为一断面宽度逐渐变窄的梯形平坡明渠,边坡 1:0.5,渠首底宽 6.0m,未端底宽 4.8m,长度为 10m。底板高程 220.0m。 2、陡槽段(0+000~0+128.1) :采用不同断面的二段陡槽,紧接进口明渠的 第一段陡槽 (0+000~0+110) 水平长度 110m, 坡度 i=0.02, 底宽 4.8m, 边坡 1:0.5; 第二段陡槽(0+120~0+128.1)水平长度 8.1m,坡度 i=0.02,矩形断面,底宽 4.0m;两段陡槽之间的渐变段(0+110~0+120)水平长度 10.0m,坡度 i=0.02, 底宽从 4.8m 渐变至 4.0m,断面由梯形渐变至矩形。 3、挑流消能段:挑坎高程 217.68m,反弧半径 4.0m,挑角 20°。 二、溢洪道除险加固方案 1、进口段加固设计 进口段长 10m,底板宽度由上游 6.0m 渐缩为 4.8m,为梯形平坡明渠,边坡 1:0.5,底板高程 220.0m,边墙为浆砌石结构,浆砌石厚度 0.5m,迎水面有 0.1m 厚的砼面板,高 2.0m,长 30m。底板采用厚 0.3m 的 C20 砼衬护,底板与边墙间 设置纵向缝,横缝每 10.0m 设置一道,缝中填沥青杉板。 2、溢洪道泄流能力计算 (一)陡槽临界水深的计算 按照明渠均匀流的流量公式 Q=AC(Ri)1/2 计算陡槽的水深 h0——流量 Q 关系表并绘制 h0——Q 关系曲线。 绘制陡槽 h——A3/B 关系曲线, 同时计算不同流量情况下的 Q2/g, 按照 Q2/g 的数值在 h——A3/B 关系曲线上,在 A3/B 轴上,量取其值为 Q2/g 的长度,由此 引铅垂线与曲线相交一点, 该点所对应的 h 值即为临界水深 hk。 将正常水深与临 界水深进行比较,即可判断水流状态。计算成果下见表。

——Q 陡槽 h0—— 曲线 表 5-19
水深(m) Q(m3/s) 0.3 5.18 0.5 11.91 0.8 25.47 1.0 36.5 1.3 55.72 1.50 70.22 1.8 94.37 2.0 112.04 2.5 161.61 3.0

陡槽 h——A3/B 曲线 表 5-20
水深(m) 水面宽 5.1 (m) 过水面 积(m2) A3/B 1.485 0.64 2.525 3.04 4.16 12.86 5.3 25.67 7.085 58.30 8.325 91.58 10.26 163.64 11.6 229.54 15.125 473.98 18.9 865.55 5.3 5.6 5.8 6.1 6.3 6.6 6.8 7.3 7.8 0.3 0.5 0.8 1.0 1.3 1.5 1.8 2.0 2.5 3.0

——h 陡槽 h0—— k 比较表 表 5-21
流量(m3/s) Q /g 临界水深 hk(m) 正常水深 h0(m) 流态
2

2 0.41 0.248 0.12 急流

4 1.63 0.381 0.24 急流

6 3.67 0.578 0.34 急流

10 10.2 0.752 0.46 急流

15 22.96 0.983 0.58 急流

20 40.82 1.173 0.689 急流

30 91.84 1.516 0.885 急流

40 163.27 1.8 1.058

50 255.1

(二)库水位与溢洪道下泄流量关系的推求 溢洪道第一段陡槽前有 10.0m 长的梯形平坡明渠,底宽由上游 6.0m 渐缩为 陡槽槽首的 4.8m,进水明渠渠首走水深可根据陡槽槽首临界水深与泄量按下式 计算: Δs=

