荷叶塘水库除险加固工程初步设计报告.doc

湖南省永州市冷水滩区荷叶塘水库除险加固工程初步设计报告 湖南省永州市水利水电勘测设计院1 综合说明1.1 概述1.1.1 工程概况荷叶塘水库位于湖南省永州市冷水滩区普利桥镇小江桥村境内，坝址地理位置处于东经11138301113839、北纬264109264121之间，距普利桥镇20km，湘江水系石岩江支流上游，有村级公路与普利桥镇及冷水滩城区相连，距冷水滩城区45km，交通较方便，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合利用的小（二）型水利工程。水库工程于1958年10月动工兴建，1959年10月竣工建成，主要由大坝、溢洪道、输水涵洞和进水卧管等组成。水库坝址以上控制流域集雨面积0.46km2，总库容12.3万m3，大坝为均质土坝，坝顶高程172.90m，最大坝高12.90m，坝顶轴线长182.0m，坝顶宽4.36m；溢洪道堰顶高程172.07m，堰顶宽4.0m。1.1.2 工程存在的病险问题荷叶塘水库建于上世纪五十年代末，水库坝型为均质土石坝，大坝填土采用砼圆滚进行夯压，由于受当时的建筑材料、施工设备及施工技术落实，造成水库质量“先天不足”。自修建完成运行近50多年以来，发现大坝存在诸多问题,水库运行过程中多次出现险情。荷叶塘水库管理单位历年来多次进行除险加固，但由于资金缺乏，未能进行全面系统的处理，多年来大坝一直带病工作，影响工程效益的正常发挥，目前工程存在如下主要病险：（1）坝体渗漏严重受当时的施工条件限制，土料、施工质量均未达到设计要求，大坝渗漏严重，下游坡面出现局部散浸现象，特别是大坝中间部分局部因渗漏出现滑坡、垮方。土坝与山坡结合部位清基不彻底，碾压不密实,左右坝肩形成集中渗漏点。（2）坝体与坝基接触界面渗漏坝体与坝基接触面，部分土体含砾量大，属于中等透水性。强风化带岩体透水性中等，施工时对坝基未进行防渗处理，导致库水沿坝体与坝基接触界面、强风化带产生渗漏。（3）溢洪道两侧及底部衬砌破损，形状不规则，且无消能设施，影响水库正常泄洪。（4）输水建筑物结构简单，且由于施工质量差，输水涵洞管身多处裂缝，渗漏严重；放水卧管侧面与基础接触面多处开裂，渗漏严重。（5）上游砼护坡浪蚀严重，大部分已经失效；上游防浪墙及浆砌石护坡80%垮塌，失去应有功效；下游坝坡靠大坝中间部位出现局部滑坡，且坝坡不规整，长有杂草，并出现大面积湿润面。（6）大坝下游无排水棱体且无其他排水设施。1.2 水文及调洪演算1.2.1 流域概况荷叶塘水库位于湖南省永州市冷水滩区普利桥镇小江桥村境内，坝址地理位置处于东经11138301113839、北纬264109264121之间，水库坝址以上控制流域集雨面积0.46km2，总库容12.3万m3，干流长度1.1km，干流平均坡降为18.19。库区内山丘众多，地势比较陡峭，植被一般，水土流失较轻。1.2.2 设计暴雨荷叶塘水库所在的水系上没有设水文站，建库后，水库没有设立任何水文气象观测设施，水库管理单位也没有开展入库流量观测等项目，无实测暴雨及洪水资料，属无资料地区。根据荷叶塘水库的地理位置(东经11138，北纬2641)和集雨面积(0.46km2)，在查算手册上查得该水库数湖南省暴雨一致区第八区，库区多年平均最大降雨量h24点为90mm。1.2.3 设计洪水荷叶塘水库没有水文气象观测资料，本次洪水复核的洪水计算根据湖南省水利水电厅1984年编制的湖南省暴雨查算手册进行计算，以下简称查算手册，采用推理公式推求设计洪水。入库洪水过程线由地面径流过程线与地下径流过程线叠加而成。其中地面径流过程采用径流系数法推求，地下径流过程利用三角形法推求。1.2.4 调洪演算荷叶塘水库溢洪道为开敞式，堰型为宽顶堰，从正常蓄水位172.07m（即溢洪道堰顶高程）起调，相应库容为9.93万m3。根据调洪演算的基本原则和基本资料，利用调洪演算的基本方程，求得荷叶塘水库20年一遇的洪水位为172.40m，200年一遇的洪水位为172.52m。1.3 地质1.3.1地形地貌荷叶塘水库大坝位于冷水滩区普利桥镇小江桥村境内，属低山丘陵地貌，侵蚀剥蚀作用为中等，地势南高北低。库区周边山体高差起伏不大，周围山体地貌呈不规则状分布。坝址处地形切割中等，冲蚀谷地貌呈不规则“”字型，大坝左右侧为低山，坡度较缓，坡角4050，覆盖层厚0.53.0m。1.3.2地层岩性坝址区出露地层简单，分布有泥盆系上统锡矿山组下段(d3x1)和第四系全新统 (qh)，现按自老至新的顺序简述如下：(1) 泥盆系上统锡矿山组下段(d3x1)：岩性为浅灰色微晶后层状，灰岩夹杂色薄层状细沙岩，岩质较硬，强风化，风化节理裂隙发育，岩石破碎、零散分部坝区。