涧沟水库除险加固设计毕业论文

'涧沟水库除险加固设计毕业论文目　　录第1章　基本情况11.1　工程地理位置11.2　工程概况11.3　水库存在的主要问题21.4　本次毕业设计的主要依据（略）2第2章　水文42.1　流域概况42.2　水文气象42.3　设计洪水42.3.1　洪水标准42.3.2　基本资料42.3.3　由暴雨途径推求设计洪水5第3章　工程地质203.1　区域地质条件203.2　坝区工程地质条件203.2.1　地形地貌203.2.2　地层岩性203.2.3　地质构造213.2.4　水文地质条件213.2.5　库岸稳定评价213.2.6　库区渗漏及库区淤积评价213.3　大坝工程地质条件及评价223.3.1　大坝基础处理223.3.2　坝基岩体223.3.3　坝基覆盖层233.3.4　大坝坝体233.3.5　地震液化243.3.6　大坝渗透变形评价253.3.7　参数建议值253.3.8　大坝存在的工程地质问题263.4　溢洪道工程地质条件263.5　天然建筑材料272 3.6　结论及建议28第4章　工程任务和规模294.1　工程建设必要性294.1.1　工程基本情况（加固前）294.1.2　工程存在的主要问题304.1.3　除险加固的必要性304.2　工程任务和规模314.2.1　除险加固任务和规模314.2.2　洪水调节314.2.2.1调洪计算原则：314.2.2.2调洪计算原则31第5章　大坝和溢洪道险加固设计405.1　设计依据405.1.1　工程等别、建筑物级别与防洪标准405.1.2　采用的技术规程和规范405.2　除险加固设计的原则和基本资料405.2.1　除险加固设计的原则405.2.2　设计基本资料415.2.3　除险加固工程概述435.3　大坝工程除险加固设计435.3.1　大坝现状及主要问题435.3.2　坝顶高程复核445.3.3　大坝加固设计465.3.4　大坝加固前的渗流分析与坝坡稳定计算495.3.5　大坝加固整修后的渗流分析与坝坡稳定计算595.3.6　右坝肩平台处理685.4　溢洪道除险加固设计685.4.1　溢洪道现状及主要问题685.4.2　除险加固设计695.4.3　工程有关的复核计算715.4.4　细部处理80参考文献82致　　谢832 第1章　基本情况1.1　工程地理位置竹山县地处秦巴山区腹地，十堰市西南部，东邻房县，西连竹溪、陕西旬阳，南抵神农架林区、重庆巫溪，北接郧县、陕西白河。县城距十堰市城区158km。全县南北长123.5km，东西宽81.8km，国土总面积3586km2，总人口43.87万人。涧沟水库位于竹山县溢水镇涧沟村，距离竹山县城32km。水库大坝拦截东川河一级支流涧沟来水，水库坝址以上承雨面积3.1km2，主河道长4.88km，河道平均比降35.4‰。1.2　工程概况涧沟水库枢纽于1979年9月动工兴建，1981年底工程竣工，坝轴线处最大坝高32m，是一座以灌溉为主，兼有防洪、供水、养殖等综合效益的小（1）型水利枢纽工程。水库承雨面积3.1km2，总库容142万m3，其中兴利库容101.5万m3，死库容6.6万m3（加固后总库容136万m3，其中兴利库容101.2万m3，死库容6.6万m3）。水库承担着涧沟村、华家湾村1500余亩农田灌溉任务，提供溢水镇4个村2500余人畜饮水，保护溢水镇4个村、田家坝镇4个村共7000余人的生命和财产安全，保护下游农田8500亩，水产养殖面积55.7亩。涧沟水库枢纽属Ⅳ等工程，小（1）型规模，其挡水、泄水、取水建筑物为4级建筑物。本次除险加固设计，洪水标准依据《防洪标准》（GB50201-94）和《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），采用30年一遇设计，300年一遇校核。相应地，正常蓄水位428.93m，设计洪水位430.52m，校核洪水位431.14m，相应水库总库容136万m3。水库枢纽工程现有建筑物包括：52 第1章　基本情况1.1　工程地理位置竹山县地处秦巴山区腹地，十堰市西南部，东邻房县，西连竹溪、陕西旬阳，南抵神农架林区、重庆巫溪，北接郧县、陕西白河。县城距十堰市城区158km。全县南北长123.5km，东西宽81.8km，国土总面积3586km2，总人口43.87万人。涧沟水库位于竹山县溢水镇涧沟村，距离竹山县城32km。水库大坝拦截东川河一级支流涧沟来水，水库坝址以上承雨面积3.1km2，主河道长4.88km，河道平均比降35.4‰。1.2　工程概况涧沟水库枢纽于1979年9月动工兴建，1981年底工程竣工，坝轴线处最大坝高32m，是一座以灌溉为主，兼有防洪、供水、养殖等综合效益的小（1）型水利枢纽工程。水库承雨面积3.1km2，总库容142万m3，其中兴利库容101.5万m3，死库容6.6万m3（加固后总库容136万m3，其中兴利库容101.2万m3，死库容6.6万m3）。水库承担着涧沟村、华家湾村1500余亩农田灌溉任务，提供溢水镇4个村2500余人畜饮水，保护溢水镇4个村、田家坝镇4个村共7000余人的生命和财产安全，保护下游农田8500亩，水产养殖面积55.7亩。涧沟水库枢纽属Ⅳ等工程，小（1）型规模，其挡水、泄水、取水建筑物为4级建筑物。本次除险加固设计，洪水标准依据《防洪标准》（GB50201-94）和《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），采用30年一遇设计，300年一遇校核。相应地，正常蓄水位428.93m，设计洪水位430.52m，校核洪水位431.14m，相应水库总库容136万m3。水库枢纽工程现有建筑物包括：52 （1）大坝。大坝坐落在东川河一级支流涧沟主河床上，为粘土心墙坝。坝区出露地层主要为白垩系及第四系。坝顶长度96.0m，坝顶宽4.5m，坝顶高程432.00m，最大坝高32.00m。上游坝坡从上至下依次为1：2.66、1：2.64、1：3.00；下游坝坡从上至下依次为1:1.99、1:2.80、1:1.50～1：2.86。上游坡分别在421.47m和410.00m高程处各设有宽2m的平台；下游坡分别在421.84m和412.35m高程处设有平台，平台宽度分别为0.2m和2.8m。（2）溢洪道。溢洪道由右坝肩山坡开挖而成，地基为砾岩。溢洪道为无闸控制宽顶堰型，由控制段、泄槽段组成，无任何衬砌、护砌。控制段长度58.70m，过流底面高程428.53～429.16m，宽度5.90～5.10m，控制断面宽度5.29m，控制断面底部高程（即无护砌溢流堰顶部高程）428.93m；泄槽段长111.70m，纵坡1/8.37。泄槽末端无消能设施，洪水直接向水库下游农田渲泄，出水口远离大坝。（3）灌溉取水涵管。灌溉取水管位于大坝左岸，进口分级式斜卧管采用预制钢筋混凝土方形管，卧管孔口尺寸0.50m×0.50m，；卧管下为消力水箱，钢筋混凝土结构，净空尺寸长×宽×高=1.3×1.3×2.0m；取水管为承插式圆形预制混凝土管，直径为0.4m，设计输水流量0.35m3/s，纵坡1/100，全长117m。1.3　水库存在的主要问题目前涧沟水库存在的主要问题有以下几个方面：（1）河床中存在强风化透水岩层，没有清除，没有进行防渗灌浆，仅仅依赖1m厚的粘土齿墙防渗；大坝粘土心墙、截渗槽的渗透系数比较大，存在渗漏隐患。（2）上、下游坝坡变形严重。由于大坝施工时土石料填筑碾压不密实，经过20多年运用，大坝上、下游坝坡局部变形严重，多处出现严重凹陷、凸起现象变形、凹陷等问题；上游干砌块石护坡已严重松动、缺失、破损、风化，坝体受到严重淘蚀变形。（3）反滤坝坝脚较乱，反滤坝部分失效，排水不畅。（4）溢洪道无任何衬砌、护砌、护坦和边墙等防护措施，且无消能防冲设施和行洪道，开挖宽度也不够，属于未完建工程。（5）取水管的进水建筑物（斜卧式分级进水管）进水孔口的混凝土盖板十分笨重，启闭不方便，水中手工启闭不安全，盖板不能密实封盖孔口，漏水严重；原取水涵管为直径0.4m的承插式圆形预制混凝土管，管身抗裂不满足要求，管径太小，无法检测渗漏等运行问题和进行维修管理。（6）大坝没有任何观测设施。（7）防汛道路标准低、路况差，交通工具缺乏，通讯设施不齐备。1.4　本次毕业设计的主要依据（略）有关规范、文献、标准：52 《水工建筑物》（第5版，陈德亮）、《水力学》（2009，赵昕，张晓元，赵明登，童汉毅）、《河流水文学》（2008.7雒文生）、《防洪标准》（GB50201-94）、《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）、《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44-93）、《水利工程水利计算规范》（SL104-95）、《湖北省暴雨径流查算图表》、《水工混凝土结构设计规范》（SL/T191-96）、《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）、《水工建筑物荷载设计规范》（DL5077-1997）、《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-97）、《溢洪道设计规范》（SL253-2000）、《水利水电工程进水口设计规范》（SL253-2000）等设计规范和标准等。52 第2章　水文2.1　流域概况涧沟水库位于竹山县溢水镇，距离竹山县城35km。水库大坝拦截东川河一级支流涧沟来水，是一座以灌溉为主，兼有防洪、供水、生态等综合效益的小（1）型水库。水库坝址以上承雨面积3.1km2，主河道长4.88km，河道平均比降35.4‰。流域海拔高程400～640m，坝址以上河道两岸山势陡峻，山上森林茂密，山坡被开垦较少，水土流失不太严重；坝址以下山势较平坦，阳光充沛，气候温和，年平均气温15℃左右，无霜期246天，适宜水稻、小麦等农作物的生长，为全县重点产粮区之一。2.2　水文气象该流域属亚热带季风气候区，气候温和，雨量充沛，多年平均降水量860mm，多年平均来水量140万m3。流域内洪水主要由暴雨所形成，暴雨发生时间一般为7～10月，降雨量集中、强度大，洪水峰高量大、陡涨陡落。多年平均最大风速为13m/s。2.3　设计洪水2.3.1　洪水标准涧沟水库地处山区，原复核总库容为142万m3，是竹山县的重要水利工程之一。根据《防洪标准》(GB50201-94)、《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)、《水库大坝安全评价导则》（SL258-2000）等文件，其工程等别为Ⅳ等。因此拟定涧沟水库设计洪水标准为：30年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核。本次洪水标准与安全评价阶段一致：30年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核，消能防冲洪水为20年一遇。2.3.2　基本资料2.3.2.1　流域特征参数52 1979年涧沟水库建库时采用流域承雨面积为3.1km2，主河道长4.88km，加权平均比降35.4‰。安全评价阶段洪水复核对此作了审定，认为此成果准确可靠。本次采用安全评价阶段对水库流域参数复核成果：涧沟水库控制流域面积3.1km2，坝址以上主河道长4.88km，河道平均比降35.4‰。2.3.2.2　实测雨量资料由于涧沟水库流域内没有雨量站和水文站，无实测的洪水观测资料，本次采用《图表》中统计特征值作为涧沟水库设计洪水计算基础资料。采用《湖北省暴雨径流查算图表》(以下简称《图表》)中瞬时单位线法推求设计洪水，进行水库洪水设计。2.3.3　由暴雨途径推求设计洪水2.3.3.1　设计暴雨（1）点、面设计暴雨查《图表》中的年最大1、6、24h暴雨均值等值线图和暴雨参数CV等值线图，得到相应历时的点雨量和CV值。根据《图表》，本工程所在水文分区属第十一区。由涧沟水库控制的流域面积查“湖北省暴雨面深系数表”，得设计暴雨点面换算系数。水库集水面积小于100km2，故可直接采用《图集》中的暴雨面深系数计算设计面雨量，不需要作形状修正。根据1、6、24h的面深系数可求得相应历时的设计面雨量。涧沟水库1、6、24h相应频率的点、面设计暴雨成果见表。其他历时的设计面雨量，通过1、6、24h设计面雨量间接推求，面递减指数以6h为转折点。公式如下：面递减指数：（2.1）其中：（2.2）设计面雨量：（2.3）在《图表》中查的暴雨均值H和变差系数Cv。即点雨量Hp点=H*Kp其中H为1.6.24h的暴雨均值，由Cv/Cs=3.5，查皮尔逊Ⅲ型曲线中对应频率下的Kp值。52 相应的面雨量参数见下表。表2.1涧沟水库设计暴雨成果表暴雨点雨量CVCV/CSKp历时均值(mm)P=0.33﹪P=3.33﹪P=5﹪1小时350.483.53.122.221.976小时560.523.53.632.332.0324小时790.523.53.632.332.03　对应频率下设计点雨量（mm）1小时109.277.768.956小时203.28130.48113.6824小时286.77184.07160.37又由《图表》查得面深系数见下表.由公式Ht面=at*Hp点换算。其面深系数无需做流域形状修改。即得到如下各频率下的面雨量，成果见下表表2.2面雨量表时段面深系数对应频率下设计面雨量（mm）P=0.33﹪P=3.33﹪P=5﹪1小时1109.277.768.956小时1203.28130.48113.6824小时1286.77184.07160.37由公式（2.1）和公式（2.2）。带入计算可算得参数B1，B2以及n1，n2。