某水库除险加固初步设计报告.doc

1 综合说明 1 1 1 综合说明综合说明 1.1绪言绪言 xx 水库位于甘渭河支流 xx 沟上，地处 xx 县温堡乡 xx 沟村，距县城约 25km。坝址以上控制流域面积 3.4km2，属小（二）型水库。 水库流域气候属中温带季风区半湿润向半干旱过渡性气候，流域年平均气温 5.1，多年平均降水量 540mm，保证率为 50%、75%的降水量分别为 532mm、460mm，多年平均水面蒸发量（e601 型）810mm。流域多年平均径流深 65mm，多年平均径流量 22.1 万 m3，保证率 p=50%、p=75%的径流量分别为 20.2 万 m3、13.8 万 m3。水库以上流域输沙模数 1700t/km2，多年平均输沙总量 0.578 万 t。p=5%的设计洪水总量和洪峰流量分别为 8.5 万 m3、14.3m3/s； p=0.5%的校 核洪水总量和洪峰流量分别为 17.5 万 m3、22.6m3/s。 水库于 1976 年建成，2007 年加高 1.0m，坝高 25m，总库容 57.0 万 m3，是一 座以防洪为主的小（二）型水库。由于水库建设标准低，坝体碾压质量较差，泄 洪建筑物淤积严重，水库已成为一座险库，急需进行除险加固。 受 xx 县水务局委托，我院于 2012 年 4 月对 xx 水库除险加固工程进行初步 设计。 我院组织设计人员对水库进行现场踏勘，初步拟定以下方案：坝前培厚 3.0m；卧管改建水塔、封堵原卧管； 2012 年 5 月 15 日完成宁夏固原市 xx 县 xx 水库出险加固初步设计报告 （送审稿） 。 1.2 工程概况工程概况 1.2.1工程建设及现状工程建设及现状 水库于 1976 年建成，库容 51.0 万 m3，由土坝、输（泄）水建筑物组成，为 碾压式均质土坝，2007 年坝体加高 1.0m，总库容 57.0 万 m3，最大坝高 25.0m， 坝顶高程 2118.0m，坝顶宽 3.0m，顶长 156m，迎水坡比为 1:2.75，背水坡比 1:2.0,背水坡采用生物防护措施，前坝坡无任何砌护。 输水建筑物位于土坝左岸，由叠梁卧管、涵洞、明渠、陡坡及消能设施组成。 卧管为侧进水,孔口尺寸为 0.85m1.0m，廊道为箱型钢筋混凝土结构，输水涵洞 1 综合说明 2 为拱涵，尺寸为 0.8m1.5m(宽高)，最大输水量 2.6 m3/s。 2012 年 4 月经我院实测，坝顶高程 2118.0 m，现状淤泥面高程 2112.0m，有 效库容 26.1 万 m3，经调洪计算防洪能力满足 200 年一遇校核洪水标准。 1.2.2水库存在的问题水库存在的问题 水库自建成以来，经过多年运行，目前已存在诸多问题： 坝体碾压不均匀，质量较差，内部有裂隙，水库难以在高水位蓄水。 前坡无砌护，坝顶无防护、平整度较差，坝后无排水体， 。 坝顶有交通要求，但坝顶宽度仅 3.0m。 卧管经多年运行，淤积严重，由于建筑物尺寸较小清淤困难，且卧管泄 洪流量不好控制。 水库基本没有管理设施，无法对水库进行正常的管护；无交通、通讯设施， 与外界联系不通畅；主坝没有渗流和沉陷、位移观测设施，无法对主坝进行监测； 缺乏必要的工情观测设施及水、雨情监测设施。 1.3 水文水文 xx 水库位于甘渭河支流 xx 沟上，流域面积 3.4 km2，地势自东向西倾斜， 沟道流向与地势相同展布。地貌类型以阴湿土石山区为主，流域上游植被良好， 林草茂密。土壤为山地草甸土。山顶浑圆，土坡陡陖多阶状。 水库区域气候属中温带季风区半湿润向半干旱过渡性气候，春低温少雨，夏 短暂多雹，秋阴涝霜旱，冬严寒绵长。降雨集中，历时短、强度大，蒸发强烈， 气温变化大，无霜期较短，日照充足。灾害性天气主要有大风、干旱、冰雹、霜 冻等，年均气温 5.1,1 月份最低，极值为25.7；7 月份最高，极值为 31.4。热量丰富，春温上升快，秋温下降迅速，无霜期 124 天，最少 94 天。 年平均太阳总辐射量 5007 兆焦耳/平方米，年日照时数 2228 小时，夏季多偏南 风，冬季多偏北风，平均风速 2.2m/s。冻土深度最大为 1m，流域内沟道一般 11 月中、下旬开始有岸冰，次年 2 月开始融冰，2 月底至 3 月初终冰。封冻期水温 0。 xx 水库流域多年平均降水量为 540mm，降水年内分配不均，主要集中在 69 月，占全年总降水量的 72%。保证率为 50%、75%的年降水量分别为 1 综合说明 3 532mm、460mm、多年平均水面蒸发量（e601 型）810mm。流域多年平均径流深 65mm，多年平均径流量 22.1 万 m3，保证率为 50、75%的径流量分别为 20.2 万 m3、13.8 万 m3。水库以上流域输沙模数 1700t/km2，多年平均输沙总量 0.578 万 t。 因水库流域为干旱黄土丘陵区，洪水的产流方式为超渗产流。洪水的形状受 暴雨的影响多为尖瘦形，陡涨陡落，一般不超过一天。由于坝址处无实测流量资 料，因此采用暴雨资料推求设计洪水，依据宁夏暴雨洪水图集及重新修订的 宁夏不同历时暴雨参数等值线图。