公主岭市卡伦水库土坝除险加固设计 毕业设计.docx

前 言毕业设计是各高校为大学生安排的最后一次全面性、总结性的教学实践环节，既是学生在教师指导下运用所学知识和技能解决具体问题的一次尝试，也是学生走向工作岗位前的一次实战演习。通过毕业设计，我们应达到以下几个目的：1.巩固、充实、加深和扩展大学课堂所学的基础理论和专业知识；2.提高运用知识和解决实际问题的能力；3.敢于创新，正确地将创新精神与科学态度相结合；4.养成严肃认真、刻苦钻研、实事求是的工作作风。毕业设计可以提高学生多方面的能力，包括综合应用所学知识能力、发现和解决问题能力、资料查询及协调合作能力等。水利水电工程设计条件较为复杂，规模较为庞大，有很强的季节性、多样性、风险性，因此在组织设计过程中应充分考虑工程地质条件及处理措施，根据当地的条件选择最优的方案，使之既经济又安全。我本次毕业设计的内容是对公主岭市卡伦水库土坝进行除险加固设计。土石坝得以受到广泛的应用和发展的主要原因是，可以就地、就近取材，节省大量水泥、木材和钢材，减少工地的外线运输量；能适应各种不同的地形、地质和气候条件。任何不良的坝址地基，经处理后均可筑坝；大容量、多功能、高效率施工机械的发展，提高了土石坝的施工质量，加快了进度，降低了造价，促进了高土石坝建设的发展。高边坡、地下工程结构、高速水流消能防冲等土石坝配套工程设计和施工技术的综合发展，对加速土石坝的建设和推广也起了重要的促进作用。由于岩体力学理论、试验手段和计算机技术的发展，提高了大坝分析计算的水平，加快了设计进度，进一步保障了大坝设计的安全可靠性。设计任务包括土坝的除险加固及输水洞的设计。其中土坝设计主要包括以下方面：坝顶高程校核；坝顶路面翻修；上下游护坡设计；渗流分析；稳定分析。全面的介绍了该工程的设计过程和设计条件等内容。通过这次毕业设计，使我有机会亲自动手参与水利水电工程的设计工作，学到了很多平时在课本中很难学得到的东西，这更加深了我对水利行业的热爱，毕业后将以无比的热情投入祖国水利建设的事业当中去，努力尽自己的一份力量。第一部分 设计说明书1 基本资料1.1 工程概述卡伦水库位于公主岭候家屯，建于辽河支流干沟河上游，坝址以上控制流域面积90km2。水库始建于1956年，由友联村、连家店村、莫里乡村联合修建，故名卡伦水库。1972年进行扩建，1974年竣工并达到现有规模, 水库是以防洪、灌溉为主，结合养鱼等综合利用的中型水利枢纽工程。水库为多年调节，总库容为1255104m3，工程等别为三等，主要由土坝、输水洞、溢洪道、渠首枢纽等建筑物组成。主要建筑物土坝、输水洞和溢洪道为3级，附属建筑物渠首枢纽和井柱桥为4级。土坝分主、副坝，全长1399m，其中主坝长1200m，副坝长199m。输水洞位于坝轴线桩号1+046.85m处，溢洪道位于坝轴线桩号0+263.15m处。1.2 工程现状及存在的主要问题1.2.1 土坝1、工程现状土坝包括主坝及副坝，皆为粉质壤土均质坝。主坝桩号在0+0001+200m处，坝长1200m，坝顶高程249.9m，坝顶宽4.0m。上游坝坡1：3，干砌石护坡；下游坝坡1：2.5，草皮护坡，最大坝高7.48m。下游坝坡在输水洞出口至桩号1+149m之间，于高程246.0m 以下设置风化砂透水料贴坡盖重，顶宽2.25m，坡比1：3；于高程244.5m以下为干砌石贴坡排水。排水之后为集水沟与保护子堤，坝体渗水由集水沟分别排入灌溉渠道和河道。副坝桩号为1+2001+399m，坝长199.0m,坝顶高程249.9m，坝顶宽4.0m。上游坝坡1：3，干砌石护坡；下游坝坡1：2.5，草皮护坡，最大坝高6.68m。无排水设施。2、存在的问题1） 坝高不足。水库为平原区中型水库，依据水利水电工程等级划分及洪水标准（sl2522000），土坝防洪标准为2050年设计，100300年校核。本次采用洪水标准为30年设计，200年校核；2）土坝上游护坡变形严重。土坝现有干砌石护坡由于多年受冰推力、冻融、风浪等外力作用，反滤层被淘空，护坡块石松动变位，失去防护能力； 3）坝顶为砂石路面，且高低不平，不满足土坝设计规范要求；4）土坝下游坝坡原设计为草皮护坡，实为无护坡工程措施的天然状态，由于水流冲刷形成冲沟，坝下集水沟年久失修，断面淤堵，排水不畅。