(2) 新生界第四系全新统 (qh)：残坡积层(qel+dl)，主要为棕色、黄灰色累粘土，不均匀含量小量碎石，稍湿-湿，呈硬塑状态，部分地段呈可塑状态，中低压缩性，厚度为0.55.0m，分部于坝区，为大坝基础持力层。1.3.3地质构造与地震坝址区及附近为泥盆系上统锡矿山组下段地层组成的单斜构造，坝址处岩层产状，走向nw310，倾向sw，倾角600，岩层走向与坝轴线斜交470，倾向库内，岩石较硬，节理裂隙发育，裂隙产状，走向se1500，倾向sw，倾角820，走向ew，倾向s，倾角560。据中国地震烈度区划图中国地震动峰值加速度区划图，冷水滩区地震动峰值加速度0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s，相对应的地震烈度度，属弱震相对稳定区，地震对区域稳定无不利影响。1.3.4 不良地质现象现场调查，该水库坝区两岸地形平缓，坡角4050，岩层倾向于山坡斜交，岩层倾角大，植被良好，不回发生不良地质问题，对大坝安全运行无不利影响。1.3.5 水文地质荷叶塘水库库区地下水类型为第四系土层孔隙潜水和基岩裂隙中潜水。孔隙潜水赋存于土层中，裂隙潜水存于基岩裂隙中。地下水直接受大气降水，地表水下渗补给，多排泄于沟谷中。区内地下水化学类型为hco3-c2型水，ph值6.5-7.2，根据环境水对混凝土腐蚀性的判别标准，该地下水对混凝土结构不具侵蚀性。1.3.6枢纽工程地质条件评价及工程地质问题坝基工程地质条件及工程地质问题:大坝基础岩层为泥盆系上统锡矿山组下段(d3x1)浅灰色微晶厚层状灰岩夹杂色薄层细沙岩，灰岩坚硬，溶裂发育不强，力学强度中等，细砂岩胶结物为铁泥质，力学强度低，浅部岩层，风化节理裂隙发育，掩体结构松散破碎，透水性强，地质构造简单，岩层产状变化小，倾向库内。未发现大的断裂构造。由于荷叶塘水库施工时大坝清基未清至基岩，坝体直接座落在残坡积层上，坝体与岸坡结合部位山体仅清除了树皮草根，未做防渗齿槽，也未采取其它必要措施进行防渗处理。坝体是由大批民工分区填筑而成，填筑土料主要为山坡残积风化土，施工时缺乏碾压机械，采用石夯和水锤夯砸夯实。水库运行后，水库沿经透水层渗漏，现以大坝外坡脚两处漏水点，对大坝安全运行构成了严重威胁。目前坝体存在以下问题：大坝坝面破烂不堪，杂草丛生，坝内防浪护墙及砼护面大面积已垮塌，失去原有功能；大坝外坡靠中间段散浸渗漏，且有部分滑坡。大坝左右坝脚与山体接触处有集中渗漏点；涵洞处漏水，水量0.02m3/s；未见坝脚排水设施及上、下坝踏步。根据现场勘察，填筑土料为局部含少量砾石的棕黄色粉质粘土，较松散，可塑，局部可软塑。由于施工没有严格按照施工规范要求施工，坝体存在填筑土料局部质量差、填土层厚、碾压质量差，密实不均、夯压不实等现象，以致坝体填筑土的抗剪性偏小，渗透性偏大，坝体于山体接触面处理不好，以上原因造成局部坝体和坝肩渗漏。溢洪道位于水库大坝左岸，为正槽式宽顶堰，浆砌石导墙及侧墙质量较差，尾端为天然状态，无消力池，溢洪时水流直接冲入下游鱼塘。溢洪道基础工程地质与大坝左段相同，基础持力层为岩性为浅灰色微晶后层状，灰岩夹杂色薄层状细沙岩，岩质较硬，强风化，风化节理发育，岩石破碎、零散分部。荷叶塘水库放水设施由输水涵洞和卧管组成，位于大坝右端。输水涵洞为浆砌石箱涵，砌石为灰岩块石，洞身座落在坝体填筑土内。断面尺寸0.300.40m（宽高），涵洞长约26.0m，由于施工时未按规范要求施工，砌筑质量差，库水沿涵洞与坝体接触带渗漏；卧管封堵不严，周边漏水严重，洞口长年水流不断，严重影响水库的正常蓄水，急待翻新加固。1.4 除险加固工程设计根据地质专家现场对该水库的工程地质勘查结果及设计现场查勘，确定荷叶塘水库存在坝体散浸、坝体与坝基接触界面渗漏，坝基渗漏，溢洪道底板未做衬砌抗冲刷能力较弱、侧墙垮塌比较严重，且无消能工设施，输水涵洞卧管侧墙开裂，坝下涵管基础和涵管上方沉陷等影响水库正常运行的工程隐患。本次拟对上述存在的各种隐患进行除险加固设计。1.4.1除险加固工程项目（1）.对大坝坝体进行冲抓套井回填防渗处理。（2）.大坝下覆基岩进行帷幕灌浆防渗处理，帷幕设置深度应深入坝基弱透水层（相对不透水层）1.00m。灌浆前先布置先导孔施工，以取得准确的地质参数，进一步验证和调整灌浆设计，以取得最佳防渗效果。（3）.坝顶破损严重，并有村级公路从坝顶经过，拟采用砼硬化路面的方式进行处理。上、下游坝坡整治：上游坝坡采用砼护坡到正常水位170.07m，170.07m高程以上采用浆砌石护砌至坝顶；下游坝坡采用草皮护坡，坝面设置排水系统，且上、下游坝坡增设踏步台阶。（4）. 卧管、涵洞老化、漏水严重，重建钢筋砼卧管、钢筋砼涵洞。（5）. 溢洪道为浆砌石溢洪道，有少量浆砌石护砌，但破损严重。溢洪道采取通过调洪计算复核过流能力，完善溢洪道设计。