?E s E ? E su = sd i?J i?J

v2 Es= h+ 2g
式中: Δs—流段长度(m) ΔEs—流段两端断面上断面比能差值(m) Esd—流段下游断面的断面比能(m) Esu—流段上游断面的断面比能(m) i—流段坡降 j—流段的平均水力坡度

v—断面平均流速(m/s) 进水明渠渠首水深加上渠首底板高程, 流速水头及进口水头损失值即为库水 位

v2 即 H= ? 首 + h首 + (1 + ξ ) 2g
式中ξ—局部阻力系数取 0.1 经计算,溢洪道的库水位与下泄流量的关系见表 5—22

黄尖山水库溢洪道库水位与下泄流量关系表
表 5—22
库水位(m) 220.0 流量(m /s)
3

220.64 4.0

220.82 6.0

221.13 10.0

221.46 15.0

221.70 20.0

222.16 30.0

222.65 40.0

0

通过对黄尖山水库重新进行水文调洪演算,可知水库设计洪水位(P=3.33%) 为 221.30m,相应溢洪道下泄流量 12.3m3/s,校核洪水位(P=0.2%)为 221.95m,相应溢 洪道下泄流量 25.6m3/s,大坝坝顶高程满足规范要求. 3、陡槽段加固设计 (1)结构设计 采用不同断面的二段陡槽,紧接进口明渠的第一段陡槽水平长度 110m, i=0.02,第二段陡槽水平长度 8.1m,坡度 i=0.02,其中紧接第一段陡槽末端布置 长 10m 的陡坡渐变段,底宽从 4.8m 渐变至 4.0m,断面由梯形渐变成矩形。 陡槽 1、陡槽 2 均采用顺直布置,陡槽 1 采用梯形断面,边坡 1:0.5,边墙高 2.0m, 边墙为浆砌石结构, 浆砌石厚度 0.5m, 迎水面采用 10cm 厚的 C20 砼护面。 陡槽 2 采用矩形断面,边墙为浆砌石结构,迎水面采用厚 10cm 的 C20 砼护面, 顶宽 0.6m,底宽 1.6m,高 2.5m,迎水面铅直,背水面 1:0.5。底板采用采用 30cm 厚的 C25 钢筋砼衬砌。底板设置纵横分缝,纵缝 2 条,位于两边墙脚处,横缝间 距为 10m,采用沥青杉板填缝,缝内设止水铜片,缝宽 20mm。在陡槽底板中间 设一道 30×30cm 的纵向排水沟,每隔 10m 设一道 20×20cm 的横向排水沟;两 侧边墙梅花形布置直径 10cmPVC 排水管,间距均为 2m,墙后设土工布(50× 50cm)反滤;在底板加设锚筋,使钢筋砼与岩体之间连接牢固,锚筋采用直径

为φ22mm,每根长 1.5m,纵横间距均为 1.5m。 (2) 、陡槽水面线计算 黄尖山水库溢洪道陡槽 1 采用梯形断面,陡槽 2 采用矩形断面,砼衬砌 n=0.017,泄洪陡槽按 30 年一遇洪水标准设计,500 年一遇洪水校核。陡槽水面 线根据能量方程,用分段求和法计算,计算公式为:

[h2 cos θ +
△L1-2= J=

α 2 v2 2
28

] ? [h1 cos θ +

α1v12
28

]

i?J

1 (J1+J2) 2

式中: △L1-2——分段长度(m)
h1、h2——分段始末断面水深(m) v1、v2——分段始末断面平均流速 m/s

α1、α2——流速分布不均匀系数,取 1.0 θ——陡槽底坡角度(°)
i——陡槽底坡,i=tgθ J——分段内平均摩阻坡降

陡槽 1 临界水深采用图解法求取; 陡槽 2 临界水深计算公式为: aq 2 8 hk=
3

式中:
q——陡槽单宽流量(m3/s·m) hk——临界水深(m)