其参数成果见下表2表2.3面雨量参数成果表参数P=0.33﹪P=3.33﹪P=5﹪β10.5370.5950.607β20.7090.7090.709n10.6530.7110.721n20.7520.7520.752（2）雨型设计本次设计暴雨和设计雨型分别考虑6小时和24小时设计暴雨和雨型。其中6小时设计暴雨不扣除初损只扣除稳损，采用《图表》中的6小时雨型（52 ）作为设计雨型，推求设计雨量过程；24小时设计暴雨按初损后损法推求设计净雨，各时段设计毛雨量扣除初损、稳损为设计净雨过程，采用《图表》中24小时雨型作为设计雨型。表2.4设计6小时雨型表（）时段123456789101112占1小时%3862占（H3-H1）%21.735.526.616.2占（H6-H3）%161718201514由公式（2.3）可算得各个频率下的H1，H3，H6.代入即可算得各个时段的雨量分布。以P=0.33%为例，H1=109.20，H3=159.88，H6=241.47.即P=0.33%下的6h雨量过程如下：表2.5设计6小时雨量过程时段123456789101112占1小时109.2041.5067.70占（H3-H1）50.6811.0017.9913.488.21占（H6-H3）38.196.947.387.8118.686.516.08同理可算得P=3.33%和P=5%下的6h雨量过程分布表2.6设计24小时雨型表52 时序时段时雨量雨型1234561(三)(4)(3)(5)(6)(2)(1)2(二)(5)(6)(4)(3)(1)(2)3(一)(5)(4)(2)(1)(3)(6)4（四）(2)(3)(4)(1)(5)(6)注：(一)——(四)为△t=6h雨量的大小序号。(1)——（6）为△t=1h雨量在各个6h内的大小序号。由公式（2.3）可以算的各频率下的H1,H3.H6,H12,H24等。代入24h雨型表即可算出雨量过程。以P=0.33%为例，计算24h雨量过程分布。计算过程如下：表2.7设计24小时雨量过程52 　H1H3-H1H6-H3H12-H6H24-H12时段109.250.6843.4138.245.291　　　　4.122　　　　4.333　　　　3.934　　　　3.765　　　　4.576　　　　4.847　　　5.52　8　　　5.15　9　　　5.95　10　　　6.47　11　　　7.98　12　　　7.11　13　　14.22　　14　　16.78　　15　29.69　　　16109.2　　　　17　20.98　　　18　　12.4　　19　　　　3.4620　　　　3.3421　　　　3.2222　　　　3.623　　　　3.1124　　　　3.01（3）初损稳损计算初损：I0=0.25Im=22.5mm；（2.4）稳损：（2.5）稳损计算结果见表2.8。表2.8稳损计算成果表单位：mm52 稳损P=0.33﹪P=3.33﹪P=5﹪1.851.371.24（4）净雨过程推求根据表2.2的参数，计算得涧沟水库流域各频率的净雨过程见表2.6、表2.7。6小时雨量分配过程（）按表2.3的暴雨雨型表排列。24小时雨量分配过程（）按表2.4的暴雨雨型表排列。6小时地面设计净雨不扣除初损，只扣除稳损。其计算过程如下：将各时段的毛流径深Ri减去稳损fc与⊿t之积。则Ii=Ri-fc*⊿t。其6h设计暴雨及设计净雨成果见下表：表2.9涧沟水库6小时设计暴雨及设计净雨过程时段(△t=0.5h)设计暴雨(mm)地面设计净雨(mm)P=0.33%P=3.3%P=5.0%P=0.33%P=3.3%P=5.0%16.943.803.206.023.122.5827.384.043.406.463.352.7837.814.273.606.893.592.9848.684.754.007.764.073.38511.006.305.3710.075.624.75617.9910.318.7817.079.628.16741.5029.5326.2040.5728.8425.58867.7048.1742.7566.7847.4942.13913.487.726.5812.567.045.96108.214.704.017.294.023.39116.513.563.005.592.882.38126.083.322.805.152.642.18合计203.28130.48113.68192.20122.27106.2324小时地面设计净雨要扣除初损，同时也扣除稳损。其计算过程如下：第一次暴雨积雨扣除初损。初损：I0=0.25Im=22.5mm。再将各时段的毛流径深Ri减去稳损fc与⊿t之积。则Ii=Ri-fc×⊿t。52 其24h设计暴雨及设计净雨成果见下表：表2.10涧沟水库24小时设计暴雨及设计净雨过程时段(△t=1h)设计暴雨(mm)地面设计净雨(mm)P=0.33%P=3.3%P=5.0%P=0.33%P=3.3%P=5.0%14.122.642.300.000.000.0024.332.782.420.000.000.0033.932.522.200.000.000.0043.762.412.100.000.000.0054.572.932.560.000.000.0064.843.112.711.200.000.0075.523.543.093.670.000.0085.153.312.883.310.000.0095.953.823.334.112.450.00106.474.153.624.632.782.38117.985.124.466.143.753.22127.114.573.985.273.202.741314.227.736.5212.386.365.281416.789.257.8314.947.886.591529.6917.2314.7127.8515.8613.4716109.2077.7068.95107.3576.3367.711720.9811.8010.0219.1410.438.781812.406.765.6510.555.394.41193.462.221.941.620.850.70203.342.141.871.490.770.63213.222.071.801.370.700.56223.602.312.021.760.940.78233.112.001.741.260.630.50243.011.931.681.160.560.44合计286.77184.07160.37229.19138.90118.192.3.3.2　瞬时单位线计算52 根据涧沟水库流域特征参数及所在水文分区第Ⅺ区，瞬时单位线参数采用下述公式计算：（2.6），（2.7）式中——流域面积（km2）；——干流长度（m）；——河道坡降。根据实测地形图计算，涧沟水库坝址以上主河道长4.88km，河道比降为35.4‰，控制流域面积3.1km2，流域的形状系数，属山区长型流域。随着降雨强度的增大，河道汇流速度有加快的趋势，表现为汇流时间缩短、单位线峰值增大和峰现时间提前，故对设计洪水的瞬时单位线参数作非线性修正。根据《图表》，本流域汇流参数的非线性修正公式如下：m1i=m1(0.2)λ1(50/ip)λ（2.8）tR=0.425F0.52HtR=H1面×tR1-n1θi=J1/3/F1/4ip=HtR/tR当ip＜50mm/hr时，λ=λ1当ip＞50mm/hr时，λ=λ2k=mli/n以P=0.33%为例计算参数。计算得到如下结果：tR=0.765，HtR=99.51，θi=2.47，ip=130.7。由《图表》知与θi的关系如下表：表2.11与θi的关系表θi0.10.20.30.40.50.60.70.80.911.11.2以上　0.20.260.360.440.50.540.580.60.610.60.630.64取=0.64。又与面积F关系表如下:52 表2.12与面积F关系表F《2020~100101~500501~10001000以上　0.30.250.20.150.1取=0.30。当ip＞50mm/hr时，λ=λ2由以上参数可计算出m1i与k值。同理可算出其他频率下的参数值。瞬时单位线参数计算成果见表。表2.13瞬时单位线参数成果表参数P=0.33%P=3.3%P=5.0%0.640.640.640.300.300.301.971.971.97n1.431.431.430.570.580.60k0.3990.4050.420根据净雨过程及瞬时单位线参数，可以计算出相应的地表径流过程。以P=0.33%，计算6h地面径流过程。其地面径流计算过程如表所示表第1栏位时间，除以K即得第3栏，由n和t/k查S（t）表填入第4栏。S(t)错开一个时段为S(t-Δt)，第6栏等于第4栏减去第5栏，第6栏乘以系数，代入数据即得q(Δt·t)，填入第8栏。将6h每段净雨乘以q(Δt·t)，同一时间坐标横向相加即得地表径流过程表2.14.P=0.33%6h地面径流计算过程2345678952 栏目1tkt/kS(t)S(t-Δt)u(Δt·t)aq(Δt·t)地表径流00.39900　01.722000.50.3991.2531330.54400.5441.7220.9367685.70810.3992.5062660.8490.5440.3051.7220.525219.1571.50.3993.7593980.9530.8490.1041.7220.17908810.87520.3995.0125310.9840.9530.0311.7220.05338212.3632.50.3996.2656640.9950.9840.0111.7220.01894215.22230.3997.51879710.9950.0051.7220.0086123.2403.50.3998.771931101.722048.53840.39910.025061101.722087.6574.50.39911.27821101.722054.17550.39912.531331101.722028.2335.50.39913.784461101.722016.18260.39915.037591101.722011.320　　　　1　　　4.6983　　　　　　　　1.4867　　　　　　　　0.465　　　　　　　　0.1333　　　　　　　　0.022　　　　　　　　02.3.3.3　地下径流计算由稳损产生的地下径流计算公式如下：起涨流量（2.9）地下洪峰流量（2.10）地下径流过程线：时（2.11）时（2.12）计算到即可。式中T—地面径流过程线的底宽，52 D—时段为的单位线的底宽。—净雨历时。地下径流参数计算成果见表表2.156小时暴雨地下径流参数成果表频率P=0.33﹪P=3.33﹪P=5﹪β0.0970.0970.097T91313fc1.851.371.24tc666Q00.130.090.08Qg0.700.440.40表2.1624小时暴雨地下径流参数成果表频率P=0.33﹪P=3.33﹪P=5﹪β0.0970.0970.097T232726fc1.851.371.24tc191615Q00.130.090.08Qg1.380.780.68根据地下径流参数计算成果，推求出相应的地下径流过程。以P=0.33%为例来计算6h地下径流过程，并求得相应的洪水过程线，其计算过程如下表所示：Qt由上述公式即可算出，将地下径流和地表径流相加即得设计洪水过程线。表2.17P=0.33%6h地下径流计算过程52 tTt/TQ0Qg地下径流Qt地表径流设计洪水过程0900.130.70.13000.130.590.0560.130.70.1625.7085.87190.1110.130.70.1939.1579.351.590.1670.130.70.22510.87511.1290.2220.130.70.25712.36312.622.590.2780.130.70.28815.22215.51390.3330.130.70.32023.2423.563.590.3890.130.70.35248.53848.89490.4440.130.70.38387.65788.044.590.5000.130.70.41554.17554.59590.5560.130.70.44728.23328.685.590.6110.130.70.47816.18216.66690.6670.130.70.51011.3211.836.590.7220.130.70.5424.6985.24790.7780.130.70.5731.4872.067.590.8330.130.70.6050.4651.07890.8890.130.70.6370.1330.778.590.9440.130.70.6680.0220.699910.130.70.70000.702.3.3.4　设计洪水过程线推求由地表径流与地下径流同时段流量相加，即得设计洪水过程，见表2.18和表2.19。由暴雨途径采用瞬时单位线计算的设计洪水成果见表2.20。