黄钟水库大坝安全复核评测报告.docx
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黄钟水库大坝安全复核评测报告
XX市XX区
黄钟水库大坝安全复核
报告
XX市XX区水利勘测设计队
二OO七年四月
批准:
审查:
校核:
编写:
1项目简况1
1.1项目简况1
1.2枢纽布置及建筑物现状2
1.2.1大坝2
1.2.2溢洪道2
1.2.3放水隧洞2
2 项目等级及洪水标准复核5
2.1项目等别及建筑物级别5
2.2洪水标准及设计洪水5
2.2.1洪水标准5
2.2.2设计洪水5
2.2.3调洪计算9
3项目地质复查16
3.1坝基坝址地质16
3.1.1地形地貌16
2.5.1.2地层岩性16
2.5.1.3地质构造16
4大坝渗流稳定复核18
5 坝体材料及填筑质量评价20
5.1坝址勘探20
5.3岩土物理力学参数实验20
5.4填筑质量评价20
6坝体结构安全复核21
6.1坝顶高程复核21
6.1.1基本参数21
6.1.2坝顶超高及坝顶高程复核21
6.2上游坝面抗风浪能力复核22
6.3坝体边坡稳定复核23
6.3.1物理力学参数23
6.3.2计算工况24
6.3.3计算方法24
6.3.4最小安全系数24
6.3.5坝坡稳定分析25
7水库抗洪能力26
7.3水库抗洪能力复核26
2.3.1抗洪能力复核26
2.3.2泄流安全性复核26
2.3.3应急措施26
8结论与建议27
8.1结论及建议27
8.1.1结论27
2.4.2建议27
1项目简况
1.1项目简况
黄钟水库位于XX区金鼎山镇黄钟村,距XX市30公里,松林至毛石公路经过此地,交通较为方便。
项目于一九五八年动工修建,因为当时的历史条件差,项目仅完成坝高3M,底宽114M,水库不能蓄水受益,经一九七七年和一九八五年两次续建后,坝高达13.6M,新修溢洪道,改建放水闸门,改造渠道66.4公里,修建渠道2公里,倒虹管4座。
项目灌溉农田3700亩。
黄钟水库坝址以上集雨面积为3.07km2,为粘土心墙坝;总库容为80.04万m3,兴利库容68.8万m3,死库容为1.14万m3;加高后,最大坝高为13.6m,坝顶宽15m,坝顶长150m,坝顶高程1025.40m,在1015.00高程有一马道宽8m,背水坡1:
2.5,在1015.00有一马道宽34m,反滤层高2m,迎水坡在1017.50以上为块石护坡,原有坝顶右高左低,不规整。
上游坝坡1:
3,下游坝坡1:
2。
溢洪道位于左坝端,为岸边溢洪道,长80m,其中进口引渠段长6m,底部高程为1024.75m,首部宽6m,末端宽5m,底板采用浆砌石护面。
放水涵洞位于右坝段,长105m,进口用φ200mm双向转动闸控制放水,采用卧管放水涵洞放水,出口高程1015.62m。
本次复核结果,坝址以上流域面积3.05km2,复核后校核洪水位(P=0.33%>1027.72m,设计洪水位(P=3.33%>1026.84m,正常蓄水位1024.70m,死水位1016.80m。
总库容74.5万m3。
大坝为均质土坝,坝顶高程1025.0m,最大坝高12.7m,坝顶长200m,坝顶宽5.0m。
水库溢洪道为侧槽式溢洪道,位于左坝端,长80m,其中溢流净宽5.50m,陡槽段宽度4.5~5.0m。
放水涵洞位于右坝段,长105m,进口用φ200mm双向转动闸控制放水,采用卧管放水涵洞放水,出口高程1015.62m。
1.2枢纽布置及建筑物现状
水库枢纽包括大坝、溢洪道及放水隧洞。
1.2.1大坝
大坝为均质土坝,坝顶高程1025.0m,最大坝高12.7m,坝顶长200m,坝顶宽5.0m。
上游坝坡为1:
4.8,下游坝坡<按测量轮廓线反算)在1:
2.0至1:
2.5之间。
1.2.2溢洪道
溢洪道为侧槽式溢洪道,位于左坝端,长80m,其中溢流净宽5.50m,陡槽段宽度4.5~5.0m。
1.2.3放水隧洞
放水涵洞位于右坝段,长105m,进口用φ200mm双向转动闸控制放水,采用卧管放水涵洞放水,出口高程1015.62m。
项目特性见表1-01。
工 程 特 性 表
表1-01
指标名称
单位
