湖北省某水库除险加固工程初步设计报告
1综合说明
1.1绪言
1.1.1工程概况
XX水库位于湖北省XX县XX镇XX村，拦截XX支流XX河。地理位置东经115°20′，北纬30°18′，坝址以上承雨面积2.7km2,总库容356.3万m3, 于1963年11月动工兴建，1965年4月竣工投入运行。该水库是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合效益的小（一）型水利枢纽工程。
枢纽工程主要建筑物包括主坝、副坝、溢洪道和灌溉输水管。
主坝为粘土心墙坝，最大坝高22.5 m，坝顶高程47.95m（黄海高程，下同），坝顶长138m，宽5m。心墙顶高程46.25m，顶宽2m，两侧坡比1:0.2，心墙轴线距坝顶上游1.5 m。大坝由上至下临水面坡比为1: 4.0和1: 3.15,平台高程和宽度分别36.20 m和10.80m，背水面坡比为1:2.1和1:2.4，平台高程和宽度分别38.95 m和1.4m。反滤坝顶高程33.85m，高7.0m，长92.8m，内外坡比分别为1：1和1:2.1。反滤坝顶有过坝对外交通公路，主坝迎水坡面设有0.3m厚的干砌块石护坡，背水面为草皮护坡。
钢筋砼结构过坝渠位于主坝背水坡高程35.00m处，断面b×h= 1.0×1.0m，全长90m，进口渠底高程35.50m，过流能力0.6m3/s，纵坡降1/1000。其边墙和底板厚度均为0.2m。
副坝位于库尾的三合铺，为粘土心墙坝，最大坝高5.37 m，坝顶高程47.45m，坝顶长166m，宽4.0m。副坝临水面和背水面坡比均为1:2.0左右，心墙顶高程47.45m，顶宽1m，坡比1:0.15，轴线与坝顶轴线重合。迎水坡未护砌，背水面坡脚无反滤坝，两侧坝坡灌木丛生，形状极不规则。
开敞式溢洪道位于主坝左端约220m处山坳中，未护砌。溢流堰型式为宽顶堰，宽度2.8m，堰顶高程45.83m；其后陡坡段开挖未完成，尾水无出路，。
输水管位于主坝左坝端，内径1.0m，管壁厚0.3m，为圆形钢筋混凝土坝下埋管，设计最大泄量5.0m3/s，进口高程36.07m，全长59.50m，纵坡1/200。输水管进口设有排架柱式启闭塔，内置工作闸门和检修闸门各一扇，配套15t手摇螺杆启闭机1台，启闭台与坝顶同高，高程为47.95m，启闭室3.6×3.6m，工作闸门为φ700圆筒活塞铸铁闸门，检修闸门为1×1m 铸铁平板闸门。
XX水库原设计灌溉面积0.7万亩，保护区人口2.0万人。保护耕地1.8万亩。1.2水文
XX流域地处亚热带季风气候区，气候温和，雨量充沛。流域多年平均降水量1410mm，年内分布不均匀，主要集中在4月～10月。根据气象部门提供的资料，水库正常运用情况下设计风速为22.5m/s，非常运用情况下校核风速为15m/s。
根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》，本次初步设计确定的洪水标准为：50年一遇洪水设计、500年一遇洪水校核。
XX水库为小型水库，无实测降雨量资料。因此，本次初步设计洪水计算采用直接查算《湖北省暴雨径流查算图表》和《湖北省可能最大暴雨图集》（以下简称《图表》和《图集》）中瞬时单位线法的方法推求各种频率的暴雨，进而推求各种频率的洪水，成果为：P=0.2%时入库最大洪峰88.5m3/s，最大下泄流量7.48m3/s，库水位46.61m；P=2%时入库最大洪峰65.80m3/s，最大下泄流量2.83 m3/s，库水位46.36m。
1.3地质
1.3.1地形地貌
水库区地貌属大别山南部丘陵区，坝址位于蕲河二级支流余河港的上游，地貌上呈缓坡U形河谷地貌特征。坝址段余河巷自南西流向北东，河道宽约3-4m。坝址区为构造剥蚀丘陵地形，山顶一般呈浑圆状，高程约在62m，左岸地形较为平坦，右岸地形较陡，约在30°左右。坝区周围库岸较平缓，库岸稳定，无滑坡、崩塌等物理现象。