1.2.2 输水洞1、输水洞现状废弃输水洞始建于1956年，位于坝轴线桩号1+078.45m处，形式为4孔内径450mm砼预制管，洞进口底板高程241.5m，洞顶高程242.02m，坡度i=1/100。由于不满足灌溉需要，1959年采用素砼将该洞封堵埋于坝内。废弃时已拆除一部分，目前坝内每孔长10m，分5节，各节间设砼截水环，管下设素砼支座厚0.7m，长20m，宽3.8m。封洞素砼进口长2.5m，宽4.8m，高1.7m，管内部分长1.5m；出口素砼长1.0m填充于管内。现有输水洞始建于1959年，位于坝轴线桩号1+046.85m处，为1.01.0m单孔有压洞，洞长21.2m，全长72.68m。洞进口底板高程241.57m，工作闸门系平板定轮钢闸门，配5吨螺杆式启闭机，最大放流5.8m3/s。2、存在的问题1）竖井正常高水位以下砼表面严重剥蚀，胸墙破碎； 2）洞身、消力池裂缝，海漫段水毁； 3）工作闸门锈蚀、漏水，启闭设备陈旧老化，启闭困难；4）启闭机室屋盖板破损。1.2.3 渠首枢纽该枢纽位于输水洞下游，由于运行多年，年久失修，工程老化，且不满足灌溉引水要求，并对抢险道路维修有影响，故将该枢纽工程的盖板桥、分水闸及节制闸拆除重建。1.2.4 其它方面存在的问题1) 管理设施不配套，水库至今没有办公楼，办公设施简陋，缺少必备的生产和交通工具，输水洞无完好电力设施及备用电源；2) 抢险道路路面较窄且破损严重，汛期如遇大雨，交通不便，不满足防汛抢险要求；3) 水库无任何水文气象观测设施；4) 库区水土流失严重，库区周边植被破坏严重，水库产生大量淤积，水质恶化，库容减小。1.3 工程特性指标工程特性指标见表1-1，1-2。表1-1 工程特性表(1)序号名称单位指 标本次设计原设计一、水文1、地址以上流域面积km290902、利用水文系列年限年263、洪峰流量1）校核洪水标准p=0.5%m3/s3923422）设计洪水标准p=3.33%m3/s209186(50年)3）防洪除涝标准p=10%m3/s1154、洪水总量1）校核洪水标准p=0.5%104m31301（24小时）1705（三天） 2）设计洪水标准p=3.33%104m3725（24小时）1328（三天）3）防洪除涝标准p=10%104m34225、降雨蒸发1）多年平均降水量mm6332）多年平均蒸发量mm788二、水库1、水位 1）校核洪水位(p=0.5%)m248.80249.40 2）设计洪水位(p=3.33%)m247.87248.273）除涝水位(p=10%)m247.374）正常蓄水位m247.55247.555）汛限水位m246.60246.606）死水位m245.25244.502、库容1）总库容104m312551620 2）设计洪水位相应库容104m38563）除涝库容(p=10%)104m3665 4）正常蓄水位相应库容104m37308865）防洪库容104m383310306）兴利库容104m36007567）死库容104m3130130 3、正常蓄水位相应水面面积km21.461.46三、主要建筑物1、土坝坝型粉质壤土均质坝粉质壤土均质坝2、坝顶高程1）主坝m250.37249.92）副坝m250.37249.93、坝顶长m1）主坝m120012002）副坝m199199表1-2 工程特性表(2)序号名称单位指 标本次设计原设计1、最大坝高m7.957.482、输水洞1）型式m坝下钢筋砼方涵坝下钢筋砼方涵 2）进口底板高程m244.75241.573）洞身尺寸1.21.5114）闸门数量扇225）泄流量m3/s11.35.81.4 工程任务与规模1.4.1 工程任务水库防洪主要保护对象为，下游2个镇，24个村屯 1万人， 2.69万亩耕地；灌溉水田0.45万亩。1.4.2 工程规模卡伦水库是以防洪、灌溉为主，结合养鱼等综合利用的中型水利枢纽工程。依据防洪标准（gb50201-94）规范，水库设计洪水标准为30年一遇，校核洪水标准为200年一遇，下游河道防洪标准为10年一遇。1.4.3 调洪成果调洪成果见表1-3。表1-3 调洪成果表 频率（%）最高洪水位（m）最大库容（104m3）最大泄量（m3/s）坝顶高程（m）10247.37665253.33247.8785662.8249.910.5248.801255103.11250.301.5 除险加固的必要性卡伦水库由于水库建库较早，技术水平较低，施工质量较差，水库存在较严重质量问题。