毕业设计胡家塘水库除险加固工程设计(共38页).docx

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1、精选优质文档-倾情为你奉上湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科毕业设计湘阴县胡家塘水库除险加固工程设计DESIGN OF HUJIA TANG RESERVOIR IN XIANGYIN COUNTY学生姓名：周 浩学 号：6年级专业及班级：2013级水利水电（1）班指导老师及职称：黄理军 副教授学 部：理工学部湖南长沙提交日期：2017年05月专心-专注-专业湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计诚 信 声 明本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发

2、表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业设计作者签名： 年 月 日目 录湘阴县胡家塘水库除险加固工程设计学 生：周 浩指导老师：黄理军（湖南农业大学工学院，长沙 ）摘 要：以地点为胡家塘，题目为水库除险加固设计作为本次的毕业设计。胡家塘水库是一座以灌溉为主，兼顾防洪等综合效益的小型水库，对下游农田生产发挥着重要的作用。对水文设计洪水、洪峰流量和溢洪道最大泄洪能力复核、大坝的渗流及稳定分析、除险加固方案设计、溢洪道加固设计、输水管道设计等，使大坝达到除险加固的目的。关键词：除险加固；设计；复核；

3、胡家塘。Design of hujia tang reservoir in xiangyin countyStudent：Zhou HaoTutor：Huang Lijun(School of engineering, Hunan Agricultural University, Changsha )Abstract：The site is hujia tong, which is designed for the design of the design for the design of the reservoir. Hu jia tang reservoir is a small res

4、ervoir which is mainly irrigated by irrigation, which is a comprehensive benefit of flood control, which plays an important role in the production of downstream farmland. Of hydrological design flood, flood peak flow and spillway of maximum discharge capacity check, dam seepage and stability analysi

5、s, and reinforcing scheme design, the spillway dam reinforcement design, such as water pipe design, allowing the dam to achieve the purpose of consolidation.Keywords：reinforcement； design； review； Hu Jia Tang.1 前言农田水利工程的发展情况，紧密联系着农业的增产稳产情况，紧密联系着农民的增收情况，也紧密联系着农村经济的发展情况。农田水利工程开发建设是一个全面的、综合的过程，不但要考虑到灌排

6、系统 的布置情况，而且要做到工程设计的经济化、合理化，完全可以说是农业基础建设中的重头戏。随着农业现代化进程的逐步推进，农业的发展逐渐成为人类与环境、资源的全面协调发展，合理设置农田水利工程，发展农作物、林业、畜禽、果类、鱼类和农产品加工等一体化的循环农业道路是今后农业的发展的主要方向。水田开发项目是农田水利工程中的一项重点工程。在中央“一号文件”和其他各类政策文件的推动下，实现水田开发项目的高速发展，为当地农村经济发展壮大和建设社会主义新农村提供强有力的保证，实现自然环境、水土资源和社会环境的改善。胡家塘水库运行至今已产生了较大的经济和社会效益。但由于大坝险情不断，且日趋恶化，已无法保证大坝

7、的运行安全。为使工程能正常运行，充分发挥其效益，确保当地人民生命财产的安全，需尽快对胡家塘水库大坝进行除险加固。2 综合说明2.1 水库基本情况胡家塘水库位于湘阴县樟树镇白梅村，东经1124810、北纬283220.4。坝址距樟树镇政府驻地5.1km，距湘阴县城区24.3km。工程始建于1978年，为小（2）型水库，交通条件较好。胡家塘水库坝址控制集雨面积为0.85，干流长1.05km，干流平均坡降12。水库正常蓄水位为43.11m（相对高程，下同），正常库容为9.25万；设计洪水位44.06m，设计库容为14.08万;校核洪水位为44.22m，总库容为14.82万；死水位为41.50m，死库

