北山水库安全评价审后修改090517Word文档格式.docx
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182
185.3
正常库容
142
死库容
3.7
3
洪水
3.1
设计洪峰流量(P=2%)
m3/s
20.98
21.96
设计下泄流量(P=2%)
7.62
7.67
3.2
校核洪峰流量(P=0.33%)
29.51
30.78
校核下泄流量(P=0.33%)
9.9
10.3
4
主要建筑物
4.1
大坝
型式
均质坝
坝顶高程
91.5
91.08~91.40
最大坝高
16.0
15.5
坝顶宽
5.8
5.73~7.02
坝顶轴长
630
坝底宽
590
4.2
溢洪道
竖井式
进口高程
泄洪隧洞
110
泄洪隧洞断面(宽×
高)
1.6×
1.8
泄洪隧洞底坡
i
1/500
泄槽长度
83
仅衬砌了41m
泄槽底坡
1:
5.17
消能方式
底流消能
未完建
4.4
输水设施
4.4.1
高涵
断面型式(宽×
1.6m×
1.7m
涵洞长度
80
4.4.2
低涵
32
1.2×
底坡
设计流量
0.07
5
工程效益
5.1
设计灌溉面积
亩
3000
5.2
工业用水
5.3
下游影响主要城镇和人口
保护下游人口
人
47000
保护下游乡(镇)
个
目录
1大坝安全综合评价1
1.1概述1
1.2工程存在的主要问题3
1.3工程质量评价3
1.4大坝运行管理评价5
1.5防洪标准复核6
1.6渗流安全评价7
1.7结构安全评价8
1.8金属结构安全评价9
1.9结论与建议9
2工程质量评价12
2.1前言12
2.2坝区工程地质及水文地质条件13
2.3坝基工程地质条件和工程质量评价15
2.4大坝填筑土的工程质量评价16
2.5溢洪道工程地质条件和工程质量评价19
2.6输水设施工程质量评价19
2.7工程质量综合评价19
3大坝运行管理评价21
3.1概述21
3.2大坝运行管理情况24
3.3大坝维修24
3.4大坝安全监测24
3.5工程目前存在的主要问题25
3.6大坝运行管理综合评价26
4防洪标准复核27
4.1流域概况27
4.2工程等别及洪水标准27
4.3洪水复核27
4.4水库抗洪能力的复核31
4.5洪水风险(溃坝洪水风险)分析32
4.6防洪标准复核结论33
5渗流安全评价34
5.1概述34
5.2大坝渗流现状及存在的问题34
5.3大坝渗流安全性态的分析与评价34
5.4其他建筑物渗流安全评价37
5.5渗流安全综合评价37
6结构安全评价39
6.1工程概况39
6.2大坝变形分析评价39
6.3大坝坝坡抗滑稳定分析39
6.4其他建筑物结构安全评价41
6.5结构安全综合评价41
7金属结构安全评价43
7.1基本情况43
7.2金属结构安全分析43
7.3金属结构安全评价结论43
1大坝安全综合评价
1.1概述
1.1.1工作概况
1.1.1.1工作安排和进度
北山水库大坝安全评价工作由湖南省水利水电科学研究所完成,主要包括对大坝进行勘探取样并进行土工试验,对大坝进行现场安全检查,防洪标准复核,对大坝勘探断面进行渗流和坝坡结构稳定计算等。
北山水库管理单位编写了运行管理评价报告。
1.1.1.2提供的成果报告
本次大坝安全评价工作提供的成果报告有:
大坝安全综合评价、工程质量评价、大坝运行管理评价、防洪标准复核、渗流安全评价、结构安全评价、抗震安全复核、金属结构安全评价等。
1.1.2工程概况
1.1.2.1水库工程位置
北山水库位于长沙县西北部的北山镇北山村境内,海拔276m,东经113°