经计算,陡槽 1 设计洪水位时临界水深 hk=0.85m,校核洪水位时 hk=1.38m。 陡槽 2 设计洪水位临界水深 hk=0.99m,校核洪水位时 hk=1.61m。 陡槽 1 进口(起始断面)与进水明渠相接,其水深为临界水深。 陡槽 1 开始断面水深采用临界水深, 从这个断面开始, 可以分段向下游推算, 直至第二段陡槽末端的水深。溢洪道陡槽水面线成果见表 5—23。

根据规范规定,陡槽段边墙高度应计入波动及掺气后的水深,再加上 0.5~1.5m 的超高,陡槽段掺气后水深按下式计算: V hb=(1+ )h 100 式中:h·hb——陡槽计算断面的水深及掺气后的水深(m)
V——不掺气情况下陡槽计算断面的流速(m/s)

溢洪道陡槽水面线成果表
表 5—23
设计洪水 桩号 0+000 0+020 0+040 0+060 0+080 0+100 0+110 0+120 0+128.1 计算水深 (m) 0.85 0.607 0.552 0.510 0.510 0.510 0.510 0.687 0.640 流速 (m/s) 2.77 3.10 4.39 4.77 4.77 4.77 4.77 4.48 4.80 掺气后水深 (m) 0.87 0.63 0.58 0.53 0.53 0.53 0.53 0.72 0.67 计算水深 (m) 1.38 1.017 0.94 0.882 0.869 0.845 0.830 1.182 1.106 校核洪水 流速 (m/s) 3.38 4.74 5.17 5.54 5.63 5.80 5.91 5.41 5.79 掺气后水深 (m) 1.43 1.07 0.99 0.93 0.92 0.89 0.88 1.25 1.17 设计边墙高 (m) 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0

(3)结构计算

本次除险加固设计仅对陡槽底板厚度,抗浮稳定,抗滑稳定进行复核计算。
a、底板厚度验算,按《水工设计手册》中的公式计算 A=0.03avh

式中:A——陡槽底板厚度(m) ;
a——系数,取 a=0.8 v——流速, m/s) ( h——计算断面水深(m)

经计算:校核洪水位时,泄槽底板首端厚度
A=0.12m<0.3m,因此泄槽底板设计厚度满足要求。 b、底板抗浮稳定验算
K=

G重 + P水 P扬

式中:

K——底板抗浮稳定安全系数 G 重——底板自重 P 水——底板上承受的水压力 P 扬——底板承受的扬压力 经计算,底板抗浮稳定安全系数 K= 1.87 >[K]=1.1,满足要求 c、底板抗滑稳定验算
Kc=

Nf t +T

式中: Kc——抗滑稳定安全系数 N——底板自重及水重的法向分力 T——底板自重及水重的切向分力 t——水的流动拖力(t=γJAR) f——底板与基岩之间的摩擦系数,取 f=0.35~0.45 γ——水的密度(KN/m3) A——底板面积(m2) R——水力半径(m) J——水能坡降,J=(E1+E2)/L E1、E2——底板首末端的断面比能 L——底板长度 经计算:K2=1.36~3.54>[Kc]=1.25 故陡槽抗滑稳定满足要求 4、挑流消能段设计 (1)结构设计 采用挑流式消能,挑坎高程 217.68m,反弧半径 4.0m,挑角 20°。挑坎宽 4.0m,采用 C25 钢筋砼结构,边墙采用 M7.5 浆砌石挡墙,迎水面采用 0.2m 厚 C25 钢筋砼护面,墙内设有直径为 10cm 的 PVC 排水管,墙后设土工布反滤。挑坎 与边墙间设置纵向缝,与陡槽间设一横缝,纵横缝内采用沥青杉板填缝,横缝内 设止水铜片止水。

