水库除险加固工程设计毕业论文.docx

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水库除险加固工程设计毕业论文

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海南省海口市三十六曲溪龙坡水库除险加固工程

摘要

龙坡水库位于海南省海口市，工程于1957年3月动工兴建，1972年竣工并投入使用，是一座以灌溉为主，兼有防洪、供水、养殖等综合效益的小

（2）型水库。

水库大坝影响下游大部分居民及耕地900亩。

龙坡水库为V等工程，主要建筑物级别为5级，设计洪水为10年一遇，校核洪水标准50年一遇。

设计为均质土坝，现状坝顶高程57.5m，坝址以上干流长1.2km，总库容43万m³。

由于多年运行，大坝出现了老化，损害，渗漏等不利于大坝运行的问题。

本次除险加固工程主要内容包括大坝上游坡整修加固，下游坡整修加固，增设坝体排水设施和坡面排水系统；溢洪道新建工程，设计溢洪道控制段高程为55m，溢洪道全长为32m，控制段上设桥。

其中，溢洪道净宽5m。

本次设计的主要内容为：

通过对龙坡水库复核基本资料为水文设计洪水复核、洪峰流量以及溢洪道最大泄洪能力复核、大坝渗流稳定分析、除险加固方案设计、施工组织设计等。

通过水文方面计算，试算出设计和校核水位，最后进行溢洪道最大泄流能力复核，另外通过大坝的渗流稳定分析确定大坝是否存在险情并采取有效的工程措施，从而使大坝达到除险加固的目的。

关键词：

水利工程;水文计算;稳定分析;渗流分析;除险加固

Haikoucity36quxiLongPoreservoirofhainanprovince

reinforcementengineeringproblems

Abstract

LONGPOreservoirislocatedinHaikouCity,HainanProvince.TheprojectinMarch1957startedconstruction，completedin1972andputintouse.Itisamainlytoirrigation,floodcontrol,watersupplyaquacultureandsoon.Itisaoverallefficiencyofthesmall

（2）reservoir.Itisimpactofmostpopulationand900acresofarableland.

LONGPOreservoirisanVgradeprojects,forthefivelevelsmainbuildings,thedesignfloodis10yearsmeets,assoonastheexaminationfloodstandard50yearsmeet.Itisdesignedforhomogeneousearth,statuscrestelevationof57.5m,longthemainstreamabovethedamsite1.2km,thetotalcapacityof0.43millionm3.Thedamhasbeenseriouslydamagedandsoon,thesafeoperationofthedamisextremelyunfavorableto.Thereinforcementprojectincludesmajorrefurbishmentofthedamupstreamslopereinforcement,repairdownstreamslopereinforcement,drainagefacilitiesandtheadditionofthedamslopedrainagesystem;spillwaynew-bulit，spillway,32meters，controlsectionissetonbridge.Amongthem,thespillwaybanisterscanmeetthe5m.

Themainelementsofdesign,includingreviewofhydrologicaldesignflood,peakflow,aswellasreviewofthefloodlargestdischargecapacityofthespillway,damseepageandstabilityanalysis,eliminatingandreinforcementdesign,organizedconstructiondesignetc.

Throughthehydrologicalaspectsofcomputing,wecandesignandverificationtesttocalculatethewaterlevel,andfinallythemaximumspillwaydischargecapacitytoreview.Theseepagethroughthedamtotellthedamstabilityanalysistodeterminewhetherthereisdangerandtotakeeffectivemeasures,thuseliminatingdangerofdamreachedthepurposeofreinforcement.

Keywords:

hydraulicproject;Hydrologicalcalculation;stabilityanalysis;seepageanalysis;reinforcement