表2.18涧沟水库6小时暴雨设计洪水过程52 时段（△t=0.5h）P=0.33%洪水QS（m3/s）P=3.3%洪水QS（m3/s）P=5.0%洪水QS（m3/s）00.130.090.0815.873.022.4429.354.843.95311.105.774.76412.626.595.45515.518.427.03623.5613.1010.96749.8933.4828.86888.0461.5453.61954.5936.9632.901028.6818.4716.651116.669.958.901211.836.575.73135.242.912.61142.061.201.11151.070.600.56160.770.400.38170.690.350.32180.700.340.31190.350.32200.360.33210.370.34220.390.35230.400.36240.410.38250.430.39260.440.40洪峰Qm（m3/s）88.0461.5453.61洪量WP(万m3)60.9039.2034.11表2.19涧沟水库24小时暴雨设计洪水过程52 时段（△t=1h）P=0.33%洪水QS（m3/s）P=3.3%洪水QS（m3/s）P=5.0%洪水QS（m3/s）00.130.090.0810.971.721.6322.782.232.4832.882.962.3343.452.743.9453.934.775.1065.046.149.7374.6911.5845.4089.3351.9214.25911.8315.935.161020.715.991.521174.341.760.911225.431.080.811311.110.980.96143.451.150.83152.241.000.78162.090.950.51172.380.600.48182.150.560.50192.090.580.52201.360.600.54211.290.630.56221.330.650.59231.380.680.61240.700.63250.730.65260.750.68270.78洪峰Qm（m3/s）74.3451.9245.40洪量WP(万m3)70.6943.2936.79表2.20由暴雨途径采用瞬时单位线计算的设计洪水成果表52 暴雨历时洪水频率P=0.333﹪P=3.33﹪P=5﹪6小时洪峰流量（m3/s）88.0461.5453.61洪水总量（万m3）60.9039.2034.1124小时洪峰流量（m3/s）74.3451.9245.40洪水总量（万m3）70.6943.2936.79暴雨总量(mm)286.77184.07160.37净雨总量(mm)229.19138.90118.19径流系数0.800.750.74经对不同暴雨历时不同频率的设计洪水调洪演算，结果表明：对于不同暴雨历时的洪水，经调洪演算，6小时暴雨历时的校核洪水相应的校核洪水位略高些，因此设计洪水采用6小时暴雨历时洪水。30年一遇设计洪水最高库水位430.52m，相应泄流量为26.03/s；300年一遇校核洪水最高库水位431.14m，相应下泄流量41.6m3/s。水库总库容为136万m3，其兴利库容101.2万m3。52 第3章　工程地质3.1　区域地质条件东川河支流涧沟属山区峡谷型河流，基本为南北走向，流域呈长条形，河道曲折。坝址上游大部分山势陡峻，河流两岸谷坡陡峭，河谷稍狭窄。库区出露地层主要为寒武系、白垩系及第四系，地层缺失较多。本区在大地构造上位于昆仑—秦岭纬向构造体系东秦岭南亚带，区内构造发育一组北西—北西西向及近东西走向的挤压构造形迹—逆冲断裂、褶皱；区内最大的断裂为溢水断裂，其余断裂规模较小。竹山县位于安康～竹溪Ⅶ度地震危险区的东部边缘，为全省地震重点监视和设防区。据历史记载，竹山县在公元前曾发生三次5级地震，公元后至1969年以前该地震危险区（湖北省区域内）又发生四次6级以上地震，地震活动较为频繁。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），本区地震动峰值加速度为0.1g，相应地震基本烈度为Ⅶ度。3.2　坝区工程地质条件3.2.1　地形地貌坝址区地势起伏，山体植被较好。左右坝肩山体最大高程约480m左右，距坝顶相对高差约50m左右，山坡坡角一般约为35～45º。坝址处河床宽度为80m左右，坝址下游可见二级阶地发育。3.2.2　地层岩性工程区处于宝丰盆地，大面积出露白垩系地层，岩性为棕红、砖红色砾岩、角砾岩。砾岩成分以黑色硅质岩为主，杂有少量乳白色脉石英，上部尚见片岩、灰岩砾石，粒径不等，呈棱角状，分选差，钙质、铁质胶结，底部为暗棕色块状含角砾岩屑砂岩，在上部并间夹薄层状含砾砂岩，或砂砾岩透镜体。不整合覆盖于志留系之上，厚约175m。52 坝区第四纪地层分布广泛，主要分布坝址下游的河床及两岸冲沟，成因类型比较简单，以全新统残坡积和冲洪积物为主，局部为人工堆积，与下伏基岩不整合接触。3.2.3　地质构造工程枢纽区构造相对简单，对工程有影响的较大的构造形迹不发育，主要是节理裂隙。3.2.4　水文地质条件坝区地下水按其岩性、构造、地貌及所处位置，具裂隙含水透水性。地下水的运动与地形、岩体风化特征和裂隙发育程度有明显关系，其主要特点是：地表分水岭与地下分水岭一致，两岸地下水补给河水，并顺构造裂隙及其风化裂隙由上游向下游径流。总体来看，区内山体浑厚，地形相对高差大，虽然水库的兴建相应提高了地下水位，但地下分水岭仍高于库水位，河谷水动力条件属补给型，也没有跨流域产生集中渗漏的通道，库水不具备向邻谷产生集中渗漏的条件，水文地质条件比较简单。据水样试验分析，地下水均属HCO3-Ca-Mg型，对混凝土无侵蚀性。3.2.5　库岸稳定评价工程区地处宝丰－溢水盆地，坝址区附近出露基岩岩性均为砾岩。工程区内最大山体相对高差约100m，但其坡度稍平缓，一般不大于50º，且植被较为发育，山体植被比较茂盛，所以其岸坡整体比较稳定，但是存在局部区域小规模滑塌现象，主要是由于砾岩局部胶结不实，岩体易风化为半成岩状态，人工开挖边坡较为陡峻，如溢洪道及公路人工边坡，在雨水冲刷下易产生局部滑动变形破坏。根据现场调查，溢洪道进口处右岸边坡曾产生滑动，长约25m，滑动体积不大，约500m3。3.2.6　库区渗漏及库区淤积评价本流域范围内主要出露片岩和砂砾岩居多，片理或层理走向与河流流向多正交，大多为横向河谷结构。由于坝区地层岩性单一，构造不甚发育，具有成库条件，不存在坝基深层渗漏及向邻谷集中渗漏问题。52 该水库河流为山区性河流，水流相对较为湍急，较易携带砂石，一般来讲，经大坝的拦截较易发生库区淤积现象，但其上游两岸山坡植被较好，具有一定的水土保持功能，在很大程度上降低了河流淤积程度，据调查了解，目前水库仅有少量淤积，对水库的影响不大。3.3　大坝工程地质条件及评价根据原有限可查的设计、施工资料及本次勘察成果，对枢纽建筑物工程地质条件评述如下：3.3.1　大坝基础处理大坝在修建前曾进行过清基及抽槽。心墙段：河床段原为冲洪积层的砂卵石覆盖，施工时曾进行比较彻底的清除，清基深约2.0m，清至基岩，对基岩强风化层进行抽槽，宽4.0m，深约0.5m。大坝坝肩清至基岩，坝基岩体比较完整，未见强风化岩体。根据本次勘察资料，心墙段基岩存在中等透水层。上下游代料段：回填前，仅将表层的杂物及腐植土清除，然后再进行分层回填，代料下部存在冲洪积层，厚度1.0～2.0m。3.3.2　坝基岩体坝区地形起伏不平，地层岩性均为白垩系砾岩，岩体呈互层状或薄层状结构，风化程度具有自上而下逐渐减弱的规律。大坝防渗体建于基岩之上，坝基岩体的整体稳定性好，不存在坝基岩体变形危及大坝安全的问题。室内岩石物理试验指标为：比重2.77；饱水率2.33%；孔隙率5.96%，干重度25.2kN/m3，饱和重度25.8kN/m3。饱和抗压强度平均为8.6MPa，干抗压强度24.3MPa，为软岩。岩石的软化系数仅为0.35，表明该岩石饱和后强度下降较大，工程地质性质较差。表3.1岩体力学指标建议值层位岩性允许承载力（MPa）抗剪断强度变形模量（GPa）泊桑比C（kPa）f白垩系（K）砾岩0.81001.00.380.18由于坝区基岩以砂砾岩为主，构造不甚发育，尽管岩体风化程度不一，但坝基（坝肩）岩体透水性较弱。52 本次勘察资料揭示，代料河床段残存少量的第四系冲洪积层，其透水性较强。大坝心墙基岩基本为弱风化岩体，但上部岩体约5m厚存在中等透水层（见表4），透水率均大于10Lu。大坝上下游基岩存在强风化层，厚度约0.7m左右，弱风化岩体同样存在中等透水层。3.3.3　坝基覆盖层钻孔揭示，在大坝下游坝体下伏第四系冲洪积层，杂色，饱和状态，由砂及碎石（卵石）组成，其中含卵砾石约45%，卵石粒径一般为2～3cm，最大粒径7cm，其余大部分为中粗砂，局部夹有少量淤泥，厚度1.3m。由于该层厚度不大，且无法采取原状样，其物理力学性质根据有关地质手册及工程类比，建议值为：内摩擦角为28°，内聚力为5kPa，孔隙比0.75，干密度1.73g/cm3，建议渗透系数采用5×10-3cm/s。3.3.4　大坝坝体大坝为粘土心墙坝。坝顶高程432.00m，最大坝高32.0m，坝顶长96m，宽4.5m，心墙顶部高程431.70m，顶宽2m。3.3.4.1　心墙大坝填筑料有固定料场，均取自大坝上游山丘的粘土和粉土。心墙填筑料呈黄褐色，物质组成比较均匀。根据室内颗分试验，心墙填筑粗粒含量仅为19%，细粒含量为81%，其中粉粒含量为44.3%，粘粒含量为36.7%，为粘土。钻探取样室内试验资料表明。坝体心墙粘土含水率变化不大，室内试验平均值为21.1%；干密度平均值为1.64g/cm3；孔隙比平均值为0.67，饱和度平均值为86.2%，四项指标变异性属很低，表明土体比较均一。从界限含水率来看，液限平均值为40.5%，塑限平均值为18.8%，塑性指数平均值为21.7，液性指数平均值为0.11。土体大多呈硬塑状，具有低液限的特点，满足规范对心墙坝填筑料的要求。从力学性质来看，试验参数变异性较大，内摩擦角平均值为12.3°，小值平均值为11.5°，凝聚力平均值为71.5kPa,小值平均值为66.0kPa,建议抗剪强度内摩擦角按12°、凝聚力按35kPa考虑。压缩系数标准值为0.2MPa-1，压缩模量标准值为7.1MPa，属中压缩性土。室内试验样本渗透系数均小于1×10-5cm/s，最大值为9.5×10-8cm/s，最小值为1.8×10-8cm/s，平均值为4.7×10-8cm/s。52 根据现场钻孔注水试验，心墙各段渗透系数均大于1×10-5cm/s，最大值为1.5×10-4cm/s，最小值为2.71×10-5cm/s，平均值为5.3×10-5cm/s，不满足规范规定的心墙渗透系数不大于1×10-5cm/s的要求，从现场渗透试验结果来看，心墙上部较其余部位渗透系数稍偏大。因室内试验具有一定的局限性，渗透系数以现场注水试验为主，建议值为5×10-5cm/s。根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001），粘性土的填筑密度以压实干密度为设计指标，并按压实度确定，对4级中、低坝和3级以下的中坝压实度应为96%～98%。涧沟水库大坝为4级建筑物，大坝土体击实试验结果表明，其最优含水率为18.4%，最大干密度为1.72g/cm3，现状压实度为95.3%，由此表明，坝体心墙经多年的自压实后，压实度仍然不满足规范要求。3.3.4.2　代料上下游回填代料为第四系全新统人工填筑碎石土。钻探资料表明，颜色较杂，浅灰、灰色、褐灰及杂色，稍湿，中密～稍密状态，以碎石、砾石为主，含有一定量的砂及极少量粘性土，粒径不均匀，碎块石含量为44.5%，砂粒含量为41.7%，细粒含量较少，且分布不均匀。采用重型（N63.5）动力触探试验方法进行现场试验，其锤击数平均为8.9击。结合土体颗粒组成及钻探情况，可以确定其密实度基本为中密，其物理力学性质经验值为：干密度为1.8g/cm3，含水量为4%，孔隙比为0.6，内摩擦角为30°，内聚力为5kPa。根据现场注水试验，其最大渗透系数为2.9×10-2cm/s，平均渗透系数为1×10-2cm/s，具中等透水性。考虑到现场试验的损耗性，其渗透系数可按5.0×10-3cm/s考虑。根据代料的颗分试验及注水试验，大坝代料物质组成细粒含量稍大，若透水性较差，易抬高浸润曲线，坝体容易产生渗透破坏，对坝体的稳定不利。3.3.4.3　反滤坝大坝设有反滤坝。由块石干砌而成，其块径不均一，在10～40cm之间，岩石主要为片岩，其间含有部分风化石。由于工程运行多年，反滤坝局部砂砾石及土体淤堵的现象。根据水库的运行情况，结合工程的实际稳定性，建议堆石体的干密度为2.0g/cm3，不考虑凝聚力，内摩擦角40～42°，渗透系数1×10-2cm/s。3.3.5　地震液化52 根据《水利水电工程地质勘察规范》（GB50287-99），在地震烈度为Ⅶ区的区域，对于可能会产生地震液化的地层进行判别。首先对地震液化的判别进行初判，根据《水利水电工程地质勘察规范》（GB50287-99）的土的液化判别章节的N.0.3中的相关内容：第2条：土的粒径大于5mm颗粒含量的质量百分率大于或等于70％时，可判为不液化；粒径大于5mm颗粒含量的质量百分率小于70％时，若无其它整体判别方法时，可按粒径小于5mm的这部分判定其液化性能。第3条：对粒径小于5mm颗粒含量质量百分率大于30％的土，其中粒径小于0.005mm的颗粒Pc含量质量百分率相应于地震设防烈度七度、八度和九度分别不小于16％、18％和20％时，可判为不液化。根据上述相关条款，并结合涧沟水库大坝各分层的颗分成果，对大坝进行地震液化初判。坝体主要为心墙及代料，心墙小于0.005mm的颗粒Pc平均为14.3％，其粉粒含量为33.6％，基本可判为不液化；代料粒径>2mm及<0.075mm的颗粒含量总和接近76.9％，大部分为碎石及细粒含量，细粒含量为14.7％，基本可判为不液化；坝基覆盖层主要物质成分为砂卵石，>2mm颗粒达83％，可判为不液化。综上所述，可以认为本次涧沟水库初步设计可以不考虑地震液化问题。3.3.6　大坝渗透变形评价各层渗透坡降计算值见表3.2。表3.2大坝及坝基冲洪积层渗透坡降值类型岩性临界渗透坡降允许渗透坡降流土型管涌型流土型管涌型心墙1.06－0.53－代料－0.25－0.13坝基冲洪积层－0.22－0.113.3.7　参数建议值大坝心墙、代料及坝基覆盖层等各层的物理力学参数建议值见表3.3。