为防止洪水冲刷山坡面,保证挑坎能正常运行,在修建挑坎时,应对挑坎 217.68m 高程以下、209.0m 高程以上的山坡面采用 0.5m 厚钢筋砼衬护,护坡内 设有直径 10cm 的 PVC 排水管,墙后设土工布反滤。在山坡面应埋设锚筋,使 钢筋砼与岩体之间连接牢固,锚筋采用直径为φ22,每根长 2.5m,纵横间距均 为 1.0m。 (2)冲刷坑深度和挑流射程 ①冲刷坑深度 对于岩石河床,冲刷坑深度采用如下公式计算: ts =ks·q0.5·Z0.25-ht 式中: ts——冲刷坑深度(m) Z——上下游水位差(m) Ht——冲刷坑后的下游水深(m) q——单宽流量(m3/s-m ) 经计算:ts=2.23m ① 挑流射程 挑流射程采用以下公式计算: L=L0+L1-L’ 式中:L——挑流射程(m) L0——挑坎出口断面中心点到水舌轴线与下游水面交点间的水平距离(m) L1——水舌线轴线与下游水面交点到冲刷坑最深点间的水平距离(m) L’——挑坎出口中心点到挑坎下游端的水平距离(m) ,L’=0.5m。 2 V sinθcosθ L0=————————[1+√1+2g[a-ht+(h1/2)cosθ]/V2sin2θ] g 式中:

θ——挑坎角(°) θ=20° ,
a——坎高(m) ,a=9.68m ht——冲刷坑后的下游水深(m) t =1.32m ,h ,h h1——挑坎出口断面水深(m) 1=0.58m

V——挑坎出口断面的平均流速(m/s) ,V=4.85m/s ts+ht L1=——— tgβ tgβ=√tg2θ+[2g(a-ht+0.5h1cosθ)/V2cos2θ]

式中:β——水舌入水角(°) 经计算:L=7.62m, Lo=6.88m, L1=1.24m

L>2.5ts=2.5×2.23=5.78m,满足要求。 (3)边墙稳定,应力验算 ①边墙的抗滑稳定按抗剪强度公式计算: K=

f ∑w

∑p

≥[Kc]

式中: Kc——抗滑稳定安全系数 f——边墙与风化基岩接触面的抗剪摩擦系数 根据地质建议取 f=0.5 ∑ W——作用于边墙上的全部荷载,对计算滑动面的法向分量 ∑ P——作用于边墙上的全部荷载对计算滑动面的切向分量 [KC]——规范要求的抗滑稳定安全系数,[Kc]=1.0 ②导墙抗倾覆稳定计算:
K0= ∑ My

∑ Mx

式中:
∑ My——作用于边墙的荷载对墙前趾产生的稳定力矩 ∑ Mx——作用于边墙的荷载对墙前趾产生的倾覆力矩

[K0]——抗倾稳定安全系数,[K0]=1.5 ③边墙的基底应力计算公式为: Pmax·min= ∑ G ± ∑ M A W

式中: Pmax·min——基底应力的最大值和最小值 ∑ G——作用在计算截面以上的全部荷载的铅直分力总和 ∑ M——作用在计算截面以上的全部荷载对截面形心的力矩总和 A——基底面的面积 W——基底面对于该底面垂直水流方向的形心轴的截面矩。 消力池边墙结构计算, 在边墙 (浆砌石挡土墙) 取一最大断面作为代表断面, 高度为 2.0m。计算成果见表 5—24。

挑坎边墙结构计算成果表
表 5—24
计算工况 特殊组合 基本组合 允许值 抗滑系数 1.96 2.32 K 特=1.00 K 基=1.05 抗倾覆 系数 1.64 4.19 1.5 126.3 169.6 800 基底应力 Pmax(kpa) Pmin(kpa) 5.7 14.2