数 量
备 注
原设计
复核后
一、水文
1、坝址以上流域面积
km2
3.07
3.05
2、设计洪峰流量
m3/s
50.5(P=3.33%>
3、校核洪峰流量
m3/s
84.4
二、水库
1、正常蓄水位
m
1027.75
1024.70
2、死水位
m
1016.80
3、设计洪水位
m
1026.84
4、校核洪水位
m
1027.72
5、总库容
万m3
80.04
74.5
6、兴利库容
万m3
68.8
69.5
7、死库容
万m3
1.14
5.00
三、大坝
1、坝型
均质土坝
均质土坝
2、最大坝高
m
13.6
12.7
3、坝顶高程
m
1025.4
1025.0
4、坝顶宽
m
15
5.0
5、坝顶长度
m
150
200
6、上游坝坡
1:
3.00
1:
4.80
7、下游坝坡
1:
2.00
1:
2.32
工 程 特 性 表
续表1-01
指标名称
单位
数 量
备 注
原设计
复核后
四、溢洪道
1、堰型
宽顶堰
宽顶堰
2、堰顶高程
m
1024.75
1024.70
3、溢流堰净宽
m
6.0
5.5
4、安全泄量
m3/s
13.8(P=3.33%>
五、放水建筑物
放水隧洞
型式
放水卧管
放水卧管
断面<宽×高)
m
取水口中心高程
m
1015.62
1015.62
放水设备
φ200双向转动闸
φ300吸型闸阀
2 项目等级及洪水标准复核
2.1项目等别及建筑物级别
黄钟水库大坝为均质土坝,最大坝高12.7m,原设计总库容80.04万m3,复核后总库容74.5m3。
根据SL252-2000《水利水电项目等级划分及洪水标准》和GB50201-94《防洪标准》规定,本项目等级为Ⅴ等,项目规模为小<2)型,大坝及溢洪道为5级水工建筑物。
2.2洪水标准及设计洪水
2.2.1洪水标准
黄钟水库原设计采用30年一遇洪水设计,300年一遇洪水校核。
根据GB50201-94《防洪标准》规定,原设计的洪水标准符合要求,故本次复核仍采用原设计洪水标准,即:
校核洪水标准300年一遇
2.2.2设计洪水
1.流域地理参数复核
本次复核,根据1:
10000地形图量算,黄钟水库流域面积F=3.05km2<原设计资料流域面积3.07km2,相差小于3%,采用原设计资料成果),主河道长L=2.49km,主河道平均比降J=45.3‰,部分汇流系数δ=0.99,坡流影响系数K坡=1.80,暴雨点面系数∮=0.961,流域形状系数f=0.495。
2.设计洪水复核
<1)流域简况、气象及暴雨洪水特性
黄钟水库位于XX区金鼎山镇黄钟村,距XX市30公里,松林至毛石公路经过此地,交通较为方便。
坝址地理位置东经106º44′49″,北纬27º45′42″。
黄钟水库位于洛江左岸一级支流螃蟹河河左岸一级支流——高枧沟。
流域内地形属于山间丘陵谷地或缓丘地形。
流域内海拨在1020m~1330m之间,最高点高程1327m。
水库所在区域属北亚热带季风型气候,冬无严寒,夏无酷暑,四季分明,降水较丰沛。
根据邻近的XX市气象台资料统计:
年平均气温15.2℃,极端最高气温38.7℃,极端最低气温-7.1℃,多年平均无霜期280.8天,多年平均降水量1086.2mm。
实测最大日暴雨1995年为183.9mm,多年平均日照1160.5h,多年平均相对湿度80%,多年平均最大风速11.8m/s。
黄钟水库属一般暴雨区,一般5月份进入汛期,10月份结束,暴雨多发生在5~8月;受山区地形地貌影响,易发生强度及量级大而历时短的灾害性暴雨。
受暴雨特性及流域特性的影响,设计流域洪水具有陡涨陡落、峰高量集中及洪水历时短的山区特小河流洪水特性,其洪水过程尖瘦,洪量主要集中在12小时内。
<2)设计暴雨
黄钟水库流域内无水文站、气象站和雨量站。
根据邻近XX市气象站年最大一日暴雨统计,然后换算成年最大二十四小时暴雨,进行频率计算,其计算成果如表2-1。
参照《贵州省短历时暴雨统计参数等值线图》和《贵州省暴雨洪水计算用手册》之有关等值线图,设计流域24小时设计暴雨均取98.0mm,Cv值取0.48。
其成果如下:
H24=98.0mm,Cv=0.48,Cs=3.5Cv;Sp=42.0mm,Cv=0.46,Cs=3.5Cv。