1.4.2 大坝加固处理措施大坝坝体进行冲抓套井回填防渗处理，坝基及坝肩采用帷幕灌浆。 坝坡整治在上、下游坝坡同时进行，原坝顶宽4.36m，不能满足稳定和施工要求，本次设计加固后坝顶总宽为4.5m。上游坝坡设计修整到171.9m高程坡比为1：2.3，171.9m高程至坝顶采用浆砌石护砌；大坝下游坡比设计为1：2.4，在169.00m高程处设0.35m宽过坝渠道。本次设计对上游坝坡进行20cm厚的c20砼护坡，两侧与山体接触处设计c20砼基座；坡脚设置c20砼基座。 护坡范围为：大坝170.07高程（正常水位）至坝坡脚基座166.70m高程。大坝下游坝坡在坝脚处增设排水棱体，其以上至坝顶采用草皮护坡，左右两端均与山体搭接处修建排水沟。对坝顶通道进行c20砼硬化设计。大坝坝顶长182.00m，本次设计加宽至4.5m，坝顶砼厚度为20cm。坝体排水采用棱体排水和贴坡排水相结合的方式。棱体总长度约87.0m，排水棱体底部高程为167.00m，顶部高程为168.00m，坡比为1:1，顶宽1.5m；贴坡排水底部高程为168.00m，顶部高程为169.30m，坡比为1：2.4。1.4.3 输水涵洞加固处理措施由于原坝下输水涵洞已出现渗漏情况，不利于空库检修枢纽各建筑物和灌溉用水，故将原输水涵管拆除重建。为满足使用要求，按原坝下底涵泄水量设计，涵洞底板高程：进口高程167.64m，出口高程167.24m。该洞为灌溉输水之用，断面形式选用圆管涵，采用pvc管外衬砼，尺寸为d=0.5m。涵洞放水卧管设计：原放水卧管由于施工质量差，清基不彻底，管身沉陷断裂，木塞止水不严，启闭方式落后。根据安全鉴定意见，将现有卧管管身及镇墩全部拆除后，对基础进行清挖处理，重新设计卧管。1.4.4 溢洪道加固处理措施根据业主要求及实际情况，本次设计对溢洪道控制段底板拆除重建，导墙局部改造；泄槽段底板拆除新建，侧墙局部改造；新建下游消力池。设计将溢洪道在原位置衬砌，仍为正槽开敞式溢洪道。溢流堰的堰面型式为宽顶堰，堰顶高程172.07m。溢洪道由控制段、泄槽段和消能段组成，设计控制段进口宽4.0m。溢洪道断面形式见相应标准断面图。1.5 施工组织设计1.5.1施工条件荷叶塘水库位于湖南省永州市冷水滩区普利桥镇小江桥村境内，有村级公路与普利桥镇及冷水滩城区相连，距冷水滩城区45km，交通较方便。1.5.2施工导流根据水利水电工程等级划分及洪水标准（sl252-2000）的规定，（小（二）型）水库等工程，导流临时建筑物为5级，土石类围堰设计洪水标准为105年一遇洪水重现期。本工程导流建筑物采用均质土围堰，选择导流临时建筑物设计洪水标准为5年一遇洪水重现期。根据施工进度安排，本次水库除险加固工程均安排在枯水期施工，由于需保护的项目工作量较小，导流时段选择10月次年2月。根据设计，施工需要导流的项目为坝低截水墙和涵洞改造。新开输水涵管为开挖埋设，施工时可利用围堰加开挖沟槽导流。在修建截水墙时需修围堰。1.5.3施工总进度布置本工程2013年10月开始施工，次年2月完成，总工期共5个月。施工准备期1个月，工程施工期4个月，完建扫尾1个月。工程筹建期不计入总工期，主要完成项目招标，施工征地等。施工期准备期1个月主要进行临时房屋，施工生产设施的修建，临时道路的修建等。工程施工期4个月，完成项目的主体施工。完建扫尾1个月，主要为扫尾工程施工，施工场地恢复与撤离，不计入总工期。1.6水土保持和环境保护1.6.1环境保护荷叶塘水库除险加固工程的实施，能使水库大坝和主要建筑物的险情隐患得到有效控制，为水库的安全运行提供了保障，也为水库的灌溉、防洪、养殖是明显的、主要的。但工程的实施也不可避免对区域的自然环境、生态环境、社会环境等产生一定的不利影响，而不利影响大部分发生在工程实施过程中，影响程度不大，持续时间不长，只要采取适当的措施，其不利因素可以得到控制和减轻。总之，该工程的兴建，其有利影响大于不利影响，体现了经济效益、社会环境效益的统一，工程建设是可行的。荷叶塘水库除险加固工程环境保护的主要任务是具体落实环境影响评价中提出的各项环境保护措施，着重对施工期施工区进行环境保护设计，并提出环境保护管理和环境保护投资预算。1.6.2水土保持根据工程分布的特点，项目建设区水土保持以工程措施为先导，项目建设施工工作面（或“点”）在施工期的水土流失结合建筑物建设预以防治，防止暴雨洪水时施工面上的土、渣入河、入沟。在可能新增水土流失得以控制的前提下，通过“面”上草、林植被建设和土地复垦措施，保护新生地表，改善库区生态环境，使建设工程能充分发挥其效益。1.7工程管理1.7.1工程建设初期管理荷叶塘水库大坝工程属v等工程，主要建筑物级别为5级，除险加固工程规模较大，须组织一个强有力的领导班子，成立专门的管理机构，相对独立地行使工程建设期内各项管理职能，以确保工程各项建设有序、有效、顺利进行。