小2型水库除险加固工程初步设计导则1Word文档格式.docx

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1.4.2设计暴雨

1、有雨量资料

坝址或库区有雨量站且有30年以上暴雨观测资料的可以直接采用实测的历年最大24小时暴雨排频计算暴雨参数和各设计频率的暴雨特征值。

如果观测的是最大日雨量，则可以将最大日雨量乘以1.1的系数，将日雨量转换成24小时雨量。

如果暴雨系列不足30年，则应与就近雨量站建立相关，插补系列满足大于等于30年的要求。

2、无实测暴雨资料

如果水库无实测暴雨资料，则可利用水库所在位置的地理坐标在《湖南省暴雨洪水查算手册》的图3、图4中查读24小时点暴雨均值和变差系数CV。

3、点、面雨量的转换

小型水库的集雨面积比较小，一般都在10km2以内，可视为设计点雨量已笼罩水库集雨面积，不必进行点、面雨量的转换，点、面雨量的折算系数α取1。

4、设计暴雨的时程分配和净雨过程的计算

按“手册”计表一的格式计算设计暴雨的时程分配和净雨过程，由于计算较繁琐，算计参数也多，计算过程报告不必列出，但设计暴雨采用值和主要计算参数要用列表方式列出，如表1-1。

1.4.3用推理公式推求设计洪水

用推理公式推求设计洪水中要用到多个地理参数，如流域面积F（km2）、坝址至干流分水岭河长L（km）、干流平均坡降J%o，由于流域面积小，为尽量减少量算误差，量算所用地形图要用大比例尺地形图。

1、洪峰流量的计算

建议采用“手册”第3、4页中介绍的试算法或图解法，不宜采用“手册”第6页介绍的“图解分析法”。

因为这种方法多次查图会带来较大的查读误差。

报告应列出洪水计算参数及成果表，如表1-2。

2、设计洪水过程线的推求

按照“手册”第5页介绍的方法地面径流过程按径流分配系数法推求；

地下径流按等腰三角形法推求，洪水过程线即地面、地下径流同时段相加。

各频率洪水过程线如表1-3和图1-1。

3、洪水总量的计算

按照“手册”第7页方法计算。

4、洪水成果的合理性检查

一是与原设计成果或以往的复核成果对比，如有较大出入，应首先检查自己的成果，从暴雨参数、地理参数到计算方法逐一检查，如果是原设计成果有问题，则要查找原因；

二是检查成果的合理性，统计周边水库等水利工程设计洪水的洪峰模数，与本工程设计洪水的模数相比较，只要下垫面条件基本相似，洪峰模数是有较好的地理规律的，即面积大的模数小，反之则大。

洪峰模数与面积的关系，在双对数纸上是一条直线，用这种方法可大致判断计算成是否合理。

1.4.4施工分期洪水

水库除险加固水下部分的施工最好的时段是在枯水期，应根据工程量的大小，选择最合适的枯水时段，如9月至次年3月、11月至次年2月、12月至次年1月等，统计就近雨量站该时段的最大日降雨量的统计参数，计算施工洪水标准下的设计日降雨，推算其产水量和相应水位，如表1-4。

1.5调洪演算

1.5.1基本资料

调洪演算所需的基本资料主要是三条线和起调水位。

1、入库洪水过程线

直接采用前面叙述的相应频率的洪水过程线。

2、库容曲线

最好是根据实测的1/2000地形图量算，如果库区植被良好，淤积量很小，也可以采用原设计或以前水库复核中核实是可靠的库容曲线。

库容曲线合理性检查最直接的方法是检查曲线有无反曲。

报告要列出库容曲线图、表，如表1-5和图1-2。

3、泄流曲线

正确判断溢洪道堰型，按照《溢洪道设计规范》（SL253-2000）相应堰型的计算方法计算库水位与溢洪道下泄流的关系，如表1-6和图1-3。

4、起调水位

溢洪道无闸门控制的起调水位为正常水位；

溢洪道有闸门控制的起调水位由水库运行方式决定。

1.5.2调洪演算

调洪演算的基本方法是逐时段求解水量平衡方程，可采用试算法求得不同频率洪水的调洪各要素，其成果如表1-7。

调洪演算成果如设计洪水位、库容；

校核洪水位、总库容要与以往成果比较，要有合理性分析。

1.6水库抗洪能力复核

1.6.1水库大坝顶部高程复核

根据《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001的规定，水库大坝的顶部高程等于水库不同运用情况下的静水位与相应超高之和。