1987、1991、1993年曾对坝后（1+0741+149桩号）出现的纵横向裂缝进行了处理。尽管水库在防洪、灌溉、养鱼以及改善生态环境等方面发挥了一定作用，但存在的各种问题导致水库不能安全运行，经安全鉴定是一座三类病险水库，影响正常效益充分发挥。为此，尽快实施水库除险加固，对更好地发挥水库经济效益和社会效益，有着极其重要的意义。水库如带病运行，一旦溃坝，受灾人口1.0万人、淹没耕地2.69万亩、房屋20万m2、公路14.48km，造成直接经济损失1.3亿元。1.6 地质情况1.6.1 库区卡伦水库位于松辽波状台地区边缘，水库流域上游为丘陵及山区，库区属于平原区，周边为波状台地，高程在248251m之间，水面及周边分布宽度不等的带状阶地，高程在242248m之间，与台地呈缓坡接触，库区呈浅碟状。1、库区渗漏卡伦水库位于波状平原区，库区周边为宽阔的波状台地，无深大沟谷，库区周边及库底又分布有810m厚的粉质壤土微透水层，故库区不存在渗漏问题。2、库区坍岸因水库呈浅碟状，周边地势平缓，不存在坍岸问题。3、库区浸没水库正常高水位为247.55m，库区周边村屯都建在249.00m以上，在水库上游进水口一带，地势较低洼，高程在248.0m 左右，呈带状分布于干沟河左岸，现为大片水田，故库区周边村屯房屋及农田没有浸没问题。4、库区淤积由于水库周边植被较差，水库淤积严重。1.6.2 坝址区坝址区左右两岸为波状平原区中的微起伏台地，高程在249.0m以上；中间为阶地，宽约1300m，高程为242.5247.5m。坝体座落在阶地之上，与两岸呈缓坡接触。1、坝体土坝碾压质量较差，仅有51%土样干容重达到干容重15.5kn/m3。2、坝基工程地质评价1) 沉降稳定水库经多年运行，坝基土的压缩已基本稳定，不必考虑沉降问题。 2) 震动稳定区域地震基本烈度为度，坝体及坝基主要土层岩性均为粉质壤土，可不考虑土体液化问题。3) 坝基渗漏坝基土、层粉质壤土的渗透系数分别为k=2.010-6cm/s、k=3.210-6cm/s及k=2.9510-6cm/s，属微透水层；下伏粗砂为中等透水层，渗透系数k=3.1010-3cm/s，但埋藏较深，大于8.0m。坝基渗漏量较小。4) 抗滑稳定根据土样分析，粉质壤土=16.0，粉质壤土=14.4。水库运行多年，未发现异常情况。3、坝肩稳定性评价土坝左右两坝肩均座落在台地的q粉质壤土上，其渗透系数为k=3.510-6cm/s，内摩擦角=15.6，水库经过多年运行，没发现坝肩渗漏及不稳定因素。2 水文状况2.1 流域概况卡伦水库流域的地理位置为东经125029，北纬42058，坝址以上控制流域面积90km2。河道长度18.9km，河道比降2.5；流域坡面长度1510m，坡面坡度3.6%；流域长度20.3km，流域坡度2.7。流域上游以粉质壤土为主，耕地多为旱田，植被良好。2.2 气象本流域属温带大陆性气候，特点是春季干燥多风，夏季温热多雨，冬季漫长严寒少雪。本次以辽源气象站为参证站，统计各项气象要素，统计系列为19571990年，近期未发生异常天气。多年平均降水量633mm，降水多集中在69月份，占全年平均降水量的73.9%，多年平均蒸发量788mm。多年平均气温为5.2oc，最高气温为36.0 oc，最底气温为-37.8 oc，多年平均无霜期137天，多年平均日照时数2545.2h。最大冻层深度1.6m，多年平均最大风速为16.7m/s。2.3 冰情因卡伦水库无冰情观测资料，参考三连水库及二龙山水库资料，初冰期最早为1976年10月21日，终冰期最晚是1971年4月23日。全年稳定封冻天数为141天，水库冰厚为0.81.1m。2.4 洪水2.4.1 暴雨特性卡伦水库属公主岭河流域，该流域各类气旋活动频繁，又处于西南方向水汽入流的迎风坡，受自西向东移动的气旋和副高后部的台风影响形成大暴雨,也是我省暴雨较集中的地区。暴雨主要集中在7、8两月，气旋和副高后部的台风雨笼罩面积大，暴雨强度大，且雨量集中，一般历时为三天。2.4.2 洪水特性流域属于平原区，造成洪灾的主要是夏汛，洪水是由暴雨形成。