水库土石坝除险加固毕业设计报告书管理资料.docx
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水库土石坝除险加固毕业设计报告书管理资料
存档编号
XXXXXXXX大学
NorthChinaUniversityofWaterResourcesandElectricPower
毕业设计
题目田化水库除险加固设计
学院水利学院
专业水利水电工程
姓名XXXXXXXX
学号XXXXXXXXX
指导教师XXXXXXX
完成时间
独立完成与诚信声明
本人郑重声明:
所提交的毕业设计是本人在指导教师的指导下,独立工作所取得的成果并撰写完成的,郑重确认没有剽窃、抄袭等违反学术道德、学术规范的侵权行为。
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毕业设计作者签名:
导师签名:
签字日期:
签字日期:
摘要
田化水库位于海南省五指山市毛道乡毛道村委会,,,影响耕地800多亩,工程等别为Ⅳ等。
工程于1976年动工修建,1978年建成投入使用,是一座以防洪为主,兼有灌溉等综合效益的小
(1)型水库。
由于水库有一定程度的损伤,如:
大坝内坡较陡。
大坝迎水坡未进行防护,水流掏涮严重;坝顶未硬化,不利于工程管理和大坝安全。
原放水设施为斜卧管,浆砌条石结构,有渗漏,且运行管理不便。
本次设计的主要内容为:
对周薄冲水库进行坝顶高程复核以及溢洪道最大泄洪能力复核、大坝渗流分析、稳定分析、除险加固方案设计等。
根据基本资料给出的设计和校核水位,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:
渗流分析;稳定分析;除险加固
Abstract
TianhuareservoirislocatedintheterritoryofMaodaocountyofHainanprovince.Tianhuareservoirnaturalcatchmentareaofkm2andreservoirtotalcapacityof1010000m3,influencemorethan880hectaresofarableland,thescaleoftheengineerisⅣ.Projectbuiltin1976,wascompletedin1978,isamainlytofloodcontrol,andirrigation,comprehensivebenefitsmall
(1)thetypeofreservoir.
Becausethereservoirhasacertaindegreeofdamage,suchas:
(1)withinthedamslopeissteep;
theslopetowardthesideoftheflowwater,waterrinseoutseriously;nohardeningofdamcrest,whichisunfavorableforengineeringmanagementandthedamsafety.
theoriginalwaterfacilitiesforreclining,buildbylayingbricksorstonesstonestructure,thereisleakage,andtheinconvenienceofoperationandmanagement.Themaincontentofthisdesignis:
forweeksthinbluntthereservoirdamcrestelevationmaximumdischargecapacitycheck,reviewandspillwaydamseepageanalysis,stabilityanalysis,theconsolidationplandesign,etc.
Accordingtothebasicinformationofdesignandcheckwaterlevel,forspillwaymaximumdischargecapacityreview,inadditionofseepagethroughdamstabilityanalysisofdamandwhetherthereisdangerandtoadopteffectiveengineeringmeasures,thusallowingthedamtoachievethepurposeofconsolidation.
