水库除险加固工程初步设计书

水库除险加固工程初步设计书

1 综合说明

1.1、概况：

㈠基本情况

xx水库位于xx，离xx镇6.1Km，水库于1961年5月建成并开始蓄水运行，水库控制集雨面积0.5Km2，库区原地貌为低山丘陵地貌，场地周边地势起伏较大，地表植被茂盛，场区地势相对较为平整。

xx水库是xx镇的主要小型水利工程设施之一，水库自1961年5月建成以来，对当地经济发展发挥了重要作用，解决了该镇多浪坡村委300亩农田的灌溉和420人的生活用水问题，同时亦担负着防洪面积550亩，捍卫人口650人的重要任务。

本水库原设计总库容16.1万m3，属小（二）型水库。水库现有枢纽工程包括：（1）主坝一座，坝顶长116.6m，坝顶宽 1.9~2.8m，坝顶高程20.82~21.60m（黄海高程，以下同），最大坝高 5.45m，坝迎水边坡1：1.49~2.14左右，背水边坡1:1.41~1.76左右；(2)输水涵一座，为直径0.20m 的低标号砼砂浆包瓦涵结构；（3）开敞式土溢洪道一座，底宽3.0m。（4）无固定管理房屋和专职管理人员。

该水库是一宗以灌溉为主，结合防洪、养殖的综合利用的小（二）型水库。

㈡水文气象

该水库位于雷州半岛北部，属九州江水系，该区域最高气温39.5℃，最低气温2℃，多年平均气温22.8℃。该水库所在地多年平均降雨量为1460mm，多年平均径流深639.1mm，多年平均最大风速为5.46m/s，多年平均气温22.8℃左右，每年10月至翌年3月，降雨量占全年的15％，4月-9月降雨量占全年85％。

有关水文特征值见下表。

水文特征表

㈢工程地质

该工程有地质钻探资料，根据地质钻探资料作如下概述：

本次钻探最大揭露深度为12.00m，揭露土层从上至下主要有现代人工堆积层(Q4ml)，下部属第四系全新统冲洪积相沉积层(Q4al+pl)及第四系残积层(Q el)。以下按成因类型及岩土工程特性将上述岩土层划分为3个主层，各岩土层岩性特征及分布特点分述如下:

1、现代人工堆积层(Q4ml)

第①层素填土：水库坝体填筑土。浅黄褐色、灰褐色，以粉质黏土为主，上部含中粗砂颗粒及少量碎石块等，黏性较差，湿，松散～稍压实，为近期人工堆填。场地内均有分布，层顶标高为16.67～21.50m，层底标高为13.97～20.33m；厚度0.80～7.50m，平均厚度3.75m，标贯击数N=4～8，平均标贯击数为5.3。根据室内土工试验成果，该层土的物理力学指标平均

值如下：含水量w=17.2%，孔隙比e=0.764，比重Gs=2.69，质量密度ρ=1.79gcm-3，液性指数I L=-0.12，塑性指数I P=15.9，压缩系数a v0.1~0.2=0.442Mpa-1，压缩模量E s0.1~0.2=4.44MPa，水平渗透系数（室内）Kh=0.120×10-4cm/s，竖向渗透系数（室内）Kv=0.103×10-4cm/s，直接快剪黏聚力Cq=24.3kPa，内摩擦角φq=21.4度，属中等压缩性土。

2、第四系全新统冲洪积相沉积层(Q4al+pl)

第②层中砂：灰褐色、黄褐色，饱和，松散，含粉黏粒，级配一般。主要分布于ZK1、ZK2、ZK4等孔所在地段，层顶标高为13.97～17.50m，层底标高为12.67～16.30m；厚度0.90～1.30m，平均厚度1.13m，标贯击数N=7～8，平均标贯击数为7.5。根据《工程地质手册》（第四版）193页Peck 公式，快剪黏聚力Cq=0，内摩擦角φq=29.0度。

3、第四系残积层(Q el)