采用暴雨资料推求设计洪水，经计算 p=5%的设 计洪峰流量及洪水总量分别为 14.3m3/s、8.5 万 m3；p=0.5%的校核洪峰流量及洪 水总量分别为 22.6m3/s、17.5 万 m3。 1.4 工程地质工程地质 1.4.1库区工程地质条件库区工程地质条件 库区属中低山地貌单元,河谷受水流的冲刷切割,使河谷形成“u”字型。两岸 冲沟发育.第三系基岩零星出露.风化强烈,裂隙发育,使表部岩体呈碎块状。 库区出露的地层岩性有第三系红柳沟组(n1h)泥岩；第四系上更新统马兰组 (q3m)黄土；第四系全新统冲积层(q41al)壤土；第四系全新统冲洪积层(q42apl) 角砾。由老至新分述如下：第三系红柳沟组(n1h)泥岩：浅红，砖红色，厚层状， 泥质结构，风化强烈，裂隙发育，表部岩体呈碎块状。该层分布于库区下部。出 露于坝体上下游的冲沟中。第四系上更新统马兰组(q3m)黄土：灰白、土黄色， 坚硬状态，具大孔隙，垂直节理发育，具湿陷性。广泛分布于库区两岸，厚度大 于 20m。 第四系全新统冲积层(q41al)壤土：灰白、灰褐色，坚硬状态，具水平层理，局 部含砾，有机质含量较高 ，植物根系发育，主要分布于河谷的、级阶地上。 厚度 15m。第四系全新统冲洪积层(q42apl)角砾：杂色，松散稍密状，呈棱 角及片状，主要由砂岩、泥灰岩、泥岩等组成。常见粒径 13cm ,充填物为砂及 粘性土，主要分布于河谷的底部。厚度 12.5m 左右。 库区地表水主要由上游各沟谷流水汇集，受季节性影响较强。勘察期间沟内 有地表水和地下水，其地表水化学类 hco3so42-clmgnaca 型， 1 综合说明 4 对混凝土一般酸性、重碳酸盐型、镁离子型不具有腐蚀性，仅硫酸盐型具有中等 腐蚀性，so42-含量 434.67mg/ l。对钢筋混凝土结构中的钢筋，具有弱腐蚀性。 （cl=cl+ so42-0.25=386.96 mg/ l） ，对钢结构具中等腐蚀性。 （ph 值 3-11. cl+ so42-=712.95 mg/ l） 。 该库地下水水化学类型为 hco-3so42-camg 型水，根据水利水电工 程地质勘察规范 （gb504872008） 附录 l 环境水腐蚀性评价，对混凝土一般 酸性型、碳酸盐型、重碳酸盐型、镁离子型、硫酸盐型不具有腐蚀性。对钢筋混 凝土结构中的钢筋，不具腐蚀性。对钢结构具有弱腐蚀性。 库区地处中低山区，两岸为低山均高于设计最高水位线，也没有低于该库设 计正常蓄水位的邻谷及洼地。为此不存在两岸渗漏问题。 水库地处中低山地貌单元，两岸低山或丘陵均高于正常蓄水位。经调查水库 在正常蓄水位高度范围无村庄、公路、农田及低于库水位的洼地，故培厚后不存 在浸没问题。 经调查库区上部覆盖层较厚，没有发现有断裂，特别是没发现活动性断裂存 在，也未发现有滑坡现象。该水库规模较小，蓄水量不大，因此水库加高、培厚 后诱发地震的可能性不大。 1.4.2坝体（址）工程地质条件坝体（址）工程地质条件 坝址区经现场地质调查及区域地质资料分析，库区未发现有大的断裂和断层 等对坝体有不利影响的构造形迹。 通过地质勘察，坝址区的地层岩性有第三系中新统红柳沟组（n1h）砂质泥 岩、第四系上更新统马兰组（q3m）黄土、第四系全新统冲洪积（q41apl）壤土、 （q42apl）角砾碎石，人工填土（q4ml）等 土料场布置在大坝右岸，料场平均运距为 150m 左右。 块石料场地位于三关口，开采多年，已形成规模，岩性为奥陶系灰岩，致密、 坚硬，天然容重在 2.6g/cm3以上，符合建筑材料标准，属外购料，距坝址区 65km，交通方便。砾料场与块石料为同一料场，岩性及指标相同，同属外购料。 砂料位于静宁威戎 砂料场，主要分布于甘肃省静宁县城的河谷中，为第四 系冲积作用形成，属砂砾混合料，总储量大于 500 万立方米，砂含量占 70%，属 中粗砂。砂料的总储量约 350 万立方米，可做为建筑材料使用，现料场开采已形 1 综合说明 5 成一定规模，属外购料，距 xx 水库坝址区约 35km，交通方便。 结论与建议: 该水库处第三系地层广泛分布，第四系覆盖较薄，无不良工程地质构造，适 宜兴建该工程。 水库所处的第三系地层是良好的天然隔水层，不存在渗漏问题。 原坝体碾压不均，施工质量差，坝后坡最为明显，培厚后高水位运行时可能 会产生渗漏及渗透变形破坏，危及大坝安全，应进行处理。 水库两岸均有大面积第三系岩层，培厚时应对两岸淤积面以上强化岩层进行 处理，以防止由于风化裂隙，岩体破碎而引起绕坝渗漏。 库区上游植被覆盖较差，水土流失严重，库区淤积很严重，应进行必要的措 施。 工作区地表水对普通水泥具硫酸盐型中等腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋 具弱腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。建议采用抗硫酸盐水泥。 坝址区及库区地震动峰值加速度为 0.20g，地震动反应谱特征周期 0.45s，地 震基本烈度度，属抗震不利地段。该地区最大冻土深度 115cm。 1.5 工程任务及规模工程任务及规模 1.5.1工程任务工程任务 该水库是一座以防洪为主的小（二）型水利枢纽工程。 