主要发生在7、8月，洪水过程多为单峰，陡涨陡落，历时最长为三天。2.4.3 历史洪水由吉林省洪水调查资料第五册查得,在1979年11月，由当时四平水勘处组织调查，本次访问六个村的四十多人，其中大部人是60岁以上的老人，对本流域发生的大水都是亲身经历，指认洪痕共十五处，1934年洪痕6处。1949年洪痕9处。经分析认为1949年洪痕点较多。有明显地物，较可靠。1934年洪痕点因时间长，无明显地物可定，由上下游洪痕相互核对，认为可供参考。2.5 泥沙水库没有实测泥沙资料，依据1984年版吉林省地表水资源成果,分析水库多年平均悬移质输沙模数为500t/(km2y),推移质泥沙输沙模数按悬移质的40%计算，三连水库多年平均输沙量为6.3104t。2.6 水库水位雨量站为搞好水文气象监测，根据该流域特点，设立水库水位雨量站，做好监测工作，以便管理人员及时准确的向有关部门提供数据。3 工程地质3.1 库区工程地质条件及评价3.1.1 地质概况1、地形地貌卡伦水库位于松辽波状台地区边缘，水库流域上游为丘陵及山区，水库位置属于平原区，水库周边为波状台地，高程在248251m之间，水面周边分布宽度不等的带状阶地，高程在242248m之间，与台地呈缓坡接触，库区呈浅碟状。2、地层岩性库区第四系松散地层较厚，大于27m ，基底为第三系白色泥质砂岩。主要地层如下：1）全新统（q4h）沼泽沉积层：主要分布在二级阶地区，岩性为黑灰色淤泥质粉质壤土，土质不均，局部含有机质。2）上更新统顾乡屯组（q3gal）冲积层：主要岩性上部为黄色粉质壤土或灰绿色、黑色粉质壤土，下部为黄白色粗砂层。3）中更新统荒山组（q2hal+pl）冲洪积层：该层为冲积洪积层，岩性为粉质壤土，黄色，含铁锰质结核。4）下更新统白土山组（q1bfgl）冰水堆积层：该层为冰水堆积物，主要岩性为黄白色粗砂。3.1.2 水文地质条件库区大孤山至莫里青山一线为北西向松辽分水岭，形成了库区北部的第四系白土山组孔隙承压水含水层及第三系地层褶曲向斜储水构造。地下水补给来源为大气降水。波状台地区地下水埋藏深度较稳定，一般在15.0020.0m，河谷区水位埋深小于5.0m。根据国家农业灌溉标准（gb5084-92）判定，可以做为农田灌溉用水。地表及地下水对砼无腐蚀性。3.2 坝址区工程地质条件及评价3.2.1 库区渗漏卡伦水库位于波状平原区，库岸周边为宽阔的波状台地，无深大沟谷，库岸及库底分布有810m厚的粉质壤土微透水层。故库区不存在渗漏问题。3.2.2 库区坍岸因水库呈浅碟状，周边地形平缓，不存在坍岸问题。3.2.3 库区浸没水库正常高水位为247.55m，库区周边村屯都建在249.00m以上，在水库上游进水口一带，地势较低洼，高程在248.0m 左右，呈带状分布于干沟河左岸，现为大片水田，故库区周边村屯房屋及农田没有浸没问题。3.2.4 库区淤积由于水库上游及周边植被较差，水库淤积较为严重。根据建库前及本次1：5000新老库区地形图对比估算，其正常高水位以下的淤积量为55万m3，淤积物主要为软弱粉质壤土。3.3 土坝地质3.3.1 地形地貌坝址区左右两岸为波状平原区中的微起伏台地，高程在249.0m以上；中间为阶地，宽约1300m，高程为242.5247.5m。坝体座落在阶地之上，与两岸呈缓坡接触。3.3.2 地层岩性坝址区地层由第四系全新统湖沼沉积层q4h、上更新统冲积层q3gal、中更新统冲洪积层q2hal+pl、下更新统冰水堆积层qlbfgl组成，土坝建在上述地层之上。由上至下地层共分为如下6层：坝体填筑土主要为粉质壤土，黄色、黑色，其平均粘粒含量21.6%,粉粒含量60.7%，砂粒含量17.4%，砾粒含量0.3%，硬塑状态。 坝基,粉质壤土q4h,黑、黑灰色为主，土质不均，粘粒含量20.0%，粉粒含量65.9%，砂粒含量14.1%，土体呈软塑可塑状态。粉质壤土q3gal,黄色，土质均匀，含铁锰质浸染体，平均粘粒含量19.8%，粉粒含量65.0%，砂粒含量15.2%，土体呈可塑状态。粉质壤土q3gal, 该层颜色较杂、黑色、灰色、灰绿色相间，平均粘粒含量18.3%，粉粒含量62.6%，砂粒含量18.4%，砾粒含量0.7%，土体呈可塑状态。粗砂q3gpl,黄色，上部0.50m为中砂夹薄层粉土，下部为粗砂，颗粒均匀，砾粒含量6.7%，砂粒含量83.6%，粉粒含量8.7%，呈饱和、密实状态。