5工程布置及主要建筑物

5工程布置及主要建筑物5.1设计依据及标准5.1.1工程等别及建筑物标准根据国标《防洪标准》GB50201－94和《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252－2000）中有关水利水电枢纽工程等别和级别的规定，曹桥水库为小(2)型水库，工程等别为V等，永久建筑物中主要建筑物如挡水大坝、溢洪道及泄洪洞等级别为五级，设计防洪标准为10年一遇，校核洪水标准为20～50年一遇，溢洪道下游消能防冲洪水标准为10年一遇。

本次工程设计洪水标准按10年一遇，校核洪水标准按20年一遇，溢洪道消能防冲设计标准10年一遇。

5.1.2设计依据曹桥水库除险加固工程依据《汝南县曹桥水库大坝安全评价报告》和驻马店市水利局对鉴定报告的成果核查表，按照有关规范文件进行设计，主要依据的规范、规程有：1.《水利水电工程初步设计报告编制规程》DL5021－93；2.《水利水电工程设计洪水计算规范》SL44－2006；3.《水利工程水利计算规范》SL104－95；4.《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252－2000；5.《防洪标准》GB50201－94；6.《溢洪道设计规范》SL253－2000；7.《河南省中小流域设计暴雨图集》省院1984年编印；8.《河南省暴雨参数图集》(2005年版)；9.《水力学计算手册》水利出版社，1980年出版；10.《水利建设项目经济评价规范》SL72－94；11.《堤防工程设计规范》GB50286－98；12.《碾压式土石坝设计规范》SL274－2001；13. 《水库工程管理设计规范》SL106－96；14. 《水文自动测报系统规范》SL61－94；15. 《土石坝安全监测技术规范》SL60－94；16. 《水闸设计规范》SL265－2001;17. 《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2004；18. 《中小型水库设计》（辽宁省水利勘测设计院编）；19. 《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189—96）等。