从表上计算结果可知,边墙的稳定、应力均满足《溢洪道设计规范》SL253 —2000 的要求。

5·4

灌溉输水建筑物除险加固设计

黄尖山水库灌溉输水建筑物于 1981 年建成,由斜涵与输水隧洞组成。斜涵 顶高程为 220.6m,斜管坡度 1:2,分级高度(级差)为 0.65m,外形尺寸 1..2× 1.0m,放水孔径 0.425m,卧管为方形断面,尺寸为 0.5×0.5m,消力池长 4m, 深度 2.3m,宽度 1m。输水隧洞开挖断面为 1.2m×1.8m,城门洞形;其中进口 段 30m, 出口段 20m 采用厚 0.3m 的 75#浆砌石卷砌, 衬砌后断面为 0.6m×1.2m; 隧洞进口底板高程 202.4m,出口底板高程 201.0m,洞长 175m。 坝内涵管建成于 1954 年 11 月, 进口底板高程 196.6m, 管长 150m, 坡降 1/100, 已废堵。

5·4·1 灌溉输水建筑物存在的主要问题及加固设计内容 · ·
一、灌溉输水建筑物存在的主要问题 根据安全鉴定结论,灌溉输水建筑物存在以下主要问题: 1、斜涵基础岩石破碎,卧管有裂缝,漏水严重; 2、隧洞洞室埋藏较浅,进口段 80m 为全强风化,围岩稳定性差;中间段为 弱风化,裂隙发育,围岩稳定条件差;洞壁渗水点较多,洞顶有塌落现象;进口 30m 衬护加固段施工质量差,漏水严重; 3、坝内涵管由于结构破坏严重,虽已废除封堵,但封堵不密实,质量差, 漏水严重。 二、灌溉输水建筑物除险加固设计内容 1、废除斜涵、新建隧洞塔式进水口。 2、对进口 30m 浆砌石卷砌进行拆除,然后对 155m 长隧洞洞身进行砼衬护 处理。 3、对坝内老涵进行封堵处理。

5·4·2 新建隧洞进口建筑物 · ·
根据隧洞进口的地形地貌,本次设计的隧洞进口建筑物拟采用塔式进水口, 即在隧洞进口浇筑钢筋砼(200#)框架,在框架顶部布置启闭机设备,并设工作 桥与左岸岸坡连接。参照定型设计及我县已建工程,隧洞塔式进水口各部分的结 构布置如下: 1、喇叭口 喇叭口底板高程 202.4m,顶部轮廓曲线采用椭圆曲线,椭圆的长轴顺水流 方向布置,其曲线方程为 X2/0.62+Y2/0.362=1,为改善水流条件,喇叭口的两边 侧墙采用半径 R=60cm 的圆弧曲面。喇叭口采用 C20 钢筋砼结构,厚度 0.3m。 2、闸后渐变段 为了便于布置,闸门孔口采用矩形断面,而隧洞洞身断面为城门洞形,为使 连接平顺,应在闸后设置由矩形变为城门洞形的渐变段,其长度采用 4.0m。渐 变段采用 C20 钢筋砼结构,厚度 0.4m。

3、闸门 闸门孔口净尺寸 0.9m,高 0.9m,宽 0.6m,套用定型平板钢闸门,尺寸为: 高 1.1m,宽 0.9m,厚 0.2m。 1、通气孔 闸门后设置通气孔,通气孔采用一直径为 15cm 的钢管。 2、拦污栅 进口处设置拦污栅一道,拦污栅采用扁钢焊接而成,尺寸为:高 1.6m,宽 1.8m。 3、框架 (1) 基础: 采用 C20 钢筋砼整体式基础, 尺寸为: 4.9m, 4.3m, 1.0m, 长 宽 高 基础底高程 201.1m,顶高程 202.1m。 (2)框架:采用 C20 钢筋砼结构,顶高程 223.7m,底高程 202.1m,框架高 21.6m。立柱尺寸 60cm×30cm,立柱之间净距 1.7m。最上一层横梁尺寸 30cm× 50cm,其余横梁均为 30cm×40cm,横梁间距 3.6m。 4、启闭机房 启闭机房采用砖混结构,尺寸 2.9m×2.3m,启闭台高程 224.4m,架顶布置 两根启闭梁,启闭梁尺寸为 25cm×70cm,启闭台板采用 10cm 厚预制板。启闭 梁上安装一台 QPL—300 手电两用螺杆式启闭机。 5、工作桥 (1)排架:采用 C20 钢筋砼结构,底高程 212.9m,顶高程 223.7m,排架高 10.8m。立柱尺寸 60cm×30cm,立柱之间净距 1.4m。最上一层横梁尺寸 30cm× 50cm,其余横梁均为 30cm×40cm,横梁间距 3.6m。排架基础尺寸为:长 3.6m, 宽 2.2m,高 0.8m,基础底高程 121.1m,顶高程 212.9m。 (2)工作桥:采用 C20 钢筋砼结构,桥面高程 224.4m,工作桥长 20m,每 跨 10m,工作桥面宽 2.2m,桥面采用厚 10cm 的钢筋砼预制板,每孔工作桥布置 两根长 10m 的支承梁,尺寸为 30 cm×60cm。 (3)边墩:采用 M7.5 浆砌石结构,顶宽 0.6m,底宽 1.6m,高 2.5m,外坡 面铅直,内坡面 1:0.5。