防洪任务：利用水库滞洪、削峰作用保护水库下游村庄、农田，及隆秦公路 的防洪安全。 水库水资源利用任务：该水库是一座防洪兼水资源利用的多功能水库，由于 淤积严重，蓄水量逐年下降，水库灌溉功能基本丧失。 环境保护：本工程拦截地表径流，减少下游河道泥沙及水土流失，充分利用 当地水资源，要求对水土保持及涵养水源发挥作用。 1.5.2工程规模工程规模 xx 水库属小（二）型水库，主要建筑物（土坝、输水建筑物）属等 5 级。 次要建筑物及临时建筑物（库内施工围堰等）属等 5 级。设计洪水标准：主要 建筑物 20 年一遇，临时性建筑物 10 年一遇；校核洪水标准：200 年一遇；水库 1 综合说明 6 设计水平年(淤积年限)为 20 年。 本次除险加固的主要内容有：(1)坝前培厚 3.0m ,前坡面用 8cm 厚的 c15、w4、f150 的砼预制板护坡；(2)卧管改建水塔，新建 5.0m 方涵连接段，设 计泄流量 2.6m3/s。 1.6 工程布置及主要建筑物工程布置及主要建筑物 1.6.1工程等别、洪水标准及抗震标准工程等别、洪水标准及抗震标准 根据水利水电工程等级划分及洪水标准sl2522000 规定，该水库属小 （二）型水库,工程等别等,主要建筑物等 5 级,次要建筑物及临时工程等 5 级,设计洪水标准 20 年，校核洪水标准 200 年,抗震标准按 8设防,设计淤积 年限 20 年。 1.6.2除险加固方案除险加固方案 xx 水库是一座以防洪及拦泥为主的水利枢纽工程，总库容 57.0 万 m3，已淤 积库容 30.9 万 m3,有效库容 26.1 万 m3,设计水平年取 20 年，校核洪水标准取 200 年，根据水文资料，经调洪计算库容能够满足防洪要求，因此坝体不用加高。 1.6.2.1坝体加固、防渗坝体加固、防渗 在本次勘察中，所有钻孔钻至孔深 6m 处，孔口均不返水，且漏水漏浆。由 此可判定原坝体施工质量差，碾压不均匀，压实度未达到设计要求，现在坝后可 见库水渗漏汇成地表水沿沟道排泄。 设计拟采用坝前培厚方案进行坝体防渗处理。 坝前培厚的目的是形成一道防渗斜墙，增长渗径，降低坝后渗流溢出点高程 及水力坡降值，防止发生流土破坏，培厚土料的渗透系数应小于 1.010-5cm/s, 压实度不小于 0.96，筑坝土料含水率控制在 17.1%（最优含水率）3%之间。 为使新老坝体良好结合，在坝脚新旧坝体结合处设置结合槽，底宽 3.0m，高 2.0m，边坡 1:1。为防止风浪侵蚀，前坡面铺设 8cm 厚的 c15 砼预制板,下垫 0.2m 砂砾石，板缝宽 5cm，每 10m 设置一道伸缩缝，并在坝脚处设置 0.5m0.5m 的浆砌石防滑槽。 1.6.2.2输（泄）水建筑物改造输（泄）水建筑物改造 原输（泄）水建筑物为卧管，侧进水，经多年运行，淤积严重，由于建筑物 1 综合说明 7 尺寸较小清淤困难，且泄洪流量不好控制，为方便运行管理，本次设计拟改建为 水塔，并利用原有输水涵洞，新建水塔与原卧管通过 5.0m 方涵连接。 新建水塔位置拟定为原卧管上游侧 5.0m 处，岸坡与泥面衔接处。水塔为钢 筋砼框架结构，水塔进口底板高程 2111.0m，塔高 7.0m，塔顶高程 2118.0m，与 坝顶齐平，平行于原卧管方向架设 1 跨长 11.5m 的钢桁架桥工作桥，桥面宽 1.2m， 桥两边设 30mm 钢管栏杆，工作桥一端搭在牛腿上，另一端搭在岸坡的 支墩上，工作桥与土坝左岸道路通过踏步连通，踏步水平长 7.5m、宽 1.5m，坡 比 1:1.5，两侧安装 30mm 钢管栏杆，栏杆高 1.2m，间距 1.5m。 水塔与原卧管连接段，采用一孔钢筋砼方涵，埋置于淤泥面下，洞前与水塔 相接，洞后接原卧管侧面，接口以上卧管廊道进行封堵。方涵断面尺寸初步拟定 为 1.01.2m（宽高） ，其底板、侧墙及顶板厚度均为 0.3m，洞长 5.0m，比降 1/50。 1.7 工程施工工程施工 施工区位于 xx 县、温堡乡、新庄村，施工道路、用电、通讯等均可利用现 有设施，施工用水从附近机井抽取，施工条件便利。坝体培厚土料由右岸取土场 提供，平局运距 150m。 砂料位于静宁威戎 砂料场，主要分布于甘肃省静宁县城的河谷中，为第四 系冲积作用形成，属砂砾混合料，总储量大于 500 万立方米，砂含量占 70%，属 中粗砂。砂料的总储量约 350 万立方米，可做为建筑材料使用，现料场开采已形 成一定规模，属外购料，距 xx 水库坝址区约 35km，交通方便。 块石料场地位于三关口，开采多年，已形成规模，岩性为奥陶系灰岩，致密、 坚硬，天然容重在 2.6g/cm3以上，符合建筑材料标准，属外购料，距坝址区 65km，交通方便。 砾料场与块石料为同一料场，岩性及指标相同，同属外购料，距坝址区 65km，交通方便。 在施工安排上先进行泄洪建筑物（水塔）施工，后进行坝体培厚，但应安排 在非汛期施工，水塔施工需要修建围堰，根据水利水电枢纽工程等级划分及设 计标准小（二）型水库施工围堰洪水标准为 510 年，本工程拟采用 10 年， 1 综合说明 8 对应洪水总量 6.1 万 m3，对应静水位高程 2113.5m，安全超高取 0.5m，围堰顶高 程为 2114.0m，顶宽 3.0 m，长 76m，内、外边坡均为 1:2.0，压实度同主坝，不 小于 0.96。 