畢業(yè)設計----xx水庫溢洪道泄洪閘設計

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文檔簡介

1、　　摘要1　　abstract2　　前言3　　1 工程概況5　　1.1 水庫建設過程7

2、　1.2 水庫目前存在問題7　　2 水文8　　2.1 流域概況8　　2.2 年徑流復核成果9　　2.3 設計洪水復核成果10　　2.4 非汛期設計洪水11&

3、lt;p>　　3 工程地質11　　4 除險加固任務和規(guī)模12　　4.1 除險加固任務12　　4.2 除險加固洪水標準13　　5.溢洪道泄洪閘設計13　　5.1 方案的說明13

4、　　5.2 方案比較14　　5.3 設計基本資料15　　5.4 溢洪道軸線選擇16　　5.5 溢洪道工程布置16　　5.6 水力設計18　　5.7 溢洪道防滲與排水設計22&l

5、t;/p>　　5.8 穩(wěn)定計算23　　6 施工組織設計28　　6.1 施工條件28　　6.2 施工導流28　　6.3 主體工程施工29　　6.4 施工交通運輸30&l

6、t;p>　　6.5 施工工廠設施30　　6.6 施工總布置31　　結論33　　特別致謝34　　參考文獻35<p&

7、gt;　　摘要　　XX水庫位于淮河流域沙XX上游，水庫控制流域面積為985km2，占XX流域面積7230km2的13.6%，占XX山丘區(qū)流域面積1900km2的51.8%，是以防洪灌溉為主，兼顧工業(yè)供水、水產養(yǎng)殖、旅游等綜合利用的大型樞紐工程。XX水庫總庫容2.78億m3,,按國標《防洪標準》規(guī)定，XX水庫工程等別應為大（2）型，泄洪閘為2級建筑物. 泄洪閘

8、設計標準為100年一遇，校核標準為2000年一遇。據《溢洪道設計規(guī)范》（SL253—2000）閘下防沖設計標準按50年一遇，校核標準100年一遇。　　本次設計是XX水庫除險加固工程中的溢洪道設計.其中包括以下幾個方面內容:方案的比較和選擇以及水力計算,結構穩(wěn)定性計算(包括邊墩,中墩和擋土墻穩(wěn)定基底應力計算),簡單的施工組織設計等幾個方面　　關鍵詞: 溢

9、洪道中墩水庫結構穩(wěn)定性　　abstract　　The XX reservoir is located upstream of Huaihe River basin Sha Yinghe,The reservoir control drainage area is 985km2, occupie

10、s Ying river drainage area 7230km2 13.6%, occupies Ying river massif area drainage area 1900km2 51.8%, is by prevents floods and the irrigation primarily, proper attention to both industrial water supply, aquaculture, tr

11、aveling large and so on comprehensive utilization large -scale key project. XX reservoir total storage capacity 278 million m3, "Flood prevention Standard" 　　This design is the XX reservoir

12、 except dangerous reinforcement project in spillway design, including following several aspects content: Plan comparison and choice as well as water power computation, structural stability computation including side pill

13、ar,center pillar and bulkhead stable basis stress computation, simple construction organization plan and so on several aspects　　Key word: spillway center pillar reservoir structural stabil

14、ity　　前言　　XX水庫位于淮河流域沙XX上游，是50年代初治淮早期我省興建的大型水庫之一，當時水庫的設計洪水標準為100年一遇，校核洪水標準為1000年一遇。設計水位233.8m，校核水位235.3m，總庫容2.95億m3。水庫控制流域面積為985km2，占XX流域面積7230km2的13.6%，占XX山丘區(qū)流域

15、面積1900km2的51.8%，是以防洪灌溉為主兼顧工業(yè)供水、水產養(yǎng)殖、旅游等綜合利用的大型樞紐工程本次設計主要是XX水庫加固工程中溢洪道泄洪閘XX水庫是建國初期治淮第一批興建的大（II）型水庫，是以防洪灌溉為主，兼顧工業(yè)供水、水產養(yǎng)殖、旅游等綜合利用的大型水利樞紐工程。　　XX水庫目前的現狀為壩頂高程235.8m，防浪墻頂高程237.0m，壩頂超高1.873m，水庫現狀允許最高水位為235.1

16、3m。 　　1951年3月開始施工至1953年8月建成，為此于1956年2月～1957年12月進行了水庫擴建，擴建后的大壩壩頂長1316m，頂寬6.6m，最大壩高47.88m，壩型由均質土壩變?yōu)閺褪綌嗝?，壩頂高?35.8m，防浪墻頂高程237.0m。改原無控制的溢洪道為新建8孔（12×8）弧形鋼閘門控制的泄洪閘，閘頂高程225.92m，最大泄量4280 m3/s。1975年汛后，為增

17、強水庫抗洪能力，在東付壩壩頂建爆破藥室17個，以應急需。　　1997年底又對輸水洞進行了較全面的加固處理。在出口新建了弧形工作門及引水岔管，輸水洞由無壓隧洞改為壓力洞，洞身由馬蹄形斷面改為直徑3.3m的圓形斷面。　　工程存在的問題　?。?）泄洪閘上下游流態(tài)不好。</p&

18、gt;　?。?）泄洪閘閘室建在強風化的石英砂巖地基上，并且有斷層。　?。?）閘墩單薄，砼質量不好，碳化嚴重，普遍存在裂縫。　?。?）溢洪道沒有尾水渠，不能做正常溢洪道使用。　?。?）溢洪道閘門啟閉機和閘們年久失修。　　主溢洪道：泄洪閘座落在強風化石英

19、砂巖上，裂隙發(fā)育，巖體呈中等至強透水，工程地質條件差，存在閘基滲漏、抗滑穩(wěn)定和不均勻沉陷問題，應對閘基穩(wěn)定性進行復核，并采取必要的處理措施。　　本次設計是XX水庫除險加固工程中的溢洪道設計.其中包括以下幾個方面內容:方案的比較和選擇以及水力計算,結構穩(wěn)定性計算(包括邊墩,中墩和擋土墻穩(wěn)定基底應力計算),簡單的施工組織設計等幾個方面。　　參照《溢洪道設計規(guī)