,北纬28°
,水库西面与望城县相毗邻,南与开福区相接壤,坝址坐落在长油岭和鹅形山之间(地名为赵家湾),距长沙市区12km。
1.1.2.2主要效益
水库控制集雨面积为2.2km2,坝址以上干流长度2.4km,干流平均坡降30‰。
设计灌溉面积3000亩,库区地表植被覆盖良好,地下水丰富。
水库总库容185.3万m3,是一座以灌溉为主,兼顾多种经营,发展旅游、休闲、度假娱乐为一体的小
(1)型水库。
库内无任何工厂,亦无工业“三废”污染,水质较好。
水库建成后,确保受益区的旱涝保收,同时,提供工业用水,增加利税160万元,发展了九凝山庄的旅游业,引进了澳大利亚的黑天鹅产品,为北山镇的社会经济发展,提供了可靠保障。
1.1.2.3枢纽主要建筑物及其特性参数
枢纽工程由大坝、溢洪道、输水高、低涵等永久性建筑物组成。
a)工程等别及洪水标准
枢纽工程属Ⅳ等工程,主要建筑物级别为4级,次要建筑物级别为5级。
其设计洪水标准为50年一遇,校核洪水标准为300年一遇,溢洪道消能防冲标准为20年一遇。
b)水库水位与相应库容
水库正常蓄水位87.5m,正常库容149万m3;
设计洪水位89.55m,相应库容169.05万m3;
校核洪水位90.01m,总库容185.3万m3;
死水位73.5m,死库容3.7万m3。
c)大坝
大坝为均质土坝,原设计坝顶高程91.5m,现实际坝顶高程91.08~91.40m,最大坝高15.5m,坝顶轴线长630m,原设计坝顶宽5.8m,现实际坝顶宽5.73~7.02m,上游坝坡坡比由坝顶至坝脚依次为1:
2.16、1:
7.65、1.2.5,下游坝坡坡比由坝顶至坝脚依次为1:
2.33、1:
2.8,在83.35m处设有2.0m宽的平台,高程76.05m以下为排水棱体,排水棱体长596m。
d)溢洪道
溢洪道位于大坝左岸,由竖井式泄洪口、泄洪隧洞、消力池、泄槽等组成。
竖井式泄洪口内径1.8m;
泄洪隧洞长110m,断面尺寸1.6m×
1.8m(宽×
高),坡降1/500,进口高程87.5m;
消力池长9.8m,池深1.07m;
泄槽长83m,已衬砌41m,侧墙块石衬砌,三合土块石铺底。
f)输水设施
高涵位于大坝东头蓄水池内,管身采用φ400钢筋砼圆管,进口采用斜拉式闸门控制。
低涵位于大坝左岸,矩形涵洞,三合土条石砌筑,涵身净断面尺寸0.6m×
0.6m(宽×
高),长32.0m,,坡降1/500,20级卧管取水,取水孔口直径Φ300,设计流量0.7m3/s。
1.1.2.4工程的简要建设过程
北山水库枢纽工程于1978年10月动工兴建,1982年12月建成。
1978年冬修筑大坝,1982年建成,施工采用“人海”战术,土料要求均质土填筑,规定每填筑0.5m厚土使用石墩人工打夯三遍。
但验收依然凭目测;
没有开挖测量,由于地属花岗岩,风化石区域,土料质量差,含沙量大,并夹有石块,而且大坝基础未开挖到基岩,质量上存在严重问题。
1.2工程存在的主要问题
1.2.1大坝存在的主要问题
a)坝体:
正常水位时,下游坡马道下4.8m集中渗水,坡脚散浸。
b)坝肩:
大坝东、西两坝肩全为风化花岗岩,结合部位,基岩破碎,正常水位时,坝肩渗水。
c)坝基:
大坝基础渗漏,下游农田出现冷浸水,威胁坝体安全。
d)大坝排水棱体:
块石堆砌,因施工中泥质充填多,出现沉降,排水功能基本失效。
e)大坝内坡,风浪冲刷成凹形,泥质流走,厚达1.1m,出现砂面。
1.2.2溢洪道存在的主要问题
a)泄洪隧洞段洞身存在多条横、纵向裂缝,渗漏严重。
b)泄槽长83m,仅衬砌了41m,不利于泄洪。