参照同类工程的经验和模式，初步确定管理机构框架：成立荷叶塘水库大坝除险加固工程建设指挥部，指挥部由镇政府主要领导任指挥长，村主要领导任副指挥长。指挥部管理人员由相关单位业务人员组成，工程技术人员主要考虑由水利局抽调。1.7.2工程运行期管理荷叶塘水库除险加固工程完建后，产权及管理权仍归村集体所有，由村委会独立行使管理职能，镇水管站协管，冷水滩区防汛办总调度。1.8工程概算静态总投资 196.78万元建筑工程费146.55万元机电设备及安装工程1.71万元金属结构设备及安装工程 0.80万元临时工程 12.43万元独立费用 25.92万元基本预备费 9.37万元 2 水文2.1 基本情况荷叶塘水库位于湖南省永州市冷水滩区普利桥镇小江桥村境内，坝址座落在普利桥镇小江桥村境内。坝址地理位置处于东经11138301113839、北纬264109264121之间，水库坝址以上控制流域集雨面积0.46km2，总库容12.3万m3，干流长度1.1km，干流平均坡降为18.19。库区内山丘众多，地势比较平缓，植被较好，水土流失较轻。2.2 气象情况荷叶塘水库属中亚热带季风气候，夏季多为低纬度海洋暖湿气团盘踞，温高湿重。冬季常为西伯利亚和蒙古干湿气团控制，清冷干燥。气候温和，光热充足，雨热基本同季；春温多变，冷气入侵频繁；春夏多雨，夏秋多旱；冬冷期短，暑热期长，无霜期长。全区年平均日照1620.4小时，年太阳辐射总量107.8千卡/厘米2，年平均气温17.6，日平均稳定通过10的初日为3月21日，终日为11月27日，间隔期252天；大于或等于10活动积温5660；无霜期289天；年均降雨量1440mm，70%以上集中在49月。2.3 设计暴雨荷叶塘水库所在的水系上没有设水文站，建库后，水库没有设立任何水文气象观测设施，水库管理单位也没有开展入库流量观测等项目，无实测暴雨及洪水资料，属无资料地区。根据荷叶塘水库的地理位置(东经11138、北纬2641)和集雨面积(0.46km2)，在查算手册上查得该水库数湖南省暴雨一致区第八区，库区多年平均最大降雨量h24点为90.0mm，其它参数的查算结果见表2.3-1。表2.3-1 荷叶塘水库设计暴雨成果p（%）项目0.55.010.0备 注kp2.531.781.531.统计参数h24点=90mmcv=0.4cs=3.5cv2.点面关系数=1.03.初损i0=30mmh24点(mm)227.7160.2137.7h24面(mm)227.7160.2137.7n20.6620.6920.702n30.7920.8170.827h1(mm)93.1471.58463.52h3(mm)135.02100.4188.12h6(mm)170.66124.3108.34h12(mm)197.13141.12122.14r总(mm)192.41127.09105.260.750.750.75r上(mm)144.3097.6578.942.4 设计洪水荷叶塘水库没有水文气象观测资料，本次洪水复核的洪水计算根据湖南省水利水电厅1984年编制的湖南省暴雨查算手册进行计算，以下简称查算手册，采用推理公式推求设计洪水。a) 设计净峰流量及汇流时间参照查算手册，采用推理公式求净峰流量和汇流时间。qm=0.278frt/t 2-3 2-4通过试算求得。汇流公式中，qm为地面最大净峰流量（m3/s），f为流域面积（km2），rt/t为地面径流强度，t为汇流时间（h），l为流域干流长度（km），j为干流平均坡降，m为因流域形状而变的系数，由水库集雨面积（0.46km2），干流长（1.1km）及干流平均坡降（0.01819），得，m=0.1450.489 =0.321。将有关数据代入汇流公式，求得荷叶塘水库的地面洪峰流量及其它有关参数如表2.4-1。表2.4-1 地面洪峰流量重现期（a）2002010q上m(m3/s)4.983.452.91(h)2.432.662.78qi（m3/s）18.412.210.1q上m/qi0.270.2840.289q下m(m3/s)0.470.310.21q下m(m3/s)0.040.020.01w(万m3)8.855.854.84b) 入库洪水过程线入库洪水过程线由地面径流过程线与地下径流过程线叠加而成。其中地面径流过程采用径流系数法推求，地下径流过程利用三角形法推求，入库洪水过程线成果见表2.4-2。