Keywords:
Seepageanalysis;Stabilityanalysis;andConsolidate
第1章综合说明
田化水库位于海南省五指山市毛道乡毛道村委会境内,水库所在河流为田化支流。
,,。
田化水库对外交通条件为一般,从五指山市区至毛道乡虽有乡村道路,,~,路面凹凸不平,部分路段较陡,一般车辆无法行驶,须将路基扩宽和对路面进行平整。
田化水库始建于1976年10月,于1978年竣工。
设计灌溉面积为800亩。
水库管理单位是毛道乡水利管理所,隶属毛道乡政府领导。
五指山市水务局是田化水库技术指导单位。
(1985年国家高程基准,下同),;设计洪水标准P=%,,相应库容92万m3;校核洪水标准P=%,,相应库容101万m3;m,。
水库现有主要建筑物由均质土坝、溢洪道、输水涵管等组成。
现状均质土坝坝顶长110m,,,m,,,上游为砼护坡,上下游坝坡较陡且坡比极为不规则,上游坝坡坡比在1:
~1:
,下游坝坡坡比在1:
~1:
,下游为草皮护坡,设有集水沟排泄坡面雨水,部分坡面杂草、灌木丛生,经过多年雨水冲刷形成小冲沟。
,但排水棱体高度不够高。
输水涵位于坝体右侧,涵管为浆砌石墙钢筋混凝土盖板涵,,m,管长约88m,m,。
放水涵进口闸门形式为旋转门盖。
溢洪道位于坝体左侧,地处两山包之间垭口地带。
溢洪道型式为开敞式宽顶堰,。
,,陡坡段始端净宽16m,,陡坡段比降1:
,m3/s,m3/s。
溢洪道于2006年对进口水平段进行加固处理,主要是砌筑两侧挡土墙及底板,出口采用挑流消能,现状溢洪道进口水平段经加固后两侧挡土墙为浆砌石砌筑,,m,底板基础为浆砌石,,。
表1-1田化水库特性表
序号及项目
单位
数量或名称
备注
加固前
加固后
一、水库
1、校核洪水位
m
2、设计洪水位
m
3、正常蓄水位
m
4、死水位
m
5、校核洪水位相应库容
104m3
101
101
6、设计洪水位相应库容
104m3
92
92
7、正常蓄水位相应库容
104m3
8、死库容
104m3
二、下泄流量
1、校核洪水位下泄流量
m3/s
2、设计洪水位下泄流量
m3/s
三、工程效益
1、捍卫人口
人
2、捍卫耕地
公顷
3、灌溉面积
亩
800
800
4、供水
m3/d
5、发电装机
kw
四、主要建筑物
(一)挡水建筑物
A、主坝
1、型式
均质土坝
均质土坝
2、顶部(防浪墙顶)高程
m
3、最大坝高
m
20
20
4、坝顶宽度
m
5、坝顶长度
m
110
113
(二)输水建筑物
1、型式
浆砌石方涵
浆砌石方涵
2、断面尺寸
m
×
×
宽×高
3、长度
m
88
101
4、闸门型式
转动门盖
斜拉闸门
(三)泄水建筑物
1、型式
开敞式
开敞式
2、堰顶高程
m
3、过水净宽
m
~
~
不规则
4、溢流段长度
m
5、消能方式
挑流消能
挑流消能
2007年5月,海南省三亚市水电勘测设计院对五指山市田化水库大坝的安全进行了论证,并编写了《海南省五指山市田化水库大坝安全评价报告》,对大坝工程质量、运行情况、洪水复核、大坝结构、渗流状态、地震等进行了综合评价。
2008年4月,海南省水务局对《海南省田化水库大坝安全评价报告》进行了核查,根据《海南省水务局关于田化小型水库三类坝安全鉴定成果核查意见的函》,专家组核查意见如下:
1)大坝防洪标准不满足规范要求;
2)迎水坡干砌石护坡变形塌陷,破坏严重,坡面凌乱不规整;背水坡草皮护坡,坡面变形严重;
3)坝体压实度达不到规范要求,填筑质量较差,不满足规范要求,坝后渗漏较大,坝体与坝基接触带存在渗漏,反滤排水棱体堵塞,部分失效;
4)溢洪道为临时溢洪道,泄槽底板及两侧处于天然状态,未作任何衬砌,抗冲刷能力低,溢洪道进口右岸为高边坡,存在滑坡失稳隐患;
5)涵管闸门启闭设备老化破损,关后不严,存在接触渗漏隐患,危及大坝安全;
6)大坝未设测压、位移变形设施和水文测报系统,管理设施落后简陋,进库公路标准低,不利于大坝安全检测和工程管理。