5.1.3设计基本资料曹桥水库位于驻马店市汝南县和孝镇曹桥村委，淮河流域汝河水系臻头河支流吕岗河陈屯沟，设计控制流域面积3.03km2，总库容11.90万m3。

是一座以防洪为主，结合灌溉、养殖等综合利用的小(2)型水库。

水库于1965年竣工投入使用。

大坝坝顶高程为66.62m，坝顶宽4m，坝长205m，最大坝高4.2m，溢流堰堰顶高程64.5m，净宽8m。

水库经多年运用，在工程质量、大坝结构、渗流等方面都不同程度地存在安全隐患，经驻马店市水利局组织专家评审，核查为三类坝，属病险水库，尽早进行除险加固十分必要。

《曹桥水库大坝安全鉴定报告》鉴定结论为：1、曹桥水库位于臻头河支流吕岗河上游陈屯沟，是一座以防洪、灌溉为主，结合养殖等综合利用的小(2)型水库。

保护下游人口1900余人、耕地2000亩，位置重要。

2、经复核，水库防洪能力不满足《防洪标准》（GB50201—94）的要求，综合评定防洪安全为C级。

3、坝体局部存在渗漏；上、下游坝坡无护砌，坝脚淘刷严重，局部滑坡变形，危及坝体安全；下游无排水设施。

溢洪道水毁报废，不能安全泄洪。

综合评定工程质量为不合格。

4、经复核，大坝上游坝坡抗滑稳定安全局部不满足规范要求；上、下游坝坡冲刷严重，局部滑坡变形；溢洪道水毁报废，岸坡冲刷严重，不能安全泄洪。

综合评定结构安全为C级。

5、坝体局部存在渗漏，危及大坝安全；下游无排水设施。

综合评定渗流安全为C级。

6、根据《中国地震动参数区划图》（GB18306—2001），水库所在区域地震动峰值加速度为0.05g，相当于地震烈度6度，不需要进行抗震安全复核。

7、水库无专职管理机构与管理人员，无安全监测及管理设施，综合评定运行管理为差。

综上所述，根据水利部颁布的《水库大坝安全鉴定办法》、《水库大坝安全评价导则》（SL258—2000），鉴定曹桥水库大坝为三类坝。

5.2工程总体布置本次曹桥水库设计为除险加固工程，工程总体布置基本维持原设计，主要包括大坝、溢洪道等。

本次设计高程为66.62m，坝长205 m，为均质土坝，上游为厚0.30m干砌石护坡，坡比为1：2。

下游为厚0.30 m干砌石护坡，坡比为1：2.5，坝坡设横向排水沟。

溢洪道工程位于水库大坝右坝肩，正交于坝轴线，采用开敞式宽顶堰形式，由进口段、控制段及交通桥、陡坡段、消能段、出口连接段组成。

进口段长5.88m，进口宽12.6 m，高程63.53 m；进口段底板采用0.35m厚M7.5浆砌石护砌，两侧墙采用M7.5浆砌石重力式斜降式挡土墙。

控制段为宽顶堰，净宽8 m，长5.6m，堰顶高程64.5 m。

底板采用0.30 m 厚C20钢筋混凝土护砌，边墙采用M7.5浆砌石重力式挡土墙。

上部设2跨钢筋砼板式交通桥1座；交通桥长9.3 m，宽4 m，桥面板为0.30m厚C30混凝土。

中墩为M10浆砌石重力墩，墩厚0. 6 m，边墩为M7.5浆砌石重力墩。

陡坡段水平长4.5 m，净宽8.6 m。

进口高程64.5 m，出口高程63.0 m。

底板采用0.30 m厚C20钢筋混凝土护砌，边墙采用M7.5浆砌石重力式挡土墙。

消力池长6 m，深0.5 m，净宽8.6 m。

底板采用0.50m厚C20钢筋混凝土护砌，边墙采用M7.5浆砌石重力式挡土墙，消力池底板设反滤层及排水孔。

5.3大坝加固工程5.3.1大坝工程现状及存在问题5.3.1.1工程现状大坝全长205m，坝顶高程65.34～66.11m，坝顶宽5.97～16.77m，最大坝高4.2m；大坝上游坝坡比1：1.47～1∶2.4，上游坝坡不稳定；下游坡比1：2.5～1∶3.26，均为土质边坡，无护砌，坡脚淘刷严重，坡面凸凹不平，遍布雨淋沟，杂草丛生，大坝下游未设排水设施。

5.3.1.2大坝质量评价本次对大坝筑土质量检查，采取取土、标贯、静探相结合的手段，通过对现场勘探资料及室内土工试验成果综合分析可知：⑴坝体成分及压实度勘察期间在坝址区附近土料区散状样进行土料击实、重塑土试验，试验最大干密度1.71g/cm3，坝体填筑质量按压实度96%（相应于干密度1.64g/cm3）的标准进行判别。

据勘察试验成果：天然干密度范围值1.56~1.71g/cm3，平均1.67g/cm3，其压实度合格率为75%；压缩系数0. 175~0.358MPa-1，平均值0.244MPa-1。

表明大坝填筑土总体结构较密实，压实度较高，质量较好。

⑵渗透性据钻孔注水试验和室内试验得知：坝体及坝体与坝基接触带渗透系数为1.1×10-4cm/s，属中等透水性，坝体渗透系数为2.6×10-5～2.4×10-4cm/s，属弱～中等透水性，坝体部分存在渗漏问题，需进行相应的防渗处理。

5.3.1.3工程存在问题1、防洪能力不满足《防洪标准》（GB50201—94）的要求。

2、大坝断面不规整；坝体局部存在渗漏；上游坝坡无护砌，局部滑坡变形；下游坝坡受外河来水冲刷，坝脚淘刷严重，危及坝体安全。

3、溢洪道水毁报废，不能安全泄洪。

4、水库无安全监测及管理设施。

5.3.2大坝结构稳定计算及渗流稳定分析5.3.2.1大坝结构稳定分析（1）安全评价报告中坝坡稳定复核在《曹桥水库大坝安全评价报告》中，大坝稳定分析采用大坝桩号0+055处断面作为标准计算断面，上游坡坡率为1:1.47；下游坡坡率1:2.34，见图5-1。