第1章综合说明

1.1概况

1.1.1基本情况

龙坡水库位于海南省海口市琼山区红旗镇境内，属三十六曲溪。

流域为珠碧江支流。

其具体位置详见龙坡水库对外交通位置示意图。

坝址以上集雨面积0.97km2，坝址以上河流长度1.2km，河流比降16‰。

水库设计灌溉面积810亩，实际灌溉面积900亩，是一宗以灌溉为主，兼有养殖等综合利用的小

（2）型水利工程。

此外水库影响下游部分地区群众的生命财产安全及下游约900亩耕地的防洪安全。

龙坡水库于1957年3月动工兴建，1972年11月竣工完成，并发挥效益，2004年对大坝迎水面砼护坡、背水面草皮护坡加固、新建启闭机室。

水库水库现状大坝设计洪水标准无资料；现状水库特征水位：

水库正常蓄水位55.00m，设计洪水位55.80m，校核洪水位56.50m，死水位47.7m，正常库容33.3万m3，总库容43万m3。

本水库是一座以灌溉为主的小

（2）型水库。

枢纽工程由大坝、输水涵管组成。

龙坡水库枢纽工程建筑物主要有：

大坝1座、输水涵管1座。

大坝为均质土坝，坝顶长220m，宽4.0m；现实测坝顶高程57.50m；最大坝高10.0m；坝顶为泥土路面，上游采用砼护砌，坡度1：

2.5；下游为草皮护坡，坡比1：

2.0，下游50.9m位置设有0.8m宽马道；无坝肩排水系统，下游贴坡排水失效，坝脚渗漏积水严重。

水库无溢洪道。

输水涵管位于大坝右坝肩，为浆砌石方涵，尺寸0.65m×1.0m，出口底高程47.50m，进口底高程47.70m；进口设有铸铁转动门盖，绞车启闭，现启闭设备老化锈蚀严重，松动漏水，启闭机室整体较好。

1.1.2水文气象

本流域属于亚热带海洋气候，春季温暖少雨多旱，夏季高温多雨，秋季多台风暴雨，冬季冷气流侵袭时有阵寒。

全年日照时间长，辐射能量大，年平均日照时数2000小时以上；年平均气温23.8℃，最高平均气温28℃左右，最低平均气温18℃左右，年无霜期346天；多年平均降雨量1830mm，多年平均径流深860mm，坝址处多年平均来水量83万m3。

1.1.3工程地质

龙坡水库库坝区地震动峰值加速度为0.30g，相应地震基本烈度8度。

库坝区区域构造稳定性分级属构造稳定性较差区域。

库区地处火山岩剥蚀准平原地貌单元，库区周边山坡总体稳定性较好；因没有大型冲沟发育，且植被茂密，故不存在发生泥石流或大体积固体径流的条件，库区周边没有发育深大沟谷，库盆完整，不会产生永久性邻谷渗漏。