根据洪水复核成果、渗流及结构安全评价,并结合地质勘察报告,专家核查组认为该水库大坝属三类坝。
根据现场检查和《田化水库大坝安全鉴定大坝安全评价报告》、《大坝安全鉴定报告书》(以下统一简称为鉴定报告)以及《海南省五指山市田化水库除险加固工程初步设计工程地质勘察报告》(以下简称为地质报告),田化水库主要存在的安全隐患如下:
a)水库土坝
大坝于1976年建成并投入使用,由当时的县农业局组织全县6000多社员进行施工,受当时的施工条件所限,工程质量得不到保证,水库经过多年的运行,相继出现坝基渗漏、坝坡沉降等问题,经过多次加固维修后,于2006年再次对大坝进行局部加固维修,新建坝顶防浪墙、上游面砼护坡,但由于投入资金有限等原因,目前水库仍未完全解决隐患问题,水库大坝仍处于带病运行状态。
现状均质土坝坝顶长110m,,,,上游为砼护坡,上游坝坡较陡且坡比极为不规则,坡比在1:
~1:
;下游坝坡坡比亦极为不规则,坡比在1:
~1:
,下游为草皮护坡;,;,。
水库大坝存在的主要问题为:
1)现状坝顶宽度不满足现行有关规范的要求;
2)根据《地质报告》,由于建坝时对坝基冲积层处理不彻底,且上覆坝体压实不足,存在坝基、坝体与坝基接触带存在接触渗漏隐患;
3)大坝施工质量差,填筑土碾压不实,根据《地质报告》,现状土坝压实度不均匀,干密度偏低,%~%,%,压实度达不到规范要求(96%),填土填筑质量较差。
坝体土坝填筑为砂性土,填筑质量差,上部透水性中等,存在渗漏问题;
4)土坝最大坝高20m,上下游坝坡较陡且坡比极为不规则,上游坝坡坡比在1:
~1:
;下游坝坡坡比在1:
~1:
。
上下游坡面坡度较陡,经计算,边坡稳定不满足要求;
5)上游面混凝土护面护坡出现较多裂缝,局部出现沉陷等现象;
6)坝下游为草皮护坡,部分坡面杂草丛生,局部坡面经雨水冲刷形成冲沟及跌窝现象。
b)溢洪道
溢洪道位于坝体左侧,地处两山包之间垭口地带。
溢洪道型式为开敞式宽顶堰,。
m3/s,m3/s。
溢洪道于2006年对进口水平段进行加固处理,现状溢洪道进口水平段经加固后两侧挡土墙为浆砌石砌筑,,m,底板基础为浆砌石,,。
虽然在2006年对溢洪道进行局部加固处理,由于限于当时的投入资金有限等原因,溢洪道仍未彻底消除安全隐患,溢洪道存在如下主要问题:
1)根据《地质报告》,溢洪道出口处两侧山体及堰基下轻微渗水,存在堰基渗漏问题;
2)溢洪道进口右侧挡土墙以上山坡较陡,存在安全隐患;
3)未经加固的溢洪道底板老化损坏,轻微开裂,防冲能力低,两侧浆砌石砂浆脱落严重;
4)溢洪道及出口出现积淤,溢洪道出口挡土墙两侧灌木丛生,影响行洪安全;
5)溢洪道出口段浆砌石底板出现严重损坏。
c)输水涵
输水涵位于坝体右侧,涵管为浆砌石墙钢筋混凝土盖板涵,,m,管长约88m,m,。
涵管进口形式为旋转门盖形式。
输水系统存在的主要问题为:
1)涵管进口部分与大坝接触不严密,存在渗漏水现象,对坝体构成直接威胁;
2)涵管进水口起闭设备结构型式落后,转动门盖止水效果差,旋转门盖已损坏,关闭不密实,出现漏水现象,无启闭房。
田化水库是一座以灌溉为主的小
(1)型水库,针对工程存在的安全隐患,本次课设除险加固的主要内容有:
1)对大坝坝顶高程复核(采用“莆田试验站”公式计算),大坝渗流稳定分析(采用水力学方法手算一种工况和理正软件进行分析),大坝稳定分析(采用瑞典圆弧法手算一种工况和理正软件进行分析)。
土坝坝体和坝基进行防渗灌浆,以解决渗流异常问题;坝体上游护坡,下游植草皮;修复排水棱体;
2)对溢洪道堰顶进行加固防渗处理,修复泄槽段底板,增加下游消能设施;
3)灌溉涵管进口拆除重建,与坝体结合处进行防渗处理,拆除启闭机室和进口闸门,在输水涵管下游出口安装闸阀。
第2章水文
气象
本流域属热带季风性海洋气候特点明显,夏无酷暑,冬无严寒,四季温和。
℃,夏季平均气温为25℃,冬季平均气温为17℃;相对湿度为84%;年平均日照为2000小时左右。
多年平均降雨量1900mm,,,多年平均相对湿度84%。
洪水
水库集水区域下垫面情况
田化水库位于五指山市毛道乡境内,水库所在河流为田化支流。