工程计划总工期为 17 个月。2013.2.12013.6.30，主要完成围堰、水塔、 涵洞的施工，2014.2.1-2014.6.30，主要完成清基、坝前培厚、砼预制板护坡的 施工。具体施工安排见施工组织设计。 1.8 工程占地及淹没工程占地及淹没 经调查经，xx 水库除险加固的兴建无搬迁农户。 工程占地 16 亩，其中永久性占地 2 亩（旱耕地） ，临时性占地 14 亩（旱耕 地） 。 1.9 水土保持和环境保护水土保持和环境保护 根据水土保持法有关规定，水土保持方案应坚持水土保持措施与主体工 程“同时设计，同时施工，同时验收”的制度，防止新的水土流失发生，保证生 态环境的良性循环。征用土地的复垦方案，根据实际地形，因地制宜新修成水平 梯田，土坝施工完成后，坝后坡面裸露，遇雨水易冲刷，形成细沟，影响坝体安 全和美观。规划采用草灌结合，选择树种为柠条，草种为芨芨草。 工程的环境保护效益较大。xx 水库工程的实施，为当地提供更为安全的生产 和生活环境，解决水库上游水资源利用问题，促进当地的经济发展和生态环境建 设，工程建设的环境保护意义较大。 1.10工程管理工程管理 工程建成后，新建 xx 水库管理所，增设大坝监测设施，方便水库运行管理； 加强管理人员岗位培训，提高管理水平；建立健全管理制度，科学管理工程，确 保公益性水利工程长久发挥其工程效益。 1.11工程概算工程概算 工程总土方 1.42 万立方米，其中：土方开挖 0.6 万立方米，土方回填 0.82 万立方米；砌石 4.0 立方米，其中：浆砌石 4.0 立方米；浇筑混凝土 413 立方米。 1 综合说明 9 劳力 4.4 万工时。 工程共需钢材 9 吨，水泥 166 吨，砂子 603 立方米，石子 773 立方米，块石 5 立方米。 工程概算总投资为 150.94 万元。工程部分投资 144.81 万元，其中建安工程 88.2 万元，设备费 17.49 万元，临时工程 9.74 万元，独立费用 25.15 万元；预 备费 4.22 万元；水保及环保费 0.72 万元；淹没及征地补偿费 5.41 万元。 2水 文 10 2 2 水水 文文 2.1 流域概况流域概况 xx 水库位于 xx 县温堡乡 xx 沟村，属于甘渭河支流 xx 沟上，所在位置处于 黄土丘陵半干旱区，集水面积 3.4km2。地势自东向西倾斜，沟道流向与地势相同 展布。地貌类型以阴湿土石山区为主，流域上游植被良好，林草茂密。土壤为山 地草甸土。山顶浑圆，土坡陡陖多阶状。 2.2 水文站点及基本资料水文站点及基本资料 xx 水库所处甘渭河流域雨量站点很少。借用渝河流域的雨量站和水文站进行 水文要素分析。 2.3 气象要素气象要素 2.3.1气候气候 区域深居内陆，气候属中温带季风区半湿润向半干旱过渡性气候，春低温少 雨，夏短暂多雹，秋阴涝霜旱，冬严寒绵长。降雨集中，历时短、强度大，蒸发 强烈，气温变化大，无霜期较短，日照充足。灾害性天气主要有大风、干旱、冰 雹、霜冻等。 年均气温 5.1,1 月份最低，极值为25.7；7 月份最高，极值为 31.4。 热量丰富，春温上升快，秋温下降迅速。 无霜期 124 天，最少 94 天。年平均太阳总辐射量 5007 兆焦耳/平方米，年 日照时数 2228 小时。 夏季多偏南风，冬季多偏北风，平均风速 2.2m/s。冻土深度最大为 1m。 流域内沟道一般 11 月中、下旬开始有岸冰，次年 2 月开始融冰，2 月底至 3 月初终冰。封冻期水温 0。 2.3.2降水降水 xx 水库所在流域内多年平均降水量 540mm，降水量年内分配不均，主要集中 在 69 月，占全年总降水量的 72%，保证率 50%、75%的年降水量为 532mm、460mm，月分配情况见表 2-1。 2水 文 11 xx 水库流域多年平均及各保证率年降水量月分配表水库流域多年平均及各保证率年降水量月分配表 表 2-1 单位：mm 月 份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月 12 月 全年 多年平均 5.17.913.029.742.671.2120.3110.385.038.113.13.8540 p=50% 5.17.712.829.241.970.1118.5108.683.837.512.93.8532 p=75% 0.54.523.533.756.096.3108.550.757.423.64.90.5460 2.3.3蒸发蒸发 该流域多年平均水面蒸发（e601 型）810mm，干旱指数 1.50。水面蒸发量月 分配见表 2-2。 xxxx 水库水面蒸发量逐月分配表水库水面蒸发量逐月分配表 表 2-2 单位 mm 月 份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月全年 多年平均 26.732.461.694.8119.1111.8102.196.461.648.630.824.3810 %3.347.611.714.713.812.611.97.663.83100 2.4 径流量径流量 该流域多年平均径流深 65mm，多年平均径流量 22.1 万 m3，p=50%、75%保证 率的径流量及月分配情况见表 2-3。 