,粉质壤土q2hal+pl,黄色，土质均匀，含铁锰质浸染体及结核，其平均粘粒含量18.4%，粉粒含量63.3%，砂粒含量18.3 %，呈可塑状态。各岩土层物理力学性质指标见表3-1表3-1 坝体、坝基土物理力学指标设计值表性称湿容重rdkn/m3干容重rdkn/m3比重压 缩抗剪饱和不固结抗剪饱和固 结允许比降渗透系数压缩系数a1-2mpa-1压缩模量es1-2mpa内摩擦角度凝聚力ckpa内摩擦角度凝聚力ckpa水平垂直kcm/s坝体填土19.215.52.710.355.514.015.016.017.03.04.03.8410-66.7210-7粉质壤土18.714.52.690.404.5016.010.317.015.01.53.03.010-69.510-7粉质壤土18.614.12.710.464.014.412.816.015.01.53.05.5910-61.3110-7粉质壤土18.614.22.690.484.0014.012.215.015.01. 53.04.7810-61.3110-7粗砂2.65280.100.173.1010-3粉质壤土18.714.72.700.305.517.012.018.015.01.53.06.8010-61.9310-73.3.3 坝体填筑质量评价坝体为均质土坝，原设计干容重d=15.5kn/m3，实际干容重在14.316.8kn/ m3之间，平均干容重d=15.5kn/m3。根据击实试验，其平均最大干容重d=17.2kn/m3。按现行规范标准，设计干容重应为16.0 kn/m3（压实系数采用0.95），而干容重d15.5kn/m3的土样仅占51%，可见坝体碾压质量较差。据调查在桩号1+0741+149m坝段，于1987、1991、1993年春季出现三次不同程度的脱坡现象，土坝维修加固后再未出现。该段桩号1+078.45m处有一4孔内径450mm废弃涵管，洞进口底板高程241.5m，洞长10m。两端采用素砼封堵埋于坝内，由于脱坡现象发生在春季，库水位较低，经分析认为主要原因属浅层冻融破坏作用造成。3.3.4 坝基工程地质评价1、沉降稳定水库经多年运行，坝基土的压缩已基本稳定，不必考虑沉降问题。 2、震动稳定区域地震基本烈度为度，坝体及坝基主要土层岩性均为粉质壤土，可不考虑土体液化问题。3、坝基渗漏 坝基土、层粉质壤土的渗透系数分别为k=2.010-6cm/s，k=3.210-6cm/s，k=2.9510-6cm/s，属微透水层；下伏粗砂为中等透水层，渗透系数k=3.1010-3cm/s，但埋藏较深，大于8.0m，坝基渗漏量较小。4、抗滑稳定根据土样分析，粉质壤土=16.0，k=3.010-69.510-7cm/s，=14.4，k=5.5910-61.3110-7cm/s，水库运行多年，未发现异常情况。3.3.5 坝肩稳定性评价土坝左右两坝肩均座落在台地q粉质壤土上，其渗透系数为k=3.510-6cm/s。内摩擦角=15.6，水库经过多年运行，没发现坝肩渗漏及不稳定因素。3.3.6 水文地质条件坝址区地下水为第四系砂层微承压孔隙潜水、含水层为粗砂层，渗透系数k=3.1010-3cm/s，因其上有、层粉质壤土相对不透水层阻隔，故该含水层地下水与库水无关。表3-2 坝址区岩土特性表岩土名称承载力标准值采用值fk（kpa）重力密度kn/m3干容重dkn/m3抗剪压缩模量es1-2mpa允许水力坡降渗透系数kcm/s砼与土的摩擦系数f允许不冲流速m/sv土质边坡凝聚力ckpa内摩擦角度水平j允垂直j允粉质壤土1.53.02.0510-60.260.401:1.5粉质壤土18.914.516.015.05.01.53.00.260.401:1.5粉质壤土19.014.818.015.06.01.53.00.260.401:1.5粉质壤土16020.014.818.016.07.611.53.05.6010-60.260.401:1.53.4 输水洞地质输水洞座落在二级阶地上，地层岩性分为如下五层：1、人工填土为坝体土，岩性为粉质壤土，黄色、黑色，其平均粘粒含量18.0%，粉粒含量64.0%，砂含量19%，土体呈硬偏可塑状态。 