具体计算式如下：

Z=Z0+RP+E+A

式中：

Z—水库大坝顶部高程

Z0—水库静水位（m）

RP—波浪爬高（m）

E—风壅水面高（m）

A—安全超高（m）

1、波浪爬高RP的计算

按照《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001附录A中介绍的方法计算。

波高计算附录A中介绍了三种方法，即莆田公式、鹤地公式和官厅公式。

莆田公式具有普遍性，所有水域都适用；

鹤地公式和官厅公式都有局限性，鹤地公式适用于丘陵、平原水库；

官厅公式适用于峡谷水库。

莆田公式虽具有普遍适应性，但计算比较复杂，要用到双曲函数的正切函数，小水库建议用官厅公式。

值得注意的是官厅公式计算的波高是带频率的，而A.1.12-1式中的平均波浪爬高中用的是平均波高，需要根据表A.1.8进行换算，然后再按表A.1.13转换成带频率的波浪爬高。

根据A.1.11条的规定，小型水库4级、5级大坝采用累积频率为5%的爬高值R5%。

2、风壅水面高E的计算

按附录A中A.1.10节公式计算。

3、安全超高

按照《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001中表5.3.1的规定取值。

4、水库大坝顶部所需最低高程的计算

如表1-8列出水库大坝顶部所需最低高程的计算成果。

1.6.2溢洪道控制段顶部高程的复核

溢洪道控制段顶部高程不得低于校核洪水位加安全超高，《溢洪道设计规范》SL253-2000中没有对4、5级大坝溢洪道控制段的安全超高作出规定，建议参照3级建筑物的安全超高取值。

二、地质

2.1地勘工作任务

小

（2）型病险水库工程无论安全评价或除险加固初步设计阶段，地质勘测工作建议一步到位，不重复现场地勘工作，其工作任务：

1、查明坝区及附属建筑物区工程地质条件。

包括地形地貌、地层岩性、地质构造与地震、不良地质现象、水文地质等。

2、查明坝体岩性结构、物质组成、物理力学性质与透水性特征。

3、查明附属建筑物工程质量及影响工程质量的工程地质问题。

4、查明影响大坝及附属建筑物安全的不稳边坡（滑坡、崩塌体、塌滑体等）的范围、规模、形成机理等边坡地质问题。

5、查明天然建筑材料的产地、储量、质量、开采运输条件（含外购料场、材料质量、运输条件）。

2.2勘察方法

1、地质测绘

采用1/1000比例尺地形图（收集或利用1/万军用图放大比例尺）调查、测绘坝区地质平面图，查明地层时代、地层界线、岩性结构、岩层产状、断层构造、节理裂隙组合等。

2、钻探

坝基为岩基则均采用机钻，软基可采用土钻。

（1）布孔

钻孔一般布置在坝轴线，钻孔数量一般3～5孔（坝中心部位必有孔控制），心墙坝及溢洪道紧临大坝则视具体情况增加钻孔（有副坝或其它坝型视情况增加钻孔，病险较严重的岩溶坝址，需专题研究，详细勘探）。