5·4·3 灌溉引水隧洞除险加固设计 · ·
1、隧洞出口除险加固设计 隧洞出口为一长 55.0m 的陡坡明渠, 按尽量节约投资的原则, 本次设计对隧 洞出口明渠的底板和边墙进行衬护处理。明渠采用矩形断面,底宽 1.0m,底板 采用 10cm 厚 C20 砼衬护, 边墙为高 1m, 0.5m 的 M7.5 浆砌石, 厚 迎水面采用 10cm 厚的 C20 砼护面。 2、灌溉隧洞洞身段除险加固设计 (1) 结构设计 隧洞全长 175m,开挖断面为 1.2m×1.8m,城门洞形,其中进口段 30m,出 口段 20m 采用厚 0.3m 的 75#浆砌石卷砌,衬砌后断面为 0.6m×1.2m,隧洞进口 底板高程 202.4m,出口底板高程 201.0m。对 155m 长隧洞洞身进行钢筋砼衬砌 加固处理。 钢筋砼衬砌厚度采用 30cm, 单层配筋, 采取内层环向钢筋φ12@200。 (2) 加固后过流能力计算 隧洞全长 175m,底坡 1/125,无压运行,过流能力的计算采用水力学明渠均 匀流公式计算。 明渠均匀流的流量公式: Q=AC(Ri)1/2 C=1/n·R1/6 式中: A-过水断面积(m2) C-谢才系数 n-粗糙系数,n=0.017 i-底坡,i=1/125 经过计算,灌溉隧洞的过流能力成果见表 5-25

灌溉隧洞过水能力计算表

表 5-25 走水深(m) 流量(m3/s) 0.1 0.056 0.2 0.3 0.4 0.390 0.5 0.6 0.7 0.781 0.8 0.914 0.9 1.051

0.153 0.268

0.517 0.647

黄尖山水库设计灌溉农田 4500 亩,设计灌溉引用流量 0.25 m3/s,加大引用 流量 0.3 m3/s。对照表 5-22,显然,灌溉隧洞的过流能力能满足下游农田的灌溉 要求。 (3) 加固后结构计算 根据地质资料提供,隧洞进口段长约 80m(0+000~0+080) ,出口段长约 20m(0+155~0+175),为Ⅳ类围岩,围岩坚固系数 f=2~3,围岩抗力系数 K=3.0 ×105~3.5×105KN/m3,隧洞中间段长约 75m(0+080~0+155)为Ⅲ类围岩,围 岩坚固系数 f=5~6,K=4.0×105~6.0×105KN/m3。根据地质与受力情况,本次 衬砌计算按两种情况进行,即进出口段与中间段。进出口段按Ⅳ类围岩考虑,衬 砌厚度 30cm,, 不考虑围岩的弹性抗力; 中间段按Ⅲ类围岩考虑, 衬砌厚度 30cm, 考虑围岩的弹性抗力。 在无压隧洞的衬砌设计中,采用的设计荷载组合如下: 不考虑岩石弹性抗力时:围岩垂直松动压力+围岩侧向松动压力+衬砌自重 考虑岩石弹性抗力时:围岩垂直松动压力+衬砌自重+岩石弹性抗力+岩石弹 性抗力产生的摩擦力。 内力计算按《水工隧洞设计规范》 (SD134-84)附录 4 计算: a:围岩松动压力 围岩垂直松动压力 q=0.7SyγB(洞顶开挖成弧形时) 围岩侧向松动压力 e=SxγH 式中: γ——岩石容重(T/m3) B、H——隧洞开挖的宽度和高度(m) ,B=1.2m,H=1.8m Sy、Sx——山岩压力系数,见《水工设计手册(7) 》表 32-3-1 a、 衬砌自重