表2.4-2 荷叶塘水库入库洪水过程线（推理公式） 单位: m3/s重现期(a)2002010000013.52.40.425.03.52.132.91.93.042.01.31.751.61.01.261.30.90.971.20.70.781.00.60.690.80.50.5100.70.50.5110.70.40.4120.50.30.3130.50.30.3140.40.30.2150.40.30.2160.40.20.2170.30.20.2180.30.20.2190.30.20.3200.20.10.3210.20.10.3220.10.10.3230.10.10.3240.100.32.4.2 成果合理性分析从洪水模数定性上分析：荷叶塘水库200年一遇洪峰模数为10.98m3/s.km2，20年一遇洪峰模数为7.61m3/s.km2，10年一遇洪峰模数为6.42m3/s.km2，符合流域一般特性。因此，荷叶塘水库设计洪水在面上分析是合理的，本次设计成果可满足本阶段设计的要求。2.4.3 分期洪水荷叶塘水库枯水期一般为10月至次年3月，水库除险加固施工最好选择在这段时期进行。根据库区降雨情况分析，一般分10月至次年3月、11月至次年2月、12月至次年1月三种，根据经验数据统计，各种洪水的估算结果如表2-4。表2-4 分期洪水估算结果表项 目10月至次年3月11月至次年2月12月至次年1月统计参数一日降雨量均值(mm)42.133.226.4cv0.40.40.4cs/cv3.53.53.5一日洪量（万m3）10年一遇2.2 1.61.145年一遇1.451.260.963年一遇1.181.050.84水库水位(m)10年一遇167.82167.71167.645年一遇167.73167.62167.583年一遇167.68167.54167.46备注：1、径流系数采用枯水期平均值0.47； 2、起调水位为死水位167.24m，相应库容0.2万m3； 3、集雨面积内的来水量全部留在水库内； 4、水库水位由库容曲线查算。2.5 调洪演算2.5.1 调洪演算的基本原则1）荷叶塘水库溢洪道为开敞式，堰型为宽顶堰，从溢洪道堰顶高程水位172.07m起调，相应库容为9.93万m3。2）溢洪道无闸门控制，当水位超过溢洪道堰顶时，库水自动溢泄，水库水位随入库流量增大而上涨，直到设计和校核洪水位，其下泄流量相应达到设计和校核流量，入库洪水流量小于溢洪道的泄流能力，库水位下降。3）为了水库安全起见，出库流量只计溢洪道的泄流能力，不计输水涵洞的出库流量。2.5.2 调洪演算的基本方程根据水量平衡原理，调洪演算的基本方程为：式中：q入库流量（m/s）; q出库流量（m/s）； v库容（万m）； 计算时段长（s）； i 时段编号。2.5.3 调洪演算的基本资料根据荷叶塘水库溢洪道底板高程（172.07m）进行调洪演算。1）水位与库容曲线荷叶塘水库库区植被较好，库尾各支流入库口淤积情况均较轻，本次洪水复核采用由荷叶塘水库提供原始水位库容曲线，详见表2.5-1。表2.5-1 荷叶塘水库库容曲线 水位(m)172.07172.17172.37库容(万m3)9.9310.5111.84水位(m)172.47172.57172.67库容(万m3)12.5513.3814.512）泄流曲线 荷叶塘水库的泄流曲线是根据荷叶塘水库溢洪道的堰型，按照溢洪道设计规范推荐的公式计算。其中b为4.0m，m流量系数，取为0.38；侧向收缩系数,取0.909；溢洪道底板水位172.07m以上水库水位与溢洪道泄流量的关系见下表2.5-2。表2.5-2 荷叶塘水库库水位下泄流量曲线库水位(m)堰上水头(m)下泄流量(m3/s)172.0700172.170.10.3172.270.20.6172.370.31.07172.470.41.7172.570.52.643）入库洪水过程线由于无入库流量实测资料，其入库洪水过程只能根据查算手册采用推理公式和径流分配系数法推算，详见表2.4-2。2.5.4 调洪演算的结果根据调洪演算的基本原则和基本资料，利用调洪演算的基本方程，求得荷叶塘水库20年一遇的洪水位为172.40m，200年一遇的洪水位为172.49m，详见表2.5-3。表2.5-3 荷叶塘水库调洪演算结果频 率p(%)最高水位zm(m)相应库容vm(万m3)相应泄量qm(m3/s)10172.3611.351.385172.4011.691.700.5172.4912.302.652.6 挡水建筑物抗洪能力复核根据水库大坝安全评价导则（sl258-2000）的有关规定，抗洪能力复核主要是对水库挡洪建筑物顶部高程进行复核。