,,,坝址河流流向为西南方向,河床狭小,两岸为高上,地形较陡,,,按区域划分属海南山区。
流域表层土壤多为红壤土,植被主要有次生林、经济果木、灌木丛及草坡地,植被覆盖良好,无明显水土流失现象。
水库集水区域地理参数
在本次加固设计中,对水库集水区域地理参数进行复核,经复核,田化水库的各项地理参数如下:
集雨面积:
干流河长:
干流坡降:
根据水库调洪演算成果,田化水库特征水位为:
,,。
第3章工程地质
根据库区及周边地面调查,未发现有构造断裂,另根据20万分之一区域地质资料(海南岛幅)了解,库区及附近也未有构造断裂线,根据<<中国地震动参数区划图>>(GB18306-2001),,相应地震基本烈度为Ⅵ度,区域构造相对稳定。
坝区出露地层岩性主要为中生代第四期花岗岩(γ5D)、第四系冲积砂质粘土层或粉细砂层(Q4al)以及残坡积层(Q4edl)。
其中残积土和花岗岩全风化土构成主要的坝基、坝肩岩体,冲积层(Q4al)构成局部的坝基岩体。
~,呈土状,%,%,基本构成粘土质砂,基本与填筑土相近。
残积土层性质类似于风化土层。
冲积层(Q4al)主要为河床坝基下的砂质粘土层或粉细砂层,~,水库兴建时局部未予完全清除,冲积层分布不连续,并未贯穿整个坝基段。
坝区地下水类型主要为孔隙性潜水和基岩裂隙水,基岩裂隙水埋藏较深,与库水位关联不大;孔隙性潜水主要埋藏在填土和基岩全风化土中,埋藏较浅,与库水关系密切:
坝体填土和坝基全风化土中潜水连通性较好,具统一的地下水面,而坝肩地下水位向两岸则逐渐抬升,并在一定范围内(约20m~30m)与库水位持平。
勘探成果(见表3—1)表明坝基残坡积土及花岗岩全风化土主要属弱透水层,构成坝区内相对隔水层,第四系冲积粉细砂层和基岩强风化岩体存在中等透水层,弱风化岩体应属弱透水层。
大坝排水棱体后见清澈水流溢出,,其余坝基或坝肩均未见明显水流溢出,综合判定坝基、坝肩应以弱透水层为主,坝基及坝体与坝基存在接触部位渗漏安全隐患。
出露地层岩性主要为中生代第四期花岗岩(γ5D),全~~,其下为弱风化花岗岩。
堰基至侧墙一带地基土为花岗岩全风化土,呈散体结构,其物理力学性质同坝基一带。
承载强度较高,透水性弱,地下水为孔隙性潜水,主要接受库水补给。
溢洪道面板老化损坏,轻微开裂,侧墙以上为全风化花岗岩土出露,冲刷严重,溢洪道进口右侧山体较陡,出口挑流鼻坎处及消能池淤积严重,影响行洪安全,于溢洪道出口处可见两侧山体及堰基下轻微渗水,水质清澈。
放水涵管为浆砌石墙钢管混凝土盖板涵,,,管长88m,,,埋置在大坝中部靠右侧,放水涵管有轻微漏水现象,放水设备损坏,没有启闭机室。
根据物探高密度法效果图显示,放水涵管周围并未发现明显异常;放水涵管地基土为花岗岩全风化土,承载力较好,渗透性能较弱;接近涵管的填土渗透系数为K=×10-5cm/s,属弱等透水;标贯、物理力学指标显示其土体性状与周围土体比较并无异常,涵管坝段接触部位渗漏问题不明显,坝后涵管部位出水应属进口部位与大坝接触不紧密及闸门关启不严所致。
表3-1岩土物理力学指标建议值
工程部位
土层
名称
天然状态土的物理性指标
渗透
系数
固结
快剪
饱和慢剪
闸坝基础
与地基土
摩擦系数
天然地基承载力特
征值
允许坡降
含水率
密度
土粒比重
孔
隙
比
压缩
系数
压缩
模量
粘聚力
摩擦角
粘聚力
摩擦角
湿
干
大值均值
小值均值
W
ρo
ρd
Gs
eo
k
kv
~
~
C
φ
C
φ
f
fak
【J】
%
g/cm3
cm/s
cm/s
MPa-1
MPa
kPa
度
kPa
度
kPa
坝
体
素填土
坝
基
、
坝
肩
冲积土
E-05
~
150
残坡积土
200
全风化土
~
200
第4章工程任务和规模
防洪任务
田化水库是一宗以灌溉为主并结合防洪的小
(1)型水库,下游有农田800亩,一旦发生垮坝等重大事故,将会冲毁下游800亩农田,将造成较大的经济损失和社会影响。
灌溉任务
田化水库是一座以灌溉为主的小
(1)型水库,肩负下游五指山市少数民族地区毛道乡800亩农田灌溉任务。
灌渠由于水库坝体坝基存在渗漏等原因,多年来一直带病控制运行,难以发挥其经济效益和社会效益。
工程规模
田化水库于1976年10月动工兴建,1978年竣工,是一宗以灌溉为主的小