g=γ砼 hc 式中: γ砼——衬砌材料的容重(T/m3) hc——衬砌厚度(m) 计算成果列于表 5-26

隧洞内力计算成果表
表 5-26 部位 断面位置 顶拱上 顶拱中 进口段 顶拱下(侧墙上) 侧墙中 侧墙下 顶拱上 顶拱中 中间段 顶拱下(侧墙上) 侧墙中 侧墙下 弯矩(KN/m) 0.9 0.3 -0.4 -0.6 -1.2 0.8 0.3 -0.4 -0.6 -1.1 轴力 0.6 3.6 8.1 11.9 15.7 0.1 2.4 6.4 10.2 14.0

注:①弯矩使衬砌内缘受拉为正,外缘受拉为负; ②轴向力使衬砌断面受压为正,受拉为负。 c:各截面应力计算 衬砌截面边缘应力按下列公式计算: 衬砌外缘:б外=N/F{1+(6e/d)} 衬砌内缘:б内=N/F{1-(6e/d)} 式中: N——截面轴向力 F——衬砌截面面积 d——截面的厚度 F=bd=d

e——轴向力对截面重心的偏心矩,e=M/N M——截面弯矩 各截面边缘应力计算成果列于表 5-27

边缘应力计算成果表
表 5-27
衬砌 弯矩 M 位置 断面 厚度 (KN.m) d(m) 顶拱上 顶拱中 顶拱下 进口段 (侧墙上) 侧墙中 侧墙下 顶拱上 顶拱中 顶拱下 中间段 (侧墙上) 侧墙中 侧墙下 0.3 0.3 -0.6 -1.1 10.2 14.0 -0.059 -0.079 -1.18 -1.58 34.00 46.67 -6.12 -27.07 74.12 120.41 0.3 -0.4 6.4 -0.063 -1.25 21.33 -5.33 47.99 0.3 0.3 0.3 0.3 -0.6 -1.2 0.8 0.3 11.9 15.7 0.1 2.4 -0.05 -0.076 8.0 0.125 -1.00 -1.52 160.0 2.5 39.67 52.33 0.33 8.0 0 -27.21 53.13 28.0 79.34 131.87 -52.47 -12.0 0.3 -0.4 8.1 -0.049 -0.98 27.0 0.54 53.46 0.3 0.3 0.9 0.3 0.6 3.6 1.5 0.083 30 1.66 2.0 12.0 N(KN) e(m) 轴向力 偏心矩 6e/d (KN/m2) (KN/m2) 62.0 31.92 (KN/m2) -58 -7.92 N/F 应力 应力 外缘 内缘

注:①弯矩 M 以衬砌内缘受拉为正,外缘受拉为负; ②轴向力 N 及边缘应力均以压力为正,拉力为负。 d、应力验算按下式计算 拉应力:б拉≤γmft/γd 压应力:б压≤fc/γd 式中: ft——混凝土轴心抗拉强度设计值,C20 砼 ft=110T/m2 fc——混凝土轴心抗压强度设计值,C20 砼 fc=1000T/m2

