水泛沟水库除险加固工程初步设计方案报告

1 综合说明

1.1 绪言

绛县水泛沟水库位于绛县南凡镇槐泉村西北，地理坐标为东经：

１11°3８′０6″,北纬：3５°３２′36″，属黄河流域汾河水系浍河支流,是一座以防洪灌溉为主的小(1)型旁引式水库。水库196８年12月动工，1９７2年1２月竣工蓄水，原设计防洪标准为２0年一遇洪水设计，30０年一遇洪水校核。设计总库容１04.４万ｍ3,兴利库容78．４万m3，防洪库容１4万m３，死库容４万m3,设计洪水位７1６．6m，校核洪水位716.8m,兴利水位７１4.8m,汛限水位711．0m,死水位697.8ｍ。水库坝址以上控制流域面积2．０6ｋm2，多年平均降雨量618.9mm。水库除承接上游流域来水外，还通过里册峪水库渠道输水,输水流量为1m3/s。控制灌溉面积１.1万亩,现水库坝前淤积面高程为7０6.08m，淤积库容为20万m３。

水库枢纽由大坝、溢洪道和放水涵洞三部分组成。

大坝为均质土坝,坝顶高程71８.3m,坝底高程6９6.0m，坝高２2.３m，坝顶总长１20ｍ,坝顶宽４m,大坝上游坡比为1:2.5,下游坡比为１：2。

溢洪道位于大坝左岸，进口为开敞式，堰顶高程７15.７5ｍ,底宽3m，高2.5ｍ,原设计最大泄量34.2４m３/ｓ。

放水涵洞位于大坝右侧，从坝体内穿过，为砌石结构,断面为城门洞型，宽0．６5m,高0.6５m，进水形式为卧管,呈阶梯状，卧管为Φ４00ｍｍ钢管，设计最大泄量1.4５m3／ｓ。

由于该水库建于上世纪六十年代，受当时条件限制,工程质量难以保证,加之运行多年致使大坝存在诸多隐患,大坝上游干砌石护坡损坏严重，溢洪道仅开通1１２m，砌体部分损坏，无法使用，致使水库防洪标准低。

水库失事后影响南凡镇５个村庄5200口人、72０0亩耕地以及绛县至侯马公路等。

根据《绛县水泛沟水库大坝安全鉴定评价报告》及《绛县水泛沟水库大坝安全鉴定报告书》，大坝为三类坝，属于病险水库,急需进行除险加固。受绛县水务局委托,我院承担该水库除险加固工程初步设计任务。

1.2 水文

水泛沟水库属黄河流域,水库坝址以上控制流域面积2.06km2,流域内植被一般。该流域属干旱、半干旱暖温带大陆性季风气候,春季干旱多风,夏季暴雨时有发生,秋季晴朗凉爽，冬季少雪干冷。多年平均降雨量６１8．9mm，汛期6～9月份降雨量占全年降雨量的63%，主汛期7月1５日至8月１５日雨量比较集中。多年平均蒸发量1807mm，多年平均气温12．９℃,历年最高气温为40.7℃,极端最低气温－19.8℃，多年平均风速1．8m/s,最大风速18ｍ／s,风向多为东南风，无霜期２00天。

流域内及邻近流域没有水文站,建库以来也无实测水文资料，故设计年径流通过年降水推求,洪水根据设计暴雨计算。采用《山西省水文计算手册》(山西省水利厅２０11年3月编著）计算，以下简称《手册》。由《手册》查得该流域位于水文分区的中区,坝址上游多年平均降雨量为6１8．9mｍ。水文下垫面为黄土丘陵阶地。计算结果见表１-1。

水泛沟水库坝址处年径流量、洪峰流量及洪量表

表１-1

１．3 工程地质

１.3.1 区域地质概况

水泛沟水库工程区该区东部、南部为中条山侵蚀构造地形和构造剥蚀地形,西部、北部为黄土堆积地形和堆积地形,冲沟发育。依据地貌成因及形态类型将该区地貌可分为4个大区,即中条山系、峨嵋岭地、汾浍谷地以及涑水盆地。该区出露地层由老到新主要有:上太古界绛县群横关岭组(ＡＪh)、绛县群铜矿峪组（ＡJｔ）;中元古界中条群余家山组（Ptzyj）、中条群篦子沟组（Ptzb)、上元古界:西阳河群(X）、汝阳群（R)、下古生界:寒武系（ε）、奥陶系(O)；上古生界石炭系(C)、二叠系长石石英砂岩、页岩;新生界:上第三系上新统地层、第四系（Ｑ）地层。