1.3.2地层岩性
根据《中华人民共和国区域地质调查报告》（XX幅1∶20万）区域地质资料和实地
），岩石遭受比较强烈查勘，坝址区出露地层为大别晋宁期侵入岩；片麻状花岗岩（r
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的区域变质作用，岩石的蚀变，主要为高岭石化、绿泥石化较强烈。岩性主要为片麻状花岗岩。
1.3.3地质构造与地震
本区在大地构造上为秦岭东西向构造带，淮阳山字型构造及中国东部新华夏系构
造第二窿起带等三大构造体系相交汇之部位，是一个相当活动的构造区。XX水库位于大别晋宁期侵入岩余凉亭岩体北东部。岩体侵入福主庙向斜北翼的飞虎山组的片麻岩中，与围岩呈侵入接触，东南部为白垩第三纪所覆盖。
现场调查，坝址区主要表现为节理较发育，未见有区域断裂通过。
依据《中国地震动参数区划图》（GB18306～2001），工程区所在地地震动峰值加速度为0.05g，对应的地震基本烈度为Ⅵ度。
1.3.4水文地质条件
坝址区含水层根据其埋藏条件和含水层的性质可划分为孔隙含水层、裂隙含水层和孔隙-裂隙混合含水层三种类型。
孔隙含水层主要分布于第四系松散堆积层，河流冲积层、大坝两岸低山至坡脚处，厚度数米。孔隙-裂隙含水层主要分布于基岩强风化岩体上，主坝、坝基厚度约0.5～2.0m；副坝坝基强化风岩体未钻穿，分析最大厚度约10～20m。基岩裂隙含水层分布在上述强风化以外的基岩中，其含水量主要受节理裂隙的发育程度控制，一般含水量较少，水力联系差，局部节理裂隙密集带含水量较大。微风化与新鲜较完整岩体为相对隔水层，仅部分节理裂隙破坏其局部的隔水性能。地下水的补给方式主要为大气降水，次为地表水向下入渗补给。地下水向低洼地带径流排泄。
1.3.5主、副坝坝基及坝肩岩体结构特征及透水性
主坝坝基（肩）出露地层为大别～晋宁期侵入岩，主要岩性为片麻状花岗岩。根据岩体风化带划分标准，坝基（肩）岩体风化带可划分为强风化带、弱风化带和微风化带，各风化带厚度及分布具明显的差异特征。左坝肩对应（0+033）强风化岩体厚度0.70m，下限高程32.0；河床段对应（0+066）强风化岩体厚度0.45m，下限高程25.0m；右坝肩对应（0+096）强风化岩体厚度1.8m，下限高程29.41m。
副坝主要岩性为片麻状花岗岩，左坝肩对应（0+041），揭露强风化岩体厚度14.4m，坝基对应（0+068），揭露强风化岩体厚度14.83m，右坝肩对应（0+120），揭露强风化岩体厚度7.54m。
从压水试验可以看出：主坝坝基、左右坝肩强～弱风化岩体具中等透水性，副坝坝基、左右坝肩强～弱风化岩体具中等透水性。
1.3.7主、副坝坝体心墙料的物质组成及透水性
从勘察资料可以看出：主坝心墙填料的物质成分不均一，以中壤土为主，部分为重粉质壤土，局部为重壤土，棕黄～棕褐色。心墙土体中夹有单层厚度5～10cm不等的风化岩屑或风化岩碎块，主要分布在心墙土体的上部。心墙室内颗分：砾含量均值1.8%，砂粒含量均值41.9%，粉粒含量均值36.7%，粘粒含量均值19.6%，心墙粘性土料符合防渗体质量要求。
室内击实试验，心墙的最大干密度1.78g/cm3，最优含水量16%，室内心墙试验的干密度1.53～1.79g/cm，均值1.66g/cm，平均压实度93.2%，最小压实度86%。心墙压实度未达到《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）要求。
从室内试验结果看出，主坝心墙的渗透系数 3.10×10-4～1.85×10-5cm/s,平均值1.36×10-4cm/s。钻孔注水试验渗透系数 2.75×10-4～7.15×10-4cm/s,平均值 5.08×10-4cm/s。心墙具10-4cm/s量级，其渗透系数不满足《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）规定的心墙防渗体不大于1×10-5cm/s的要求。