20、范》（SL253—2000）附錄A，泄洪閘閘室采用開敞式實用堰結構，堰頂上游采用三圓弧曲線，堰頂下游采用WES型冪曲線，冪曲線末端直接與反弧連接，根據水力計算確定工程的布置，然后進行穩(wěn)定性和應力計算。　　1 工程概況　　XX水庫位于淮河流域沙XX上游，是50年代初治淮早期我省興建的大型水庫之一，當時水庫的設計洪水標準

21、為100年一遇，校核洪水標準為1000年一遇。設計水位233.8m，校核水位235.3m，總庫容2.95億m3。水庫控制流域面積為985km2，占XX流域面積7230km2的13.6%，占XX山丘區(qū)流域面積1900km2的51.8%，是以防洪灌溉為主，兼顧工業(yè)供水、水產養(yǎng)殖、旅游等綜合利用的大型樞紐工程。水庫位置見圖1.1-1。　　1978年水電部頒發(fā)了《水利水電樞紐工程等級劃分及設計標準》（山

22、區(qū)、丘陵區(qū)部分）SDJ12—78，根據該規(guī)定XX水庫正常運用洪水標準應為500～100年一遇，非常運用洪水標準如失事后對下游不致造成較大災害的其下限值為2000年一遇，如果失事后對下游將造成較大災害的大型水庫應以可能最大洪水作為非常運用洪水標準。1990年水利、能源部對SDJ12—78又頒發(fā)了補充規(guī)定，根據該規(guī)定將XX水庫的校核洪水標準由可能最大洪水改為2000年一遇。1994年建設部發(fā)布國家標準《防洪標準》（GB50201—94）作為

23、強制性國家標準，根據該標準XX水庫設計洪水標準應為500～100年一遇，校核洪水標準應為5000～2000年一遇。我省大部分大型水庫，根據以上國家頒發(fā)的洪水標準、結合各水庫的具體情況，經歷20余年基本進行了除險加固，提高了水庫安全標準。已完成的有鴨河口、宿鴨湖、鲇魚山、孤石灘、彰武、南海等水庫，正在實施的有白龜山水庫和昭平臺水庫。　　該工程1951年開工，1953年竣工。由于當時形勢的需要和各方

24、面條件的限制，存在諸多問題。1956年進行了擴建加固。　　2001年3月對水庫安全標準進行復核，1000年一遇洪水位為235.51m，2000年一遇洪水位為236.29m，而目前XX水庫允許的最高水位235.13m。因此，XX水庫現有安全標準不足1000年一遇，尚未達到國家《防洪標準》（GB50201-94）5000年~2000年一遇的下限。由于XX水庫在沙XX流域防洪調度中的作用非常重要，事關

25、禹州市、京廣鐵路和京深公路的安危，一旦失事，將對禹州市、襄城、臨穎、許昌和郾城等縣市造成嚴重的洪水災害。因此急需除險加固。　　2001年3月河南省水利廳組織水利部、淮委、黃委和水庫管理局等單位組成專家組，對XX水庫進行安全鑒定，鑒定意見為：“XX水庫大壩現有防洪標準不足千年，屬危險水庫，急需進行除險加固。建議采取工程措施提高抗御洪水標準以滿足國標《防洪標準》要求，對溢洪道混凝土建筑物和金屬結構進

26、一步進行檢測。進一步補充完善觀測設施，加強觀測工作。在未進行除險加固前，水庫管理單位應加強工程管理和工程監(jiān)測，并做好超標準洪水的安全保壩措施。”　　2001年7月水利部大壩安全管理中心對XX水庫安全鑒定成果進行核查，核查意見為：“大壩存在的主要問題是水庫大壩防洪標準不滿足部頒《近期標準》，同意三類壩鑒定結論意見?！?lt;/p>　　另委托河南省水利科學研究所水利水電工

27、程質量檢測中心對XX水庫溢洪道（土建部分）進行工程質量檢測，并于2002年2月提出《XX水庫溢洪道（土建部分）工程質量檢測報告》和《檢測描繪圖集》。據現場測繪各個閘墩閘墻在高程6.0m處有一條水平縫，縫寬較大且多為通縫；各個閘墩閘墻在中部區(qū)域，均有一條自下而上的裂縫，分別達到或超出6m處的水平縫高度，縫寬0.21~0.80mm，超聲波檢測1#、3#、4#、5#墩為貫穿縫，2#、6#、7#墩未貫穿，兩邊墻部位是否貫穿尚未查明；閘墩在上游墩

28、尖，下游墩尾及墩身各部位，存在多條裂縫，縫寬多在0.10~1.35mm之間，其中上游墩尖處大部分為水平縫，其余多為不規(guī)則裂縫，超聲波檢測縫深在65~164mm之間，大小裂縫總計有570余條。閘底板共有裂縫38條，在每孔閘底板中部，均有1~2條垂直水流方向的裂縫，縫寬一般在0.22~0.71mm之間，經超聲檢測，縫深在30~283mm之間。主要結論為：“閘室結構砼的強度、鋼筋的配置均不能滿足現行設計規(guī)范的要求，裂縫普遍存在，一些受力部位的

29、裂縫已經貫穿，碳化值普遍較高，土建部分維修加固方案的優(yōu)勢已經失去，建議考慮其它解決方　　查閱《XX水庫暨灌區(qū)志》的記載和工程竣工圖，發(fā)現泄洪閘建基面位于強風化石英砂巖上，巖石破碎，施工中有多處坍塌；閘室結構強度不足，限于工程建設期的經濟環(huán)境和技術水平，閘室墩墻和底板砼標號太低，原設計為140號，施工中為節(jié)約水泥，加入15%的粉沙摻和料，實際上不足140號，一些部位僅有90號，且閘墩配筋率僅為（0

30、.02~0.03）%，小于鋼筋砼的最小配筋率，實為少筋砼，而水工建筑物的擋水受力結構不宜采用少筋砼；工程竣工時已發(fā)現墩墻出現裂縫，運行數十年，現在閘室裂縫普遍存在，七個中墩有四個中墩的裂縫已貫穿，其余裂縫深度為65~164mm；右邊墻傾斜13cm，消力池邊墻也發(fā)生變形。　　2001年12月~2002年3月，河南省水利勘測總隊受河南省水利廳委托，對溢洪道進行了地質勘探，揭露地層表明，老溢洪道閘室建