2.6.1 坝顶高程复核 根据碾压式土石坝设计规范sl274-2001（以下简称规范），水库大坝的顶部(大坝上面设有防浪墙时为防浪墙顶部) 应高程等于水库不同运用情况下的静水位与相应的超高之和，静水位以上的超高参照水利水电工程等级划分及洪水标准sl252-2000执行，具体计算式如下： z=z0+rp+e+a式中：z水库大坝顶部高程（m）； z0水库静水位（m）； rp波浪爬高，； kp系数，按规范附表a.1.13确定； rm波浪平均爬高，； 糙率渗透系数，取0.9； kw经验系数，按规范附表a.1.12-2确定； hm平均浪高（m），按莆田公式计算； w计算风速，设计取1.513.2m/s，校核取13.2m/s； d风区长度，取100m； lm平均波长（m），按莆田公式计算； m坝坡系数，取为2.0； e风壅水面高（m）； a安全超高，正常运用取0.50m，非常运用取0.30m。计算结果如下表2.6-1和表2.6-2：表2.6-1 荷叶塘水库大坝在静水位以上的超高项目r（m）e（m）a（m）y（m）正常运用0.350.00420.50.46非常运用0.200.00180.30.65表2.6-2 荷叶塘水库大坝坝顶高程计算表运用情况静水位（m）大坝静水位超高值（m）大坝顶部所需最低高程(m)大坝现有坝顶高程超高（m）正常运用172.070.46172.53173.00.47非常运用172.490.65173.14173.0-0.14经上述复核，根据防洪标准（gb50201-94）规定，荷叶塘水库大坝顶部现有高程173m，比本次复核高程173.14m，比现有坝顶高0.14m，荷叶塘水库大坝坝顶高程不能满足洪水的挡洪要求。2.6.2 溢洪道控制段导墙顶部高程复核荷叶塘水库溢洪道无闸门控制，根据溢洪道设计规范（sl253-2000）2.3.7规定，控制段导墙顶部高程不得低于校核洪水位加安全超高值。溢洪道安全超高下限值如表2.6-3.。表2.6-3 安全超高下限值表运用情况控制段建筑物级别123挡 水0.70.50.4泄 水0.50.40.3因此，荷叶塘水库溢洪道控制段导墙顶部高程不得低于161.28m+0.3m=161.58m，而小于溢洪道溢流堰控制段现状岸墙顶部高程162.04m,故满足规范要求。因溢洪道控制段现状不规则，部分护砌已破损且垮塌，不能满足溢流要求，故本次设计将控制段导墙修整并护砌至原来高程，即162.04m。3 工程地质3.1 概述荷叶塘水库位于湖南省永州市冷水滩区普利桥镇小江桥村境内，属湘江水系燕子岩支流上游，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养鱼等综合利用的小（二）型水利工程。水库枢纽由大坝、溢洪道、输水涵洞和进水卧管等组成。大坝为均质土坝，坝顶高程173.00m，坝基高程166.01m，最大坝高10.02m，坝顶轴线长131.0m，坝顶宽2.53m；溢洪道位于大坝左岸，堰顶高程172.07m，堰顶过流宽1.2m，为宽顶堰；涵洞靠近大坝左岸10m处，进口为浆砌料石结构，断面尺寸0.3m0.4m。我管为浆砌石结构，断面尺寸0.5m1.0m。水库工程于1964年10月动工兴建，1964年12月竣工建成，施工队伍为当地民工。水库建成后至今运行近50年。由于施工质量差，工程老化，大坝存在不少病险隐患。目前存在的主要地质问题是：、上游坡有砼护坡，风化破损，下游坝脚排水棱体部分失效；、坝体散浸、坝体与坝肩基岩接触界面散浸、坝基渗漏；、大坝外坡出现滑坡、跨方；、涵洞进口坝体多次踏洞，坝内坡涵洞上部1998年曾踏洞，直径达2.5m；、坝左岸与溢洪道侧墙接触部存在渗漏。根据水利部办公厅、财政部办公厅关于印发小（2）型病险水库除险加固工程初步设计指导意见的通知（办规计【2011】206号）文件，小（2）型病险水库除险加固工程初步设计指导意见明确“坝址区及各建筑物工程地质勘察宜以查明主要工程地质问题、工程险情和隐患的性质为目标，加强工程地质分析，必要时补充地质勘察工作。”考虑到本工程为一般小（2）型水库，根据其重要性，不进行地质钻探，针对水库枢纽存在的问题，2012年4月，由地质工程师承担荷叶塘水库大坝除险加固工程初步设计阶段的野外地质调查、地质测绘任务，并借用离本工程2.0km内的石塘水库（2011年11月已采取除险加固）除险加固工程地质资料进行地质分析。3.2工程区地质概况3.2.1地形地貌荷叶塘水库大坝属低山丘陵地貌，侵蚀剥蚀作用为中等。库区周边山体高差起伏不大，周围山体地貌呈不规则圆形状分布，左岸山体较厚，右岸山体单薄。坝址处地形切割较强烈，冲蚀谷地貌呈不规则“v”字型，大坝左右侧为低山，左岸坡度100200，右岸坡300400，覆盖层厚0.52.00m。3.2.2地层岩性坝址区出露地层简单，分布有泥盆系上统锡矿山组上段(d3x2)和第四系全新统(qn)，现按自老至新的顺序简述如下：(1) 泥盆系上统锡矿山组上段(d3x2)：岩性为浅黄色钙质砂岩，粉砂岩，泥质页岩，砂岩岩质较硬，页岩岩质较软，强风化，风化节理裂隙发育，岩石较完整。