第③层砂质黏性土：由花岗岩风化残积形成，灰褐色、浅黄褐色，湿，可塑，含中粗砂颗粒较多，黏性较差。场地内均有分布，均未钻穿，层顶标高为12.67～20.33m，揭示厚度3.60～4.70m，标贯击数N=7～17，平均标贯击数为11.0。根据室内土工试验成果，该层土的物理力学指标平均值如下：含水量w=19.0%，孔隙比e=0.645，比重Gs=2.70，质量密度ρ=1.95gcm-3，液性指数I L=0.01，塑性指数I P=18.5，压缩系数a v0.1~0.2=0.350Mpa-1，压缩模量E s0.1~0.2=5.10MPa，水平渗透系数（室内）Kh=0.042×10-4cm/s，竖向渗透系数（室内）Kv=0.062×10-4cm/s，直接快剪黏聚力Cq=25.1kPa，内摩擦角φq=23.2度。

㈣水库特性表

水库特性表表1—2

1.2、工程存在的主要问题

根据省有关精神，组织技术人员对该水库进行了安全检查，通过现场检查和观察，发现该水库存在的主要问题有以下几点：

1、水库大坝：①主坝上游坝坡受风浪淘刷，原砼防渗护坡老化、崩塌严重，护坡表面长满杂草、杂木；下游坡坡面杂草丛生，并不同程度地滋生蚁患，下游坡脚反滤体老化崩塌，下游坡面出现渗漏现象。②副坝上游坡无设护坡防渗，受风浪淘刷，水土流失较严重。下游坡坡面杂草丛生，并不同程度地滋生蚁患，下游坡脚无设反滤体，下游坡面出现渗漏现象。

③大坝无观测设施，影响安全监测。分析其原因，主要是当时设计时标准低，为“三边”工程，土法上马，施工质量难以保证，且经过三十多年的运用，长期遭受洪水及台风的袭击，使土坝坝体冲刷严重。

2、溢洪道：溢洪道为开敞式浆砌石溢洪道，两侧侧墙浆砌石老化，局部有脱落，堰顶段砼护底老化，溢洪道出水口杂草、杂木丛生，阻水严重，且没有设置防冲消能措施，严重影响水库正常排洪。

3、放水涵：放水设施均为启闭平板闸门放水，主坝输水涵截面尺寸为0.7×0.75m，副坝输水涵直径为0.3m的低标号砼砂浆包瓦涵结构，断面尺

寸为φ0.3m。经现场检查，涵身已老化漏水，主坝输水涵工作桥下沉约10cm，原因主要是长期的运用，结构老化和人为损坏等。

4、其它：水库进库公路坎坷不平、窄小，没有管养房、通讯设施、观测设备，也没有备用的防汛砂石料。

1.3、工程等级和洪水标准

根据国家《防护标准》（GB50201-94）及《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）规定，该水库属Ⅴ等小（二）型水库，主要建筑物为5级，洪水标准为：按10年一遇洪水设计，50年一遇洪水校核；施工洪水按5年一遇计算。

1.4、工程除险加固项目及措施

针对安全检查发现的该水库存在的安全隐患，水库除险加固项目及措施主要为：

1、针对大坝存在的安全隐患，提出大坝除险加固的措施是：

（1）坝体：①主坝按坝顶高程21.60m，防浪墙顶高程22.30m，坝顶宽度按稳定计算要求为5.0m，迎水坡、背水坡按前削后补原则，迎水面坡比为1：2.5、背水面坡比为1：2.5进行坝坡修整，上游坡采用砼护坡，底铺级配碎石垫层；下游坡种草皮护坡，设坡面排水沟；坝脚0+12.1~0+106设排水棱体和纵向排水沟，坝体全坝段进行劈裂灌浆防渗，坝顶泥结石路面。