1.2.3输水高、低涵在的主要问题
a)低涵卧管底板、侧墙沉降,渗漏严重,高水位时漏水量加大,最大渗漏量达0.5L/s。
b)高涵涵身出现多条横、纵向裂缝,渗漏日益严重,对涵洞周边填土产生破坏、危及坝体安全。
1.2.4其他
a)大坝安全监测设施缺乏
北山水库目前仍没有设立必要的大坝工程安全监测设施以及必要的水文观测设施及变形观测设施,不利于大坝和水库运行状况的监测。
b)防汛公路不畅通
水库仅有一条简易人行道上坝,无防汛抢险公路,无法满足防汛抢险要求。
c)管理单位房屋破损严重,无法进行正常的工程管理工作。
1.3工程质量评价
1.3.1工程地质及水文地质
1)坝基为燕山期强风化花岗岩,节理裂隙发育,裂隙见少量泥质物充填,其透水率为14.9~37.2(Lu),属中等透水。
2)坝体主体部分填筑的粘土含大量风化石英砂,碾压欠密实,局部松散。
由于受施工技术和机械缺乏所制约,碾压不密实,局部稍密。
坝体填筑土水平渗透系数为2.01~5.54E-04cm/s,垂直渗透系数为1.51~6.50E-04cm/s,坝体存在渗漏。
3)溢洪道
溢洪道基础为燕山期花岗岩,弱风化带深度较大。
泄洪隧洞段洞身存在多条横、纵向裂缝,渗漏严重,泄槽长83m,泄槽仅衬砌了41m,侧墙块石衬砌,三合土块石铺底,不利于泄洪,存在安全隐患。
4)输水设施
目前,低涵卧管底板、侧墙沉降,渗漏严重,高水位时漏水量加大,最大渗漏量达0.5L/s。
高涵涵身出现多条横、纵向裂缝,渗漏日益严重,对涵洞周边填土产生破坏、危及坝体安全。
1.3.2工程实际施工质量复查
1.3.2.1大坝工程施工质量评价
a)大坝基础处理情况
据原施工人员反映,大坝施工时在大坝中部及两岸山坡清除了地表植被、松树和覆盖的碎石土、砂卵砾石。
覆盖层下伏基岩表部松散破碎,节理裂隙发育,清基不彻底,存在接触渗漏。
b)坝体填筑情况
c)排水棱体施工情况
大坝排水棱体:
d)溢洪道施工质量评价
泄洪隧洞段洞身存在多条横、纵向裂缝,渗漏严重,泄槽长83m,泄槽仅衬砌了41m,侧墙块石衬砌,出口段出现塌顶,侧墙变形,三合土块石铺底,不利于泄洪,存在安全隐患。
e)输水设施施工质量评价
1.3.3结论
根据导则SL258-2000之2.6.3条规定,该水库工程质量评价为不合格。
1.4大坝运行管理评价
1.4.1水库大坝的管理机构
北山水库管理机构为北山水库管理所负责,主管部门为长沙县水利局。
1.4.2大坝运行
按照SLJ705—81《水利工程管理单位编制定员试行标准》,管理机构定员,目前人员不符合要求;
按照SL106—96《水库工程管理设计规范》,现有的工程管理范围和保护范围基本符合要求,办公和职工住宅及文化福利房不满足要求;
没有防汛专用车辆;
未能根据水库工程的任务、防洪兴利调度运用原则和工程建筑物的运用条件,制订水库调度运用规程及水文预报方案,工程观测没有进行,严重缺乏工程技术人员,不能满足工程管理及正常运行的需要,按照SL224—98《水库洪水调度考评规定》,其经常性都没有做好,洪水预报及洪水调度系统评为差。
1.4.3大坝维修
由于资金等方面的原因,对于北山水库运行过程中的出现的问题,管理单位没有及时进行维修,也没有按规定开展岁修工作,大修和抢修工作并非十分有效,按照SL210-98《土石坝养护修理规程》,工程没有得到完好的维修,长期带病运行,为工程的安全运行带来隐患。
1.4.4大坝安全监测
根据SL60-94《土石坝安全监测技术规范》和《土石坝安全监测资料整编规程》,北山水库运行管理方式方法比较落后,对安全监测工作不够重视,加之缺乏所需的观测设备,严重缺乏工程技术人员,未能进行有效的大坝观测,也没有完整的观测资料。