8、容为2.78万；是一座以防洪，灌溉与养殖为主的小（2）型水库。本工程等别为等，小（2）型，主要建筑物级别为5级，次要建筑物级别为5级。设计洪水标准重现期为10年，校核洪水标准重现期为50年。2.2 水文气象胡家塘水库地处亚热带湿润气候区。多雨气候多年平均气温17.0C；多年平均降水量达1436.06mm；最大日降水量196mm。历年平均最大风速为13.88m/s。2.3 洪水复核胡家塘水库缺乏水库流量实测资料，本次洪水复核参照湖南省水利水电厅1984年编制的暴雨洪水查算手册，利用暴雨资料推求。胡家塘水库处险加固后，洪水复核结果为十年一遇的设计洪水位为44.06m，洪峰流量为1.92，50年一遇

9、的校核洪水位为44.22m,洪峰流量为1.92、2.43。2.4 主要地质问题（1）坝体散浸。散浸的主要原因：坝体施工质量差，夯压不实或漏压，土料分布不均，局部砾石集中，致使土层难以密实，孔隙大，渗透水较强，故产生坝体外坡散渗与集中渗漏等。（2）坝体与坝基接触界面渗漏。坝脚出现3处渗流水。引起散浸与渗漏的主要原因：坝基底部含砾石与草根，致使接触部土孔隙较大，导致库水沿坝体与坝基接触界面产生涌水，对坝体稳定构成潜在危害。（3）绕坝渗漏问题。根据调查与现场勘察，坝体左岸接触带在底部存在绕坝渗漏问题，终年外流。由于施工时对岸坡清基不彻底，且未作防渗处理 ，故结合面成渗透水通道。（4）其它建筑物区工程

10、地质条件大坝两端无溢洪道，水库泄洪由大坝右岸输水涵洞控制泄洪。但运行年久，淤塞严重，且无消能设施。输水涵管位于大坝左端，埋在填筑土与坝基接触带。由于运行年久，已裂缝渗水。2.5 交通条件坝址距樟树镇政府驻地5.1km，距湘阴县城区24.3km，施工交通条件较好。2.6 主要建筑材料（1）砂、石料库区附近没有砂石料源，需外购，建议就近购买。工程所需块石料需从望城县丁字湾块石料场购买，岩性为花岗岩，岩石致密坚硬，抗风化能力强，成材率高，饱和抗压强度Rw45MPa，质量较好，储量丰富，开采运输方便，运距约38km。（2）土料工程区土料丰富，分布在大坝右岸山坡，储量丰富，质量较好，开采运输较方便。（3

11、）水泥、钢材、木材、油料等胡家塘水库本次除险加固所需的水泥、油料等材料均可就近在樟树镇购买，运距5.1km,钢材在湘阴县城购买，运距24.3km。木材就近采取。（4）施工用风、水、电及对外通讯胡家塘水库本次除险加固施工用水主要为生产、生活及消防用水，采用水泵直接从水库抽取使用，无需采取净化措施。施工期用电采用胡家塘水库的农网电，并自备电源。施工期间通讯利用枢纽现有通讯设备。2.7 气象夏季为低纬海洋暖湿气团所盘踞，温高湿重。夏季之交，流域正处在冷暖气流交汇的过渡地带，形成阴湿多雨的梅雨天气。4月9月为汛期，大洪水主要集中在5月7月。根据湘阴气象站19542006年观测的气象资料统计，年平均日照

12、在1641.3小时左右；平均气温为16.9，最高气温40.1，最低气温为-14.7。多年平均降雨量1436.06mm，雨量按年内分配统计，35月558.1 mm，68月420.5mm，911月219.3 mm，122月187.6 mm，而年际均降雨量变化较大，最多年1968年达1921.2 mm，最少年1963年为1043.2 mm，降雨变幅较大。多年平均月蒸发量最大在7月份，达204.8 mm。历年最大风速28 m/s，风向NNE，历年平均最大风速13.88 m/s。2.8 径流胡家塘水库库区径流主要由降雨形成，根据湘阴县气象资料分析，多年平均降雨量为1436.06mm；多年平均径流系数为0