52 表3.3大坝及坝基冲洪积层物理力学参数建议值建议值岩性干重度（kN/m3）天然重度（kN/m3）饱和重度（kN/m3）孔隙比含水率（％）力学性质渗透系数（cm/s）摩擦角（º）凝聚力（kPa）心墙16.119.520.050.6721.0512355×10-5代料1820.521.50.654.03055×10-3反滤坝2.02122--40～4205×10-2坝基覆盖层17.019210.75-2855×10-33.3.8　大坝存在的工程地质问题由多年的工程运行情况来看，坝体质量总体较好，没有发生大的工程险情。但是，坝体经三十多年的运行，仍存在威胁大坝安全及正常运行的问题，主要为坝基存在中等透水层、心墙渗透系数偏大、坝坡变形等，对大坝的安全运行构成威胁。（1）心墙渗透系数偏大心墙的渗透系数偏大。根据现场钻孔注水试验，心墙各段渗透系数均大于1×10-5cm/s，最大值为1.5×10-4cm/s，最小值为2.71×10-5cm/s，平均值为5.3×10-5cm/s，不满足规范规定的心墙渗透系数不大于1×10-5cm/s的要求。（2）坝基存在中等透水层本次勘察资料揭示，大坝曾进行清基，心墙段第四系覆盖层已基本清除，仅代料河床段残存少量的第四系冲洪积层，其透水性较强。大坝心墙基岩基本为弱风化岩体，但上部岩体约5m厚存在中等透水层，透水率均大于10Lu。大坝上下游基岩存在强风化层，厚度约0.7m左右，弱风化岩体同样存在中等透水层。（3）坝坡变形大坝上游为块石护坡，块石为就地取材的砾岩，块径大小不一，排列不整齐，且砾岩抗风化及抗冲能力均较差，不适宜作为护坡块石石料。现场踏勘来看，护坡块石破损较为严重，坡面杂草丛生，凹凸不平，变形较严重。下游坡为草皮护坡，坝坡同样存在变形问题。坝坡变形主要是由于代料的碾压质量控制不均一，由其不均匀沉降引起的。52 3.4　溢洪道工程地质条件溢洪道修建时为抢工期，施工时未按设计实施，溢流堰实际开挖宽度只有约6m，开挖深度未达到设计要求。溢洪道位于右岸，与大坝有一小山包相隔，堰型为无闸控制宽顶堰。溢洪道总长约170.4m，由控制段、泄槽段组成，控制段地面高程428.93m，净宽5.9～5.1m，全段底板无任何衬砌，两侧均未建挡墙，无消能设施及出水渠。溢洪道处基岩裸露，岩性以砾岩为主，岩石层面非常不清晰，表层岩石风化比较强烈，岩体破碎，强风化厚度约9.2m，根据本次勘察资料，溢洪道区岩体渗透系数较大，钻孔ZK1高程409.76m以上渗透系数较大，为中等透水层。溢洪道左侧为一小山体，因山体较为单薄，修建挡墙，以防止下泄洪水对大坝的威胁。右侧岸坡较高，坡高不等，最大坡高达30m左右，坡角约38～41º，坡面植被茂密。由于砾岩抗风化能力较弱，岩体局部呈全风化状，基本呈碎石土状。因岩石风化剧烈，且为人工开挖边坡，局部较陡，坡体局部呈不稳定状态。溢洪道进口段右岸边坡曾产生土体滑动，现滑坡边界清晰可见，长约25m，滑动体积约500m3，若滑积物堆积于溢洪道，将严重影响溢洪道行洪。3.5　天然建筑材料根据除险加固工程方案，主要实施大坝上游坡面整修、溢洪道完建等工程内容，需要天然建筑材料主要为砂料、块石及碎石料等。砂料：据现场查勘和调查，砂料需从潘口电站购买，距坝址区平均运距约22km，其砂料来源于堵河河砂，其质量经当地有关部门检测，砂料为中粗砂，质量较好，是当地的砂料主要来源之一，储量丰富，质量和储量能够满足施工用量，料场交通比较便利。碎石及块石料：块石主要作为护坡块石，碎石为混凝土骨料所需。经调查了解，工程区附近没有质量较好的石料，块石和碎石料均需于料场购买，距大坝平均约15km，该料场是当地的主要块石和碎石料场，交通方便，储量丰富，岩性为灰岩，岩石较为坚硬，为青灰色，中厚层状，岩体较完整，质量和储量均能满足工程需要。52 坝壳料：大坝坝坡培厚需要少量坝壳料，需要量不大。根据除险加固设计方案，溢洪道需开挖一定量的石渣料，可利用为大坝坝壳料，其不足部分可于下游河道采取，河道表层主要为冲洪积物，物质成分以卵石、砂、碎石为主，含有少量的细粒成分，从其物质组成来看，是比较好的坝壳填料，且其储量丰富，满足设计要求。3.6　结论及建议（1）东川河属山区峡谷型河流，岸坡多呈陡坡，河谷狭窄，下切作用强烈。坝址处河床宽度为80m左右，坝址下游可见二级阶地发育。（2）本区在大地构造上位于昆仑—秦岭纬向构造体系东秦岭南亚带，区内构造发育一组北西—北西西向及近东西走向的挤压构造形迹—逆冲断裂、褶皱；区内最大的断裂为溢水断裂，其余断裂规模较小。坝区无大的构造发育，构造条件较简单，岩性为白垩系砾岩。（3）根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），本区地震动峰值加速度为0.1g，相应地震基本烈度为Ⅶ度。（4）坝区水文地质条件比较简单，河谷水动力条件属补给型。地下水按其岩性、构造、地貌及所处位置，具裂隙含水透水性，运动条件与地形、岩体风化特征和裂隙发育程度有明显关系。其主要特点是：地表分水岭与地下分水岭一致，两岸地下水补给河水，并顺构造裂隙及其风化裂隙产生径流，坝区局部库水补给地下水。（5）根据坝基岩体工程地质条件分析，由于地层岩性单一，风化程度具有自上而下逐渐减弱的规律，坝基岩体整体稳定性较好，不存在坝基变形危及大坝安全问题。心墙段坝基为弱风化岩体，上部岩体透水性较强，为中等透水层。（6）大坝粘土心墙土体组成较为单一，为低液限粘土，其基本物理力学性质比较接近，渗透系数偏大，不满足规范要求。上下游代料基本呈中密～密实状，坝体质量总体较好。（7）坝区主要工程地质问题为：心墙渗透系数偏大、坝基存在中等透水层、坝坡变形较为严重，溢洪道未完建，全段底板无任何衬砌，无消能防冲设施。地基存在中等透水层。（8）根据除险加固方案，本工程需要的主要天然建筑材料为砂料、块石及碎石，砂料需于附近料场购买，块石及碎石需于附近山体开采，交通均较方便，质量、储量满足设计要求。52 （9）在水库未完全除险加固前，为确保安全度汛，应强化管理、科学调度、控制运行。同时抓紧做好除险加固前期工作，争取工程尽早脱险。第4章　工程任务和规模4.1　工程建设必要性4.1.1　工程基本情况（加固前）涧沟水库是一座以灌溉为主，兼有防洪、生态、供水等综合效益的小（1）型水利枢纽工程，水库总库容为142万m3。该工程于1979年8月动工兴建，1981年9月基本建成，溢洪道开挖未达到设计要求，此后未进行加固或扩建。涧沟水库枢纽工程包括主坝、溢洪道、输水涵管共三个部分。大坝为粘土心墙坝。坝顶高程432.00m，最大坝高32.00m。坝顶长96.0m，坝顶宽4.50m；心墙顶部高程431.70m，顶宽2.00m。上游坝坡为干砌块石护坡，现有两级平台，宽均为2m，高程分别为421.47m、410.00m，坡比从上至下依次为1：2.66、1：2.64、1：3.00；下游坝坡为草皮护坡，下游有两级平台，第一级平台宽0.2m，第二级平台宽2.8m，高程分别为421.84m、412.35m，坡比从上至下依次为1：1.99、1：2.80、1：1.50～1：2.86，并在坝脚设有反滤坝，反滤坝顶高程为408.28m，高8.20m，反滤坝外坡1：1.07，反滤坝内坡1：1。涧沟水库在右坝肩山坡上开挖了一条狭长的溢洪道，为无闸控制宽顶堰型，由控制段、泄槽段组成，无任何衬砌、护砌。控制段长度58.70m，过流底面高程428.53～429.16m，宽度5.90～5.10m，控制断面宽度5.29m，控制断面底部高程（即无护砌溢流堰顶部高程）428.93m；泄槽段长111.70m，纵坡1/8.37。泄槽末端无消能设施，洪水直接向水库下游农田宣泄，出水口远离大坝。取水涵管由分级式斜卧管进水口、消力箱和取水涵管组成。分级式斜卧管进水口位于大坝上游左岸坡，水流由分级式斜卧管进入其前端下方的消力箱。分级式斜卧管为现浇钢筋混凝土方形管，孔口尺寸0.50m×0.50m，壁厚0.15m，坡比1：2.5，分级式斜卧管上的进水孔口尺寸为0.4m×0.4m。消力箱净空尺寸为1.3m×1.3m×2.0m（长×宽×高），混凝土壁厚0.25m，底板高程410.00m。52 取水涵管设计流量0.35m3/s，取水段全长140m。取水涵管全部穿过坝体，为承插式圆形混凝土涵管，直径为0.40m，壁厚0.20m。涵管末端接灌溉渠道。取水涵管进口高程411.00m，比降1/100。4.1.2　工程存在的主要问题（1）大坝存在的主要问题有：①坝体填土渗透系数不满足规范要求。本次地质钻孔现场注水试验揭示，坝体心墙渗透系数大于1.0×10-5cm/s，不满足《碾压式土石坝设计规范》的要求。②河床中存在强风化透水岩层，没有清除，没有进行防渗灌浆，仅仅依赖1m厚的粘土齿墙防渗，但是齿墙本身渗透系数不满足规范要求。③上、下游坝坡局部变形严重，上游块石护坡严重风化淘蚀。（2）现状溢洪道存在的主要问题如下：溢洪道由大坝右坝肩岸坡开挖而成，无任何衬砌、护砌、护坦和边墙等防护措施，而地基为砾岩，抗风化能力较弱，岩体局部呈全风化状，接近碎石土，由于岩石风化剧烈，且为人工开挖边坡，局部较陡，坡体局部呈不稳定状态，而且溢洪道进口段右岸边坡曾产生土体滑动。溢洪道无消能防冲设施和行洪道，开挖宽度也不够，属于未完建工程。（3）取水建筑物存在主要问题如下：斜卧管上进水孔口的转动式铸铁阀门已经锈死，底部几个孔口改为混凝土盖板，十分笨重，启闭不方便，汛期在水中开启不安全，盖板不能密实封盖孔口，漏水严重,而且不方便检测维修和管理。（4）其他主要问题如下：①大坝未设观测设施，工程管理设施不配套。②防汛道路路况差，路面凹凸不平，极不利于防汛抗旱工作展开。4.1.3　除险加固的必要性涧沟水库投入运行以来，在灌溉、防洪、饮水安全以及水产养殖等方面发挥了显著的效益。承担着涧沟村、华家湾村1500余亩农田灌溉任务，提供溢水镇4个村2500余人畜饮水，保护溢水镇4个村、田家坝镇4个村共7000余人的生命和财产安全，保护下游农田8500亩，水产养殖面积55.7亩。涧沟水库对溢水镇的经济和社会发展起着重要因此，鉴于工程存在的上述种种问题及其重要性，对涧沟52 水库除险加固是十分必要和迫切的。4.2　工程任务和规模4.2.1　除险加固任务和规模本次除险加固工程的任务是：通过本次除险加固工程的实施，消除目前水库存在的安全隐患，提高水库的安全可靠性，更好的发挥水库的灌溉、防洪、供水等综合效益，为当地经济发展作贡献。本次毕业设计时间有限，水库除险加固设计内容仅限于主要建筑物——大坝和溢洪道。针对水库运行中出现的问题，结合安全鉴定提出的工程安全隐患，本次毕业设计主要设计项目如下：①维持坝顶高程432.00不变，坝顶宽度4.5m，完善坝顶面构造。②修整坝坡，使之符合设计要求。③针对坝坡变形和护坡风化破碎情况，对上游坝坡采用12cm厚的混凝土块护坡，下游坝坡修整后种植草皮护坡，完善下游坝脚堆石排水棱体。④对坝体心墙进行充填灌浆，坝基进行帷幕灌浆。⑤完建溢洪道。修建混凝土溢流堰，用混凝土衬砌泄槽底板和边墙，底板下设纵、横向排水暗沟，出口设混凝土挑流鼻坎。4.2.2　洪水调节4.2.2.1调洪计算原则（1）涧沟水库采用坝址洪水按静库容进行洪水演算；（2）起调水位为水库正常蓄水位428.93米；（3）当库水位上升至堰顶高程428.93米时。溢洪道开始自由泄流。4.2.2.2调洪计算原理本次设计调洪演算是利用水库调洪演算计算程序，其核心是水量平衡方程。它的基本含义是：在某一时段Δt内，入库水量减去库水量，应等于该时段内水库增加或减少的蓄水量。用方程来表示就是（4.1）式中Qa1，Qa2------------时段t始末的入库流量52 Q1，Q2--------------时段t始末的出库流量V1，V2--------------时段t始末的水库蓄水量t---------------计算时段入库流量过程Qa---T是已知的，出库流量Q---T曲线未知，但是可以先假设一个q作为初始流量进行计算。水库的正常水位对应的蓄水量也是已知的，计算时通过假设的q，算出V2，然后用水库的Z---V曲线（库水位---库容曲线）及泄水工程的泄水能力综合得出的库容泄水曲线来插值，得到Q’，再带回计算V2。这样不断试算，直到两个量满足精度要求。这样再将该时段末的量做为下一时段初的对应的量，进行同样计算，就可以得到每一时段对应的泄量，从而得到出库流量曲线。将不同时段的出库流量和入库流量对应画在图4.1如下所示：图4.1调洪演算基本原理图在两线交点之后，泄水流量大于来水，所以交点处的库容最大。由该点求出最终结果：水库最大下泄量及对应的防洪库容、库水位。4.2.2.1　基本资料（1）设计洪水设计洪水采用本次水文部分计算的通过暴雨途径推求的设计洪水成果，见水文部分表2.18。（2）水库水位～库容关系由于水库泥沙年淤积量占死库容的比例很小，对兴利特别是防洪库容无任何影响，且近年来水库以上流域无重大人类活动，库容曲线无明显异常，经复核其成果可靠。故本次水位～库容曲线仍采用原成果。见表4.1。52 表4.1涧沟水库水位～库容关系水位(m)库容(万m3)水位(m)库容(万m3)水位(m)库容(万m3)4000.004114.0042246.484010.014125.4542351.704020.024137.3042460.934030.054149.6942569.004040.0941512.2042677.814050.1641615.7842787.104060.2641719.5042897.554070.6041823.74429108.904080.9841928.60430120.334091.6042034.02431134.704102.6842140.00432145.86水位库容曲线如下：图4.2涧沟水库水位库容曲线（3）水库水位～泄流量关系涧沟水库溢洪道设计为河岸开敞式无闸控制宽顶堰，堰顶高程为正常蓄水位52 428.93m，在不降低水库抗洪能力和经济合理的情况下，本次拟定堰顶宽8m和5.5m两个方案进行调洪演算。