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(3)我国小型水库大坝工程的管理水平落后,管理工作有待加强,其中大多数水库缺乏专门的管理人员以及安全监测设施,且绝大部分小型水库大坝甚至没有基本的观测设施,没有对其运行进行观测和记录,对病害问题的认识也不深刻,仅限于表面观察到的现象,并没有进行记录分析。
后期也没有对这些水库大坝进行基本的维护检修,一般建好之后就丢之不管,从而不能及时发现它们出现的问题并给予解决,等到问题出现时已经为时晚矣。
此外,由于部分农村地区水费收不起来或者根本不收水费,这些水库大坝的管理资金也比较缺乏,且它们的管理方式比较粗放型,责任落实不到位,久而久之大量工程老化问题严重,却得不到及时修补,从而埋下安全隐患。
近年来洪涝灾害时有发生,部分水库大坝特别是小型的水库大坝并没有发挥应有的作用,甚至由于自身的安全隐患给人们带来了不小的损失,这违背了我们修建水库大坝的初衷。
因此认识到水库大坝存在的问题,并加强它们的安全与管理,对于其功能和效益的发挥,对于水资源的可持续利用都具有积极意义。
因此,对于三百梯水库的病险问题,对此的除险加固工程初步设计是我们必须做的内容,通过对工程质量评价,大坝运行管理评价,防洪标准复核,大坝坝高分析,渗流安全分析,边坡稳定分析等方面进行分析。
目 录
摘要
三百梯水库工程大坝为砂壤土均质坝,位于重庆市璧山县来凤街道鹿合村,距离来凤街道7.0km,距璧山县城23km,水库通过“城--丁”县级公路分叉路有1.5km的农村机耕路与之连接。
水库所在河流属长江水系璧南河的中段右岸支流上,库区内植被一般。
水库大坝坝址河谷底高程327.14m(黄海高程系统,下同)。
坝址以上集雨面积1.56km2,水库总库容32.26万m3(复核后成果),三百梯水库工程是一座以农业灌溉为主,兼有农村居民点供水、防洪以及养殖等综合效益的小㈡型水利工程,设计灌溉面积914亩,有效灌面593亩。
三百梯水库除险加固工程主要计算内容和成果如下:
(1)由水文资料,根据《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》计算得P=0.5%时的洪峰流量为39.82m³
/s,p=5%时洪峰流量为24.14m³
/s。
根据洪峰流量推求洪水过程线,进行调洪演算。
其结果为:
校核洪水位340.77m,设计洪水位340.16。
(2)坝高计算:
由调洪演算计算出的设计洪水位和校核洪水位计算坝高为341.46m,原有坝高为341.56m,满足要求。
(3)渗流稳定分析计算:
通过试算法和理正软件进行渗流计算,确定浸润线方程。
(4)边坡稳定分析计算:
通过理正软件分别计算出上下游边坡的安全系数K,然后进行稳定分析。
(5)溢洪道计算:
确定溢洪道堰的型式,校核泄流能力,水面线的计算,校核溢洪道边墙是否满足要求。
关键词:
三百梯水库,砂壤土均质坝,除险加固,稳定分析计算
ABSTRACT
Inrecentyears,withthedevelopmentofChina'
smodernization,wehavemadegreatachievementsinwaterresources,particularlyperformanceinmodernirrigationandwaterconservancyandhydropowerconstructionofthebuilding(whichisparticularlyimportantreservoirconstruction).Embankmentdamisthelargestwaterconservancyprojectinthevariousapplicationsofadam,reservoirconstructionbecausemostoftheage-oldtechniqueofnon-compliance,poorquality,resultinginmostofthereservoirstherearefloodcontrolstandardislow,coupledwiththereservoirinalongtimedisrepairandotherissues,theformationofalargenumberofdangerousreservoirs,notonlyresultedinthereservoirdoesnotruncorrectly,cangivefullplaytoitseffectiveness,butalsoaseriousthreattothesecurityoflivesandpropertydownstream.Summarizethebasicprofilesandrunstatusquoembankmentdamdevelopmentofearth'
sspeciesanddamageevaluationmethodsaresummarized;
reviewtheembankmentdamreinforcementtechnologyandmethodsofthevariousreinforcementmeasureswereanalyzedandcompared,thepaperthreehundredladderReservoirmainlyforthefollowing:
FloodRoutingdeterminecheckfloodlevelanddesignfloodlevel;
damheightofreview;
underdifferentworkingconditionsDamStabilityanalysisandcalculation;
damslopestabilityunderalloperatingconditionsanalysisandcalculation;
spillwaycapacityandsidewallheightofreview.ThroughtheaboveworkforthreehundredladderReservoirreinforceproject.