2、粉质壤土普遍分布，黑色，土质不均，根据土工试验，其平均粘粒含量15.5%，粉粒含量67.5%，砂粒含量17%，土体呈可塑状态。3、粉质壤土普遍分布，黄色，土质均匀，土工试验平均粘粒含量22.0%，粉粒含量60%，砂粒含量16%，土体呈软偏可塑状态。4、粉质壤土 灰、灰绿、灰黑色，土质不均，土工试验平均粘粒含量17.7%，粉粒含量66.0%，砂粒含量16.3%，土体呈可塑状态。 5、粗砂黄色，颗粒均匀，表层稍细，含砂壤土薄层。饱和、稍密。矿物成份为长英质。粘粒含量5%，粉粒含量12.5%，砂粒含量80.5%。 6、粉质壤土黄色，含铁锰质结核及其浸染体，平均粘粒含量33%，粉粒含量57%，砂粒含量10%，土体呈可塑状态。3.4.1 地质条件评价 输水洞进出口基础均座落在粉质壤土上，根据土工试验，该层土承载力标准值fk=116kpa，尾水渠土质为粉质壤土各层有关设计参数见表3-3表3-3 输水洞有关地基土设计参数设计值表层号岩性名称承载力标准值fkkpa重力密度rkn/m3干容dkn/m3抗剪压缩模量esmpa允许水力坡降渗透系数kcm/s砼与土的摩擦系数f允许不冲流速vm/s土质边坡凝聚力ckpa内摩擦角度水平允垂直j允b粉质壤土13018.214.116.015.01.53.00.260.401:1.5c粉质壤土11618.413.814.012.530.01.53.00.260.401:1.5d粉质壤土14018.714.41414.04.501.53.04.410-60.260.851:1.5e粗砂28.00.10.083.110-33.4.2 办公楼1、工程地质条件拟建办公楼座落在水库管理所南墙外，地貌上属于台地区，由于开挖渔池，现为方形洼地，根据钻探资料，地层岩性可分为如下4层： 1）耕土：灰黄色，土质不均，局部为回填土，岩性为粉质粘土，稍密，层厚0.601.40m。2）粉质粘土：黄色，土质均匀，含铁锰质浸染体，土体呈可塑状态，层厚3.104.90m。3）粉质粘土：黄色，含铁锰质结核，土体呈硬塑状态，层厚2.003.00m。4) 粉质粘土：黄色、含铁质浸染体，土体呈可塑状态。最大揭露厚度0.50m。2、工程地质条件评价基础型式及持力层的选择： 根据钻孔资料，基础型式宜采用天然地基浅基础，持力层为粉质粘土，各层土有关设计参数见表3-4。表3-4 办公楼地基岩土参数设计值表 层号岩性名称承载力标准值fkkpa重力密度rkn/m3直剪压缩模量esmpa内摩擦角度粘聚力ckpa1回填土2粉质粘土15018.912.426.06.02-1粉质粘土10017.811.020.03.03粉质粘土1804粉质粘土1603.5 天然建筑材料3.5.1 土料土料场距西坝端250m，交通便利，开采运输条件较好。根据土料场10组土样试验结果分析，岩性为粉质壤土，其粘粒含量22.5%，粉粒含量61.8%，砂粒含量15.7%。 由于地层单一，地势平缓，可以采用平均厚度法计算其储量，面积为140150m2，厚度按5m计算，该储料场储量为 10.5万m3，是设计要求储量的2倍，因此满足要求。3.5.2 石料碾子山石场距水库30公里，黄岭子石场距水库40公里，都是新鲜的花岗岩，交通比较方便，块石、碎石质量储量满足设计要求。3.5.3 风化砂白台子采石场花岗岩风化砂丰富，粉粒含量16%，稍高，运距25公里，交通方便。3.5.4 河沙：辽河附近零星分布，砂的矿物成份为长石、石英质，质量储量满足设计要求，运距约25公里。3.6 工程地质结论3.6.1 库区本区域构造相对稳定。地震基本烈度为度，经多年运行没发生浸没、塌岸、渗漏问题，由于上游周边植被较差，使水库存在淤积问题。3.6.2 坝址区坝体填筑质量较差，坝基压缩基本稳定，不存在沉稳、震稳问题。滑稳、渗稳需复核计算。3.6.3 天然建筑材料工程所需各种天然建筑材料数量、质量均满足要求。4 水文计算4.1 洪水基本资料卡伦水库建库后，1976开始有洪水观测资料，至2001年具有26年实测洪峰、洪量系列，但洪峰有的年份观测时段过长，精度较差.4.1.1 暴雨特性卡伦水库属公主岭河流域，该流域各类气旋活动频繁，又处于西南方向水汽入流的迎风坡，受自西向东移动的气旋和副高后部的台风影响形成大暴雨,也是我省暴雨较集中的地区。