2、溢洪道：加固溢洪道。堰段侧墙、溢流堰及消力池均为混凝土，陡坡段侧墙为浆砌石结构，池后铺浆砌石护底和干砌石海漫。

3、放水涵：主坝原输水涵破坝重建，新建预应力钢筋砼压力管，管内径0.8m。

4、其它：整修防汛公路1.987km，配套管养房80m2，电话一台（套），

设置水位及位移变形观测设备，按有关规定备足防汛砂石料并作料场。

1.5、加固后工程规模

1、水库加固后各水位及库容如下表

2、挡水建筑物：加固后挡水建筑物的特性如下表：

3、泄水建筑物：加固后溢洪道的特性如下表

4、输水建筑物：加固后放水涵的特性如下表

表1

1.6、工程投资概算

本概算工程量根据水利工程工程量计算规则进行计算，按粤水基[2006]2号文予以发布的《广东省水利水电工程设计概（估）算编制规定（试行）》、《广东省水利水电建筑工程概算定额（试行）》、《广东省水利水电设备安装工程概算定额（试行）》、《广东省水利水电工程施工机械台班费定额（试行）》，运用广东省水利水电工程概预算软件（2006）进行计价。主要材料单价采用2011年8月份《湛江建设工程造价信息》中公布的参考价加上实际扩大运距运杂费而成，次要材料价采用省厅公布的2011年次材价。

本工程总投资253.11万元，其中建筑安装工程费192.30万元，设备费3万元，独立费用39.06万元，预备费18.75万元。总需土方明挖2062.26m3，土石方填筑4973.07m3，砼728.30m3，钢筋1吨，劳动力4689.70工日，水泥360.67吨，碎石3139.28立方，块石747.39方。

本工程设计概算投资253.11万元。由上级按有关规定给予补助外，其余由地方自筹。

1.7、工程效益

该水库设计灌溉面积300亩，由于现坝体渗流严重，不能有效的挡蓄

洪水，威胁到下游农田的正常生产，实际灌溉面积不足200亩。同时，由于不能正常蓄水，也影响了养殖业和农村人畜生活用水。加固后，水库挡蓄洪水的能力提高，能充分发挥它的灌溉效益；另外，水面面积增加，也可促进养殖业的发展，达到社会效益和经济效益的双丰收。

2 水文水利计算

2.1、等级及洪水标准

根据国家《防洪标准》（GB50201-94）及《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），确定本水库为小（二）型水库，工程等级为Ⅴ等，主要建筑物为5级，洪水标准确定为：按十年一遇洪水设计，五十年一遇洪水校核。

2.2、工程水文计算

1、基本情况：该水库位于营仔镇多浪坡村委屋背塘村东北角约0.3Km，集雨面积0.5Km2，坝址以上河流长度1.12km，河流平均坡降0.005，库区内植被良好。

该水库位于雷州半岛北部，属九州江水系，该区域最高气温39.5℃，最低气温2℃，多年平均气温22.8℃。该水库所在地多年平均降雨量为1460mm，多年平均径流深639.1mm，多年平均最大风速为5.46m/s，多年平均气温22.8℃左右，每年10月至翌年3月，降雨量占全年的15％，4月-9月降雨量占全年85％。建库以来，库区没有任何水文和气象观测资料，因此，水文计算的各种参数须查有关资料。

2、水文参数

由于该水库没有任何水文和气象观测资料，因此，水利水文计算参数采用2003年广东省水文局编制的《广东省暴雨参数等值线图》查得，采用综合单位线法计算洪水。各设计频率暴雨参数及洪水成果见表2-1、表2-2。

设计暴雨参数表表2-1

各设计频率洪水成果表2-2

2.3、水库调洪演算

1、调洪原则：本水库以灌溉为主，起调水位定为正常水位20.10m，溢洪道为开敞式宽顶堰，无闸控制，堰底高程20.10m。当需要泄洪时，来多

少泄多少。水库水位～库容关系曲线如下表。

屋背塘水库水位～库容曲线

2、泄流参数：根据溢洪道形式和进口段尺寸，根据水利水电出版社的《运行管理》溢洪道计算，确定溢流参数以及各水位对应的下泄流量，结果如上表。

3、调洪演算成果：

调洪演算采用广东省水利厅编制的调洪演算程序（Th-3.GD），根据上面确定的泄洪参数进行调洪。各频率洪调洪演算成果见下表：

4、施工渡汛

该水库因缺乏施工时段水文计算有关资料，无法对施工洪水（五年一遇洪水）进行计算。根据廉江市水库施工习惯做法，选择在每年的枯水期施工，放水涵施工根据实际适当围筑土围堰，围堰高度一般选择2.50m，堰面宽2.50m，按1：2放坡。