溢洪道的泄流能力可按以下公式计算：（4.1）式中——流量，m3/s；——流量系数；——考虑行进流速的堰顶水头，行进流速水头较小，故不考虑，取即堰顶以上的库水深；——堰顶净宽，m；——侧收缩系数。根据溢洪道的水力边界条件，取侧收缩系数=1.0，确定各库水位所对应的泄流量，涧沟水库水位～泄流关系见表2.2。由《水力学》宽顶堰流量系数公式知，当0≤P/H≤3时，m=0.32+0.01*（4.2）表4.2涧沟沟水库水位～泄量关系曲线水位（米）堰顶水头米坎高P=0.4P/H流量系数m泄流量（m3/s）堰宽5.5米堰宽8米428.9300.0000.4000.0000.3800.000.00429.5000.6000.4000.6670.3443.905.67430.0001.1000.4000.3640.35610.0014.55430.5001.6000.4000.2500.36217.8625.98431.0002.1000.4000.1900.36727.1739.51431.5002.6000.4000.1540.36937.7254.86432.0003.1000.4000.1290.37249.3871.83由表4.2所给数据，堰宽5.5米和8.0米时的水位——泄流量关系曲线如下图4.2和图4.3所示：52 图4.3堰宽B=5.5米水位泄流量曲线图4.3堰宽B=8.0米水位泄流量曲线52 4.2.2.2　洪水调节原则及调洪成果本次洪水调节，对大坝按现行《防洪标准》确定的消能防冲洪水（P=5%）、设计洪水（P=3.33%）、校核洪水（P=0.33%）进行了调洪演算。本次除险加固对原溢洪道进行重建和完建，设计堰型为开敞式无闸控制宽顶堰，堰顶高程为正常蓄水位428.93m。本次调洪演算拟按以下调度原则进行：（1）起调水位为正常高水位428.93m；（2）当库水位上升至堰顶高程428.93m，溢洪道开始自由泄流。由调洪演算软件计算得到各频率下的各历时泄流量，得到如下曲线取溢洪道B=5.5米和B=8.0米不同宽度比较，其成果如下表4.3和表4.4所示：表4.3调洪演算成果(堰宽5.5米)方案暴雨历时项目P=0.33%P=3.33%P=5%B=5.5m24小时洪峰流量(m3/s)74.3451.9245.40最高水位(m)431.24430.54430.07相应库容(万m3)138129128最大下泄流量(m3/s)33.51916.26小时洪峰流量(m3/s)88.0461.5453.61最高水位(m)431.35430.81430.55相应库容(万m3)138.8130.6128最大下泄流量(m3/s)3621.620.1调洪演算结果表明:对于不同暴雨历时的洪水，经调洪演算，6小时暴雨历时的校核洪水比24h相应的校核洪水位略高。因此本次涧沟水库初步设计的设计洪水采用6小时暴雨历时洪水。当堰宽为5.5米时，6小时暴雨历时的校核洪水（P=3.33%）和设计洪水（P=3.33%）的调洪过程图如图4.4和图4.5所示：52 图4.4堰宽B=5.5米，P=0.33%6h暴雨调洪曲线图图4.5堰宽B=5.5米，P=3.3%6h暴雨调洪曲线图52 表4.4调洪演算成果(堰宽8.0米)方案暴雨历时项目P=0.33%P=3.33%P=5%B=8.0m24小时洪峰流量(m3/s)74.3451.9245.4最高水位(m)430.96430.41430.27相应库容(万m3)131.8124.8123.6最大下泄流量(m3/s)38.0423.6220.136小时洪峰流量(m3/s)88.0461.5453.61最高水位(m)431.11430.55430.39相应库容(万m3)135.6126.4125.6最大下泄流量(m3/s)41.4225.6121.95对于堰宽B=8.0米，调洪演算结果表明:对于不同暴雨历时的洪水，经调洪演算，6小时暴雨历时的校核洪水比24h相应的校核洪水位略高。因此设计洪水采用6小时暴雨历时洪水图4.6堰宽B=8.0米P=0.33%6h暴雨调洪曲线图52 图4.6堰宽B=8.0米P=3.33%6h暴雨调洪曲线图对于堰宽8.0米方案，30年一遇设计洪水最高库水位为430.55米，相应最大泄流量为25.61m3/s。300年一遇校核洪水最高库水位为431.11米，相应下泄流量为41.42m3/s。水库总库容136万m3，其兴利库容为104万m3。对于堰宽5.5米方案，30年一遇设计最高库水位430.81米，相应最大泄流量为21.6m3/s。300年一遇校核洪水最高库水位为431.35米，相应下泄流量为36.0m3/s。水库总库容138.8万m3，其兴利库容为104万m3。52 第5章　大坝和溢洪道险加固设计5.1　设计依据5.1.1　工程等别、建筑物级别与防洪标准涧沟水库承雨面积3.1km2，总库容136万m3，现状最大坝高32.00m，水库灌区有效面积0.15万亩。根据《防洪标准》（GB50201-94）和《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），涧沟水库枢纽工程规模为小（1）型，工程等别为Ⅳ等。永久性建筑物中的大坝、溢洪道、输水管等均为4级建筑物。水库工程挡、泄水建筑物设计洪水标准为30年一遇，校核洪水标准为300年一遇；溢洪道消能防冲设计洪水标准为20年一遇，因溢洪道消能防冲设施的局部破坏对枢纽工程的安全运行没有影响，故不需要进行校核。5.1.2　采用的技术规程和规范(1)《防洪标准》（GB50201-94）(2)《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）(4)《水工混凝土结构设计规范》（SL/T191-96）(4)《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）(5)《水工建筑物荷载设计规范》（DL5077-1997）(6)《溢洪道设计规范》（SL253-2000）(7)《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-97）(8)《水工建筑物荷载设计规范》（DL5077-1997）(9)《土石坝安全监测技术规范》（SL60-94）等设计规范和标准。5.2　除险加固设计的原则和基本资料5.2.1　除险加固设计的原则52 本次除险加固设计立足于主体工程脱险的原则，加固的工程项目以《湖北省竹山县涧沟水库大坝安全鉴定报告书》界定的问题，针对水库大坝安全鉴定中水库存在的影响工程安全的隐患，进行水库除险加固初步设计。5.2.2　设计基本资料5.2.2.1　水文气象多年平均降雨量：860mm多年平均径流量：450mm年平均气温：15℃最高气温：43.4℃最低气温：-9.9℃多年平均最大风速：13m/s5.2.2.2　水库主要特征水位及流量特征水位及流量见表5.1。表5.1各种特征水位及流量表项目洪水复核成果洪峰流量（m3/s）最大下泄流量（m3/s）库水位（m）正常蓄水位428.93死水位411.00设计洪水（P=3.33%）61.5421.6430.81校核洪水（P＝0.33％）88.0436.0431.35消能防冲洪水（P＝5％）53.6120.1430.555.2.2.3　岩土物理力学参数（1）坝体①上、下游坡代料：粘聚力C=5kPa，内摩擦角取φ=30°，渗透系数K=5×10-3cm/s，天然重度20.5KN/m3，饱和重度21.5KN/m3。②粘土心墙：粘聚力C=35kPa，内摩擦角取φ=12°，渗透系数K=5×10-5cm/s，天然重度19.5KN/m3，饱和重度20.05KN/m3。③下游堆石体：粘聚力C=0，内摩擦角取φ=40°～42°，渗透系数K=5.0×52 10-2cm/s，天然重度21KN/m3，饱和重度22KN/m3。（2）坝基①坝基覆盖层：粘聚力C=5kPa，内摩擦角取φ=28°，渗透系数K=5.0×10-3cm/s，天然重度19KN/m3，饱和重度21KN/m3。②坝基弱风化层：基岩渗透系数取K=1.0×10-5cm/s。（3）溢洪道底板基础岩体：溢洪道处基岩裸露，岩性以砾岩为主。混凝土与基岩的摩擦系数f=0.5。5.2.2.4　建筑物结构设计参数（1）主要材料重度混凝土重度γh=24kN/m3，钢筋混凝土重度γj=25kN/m3，水重度γw=10kN/m3，块石重度γs=25kN/m3。（2）有关规范规定值和允许值4级建筑物重要性系数1.0；坝体材料允许水力比降：心墙粘土料允许水力坡降J=0.53（流土型），代料允许水力坡降J=0.13（管涌型），坝基冲洪积层允许水力坡降J=0.11（管涌型）。5.2.2.5　地震设防烈度根据《涧沟水库除险加固工程地质勘察报告》，本工程所在区域地震动峰值加速度为0.10g，相应地震基本烈度为Ⅶ度，按《水工建筑物抗震设计规范》(DL5053-1997)的规定，本工程主要建筑物加固设计需要进行抗震计算。5.2.2.6　设计控制标准（1）坝顶安全加高大坝坝顶安全加高见表5.2表5.2坝顶安全加高和粘土心墙顶超高工况坝顶安全加高（m）正常运用0.5非常运用0.3（2）坝坡稳定安全系数大坝上、下游坝坡抗滑稳定安全系数见表5.352 表5.3大坝坝坡抗滑稳定安全系数运用条件最小安全系数正常运用情况1.25非常运用情况Ⅰ1.15非常运用情况Ⅱ1.105.2.3　除险加固工程概述涧沟水库老化损坏严重，结构存在安全隐患，水库大坝安全鉴定结论为三类坝，需要尽快实施除险加固，及早除去险情，达到标准，发挥出水库的综合效益。本次除险工程设计主要针对水库枢纽工程中存在的主要安全问题而进行，其主要内容有：①维持坝顶高程432.00不变，坝顶宽度4.5m，完善坝顶面构造。②修整坝坡，使之符合设计要求。③针对坝坡变形和护坡风化破碎情况，对上游坝坡采用12cm厚的混凝土护坡，下游坝坡修整后种植草皮护坡，完善下游坝脚堆石排水棱体。④坝体心墙充填灌浆、坝基帷幕灌浆。5.3　大坝工程除险加固设计5.3.1　大坝现状及主要问题现有大坝为粘土心墙土坝。坝基岩体整体稳定性较好，不存在坝基变形危及大坝安全问题。心墙段坝基为弱风化岩体，上部岩体透水性较强，为中等透水层。坝顶全长96.0m，坝轴线呈直线，坝顶宽4.5m。大坝由上游护坡、坝体、下游反滤体组成，最大坝高32.00m；坝顶无防浪墙，墙顶高程432.00m；心墙顶部高程431.70m，顶宽2.00m；上游坝坡为干砌块石护坡，现有两级平台，宽均为2m，高程分别为421.47m、410.00m，坡比从上至下依次为1：2.66、1：2.64、1：3.00；下游坝坡为草皮护坡，下游有两级平台，第一级平台宽0.2m，第二级平台宽2.8m，高程分别为421.84m、412.35m，坡比从上至下依次为1：1.99、1：2.80、1：1.50～1：2.86，并在坝脚设有反滤坝，反滤坝顶高程为408.28m，反滤坝外坡1：1.07。大坝存在的主要问题有：52 （1）坝体填土渗透系数不满足规范要求本次地质钻孔现场注水试验揭示，坝体心墙渗透系数大于1.0×10-5cm/s，不满足《碾压式土石坝设计规范》的要求。（2）河床中存在强风化透水岩层，没有清除，没有进行防渗灌浆，仅仅依赖1m厚的粘土齿墙防渗，但是齿墙本身渗透系数不满足规范要求。（3）上、下游坝坡局部变形严重，上游块石护坡严重风化淘蚀，下游反滤坝块石部分风化、松动，局部有淤堵现象。5.3.2　坝顶高程复核根据《碾压土石坝设计规范》（SL274－2001）、《水工建筑物抗震设计规范》（SL203－97）和洪水调节计算确定的水库特征水位，按以下运用情况和上游护坡材料分别坝顶高程进行复核，并取其最大值。①设计洪水位＋正常运用情况的坝顶超高；②正常蓄水位＋正常运用情况的坝顶超高；③校核洪水位＋非常运用情况的坝顶超高；④正常蓄水位＋非常运用情况的坝顶超高＋地震安全超高；（1）坝顶超高计算坝顶超高按下式计算：y=R+e+A（5.1）式中y—坝顶超高，m；R—最大波浪在坝坡上的爬高，m；e—最大风壅水面高度，m；A—安全加高，大坝属四等4级建筑物，正常运用A=0.5m，非常运用A=0.3m。本库吹程D=937.5m，多年平均最大风速V=13m/s。①波浪爬高平均波浪爬高采用官厅水库公式计算：（5.2）（5.3）52 （5.4）式中g——重力加速度，9.81m/s2；——当时，为累积频率5%的波高，m；当时，为累积频率10%的波高，m；hm——平均波高，通过hp/hm进行换算，m；——平均波长，m；——平均波浪爬高，m；W——计算风速，W正=1.5V=19.5m/s,W非=V=13m/s；KΔ——斜坡的糙率系数，本库为干砌石护坡，取KΔ=0.80；Kw——经验系数：正常运用条件下，w/(gH)1/2=1.13，Kw=1.01非常运用条件下，w/(gH)1/2=0.74，Kw=1.00M——斜坡的坡度系数，m=2.65H——坝前平均水深，m；设计条件下H=30.16m，校核情况下H=31.10m；根据以上计算公式和参数，计算得出：正常运用条件下：hm=0.665/1.95=0.341m,Lm=7.536m,Rm=0.455m非常运用条件下：hm=0.401/1.95=0.205m,Lm=5.021m,Rm=0.287m按爬高分布进行换算,由于/H<0.1，则：在正常运用条件下:R5%=1.84×0.455=0.84m在非常运用条件下:R5%=1.84×0.287=0.53m②最大风壅水面高度最大风壅水面高度按下式计算：（5.5）式中—风壅水面高度，m；—综合摩阻系数，取3.6×10-6；52 —计算风向与坝轴线法向的夹角，°，取0；其余符号同前。经计算，在正常运用条件下，e=0.002（m）；在非常运用条件下，e=0.001（m）。（2）坝顶高程复核坝顶高程复核成果见表5.4。