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１-1１．3 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层主要由低液限粘土组成,局部含较多钙质结核,该层土的天然含水量２１．５%；干重度15.６kN/ｍ3；孔隙比0.732;塑指数１0.１；饱和慢剪内摩擦角17.８°，饱和慢剪粘聚力27.0ｋPa；压缩系数0．20ＭＰａ-1;粘粒含量22．１%。

1.3.6 天然建筑材料土料场选在坝址两岸的台垣上，紧靠坝址，运输和开采都比较方便,储量丰富。

料场出露的地层岩性为第四系上更新统冲积物低液限粉土，局部含有较多钙质结核，本料场满足均质土坝土料质量指标。

砂料从绛县南樊河购运，砂料场距坝址约1０kｍ,交通较为便利,储量满足工程用量要求。

砾料采用南樊镇里册石料场人工砾料,砂料场距坝址约10km，质量满足人工骨料技术要求。

工程所需块石料可从磨里峪小北山石料场进行开采使用，距水库大坝约２5kｍ,有乡级公路可通行。

１.4 工程任务及规模１.４.1 工程改造任务根据水库工程的实际情况，依据《大坝安全鉴定报告书》,本次除险加固的主要内容为：1、对大坝进行加固改造;2、完建溢洪道；3、对放水涵洞及金属结构进行更新改造;4、改造上坝道路，增加必要的工程管理设施。

1.4.２兴利调节水泛沟水库1９72年１２月竣工蓄水以来,已运行39年。

水库原设计兴利库容78.4万m３,死库容4万ｍ3,目前水库坝前淤积面高程为706.０8m,相应库容20万m3，泥沙多年平均年淤积量0.51万ｍ3。

本次设计水库死水位按水库除险加固后再用30年确定，因此水库死库容为35.3万m3,死水位为710．３m。

水泛沟水库为旁引式水库，其流域面积只有2．06ｋm２,P=50％年径流量为3.2万m３。

该水库主要承接里册峪水库渠道输水,输水流量为1ｍ3/s。

本次除险加固不需做兴利调节计算，兴利水位为溢洪道进口底高程７1５.75m，灌溉面积仍按现状1.1万亩考虑。

1.4.３调洪计算本次起调水位为溢洪道堰顶高程７15.75m。

调洪计算结果见表1－2。

调洪计算结果表由计算结果可以看出：30年一遇设计洪水位为716.49m，3００年一遇校核洪水位为７１6．98m，坝高均满足要求。

1.5 工程除险加固设计1．5.1 工程等级及标准1、根据《水利水电工程等级划分及防洪标准》（SL252—20０0)规定工程等别为Ⅳ等，主要建筑物级别为4级，次要建筑物级别为５级。

2、水库设计防洪标准为30年一遇洪水设计，30０年一遇洪水校核。

3、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。

1.5.２大坝加固设计水库大坝上游坝坡砌石护坡损坏严重,下游无排水设施。

大坝除险加固前，首先对大坝表面包括坝顶、坝坡和坝脚范围内的杂草、灌木、乱石、垃圾等全部清除，然后清除大坝表层腐殖土，并开挖成台阶状,开挖深度为0．５m~1.５m。

从大坝上游坝坡进行整修,坡比为1：2．5，回填土应分层,层厚以试验确定，压实度要达到９6%。

坝坡整平后自上而下设3０cm厚干砌石护坡,15cm厚砂砾料和15cm厚粗砂。

坝顶道路为土路面,雨天泥泞，影响管理人员巡查，本次改造坝顶加宽至６．０m，做现浇C１5砼路,路面宽度为5．0ｍ,厚2０ｃｍ,路面以2％倾向下游，在下游测做坝面排水沟。

下游坝坡培厚，坡比为1:３,在高程708.3m处设马道,坝坡采用生物草皮护坡。

在下游坝坡与岸坡结合处及0+0６0位置布设横向排水沟三条,在坝顶下游侧及下游马道708.3ｍ处和下游坡脚均设一纵向排水沟，并与坝坡横向排水沟相连。

纵、横向排水沟断面尺寸为0.3×０．３m，采用现浇C15砼砌筑,侧墙厚1０cｍ，底板厚度为10ｃｍ。

台阶布置于大坝桩号0+０60处的下游坝坡,宽1m，为现浇C１5砼结构。

大坝下游坡脚增设贴坡排水，贴坡排水顶部高程７00．0m，从外到内依次为３0cm厚干砌块石、15cｍ厚碎石和15cm厚砂砾料,砌筑石块应力求紧密嵌紧。