3 工程地质

3.1、概述

为查明坝体、坝基（岩）土层的结构、物理力学性质，水文地质及工

程地质特征，为设计提供依据，福建省地质工程研究院受廉江市水务局的

委托，承担了屋背塘水库安全加固阶段的工程地质勘察任务。

通过野外收集资料、踏勘、工程地质调查、勘探、原位测试和室内试

验，初步查明水库区内及各构筑物的地形地貌、工程地质条件，岩土层的

物理力学性能，对坝体、坝基稳定、渗透变形等工程地质问题作出评价，

并提出相应处理措施的建议，为水库除险加固设计、施工提供可靠的工程

地质资料。

3.2、库区地形地貌特征和地质条件

本次勘察完成的工作量如下：勘探孔4个，总进尺35.05m，标贯试验15次，钻孔内注水试验5段，砂土样8个，水样1个。

3.3、地形地貌

坝区原地貌为低山丘陵地貌，场地周边地势起伏较大，地表植被茂盛。

勘察场区地势相对较为平整，位于主坝顶部的钻孔孔口地面标高为21.13～

21.50m，坝基下部勘探孔的孔口标高为16.67m。

3.4、工程地质特征

1、现代人工堆积层(Q4ml)

第①层素填土：水库坝体填筑土。浅黄褐色、灰褐色，以粉质黏土为主，

上部含中粗砂颗粒及少量碎石块等，黏性较差，湿，松散～稍压实，为近期

人工堆填。场地内均有分布，层顶标高为16.67～21.50m，层底标高为13.97～

20.33m；厚度0.80～7.50m，平均厚度3.75m，标贯击数N=4～8，平均标贯击

数为5.3。根据室内土工试验成果，该层土的物理力学指标平均值如下：含水

量w=17.2%，孔隙比e=0.764，比重Gs=2.69，质量密度ρ=1.79gcm-3，液性指

数I L=-0.12，塑性指数I P=15.9，压缩系数a v0.1~0.2=0.442Mpa-1，压缩模量E

，水平渗透系数（室内）Kh=0.120×10-4cm/s，竖向渗透系数（室s0.1~0.2=4.44MPa

内）Kv=0.103×10-4cm/s，直接快剪黏聚力Cq=24.3kPa，内摩擦角φq=21.4度，属中等压缩性土。

2、第四系全新统冲洪积相沉积层(Q4al+pl)

第②层中砂：灰褐色、黄褐色，饱和，松散，含粉黏粒，级配一般。主要分布于ZK1、ZK2、ZK4等孔所在地段，层顶标高为13.97～17.50m，层底标高为12.67～16.30m；厚度0.90～1.30m，平均厚度1.13m，标贯击数N=7～8，平均标贯击数为7.5。根据《工程地质手册》（第四版）193页Peck公式，快剪黏聚力Cq=0，内摩擦角φq=29.0度。

3、第四系残积层(Q el)

第③层砂质黏性土：由花岗岩风化残积形成，灰褐色、浅黄褐色，湿，可塑，含中粗砂颗粒较多，黏性较差。场地内均有分布，均未钻穿，层顶标高为12.67～20.33m，揭示厚度3.60～4.70m，标贯击数N=7～17，平均标贯击数为11.0。根据室内土工试验成果，该层土的物理力学指标平均值如下：含水量w=19.0%，孔隙比e=0.645，比重Gs=2.70，质量密度ρ=1.95gcm-3，液性指数I L=0.01，塑性指数I P=18.5，压缩系数a v0.1~0.2=0.350Mpa-1，压缩模量E

，水平渗透系数（室内）Kh=0.042×10-4cm/s，竖向渗透系数（室s0.1~0.2=5.10MPa

内）Kv=0.062×10-4cm/s，直接快剪黏聚力Cq=25.1kPa，内摩擦角φq=23.2度。

3.5、结论与建议

1、该水库的主坝坝体填筑土（第①层素填土）含砂粒、粉粒较多，局部地段上部含较多中粗砂颗粒及碎石块等，总体渗透性为中等透水；压缩性较高，属于中等压缩性土；土质结构较松散，土体易吸水饱和软化，强度较

低。此外，在主坝坝体部分地段分布有透水性较好第②层中砂，为可液化饱和砂土层,液化等级为轻微，对坝体渗漏影响较大，建议采取高压旋喷、劈裂灌浆、充填灌浆等措施对该水库的主坝坝体填筑土及坝基土（主要是第②层中砂）进行加固防渗处理，同时做好坡面防渗加固。