表5.4坝顶高程计算成果表工况设计爬高R（m）风壅水面高e（m）安全加高A（m）地震安全超高（m）堰宽8.0m方案原堰宽5.5米水位（m）坝顶高程（m）水位（m）坝顶高程（m）工况①0.840.0020.5430.55431.89430.81432.15工况②0.840.0020.5428.93430.24428.93430.24工况③0.530.0010.3431.11431.94431.35432.18工况④0.530.0010.30.5428.93430.23428.93430.23由表5.4可以看出，堰宽8.0m方案大坝坝顶计算高程应为431.94m，而大坝现有坝顶高程为432.00m，坝顶高程满足要求；堰宽5.5m方案（基本维持溢洪道堰顶宽度不变方案）大坝坝顶计算高程应为432.18m，即现状条件下大坝防洪能力不满足规范要求，坝顶需要加高或扩宽溢洪道。心墙顶部高程431.70m，均大于各种工况下水位，故满足要求。本次大坝加固设计综合考虑运行检修、防汛运输和保护大坝坝面及大坝加固施工交通等要求，如果到给大坝增高，工程量较大，且不利于大坝稳定，而且在美观上上不及拓宽溢洪道的方案，故维持大坝坝顶高432.00米不变，将溢洪道堰顶宽度拓宽至8.0米。5.3.3　大坝加固设计5.3.3.1　大坝防渗处理根据本次地质钻孔现场注水试验揭示，坝体心墙渗透系数大于1.0×10-5cm/s，最大值1.5×10-4cm/s；大坝坝基上部岩体透水性较大，心墙段及上下游代料断坝基均存在中等透水层，结合以上情况，对坝体心墙采用充填灌浆，坝基采用帷幕灌浆进行处理。52 （1）心墙充填灌浆采用粘土浆，单排布孔，灌浆轴线与心墙轴线一致，灌浆布孔不分序，孔距为2.0m。钻孔孔径50mm，选用30mm的灌浆管，灌浆压力小于0.05MPa。每孔每次灌浆量控制在0.5～2.0m3/m，灌浆次数不小于5次，灌浆间隔时间不小于5d。开始灌浆时，先用稀浆疏通管理，等3～5min后再加大泥浆稠度，进行正常灌注。灌浆遵循“先稀后稠，少灌多复”的原则进行。灌浆压力小于0.05MPa时，若灌浆孔吃浆量小于4L/(m•min)即可停止灌浆。（2）坝基帷幕灌浆单排布孔，灌浆轴线定在心墙轴线上，灌浆布孔为三序，孔距2.0m，帷幕灌浆底线伸入基岩3.0m。灌浆采用岩心回转钻机成孔或全液压岩土工程钻机成孔，中压灌浆泵灌浆。帷幕灌浆采用自下而上分段灌浆法，灌浆方式采用循环式，灌浆孔在灌浆前全孔应进行一次钻孔冲洗和裂隙冲洗，孔内沉积厚度不得超过20cm。灌浆压力可初步选为1.5MPa，具体参数应由现场灌浆试验取得成果资料后确定。灌浆结束标准为，在规定的压力下，当注入率不大于0.4L/min时，继续灌注30min；或不大于1L/min时，继续灌注60min，灌浆可以结束。封孔采用“压力灌浆封孔法”。　　　　　　　　　　　　　　　　灌浆材料为水泥浆材，水泥为强度等级不低于42.5的普通硅酸盐水泥。工程量：坝体造孔1201m，岩基造孔154.4m，灌浆1355.4m。5.3.3.2　上游护坡加固大坝上游干砌石护坡破损、局部塌陷、缺失，风化严重，需要进行加固处理。大坝加固后，上游坝面护坡按护坡能坚固耐久，能抵抗各种因素对坡的破坏作用，保证底层不受淘刷，并尽可能就地取材，造价经济合理，施工简单，维修方便的原则选择，选用砌石护坡和混凝土护坡两种方案进行比较，择优选择。方案一：砌石护坡块石在最大局部波压力作用下所需的直径D（D为换算球形直径）为：（5.6）式中D50——石块平均粒径，m；52 ρK——石块的重度,ρK=2.2t/m3；ρW——水重度，ρW=1.0t/m3；m——坡率，m=2.65；hp——设计波浪高，m；设计波浪高取累积概率P=5%的波高h5%；Kt——随坡率变化的系数，Kt=1.33则D=0.172m砌石护坡的厚度为：根据工程经验，混凝土护坡厚度取30cm。方案二：混凝土护坡根据板厚在波压力和浮力作用下，不致浮起和破裂的条件进行混凝土护坡的计算，通常只计算其厚度，平面尺寸可预先选定，按现场浇筑考虑，平面尺寸为4.0×3.0m。混凝土板的厚度为：（5.7）式中η——系数，对整体式大块护面板取1.0；hp——设计波浪高，m；取累积概率P=1%的波高h1%；b——沿坝坡向板长，m，b=3.0m；ρc——混凝土重度，t/m3，ρc=2.4t/m3；其它符号意义同上。则t=0.06m。实际设计采用厚度为0.12m。由于水库枢纽附近多为砾岩，易风化，不能作为护坡材料，故本次采用混凝土块护坡。根据预制混凝土块护坡计算结果，参照其它工程成功经验，混凝土护坡厚度取12cm，并在其下铺设10cm厚的砂石垫层，护至高程410.00m。5.3.3.3　大坝坝顶设计52 本次设计综合考虑运行检修、防汛运输和保护大坝坝面及大坝加固施工交通等要求，保持原坝顶宽度4.5m不变，坝顶高程432.00m。坝顶采用20cm厚泥结石路面，路面设计高程为432.00m，路面长96m，宽3.9m。为了减少坝顶渍水，坝顶面按2%的坡度向下游侧放坡，使水排向下游坡。坝顶上游侧设0.3×0.6m的预制混凝土块路缘，高出地面0.3m，坝顶下游侧设0.3×0.3m的预制混凝土块路缘，路缘与坝顶齐平。5.3.3.4　下游坝坡加固工程设计涧沟水库下游坝坡现高程408.00m以下为坝脚排水体，高程408.00m以上为草皮护坡。下游坝坡设置三道平台，一级平台宽2.0m，二级平台宽2.8m，三级平台宽1.5m，平台高程分别为419.50m、412.35m、408.00m，坡比由上至下分别为1:2.00、1:2.75、1:3.00、1:1.5。现状下游坡脚植物丛生，原堆石排水体风化严重，无排水沟等设施；对堆石体进行局部整修，顶部高程408.00m，顶宽0.7m，下游坡1:1.07；在堆石坝脚处设纵向排水沟。在下游坝坡修整加固后，为了防止坝坡土料遭受暴雨的冲刷流失，必须完善下游坝坡的保护。本次设计拟对下游坝坡采用草皮护坡。两坝肩及桩号0+051处各设置宽2m的人行台阶，采用M7.5浆砌石砌筑；一级平台内侧设置一纵向排水沟，采用C15预制混凝土块砌筑，过流断面为30cm×30cm，壁厚12cm；对于二级平台以下的坝坡，在两坝肩台阶边上及下游坝脚各设1条岸坡排水沟，共3条排水沟，采用C15预制混凝土块砌筑，过流断面为宽30cm，深30cm，壁厚10cm。过坝渠现浇C15混凝土衬砌，厚0.15m，并设橡胶止水。5.3.4　大坝加固前的渗流分析与坝坡稳定计算5.3.4.1　计算参数坝体及坝基物理力学指标根据《竹山县涧沟水库大坝除险加固工程地质勘察报告》（初步设计）提供的大坝土体、坝基岩石的相应参数，参考类似工程经验，经综合分析取值。52 对大坝稳定计算中混凝土护坡简化为坝体土料，坝基弱风化层岩石作为不透水层。表5.5涧沟水库大坝二维渗流、坝坡稳定分析参数表指标土类渗透系数内摩擦角凝聚力重度天然饱和cm/s°KPaKN/m3粘土心墙5×10-5123519.520.05代料坝壳5×10-330520.521.5棱体排水5×10-24202122坝基覆盖层5×10-32851921强风化层5×10-4------------弱风化层1×10-5------------5.3.4.2　大坝渗流分析（1）计算方法大坝的渗流计算采用里正岩土软件中的渗流计算部分，该软件基于二维稳定—非稳定渗流理论，用有限元法求解渗流水头并计算渗漏流量。大坝计算断面选取典型断面桩号0+060断面（最大断面），基岩渗流按多孔介质，土层渗透性按各向同性考虑。大坝断面轮廓以本次实测为准，坝基形状及边界以本次钻探资料为准。（2）计算工况据本次防洪标准复核成果如下：水库正常蓄水位(实测堰顶高程)428.93m，设计洪水位430.77m（P=3.3%），校核洪水位431.61m（P=0.33%）；由于溢洪道出水口远离下游坝脚，水库泄洪时，下游坝脚无水，各工况渗流计算时取下游水位为坡脚10m范围内最低地面高程。因此本次大坝渗流计算按以下三种工况计算：正常运行条件：①上游水位为正常蓄水位(实测堰顶高程)428.93m，对应下游水位（无水）400.08m；②上游水位为设计洪水位430.77m，对应下游水位（无水）400.08m；③上游水位为死水位412.60m，对应下游水位（无水）400.08m；52 非常运行条件：④上游水位为校核洪水位431.61m，对应下游水位（无水）400.08m；⑤上游水位从正常蓄水位(实测堰顶高程)428.93m快降至死水位412.60m，对应下游水位（无水）400.08m。其中工况①、②、③、④形成稳定渗流，工况⑤为非稳定渗流。计算所采用的大坝典型断面图见图5.1。（3）计算成果分析对选择的典型大坝横断面，根据表5.6中的渗流参数，采用里正软件渗流计算得出各种工况条件下的大坝渗流结果见图5.2～图5.6和表5.7。52 图5.1涧沟水库大坝加固前渗流计算采用的典型断面52 图5.2加固前校核洪水位时最大坝高横剖面的渗流场分布图图5.3加固前设计洪水位时最大坝高横剖面的渗流场分布图图5.4加固前正常蓄水位时最大坝高横剖面的渗流场分布图图5.5加固前死水位时最大坝高横剖面的渗流场分布图56 图5.6加固前从正常水位快降至死水位时上游坝坡的渗流场分布图表5.6涧沟加固前渗流计算结果汇总计算工况单宽渗漏量（m3/day/m）土层名称及计算点计算坡降允许坡降心墙及截渗齿墙坝壳料校核洪水位3.341心墙2.3715～10---截渗齿墙6.2455～10---下游坝壳0.125---0.13下游覆盖层0.114---0.22设计洪水位2.912心墙2.2585～10---截渗齿墙6.1835～10---下游坝壳0.116---0.13下游覆盖层0.096---0.22正常蓄水位2.450心墙2.1535～10---截渗齿墙5.8565～10---下游坝壳0.103---0.13下游覆盖层0.081---0.22死水位1.381心墙1.1255～10---截渗齿墙2.3485～10---下游坝壳0.051---0.13下游覆盖层0.042---0.22水位快降---上游坝坡0.303---0.13上游覆盖层0.038---0.2256 从上表可以看出，在各种稳定渗流的情况下，下游坝坡浸润线都比较低，渗流对下游坝坡稳定性影响不大；在非稳定渗流情况下，由于浸润线下降速度明显滞后于水库水位下降速度，对上游坝坡稳定性产生不利影响，当水库由正常蓄水位快降至死水位时，上游坝坡渗透坡降超过代料的允许渗透坡降，因此，要求上游坝坡具备良好的反滤保护。5.3.4.3　坝坡稳定复核坝坡抗滑稳定计算分析采用里正岩土软件的稳定计算部分，该软件采用简化毕肖普法的计算坝坡稳定，符合《碾压土石坝设计规范》（SL274-2001）的要求。(1)计算断面的选择涧沟水库大坝为粘土心墙代料坝，沿坝轴线方向填土类型和性质无变化，故取最大坝高断面（桩号0+060）作为坝坡稳定计算断面（见图5.7）。(2)计算工况的确定根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）的规定结合涧沟水库的具体情况，确定坝坡稳定计算工况如表5.8。表5.7坝坡稳定计算工况计算工况上游水位（m）下游水位(m)正常①死水位412.60400.08（无水）运用②正常蓄水位428.93400.08（无水）　③设计洪水P＝3.3％430.77400.08（无水）非常运用Ⅰ④校核洪水P＝0.33％431.61400.08（无水）⑤正常水位快降至死水位428.93～412.60400.08（无水）《涧沟水库大坝渗流安全分析报告》中的渗流计算结果，作为本次坝坡抗滑稳定计算的依据。56 根据国家地震局《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），确定本区地震动峰值加速度为0.10g，相应地震基本烈度为Ⅶ度。(3)坝坡稳定计算结果最大坝高断面各种工况的边坡稳定计算结果见图5.8～图5.14，计算结果汇总见表5.8。5656 图5.7涧沟水库大坝加固前稳定计算采用的典型断面57 圆心（41.003，54.711）半径R=56.749，K=1.528图5.8加固前死水位水位上游坝坡稳定计算结果.圆心（8.948，54.071）半径R=62.567，K=1.361图5.9加固前正常蓄水位下游坝坡稳定计算结果圆心（8.948，54.071）半径R=62.567，K=1.354图5.10加固前设计洪水位下游坝坡稳定计算结果圆心（8.948，54.071）半径R=62.567，K=1.35161 图5.11加固前校核洪水位下游坝坡稳定计算结果圆心（36.854，24.682）半径R=24.903，K=1.268图5.12加固前正常水位快降至死水位上游坝坡稳定计算结果表5.8涧沟加固前大坝坝坡稳定计算成果表计算工况上游下游简化毕肖普法Ks备注水位水位计算值规范值　正常运用①死水位412.60400.081.5281.25上游坡②正常428.93400.081.361下游坡蓄水位③设计洪水430.77400.081.354下游坡非常运用Ⅰ④校核洪水431.61400.081.3511.15下游坡⑤正常蓄水位428.93400.081.268上游坡降至死水位~412.60由计算结果知，在各种工况下坝坡抗滑稳定安全系数均大于规范要求的安全系数，即坝坡稳定性均满足规范要求。5.3.5　大坝加固整修后的渗流分析与坝坡稳定计算5.3.5.1　计算参数坝体及坝基物理力学指标根据《竹山县涧沟水库大坝除险加固工程地质勘察报告》（初步设计）提供的大坝土体、坝基岩石的相应参数，参考类似工程经验，经综合分析取值。对大坝稳定计算中混凝土护坡简化为坝体土料，坝基弱风化层岩石作为不透水层。