不同设计频率的暴雨量如表2-2。
参证站年最大二十四小时暴雨量频率分析成果表
表2-1
站名
H24 Cv Cs/Cv XX市气象站 95.1 0.43 3.5 黄钟水库设计暴雨成果表 表2-2 项目 均值(mm> Cv Cs/Cv 各频率设计暴雨(mm> 20% 10% 5.0% 3.33% 2.0% 0.5% 0.33% 24小时暴雨 98.0 0.48 3.5 129.4 160.7 191.1 207.8 230.3 288.1 305.8 1小时暴雨 42.0 0.46 3.5 55.0 67.7 79.9 86.9 95.8 119.3 126.0 <3)设计洪水的推求 因为流域面积较小,而邻近又无特小流域水文资料,故在本流域的洪水计算中采用专门用于特小流域洪水计算的产、汇流简析公式<贵州省水利学会,1990年,史学政)和《贵州省暴雨洪水计算实用手册》修订公式<《贵州省水力发电》,1995年)分别计算后综合取值。 黄钟水库流域面积小于10km2,植被一般,属于开垦度较高的低山深丘区,河槽较为顺直,故修订公式采用特小<3)式,简析公式采用特小<2)式,公式如下: 简析公式<特小2式): Qmp=0.099K坡-0.57·<δ·∮)1.14·J0.054·f0.232·F0.75·Sp1.37 修订公式<特小3式): Qmp=0.481r10.571·f0.223·J0.149·F0.890· 洪量公式: Wmp=0.1F·α·<∮H24p)1.15 Qmp-某设计频率之洪峰流量 Wmp-某设计频率之洪水总量<万m3); δ-部分汇流系数; ∮-暴雨点面系数; K坡-坡流影响系数; L-主河道长度; J-主河道平均坡降; f-流域形状系数; F-流域面积; Sp-某设计频率暴雨雨力; H24p-某设计频率最大24小时暴雨量; r1-汇流系数; C1-洪峰径流系数; α-洪量径流系数; 在计算中,汇流系数r1根据流域情况取0.36,C1取值范围为0.76~0.88,a取0.36;黄钟水库坝址处各频率设计洪峰流量、最大24小时洪量成果见表2-3。 黄钟水库设计洪峰、洪量成果表 表2-3 频率P<%) 20 10 5 3.33 2.0 0.5 0.33 洪峰流量 简析公式 27.0 35.9 45.1 50.6 57.8 78.1 84.2 修订公式 27.6 35.8 45.3 50.4 58.4 77.1 84.6 均值<采用成果) 27.3 35.9 45.2 50.5 58.1 77.6 84.4 最大24小时洪量<万m3) 28.3 36.4 44.4 48.8 55.0 71.1 76.2 设计洪水过程线根据《贵州省暴雨洪水计算实用手册》之“概化过程线”推求,成果见表2-4。 黄钟水库设计洪水过程线 表2-4 时间 t 流量 P=0.33% P=0.50% P=3.33% P=5% P=20% 0.0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.5 46.5 36.1 25.3 21.9 13.2 1.0 84.4 77.6 50.5 45.2 27.3 1.5 69.5 63.3 40.9 35.4 24.0 2.0 50.0 45.1 30.6 27.0 17.7 2.5 35.6 32.4 22.5 19.2 13.4 3.0 26.3 24.0 16.1 13.6 9.60 3.5 19.3 18.0 11.6 9.90 7.10 4.0 15.2 13.6 9.00 7.40 4.80 4.5 11.3 10.3 6.70 5.40 3.20 5.0 9.00 8.10 4.69 4.14 2.60 5.5 7.10 6.34 3.95 3.46 1.69 6.0 5.67 5.30 3.20 2.78 1.35 6.5 4.56 4.26 2.54 2.23 1.10 7.0 3.77 3.52 2.15 1.87 0.85 7.5 3.18 2.97 1.75 1.51 0.60 8.0 2.60 2.42 1.36 1.15 0.35 8.5 2.01 1.87 0.96 0.79 0.22 9.0 1.42 1.32 0.57 0.43 0.17 9.5 0.84 0.78 0.32 0.27 0.11 10.0 0.52 0.43 0.21 0.18 0.08 10.5 0.39 0.31 0.13 0.10 0.06 11.0 0.28 0.22 0.08 0.06 0.03 11.5 0.19 0.14 0.06 0.04 0.02 2.2.3调洪计算 1.