3.6、天然建筑材料

在材料场取样一组土样进行室内重型击实试验，击实试验结果为：含砂低液限黏土，最大干密度2.00g/cm3，最优含水量w=9.5%。材料场土量储量充足，可满足加固坝体需求。

4工程加固设计

4.1、工程总体布置

该水库位于营仔镇多浪坡村委屋背塘村，工程主要布置有主坝坝顶长131.1m的土坝一座，最大坝高5.45m，坝顶平均宽5.0m；在水库的右侧山坡处布置开敞式溢洪道一座，堰顶高程20.10m，净宽3.0m；在主坝上布置Ф800预应力压力管各一座，涵身长为24.1m。

由于该水库为小（二）型水库，工程等级为Ⅴ等，主要建筑物为5级，则工程按十年一遇洪水设计，五十年一遇洪水校核标准进行除险加固。

4.2、大坝工程加固设计

1、大坝高度复核分设计和校核两种情况复核坝体高度

⑴波浪爬高计算

水库波浪爬高计算根据当地的风速资料和水库的风区长度，采用莆田公式计算波浪爬高和水面壅高（具体计算见计算书）。

风速资料采用廉江市气象台提供的36年（1971～2006年）风速资料进行计算，风速换算及水库风区长度计算按《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）要求进行（详见计算书）。

⑵坝顶超高计算

坝顶超高计算公式：Y=R+e+A

式中：Y―坝顶超高，R―风浪爬高

e―最大风壅水面高度，A－安全超高

4、5级建筑物：A设=0.5m，A校=0.3m

坝顶高程计算成果见下表

坝顶高程成果表表4-1

⑶坝顶高程确定：最大坝顶高程为22.263m，现有坝顶高程为21.60m，坝顶高程不满足设计要求，需要加高坝体，确定坝顶高程为21.60m，增设防浪墙，墙顶高程22.30m。

2、大坝稳定分析计算

根据水库现有坝坡及地质钻探资料数据，按迎水面坡比1：2.5、背水面坡比1：2.5进行渗流及坝坡稳定计算，成果如下：

主坝坝坡下游稳定分析计算成果表

根据上面成果得：屋背塘水库主坝下游坝坡稳定加固前不满足抗滑稳定要求，对大坝进行加固后满足抗滑稳定要求，主要是对大坝坡面按统一

的坡比进行削、补及防渗。

3、大坝存在的安全隐患和除险加固措施

根据现场勘查及地质钻探资料数据，水库大坝坝身填土疏松。主坝迎水面砼防渗护坡老化、崩塌严重，护坡表面长满杂草、杂木，背水坡面杂草丛生，背水坡渗流严重；副坝迎水坡无设护坡防渗，受风浪淘刷，水土流失较严重，背水坡面杂草丛生，背水坡渗流严重，这一切都影响着水库大坝的稳定安全。针对大坝存在的安全隐患，提出大坝除险加固的措施是：

⑴坝身土方：根据坝顶高程计算成果，按“前削后补”原则，上游以1:2.5坡比，下游坡比1:2.5坡比，坝顶按5.0m宽标准进行整治。

⑵坝坡：上游坡采用砼护坡，厚12cm，下铺砂石垫层；下游坡新建坝坡格条，植草皮护坡，并设置纵横向排水沟。

⑶坝脚：在主河床坝脚段设置排水棱体及纵向排水沟。

⑷坝顶：坝顶在土方填筑完成后，铺筑泥结石路面厚20cm，路面作2%的散水坡。

⑸坝体：对坝体全坝段进行劈裂灌浆防渗。

4.3、溢洪道加固设计

1、溢洪道存在问题及加固措施

⑴溢洪道为开敞式宽顶堰，1孔，净宽3.0m，无闸控制。经过长年累月的运用，洪水的冲蚀，溢洪道两侧侧墙浆砌石老化，局部有脱落，堰顶段砼护底老化，溢洪道出水口杂草、杂木丛生，阻水严重，且没有设置防冲消能措施，不满足泄洪要求，严重影响水库的安全运行。

⑵溢洪道设计标准：根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）规定，本水库溢洪道为5级水工建筑物，它的洪水标准按：