13、.44；多年平均径流深为631.87mm；水库的集雨面积为0.85,求得本流域多年平均入库水量为53.63万。2.9 主要建筑物枢纽工程主要由大坝、溢洪道、输水涵管等建筑物组成。（1）大坝：胡家塘水库大坝为均质土坝，坝顶高程为45.50m，坝顶宽5.0-5.5m，最大坝高为5.7m，大坝坝顶轴长140m。（2）溢洪道：大坝两端无溢洪道，水库泄洪由大坝右岸输水涵洞控制泄洪。（3）输水涵管：大坝总共有2处输水涵管，左岸输水涵为300的瓦管，右岸有一处高涵输水管，600，壁厚50。采用卧管取水，漏水较严重。3 大坝安全认定结论胡家塘水库大坝安全认定根据湖南省小（2）型水库安全认定办法（试行）的标准和

14、要求，经专家现场查勘及综合评定，工程存在的主要问题综述及安全状况认定结论如下：（1）坝身、坝基接触面及山坝结合处渗漏严重；（2）大坝上游坝坡现浇砼护坡多年风浪已经损坏掉落（3）大坝下游坝脚无排水棱体，坝基脚局部软化，不利于大坝的稳定；（4）下游坡面杂草丛生，有雨水冲刷沟；（5）大坝溢洪道由输水涵洞控制泄洪，满足不了泄洪要求，出口无消能设施，下游泄洪渠渠坡垮塌，淤塞严重，已成安全隐患；（6）输水涵管，经多年运行后，漏水较严重。输水涵管采用卧管及木塞控水，结构破坏严重，已多处出现裂缝；木塞控水困难，无法保证安全运行；3.1 水文胡家塘水库坝址位于湘阴县樟树镇白梅村,属湘水系。控制集雨面积为0.85

15、，干流长1.05km，干流平均坡降12。根据胡家塘水库的地理位置和集雨面积、河流长度、干流平均坡降等资料，从湖南省暴雨洪水查算手册图一中查得该流域属暴雨一致区第六区，从图三“年最大24h点雨量均值等值线图”中查得该流域中心最大24h点雨量均值为100mm，查图四得变差系数Cv=0.45。根据湘阴县气象站19712010年共计40年实测降雨资料统计（表1），平均多年最大一日降雨量：H=97.66mm，最大24小时降雨量为最大一日降雨量的1.12倍，则求得水库24小时点暴雨为H24点=1.12H=109.4mm，为水库安全起见，确定采用实测值。表1 湘阴县气象站19712010年共计40年实测降雨

16、资料统计Table1 Xiangyin county meteorological station, 19712010, a total of 40 years, measured rainfall data statistics年 份月、日最大1日降雨（mm）年 份月、日最大1日降雨（mm）19715.2777.419917.772.119725.1748.719926.672.419738.1666.619937.24115.219745.5171.719947.30112.219758.575.819957.191.019769.778.219967.17116.219778.2871.

17、519978.892.119783.3069.219986.24115.519794.1882.719995.16185.319807.864.820009.175.019816.28157.420018.893.4续表1年 份月、日最大1日降雨（mm）年 份月、日最大1日降雨（mm）19828.13172.420027.21117.719837.7135.220035.464.919846.1469.520044.7111.119858.13154.720056.27120.819864.1470.3200610.1768.119877.29122.820078.472.819889.255

18、.820088.1764.619894.2886.820097.2760.219907.193.120106.19161.1合计3906.3平均97.66求得胡家塘水库流域内的频率暴雨如下：50年一遇点暴雨和面暴雨H24点=225.0mm, H 24面=224.6mm10年一遇点暴雨和面暴雨H24点=160.0mm H24面=159.8 mm按以下公式推求124小时各时历时的暴雨：16小时用：624小时用：各参数和成果见表2。表2 设计暴雨参数及成果表Table2 Design storm parameter and result tableP(%)102备注Kp(mm)1.62.251、统计

19、参数 H24点面=100.0(mm) Cv=0.45 Cs=3.5Cv2、点面关系系数a=0.9983、初损I0=27mmK24点(mm)160.0225.0H24面(mm)159.7224.6n20.6510.634n30.7950.765H1(mm)64.384.1H3(mm)94.4125.8续表2P(%)102备注H6(mm)120.2162.1H12(mm)138.5190.8H3- H1(mm)30.041.6H6- H3(mm)25.836.3H12- H6(mm)18.328.7H24- H12(mm)21.233.8R总132.7199.60.730.73R上(mm)92.9