（2）筑坝材料物理特性指标安全鉴定阶段使用的参数均取自2011年6月河南省水利勘测有限公司编制的《驻马店市汝南县曹桥水库除险加固工程初步设计工程地质勘察报告》。

根据规定，对4级建筑物，采用简化毕肖普法分析时，正常运用条件下，坝坡抗滑稳定安全系数应不小于1.15；非常运用条件下，坝坡抗滑稳定安全系数应不小于1.05。

对上游坡水位降落情况，当同时采用总应力法与有效应力法进行分析时，应以其中较小的安全系数作为依据。

稳定分析计算结果见表5-1。

表5-1 大坝稳定计算成果表稳定计算结果表明，大坝上游坝坡抗滑稳定安全系数小于规范要求的最小安全系数，说明上游坝坡不稳定，存在一定的安全隐患。

（3）本次除险加固工程坝坡稳定复核1）筑坝材料物理特性指标本次坝坡稳定复核采用的参数2011年6月河南省水利勘测有限公司编制的《驻马店市汝南县曹桥水库除险加固工程初步设计工程地质勘察报告》。

筑坝材料各种物理特性指标见表3—2～3—5。

大坝稳定分析采用桩号0+055处断面作为标准计算断面，初步拟定该坝段上游坡坡率为1:2；下游坡坡率1:2.5。

2）计算工况计算工况分为正常运用和非常运用两种情况。

根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274－2001）的要求，并结合本工程具体运行情况，确定坝坡稳定计算工况如下：根据规范要求，结合曹桥水库具体运用情况，分析稳定渗流期的上、下游坝坡，库水位降落期的上游坝坡的抗滑稳定安全。

上游坡①正常情况，正常蓄水位64.50m稳定渗流期；库水位为最不利水位63.85m（坝底以上1/3处），设计洪水位65.51m稳定渗流期。

②非常情况，校核洪水位65.61m 可能形成稳定渗流期；库水位自校核洪水位65.61m 非常降落至死水位64.50m 。

下游坡：①正常情况，设计洪水位65.51m 稳定渗流期；兴利（正常）水位64.5m 稳定渗流期。

②非常情况，校核洪水位65.61m 稳定渗流期。

可能滑动面上的孔隙水压力，在稳定渗流期根据流网确定，在库水位快速降落期上游坝坡内的空隙水压力根据规范采用近似公式计算。

3）分析方法坝坡稳定分析采用瑞典圆弧条分简化有效应力法进行计算： 瑞典圆弧法：{()}()]/sin [sec tan ]sin sec cos [R Mc V W b c Q b V W K +±∑'+'--±∑=ααϕααμα式中：W ：土条重量；Q 、V ：分别为水平和垂直地震惯性力，本次不予考虑； μ：作用力土条底面的孔隙压力；α：条块重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角； b ：土条宽度；C ’、φ’：土条底面的有效应力抗剪强度指标； Mc ：水平地震惯性力对圆心的力矩为0； R ：圆弧半径。

计算稳定渗流时，孔隙压力μ应用μ－rwz 代替，μ为稳定渗流期的孔隙压力，rw 为水的容重，Z 为条块底部中点至坡外水位的距离，条块重W ＝W1+W2，W1为外水位以上条块实重，浸润线以上为湿重，浸润线和外水位之间为饱和重，W2为外水位以上条块浮重。

计算库水位降落时，应按降落后的水位计算。

⑷分析成果曹桥水库大坝稳定核算，按5级建筑物，根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001），V 级建筑物的安全系数为：正常情况为1.15，非常情况为1.05，计算结果见表5-2。