Keywords:
Earth-RockDam,ReinforcementOfDangerousDam,StabilityAnalysisAndCalculation
第1章综合说明
1.1.工程概述
三百梯水库是以农业灌溉为主,兼有防洪、农村居民点供水以及养殖等综合利用的小㈡型水利工程。
工程位于重庆市璧山县来凤街道鹿合村,距离来凤街道7.0km,距璧山县城23km,水库通过“城--丁”县级公路分叉路有1.5km的农村机耕路与之连接,但距离大坝位置仍有80m-100m没有接通公路。
水库所在河流属长江水系璧南河中段右岸一支流,库区内植被一般。
水库坝址是不对称“U”型河谷,谷底高程326.00m(黄海高程系统,下同)。
原坝址以上集雨面积1.56km2。
三百梯水库大坝为砂壤土均质坝,最大坝高14.42m,总库容31.6万m3(复核前),根据SL252-2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》和GB50201-94《防洪标准》规定,该水库工程规模为小㈡型水利工程,工程等别为Ⅴ级,主要建筑物为5级水工建筑物。
洪水标准为20年一遇设计,设计洪水位为340.16m,相应洪峰流量为22.283/s,设计下泄流量为17.63m3/s;
200年一遇校核,校核洪水位为340.77m,相应洪峰流量为34.75m3/s,校核下泄流量为29.86m3/s。
1.2.工程等别及建筑物级别
三百梯水库为一般小
(2)型水库。
水库大坝坝型为砂壤土均质坝,最大坝高为14.42m,大坝总长76.00m。
根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252—2000及《防洪标准》GB50201-94之规定,确定为小
(2)型水库系Ⅴ等工程,主要建筑物为5级,次要建筑物为5级。
1.3.工程存在的主要问题及大坝安全评价结论
1.3.1.工程现状
大坝:
三百梯水库于1956年10月动工,至1957年3月完工,根据“三查三定资料”,大坝坝型为砂壤均质土坝,坝顶高程为341.56m,坝顶长度76.0m,顶宽2.0m,最大坝高14.42m;
上游坝坡上段坡比1:
1.82,下段坡比1:
3.5,下游坝坡上段坡比1:
2.25和1:
1.84,坝坡下段坡比1:
2.35和1:
2.86,下游坝脚未设排水棱体和反滤层,坝底总宽77.72m。
溢洪道:
水库溢洪道布置在大坝的左岸坝肩,采用正堰式溢流,溢流堰为拆线型实用堰,堰宽6.0m,堰顶高程338.71m;
堰后桩号0+00.0—0+11.4段,长11.4m,宽度6.0m,底坡i=0.017为较平缓的泄水渠槽;
桩号0+11.4—0+18.7段,长7.3m,末端宽度5.0m,底坡i=0.28为泄水陡槽;
随后是底坡天然岩石的出露设有两个陡坎,共长3.2m;
跌坎后桩号0+21.9—0+32.5段,有10.6m长,首端宽度5.0m,末端宽度6.0m,底坡i=0.25为泄水陡槽;
桩号0+32.5-0+40.5段,长8.0m,宽6.0m,底坡i=0.00为等宽矩形消力池;
桩号0+40.5-0+88.5段,长48.0m,宽6.0m,底坡i=0.03为较平缓的泄水渠槽;
溢洪道的尾水在桩号0+88.5穿过渠道渡槽桥孔以后进入下游天然河道。
溢洪道边墙除有天然岩石以外,其余为浆砌条石挡墙。
放水设施:
水库在大坝右岸上游约30m处布置有放水卧管,沿岸坡采用浆砌条石砌筑而成,共设16个放水孔,放水孔直径0.2m,最低放水水位为329.50m,最大放水流量0.25m3/s。
放水卧管底部设有消力池,消力池后面接放水涵管,涵管仍采用浆砌条石砌筑,断面尺寸0.5×
0.58m2。
1.3.2.工程存在的主要问题
1、大坝内坡杂草丛生,上游坝坡上段坡度较陡(1:
1.82),现设有砼板护坡,但已局部发生变形;
坝顶杂草丛生,凸凹不平;
大坝下游坝坡无护坡,多为杂草分布,凸凹不平,从溢洪道人行桥处往下有一条人行小路斜穿大坝后坡,造成坡面切割,边坡型成陡坎,存在易于滑坡的安全隐患。
大坝上游坝坡稳定在正常蓄水位、设计洪水位骤降至死水位均能满足设计规范要求;
下游坝坡的稳定均满足规范要求。
但大坝上游坝坡在校核洪水位骤降至死水位的情况下却能不满足设计规范要求;
说明上游坝坡稳定存在安全隐患。
坝体外坡在坝脚处无排水体。
2、大坝现状高度满足20年一遇设计洪水和200年一遇校核洪水标准,尾水渠槽边墙安全超高不够。