水泛沟水库工程区位于山西地震亚区,西临怀来-西安地震带，东南与许昌~淮南地震带相接,东与邢台～河间地震带相接。根据《中国地震动参数区划图》（GＢ１830６-２0０1）之《中国地震动峰值加速度区划图》与《中国地震动反应谱特征周期区划图》,本区的设计地震动峰值加速度值为０.1５g，本区地震动反应谱特征周期为0.40s。根据《地震动峰值加速度分区与地震基本烈度对照表》,本区地震基本烈度为Ⅶ度。

根据区内地下水赋存条件与所处地貌类型，将测区内地下水分为，基岩裂隙水，黄土台塬裂隙孔隙水、河谷平原孔隙水三种类型。

1.3.2 坝址区工程地质条件

水泛沟水库位于南樊镇槐泉村西北的水泛沟中部,是一座旁引式水库，靠引蓄里册峪水库的弃水。库区属峨嵋岭地，黄土丘陵区。

坝址区出露的地层主要是人工堆积物、全新统冲积物、上更新统冲积物。人工堆积物(Q s)岩性为低液限粉土,浅黄色,浅红色,稍湿,稍密，含少量钙质结核、白色菌丝及蜗牛壳,局部夹有低液限粘土。该层主要分布在坝体。全新统冲积物（Ｑ４ａｌ）主要由低液限粉土组成,褐黄色，稍湿,稍密,高压缩性。该层主要分布在坝址区的河谷中。上更新统冲积物（Ｑ３al）

岩性为低液限粘土，褐灰色、浅红色,硬塑状态，稍有光泽,含少量钙质结核。该层主要分布在坝址区两岸下部及坝基。

1.3.3 坝体工程地质及问题评价

坝体土(Qs）岩性为低液限粉土,含少量钙质结核，局部夹有低液限粘土。天然含水量20．２％；天然孔隙比0.9１４;干重度14.2kN/ｍ3；饱和慢剪内摩擦角24.2°，饱和慢剪粘聚力２7.5ｋPa;压缩系数0.3７MP ａ-１;压缩模量5．88MPa;渗透系数61．96×10-6cm/ｓ;塑性指数９.3;粘粒含量１６.8％。从粘粒含量、塑性指数、渗透系数等指标分析,土料满足均质土坝土料质量要求。坝体土的临界水力坡降为0.83~1.05，建议临界水力坡降取值为0．89；允许水力坡降为0.４1~0.5２，建议允许水力坡降取值为0.４５。

1．3．4 坝基工程地质评价

坝基主要由第四系上更新统冲积物为主,岩性为低液限粘土组成,局部含少量钙质结核。该层土的天然含水量21．7%；干重度１4.9ｋN/m3；孔隙比0.84４.６；塑指数10．5；饱和慢剪内摩擦角2３.7°，饱和慢剪粘聚力30.0ｋＰａ;粘粒含量18.9%;压缩系数０.27ＭＰa－1;压缩模量7.96ＭPa；渗透系数71.48×10-6cm/s。坝基土的临界水力坡降为0.７９～1.04，建议临界水力坡降取值为0.94;允许水力坡降为0.39～0.5２,建议允许水力坡降取值为0.７３.4。

1.３.5 溢洪道

溢洪道主要由第四系上更新统冲积物为主由低液限粉土、低液限粘土组成,根据物理力学指标可分为2层:第①层主要由低液限粉土组成，局部含少量钙质结核，该层土的天然含水量１8.8%；干重度13.7ｋN/m3；孔隙比0．972;塑指数８.7;粘粒含量１９．3%;压缩系数0.5５MＰa-1;压缩模量4.75ＭPa;渗透系数57．64×10－６cm/ｓ。第②层主要由低液限粘