xx 水库多年平均及各保证率年径流量月分配表水库多年平均及各保证率年径流量月分配表 表 2-3 单位：万 m 3 月份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月全年 多年平均0.540.571.071.081.261.783.513.943.592.221.540.9922.1 p=50%0.500.520.980.991.151.633.213.603.282.031.410.9120.2 p=75%0.570.580.691.211.433.622.301.540.620.580.420.2313.8 2.5 泥沙泥沙 本区植被较好，流水侵蚀比较轻，多年平均悬移质输沙模数 1700t/km2，年 输沙总量 0.578 万 t，输沙量主要集中在 68 月，占全年输沙总量的 79%以上， 各月输沙量见表 2-4-1,泥沙容重按 1.35t/m3，折算为体积后见表 2-4-2。 xx 水库多年平均输沙量月分配表水库多年平均输沙量月分配表 表 2-4-1 单位：万 t 月 份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月 11月12月全年 输沙量000.0080.0170.0580.2010.1350.1220.0190.018000.578 %001.42.91034.823.321.13.33.200100 2水 文 12 表 2-4-2 单位：万 m3 月 份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月 11月12月全年 输沙量000.0060.0130.0430.1490.1000.0900.0140.013000.428 %001.42.91034.823.321.13.33.200100 2.6 设计暴雨洪水设计暴雨洪水 2.6.1暴雨洪水特性暴雨洪水特性 区域暴雨一般集中在每年的 69 月，主要集中在 7、8 月，占暴雨发生次数 的 60以上。暴雨强度较大，本区域能形成大洪水的暴雨一类是笼罩面积小、历 时短、主雨 t13h，雨强大于 1mm/min。具有干旱半干旱地区暴雨的特征，即 强度大、历时短，持续大暴雨少。 洪水同暴雨一样发生在汛期 69 月，以 7、8 月最多，4、5、10 月偶尔有之。 因该流域为半干旱黄土丘陵沟壑区，洪水的产流方式为超渗产流。因植被差调蓄 能力小，产流后即泄，汇流快，造峰历时短，洪水多为尖瘦形，陡涨陡落，一般 不超过一天，大多几个小时。 2.6.2设计暴雨设计暴雨 本区的暴雨历时一般不超过 24h，主雨历时在 6h 左右，多为短历时暴雨，暴 雨笼罩面积不大，点面折减较快。本区 1 小时、6 小时点雨量均值为 23.0mm、41.0mm。设计最大点雨量参数，1 小时 cv=0.59， cs=3.5cv，6 小时 cv=0.55， cs=3.5cv，xx 水库设计频率 10%、5%、3.33%、0.33%、0.2%的 1h、6h 暴雨设计点雨量和设计面雨量见表 2-5、表 2-6。 xx 水库设计点雨量表水库设计点雨量表 表 2-5 单位：mm 设计暴雨（p=%） 暴雨历时 （h） 均值cvcs/cv 1053.330.330.2 1h23.00.593.540.650.155.987.694.5 6h41.00.553.570.586.195.1145.6156.6 2水 文 13 xx 水库设计面雨量 表 2-6 单位：mm 设计频率 p(%) 历时 （h） 项目 1053.330.330.2 点面折 减系数 0.990.990.990.990.98 1 设计 面暴雨 40.259.655.386.892.6 点面折 减系数 0.990.990.990.990.98 6 设计 面暴雨 69.885.294.2144.1153.5 2.6.3设计洪水设计洪水 2.6.3.1计算方法计算方法 由于 xx 水库坝址处无实测流量资料，因此采用暴雨资料推求设计洪水，依 据宁夏暴雨洪水图集及重新修订的宁夏不同历时暴雨参数等值线图。 2.6.3.2产流计算产流计算 xx 水库所在流域洪水多为超渗产流型，历时短，洪峰高。该区流域面积为 3.4km2，经 1/50000 地形图量算，概化长度为 2.6km。根据该区暴雨特性及下垫 面条件采用扣损法计算产流过程。 产流公式如下： iii fhr 为产流期某时段净雨 (mm)； i r 为产流期某时段面雨量 (mm)； i h 为产流期某时段损失水量（mm） ； i f xx 水库以上流域属于黄土丘陵干旱地区，平均损失率 fi公式如下： 半干旱区： )1 (41 79 . 0 022 . 0 32 . 0 cc htt ci etf 2.6.3.3汇流计算汇流计算 汇流计算是根据推求的设计净雨过程 ri 推求流域出口断面的洪水流量过程， 采用纳希瞬时单位线法推求。