(2) 新生界第四系全新统 (qh)：残坡积层(qel+dl)，主要为褐红色粉质粘土，不均匀含量不一岩石碎块，上部土层干，不可塑，下部土层稍湿-湿，呈硬塑-可塑状态，中低压缩性，厚度为0.52.0m.3.2.3地质构造与地震坝址区及附近为泥盆系上统锡矿山组上段地层组成的单斜构造，坝址处岩层产状，走向nw30132 ，倾向ne，倾角500，岩层走向与坝轴线斜交390，倾向库内，岩石较破碎，风化节理裂隙发育，裂隙产状，走向nw3350，倾向ne，倾角630，走向ne，倾向nw，倾角410。据中国地震烈度区划图中国地震动峰值加速度区划图，冷水滩区地震动峰值加速度0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s，相对应的地震烈度度，属弱震相对稳定区，地震对区域稳定无不利影响。3.2.4 不良地质现象现场调查，该水库坝区发现有不良地质现象存在，表现不良地质现象主要是大坝本身及基础岩层风化节理裂隙发育，岩石较破碎，为弱强透水层，存在着不利因素，对大坝安全运行有不利影响。3.2.5 水文地质荷叶塘水库库区内大坝左岸40m左右山坡下，出露一处季节泉水，雨季时流入库内，旱季时向外流出。地下水类型为第四系土层孔隙潜水和基岩裂隙中潜水。孔隙潜水赋存于土层中，裂隙潜水存于基岩裂隙中。地下水直接受大气降水补给，排泄于沟谷中。区内地下水化学类型为hco3-c2型水，ph值6.5-7.2，根据环境水对混凝土腐蚀性的判别标准，该地下水对混凝土结构不具侵蚀性。3.3坝基工程地质条件及评价3.3.1 坝基工程地质条件评价及工程问题荷叶塘水库施工时大坝清基未清至基岩，坝体直接座落在残坡积层上，坝体与岸坡结合部位山体仅清除了树皮草根，未做防渗齿槽，也未采取其它必要措施进行防渗处理。坝体是由大批民工分区填筑而成，填筑土料主要为山坡残积风化土，施工时缺乏碾压机械，采用石夯和水锤夯砸夯实。目前坝体存在以下问题：大坝坝面破烂不堪，杂草丛生，局部出现沉陷；大坝散浸渗漏，大坝脚涵洞处漏水，水量0.02m3/s；未见坝坡排水沟及上、下坝踏步。根据现场勘察，填筑土料为局部含少量砾石的棕黄色粉质粘土，较松散，可塑，局部可软塑。由于施工没有严格按照施工规范要求施工，坝体存在填筑土料质量差、填土层厚、碾压质量差，密实不均、夯压不实等现象，以致坝体填筑土的抗剪性偏小，渗透性偏大，以上原因造成坝体渗漏。3.3.2附属建筑物区工程地质条件溢洪道位于水库大坝左岸，为正槽式宽顶堰，浆砌石导墙及侧墙质量较差，尾端为天然状态，无消力池，溢洪时水流直接冲入小沟渠和田里。溢洪道基础工程地质与大坝左段相同，基础持力层为岩性为浅黄色钙质砂岩，粉砂岩，泥质页岩，砂岩岩质较硬，页岩岩质较软，强风化，风化节理裂隙发育，岩石较完整。荷叶塘水库放水设施由输水涵洞和卧管组成，位于主坝左端。输水涵洞为浆砌石箱涵，砌石为灰岩块石，洞身座落在坝体填筑土内。断面尺寸0.300.40m（宽高），涵洞长约35.2m，由于施工时未按规范要求施工，砌筑质量差，库水沿涵洞与坝体接触带渗漏；卧管封堵不严，周边漏水严重，洞口长年水流不断，且进口段上方有曾出现踏洞，处理不彻底，严重影响水库的正常蓄水，急待翻新加固。3.4 坝体工程质量及存在的问题3.4.1 坝体填筑质量均质坝体填料的基本物理性质各项指标基本符合均质土坝体各分区结构的质量要求。填料土质比较好，但由于施工质量差，碾压不密实，坝体局部抗渗性能较差，仍具有中等透水性。局部坝内外坡产生渗透变形，1998年外坡靠近大坝中间段出现滑坡现象。上游有砼护坡，风化严重，下游有排水棱体，但部分失效，下游坝坡杂草丛生。坝体总体质量差。3.4.2大坝分区为查明坝体工程质量，走访了参与该水库工程设计、施工、管理等老同志及当地村民，并查阅了该工程设计、施工、竣工等历史档案资料，确定该水库大坝为均质土坝，坝脚有排水设施，坝体按二个分区。qs区为均质土坝坝体。主要由含少量砾的粘土、砂质粘土填筑而成。参照附近石塘水库工程经验，填土的特性如下：颗粒组成情况：砾石含量平均占3.63%，砂粒含量平均占12.73%；粉粒含量平均占32.63%；粘粒含量平均占31.43%。颗粒组成比基本符合均质土质要求。土的物理性质：天然含水量平均为25.8%；干密度平均为1.5g/cm3；湿密度平均为1.9g/cm3；孔隙比平均为0.76。其含水量略偏大，其它较适宜。抗剪性：填土的内摩擦角平均为16.43；凝聚力平均为18.63kpa。渗透性：水平渗透系数平均为5.110-5cm/s；垂直渗透系数平均为4.410-5cm/s。土的液、塑性指数与抗震:填土的液性指数il0.080.28，塑性指数ip10.511.9，按照水工建筑物抗震设计规范（sdj1078）规定：当液性指数il0.751.0时或塑性指数ip小于10时的土才有可能在地震时产生液化，填土两个指标均未超过规定经验值，故抗震性能良好。