γd——素混凝土结构的结构系数,受拉破坏γd=2.0,受压破坏γd=1.30 γm——截面抵抗矩的塑性指数,γm=1.55×1.1=1.705 则衬砌截面边缘允许拉应力为: γmft/γd=1.705×110/2.0=93.8 T/m2 衬砌截面边缘允许压应力为: fc/γd=1000/1.3=769.2 T/m2 很明显,各衬砌截面边缘应力均远小于混凝土允许拉应力值 93.8 T/m2 及允 许压应力值 769.2 T/m2,隧洞衬砌满足无压隧洞设计要求。 e、隧洞内缘配筋计算 从边缘应力计算成果表可以看出,无压隧洞混凝土衬砌结构的控制截面,均 为偏心受压构件,最大拉应力出现在隧洞内缘,因此,为了隧洞的安全运行,有 必要在隧洞内缘按构造要求配置钢筋。 Ag=Pminbho=0.15%×1000×260=390mm2 环筋选用φ12@200(Ag=565mm2) 分布筋选用φ8@200(Ag=251mm2) 式中: Ag——环向钢筋截面面积 Pmin——最小配筋率 b——截面计算宽度,b=1000mm ho——截面有效高度,ho=300-40=260mm

5·4·4 坝下涵管封堵处理 · ·
坝下涵管虽经多次处理, 但漏水依然严重。 本次设计拟对老涵进行封堵处理。 1、在大坝砼心墙上游坝顶涵管位置采用钻机钻孔直至老涵管,通过灌注水泥砂 浆达到封堵老涵管的目的。2、在涵管出口进行导渗处理,即在涵管出口往上游 挖除原有涵管长 8.5m,然后回填 1.5m 长块石,1.5m 长中砂,1.5m 长卵石,4.0m 厚块石,最后回填石碴直至原状。

5·5

白蚁防治

古人云: “千里之堤,溃于蚁穴” ,自 1959 年“大跃进”兴修水利以来,我 省不少水利工程遭受蚁害十分严重,已成为威胁大坝安全的主要病险情之一。针 对白蚁危害,省地主管领导非常重视,曾先后下达了省工管[1995]089 号文、赣 水管字[1997]032 号文、赣水管字[1998]028 号文,饶工管字[1986]38 号文和饶工 管发[1996]01 号文。根据文件精神,广丰县水利局、黄尖山水库管理所组织有关 技术人员曾多次对黄尖山水库进行了蚁害调查,并于 2005 年 5 月委托江西省上 饶市水利科学研究所堤坝白蚁防治中心对黄尖山水库大坝及周边蚁害进行了专 题研究,编制出版了专题报告。本次设计白蚁防治单项直接引用江西省上饶市水 利科学研究所堤坝白蚁防治中心的专题报告成果。 江西省上饶市水利科学研究所 堤坝白蚁防治中心编制的《专题报告》详见附录三。

5·6

防汛公路设计

黄尖山水库距离广丰县城有 8km,现状有一条永丰镇政府所在地到井顶村的 公路长 4km,而井顶村到黄尖山水库 4km 只有一条人行小道,路面宽不足 2m。 黄尖山水库没有上坝公路,不能满足防汛抢险要求,需要改造。本次设计上坝公 路计划从左坝肩上, 4km 长 (井顶村至黄尖山水库坝顶)修建防汛公路总长 4km, 。 路面宽度为 3.5m,路肩 0.5m,泥记碎石路面。

6

金属结构及启闭设备

黄尖山水库除险加固工程金属结构主要有灌溉输水隧洞进水口等建筑物的 闸门、拦污栅及其启闭设备。金属结构按照《水利水电工程钢闸门设计规范》 (SL74—95)等有关规范进行。 灌溉隧洞闸门设工作闸门和检修闸门各一道,尺寸为 1.1m×0.9m,闸门重 0.8t,埋件重 0.4t,采用手电两用螺杆式启闭机,型号为 QPL—300。隧洞进水

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