1.4.5结论
根据对大坝的运行、维修及安全监测工作的评价,各个方面均存在不同程度的问题,不能满足大坝安全运行及科学管理的需要。
按照《水库大坝安全评价导则》(SL258-2000)的规定,北山水库大坝运行管理工作评价为差。
1.5防洪标准复核
1.5.1设计洪水复核
由于水库没有实测流量资料,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》。
1.5.2水库泄洪能力复核计算
经调洪演算,求得各设计频率下水库水位见表1.5-1。
表1.5-1北山水库调洪演算成果表
频率(%)
0.33
设计水位(m)
89.33
相应库容V(104m3)
169.05
164.8
相应泄量qm(m3/s)
6.44
1.5.3水库抗洪能力复核
按规范要求复核得大坝顶部所需最低高程见表1.5-2。
表1.5-2北山水库大坝坝顶所需的最低高程单位:
运用情况
Z0
R
e
A
Z
正常运用
0.61
0.005
0.5
90.67
非常运用
0.46
0.3
90.78
北山水库大坝顶部高程不得低于90.78m。
大坝坝顶现有高程91.08~91.40m,满足《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》SL189-96的要求。
1.5.4结论
根据对防洪标准的复核,得出如下结论:
a)北山水库位于山丘区,为均质土坝,总库容185.3万m3,采用50年一遇的洪水设计,300年一遇的洪水校核,符合国家现行有关规范的要求。
b)北山水库大坝现有坝顶高程高于有关规范要求的最低高程。
抗洪能力评价结果为A级。
1.6渗流安全评价
1.6.1坝体渗流安全评价
1.6.1.1大坝渗流现状评价
a)坝基为燕山期强风化花岗岩,节理裂隙发育,裂隙见少量泥质物充填,其透水率为14.9~37.2(Lu),属中等透水。
b)大坝为均质坝,坝体主体部分填筑的粘土含大量风化石英砂,由于受施工技术和机械缺乏所制约,碾压不密实,局部稍密。
经取样试验(详见土工试验统计表2.4-1),其天然含水量为11.1~31.1%,天然密度为1.85~2.07,干密度为1.45~1.75,孔隙比为0.520~0.866,固结快剪φ值为18.30-25.91°
,c值为17.0-29.7Kpa,慢剪φ值为17.09~26.65°
,c值为8.4~26.69KPa,水平渗透系数为2.01~5.54E-04cm/s,垂直渗透系数为1.51~6.50E-04cm/s,干密度明显偏低,孔隙比偏大。
c)正常水位时,下游坡马道下4.8m集中渗水,坡脚散浸;
大坝东、西两头坝肩全为风化花岗岩,结合部位,基岩破碎,坝肩渗水;
大坝基础绕渗,下游农田出现冷浸水,威胁坝体安全。
d)坝后排水棱体,由花岗岩块石堆砌而成,泥质充填,失去排水功能。
1.6.1.2计算成果分析
各种计算工况的稳定渗流和非稳定渗流中,大坝计算断面的最大渗透坡降值见表5.3-3(具体位置见渗流计算成果图中),由表、图可见,大坝计算断面的稳定渗流最大渗透坡降值为0.20,非稳定渗流最大渗透坡降值为0.13。
根据地质勘探成果,大坝坝体填土的容许渗透坡降为0.53,最大渗透坡降小于允许渗透坡降,不会发生渗透破坏。
1.6.2其他建筑物的渗流安全评价
1.6.2.1溢洪道渗流安全评价
溢洪道渗流性态不安全。
1.6.2.2输水设施渗流安全评价
输水设施渗流性态不安全。
1.6.3结论