61 表5.9涧沟水库大坝二维渗流、坝坡稳定分析参数表指标土类渗透系数内摩擦角凝聚力重度天然饱和cm/s°KPaKN/m3粘土心墙1×10-5123519.520.05代料坝壳5×10-330520.521.5棱体排水5×10-24202122坝基覆盖层5×10-32851921强风化层5×10-4------------弱风化层1×10-5------------5.3.5.2　大坝渗流分析（1）计算方法大坝的渗流计算采用里正岩土软件的渗流计算部分，该软件基于二维稳定—非稳定渗流理论，用有限元法求解渗流水头并计算渗漏流量。大坝计算断面选取典型断面桩号0+060断面（最大断面），基岩渗流按多孔介质，土层渗透性按各向同性考虑。大坝断面轮廓以本次实测为准，坝基形状及边界以本次钻探资料为准。（2）计算工况据本次防洪标准复核成果如下：水库正常蓄水位(实测堰顶高程)428.93m，设计洪水位430.55m（P=3.3%），校核洪水位431.11m（P=0.33%）；由于溢洪道出水口远离下游坝脚，水库泄洪时，下游坝脚无水，各工况渗流计算时取下游水位为坡脚10m范围内最低地面高程。因此本次大坝渗流计算按以下三种工况计算：正常运行条件：①上游水位为正常蓄水位(实测堰顶高程)428.93m，对应下游水位（无水）400.08m；②上游水位为设计洪水位430.55m，对应下游水位（无水）400.08m；③上游水位为死水位412.60m，对应下游水位（无水）400.08m；非常运行条件：61 ④上游水位为校核洪水位431.11m，对应下游水位（无水）400.08m；⑤上游水位从正常蓄水位(实测堰顶高程)428.93m快降至死水位412.60m，对应下游水位（无水）400.08m。其中工况①、②、③、④形成稳定渗流，工况⑤为非稳定渗流。计算所采用的大坝典型断面图见图5.15。（3）计算成果分析对选择的典型大坝横断面，根据表5.10中的渗流参数，采用SEEPV3.0软件计算得出各种工况条件下的大坝渗流结果见图5.16～图5.20和表5.11。61 图5.15涧沟水库大坝加固后渗流计算采用的典型断面62 图5.16加固后校核洪水位时最大坝高横剖面的渗流场分布图图5.17加固后设计洪水位时最大高横剖面的渗流场分布图图5.18加固后正常蓄水位时最大坝高横剖面的渗流场分布图图5.19加固后死水位时最大坝高横剖面的渗流场分布图65 图5.20加固后从正常水位快降至死水位时上游坝坡的渗流场分布图表5.10涧沟加固后渗流计算结果汇总计算工况单宽渗漏量（m3/day/m）土层名称及计算点计算坡降允许坡降心墙及截渗齿墙坝壳料校核洪水位1.353心墙2.2755～10---截渗齿墙8.6435～10---设计洪水位1.295心墙2.2035～10---截渗齿墙8.3625～10---正常蓄水位1.289心墙2.1465～10---截渗齿墙8.1535～10---死水位0.826心墙1.1175～10---截渗齿墙3.8515～10---下游坝壳0.051---0.13下游覆盖层0.03---0.11水位快降---上游坝坡0.223---0.13上游覆盖层0.033---0.2265 经过加固处理处理后的大坝，在各种稳定渗流的情况下，大坝单宽渗漏量都较小，下游坝坡浸润线都比较低，渗流对下游坝坡稳定性影响不大；在非稳定渗流情况下，由于浸润线下降速度明显滞后于水库水位下降速度，上游坝坡代料渗透坡降超过代料的允许渗透坡降，而混凝土护坡及下部的砂石垫层能起到反滤保护作用，避免坝坡被冲刷淘蚀。5.3.5.3　坝坡稳定复核坝坡抗滑稳定计算分析采用武汉大学研制并经鉴定的SSCV4.0软件，该软件采用简化毕肖普法计算坝坡稳定，符合《碾压土石坝设计规范》（SL274-2001）的要求。(1)计算断面的选择涧沟水库大坝为粘土心墙代料坝，沿坝轴线方向填土类型和性质无变化，故取最大坝高断面（桩号0+060）作为坝坡稳定计算断面（见图5.21）。(2)计算工况的确定根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）的规定结合涧沟水库的具体情况，确定坝坡稳定计算工况如表5.12表5.11坝坡稳定计算工况计算工况上游水位（m）下游水位(m)备注正常①死水位412.60400.08（无水）上游坡运用②正常蓄水位428.93400.08（无水）下游坡　③设计洪水P＝3.3％430.55400.08（无水）下游坡非常运用Ⅰ④校核洪水P＝0.33％431.11400.08（无水）下游坡⑤正常水位快降至死水位428.93～412.60400.08（无水）上游坡(3)坝坡稳定计算结果最大坝高断面各种工况的边坡稳定计算结果见图5.22～图5.28，计算结果汇总见表5.13。65 图5.21涧沟水库大坝加固后稳定计算采用的典型断面66 圆心（41.054，54.902）半径R=62.601，K=1.528图5.22加固后死水位上游坝坡稳定计算结果圆心（8.956，54.125）半径R=62.558，K=1.397图5.23加固后正常蓄水位下游坝坡稳定计算结果圆心（8.956，54.125）半径R=62.558，K=1.389图5.24加固后设计洪水位下游坝坡稳定计算结果圆心（8.956，54.125）半径R=62.558，K=1.364图5.25加固后校核洪水位下游坝坡稳定计算结果83 圆心（36.910，24.695）半径R=62.558，K=1.291图5.26加固后正常水位快降至死水位上游坝坡稳定计算结果表5.12涧沟加固后大坝坝坡稳定计算成果表计算工况上游下游简化毕肖普法Ks备注水位水位计算值规范值　正常运用①死412.6400.081.5281.25上游坡水位②正常428.93400.081.397下游坡蓄水位③设计洪水430.52400.081.389下游坡非常运用Ⅰ④校核洪水431.14400.081.3641.15下游坡⑤正常蓄水位428.93400.081.291上游坡降至死水位~412.60由计算结果知，在各种工况下大坝坝坡抗滑稳定安全系数均大于规范要求的安全系数，即坝坡稳定性均满足规范要求5.3.6　右坝肩平台处理平整右坝肩平台，平台高程为432.00m，并在平台上游侧布置22m长的挡土墙。挡土墙采用M7.5浆砌石结构，顶宽0.4m，高1.0m，边坡1:0.5。5.4　溢洪道除险加固设计5.4.1　溢洪道现状及主要问题83 溢洪道处基岩裸露，岩性以砾岩为主，岩石层面非常不清晰，表层岩石风化比较强烈，岩体破碎，厚度约9.2m，根据本次勘察资料，溢洪道区岩体渗透系数较大，钻孔ZK1高程409.76m以上渗透系数较大，为中等透水层。溢洪道左侧为一小山体，山体较为单薄，未修建挡墙。右侧岸坡较高，约35m左右，坡角约40º左右，山体长有植被，由于砾岩抗风化能力较弱，岩体局部呈全风化状，接近碎石土，由于岩石风化剧烈，且为人工开挖边坡，局部较陡，坡体局部呈不稳定状态。溢洪道进口段右岸边坡曾产生土体滑动，现滑坡边界清晰可见，长约25m，滑动体积约500m3，若滑积物堆积于溢洪道，将严重影响溢洪道行洪。溢洪道由大坝右坝肩岸坡开挖而成，无任何衬砌、护砌、护坦和边墙等防护措施，而地基为砾岩，抗风化能力较弱，岩体局部呈全风化状，接近碎石土，由于岩石风化剧烈，且为人工开挖边坡，局部较陡，坡体局部呈不稳定状态，而且溢洪道进口段右岸边坡曾产生土体滑动。溢洪道无消能防冲设施和行洪道，开挖宽度也不够，属于未完建工程。综上所述，溢洪道现有结构存在重大的安全隐患。5.4.2　除险加固设计5.4.2.1　设计原则溢洪道加固设计原则为：以满足泄流稳定可靠、结构安全为原则。完建溢洪道应综合考虑现有地形、地质条件，合理布置，尽可能减少工程量，节省投资。5.4.2.2　加固设计（1）堰型选择根据安全鉴定结论及溢洪道存在的问题，结合地形、地质条件和现状溢洪道的型式及规模等，采用结构简单、施工方便的宽顶堰型式。根据大坝坝顶高程及现状溢洪道地形条件，现拟定宽顶堰堰顶宽度为8.0m。（2）溢洪道的结构布置溢洪道由进口段、控制段、泄槽段和挑流鼻坎组成。①进口段（桩号0-012～0-003）83 溢洪道进口段为一断面宽度逐渐变窄的矩形平坡明渠，底部高程为428.50m，始端底宽11.35m，末端底宽8.0m，底部采用0.30m厚的C15混凝土护砌，两侧为圆形直立面的导流墙，导流墙为衡重式混凝土挡土墙，右侧挡墙顺着圆弧趋势修至桩号0-018.47。②控制段（桩号0-003～0+000）控制段为开敞式无闸控制宽顶堰，堰顶高程为428.93m，堰长3m，矩形断面，底宽8.0m，进口坎高0.4m，进口修圆，底板采用0.40m厚的C25钢筋混凝土护砌，两端建0.8m深的齿墙，两侧边墙采用衡重式混凝土挡土墙，底板与边墙及泄槽底板为分离式结构，其间设伸缩缝；缝间采用橡胶止水，缝内填充沥青杉板。③泄槽段（桩号0+000～0+154.5）根据溢洪道地形、地质条件，为保证泄槽水流状态和过流能力满足要求并节省工程投资，将泄槽底坡设计成二级坡比：一级坡水平投影长90m，坡比1:18；二级坡水平投影长64.5m，坡比1:6；两级坡纵剖面以抛物线相连。0+000～0+015为渐变段，底宽从8.0m减至4.0m，断面由矩形渐变为梯形；0+015～0+090底宽均为4.0m，梯形断面，边坡1：0.5；0+090～0+105为收缩段，底宽从4.0m减至3.0m，梯形断面，边坡1：0.5；0+105～0+135为渐变段，底宽均为3.0m，断面由梯形变为矩形；0+135～0+154.5底宽均为3.0m，矩形断面。在平面布置上，0+062.23～0+088.32和0+135.00～0+149.66为转弯段，转弯半径和转角分别为60m，24.9°，30m，28.0°。一级坡段（0+000～0+090）泄槽底板为0.3m厚钢筋混凝土结构，二级坡段（0+090～0+154.5）泄槽底板为0.4m厚钢筋混凝土结构。0+015～0+135段边墙采用0.2m厚的钢筋混凝土结构，并设置锚筋，直径25mm，Ⅱ级钢筋，间距1m，锚筋长2m。矩形断面两侧修建挡土墙。0+015～0+090段底板和边墙浇筑成整体，仅在底板中间设一条纵缝，缝间采用橡胶止水，缝内填充沥青杉板。边墙高度按通过300年一遇校核洪水最大泄量并计入掺气后的水面线加超高确定，分缝间距及止水与底板相同。为了增加0+090～0+154.5陡坡段的抗滑稳定性，在底板下设长2m的锚筋，直径25mm，Ⅱ级钢筋，间距2.5m，梅花形布置。④挑流鼻坎段（桩号0+154.5～0+160）挑流鼻坎段水平投影长5.5m，坎顶高程为413.70m，反弧半径10m，挑角20°83 。挑流鼻坎断面为矩形断面，底宽3.0m，底板采用1.0m厚C20钢筋混凝土结构。底板与两侧边墙为分离式结构，其间设伸缩缝，缝间采用橡胶止水，缝内填充沥青杉板。边墙为重力式C20混凝土结构。挑流鼻坎反弧底设置一道Φ70mm的排水孔，与下游大气相连接，将反弧段的积水排至下游河床。5.4.3　工程有关的复核计算5.4.3.1　水力计算（1）溢流堰泄流能力计算正常溢洪道为开敞式无闸控制宽顶堰，堰顶高程428.93m，底宽8.0m，进口坎高0.4m，进口修圆，控制段溢流断面为矩形断面，根据溢洪道的水力边界条件，按宽顶堰计算得流量系数，确定各库水位所对应的泄流量。宽顶堰泄流公式：（5.8）式中m——流量系数；——闸墩侧收缩系数；B——净孔宽度，m；H0——计入流速水头的堰上总水头，m。经计算得溢洪道水位～泄流关系成果见表5.14。表5.13水库水位～泄流量关系水位（米）堰顶水头H（米）坎高（米）P/H流量系数m泄流量（m3/s）428.9300.400.380429.50.60.40.6670.3445.674301.10.40.3640.35614.55430.51.60.40.250.36225.984312.10.40.190.36739.51431.52.60.40.1540.36954.864323.10.40.1290.37271.8383 图5.27水位泄流量曲线（2）泄槽水面线推求推求水面线时的计算流量采用溢洪道下泄校核标准洪水时的最大流量，Q=41.6m3/s。宽顶堰末端将发生临界水深，由此按非均匀流水面线计算公式向下游推求泄槽的水面线。宽顶堰末端断面为矩形断面，底宽为8.0m。临界水深按下式计算：（5.9）式中q——单宽流量，5.2m3/s·m；α——动能修正系数，取1.05；g——重力加速度，9.8m/s2。则hk=1.426m。泄槽水面线根据能量方程，用分段求和法计算，公式如下：（5.10）83 （5.11）式中Δl1-2——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1.05；θ——泄槽底坡角度，（°）；i——泄槽底坡，i=tgθ；——分段内平均摩阻坡降；n——泄槽槽身糙率系数，按混凝土衬砌考虑，取0.015；——分段平均流速，=（v1+v2）/2，m/s；——分段平均水力半径，=（R1+R2）/2，m。假设分段水深h1，h2.推求断面流速，代入公式求的分段长，最后试算使得总流程为泄槽段长度即可。计算结果见下表按校核洪水标准时泄槽水面线计算成果见表5.14。