3、大坝渗透系数满足规范规定要求,渗流比降满足规范规定要求,浸润线抬高不明显。
由于坝体与坝肩接触段在高程329.50m处存在集中的渗漏情况,因此,不满足坝体防渗要求。
4、放水卧管砌石体砂浆老化,表面开裂,渗水严重,导致水库长期无法正常蓄水。
1.3.3.大坝除险加固建议
1、放缓大坝上游坝坡上段,对下游坝坡进行规范处理,上游坝坡修复预制混凝土防浪板;
增设下游坝坡下段砌石排水体和反滤层,坝脚后坡设置干砌条石护坡;
硬化改造坝顶,使之满足水库的正常运行,并且在坝顶上游边缘设置浆砌条石栏杆。
2、改造溢洪道后段底板和边墙,消力池较完好,但淤积严重。
建议进行清淤处理。
3、对坝基及坝体接触段进行帷幕灌浆,根据坝体渗水情况,对坝体实施劈裂灌浆,解决大坝防渗的问题。
4、维修放水卧、涵管,对原有砌石体迎水面实行全面开勾缝处理,对放水涵洞的库内段,应开挖坝体的前沿部分,将涵管出露表面进行开勾缝的防渗处理,然后在坝内设置砼墙式截流环,以避免库水渗入坝体后面浸入涵管中。
1.3.4.大坝安全评价结论
大坝安全评价结论见表1.1
表1.1大坝安全评价结论
大坝
安全
分析
评价
工程
质量
在大坝施工中清基不彻底,故存在坝基与坝体接触段有渗漏水向外流出;
建坝材料为当地的砂壤土材料,基本符合筑坝要求;
大坝填筑土料压实质量一般,坡面有局部变形情况出现,大坝整体施工质量一般,在施工中未发生重大质量事故。
上游坝坡上段较陡,存在可能滑坡的安全隐患;
溢洪道堰坎、边墙、底板、消力池施工质量一般,有灰砂脱落情况,尾水渠槽段边墙高度不够,底板有冲坑;
放水设施存在质量问题。
建筑施工质量综合评价为“较差”。
运行
管理
工程管理中虽制定有运行管理方案和管理制度,但由于管理人员只有1人,因无办公房屋和管理经费,大坝的日常维护管理工作无法切实落实。
本水库无观测设施和观测记录,且又因进库公路路况太差,运输车辆根本不能正常通行,所以,运行管理较差。
大坝运行综合评价为“较差”。
防洪
标准
复核
依据现行规范《防洪标准》(GB50201-94),经复核计算,大坝高度能满足20年一遇设计洪水和200年一遇校核洪水(相应的下泄流量17.87m3/s和30.18m3/s)水位的要求。
坝顶现状高程为341.56m,本次经复核计算所需坝顶高程应为341.38m,故水库大坝的实际抗洪能力满足大坝防洪标准要求。
但复核计算,溢洪道消力池长度不够,尾水渠槽边墙安全起高不够。
综合评价大坝防洪能力为B级。
渗流
本工程在建设中无水文、地质等基本资料,设计、施工过程中均未对坝基、坝肩及坝体进行防渗处理,虽然经过多次处理,但未解决问题,根据钻孔现场对坝基压水试验,其坝基砂岩强风化层透水率为13.9~62.2Lu,属中等透水带,经现场检查,坝基渗漏量约1.5L/s;
且大坝外坡左侧下段高程为329.5m(W1)处存在集中渗漏,渗漏量约为0.1L/s;
因此,该水库大坝渗漏性态不安全,应立即采取整治措施,其大坝渗流安全性应定为C级。
抗震
三百梯水库所处区域地震裂度为Ⅵ度,按照规范SL203-97要求不进行抗震复核,视为满足规范要求。
金属
结构
该水库枢纽工程无金属结构,故不需对该项进行复核。
第2章水文
2.1.流域概况、水文气象及洪水特性
工程流域内气温垂直分布相差较大,其分布规律是:
浅丘区高于深丘区,深丘区高于低山区。
根据1971-2000年气温资料统计分析,常年平均气温为17.8℃,极端最高温度为41.1℃,极端最低温度为-3℃。
多年平均最大风速12m/s,多年平均降雨量1048.5mm。
由于降雨分布不均,流域内6-11月降雨量占全年降雨量的71.8%,12月至次年5月降雨量仅占29.2%。
由于雨量年内分布不均,极易发生暴雨洪水。
本库流域洪水由暴雨形成,大暴雨多集中在7、8月,历时一般为1天左右,以一日暴雨强度最大。
由于降雨年内分布不均,洪水发生季节与暴雨相应,流域地处山区,河流短,洪水陡涨陡落,过程线多以单峰型出现,具有山区洪水的特性。
因本库流域及其附近类似区,除暴雨外,无其它任何实测与调查资料,鉴于距流域23km的璧山县气象站拥有正规的暴雨观测系列,故采用由暴雨资料推求设计洪水途径。
璧山气象站1965~1995年最大一日暴雨系列于同心水库流域,推求设计暴雨。
又本流域集雨面积很小,故忽略暴雨点、面的不均匀性,以点雨量代替面雨量推求。
据1/10000航测图量算坝址以上集雨面积为1.56km2,库区内主河槽长2.20km,河槽平均坡降为24.55‰。
表2.1流域特征值计算成果
断面
流域面积F(km2)
河道长度L(km)