所以，就库盆地形、地质条件而言，能够保障水库的安全运行。

坝基浅部主要由第四系冲洪积相沉积的①高液限粘土、更新统道堂组一段玄武岩残坡积的②高液限粘土和③全风化玄武岩组成。

坝体由玄武岩残坡积土的高液限粘土填筑而成，土料各项质量指标基本符合规范要求，但由于填筑时压实程度不够，坝体土局部段较疏松。

坝体及坝基接触不紧密、结合较差，存在接触冲刷渗漏隐患。

输水涵管由两种不同型式的管式衔接而成，管身与周边土体存在冲刷渗漏隐患。

基础置于②高液限粘土之上。

水库未设溢洪道，如不能及时宣泄规划库容所不能容纳的洪水，遇特大洪水时有漫坝的危险。

1.1.4水库特性表

工程特性表

序号

项目名称

单位

加固前

加固后

一

工程位置

1

工程地点

海南省海口市红旗镇

2

所在河流

三十六曲溪

3

开发方式

建库蓄水

二

水文特性

1

坝址以上流域面积

km2

0.97

0.97

2

多年平均降雨量

mm

1830

1830

3

多年平均径流深

mm

860

860

4

设计洪水频率

%

10

相应洪峰流量

m3/s

13.8

5

校核洪水频率

%

2

相应洪峰流量

m3/s

18.8

三

水库特性

1

正常蓄水位

m

55.00

55.00

相应库容

万m3

33.3

33.3

2

设计洪水位

m

55.80

55.88

相应库容

万m3

38

3

校核洪水位

m

56.50

56.23

相应库容

万m3

43

41

4

死水位

m

47.70

47.70

相应库容

万m3

0

0

四

大坝特性

1

坝型

均质土坝

均质土坝

2

设计坝顶高程

m

57.50

57.60

3

坝顶长度

m

220

220

4

坝顶宽度

m

4

4

5

最大坝高

m

11

11

五

溢洪道

无

1

型式

开敞式宽顶堰

2

堰顶高程

m

55.00

3

溢流净宽

m

5

4

最大泄量

m3/s

10.2

六

输水涵管

（一）

涵管

1

型式

浆砌石方涵

现浇钢筋砼圆管

2

进口高程

m

47.70

47.70

3

出口高程

m

47.50

47.50

3

涵管尺寸

mm

0.65×1.45

0.8

4

长度

m

48.2

七

工程效益

1

灌溉面积

亩

900

900

2

保护人口

人

3

保护耕地

亩

900

900

1.2工程存在的主要问题

1.2.1工程存在的主要问题

经安全鉴定，认为工程存在的主要问题有：

1、大坝坝体坝体填筑质量差，上游砼护坡整体较好，局部老化，下游为草皮护坡，贴坡排水体失效，无坝肩排水系统，大坝坝体与坝基渗漏严重，靠坝脚位置大量渗水，影响大坝安全运行。

2、水库现状无溢洪道，影响大坝安全运行。

3、涵管为浆砌石方涵，涵身与土坝接触带存在渗漏，涵身砂浆脱落，转动门盖老化锈蚀严重，启闭设备锈蚀严重，启闭不严，影响正常运行。

4、大坝施工时未设渗流观测、位移和沉陷等观测设备，工程缺少观测手段，不利大坝安全运行。

5、无管理房等相应配套设施。

1.2.2安全鉴定结论

安全鉴定结论：

根据大坝现场检查结果及安全评价报告，经专家组审查，龙坡水库大坝安全鉴定结论如下：

1、根据工程质量评价，龙坡水库大坝工程质量综合评价：

不合格。

2、龙坡水库大坝运行管理综合评价：

差。

3、参照《导则》的规定，大坝防洪安全性分级为C级。

4、参照《导则》规定，大坝结构安全性定为C级，无溢洪道，输水涵管结构安全性定为C级。

大坝结构安全综合评价为C级。

5、参照《导则》，大坝渗流安全评价为C级，涵管渗流安全评价为C级，大坝渗流安全综合评价为C级。

6、参照《导则》，大坝抗震安全性级别为C级。

7、参照《导则》规定，金属结构安全性级别为C级。

8、大坝未设工情观测设备，水情观测设施不完善。

综上所述，根据水利部《水库大坝安全鉴定办法》（水建管[2003]271号）第六条和参照《导则》第9.3.2条，龙坡水库大坝安全状况为三类坝。

1.2.3安全鉴定结论复核

1、经土工试验证实，原坝体填土压实度不满足规范要求，本次初步设计阶段的复核结论与安全鉴定结论一致；

2、经实际现场调查，大坝运行管理不能达到大坝管理的要求，本次初步设计阶段的复核结论与安全鉴定结论一致；

3、经本次调洪复核，现状坝顶高程不满足要求，本次初步设计阶段的复核结论与安全鉴定结论一致；

4、涵洞存在接触渗漏及启闭设备、闸门老化的现象，本次初步设计阶段的复核结论与安全鉴定结论一致

5、经现场观察及结合地质报告建议，对大坝、涵管的复核结果，与安全鉴定结论一致；

6、经过对坝体和坝基的渗流计算复核，及现场观察坝体、坝基和涵管的接触渗漏情况，本次初步设计阶段的复核结论与安全鉴定结论一致；

7、经现场观察，大坝无工情、水情观察设施，本次初步设计阶段的复核结论与安全鉴定结论一致。

鉴于对龙坡水库的工程质量、运行管理、防洪安全及各建筑物的结构安全等作了全面的较符合工程状况的评价，鉴定结论准确，该水库大坝属于三类坝。

1.3工程任务及规模

1.3.1工程任务

龙坡水库现达灌溉面积900亩，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合利用的Ⅴ等小

（2）型水利工程。

此外水库影响下游部分地区的安全，耕地约900亩。

1.3.2工程规模

经过本次调洪计算，加固后总库容为41万m3，根据《防洪标准》（GB50201-94）及《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）的规定，该水库枢纽工程为Ⅴ等小

（2）型工程，主要建筑物等级为5级，次要建筑物等级为5级，该工程最大坝高11m小于15m，且上下游水位差小于10m，按平原区洪水标准采用，设计洪水标准为10年一遇，校核洪水标准为50年一遇。

溢洪道消能防冲建筑物设计洪水标准为10年一遇。

1.3.3加固后工程规模

经洪水调节计算，正常蓄水位55.00m，相应库容33.3万m3；设计洪水位（P=10%）55.88m，洪峰流量13.8m3/s，相应库容38万m3，相应下泄流量为6.16m3/s；校核洪水位（P=2%）56.23m，洪峰流量18.8m3/s，总库容41万m3，相应下泄流量为10.2m3/s。