按瞬时单位线原理，就是净雨历时趋于零的极小时 段内产生的一个单位净雨（1mm 净雨深）在出口处所形成的流量过程线，其公式 为： u(t)= ktn e k t nk /1 )( )( 1 2水 文 14 式中：t时段变量； u(t) 为 t 时的瞬时单位线的纵坐标； n,k为瞬时单位线形状参数； (n) 伽玛函数; 据上式可导出时段单位线方程式为： q(tt)= dte k tt nk dte k t nkt f ktt n t ktn t )/( 1 0 /1 0 )( )( 1 )( )( 1 6 . 3 1 式中：q(tt)面积为 f 的流域上，t 时段内净雨量为 1mm 的单位线在 t 时 段的纵坐标，以 m3/s 计; t计算时段长（h） ； 换算系数； t f 6 . 3 1 纳希瞬时单位的累积曲线，又称 s(t)曲线；dte k t nk ktn t /1 0 )( )( 1 形同 s(t)曲线，唯在时间坐标上错后 tdte k tt nk ktt n t )/( 1 0 )( )( 1 时，用 s(t-t)表示。 s(t)- s(t-t)简写为 s(t)，为 t 小时无因次时段 t 时的纵高。以 (tt)表示。 2.6.3.4计算参数计算参数 在计算瞬时单位线，进行洪水演进时，须求得参数 n，k，滞时 m，计算公式 如下： 黄土丘陵区：n=1.22l0.231，k=m1i/n，m1i=0.148l0.9i-0.093 i产流区平均净雨强度（mm/h） ； l概化长度（km） ，该流域概化长度为 6.6km。 采用地区均衡法进行分析比较得到该水库不同设计保证率的洪水过程线。 2.6.3.5计算成果计算成果 该流域面积 3.4km2，清浑比 0.89。根据以上暴雨参数可以求得相应频率的洪 2水 文 15 峰流量、洪水总量见表 2-7。由汇流原理计算不同设计频率洪水过程线见表 2- 8。 xx 水库设计洪水成果表 表 2-7 单位：m3/s、万 m3 p(%) 项 目 10%5%3.33%2.0%1.0%0.5%0.33%0.2% 洪峰流量 10.214.316.718.120.822.625.227.6 洪水总量 6.18.510.112.315.217.519.521.4 xx 水库设计洪水过程 表 2-8 单位： m3/s 时段序号（t=0.5h） p(%) 1234567891011121314 100.05.810.28.14.72.61.20.70.30.20.10 50.08.114.311.26.63.51.81.00.40.20.10 3.30.09.716.713.37.94.22.11.10.60.30.10 20.012.818.114.49.35.73.51.91.20.80.40 10.010.620.819.613.58.35.12.91.71.10.60 0.50.011.222.621.615.610.36.54.02.51.50.80.60.20.0 0.30.012.625.224.017.411.57.24.52.71.60.80.60.20.0 0.20.013.827.626.519.112.67.94.93.11.80.90.60.20.0 3工程地质 16 3 3 工程地质工程地质 3.1 绪言绪言 受宁夏 xx 县水务局委托，宁夏地质工程勘察院于 2011 年 11 月 20 日至 11 月 25 日对 xx 县 xx 水库大坝进行了除险加固工程地质勘察工作。 xx 水库位于 xx 县、温堡乡、新庄村，属小（二）型水库，建设日期为 1976 年 3 月。 本次勘察的主要目的有： 查明水库及坝址区的工程地质条件； 查明水库渗漏的原因； 对坝体土原施工质量进行检验评价； 提出防渗处理意见； 查明水库配套建筑物的工程地质条件。 此次勘察工作执行的规范： 中小型水利水电工程地质勘察规范 （sl55-2005） ； 水利水电工程地质勘察规范 （gb54287-2008） ； 水利水电工程天然建筑材料勘察规程 （sl2512000） ； 岩土工程勘察规范 （2009 年版） （gb500212001） ； 建筑抗震设计规范 （gb500112010） ； 土工试验规程 （sl 2371999） ； 建筑地基基础设计规范 （gb50007-2002） ； 中国地震动参数区划图 （gb183062001） ； 湿陷性黄土地区建筑规范 （gb50025-2004） 。 提交技术成果如下： 一、文件 宁夏 xx 县 xx 水库除险加固工程地质勘察报告 1 份； 二、图件： 宁夏 xx 县 xx 水库除险加固工程坝体(址)工程地质剖面图 1 张； 宁夏 xx 县 xx 水库除险加固工程坝体(址)工程地质渗透剖面图 1 张； 3工程地质 17 宁夏 xx 县 xx 水库除险加固工程水塔地址剖面图 1 张； 三、附件 钻孔柱状图 1 张； 土工试验成果表 1 张； 水质分析成果表 1 份； 坝体土压缩曲线 1 张。 3.2 区域地质概况区域地质概况 3.2.1地形地貌地形地貌 xx 水库位于六盘山西麓，属中低山地貌区。水库处于两山间沟谷地带，冲沟 较发育，两岸岩体裸露，海拨高程 21002150m 之间，总体为东高西低，沟谷大 体为“u字型，两岸、级阶地不连续分布。 