暴雨主要集中在7、8两月，气旋和副高后部的台风雨笼罩面积大，暴雨强度大，且雨量集中，一般历时为三天。4.1.2 洪水特性流域属于平原区，造成洪灾的主要是夏汛，洪水是由暴雨形成。主要发生在7、8月，洪水过程多为单峰，陡涨陡落，历时最长为三天。4.1.3 历史洪水 由吉林省洪水调查资料第五册查得,在1979年11月，由当时四平水勘处组织调查，其中大部人是60岁以上的老人，对本流域发生的大水都是亲身经历，指认洪痕共十五处。1934年洪痕6处，1949年洪痕9处。经分析认为1949年洪痕点较多，有明显地物，较可靠。1934年洪痕点因时间长，无明显地物可定，由上下游洪痕相互核对，认为可供参考。4.2 洪水资料还原复核本次对卡伦水库26年实测洪峰、洪量系列资料进行还原复核计算，建立了qmw24的相关关系，插补所得1934年洪量w24为780104m3;1949年洪量w24为470104m3。对洪峰流量观测时段超过2小时的进行了修正。4.3 设计洪水计算本次设计采用两种途径推求设计洪水，即由实测洪水资料和设计暴雨。4.3.1 设计洪峰采用多种途径推求设计洪峰流量,分析选用。设计洪峰流量按实测系列及水科所法和罗氏法进行计算。1、由实测资料推求设计洪峰吉林省洪水调查资料上查得,1934年洪峰流量为386 m3/s,排在第一位，重限期n=80，1949年洪峰流量为225 m3/s ，排在第二位。实测洪峰系列加进洪水调查结果按不连续系列对洪峰流量进行频率计算 式中m为n年中特大洪水的由大到小排位,n=26,n=80。采用矩法进行估算设计洪峰流量的统计参数。经验频率： 均值：变差系数：适线分析确定洪峰流量统计参数为：= 49m3/s，cv = 1.65，cs = 2.5cv。2、由设计暴雨推求设计洪峰设计暴雨特征值由1989年版吉林省暴雨图集查得。详见表4-1。表4-1 设计暴雨特征值项目时段h（mm）cvcs/cv24h660.63.53d820.563.57d110.00.512.530d2270.422由设计暴雨特征值推求出各频率设计暴雨值，详见表4-2。表4-2 设计暴雨值 单位：mm 频率时段p（%）0.5123.351024h2392111831621451173d2782462151921741427d31928925923621818530d546505463430403355 由设计暴雨值推求各频率设计净雨深，成果详见表4-3。 表4-3 各频率净雨深计算成果表 单位：mm 频率时段p（%）0.5123.351024h218.8188.6157.7134.6115.582.53d247214181.7156.9136.2100.53、设计洪峰流量的计算1）水科所法基本公式: 全流域未蓄满时: 全流域蓄满时： 采用的参数： 。2）罗氏法基本公式： 式中：流域面积 ；河道长度 ；河道比降 ；流域坡面长度 ；流域坡面坡度 %；土壤系数 ；坡面糙率系数 ；暴雨递减指数 。各种计算方法所得的设计洪峰流量成果详见不同频率设计洪峰流量成果表。表4-4 卡伦水库不同频率设计洪峰流量成果表 单位：m3/s 频率 成果参 数p （%）备 注均值cvcs/cv0.5123.33510本次频率计算491.52.5445365288234126水 科 所 法51643635730125618190km2罗 氏 法361292229187157111地 区 综 合 线 成 果451.452.5392323256209115采 用原 设 计3421864.3.2 设计洪量1、 频率计算按不连续系列对实测洪量进行频率计算（计算方法及公式同设计洪峰流量频率计算）。1934年洪量：w24为780104m3，排在第一位，重限期n = 80；1949年洪量：w24为470104m3，排在第二位；适线所得的设计洪量的统计参数为：24h= 130104m3，cv= 1.35，cs/cv = 2.5；设计洪量成果详见不同频率设计洪量成果表。2、 由设计净雨深推求设计洪量由设计净雨深推求的设计洪量，采用经验系数0.8进行修正。成果详见不同频率设计洪量成果表。 