(1)型水利工程,m,相应库容,m,相应库容。
田化水库原设计洪水标准为30年一遇设计,300年一遇校核。
,依据《防洪标准》(GB50201-94)和《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)的有关规定及水库所在区域的地形地貌,田化水库的防洪标准按山区、丘陵区标准确定:
田化水库属Ⅳ等小
(1)型水利枢纽工程,主要建筑物级别4级,次要建筑物5级,临时性建筑物5级。
经复核,大坝原设计标准满足现行防洪标准的要求,因此,本次加固应采取的标准仍为原设计标准,即设计洪水标准为30年一遇(P=%),校核洪水标准为300年一遇(P=%)。
根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)和《溢洪道设计规范》(SL253-2000)规定,山区、丘陵区水利水电工程永久性泄水建筑物消能防冲设计的洪水标准,可低于建筑物的洪水标准。
田化水库溢洪道建筑物级别为4级,根据规范规定,溢洪道消能防冲建筑物的设计洪水标准按20年一遇洪水设计,300年一遇洪水校核。
第5章工程加固设计
设计依据
1)《防洪标准》(GB50201-94)
2)《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)
3)《海南省五指山市田化水库大坝安全评价报告》
4)田化水库《大坝安全鉴定报告书》
5)《水利工程水利计算规范》(SLl04—95)
6)《水工混凝土结构设计规范》(SL/T191-96)
7)《水工建筑物抗震设计规范》(SL203—97)
8)《碾压式土石坝设计规范》(SL274—2O01)
9)《溢洪道设计规范》(SL253—2OOO)
10)《水闸设计规范》(SL265—2001)
11)《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》(SLl89—96)
工程总体布置
田化水库位于海南省五指山市毛道乡毛道村委会境内,水库所在河流为田化支流。
由于本工程为除险加固工程,为减少工程量,以节省投资,除险加固后工程总布置基本按原来水库枢纽各建筑物布置。
加固后,,坝顶铺设泥结石层,坝顶下游侧砌筑C20路缘石。
。
大坝迎水坡按1:
,由死水位()至坝顶坡面采用浇筑120mm厚C20砼护坡。
对背水坡进行培厚,培厚坡比1:
,,,坡面全部采用直播种草进行护坡,,详见水库加固枢纽平面布置图。
大坝采用劈裂灌浆技术防渗,分别在坝轴线及轴线上游侧各布置一排,,梅花状布置,;上游侧孔深入隐患2m,轴线孔深入隐患1m。
溢洪道位于坝体左侧,地处两山包之间垭口地带。
加固后溢洪道型式仍为开敞式宽顶堰,。
在本次加固设计中,保持溢洪道溢洪道进口段现状。
加长溢洪道进口段并做齿墙作堰基防渗处理,对溢洪道进口右侧挡土墙顶边坡按1:
。
除2006年加固外的挡土墙采用1:
2砂浆进行加固补强,并铺设C20砼面板,并对溢洪道出口进行加固处理。
放水涵管埋置在大坝右侧,,,涵管全长101m,涵管为浆砌石结构方涵,,。
输水涵进水口为斜拉杆闸门型式,增设斜拉杆、起闭设备及启闭机房,输水涵出水口接灌溉渠。
输水涵沿涵管轴线布置充填灌浆,沿涵管轴线布置一排,两侧各两排,共设置5排灌浆孔,,,轴线孔灌至涵管顶部,。
大坝工程加固设计
大坝坝顶高程复核
,。
大坝坝顶在水库静水位以上的超高根据《碾压式土石坝设计规范》规定,由下式确定:
(公式5-1)
式中Y——坝顶超高(m);
R——最大波浪在坝坡上的爬高(m);
e——最大风壅水面高度(m);
A——安全加高(m),根据坝的等级和运用条件规定采用。
,。
坝顶高程等于水库静水位与超高之和,分别按以下运用情况计算,并取其最大值为水库复核坝顶高程。
①设计洪水位加正常运用情况的坝顶超高;
②校核洪水位加非常运用情况坝顶超高;
坝顶高程为水库静水位与坝顶超高值之和。
表5-1各频率设计坝顶高程表
工况
水位(m)
R(m)
e(m)
A(m)
坝顶高程(m)
设计洪水
校核洪水
由上表可见,应以设
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