1.4工程除险加固项目及措施

根据《龙坡水库安全鉴定报告书》和安全鉴定复核中大坝存在的问题，结合地质勘测结果及鉴定结果，本次除险加固设计报告提出了以下相应的加固措施：

（1）根据地勘结论及建议，对大坝0+020—0+200桩号段坝体采用水泥土搅拌桩处理，处理深度在大坝中间进入全风化层表层，大坝两侧进入②高液限粘土层不小于1.5m。

（2）新建坝顶两侧路缘石，同时铺设20cm泥结石路面；新建上游砼护坡10cm；培土放缓下游坝坡至1:

2.5，新建草皮护坡；新建下游0+065—0+125段干砌石排水棱体，排水体顶部高程49.50m，坝肩、坝坡及坡脚处新建预制U40型排水沟。

（3）新建永久溢洪道，堰型为宽顶堰，堰宽5m，堰顶高程55.00m；新建溢洪道控制段上机耕桥，桥宽4m，桥面高程57.60m。

（4）此次加固破坝重建输水涵管，采用现浇钢筋砼圆涵，管径800mm，重建涵管进口，更换0.8×0.8m平板闸门，10T螺杆式启闭，重建涵管出口渠道。

（5）增设各种观测设施，新建管理房。

1.5工程施工

1.5.1施工方法

此次加固工程，土方工程采用机械挖运土，机械夯实，填土压实度不得小于0.95；浆砌石必须采用座浆法分层砌筑，砂浆采用200升砂浆搅拌机搅拌，砌筑采用人工施工；严格执行《浆砌石坝施工技术规定》，做到上下错缝，前后搭接，保证砌缝砂浆饱满，严格控制砂浆标号。

砌石护坡维修、下游反滤体、排水沟施工时，石料质地要求坚硬无风化，单块质量不得小于30kg，厚度不小于30cm，竖砌、紧密；砌体缝口应砌紧，底部应垫稳、填实、严禁架空。

本工程砼量较小，采用0.4m3砼搅拌机拌制砼，胶轮架子车运送入仓，振捣器振捣密实，施工严格执行《水工混凝土施工技术规范》要求。

根据地质勘测结果，对大坝桩号0+020—0+200段坝体采用水泥土搅拌桩防渗墙进行防渗加固处理，水泥土防渗墙采用多头小直径深层搅拌桩技术施工，按《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）中的湿法进行，所形成的水泥土防渗墙厚度不得小于30cm，处理深度在大坝中间进入全风化层表层，大坝两侧进入②高液限粘土层不小于1.5m。

1.5.2施工总布置

本工程施工场点较为集中，施工总体布置采用集中布置。

施工工棚、仓库及交通运输和通讯设施，宜尽量从简。

木材加工，钢筋加工及施工机械停放场所原则上在生活区附近，以方便管理，但砼搅拌系统应设在浇筑现场；施工期工程用水可使用水库库水，生活用水可取至附近村庄用水。

本工程计划于2012年11月开工，2013年4月完工，总工期为6个月。

第2章水文

2.1气象水文

龙坡水库位于海南省海口市琼山区红旗镇境内，属三十六曲溪。

坝址以上集雨面积0.97km2,坝址以上河流长度1.2km，河流比降16‰。

本流域属亚热带海性气候，气候温和，热量充足，雨量充沛，库区多年平均降雨1830mm，但年内分配极不均匀，5～11月降雨量约占全年雨量的80%，其余月份仅占20%；夏秋季台风活动频繁，台风暴雨是本地区洪水的主要成因；多年平均10分钟最大风速13.6m/s；多年平均相对湿度85%，多年平均径流深860mm，多年平均径流量83.4万m3。

2.2设计洪水计算

2.2.1洪水标准

龙坡水库现状库容为43万m3，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252－2000）的规定，该水库枢纽工程为Ⅴ等小

（2）型工程，主要建筑物等级为5级，次要建筑物等级为5级，该工程处于平原、滨海区，最大坝高11.0m小于15.0m,且上下游水位差小于10.0m,按平原区洪水标准采用，设计洪水标准为10年一遇，校核洪水标准为50年一遇。