3.2.2地层岩性地层岩性 工作区主要分布的地层有第三系红柳沟组泥岩、第四系全新统壤土、角砾、 碎石等，现由老至新分述如下： 第三系红柳沟组（n1h） 泥岩：浅砖红色、灰褐色、灰绿色，中厚层状构造，泥质结构，强风化 层厚度 0.52.0m 左右，裂隙发育，多呈灰绿、灰褐色，岩体破碎，中等风化层 厚 0.51.0m，裂隙较发育。 第四系全新统上更新统马兰组(q3m) 黄土：灰白、土黄色，坚硬状态，具大孔隙，垂直节理发育，具湿陷性。广 泛分布于该区域。 第四系全新统（q4apl） 壤土：土黄色、灰褐色，可塑坚硬状态，具水平层理。局部含砾， 主要分布于河谷的、级阶地上。 角砾：杂色，稍密中密状态，次棱角状，一般粒径 515mm，含量约 50%，主要成份为砂岩、粗细砂及少量粘性土充填。角砾层主要分布于沟谷。 3.2.3地质构造及地震地质构造及地震 工作区属陇西系旋卷构造体系，受其影响西华山南华山六盘山隆起断褶 带对该地区影响最为显著。 3工程地质 18 西华山南华山六盘山隆起断褶带是陇西系较明显、突出的旋回褶带之一。 该带北起自甘肃省的黄家洼以西，向南东进入宁夏，经西华山、月亮山、六盘山 后复入甘肃境内。北部以西华山南华山北麓山前断裂为界，与兴仁海原新生 带坳陷带相邻，南部紧靠西吉新生带坳陷带。该断褶带呈向北突出之弧形展布， 弧顶在固原寺口子一带，为褶带出露最宽部位。往西北、南东方向，其宽度逐渐 变窄。 自挽近时期以来，西华山南华山六盘山隆起断褶带活动强烈。在 1219 年1962 年的 743 年间，沿西华山南华山六盘山隆起断褶带共发生过 9 次破 坏性大地震，发生 4 级以上地震 24 次，平均每两年半有一次 4 级以上地震发生。 根据中国地震动参数区划图 （1:400 万） ，工作区的地震动峰值加速度为 0.20g，地震动反应谱特征周期 0.45，地震基本烈度为度。 3.3 库区工程地质条件库区工程地质条件 3.3.1地形地貌及物理地质现象地形地貌及物理地质现象 库区属中低山地貌单元,河谷受水流的冲刷切割,使河谷形成“u”字型。两 岸冲沟发育.第三系基岩零星出露.风化强烈,裂隙发育,使表部岩体呈碎块状。 3.3.2地质构造地质构造 根据调查，库区未发现有断裂存在。 3.3.3地层岩性地层岩性 库区出露的地层岩性有第三系红柳沟组(n1h)泥岩；第四系上更新统马兰组 (q3m)黄土；第四系全新统冲积层(q41al)壤土；第四系全新统冲洪积层(q42apl)角砾。 由老至新分述如下： 第三系红柳沟组(n1h) 泥岩：浅红，砖红色，厚层状，泥质结构，风化强烈，裂隙发育，表部岩体 呈碎块状。该层分布于库区下部。出露于坝体上下游的冲沟中。 第四系上更新统马兰组(q3m) 黄土：灰白、土黄色，坚硬状态，具大孔隙，垂直节理发育，具湿陷性。广 泛分布于库区两岸，厚度大于 20m。 3工程地质 19 第四系全新统冲积层(q41al) 壤土：灰白、灰褐色，坚硬状态，具水平层理，局部含砾，有机质含量较高 ，植物根系发育，主要分布于河谷的、级阶地上。厚度 15m。 第四系全新统冲洪积层(q42apl) 角砾：杂色，松散稍密状，呈棱角及片状，主要由砂岩、泥灰岩、泥岩等 组成。常见粒径 13cm ,充填物为砂及粘性土，主要分布于河谷的底部。厚度 12.5m 左右。 3.3.4水文地质水文地质 库区地表水主要由上游各沟谷流水汇集，受季节性影响较强。勘察期间沟内 有地表水和地下水，其地表水化学类 hco3so42-clmgnaca 型， 对混凝土一般酸性、重碳酸盐型、镁离子型不具有腐蚀性，仅硫酸盐型具有中等 腐蚀性，so42-含量 434.67mg/ l。对钢筋混凝土结构中的钢筋，具有弱腐蚀性。 （cl=cl+ so42-0.25=386.96 mg/ l） ，对钢结构具中等腐蚀性。 （ph 值 3-11. cl+ so42-=712.95 mg/ l） 。 该库地下水水化学类型为 hco-3so42-camg 型水，根据水利水电工 程地质勘察规范 （gb504872008） 附录 l 环境水腐蚀性评价，对混凝土一般 酸性型、碳酸盐型、重碳酸盐型、镁离子型、硫酸盐型不具有腐蚀性。对钢筋混 凝土结构中的钢筋，不具腐蚀性。对钢结构具有弱腐蚀性。 3.3.5库区渗漏库区渗漏 库区地处中低山区，两岸为低山均高于设计最高水位线，也没有低于该库设 计正常蓄水位的邻谷及洼地。为此不存在两岸渗漏问题。 3.3.6库区浸没、库岸再造淤积库区浸没、库岸再造淤积 xx 水库地处中低山地貌单元，两岸低山或丘陵均高于正常蓄水位。经调查水 库在正常蓄水位高度范围无村庄、公路、农田及低于库水位的洼地，故加坝后不 存在浸没问题。 3.3.7水库诱发地震水库诱发地震 库区经调查上部覆盖层较厚，没有发现有断裂，特别是活动性断裂存在，也 未发现有滑坡现象。该水库规模较小，蓄水量不大，因此水库加坝后诱发地震的 3工程地质 20 可能性不大。 3.4 坝址工程地质条件坝址工程地质条件 3.4.1地貌及物理地质现地貌及物理地质现象象 库区属中低山地貌单元。总体地形为东高西低，两岸基岩出露，局部呈黄土 梁峁地貌，冲沟发育，库区沟谷大体呈 senw 向展布。