（2）孔深

以进入基岩，压水试验q值≤10ln为终孔控制。

（3）取样及原位试验

坝体各岩性组取原状土样不少于5组，均质坝不少于15组，每孔视情况对坝体不同岩性组作注水试验，进入基岩每5m一段作压水试验。

3、天然建材

根据除险加固工程所需，对土料、砂砾石料、块石料各料场进行详查，作出评价。

对砂砾料及土料、必要时需作砂砾料级配试验及土料物理力学试验（视需要加做击实试验）。

2.3地质报告编写内容说明

1、安全评价（或安全核定）

（1）概述

内容主要包括工程概况，地勘工作量（表）等。

（2）工程地质条件评价

内容包括：

地形地貌（河谷形态、海拔高程、比高、岸坡坡度、植被、水土保持等）。

地层岩性（出露的地层时代、岩性组合、厚度、分布特征）。

地质构造地震（地层产状、断层构造、褶皱、节理裂隙、地震烈度）。

不良地质现象（岩体风化、边坡稳定性、岸坡冲刷、岩溶等）。

水文地质（坝区地下水类型、动态、富水性，补给迳流、排泄条件，库区渗漏条件、地表、地下水水质）。

（3）工程施工质量评价

内容包括基础开挖，坝基、岸坡处理、坝体填筑质量、附属建筑物施工质量等。

（4）历次巡查遇险加固处理施工质量评价

内容包括各类险情过程及治理措施、质量、效果等。

（5）现状调查及现场勘探试验评价

现场调查（坝坡失稳、沉陷、开裂、坝后坡散浸；

坝肩渗漏、坝脚沼泽化；

溢洪道冲刷破损、渗漏、边坡坍塌；

涵洞破坏渗漏）。

钻探试验（坝体岩性组合，取样试验，物理力学特性，坝体分区，注水试验K值范围、等级；

坝基岩体完整性、岩心状态、断层构造、风化程度、节理裂隙发育特征、压水试验q值范围、透水等级）。

综合现状试验成果，评价对工程的影响。

（6）物理力学指标推荐值

内容包括物理力学指标及取值原则。

推荐值主要为坝体各岩性组合的天然密度、干密度、饱和密度、塑限、液限、渗透系数K、内摩擦角ф（快、慢剪）及凝聚力C，溢洪道岩体f、c值、抗冲流速、边坡临时永久坡比等（建议列表）。