副坝心墙填筑料主要为重粉质壤土。砂粒含量均值42.3%，粉粒含量均值36.4%，粘粒含量均值23.3%，心墙粘性土料符合填筑防渗体质量要求。
室内击实试验，心墙料的最大干密度1.78g/cm3，最优含水量15.9%。室内试验心墙的干密度1.32～1.71g/cm3，平均值1.51g/cm3，平均压实度84.8%，最小压实度74.2%。心墙压实度未达到《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）的要求。
心墙室内试验渗透系数1.14×10-4～1.71×10-4cm/s,平均值1.42×10-4cm/s。钻孔注水试验渗透系数 5.89×10-4～7.36×10-4cm/s,平均值 6.71×10-4cm/s。心墙具10-4cm/s量级，其渗透系数不满足《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）规定的心墙防渗体不大于1×10-5cm/s的要求。
1.3.8主、副坝坝壳代料层的工程性状和透水性
主坝坝壳代料（粗粒料）为主，砾含量均值53.7%，砂粒含量均值44.6%，小于0.075，细粒含量均值1.7%，代料（粗粒料）符合心墙坝坝壳质量要求。坝壳代料（壤土）砾含量均值1.4%，砂粒含量均值48.4%，粉粒含量均值30.8%，粘粒含量均值19.4%，代料（壤土）不符合心墙坝坝壳质量要求。
坝壳代料（粗粒料）标准贯入试验锤击数7～20击，呈松散～中密状态，按《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001），坝壳砂土的相对密度Dr≥0.70，呈密实状态，
坝壳料压实度不满足规范要求。
主坝坝壳代料（粗粒料），钻孔注水试验K=3.8×10-3～8.7×10-3cm/s，均值6.25×10-3cm/s,具中等透水性，渗透系数符合规范要求，坝壳代料的渗透系数大于1×10-3cm/s的要求。代料壤土，室内试验渗透系数为2.31×10-4～2.33×10-4cm/s,平均值2.32×10-4cm/s，不符合规范要求。
副坝坝壳代料为良好级配砾，分析良好级配砾，代料符合心墙坝坝壳填料质量要求。坝壳代料的标准贯入试验锤击数为3击，呈松散状态，按《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001），坝壳砂土的相对密度Dr≥0.70，呈密实状态，坝壳料的压实度不满足规范要求。
副坝坝壳代料良好级配砾分析其渗透系数为10-3cm/s量级，符合心墙坝壳料质量指标。
1.3.9溢洪道工程地质条件及评价
经地质测绘调查，溢洪道的地基为片麻状花岗岩，为强风化岩体，岩质边坡亦为强风化岩体，左右边坡较稳定。左岸边坡坡度约30°,岸坡高约3.2m；右岸边坡坡度约20～25°，岸坡高约2.5m。出口尾水渠与灌溉西干渠斜交流入河道，溢洪时将冲刷下游农田和西干渠。
溢洪道处无大断裂构造，发育于如下三组节理：
（1）走向NW335～354°，倾向SW或NW，倾角65-83°；
（2）走向NE20～25°，倾向SE或NW，倾角75～85°；
（3）走向NW315°，倾向NE，倾角67°。
上述节理迹长3～5m，强风化岩体中充填泥砂物。
1.3.10输水管工程地质条件及评价
输水管地基为片麻状花岗岩，岩体为强风化，地基均匀，不存在不均一沉降不良地质现象。
1.3.11天然建筑材料
经调查和取样，天然建筑材料粘土料场位于在场区上游的县城关以北的长岭岗，运距25km ；砂料场位于县城以西的西河驿的XX中，运距15km；块石料场位于县城以
南，运距20km；碎石料场位于武穴和XX交界处的艮山，运距60km，交通方便。