3.5物理力学指标建议值参照附近石塘水库工程经验，结合大坝现状观测，进行综合数理统计分析，提出大坝分区物理力学性指标和渗透系数推荐值，如表3-5：表3-5 大坝岩土物理力学指标推荐值岩土名称项目大 坝qsqs天然含水量%26.8岩土物理力学指标天然密度（g/cm3）干密度1.48湿密度1.572.452.50液限含水量%35.6塑限含水量%20.9塑性指数14.2液性指数0.26内摩擦角（）固结快剪11.216.1tg=0.40.45固结慢剪12.018.0凝聚力（kpa）固结快剪22238.010.0固结慢剪2122渗透系数（cm/s）水平向6.310-51525lu垂直向1.010-5注： qs为坝体填土，含砾粉质粘土;坝基为冲洪积层粉质黏土。3.6天然建筑材料根据施工要求，本次对大坝除险加固所需的土料、砂砾石料、块石料的产地、储量、质量以及开采运输条件进行了较为详细的地质调查和勘察。3.6.1 土料本次调查土料场一个，土料场就在附近普利桥镇小江桥村山区，距荷叶塘水库大坝约5.0km，储量满足需求，无用层厚0.5m，据试验及工程经验类比，土料物理力学参数：天然含水量24.0%，最优含水量23.8%，最大干密度1.60g/cm3，击实25次，垂直渗透系数1.010-6cm/s，水平渗透系数7.810-6cm/s，根据天然建筑材料规范和设计要求，大坝防渗料渗透系数宜小于10-5 cm/s，此土料可作土坝防渗土料。3.6.2 砂砾石料据调查，水库附近无砂料场，需从30km的冷水滩区文昌阁沙场购买。砂砾料的质量及日供量均可满足工程需要。3.6.3 块石料距荷叶塘水库大坝20km处的马坪开发区二皇庙采石场可供块石料，岩质坚硬，质量较好，运输条件较为方便，完全能满足工程设计需要。3.7 结论与建议3.7.1 结论（1）本区无活动性断裂构造，地震基本烈度小于度，区域稳定。（2）水库大坝存在的主要地质问题是渗漏，除险加固的重点是防渗。坝体填土结构松散，密实性和均一性较差，渗透系数偏大，坝体存在渗漏隐患。基础岩层力学强度较高但裂隙岩溶具多向异性，上部岩石破碎，节理裂隙、岩溶比较发育，大坝下部残坡积层与基岩接触带及基岩上部深度35m的节理裂隙、岩溶发育段的岩石渗漏，经灌浆处理后方可作为土坝基础。（3）. 输水涵洞砌筑质量差，卧管、涵洞侧墙开裂变形，库水沿涵洞与坝体接触带产生集中渗漏，输水涵洞长年水流不断，需加固防渗处理。（4）. 溢洪道基础为风化残积层及岩性为浅黄色钙质砂岩岩体，抗冲强度低，必须全线护砌加固。3.7.2 下步工作建议（1）.建议对大坝坝体进行冲抓套井回填防渗处理。（2）.建议对大坝下覆基岩进行帷幕灌浆防渗处理，帷幕设置深度应深入坝基弱透水层（相对不透水层）2.00m。灌浆前先布置先导孔施工，以取得准确的地质参数，进一步验证和调整灌浆设计，以取得最佳防渗效果。（3）.建议对溢洪道采取增加泄槽和消能工，控制段翻新加固处理；（4）.建议对涵洞及卧管采取翻新加固处理。(5).加强施工阶段地质工作，利用先导孔进行坝基压水试验及坝体注水试验，根据先导孔试验成果及时调整坝体冲抓与坝基帷幕的高度位置。及时处理施工中发现的工程问题，并合理调整施工方案。4 除险加固设计4.1 工程设计原则和依据4.1.1工程等别及建筑物级别荷叶塘水库总库容为17.2万m，根据水利水电工程等级划分及洪水标准（sl252-2000），工程等别为等工程，大坝、溢洪道等主要建筑物级别为5级，其他次要建筑物别为5级，临时建筑物为5级。4.1.2 洪水标准该水库永久性水工建筑物20年一遇洪水标准设计，200年一遇洪水标准校核。泄水建筑物消能防冲设计的洪水标准为10年一遇。4.1.3 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与洪水标准(sl252-2000)；(3)水利水电工程初步设计报告编制规程（dl50201-93）；(4)碾压式土石坝设计规范（sl274-2001）；(5)土坝坝体灌浆技术规范(sd266-88)；(6)灌溉与排水工程设计规范（gb20588-99）；(7)水工建筑物水泥灌浆施工技术规范(sl60-94)；(8)土石坝安全监测技术规范(sl60-94)；(9)溢洪道设计规范(sdj341-89)；(10)水工建筑物荷载设计规范(dl5077-1997) ；(11)水工混凝土结构设计规范(sl/t191-96) ；(12)水工挡土墙设计规范(sl379-2007）。4.2 工程现状及存在的问题 荷叶塘水库建于上世纪五十年代，水库坝型为均质土石坝，大坝填土采用砼圆滚进行夯压，由于受当时的建筑材料、施工设备及施工技术落实，造成水库质量“先天不足”。自修建完成运行近50多年以来，发现大坝存在诸多问题,水库运行过程中多次出现险情。荷叶塘水库管理所历年来多次进行除险加固，但由于资金