由于流水切割侵蚀，河 谷呈“u”型。沟谷两岸有基岩出露。坝址区未见滑坡、崩塌等不良的地质现象。 3.4.2地质构造地质构造 坝址区沟谷两岸两岸基岩出露，没有发现有断裂构造和对坝体有不利影响迹 象。 3.4.3地层岩性地层岩性 通过地质勘察，坝址区的地层岩性有第三系中新统红柳沟组（n1h）砂质泥岩、 第四系上更新统马兰组（q3m）黄土、第四系全新统冲洪积（q41apl）壤土、 （q42apl）角砾碎石，人工填土（q4ml）等，现由老至新分述如下： 第三系中新统红柳沟组（n1h）砂质泥岩 红色、砖红色砂质泥岩、中厚层状，泥质结构，层状构造。该岩性属河湖 相沉积物。强风化厚度 2.0m，中等风化厚度 3.0m，中等风化以下基岩透水率大 于 1，小于 5 吕荣，属弱透水层。允许承载力：强风化r=200kpa，边坡比 1 ：1.5，中等风化r=250kpa，边坡比 1 ：0.75。新鲜完整r=350kpa，边坡比 1 ：0.5。 砂质泥岩物理力学性质指标统计表砂质泥岩物理力学性质指标统计表 项 目样本数最小值最大值平均值标准差 变异 系数 统计 修正 系数 标准差 地质 建议值 含水量 w (%)816.821.218.061.50.081.0619.118.1 湿容重 r (g/cm3)82.072.172.140.040.021.012.172.14 干容重 rd (g/cm3)81.71.861.810.050.031.021.851.81 孔隙比 e80.470.610.510.050.091.070.540.51 孔隙率 n831.9137.8233.691.980.061.0435.1633.7 土粒比重 gs82.732.742.730012.732.73 渗透系数 k10- 6(cm/s) 80.9557.118.7024.061.331.9835.8618.7 液限 wl（%）843.850.745.012.520.061.0446.8845 塑限 wp（%）824.227.024.791.080.041.0325.5824.8 塑性指数 ip819.423.520.231.450.071.0521.320.2 3工程地质 21 液性指数 il8-0.88-0.17-0.420.22-0.520.62-0.26-0.42 自由膨胀率 ef840.053.044.3 自由膨胀率 ef84 根据水利上水电工程地质勘察规范 （gb504872008）附录 s 膨胀土的判 别标准：xx 水库的砂质泥岩存在有弱膨胀潜势。 第四系全新统冲洪积粘土（q41apl） a、粘土：土黄色、褐黄色，稍湿，坚硬状态，有层理。主要分布水库两岸 一级阶地上，其厚度 5.0m6.0m，其物理力学性质指标为： 粘土物理力学性质指标统计表粘土物理力学性质指标统计表 项 目样本数最小值最大值平均值 变异 系数 统计 修正 系数 地 质 建 议值 含水量 w (%)31926.823.50.1723.5 湿容重 r (g/cm3)31.982.142.040.042.04 干容重 rd (g/cm3)31.561.81.650.081.65 孔隙比 e30.520.750.650.180.65 压缩系数 1-2 (mpa- 1) 0.20.270.240.160.24 压缩模量 es(mpa) 100-300 36.511.76.876.87 凝聚力 c(kpa)31213.512.50.0712.5 内摩擦角 （度）316.520.519.10.1219.1 渗透系数 k10- 6(cm/s) 35.27.466.10.26.1 液限 wl（%）343.844.944.40.0144.4 塑限 wp（%）324.324.724.50.0124.5 塑性指数 ip319.520.219.90.0219.9 液性指数 il3-0.270.1-0.050.2-0.05 r=160kpa，边坡比 1 ：1.25。 人工填土（q4ml） 为现坝体，最大坝高 23.0m，岩性为黄土（q3m）经人工碾压而成，其物理力 学性质指标按迎水面、坝体、背水面分述如下： a 坝体前坝坡（人工填土）物理力学性质指标为： 3工程地质 22 人工填土（前坝坡）物理力学性质指标统计表人工填土（前坝坡）物理力学性质指标统计表 项 目 统计 个数 最小值最大值平均值标准差 变异 系数 统计 修正 系数 地质建 议值 含水量 w (%)610.319.113.683.550.260.7513.68 湿容重 r (g/cm3)61.992.252.090.1080.0520.9512.087 干容重 rd (g/cm3)61.6711.981.840.120.0640.941.84 孔隙比 e60.370.620.490.0940.190.820.487 压缩系数 1-2 (mpa-1) 60.010.240.140.090.640.3940.14 压缩模量 es(mpa) 66.313.59.983.50.3610.5879.98 凝聚力 c(kpa)615.050.028.216.50.5860.4416 内摩擦角 （度） 628.536.