31、基面在強風化帶上，風化層厚度為0.5~6.1m，其中有薄層泥巖，巖體破碎，含泥量高，承載力低，抗剪強度低，高水位時，閘室存在穩(wěn)定問題。右岸翼墻地基斷層發(fā)育，強風化厚度在18m以上，右岸翼墻存在穩(wěn)定問題。閘基78%的巖體具有中等透水性，閘基存在滲漏問題。并于2002年4月完成了《河南省XX水庫除險加固溢洪道工程地質勘察報告》。　　河南省水利勘測設計院于2001年3月對溢洪道泄洪閘進行水力計算和穩(wěn)定

32、復核，認為下游消力池邊墻高度比允許值低2.2m，整體穩(wěn)定安全系數小于規(guī)范允許值。由于溢洪道建成至今，沒有高水位運行過，掩蓋了其存在的安全隱患。　　XX水庫溢洪道泄洪閘應根據水庫規(guī)劃指標，進行加固或重建　　1.1 水庫建設過程　　1950年10月中央人民政府政務院發(fā)布”關于治理淮河的決定”后,省治淮總部于1951年

33、元月組織力量對XX水庫進行勘測設計，1951年3月開始施工至1953年8月建成。工程包括：攔河壩，長1214m，壩型為均質土壩，壩頂高程231.72m，最大壩高42.5m。溢洪道為無控制開敞式溢洪道，寬100m，底高225.92m,最大泄量572m3/s；輸水洞為無壓洞，橫斷面為R=2.03m的標準馬蹄形洞，進水口為上下雙層四孔1.75×1.75的油壓直升平板鋼閘門，進口底高195.92m，出口底高194.86m，洞長337.

34、0m，最大泄量230 m3/s。水庫設計最高洪水位228.42m，總庫容1.88億m3。此外尚有東付壩一座。　　由于1950年設計時沒有進行流域規(guī)劃，設計洪水計算偏小，經1954年洪水考驗后，發(fā)現水庫規(guī)劃庫容偏小，溢洪道設計的溢洪斷面不夠大，水庫的安全標準偏低，水庫的效益未能充分發(fā)揮。為此于1956年2月～1957年12月進行了水庫擴建。擴建后的大壩壩頂長1316m，頂寬6.6m，最大壩高47.

35、88m，壩型由均質土壩變?yōu)閺褪綌嗝?，壩頂高?35.8m，防浪墻頂高程237.0m。改原無控制的溢洪道為新建8孔（12×8）弧形鋼閘門控制的泄洪閘，閘頂高程225.92m，最大泄量4280 m3/s。但1958年元月溢洪道泄洪閘8扇弧形門安裝完畢后，4月為支援三義寨引黃工程，拆走邊孔6扇建塊石滾水壩，壩頂高程231.0m，直到1964年10月才恢復拆除的6孔閘門。　　建時除主壩及東付壩

36、相應加高外，又增建一座西付壩及在主溢洪道東第一缺口處修建了付溢洪道，底寬180m，底部高程234.0m，最大泄量427m3/s。　　1975年汛后，為增強水庫抗洪能力，在東付壩壩頂建爆破藥室17個，以應急需。　　1997年底又對輸水洞進行了較全面的加固處理。在出口新建了弧形工作門及引水岔管，輸水洞由無壓隧洞改為壓力洞，洞身由馬蹄形斷面改為直徑3.3m的圓

37、形斷面。　　1.2 水庫目前存在問題　　XX水庫壩頂高程235.8m，防浪墻頂高程237m，水庫現狀允許最高靜水位235.13m，調洪演算成果1000年一遇洪水位235.51m，2000年一遇洪水236.29m，均超過水庫現狀允許最高靜水位235.13m，由此說明XX水庫的現有安全標準不足1000年一遇，遠低于國家《防洪標準》（BG50201-94）50

38、00~2000年一遇標準的下限，實屬險庫。　　其中溢洪道存在問題　?。?）溢洪道1956年曾做過水工模型試驗，試驗結果表明：泄洪閘上下游流態(tài)不好，影響東付壩安全，降低了水庫的安全標準。　?。?）泄洪閘閘室建在強風化的石英砂巖地基上，且右邊孔跨在斷層破碎帶上，閘基極不均勻。&l

39、t;/p>　　（3）閘墩單薄，砼質量不好，碳化嚴重，普遍存在裂縫，右邊墩及1、3、4、5中墩存在上下貫通裂縫，左、右岸下游翼墻明顯向內傾斜，其中右岸翼墻傾斜達13cm。　?。?）溢洪道沒有尾水渠，不能做正常溢洪道使用。　?。?）溢洪道閘門啟閉機已經運行四十年，有的已超過四十年，閘門埋件銹蝕嚴重。閘門制作外觀質量差，弧型閘門底

40、部和右下角存在變形。所有一、二類焊縫嚴重未焊透屬于不合格焊縫。　?。?）八臺啟閉機運行基本正常，其中4、5號兩臺啟閉機為開放式減速器，起升速度慢，齒輪磨損嚴重，大部分齒輪被拉傷，形成內槽，7號機開式齒輪存在局部裂紋，未擴展，減速器存在異常響聲，3號機開式齒輪存在大面積蜂窩狀鑄造缺陷。　　2 水文

41、　　XX水庫建設初期，因水文資料短缺，故只能采用有限的降雨資料推求設計洪水，并依此進行工程規(guī)劃，此后，多次進行過水文復核。1986年和1998年我院先后對XX水庫進行了水文復核且均編制有《XX水庫水文復核報告》。　　2.1 流域概況　　XX水庫位于淮河支流沙潁河流域潁河上游，壩址地理位置為東經11

42、315，北緯3420。壩址以上控制流域面積985km2。　　潁河源于登封嵩山山脈，自西向東流經禹縣、臨潁、西華等縣市，于周口以上3km附近的孫咀注入沙河。潁河全長約350km，水庫以上長56km，流域面積7230km2，水庫以上985km2，占全流域的13.6%，占潁河山區(qū)面積的51.8%。XX以上至禹縣屬山區(qū)，坡陡流急，禹縣至潁橋進入丘陵區(qū)，潁橋以下進入平原，始有堤防。水庫以上有少林河，石沖河