（7）综合评价及处理措施建议

2、初步设计

（1）前言

（2）工程地质概况

地形地貌、地质岩性、地质构造及地震、不良地质现象、水文地质。

（3）坝基（肩）与附属建筑物工程地质条件及工程地质问题

①坝基（肩）

②溢洪道

③涵（隧）洞

④其它

（4）坝体工程质量及存在的问题（险情隐患）

（5）坝体分区及物理力学指标建议值

（6）天然建材

（7）结论与建议

3、地质附图附件

（1）坝址工程地质平面图（应包括主要附属建筑物）

（2）坝轴线工程地质横剖面图

（3）最大坝高中心纵剖面图

（4）坝轴线水文地质渗透剖面图

（5）主要附属建筑物工程地质纵剖面图

（6）钻孔柱状图

（7）土工试验成果表

三、除险加固设计

3.1除险加固设计应就大坝安全鉴定所提出的病险问题，作出针对性的处理措施。

除险加固设计应作方案比较，方案要符合工程实际，做到技术可行、经济合理。

3.2大坝（碾压式土石坝）主要病险情的除险加固设计

3.2.1大坝的加高处理

（1）对坝高不满足防洪标准的小

（2）型水库，经论证需采取工程措施实现防洪达标时，应对改扩建泄洪设施、加高大坝、加高大坝与改扩建泄洪措施相结合、增设泄洪设施方案作比选。

（2）在地质、地形及下游条件适合的情况下，宜首先考虑改扩建泄洪设施，以避免加高大坝可能引起的坝坡稳定、泄洪及输水建筑物加长加高、占地及淹没损失增加等问题。

（3）一般情况下不宜加高大坝，当必须加高且加高高度不大时，可采取增设防浪墙或加高大坝的办法解决。

（4）在改扩建泄洪设施和大坝加高均受到条件制约时，经充分研究可采用适当加高大坝和改扩建泄洪设施相结合的方案。

3.2.2坝体防渗处理

大坝坝体防渗处理方案选定的原则是尽量做到简便易行、方案可靠。

可根据实际情况，选用以下推荐措施。

（1）上游铺设复合土工膜，设计可参考《土工合成材料应用技术规范》（GB50290-98）。

（2）上游加做粘土斜墙。

（3）冲抓套井回填防渗墙。

（4）在上游坡某一高程作冲抓套井防渗墙，并从该高程以上至坝顶铺设土工膜（即冲抓＋铺膜）方案。

（5）上述措施因条件限制均难以实施时可以考虑高喷防渗墙方案。

坝体防渗处理方案要结合坝型、坝高、地形地质及其他有关因素（如交通条件、投资额度）综合考虑，经技术经济比较后合理选定。

（6）一般不采用砼防渗墙。

3.2.3坝基防渗处理

坝基存在较严重渗漏，导致基础渗透变形，影响大坝安全的，应作防渗处理。

1、砂卵石地基

（1）当砂卵石层厚度较小时，可作截水槽并与大坝斜墙结合，形成完整的防渗体系。

（2）对于砂卵石层较厚的地基，可考虑上游铺盖防渗加下游反滤排水的措施。

铺盖材料可采用粘土或土工膜。

具体设计要求见《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》中5.1条及其条文说明的有关内容。

（3）如水库不具备放空条件或透水层深厚，可考虑作高喷防渗墙。

通过技术经济比较后确定。

2、土基

对于存在接触渗漏或浅层渗漏的情况，可结合大坝的冲抓回填进行处理。

当大坝高度较高，冲抓难以实施时，可考虑作高喷处理。

3、岩基

水库能正常蓄水，基础渗漏不严重，不致产生基础破坏的岩石基础，一般不必作帷幕灌浆。

如地勘资料显示基岩渗漏严重，难以正常蓄水的小

（2）型水库可采用帷幕灌浆处理。

灌浆排数一排、孔距一般为3m，灌浆深度达到地基透水率为10Lu处即可（或0.6倍坝高深度）。

对于坝体作冲抓或高喷防渗墙的工程，设计中应强调防渗墙与帷幕的施工顺序，先施工防渗墙，后作帷幕灌浆。

帷幕与防渗墙应作套接。

3.2.4大坝坝体结构稳定问题

对于上、下游坝坡较陡，坝坡最小抗滑稳定安全系数不满足规范要求的大坝，可采取放缓培厚坝坡、堆石压脚等措施。

一般情况下，最上一级坝坡不陡于1:

2.0

对于需要放空水库加固上游坝坡的工程，设计中一定要强调控制水库的放水速度，避免水位骤降造成大坝上游坝坡失稳。

3.2.5护坡

1、应尽量利用原砌石护坡，作局部更换或修整。

厚度30～40cm。

2、重作护坡的工程，当坝高小于20m时，砼六方予制块厚度取10cm；

坝高大于20m时，予制块厚度取12cm。

下垫层用15cm厚的砂、碎石垫层找平。

3、下游采用草皮护坡。

3.2.6涵洞险情处理

对于涵洞渗漏，应弄清楚原因和部位，查明涵洞破坏情况和管周填土质量，针对具体情况作出处理方案。

1、涵洞较大、尺寸能容人进入，且涵洞没有结构性破坏的，可采取裂缝修补、充填灌浆、内衬加固等办法进行处理。

2、涵洞险情严重、影响大坝安全，当涵洞埋深较小时，尽量作明挖重建处理。

3、对于埋深较大无法处理险情的涵洞，应作全线封堵，另设取水工程。

封堵设计应考虑到截断外管壁与坝体的接触渗漏。

可在进口段沿管线开挖回填一段，管外增设截水环，并对管外壁与坝体接触部位进行灌浆。

4、对于另设取水设施的工程，当坝高较小时，可尽量采用虹吸管代替涵洞取水。

对于坝高较大的工程，虹吸管无法取水时，则新开隧洞取水。

3.2.7排水棱体处理

对排水棱体排水不畅的，一般不要采取开挖翻修的方法，以防止造成大坝新的险情。

可采取在下游坡打垂直导渗井将渗水导入堆石棱体的办法。

垂直导渗井可作导渗砂井或埋设毛细透排水管。

对于没有排水棱体的工程，可以埋设毛细透排水带。

3.2.8溢洪道除险加固

1、应作好泄洪能力复核、水面线计算、消能防冲计算。

2、根据地形地质条件合理确定消能方式和衬砌结构。

3、对控制段、泄槽底板、消力地护坦、边墙作结构复核。

4、根据复核成果及工程实际地质地形情况，作出合理的除险加固方案。

对于破坏不严重的溢洪道，可采取局部修整的措施。

5、对于布置在坝头的溢洪道，应重点复核溢洪道和土坝之间的隔墙稳定，并注意坝体与隔墙是否存在接触渗漏。

作好进口处上游坝坡的防护，下游出口处应避免水流淘刷坝脚、并作好必要的防护。

3.2.9滑坡处理

1、对于影响大坝、涵（隧）洞及溢洪道安全的山体滑坡应作处理。

2、通过简单必要的地质工作，弄清滑坡体的性质、成因、范围、规模、边界条件及滑床面的岩土物理力学参数，计算滑坡体的最小稳定安全系。

3、对于滑坡体可采取削坡减载、压脚、排水、截水等综合处理措施，并复核处理后滑坡的稳定性。

4、注意山坡局部坍塌与滑坡的区分定性。

对于局部坍塌只需清除不稳定岩体、挂网喷锚即可。

3.3大坝除险加固处理以后的安全复核

按照规范要求，根据地质方面提供的有关大坝及基础的材料力学指标和渗透指标，复核大坝的渗流安全和结构稳定。

碾压式土石坝计算方法和工况参阅《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》。

重力坝和拱坝见相应技术规范。

a、碾压土石坝

渗流及稳定计算工况：

下游坡：

上游校核水位下游相应水位（非常运用工况）

上游设计水位下游相应水位（正常运用工况）

上游正常水位下游相应水位（正常运用工况）

上游坡：

上游不利水位下游相应水位（正常运用工况）

上游由校核水位骤降至死水位（非常运用工况）

此外，在地震烈度大于6度的地区，上下游坡均要计算（正常运用+地震）工况

b、重力坝

基本荷载组合：

①正常蓄水位与相应原水位的静水压力+自重+扬压力+泥沙压力+浪压力

②设计洪水位与相应尾水位的静水压力+自重+扬压力+泥沙压力+浪压力

特殊荷载组合：

①校核洪水位与相应尾水位的静水压力+自重+扬压力+泥沙压力+浪压力

②基本荷载+地震

稳定计算公式

抗剪断公式：

抗剪公式：

应力分析采用材料力学方法计算即可。

C、拱坝

①正常蓄水位与相应尾水位的静水压力+自重+扬压力+泥沙压力+浪压力+设计正常温降

②设计水位与相应尾水位的静水压力+自重+扬压力+泥沙压力+浪压力+设计正常温升

③死水位与相应尾水位的静水压力+自重+扬压力+泥沙压力+浪压力+此时出现的正常温升（或温降）

①校核洪水位及相应尾水位的静水压力+自重+扬压力+泥沙压力+浪压力+设计正常温升

拱座稳定分析：

拱座稳定性计算主要是合理确定滑裂面构成及其f1、c值。

拱座抗滑稳定分析采用刚体极限平衡法即可。