砂料场一般为中砂，其质量经当地有关部门检测，主要矿物成分为石英与长石，砂质量较好，储量丰富。
块石料岩性为石料为花岗岩，质地较新鲜坚硬，抗压强度一般大于60Mpa，料场在开采，储量丰富。
碎石料可直接采购，料场岩性为灰岩，质地较新鲜坚硬，数量与质量均可满足要求。
料场位于副坝右端库内的山丘上，为片麻状花岗岩的风化粗砂，储量丰富。
1.4工程任务与规模
1.4.1历年出现的险情
1964年7月4日已完工的输水管检查情况：13节与14节交界处两处小眼泉水，8节靠山边1处1m长、0.3m宽、0.3m厚的砼脱落，未处理。
1964年已施工过程中发现反滤坝发生沉陷，并有一小股渗流，外带黄泥，但是追挖，但未及源头，发现水是从心墙后部冒出来的。
1968年雨季，坝脚两端发生大面积的散浸，散浸面20×10m2，开导流沟滤水进行处理。
1974年4月坝脚散浸严重，通过用石子导滤处理。
1975年大水，大坝脚原河床部位发生严重渗漏，用石子滤水进行处理。
1984年进输水管检查，管内漏水3处，漏红锈黄泥1处，未处理。
1987年7月，发现大坝过坝渠断裂1处，漏水严重，当时用水泥修补，同时更换止水橡皮，另发现槽身1跨倾斜，长度为5m。
1993年大洪水，水库溢洪，冲毁下游良田百余亩。
2003年10月，大坝过坝渠断裂3处，采取环氧树脂化学补强4m2。
2004年8月，大坝脚发现漏水2处。及时采用石子导滤处理。
2005年8月，活塞闸门发生严重断裂10处，不能关水、启闭，采取钻孔焊接处理，勉强维持运行。
1.4.2存在的问题
1、坝基、坝肩存在的问题
主、副坝坝基地层为大别～晋宁期侵入岩～片麻状花岗岩，河床段、左右坝肩的强～弱风化岩体具中等透水性，坝基和左右坝肩存在渗漏和绕坝渗漏问题。
2、心墙问题
主坝心墙钻孔注水试验渗透系数 3.10×10-4～1.85×10-5cm/s，均值 1.36×10-4cm/s。副坝心墙钻孔注水试验渗透系数1.14×10-4～1.71×10-4cm/s，均值1.42×10-4cm/s。心墙具10-4cm/s量级，其渗透系数不符合《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）规定的心墙防渗体不大于1×10-5cm/s的要求。
3、上游护坡问题
主坝上游坝坡基本上是用乱石、风化石进行块石护坡的，块石下无垫层，松动严重，局部沉陷，高低不平，风浪淘刷严重。
副坝上游未护坡，为草皮护坡，已被当地植树成林，坡面极不规则。
4、反滤坝问题
主坝反滤坝经挖探，发现上游坡未设反滤层，现反滤坝面成了上坝和对内交通的路面，存在沉陷。排水棱体局部排水不畅，无法起到排水棱体作用。
副坝下游未设反滤坝。
5、溢洪道问题
溢洪道位于主坝左端山坳中，未护砌。进口无机耕桥，每遇泄洪，附近村庄交通中断；山体时有塌方；其后陡坡段开挖未完成，尾水无出路，为一未完建工程，不能满足洪水安全下泄。
6、输水工程存在的问题
现场检查发现输水管存在多处漏水、露筋等，止水橡皮严重破损，灌溉输水管多处裂缝，裂缝宽为0.8~1.2mm，从检测报告中看出灌溉输水管砼碳化深度为8~12mm，蜂窝麻面较多，单块面积为1~4m2，整体输水管砼强度均不满足规范要求。
输水管进口设有柱式塔，排架、工作桥质量差，混凝土脱落碳化严重，碳化深度为6~8mm，露筋处数多达24处，经检测，砼强度均不满足规范要求。
从检测资料还看出：灌溉输水管铸铁底孔闸阀，有3裂缝，不能操作；裂缝宽度为0.1～0.3 mm，检修闸门卡死在门槽中不能移动；铸铁活塞式工作闸门有16条裂缝，裂缝宽度为0.1～2 mm，操作很困难，最大变形为25 mm；启闭杆轴向弯曲摆度30 mm，关闭闸门时，不能完全关闭，启闭机过量关闭造成螺杆弯曲。启闭机机座锈蚀、机盖螺栓大部分丢失，机壳破裂且锈蚀严重。闸门开启困难，对建筑物防汛构成安全隐患。