43、、魚洞河、馬峪河等支流，下游較大支流有吳公渠，清淠河、清流河、柳塔河等。　　潁橋以上為山丘區(qū)，面積約占全流域的26.3%，平原區(qū)約為73.7%。地勢西北高，東南低，海撥高程一般為500～550m，最高峰高程為1512.4m。山區(qū)除少林寺、中岳廟有少量松樹復蓋較好外，一般為灌木叢林，高程在800～1000m以上，植被較差；丘陵區(qū)為黃土地帶，多為梯田，沖溝發(fā)育，復蓋較厚，流域內土壤類別，京廣鐵路以西

44、為重、中粉質壤土，以東為中、輕粉質壤土，適宜于種植旱作物，如：小麥、玉米等，兼作雜糧及經濟作物。　　潁河流域屬于溫帶地區(qū)，氣象特征為半干旱氣候，春冬季節(jié)空氣干燥少雨。夏末秋初空氣濕潤，雨水較多，多年平均降水量為650mm，年內分配很不均勻，汛期6～9月降水量約占全年的65% ，年際分配也不均勻，實測年最大降水量為多年平均的1.6倍。潁河上游多山，地形起伏，每年夏季含有大量水汽，受地形阻隔被迫上升

45、，溫度下降，遇冷空氣而凝結，產生地形雨；此外，局部性的空氣對流產生的雷陣雨也較多見。氣旋雨在本流域也經常出現，主要是北來的寒流和南來的暖流，即高壓與副高壓在本地區(qū)形成相持的局面，停滯不前形成大暴雨，如1954、1956年就是此種成因產生的大暴雨。　　流域內多年平均降雨為650mm，最大一日降雨量為226mm；多年平均蒸發(fā)量為1823mm，最大月蒸發(fā)量為285mm，最小為15.4mm；多年平均氣溫

46、為14.4C，極端最高氣溫為42.9C，極端最低氣溫為-13.9C；多年平均相對濕度為68%，一日最小相對濕度為1%；多年平均風速為2.7ms，最大風速為19ms；最多風向為北東風；多年平均氣壓為1002.6毫巴；最大積雪厚度為21cm；多年平均霜降期為59.4天。　　XX水庫下游河道標準較低，繁城～吳公渠口段，于1957年治理過，除澇標準仍為老二年一遇，設計流量184 m3/s,防洪標準約10

47、年一遇，平槽泄量500 m3/s；吳公渠口至柳塔河口段于1970年治理過，除澇標準為3年一遇，設計流量430 m3/s，防洪標準為20年一遇，平槽泄量900 m3/s，潁河公路橋過水流量為1500 m3/s，化行閘至繁城段平槽泄量約700～800 m3/s。　　2.2 年徑流復核成果　　XX水庫年徑流自建庫以來已計算過多次，1986年河南省水利勘測設計院

48、在《XX水庫水文復核報告》中將年徑流系列從1953年～1976年延長到1984年共31年系列，計算得天然年徑流均值為1.64億m3，CV=0.60，CS=2.0CV。本次年徑流復核，在1986年復核的基礎上，將1953年～１984年的實測年徑流和天然年徑流系列進行了復核并把系列延長到1997年。實測年徑流按水文年6～5月統(tǒng)計，經計算，實測年徑流均值為124.79×106m3。經還原計算，XX水庫1953～1997水文年天然年徑

49、流量均值為153.79×106m3。 　　經驗頻率計算采用數學期望公式：P=m/(n+1)；理論頻率曲線采用P—Ⅲ型適線，用矩法計算統(tǒng)計參數；均值采用計算值，Cv值在適線時作適當的調整，經適線Cv=0.60，Cs=2CV。　　XX水庫天然年徑流量統(tǒng)計參數成果如表1。　　表1 XX水庫天然年徑流統(tǒng)計

50、參數成果表　　2.3 設計洪水復核成果　　本次設計洪水復核亦采用了兩種方法：一是根據雨量資料計算設計洪水，二是根據流量資料計算設計洪水，經過分析（原因同上），最后選定的是根據雨量資料計算設計洪水成果?！端姽こ淘O計洪水計算規(guī)范》(SL44-93)在條文說明中指出：“用暴雨資料推算設計洪水，中間環(huán)節(jié)比較多，資料條件和計算方法都會給計算成果帶來影響，因此

51、在綜合考慮各方面因素后，認為校核標準的成果有偏小的可能時應加安全修正值。”通過與臨近流域大型水庫10000年一遇洪峰和洪量模數的比較，認為選定的校核標準的洪水有偏小的可能，而尤以設計洪量的偏小比較突出。綜合考慮，XX水庫校核標準(2000年一遇)洪水其洪量加20%安全修正值。XX水庫設計洪水采用成果如表1。　　表2 XX水庫設計洪水采用成果　　注：20

52、00年一遇洪量已加20%安全修正值。　　2.4 非汛期設計洪水　　統(tǒng)計XX水庫10月初至次年5月末的歷年最大旬徑流量，得到1953～1997年共45年非汛期最大旬徑流量系列，據此進行頻率計算，得出XX水庫非汛期最大旬徑流量多年平均值為850萬m3，經適線Cv=1.25，Cs:Cv=2.5。　　XX水庫非汛期洪水過

53、程線采用典型過程線放大法計算。1984年10月上　　表3 XX水庫非汛期設計洪水成果表,　　旬徑流量介于10年、20年一遇洪水之間，作為典型過程。因XX水庫觀測時段較長（10天只有8個點據），只能借用鄰近水文站的過程線，北汝河紫羅山水文站與XX水庫同屬沙潁河流域，借用其流量過程作為典型過程線。N=10年、20年的設計洪水值如表3。

54、　　3 工程地質　　XX水庫位于禹州與登封交界處，地貌單元屬低山丘陵區(qū)，山頂多呈平頂和渾園狀，屬構造剝蝕地貌，庫區(qū)河道彎曲，河谷開闊，兩側發(fā)育有一、二級階地和河漫灘。　　庫區(qū)出露古生界寒武系、奧陶系、石炭系、二迭系及新生界第四系地層。寒武系中統(tǒng)下部以紫紅色砂頁巖為主要特征，上部以厚層鮞狀灰?guī)r、豹皮灰