调洪计算的条件 <1)调洪复核计算洪水资料采用本次复核成果。 <2)水库调洪计算的起调水位采用<本次复核的)水库堰顶高程1024.70m,相应库容45.0万m3。 <3)水库溢流道为侧槽式溢洪道,溢流堰型式属明槽式,溢流方式按开敞式自由出流考虑。 <4)调洪演算库容曲线采用复核后的库容曲线。 <5)水库溢洪道为岸边开敞式无堰溢洪道,溢流净宽5.50m,陡槽段宽度4.5~5.0m。 泄流流量采用公式: q=M·B·H1.5 2.水库库容曲线复核 黄钟水库<原设计资料)面积~库容曲线与本次复核成果相差甚微,采用原成果。 黄钟水库容曲线成果见表2-5及附图。 黄钟水库库容曲线 表2-5 高程(m> 1011.80 1013.00 1015.00 1017.00 1019.00 库容(万m3> 0.00 0.083 1.36 5.60 12.9 高程(m> 1021.00 1023.00 1025.00 1027.00 库容(万m3> 21.7 33.2 47.3 64.9 3.调洪计算 依据前面论述之调洪条件,黄钟水库调洪计算采用单辅助曲线法计算。 经计算,黄钟水库调洪成果如表2-7,调洪过程线见表2-6及附图。 黄钟水库调洪过程线表 表2-6 P=0.33% P=3.33% 时段 Qt qt 时段 Qt qt Δt=0.5h (m3/s> (m3/s> Δt=0.5h (m3/s> (m3/s> 0.0 0.00 0.00 0.0 0.00 0.00 0.5 46.5 2.58 0.5 25.3 1.08 1.0 84.4 15.7 1.0 50.5 7.44 1.5 69.5 30.4 1.5 40.9 16.1 2.0 50.0 36.4 2.0 30.6 21.0 2.5 35.6 37.6 2.5 22.5 22.4 3.0 26.3 36.3 3.0 16.1 21.7 3.5 19.3 33.6 3.5 11.6 19.7 4.0 15.2 30.1 4.0 9.00 17.4 4.5 11.3 26.4 4.5 6.70 15.1 5.0 9.00 22.4 5.0 4.69 12.9 5.5 7.10 18.7 5.5 3.95 10.9 6.0 5.67 15.6 6.0 3.20 9.27 6.5 4.56 13.2 6.5 2.54 7.88 7.0 3.77 11.1 7.0 2.15 6.77 7.5 3.18 9.47 7.5 1.75 5.81 8.0 2.60 8.09 8.0 1.36 4.98 8.5 2.01 6.85 8.5 0.96 4.27 9.0 1.42 5.87 9.0 0.57 3.67 9.5 0.84 5.00 9.5 0.32 3.10 10.0 0.52 4.18 10.0 0.21 2.67 10.5 0.39 3.53 10.5 0.13 2.25 11.0 0.28 3.00 11.0 0.08 1.94 11.5 0.19 2.58 11.5 0.06 1.64 黄钟水库调洪计算成果表 表2—7 频率 <%) Qmp qmp 起调水位 最高洪水位 相应库容<万m3) 备注 0.33 84.4 37.6 1024.70 1027.72 74.5 校核洪水 3.33 50.5 22.4 1024.70 1026.84 63.4 设计洪水 5.00 45.2 19.3 1024.70 1026.64 61.4 20年一遇 20.0 27.3 11.5 1024.70 1026.07 56.2 5年一遇 说明: 调洪计算中不考虑坝顶泄洪,溢洪道泄洪按开敞式自由溢流计算。 