表4-5 卡伦水库不同频率设计洪量成果表频率成果方法参 数 p（%） （）备注均值cvcs/cv0.5123.30本次频率计算w241301.352.51040864693571326适线地区综合线w241701.32.513011085876725422采用w24（净雨深24小时0.8）138511919938455144.4 成果的合理性分析4.4.1 设计洪峰综合分析以上各种计算成果，由于三连水库的实测洪峰资料观测时段较长，有7年观测时段超6小时，虽然在频率计算中进行了修正，但考虑与实际仍有些偏离，系列代表性差，计算结果偏离地区综合线（即log-logf），而水科所法与罗氏法由于经验公式自身带来的弊端，水科所法计算成果与区综合线成果相比偏大，罗氏法计算成果与区综合线成果相比偏小。故本次除险加固设计洪峰流量采用地区综合线成果。4.4.2 设计洪量从表4-5可以看出，三连水库的实测洪量频率计算结果偏离地区综合线（即log1-logf），调查其原因，水库在泄洪过程中，由于输水洞闸门漏水，所漏水量未计入来水，由此导致洪量系列偏小，因此系列代表性差。适线成果不能采用。故本次设计洪量采用地区综合线成果（即log1-logf）。5 调洪演算调洪计算的任务是在水工建筑物或下游防护对象的防洪标准一定的情况下，根据已知的设计入库洪水过程线、水库地形特性资料、拟定的泄洪建筑物型式的尺寸、调洪方式，通过调洪计算，推求出水库出流过程最大下泄流量、防洪库容和水库相应的最高洪水位。利用水库蓄洪或滞洪是防洪工程措施之一。通常洪水波在河槽中经过一段距离时，由于槽蓄作用，洪水过程线要逐步变形。一般是，随着洪水波沿河向下游推进，洪峰流量逐渐减小，而洪水历时逐渐加长。当水库有下游防洪任务时，它的作用主要是削减下泄洪水流量，使其不超过下游河床的安全泄量。水库的任务主要是滞洪，即在一次洪峰到来时，将超过下游安全泄量的那部分洪水暂时拦蓄在水库中，待洪峰过去后，再将拦蓄的洪水下泄掉，腾出库容来迎接下一次洪水。5.1 防洪标准在水库调洪过程中入库洪水的大小不同，下泄洪水、拦蓄库容、水库水位变化等也将不同。通常，入库洪水的大小要根据防洪标准或水工建筑物的设计标准来选定，因此，在进行水库调洪计算时，必须先确定一个合理的防洪标准或水工建筑物的设计标准。国家统一规定了不同不同重要性的防护对象所应采用的防洪标准，作为推求设计洪水、设计防洪工程的依据。见表5-1.表5-1 不同防护对象的防洪标准防 护 对 象防 洪 标 准城 镇工 矿 区农田面积（万亩）重现期（年）频 率（%）特别重要城市特别重要的5001001重 要 城 市重 要 的1005005010021中 等 城 市中 等 的30100205052一 般 城 市一 般 的301020105依据防洪标准（gb50201-94）规范，本工程防洪标准为：30年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核。水库下游河道防洪除涝标准为10年一遇洪水。5.2 基本资料5.2.1 水库特性曲线，其成果见表5-2。表5-2 卡伦水库特性曲线表水位库容（104m3）02430002440.460.15152451.350.87872462.271.792662473.232.745402484.143.689082494.854.4913572505.785.311888面积（km2）24300244150.46245871.352462662.272475403.232489084.1424913514.8525018885.785.2.2 死水位的选择水库原设计死水位为244.50m，死库容为130104m3，依据养鱼需要，本次设计维持原设计死库容不变，在库容曲线上查得死水位为245.25m。5.2.3 泄流曲线本枢纽拦河大坝为土坝，泄水建筑物为开敞式溢洪道。开敞式溢洪道的造价比较低，除具有正常泄洪能力外，当发生非常洪水时，又具有较大的超泄能力，常是土石坝枢纽承担主要泄洪任务的泄水建筑物。水库运用方式：由于采用无闸溢洪道，当洪水来临时，下泄流量等于来流量时，水库保持正常蓄水位不变；当来水流量继续加大，库水位超过溢洪道的堰顶高程时，即自行出流。见表5-3。 表5-3 卡伦水库水位泄流关系表 水位(mm)246246.5247247.5248248.5249249.5流量（m3/s）6.0917.2231.6448.768.0789.48112.75137.765.2.4 汛限水位