综上所述,该水库大部分主要建筑物在运行过程中均出现了不同程度的渗流异常现象,危及工程的安全运行,根据《水库大坝安全评价导则》SL258-2000有关条款(6.6.2)的规定,该工程渗流安全性态不安全,定为B级。
1.7结构安全评价
1.7.1大坝结构安全评价
1.7.1.1大坝变形分析
a)大坝为均质坝,坝体主体部分填筑的粘土含大量风化石英砂,由于受施工技术和机械缺乏所制约,碾压不密实,局部稍密,大坝存在坝坡稳定安全隐患。
b)正常水位时,下游坡马道下4.8m集中渗水,坡脚散浸,大坝下游坝坡存在稳定安全隐患。
c)大坝内坡,风流冲刷成凹形,泥质流走,厚达1.1m,出现砂面;
东西两头坝肩部位有冲沟。
d)大坝排水棱体块石堆砌,因施工中泥质充填多,出现沉降,排水功能基本失效。
1.7.1.2大坝坝坡抗滑稳定计算
本次坝坡抗滑稳定计算所用的坝坡稳定分析程序《STAB1》是北京水科院陈祖煜同志编的《STAB1》微机版,该程序可以进行土石坝和土坡的施工竣工期、稳定渗流期、库水位降落期的有效应力法和总应力法分析。
《STAB1》程序可以同时用毕肖普法、瑞典圆弧法、改良瑞典圆弧法(罗厄法和美国工程师兵团法)算出圆弧滑裂面的安全系数,安全系数分别用AB1、AB、AB3、AB4表示,并找出相应于毕肖普法的最小安全系数及其相应的圆弧滑裂面的位置。
计算结果详见下表1.7-1,[K]为坝坡抗滑稳定最小允许安全系数。
计算结果表明:
北山水库大坝在正常蓄水位、设计洪水位运行情况下大坝上下游坡抗滑稳定安全系数均大于规范允许值,故能满足规范要求。
表1.7-1北山水库大坝最大断面坝坡稳定计算成果表
运行情况
坝坡
滑弧位置
AB1
[K]
结论
Cx
Cy
Ds
稳定渗流期,无地震,正常蓄水位87.50m
下游
30.445
15.799
17.229
1.258
1.25
满足要求
稳定渗流期,无地震,设计洪水位89.55m
31.234
15.626
17.585
1.253
非稳定渗流期,无地震,自87.50m骤降至73.5m
上游
-21.801
9.994
14.272
1.436
1.15
1.7.2其他建筑物结构安全评价
1)溢洪道基础为燕山期花岗岩,弱风化带深度较大。
溢洪道结构安全评价为不安全。
2)输水设施
输水设施结构安全评价为不安全。
1.7.3结论
综合坝坡稳定的计算与大坝主要建筑物的结构安全等条件评判该大坝结构安全性为C级。
1.8金属结构安全评价
北山水库输水高涵进口斜拉式闸门及启闭设施,经过30多年来的运行,闸门已变形、锈蚀严重,启闭设施无法正常关闭和开启。
金属结构安全评价级别:
C级。
1.9结论与建议
根据导则SL258-2000规定的大坝安全分类具体标准,我们自评北山水库大坝为三类坝(详见表1.10-1)。
根据本次大坝安全评价分析成果,建议如下:
a)大坝坝体采用冲抓套井回填或高喷接内坡铺膜防渗进行防渗加固处理。
b)大坝坝基及坝肩采用帷幕灌浆进行防渗加固处理。
c)大坝坝体内坡采用预制砼六方块护坡,外坡草皮护坡并布置坝面排水系统。
d)下游坝脚排水棱体拆除重建。
e)泄洪隧洞洞身段进行衬砌和回填灌浆,并完善泄槽衬砌。
f)低涵封堵,新开灌溉输水隧洞,高涵涵身加固处理,闸门及启闭设施更换。
g)完善大坝安全监测设施,加强安全监测。
h)改造防汛公路及管理单位办公生活用房。
i)完善水库水文测报及通信设施。
表1.10-1北山水库大坝综合评价表
评价
项目
分析评价结论
评定
级别
工程
质量
工程运行中暴露出较严重的质量问题(大坝接触面清基不彻底,坝体填筑质量较差,大坝坝基、坝体渗漏;
溢
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