拱座稳定分析应按空间问题处理，确定其整体抗滑稳定安全系数。

如情况简单且无复杂滑裂面时，可按平面分层累计计算。

抗滑稳定计算公式

应力分析：

用拱梁分载法计算即可。

四、施工组织设计

4.1施工条件

4.1.1工程条件

（1）概述工程所在地点、对外交通运输条件、上下游可利用的场地面积和利用条件。

（2）概述除险加固的工程项目及施工特点。

（3）说明主要建材的来源和供应条件及当地水源、电源情况。

（4）对工程施工准备、工期的要求。

4.1.2自然条件

（1）概述一般枯水季节时段及洪水特性。

（2）概述地形、地质条件及气温、降水特性。

4.2施工导流

对于在临水侧有除险加固项目的工程，应作施工导流设计。

4.2.1导流标准

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）之规定，小

（2）型水库属5等工程，施工洪水可取枯水期10～5年一遇洪水。

4.2.2导流方式及围堰

根据水库的实际情况，确定导流方案，设计施工围堰，选定围堰的施工程序和施工方法。

4.3料场选择和规划

4.4主要除险加固工程施工

包括施工程序、施工方法、施工布置、施工质量控制要求等。

4.5施工交通运输

确定对外交通运输线路及场内交通布置。

4.6施工工厂设施及风、水、电布置

4.7施工总布置

说明施工布置的原则；

提出施工总布置图（包括施工工厂、交通运输等）。

4.8施工总进度

说明施工总进度安排的原则及工期要求；

提出工程准备期、工程施工期的控制性关键项目及进度安排、工程量及工期、施工强度、劳动力、机械设备；

提出施工总进度图、表（包括横道图、网络图等）。

4.9主要建筑材料和主要施工机械设备

按名称、规格、数量列出汇总表。

4.10附图

施工总布置图；

导流工程布置图；

施工总进度图、表。

五、工程概算

5.1工程量

5.1.1工程量务必核实，严禁虚造工程量。

5.1.2设计报告、设计图集、设计概算中的工程项目名称及工程量必须对应。

5.1.3应按照《水利水电工程设计工程量计算规定》（SL328-2005）的有关规定计算工程量。

5.1.3.1土石方开挖工程量应按岩土分级别计算，并将明挖、暗挖分开。

明挖宜分一般、坑槽、基础、坡面等；

暗挖宜分平洞、斜井和竖井等。

5.1.3.2土石方填（砌）筑工程工程量计算应符合下列规定：

（1）土石方填筑工程量应根据建筑物设计断面中不同部位不同填筑材料的设计要求分别计算，以建筑物实体方计量。

（2）砌筑工程量应按不同砌筑材料、砌筑方式（干砌、浆砌等）和砌筑部位分别计算，以建筑物砌体方计量。

5.1.3.3土工合成材料工程量宜按设计铺设面积或长度计算，不应计入材料搭接及各种形式嵌固的用量。

5.1.3.4混凝土立模面积应根据建筑物结构体形、施工分缝要求和使用模板的类型计算，不参考《水利建筑工程概算定额》（水总〔2002〕116号）附录9，而应根据工程设计立模面积计算。

5.1.3.5钻孔灌浆工程量计算应符合下列规定：

（1）基础固结灌浆与帷幕灌浆工程量，自起灌基面算起，钻孔长度自实际孔顶高程算起。

基础帷幕灌浆采用孔口封闭的，还应计算灌注孔口管的工程量，根据不同孔口管长度以孔为单位计算。

地下工程的固结灌浆，其钻孔和灌浆工程量根据设计要求以长度计。

（2）回填灌浆工程量按设计的回填接触面积计算。

（3）接触灌浆和接缝灌浆的工程量，按设计所需面积计算。

5.1.3.6水工建筑物的各种钢闸门和拦污栅工程量以吨计，应根据选定方案的设计尺寸和参数计算。

各种闸门和拦污栅的埋件工程量计算均应与其主设备工程量计算精度一致。

5.1.3.7启闭设备工程量计算应与闸门和拦污栅工程量计算精度相适应，并分别列出设备重量（吨）和数量（台、套）。

5.1.3.8压力钢管工程量应按钢管形式（一般、叉管）、直径和壁厚分别计算，以吨为计量单位，不应计入钢管制作与安装的操作损耗量。

5.1.3.13施工中允许的超挖、超填量，合理的施工附加量及施工损作损耗已计入概算定额，不应包括在设计工程量中。

5.1.3.14工程量阶段系数

类别

土石方开挖、填筑，砌石工程

砼工程

钢筋

钢材

模板

灌浆

永久工程或建筑物

1.04

1.03

1.05

1.1

施工临时工程