55、巖為主，上統(tǒng)主要為厚層狀白云巖；奧陶系出露中統(tǒng)馬家溝組地層，巖性為薄層狀泥質灰?guī)r和厚層角礫狀灰?guī)r；石炭系出露中上統(tǒng)地層，中統(tǒng)本溪組為雜色鋁土礦和鋁土頁巖，上統(tǒng)太原組為灰色厚層含燧石團塊灰?guī)r夾煤層；二迭系上下統(tǒng)地層在庫區(qū)均有出露，下統(tǒng)主要為灰黃色泥質頁巖及石英砂巖夾煤層，上統(tǒng)以紫紅色厚層石英砂巖為特征；第四系上更新統(tǒng)地層分布在河流二級階地，巖性為褐黃色黃土狀中粉質壤土和褐紅色重粉質壤土，全新統(tǒng)下段分布在河流一級階地，主要為卵石。</

56、p>　　庫區(qū)控制性構造為XX向斜，其軸向320°～330°，發(fā)育在古生界地層中，核部多為第四系地層所覆蓋，延伸長度約30km，向東南方向傾伏，兩翼產狀平緩，發(fā)育有一系列小型次級褶皺。發(fā)育的斷層主要有東西～北西和北北東～北東向兩組，前者多為壓性、壓扭性，后者多為張扭性。　　庫區(qū)周圍山體寬厚，所測地下水位均在設計水位以上，雖有較大的斷層存在，但多為第四

57、系土層所覆蓋，出露高程均在230m以上，不存在水庫滲漏的地質條件，建庫50年來亦未發(fā)現庫區(qū)滲漏問題；石炭系鋁土礦層分布在250m高程以上，不存在淹沒問題。1987年對左岸廢棄的煤井進行調查，井內及附近地下水位高程為236～245.5m，均在最高庫水位以上，且高出當時庫水位16.59～26.09m,礦井涌水與水庫蓄水關系不大。水庫周圍岸坡低緩，除局部有小規(guī)模坍塌外，庫岸基本穩(wěn)定。水庫周圍及上游有大面積的頁巖、黃土狀土分布，植被不好，水土流

58、失嚴重，水庫存在著較為嚴重的淤積問題；庫區(qū)地震烈度Ⅵ度，區(qū)域穩(wěn)定性較好，庫區(qū)雖有大的斷裂存在，但在水體以下多為第四系土層覆蓋，阻斷了庫水沿斷層下滲的途徑，不存在水庫誘發(fā)地震的條件，建庫50年來未出現水庫誘發(fā)地震。　　主溢洪道：泄洪閘座落在強風化石英砂巖上，裂隙發(fā)育，巖體呈中等至強透水，工程地質條件差，存在閘基滲漏、抗滑穩(wěn)定和不均勻沉陷問題，應對閘基穩(wěn)定性進行復核，并采取必要的處理措施。如建新閘，

59、溢洪道中心線須左移25m以上，基礎降低置于弱風化巖石上，但存在閘基滲漏問題，應采用帷幕灌漿處理，閘室左岸與東付壩連接處邊坡高20m左右，應采取必要的處理措施。　　4 除險加固任務和規(guī)模　　4.1 除險加固任務　　XX水庫是建國初期治淮第一批興建的大（II）型水庫，是以防洪灌溉為主，兼顧工業(yè)供水、水產養(yǎng)殖、旅游等綜

60、合利用的大型水利樞紐工程。　　XX水庫目前的現狀為壩頂高程235.8m，防浪墻頂高程237.0m，壩頂超高1.873m，水庫現狀允許最高水位為235.13m。　　XX水庫總庫容大于1.0億m3，屬II 等工程，其校核洪水標準根據GB50201—94《防洪標準》規(guī)定應為5000～2000年一遇，根據1998年復核的設計洪水成果、現狀工程和目前水庫的調度運用

61、方式進行調洪演算，其結果1000年一遇洪水位為235.51m，2000年一遇洪水位為236.29m，因此，XX水庫的安全標準不足1000年一遇，尚不能滿足其下限2000年一遇。根據2001年3月河南省水利勘測設計院編制的《河南省XX水庫大壩安全論證報告》，其鑒定結論為XX水庫的抗洪安全性為C級，屬險庫。因此，除險加固的首要任務是提高水庫的安全標準。此外，水庫已運行40余年，也存在一些急需解決的問題，因此，本次除險加固的任務是：在維持原規(guī)

62、劃的建庫任務及效益的前提下，提高水庫安全標準，解決水庫存在的遺留問題。　　4.2 除險加固洪水標準　　按照中華人民共和國國家標準GB50201—94《防洪標準》,XX水庫總庫容界于10～1.0億m3，工程等別屬II 等，工程規(guī)模為大(2)型。II等工程的永久性主要水工建筑物級別為2級，其防洪標準，設計500～100年一遇，校核5000～2000年一遇。根

63、據XX水庫的現狀和地形、地質條件，設計和校核標準均選其下限，亦即正常運用洪水標準為100年一遇，非常運用洪水標為2000年一遇。　　5.溢洪道泄洪閘設計　　5.1 方案的說明　　方案1：老閘拆除，新建七孔新閘　　從上述兩種老閘加固的方

64、案可明顯看出，老閘加固存在不少問題。擬將八孔老閘拆除，在原閘址新建七孔泄洪閘。新閘堰頂高程223.0m，七孔，每孔凈寬12m，總凈寬84m。調洪演算成果100年洪水位231.97m，泄量1000m3/s，2000年洪水位235.25m，下泄量7048m3/s。泄洪閘按100年一遇洪水設計，2000年一遇洪水校核。下游消能按50年一遇洪水設計，100年一遇洪水校核。見附圖5.3-5及方案比較圖集。

65、　　新泄洪閘工程布置　　泄洪閘工程包括上游引渠段、上游鋪蓋段、閘室控制段、下游消能段、下游海漫段和尾水渠段。　　以閘室底板前沿做為溢洪道的0+000樁號，溢洪道中心線位于勘探中心線左邊4m處。　　0-211.85~0+000為上游引渠段，長211.85m。前181.85m底部