83 表5.14泄槽水面线计算成果见表截面编号底宽b水深h断面坡角m过水面积湿周水力半径泄槽底坡角cos流速v断面比能n平均流速平均R分段内平均摩阻坡降Jii-J分段长s累计长度181.421011.3710.8421.0490.99853.6442.130.0150　　　　　00241.950.59.708.3601.1600.99854.2702.920.0153.95661.1040.00310.05560.052515.12515.125341.550.57.407.4660.9910.99855.5963.230.01504.93301.0760.00500.05560.05065.96821.093441.350.56.317.0190.8990.99856.5633.660.01506.07960.9450.00900.05560.04669.22830.321541.250.55.786.7950.8510.99857.1654.000.0156.86370.8750.01270.05560.04297.98938.310641.150.55.266.5710.8010.99857.8734.470.01507.51860.8260.01640.05560.039112.02650.336741.050.54.756.3480.7480.99858.7185.120.01508.29520.7750.02180.05560.033819.27569.612840.9850.54.436.2030.7130.99859.3605.680.0159.03900.7310.02790.05560.027620.17189.783931.0570.53.735.3640.6950.986411.1067.650.015010.23290.7040.03760.16670.129115.284105.06710310.33.305.0880.6490.986412.5529.430.01511.82860.6720.05350.16670.113215.693120.7591131.01803.055.0360.6060.986413.56310.860.015013.05700.6280.07140.16670.095315.033135.7921230.9802.944.9600.5930.986414.08811.600.01513.82550.6000.08510.16670.08169.087144.8791330.94802.844.8960.5810.986414.56412.300.015014.32620.5870.09400.16670.07279.610154.48983 （3）掺气水深计算泄槽内水流掺气水深可按下式计算：（5.12）式中h，hb——泄槽计算断面的水深及掺气后的水深，m；v——不掺气情况下泄槽计算断面的流速，m/s；ζ——修正系数，可取1.0～1.4s/m，流速大者取大值。由《溢洪道设计规范》知，泄槽段边墙高度，应根据计入波动及渗气后的水面线，再加上05~1.5的全超高。对于收缩段（或扩散段）、弯道段等水力条件比较复杂的地方，宜取大值。表5.15渗气水深与边墙高度计算成果表累计长度截面编号水深流速修正系数渗气水深安全超高边墙高度011.4213.6411.4727751.42.87315.125521.954.2712.03325630.92.93321.093231.555.61.11.64541780.52.14530.321341.356.561.11.44745880.51.94738.310551.257.161.11.34851240.51.84950.336461.157.871.11.24958910.51.75069.611871.058.721.21.15984310.71.86089.782680.9859.361.21.09563770.81.896105.066691.05711.11.21.19786440.81.998120.759410112.61.31.16316970.81.963135.7923111.01813.61.31.19748670.81.997144.8788120.9814.11.31.15948670.51.659154.4889130.94814.61.31.12748671.32.427（4）弯道段横向水面差计算弯道段最大横向水面差可按如下经验公式计算：（5.13）式中——弯道外侧水面与中心线水面的高差，m；——弯道宽度，m；——弯道中心线曲率半径，m；83 ——超高系数，简单圆曲线，取1.0。经计算，校核情况下，桩号0+062.23—0+082.32弯道段；桩号0+135.00—0+146.66弯道段。有公式计算知表5.16弯道段横向水面差计算表　弯道段横向水面差计算　　　　弯道段Kvb转弯半径r水面差0+062~0+08218.34600.4690+135~0+146114.13302.029从水面线计算可知，桩号0+062.23—0+082.32弯道段中心线掺气水深最大为1.16m，由计算弯道横向水面差△h=0.469米，故外侧（即右侧）最大水深为1.63m，安全超高取0.7米，故此弯道外侧（即右侧）边墙高度应取为2.33米；桩号0+135.00—0+146.66弯道段中心线掺气水深最大为1.19米，由计算弯道横向水面差△h=2.029米，故外侧（即右侧）最大水深为3.219米，则此弯道段外侧（即右侧）设计边墙高度应取位3.30m。（4）泄槽底板变坡曲线泄槽底板有两处由缓变陡点，采用抛物线连接，方程如下：=0.056x+0.031x2（5.14）（5.15）式中x、y——以缓坡泄槽末端为原点的抛物线横、纵坐标，m；θ——缓坡泄槽底坡坡角，（°），tanθ=1：18=0.056；H0——抛物线起始断面比能，m；H——抛物线起始断面水深，H=0.83m；v——抛物线起始断面流速，v=9.29m/s；α——流速分布不均匀系数，取α=1.0；K——系数，对本工程取K=1.5。（5）挑距和冲坑计算83 挑距计算挑流水舌外缘挑距按下式计算：（5.16）式中L——自挑流鼻坎末端算起至下游河床床面挑流水舌外缘距离，m；θ——挑流水舌水面入射角，近似取鼻坎挑角，20°；h1——挑流鼻坎末端法向水深，m；h2——鼻坎顶至下游河床高程差，m；v1——鼻坎坎顶水面流速，m/s，可按鼻坎处平均流速的1.1倍计。冲坑计算冲刷坑最大水垫深度按下式计算：式中T——自下游水面至坑底最大水垫深度，m；q——鼻坎末端断面单宽流量，m3/s·m；Z——上、下游水位差，m；k——综合冲刷系数，根据河床基岩情况取k=1.1。计算结果如下：表5.17挑距和冲坑计算成果表　最大泄流量水位h1v1h2单宽流量挑距L最大水垫层深度T校核41.42431.110.941621.0313.80737.968.75设计25.61430.550.891120.478.53732.847.55效能防冲21.95430.390.859.520.317.31730.586.58水库大坝校核洪水标准时（P=0.33%）：T=8.75m，挑距37.96m；挑距与冲坑之比K=L/T=4.34。其值满足规范要求水库大坝设计洪水标准时（P=3.33%）：T=7.55m，挑距32.84m；挑距与冲坑之比K=L/T=4.35。其值满足规范要求溢洪道消能防冲设计洪水标准时（P=5%）：T=6.58m，挑距30.58m。挑距与冲坑之比K=L/T=4.65。其值满足规范要求5.4.3.2　边墙稳定计算（1）计算断面83 取边墙最大高度断面计算，该断面为溢洪道桩号0-007，采用衡重式挡土墙结构。边墙底板与泄槽底板分离，基础为砾岩。（2）计算参数墙高3.47m，墙前基础埋置深度0.5m。墙身用C20的混凝土，底板用C25的混凝土，重度为24KN/m3。墙后回填石渣，填土水平，距墙顶距离0.2m。内摩擦角取φ水上=30°，φ水下=25°，上墙选用第二破裂面为墙背，墙背摩擦角δ=φ=30°，下墙墙背摩擦角δ"=15°。填土天然重度20.5KN/m3，饱和重度21.5KN/m3，基础与地基之间的摩擦系数为0.5，容许承载力为800KN/m2。（3）计算工况与荷载组合基本组合①：完建情况，计算荷载有土压力、结构自重。基本组合②：正常蓄水情况，计算荷载有土压力、静水压力、结构自重、扬压力。基本组合③：设计洪水位，计算荷载有土压力、结构自重、静水压力、动水压力、扬压力。特殊组合①：泄校核洪水，计算荷载有土压力、结构自重、静水压力、动水压力、扬压力。特殊组合②：正常蓄水＋地震情况，计算荷载有土压力、静水压力、结构自重、扬压力、地震荷载。图5.28涧沟溢洪道挡土墙稳定分析计算简图（4）抗滑稳定计算抗滑稳定采用抗剪强度公式：83 （5.17）式中：Kc——按抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数，Kc≥1.0；f——边墙混凝土与基岩接触面的抗剪摩擦系数，取f=0.4；∑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。（5）抗倾覆稳定计算（5.18）式中K0——抗倾覆稳定安全系数，取K0≥1.5；∑MY——作用于墙身各力对墙前趾的稳定力矩；∑M0——作用于墙身各力对墙前趾的倾覆力矩。（6）基底应力计算：（5.19）式中——墙底应力的最大值与最小值，KPa；∑G——作用于墙身的全部竖向荷载，KN；∑M——作用于墙身的全部荷载对基础底面顺水流方向形心轴的力矩，KN·m；B——基础底面垂直水流方向宽度，m；W——基础底面对于该底面顺水流方向的截面矩，m3。计算采用《理正岩土系列软件》中铁道部第三勘测设计院编写的挡土墙计算程序，具体计算结果见表5.18。根据《溢洪道设计规范》（SL253-2000）、《水工建筑物抗震设计规范》（DL5073-2000），从计算结果看，边墙抗滑稳定安全系数、墙体抗倾稳定安全系数均满足要求，基底应力远小于基岩的允许承载力。因此，边墙设计满足要求。83 表5.18挡土墙稳定与基底应力计算成果表计算工况抗滑稳定安全系数抗倾覆稳定安全系数地基应力计算值规范值计算值规范值σmax(KPa)σmin(KPa)[σ](KPa)完建期2.5291.104.0161.50197.0099.203800正常水位2.9171.103.9831.50199.7972.517设计水位4.8271.103.2691.50202.31326.713校核水位5.4941.052.9551.50219.94757.775正常+地震2.4751.003.4381.30179.62223.1745.4.4　细部处理5.4.4.1　泄槽底板0+015～0+135段底板和边墙浇筑成整体，仅在底板中间设一条纵缝，其它段底板与两侧边墙为分离式结构，其间设伸缩缝。边墙及底板每间隔15m左右分一道横缝，采用橡胶止水，用沥青杉板嵌缝。5.4.4.2　护坦板为了在下泄小流量时防止水流冲刷挑流鼻坎基础，在鼻坎下设置一扩散式的裙板，采用C20混凝土，板厚0.30m，并设置锚筋，直径25mm，Ⅱ级钢筋，长2.5m，间距2.0m，护坦末端设1.0m深的齿墙；裙板后接一段护坦，采用30cm厚浆砌石护底，约5m长。5.4.4.3　排水83 （1）为减小底板扬压力以防止动水压力抬动底板，必须布置排水系统，将地基渗水分段分级导引出溢洪道，确保溢洪道安全。本设计沿泄槽底板下中部布置一道纵向排水；在每处底板横向分缝处布置一道横向排水；横向排水与纵向排水相连接，使渗水通过横向和纵向排水排向下游。排水沟内部采用φ100PVC花管，周围用碎石回填。（2）由于溢洪道两侧山坡地雨水、地下水及来自库内的渗水均向边墙集中，需及时排除，以免发生山体及边墙坍滑，为了降低墙后水压力，在边墙墙身布置一排排水孔，排水孔直径5cm，间距3m，孔后设置反滤层，排水孔出口高出底板顶面20cm。5.4.4.4　溢洪道右侧边坡处理溢洪道右侧边坡山体陡峭，严重风化破碎，曾发生过土体滑动。本次加固设计对溢洪道右侧山体按1:0.75的坡比进行削坡减载，并对开挖边坡进行喷混凝土防护，厚度8cm，采用C20混凝土，防护面积459m2。喷混凝土之前应先清除坡面上松动破碎的岩石、浮土等。83 参考文献[1]陈德亮《水工建筑物》（第5版）[2]赵昕《水力学》（2009）[3]雒文生《河流水文学》（2008.7）[4]《防洪标准》（GB50201-94）[5]《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）[6]《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44-93）[7]《水利工程水利计算规范》（SL104-95）[8]《湖北省暴雨径流查算图表》[9]《水工混凝土结构设计规范》（SL/T191-96）[10]《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）[11]《水工建筑物荷载设计规范》（DL5077-1997）[12]《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-97）[13]《溢洪道设计规范》（SL253-2000）[14]《水利水电工程进水口设计规范》（SL253-2000）83 致　　谢毕业设计暂告收尾，这也意味着我在武汉大学的四年的学习生活既将结束。回首既往，自己一生最宝贵的时光能于这样的校园之中，能在众多学富五车、才华横溢的老师们的熏陶下度过，实是荣幸之极。在这四年的时间里，我在学习上和思想上都受益非浅。这除了自身努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。毕业设计是枯燥艰辛而又富有挑战的，老师的谆谆诱导、同学的出谋划策及家长的支持鼓励，是我坚持完成毕业设计的动力源泉。在此，我特别要感谢我的导师。从论文的选题、文献的采集、框架的设计、结构的布局到最终的论文定稿，从内容到格式，从标题到标点，他都费尽心血。没有老师的辛勤栽培、孜孜教诲，就没有我毕业设计的顺利完成。感谢经济农业水利工程系的各位同学，与他们的交流使我受益颇多。最后要感谢我的家人以及我的朋友们对我的理解、支持、鼓励和帮助，正是因为有了他们，我所做的一切才更有意义；也正是因为有了他们，我才有了追求进步的勇气和信心。时间的仓促及自身专业水平的不足，整篇毕业设计肯定存在尚未发现的缺点和错误。恳请阅读此篇设计的老师、同学，多予指正，不胜感激！83'