经计算,黄钟水库现有溢洪道泄流关系曲线如表2-8。 黄钟水库现有溢洪道泄流曲线成果表 表2-8 水库水位 1024.70 1025.00 1025.50 1026.00 1026.50 1027.50 溢流水深 0.00 0.30 0.80 1.30 1.80 2.8 泄流量 0.00 1.17 5.11 10.6 17.3 33.5 3项目地质复查 3.1坝基坝址地质 3.1.1地形地貌 坝址河流流向S15°E,坝址区两岸地形较平缓,河谷形态为基本对称形“U”形,左岸山体最高点高程1230.00m,右岸山体最高点高程1369.00m,坡角左岸15~20º,右岸15~25º,河床宽80~100m,岩层倾左岸,偏下游,为斜交向河谷结构。 坝址区全部为第四系残坡积砂质粘土、风化黄粘土伏盖,厚约3~15m,大坝下游河床全部为人工耕作区覆盖,河床高程1015.00m,左坝肩山堡高程1100.00m;右坝肩山堡高程1125.00m,为侵蚀构造类中切谷地台状低至低中山地形地貌。 2.5.1.2地层岩性 坝址地层单一,出露震旦系上统灯影组 厚约220m,岩层走向杂乱,大致北东,倾向北西∠2°至10°。 上伏第四系: 黄色杂色亚粘土以及砂砾,夹孤石,厚3-15m。 人工堆积物 厚0.5-3m。 2.5.1.3地质构造 坝址区大的断裂发育,为单斜岩层,岩层产状平缓,构造以断层为主。 ①N20~30°E/ES∠70~80°,为陡倾角张性断层,充填物主要为断层角砾及残坡积物,为近顺河向断层。 ②N30~50°W/WN∠70~80°,为陡倾角张性断层,充填物主要为断层角砾及残坡积物。 为斜切河向断层。 以上两组断裂相互切割,严重破坏了岩体的结构,使本区岩体完整性极差。 项目下游河床主要种植水稻,检查中未发现明显渗漏点,据耕作下坝坡外耕地的农民介绍,未发现有出水点,,其它地方方已未发现与库水有关的渗漏。 4大坝渗流稳定复核 从现场检查情况看,本大坝为一均质粘土坝,但粘土施工质量较差,从土样实验结果看,其渗透系数与坝体基本一致。 1.计算模型及工况 根据大坝现状确定的计算模型为: 有限深透水地基下游没有排水设施的均质土坝的渗流计算;确定计算工况为: ①上游正常蓄水位1024.70m及下游有一定水深的情况;②测图时水位1021.00m及下游有一定水深的情况。 2.渗流稳定分析 <1)通过坝身的单宽流量计算公式: 式中: k-坝体渗透系数,取k=9.22×10-5cm/s; H-上游水深; a0-出逸点高度; t-下游水深; m2-下游平均坝坡坡率,m2=2.32; <2)计算结果及分析 ①水库正常蓄水位1024.70m时渗流稳定计算结果: 坝身单宽渗流量q1=1.39×10-4m3/s·m。 浸润线方程: 计算下游出逸点高程1014.30m。 ②测图时水位1021.00m时渗流稳定计算结果: 坝身单宽渗流量q1=4.35×10-5m3/s·m。 浸润线方程: 计算下游出逸点高程1012.93m。 由渗流计算结果可知,各断面的渗透系数均采用最大值,正常蓄水位工况下的最大渗透坡降均小于允许坡降,不会发生渗透变形。 5 坝体材料及填筑质量评价 黄钟水库大坝投入运行以来,因为大坝施工期的质量控制、质量检测等档案资料较缺乏,难以准确复查评价项目的实际施工质量。 根据《水库大坝安全评价导则》的有关规定要求,本次大坝质量评价,主要是以结合现场检查及大坝坝体材料取样的实验资料为依据。 5.1坝址取样 为了解大坝填筑质量、坝体的渗透系数等,我队委托遵义水利水电勘测设计研究院检测实验中心分别对大坝上下游左、右坝肩及上下游中部坝面取样进行了土工实验,取土样6组。 5.3岩土物理力学参数实验 根据实验成果报告分析,6组土样含水量为20.4~38.0%,孔隙比为0.601~1.170,塑性指数为12.0~14.0。 坝体填筑材料干容重为1.31~1.69t/m3,定名为含碎石粉质粘土。 5.4填筑质量评价 根据现场检查及实验资料,大坝坝体材料为含碎石粉质粘土,填筑质量差。 6坝体结构安全复核 6.1坝顶高程复核 6.1.1基
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