66、不做護砌，兩岸邊坡為1:0. 5，底寬為99m，渠底高程為219.5m；閘前30m為鋪蓋段，護底為0 .2m厚的砼，兩岸為圓弧型翼墻，圓弧半徑為45m，墻頂高程為236.1m，采用半重力式擋土墻。　　0+000~0+23.5為閘室控制段，泄洪閘采用7孔閘，每孔凈寬12m，采用流量系數較大的實用堰型閘底板，堰頂高程223m，上游堰高3.5m，下游堰高6.5m，閘孔總凈寬7×12=84m，

67、閘室長度23.5m，中墩厚.5m，墩頂高程為236.1m，邊墩為衡重式。閘室堰上設12×8m弧型鋼閘門7扇。　　0+023.5~0+103.5為閘后消能段。0+023.5~0+073.5為閘后斜坡段，底部坡降為1:40，墻頂高程由230m漸變至223.05m；之后接消力池，池深2.0m，池底高程213.25m，池長22m，兩岸為衡重式擋土墻。

68、　0+103.5~0+173.5為海漫段。海漫底部高程215.25m，護底厚度為0.4m，0+143.5~0+173.5m為30m長的扭曲漸變段，之后與下游地面自然連接。溢洪道做工程段全長485.45m。　　方案2：，老閘拆除，新建五孔新閘　　新閘堰頂高程222.0m，五孔，每孔凈寬12m，總凈寬60m。調洪演算成果：100年一遇洪水位231.85m，下

69、泄流量1000m3/s，2000年一遇洪水位235.56m，下泄流量5922m3/s。泄洪閘按100年一遇洪水標準設計，2000年一遇洪水標準校核，下游消能按50年一遇洪水設計，100年一遇洪水校核。工程布置見附圖5.3-7及方案比較圖集。　　新泄洪閘工程布置　　根據最新地質勘探資料建議，溢洪道泄洪閘中心線較原中心線

70、向左平移17.75m，以閘室底板前沿做為0+000樁號。　　0-205~0+000為上游引渠段，長205m。前175m底部不做護砌，兩岸邊坡為1：0.5，底寬為70m，渠底高程為218.5m；閘前30m為鋪蓋段，護底為0.2m厚的砼，兩岸為圓弧型翼墻，圓弧半徑為45m，墻頂高程為236.6m，采用半重力式擋土墻。　　0+000~0+026為閘室控制段，泄

71、洪閘采用5孔，每孔凈寬12m，堰頂高程222m，閘孔總凈寬為60m，閘室長度26m。閘室采用上游堰高3.5m，下游堰高6.5m的實用堰。中墩厚2.5m，墩頂高程236.6m，閘室總寬70m，堰上設12×9.5m的弧形鋼閘門5扇。　　0+026~0+113為閘后消能段。0+026~0+076為閘后斜坡段，底部坡降為1:40，墻頂高程由230m漸變至223.8m；之后接1:4的陡坡段；0+

72、086~0+113為消力池段，池深2.5m，池底高程211.75m，池長27m，兩岸為衡重式擋土墻。　　0+113~0+183為海漫段。海漫底部高程214.25m，護底厚度為0.4m，0+153~0+183m為30m長的扭曲漸變段，之后與下游地面自然連接。溢洪道做工程段全長485.45m。　　5.2 方案比較<

73、/p>　　從調洪演算和工程布置來看，方案Ⅰ需新建七孔泄洪閘，閘室較寬，閘室堰頂高程223.0m。由于閘址區(qū)地質條件復雜，右邊巖石破碎，位于斷層影響帶，巖質軟弱，易產生不均勻沉陷，需進行地基處理，但處理難度較大，為使進流順暢，右岸山包需進行削坡處理。由于尾水渠偏向右側，閘室不宜向左偏移太多，且向左偏移需挖東副壩，建堵壩，投資增加，閘壩接頭處理費用較高。此方案閘室寬度大，尾水渠寬度大，增加了征地的難度。從工程投資

74、進行比較，方案Ⅰ的工程投資比建新閘的方案IV增加約16%。因此，方案II亦不是最優(yōu)方案。　　從調洪演算結果來看，方案Ⅱ需建五孔閘，閘室堰頂高程222.0m。由于閘址區(qū)左岸約85m范圍地質條件較好，右邊位于斷層影響帶，巖石破碎，巖質軟弱，五孔閘閘基總寬度75m，可充分利用左岸良好的地質條件，閘底板適當降低后，使其位于較好的弱風化地基上，閘室受力均勻，結構穩(wěn)定性好，工程安全可靠。

75、　　溢洪道中心線左移以后，工程總體布置較為合理，進出口水流條件較好，五孔閘過水斷面的總寬度為70m，是經方案比較尾水渠規(guī)模最小的。　　大壩結合上游壩坡翻修，壩頂防浪墻加固和壩頂路面翻修加高0.5m，使大壩面貌煥然一新，結合觀測設施布設，使壩體狀況更為完善。　　從工程投資比較分析，方案II投資最省。<p&

76、gt;　　綜上所述，從工程布置、調洪演算、投資比較、施工方便和工程的安全可靠度諸方面進行綜合分析，方案II的優(yōu)勢是顯而易見的，因此推薦方案為方案II。　　5.3 設計基本資料　　5.3.1 基本資料　　5.3.1.1 工程等別和建筑物級別　　按國標《防洪標準》規(guī)定，XX

77、水庫工程等別應為大（2）型，泄洪閘為2級建筑物。　　5.3.1.2 洪水標準　　XX水庫總庫容2.78億m3，屬大Ⅱ型水庫，泄洪閘設計標準為100年一遇，校核標準為2000年一遇。據《溢洪道設計規(guī)范》（SL253—2000）閘下消能防沖設計標準按50年一遇，校核標準100年一遇。　　表4 水庫規(guī)劃指標表</

78、p>　　續(xù)表4　　5.3.1.4 設計參數　　（1）水庫規(guī)劃指標　?。?）地質參數　　泄洪閘建基面位于P2sh5弱風化石英砂巖上，

79、根據XX水庫溢洪道2002年3月地質資料，閘室穩(wěn)定計算采用力學參數如下：　　摩擦系數f=0.55 　　粘結力 c=0.2MPa　　承載力標準值fk=2.0MPa　　5.4 溢洪道軸線選擇　　原泄洪閘為開敞式平底板閘，閘軸線與東副