河道比降J(‰)
坝轴线
1.56
2.20
24.55
2.2.设计洪水标准
三百梯水库总库容32.26万m3(复核后成果),大坝为砂壤壤土均质坝,最大坝高14.42m,根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(山丘区部分)(SL252-2000)之规定,大坝工程等别为Ⅴ等,工程规模为小㈡型,主要建筑物为5级。
洪水标准为20年一遇设计,200年一遇校核。
施工期临时度汛洪水标准仍按《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000),临时性水工建筑物级别为5级,临时性水工建筑物洪水标准取5年一遇。
2.3.设计暴雨的推求
(1)计算方法及基本参数
因本水库流域及其附近类似区,除暴雨外,无其它任何实测与调查资料,鉴于距流域23km的璧山县气象站拥有正规的暴雨观测系列,故采用由暴雨资料推求设计洪水途径。
璧山气象站1965~1995年最大一日暴雨系列于三百梯水库流域,推求设计暴雨。
在暴雨途径中,由于流域缺乏入渗曲线、降雨径流关系、单位线等资料,故采用小流域设计洪水的计算方法。
本次洪水复核采用璧山县气象站30年收集的降雨资料中的暴雨均值、变差系数,并以和《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》中的推理公式法进行计算。
由《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》进行计算。
流域特征值系数计算:
(2.1)
汇流系数计算:
(2.2)
表2.2水库流域暴雨参数表
利用资料
时段(小时)
均值(mm)
CV
CS
kp(0.5%)
kp(5%)
查手册
1/6
15.10
0.35
1.23
2.29
1.67
1
40.00
0.41
1.44
2.58
1.80
6
72.00
0.45
1.58
2.79
1.88
24
98.00
0.49
1.72
3.00
1.97
璧山县气象台
15.00
40.10
0.43
1.51
2.68
1.84
75.50
0.46
1.61
2.84
1.90
2.4.洪峰流量和洪水总量的推求
2.4.1.暴雨参数
设计雨力Sp及暴雨公式指数n,参数n在不同暴雨历时范围内,其取值不同。
三百梯水库暴雨历时t在1/6~1小时范围内,故按《手册》中暴雨历时t=1/6~1小时范围内的相应公式计算设计雨力Sp及暴雨公式指数n:
(2.3)
(2.4)
2.4.2.产流参数μ
根据三百梯水库所在的地理位置、地质概况,属盆地丘陵区。
采用《手册》中表3-1盆地丘陵区的μ值统计系数公式得:
μ=3.6F0.19、查出CV值、取Cs=3.5CV计算各设计μ值。
2.4.3.最大洪峰流量计算
洪峰流量按推理公式法计算,计算公式如下:
(2.5)
根据设计暴雨及以上参数,用《手册》中有关计算公式,推得璧山县实测暴雨资料和查《手册》暴雨资料的设计洪水成果如表2.3所示。
表2.3洪水计算成果表(推理公式法)
资料及项目
频率P(%)
查《手册》参数计算结果
璧山县气象站参数计算结果
洪峰流量
Qp(m3/s)
洪水总量
W(万m3)
5.0
24.14
22.43
22.28
20.75
0.5
39.82
35.35
34.75
31.10
从上表分析比较,查《手册》暴雨资料推求的洪水较大,璧山气象站暴雨资料推求的洪峰较小,当P=0.5%时,查《手册》暴雨资料推求的洪峰流量比壁山气象站暴雨资料推求的洪峰流量大。
查《手册》暴雨资料是通过分区综合的,是经省内专门审查和长江忇作片审查验收,并由水电部批示:
“在无实测流量资料系列的地区,可作为今后中小型水库进行安全复核,及新工程设计计算的依据”。
为了保证本水库工程的防洪安全,应选取较大值,故采用查《手册》暴雨资料推求的洪水成果。
即P=0.5%时洪峰流量为39.82m3/s,P=5.0%时洪峰流量为24.14m3/s。
2.5.设计洪水过程线
根据上述推求的设计洪峰流量Qp及设计洪水总量Wp,计算设计洪水过程概化矩形历时Tp计算公式为(P=5%):
(2.6)
由
(2.7)
(2.8)
计算出Qt'
和t,再加入基流量
(2.9)
可得设计、校核洪水过程线Qt~t。
,分别见表2.4、图2.1。
表2.4单峰洪水过程
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