2.2.2计算方法

龙坡水库自1972年11月竣工运行至今，仍然没有逐时入库流量观测资料及实测洪水资料，因此按无资料地区设计洪水计算，采用《广东省暴雨径流查算图表》及其使用手册（广东省水文总站1991年版海南岛部分），用综合单位线（1988年修订）方法计算坝址设计洪水。

2.2.3坝址设计洪水

1、流域特征值

经复核，龙坡水库坝址以上的地理参数采用以下数据：

集雨面积F=0.97km2,河流长度L=1.2km,河床平均比降J=16‰，流域特征参数θ=L/J1/3=4.8。

此次复核采用安全鉴定水文复核结果。

2、设计点雨量的查算和设计面雨量的计算

（1）单位线滞时m1的确定

查《广东省暴雨径流查算图表》，水库集雨区域位于分区示意图中的海南岛的Ⅺ1分区，暴雨参数采用：

海南岛设计雨型，暴雨低区的αt～t～F关系曲线，海南山丘区产流参数，查综合单位线滞时m1～θ关系图中的C线。

m1=1.5小时，故m整=2小时。

（2）适宜计算时段△t的确定

水库集雨面积F=0.97km2，根据《广东省暴雨径流查算图表》附表5广东省不同集水面积适宜时段△t表，查出龙坡水库综合单位线法适宜计算时段△t采用1/3小时。

（3）设计点雨量的查算

根据年最大1小时、6小时、24小时及72小时点暴雨参数（均值、Cv）等直线图,查得集水区域中心点的各历时点雨量均值

和变差系数Cvt，按Cs=3.5Cv求得流域设计点雨量，设计点雨量计算结果见表2-1。

表2-1设计点雨量及相关参数计算成果表雨量单位（mm）

历时

（h）

参数

频率P（%）

Cv

Cs/Cv

10

2

1

65

0.35

3.5

95.49

124.98

6

100

0.40

3.5

153.47

208.22

24

140

0.50

3.5

232.46

338.22

72

200

0.47

3.5

324.72

462.79

（4）设计面雨量的计算

由于水库的积水面积F=0.97km2<10.0km2，故点面关系a=1.0，不须作点面折减，因此设计点雨量即是设计面雨量。

暴雨参数计算：

计算成果见表2-2。

表2-2暴雨递减参数成果表单位：

mm

历时与参数

设计面雨量（mm）

10

2

1-np（1-6）

0.265

0.285

Sp

95.49

124.98

3、设计毛雨量和净雨过程的计算

根据24h、72h设计面雨量及坝址以上集雨面积，查海南山丘区的产流参数

表，采用全岛统一的最大24小时和最大3天的设计雨型，m1=1.5小时，m1整=2小时＜3小时，则设计暴雨按24小时、6小时、1小时三段控制，将设计面雨量进行分配得出毛雨量过程，查得频率p=10%的

=6.42mm/h，

3天=2.11mm/h;p=2%的

=7.19mm/h，

3天=2.51mm/h。

将设计毛雨过程扣除损失后得出设计净雨过程。

4、单位线的计算

根据坝址的流域地理参数，依据1991年《广东省暴雨径流查算图表使用手册》求得坝址的单位线要素，见表2-3。

表2-3龙坡水库坝址单位线要素表

面积F

河长L

坡降J

m1

△t

K

tp

（km2）

（km）

（‰）

（h）

（h）

（h）

0.97

1.2

16

4.8

1.5

1/3

0.853

1.31

5、设计洪水过程及洪量计算

龙坡水库处于海南琼北台地区，采用琼雷台地区的IV号无因次单位线。

根据上述参数的确定，将产流计算的逐时净雨代入单位线进行汇流计算，即可获得设计洪峰及洪水过程线（见表2-5）。

设计洪水总量按下式计算，

式中：

Wt——24、72小时洪量（万m3）；

H净——时段净雨（mm）；

F——流域面积（km2）。

所得单位线计算成果及采用推理公式法计算成果见表2-4。

表2-4设计洪水洪峰流量计算成果表

频率p（%）

综合单位线法

推理公式法

10

2

10

2

洪峰流量（m3/s）

13.8

18.8

14.7

18.8

洪量W24h（万m3）

12.4

21.9

12.9

21.2

洪量W3d（万m3）

14.3

27.6

14.4

27.8

表2-5水库设计洪水过程表单位：

m3/s

时段

设计洪水

时段

设计洪水

时段

设计洪水

时段

设计洪水

P=10%