80、壩交角2.93°。溢洪道中心線基本呈倒“S”型，閘室段垂直于閘軸線。原閘自建成后由于種種原因40多年來并未過水，但根據原水工模型試驗，由于受進口右岸山包影響，且左岸導水墻長度及高度不足，閘室進流條件較差，導致閘前產生很大橫比降，影響到閘室邊孔的過流能力。另外，從地質勘探情況看，老閘閘基中左邊地質條件較好，基巖為硅質膠結或鐵泥質膠結石英砂巖，巖芯采取率高，完整性好；閘室右邊孔附近有f81斷層穿過，基巖為P2sh3泥質粉砂巖，巖芯

81、采取率低，強風化深度大，透水性強。本次除險加固考慮地形、地質及水流條件，將中心線沿溢洪道地質勘探中心線向左岸偏移17.75米。軸線上O1點（樁號0-205.5）大地坐標x=3801848.061、y= 38432153.679；O2點（樁號0+163.8）大地坐標x=3801592.458、y=38432416.060。溢洪道尾水渠依據地形布置，軸線向左偏轉，同O1、O2兩點連線夾角為83.17°，末端O3點（樁號0+285.

82、8）大地坐標x=3801515.964、y=38432516.049。閘軸線垂直于溢洪道中心線，同東副　　5.5 溢洪道工程布置　　溢洪道建筑物總長491.3 m，分上游引渠段、進口圓弧墻段、閘室控制段、閘后陡坡及消力池段和出口尾水渠段共五部分。　　5.5.1 上游引渠段（0-205.5～0-030）</p

83、>　　進口引渠段樁號0-205.5～0-030，中心長度175.5米。引渠呈梯形斷面，渠底寬度70.0m，渠底高程218.5m，兩岸邊坡1：0.75與原地面相連，進口表層覆蓋層部分可放緩至1：1.5。引渠兩側邊坡以10厘米厚噴混凝土防護，引渠底部不做護砌。　　5.5.2 進口圓弧墻段（0-030～0+000）　　樁號0-03

84、0～0+000，中心線長度30米。兩岸為半徑R=45m，圓心角42°的圓弧翼墻，左右岸對稱布置，圓弧翼墻末端與閘室邊墻平順連接。圓弧墻根據地形布置，分成兩部分，前端0-030～0-020采用半重力混凝土墻，建基面高程223.5m，墻頂高程236.3m。0-020～0+000兩側采用衡重墻，墻底高程217.0m，基礎寬度3.0m，墻背坡度1：0.3，衡重臺高程225.5m，墻頂高程236.3m。圓弧墻混凝土標號C15 。0-03

85、0至閘室前沿引渠底板采用20cm厚混凝土護底，混凝土標號C15，兩側邊坡1：0.75，與圓弧翼墻呈弧線連接。　　5.5.3 閘室控制段（0+000～0+025.5）通過水力計算和堰面曲線計算，堰體采用低實用堰，堰頂高程222.0m。堰面曲線擬定參照《溢洪道設計規(guī)范》附錄A之規(guī)定，上游由三圓弧組成，圓弧半徑從前至后分別為R3=0.368m、R2=1.84m、R1=4.6m。三圓弧末端為堰軸線位置

86、，相對樁號0+007.094。堰面下游采用WES冪曲線型式，曲線方程y=0.0758x1.85，后接半徑為16.5m、圓心角38.0°的反弧和長0.946m平段。堰體上游高3.5m，下游堰高6.5m，堰體總長21.0m。堰體表面0.8m厚采用C20鋼筋砼，堰體內部采用C15素砼填筑。　　閘室共五孔，單孔凈寬12m，總寬度70.0m，閘室長25.5米，閘底板前沿樁號0+000，末端樁號0

87、+025.5。閘墩頂高程236.3m，高于水庫2000年校核洪水位235.56m，同東副壩頂平。閘室為開敞式實用堰結構，設五扇弧型鋼閘門，閘門高9.5m，門頂高程231.33m，采用卷揚啟閉機控制。中墩厚度2.5m，底部和兩側堰體澆筑成一體，單孔基礎總寬度14.5m，建基面高程215.5m，閘室前趾處設2.5m寬齒槽，齒槽底高程215.0m，閘基在0+012.5處為斜坡段，末端高程213.0m，后接3m長水平后趾。邊墩為衡重式側墻，和邊

88、孔堰體整體連接，墩頂寬度1.5m，底寬3.25m，墻背坡度1：0.3，衡重臺高程225.0m，邊墩底部型式同中墩。閘墩牛腿軸線同水平線夾角為14°，牛腿總長3.0m，寬1.6m，牛腿外懸厚度1.4m，閘門軸高程為227.83m，門軸距閘室后趾水平距為6.522m。閘墩混凝土標號為C25，牛腿及周圍應力集中部位采用C30砼。閘室每孔堰體中間設沉降縫，分縫處以止水帶和混凝土塞與防滲帷幕封閉連接，邊墩后側設刺墻一道，深入東副壩及右側

89、堵壩心墻內部組成側向防滲體。閘　　溢洪道閘室總寬度較老溢洪道有所縮窄，縮窄部分以粘土心墻堵壩和右岸山包相連。堵壩有關設計詳見5.4節(jié)。　　5.5.4 陡坡及消力池段（0+025.5～0+145.3）　　樁號0+025.5～0+105.5為直線泄槽，泄槽寬度70.0m，底坡1：40，起端底板高程215.5m。樁號

90、0+025.5～0+045.5墻高由14.7m漸變至8.8m，其它部位墻高均為8.8m。泄槽邊墻采用混凝土衡重墻結構，衡重臺根部設一排水孔，墻體混凝土標號為C20。衡重臺以上用石渣回填至墻頂，頂部寬度2.0m，外側以1：1.5坡度與原地面相連。　　泄槽底部采用C20混凝土護底，0+025.5～0+60.5護底厚度為80厘米，其后護底厚度為50厘米，末端0+105.5處設深2.5m的混凝土齒槽，以

91、C10素混凝土回填。泄槽段邊墻及護底每15～20m設一道結構縫。　　樁號0+105.5～0+142.3為消力池段。消力池底寬70m，采用深挖式結構，經計算消力池深2.7m，池長28.5m，消力池墻高9.2m。消力池段前部為1：4斜坡段，水平投影長度6.8m，底部以80厘米厚C20混凝土護底。消力池底高程211.8m，護底厚度1.2m，底板設豎向排水孔，梅花型布置。消力池底板末端設1.5m寬混凝土

92、齒坎，齒坎高度2.7m，頂部與出口尾水渠底平，高程214.5m。　　消力池兩側邊墻采用衡重式結構，建基面高程210.8m，墻頂高程221.0m，墻后回填石渣與墻頂平。消力池護底及兩側邊墻混凝土標號均為C20。　　5.5.5 出口尾水渠段（0+142.3～0+285.8）接消力池為出口尾水渠段，始端樁號0+142.30，底高程214.5m，坡降1：100

93、0，底寬70m。尾水渠前端0+142.3～0+160.8設18.5m長緩沖段，呈矩形槽結構，底板采用40厘米C20混凝土護砌，兩岸采用衡重墻結構，墻高6.5m。　　接矩形槽末端設30m長扭曲漸變段，底部以40厘米厚C20混凝土護砌，兩岸為漿砌石直線扭曲面，末端樁號0+190.8，底高程214.45m。扭曲面末端底部設2.5m深齒槽，以C10素混凝土回填。

94、　　0+190.8～0+285.8段為梯形渠道，渠底寬度70m，兩岸開挖邊坡1：0.75。渠道底部采用15厘米厚標號C15素混凝土護底，兩岸采用10厘米厚噴混凝土護坡。　　5.6 水力設計　　5.6.1 堰面曲線設計　　參照《溢洪道設計規(guī)范》（SL253—2000）附錄A，泄

95、洪閘閘室采用開敞式實用堰結構，堰頂上游采用三圓弧曲線，堰頂下游采用WES型冪曲線，冪曲線末端直接與反弧連接。　　5.6.1.1 上游堰面曲線設計　　上游三圓弧半徑及圓弧起點至堰頂水平距分別為：　　R1=0.5Hd，0.175Hd （1）<

96、;/p>　　R2=0.2Hd，0.276Hd　　R3=0.04Hd，0.282Hd　　式中R1、R2、R3——三圓弧半徑（m）；　　Hd——堰面曲線定型設計水頭，取Hd=0.75Hmax（m）；　　Hmax——校核流量下的堰上水頭（m）<

97、/p>　　5.6.1.2 下游堰面曲線設計　　下游WES冪曲線設計采用公式：　　xn=kHdn-1y （2）　　式中：Hd—堰面曲線定型設計水頭，取Hd=0.75Hmax（m）；　　x、y—原點下

98、游堰面曲線橫、縱坐標；　　n—與上游堰坡有關的指數，取n=1.85；　　k—P1/Hd<1.0，取k=2.0　　5.6.1.3 反弧段設計　　反弧前端與上游冪曲線平順連接，接點處二者斜率相等。根據《溢洪道設計規(guī)范》，取反弧半徑R=（3～6）倍反弧最低點最大水深。&l

99、t;/p>　　5.6.2 泄流能力計算　　閘室總凈寬60m。溢洪道設計標準為100年一遇洪水，相應水位為231.85m，控泄泄量1000m3/s。校核標準為2000年一遇洪水，校核洪水位235.56m，根據調洪演算計算結果，溢洪道敞泄泄量7258m3/s。　　Q=CLH03/2 ----《水工設計手冊》基礎

100、理論P1-481（3-12-27）(3)　　H0=H+ 　　L=B-2（NK中+K邊）H0 　　上各式中 H——堰上水頭（米）;　　V0——行進流速（米/秒）;　　B——溢流堰前緣總寬度減去所有的中墩厚度（米）

101、；B=60　　N——中墩個數；N=4　　C——流量系數（米0.5/秒）；　　K淹——堰因淹沒影響而致的流量減少百分數；　　K中，K邊——分別為中墩收縮系數和邊墩收縮系數。K邊=0.1　　經計算庫水位與流量計算成果見表4。</

102、p>　　5.5.4.3 閘后陡坡段水面線計算　　A 堰后反弧末端水深計算　　堰后反弧末端水深為控制水深，用能量方程試算得到，按《水力學》　　表5 庫水位~流量計算成果表　　公式計算:

103、　　E0= hc+q2/（2g×2×hc2）（4）　　式中：q—計算斷面單寬流量(m3/s-m)；　　Eo—計算斷面渠底以上的總水頭(m)；　　—泄槽底板與水平面的夾角；　　hc—反弧最底點水

104、深(m)；　　—考慮從進口到計算起始斷面間沿程和局部阻力損失的流速系數。取=0.95　　各控制標準情況下反弧末端水深計算結果見表6。　　表6 閘后收縮水深計算成果表　　B 陡坡段水面線推算　　水面線按《溢洪道設計規(guī)范》（SL25

105、3—2000）用分段求和法計算各段水面線，其計算公式為：　　L=Es/(i-) (5)　　式中:△L—分段長度;　　△Es—斷面單位能量差;　　—平均水力比降;&

106、lt;p>　　—斷面平均流速(m/s);　　—斷面平均水力半徑(m):　　糙率n=0.014　　堰后水位及各控制斷面水位計算成果見表7。　　表7 閘后陡坡段水面線推算成果表　　C 摻氣

107、水深及兩岸墻高計算：　　閘后陡坡段墻高由2000年最大泄量控制。　　摻氣水深按《溢洪道設計規(guī)范》SL253—2000公式（A.3.2）公式估算:　　hb=(1+)h (6)　　式中：h─不計入波動及摻氣的水深(m)；</

108、p>　　hb─計入波動及摻氣的水深(m)；　　─不計入波動及摻氣的計算斷面上的平均流速(m/s)；　　─修正系數：選取1.1～1.4(s/m)。　　閘后消力池前陡坡段墻高按100年控泄1000m3/s流量設計，2000年敞泄5922m3/s流量校核。消力池及尾水渠墻高按50年控泄500

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