20、144.23.2 设计洪水有关参数见表3，入库洪水过程线见表4。表3 设计洪水参数表Table3 Design flood parameter listP(%)102备注T(h)2.662.52F=0.85km2L=0.1.05kmJ=12=4.78m=0.311Qi(m3/s)21.934.0Qm/Qi0.2560.204Qm(m3/s)5.66.9Qm下(m3/s)0.630.47W(104m3/s)11.017.03.3 调洪演算3.3.1 水位与库容曲线、水位与面积曲线胡家塘水库正常蓄水位43.11m以上的水位与库容关系见表5，库容曲线见图1。3.3.2 泄流曲线水库水位与溢洪道泄流量

21、的关系见表5。宽顶堰下泄流量公式： （1）式中：侧收缩系数，取1.0; m宽顶堰的流量系数，通过计算m=0.32;宽顶堰取宽度为2.0m； 堰上水头。表5 胡家塘水库水位与库容及水位与泄量关系Table5 The water level of reservoir and the capacity of Hu Jia Tang and the water level and discharge relationship库水位（m）库容（104）下泄流量（）备注43.119.250.00正常蓄水位44.0614.081.92设计洪水位44.2214.822.43校核洪水位图1 胡家塘水库水位容积与

22、水位面积关系曲线Figure1 The water level of the reservoir water levl and volume of Hu Jia Tang area curve3.4 调洪演算的基本方程与方法根据水量平衡原理，调洪演算的基本方程是： (2) (3)式中：Q1、Q2t时段始未的入库流量（）； q1、q2t时段始未的下泄流量（）； V1、V2t时段始未的库容（）。调洪演算采用水利部水利规划设计院、水电部天津勘测设计院及新疆水利水电勘测设计院合编的水利水能计算软件包（C）中的C-2水库调洪演算的数值解程序。各频率洪水标准调洪演算结果见表6、7。表6 水库调洪演算数值解

23、计算书Table6 Reservoir flood routing numerical calculation水位()水面面积(万)水位()水面面积(万)ZPFZPF39.800.2140.000.8440.501.1041.001.3041.502.2542.002.6242.503.2043.004.0043.504.3344.004.6544.504.7945.004.9045.505.01洪水过程时段数 J=12时段间隔（） T=3600洪水过程():0.044.215.753.622.401.961.611.411.211.030.900.800.72防洪下限水位() = 43.11

24、 调洪起始水位() = 43.11 泄洪起始流量() = 0 电站常流量() = 0 下游安全限制泄量() = 500 泄洪洞个数 = 0 溢洪道数 = 1 流量系数 底宽() 底高程()M2 B2 C20.39 1.20 43.11变宽变高的泄流孔状况数 = 0 变宽的溢洪道状况数 = 0 其它泄流方式,水位泄流量曲线点数 = 0 表7 计算结果Table7 Results时段来水量水位流量河道流量泄洪洞流量溢洪道洪流量泄流孔泄流量变宽溢总流量其它下泄143.294.210.000.160.000.000.000.16243.675.750.000.860.000.000.000.86343

25、.943.620.001.570.000.000.001.57444.042.400.001.850.000.000.001.85544.061.960.001.920.000.000.001.92644.051.610.001.890.000.000.001.89744.031.410.001.810.000.000.001.81843.991.210.001.710.000.000.001.71943.951.030.001.590.000.000.001.591043.910.900.001.470.000.000.001.471143.860.800.001.350.000.000.0

26、01.351243.820.720.001.240.000.000.001.24表8 水库调洪演算数值解计算书Table8 Reservoir flood routing numerical calculation水位()水面面积(万)水位()水面面积(万)ZPFZPF39.800.2140.000.8440.501.1041.001.3041.502.2542.002.6242.503.2043.004.0043.504.3344.004.6544.504.7945.004.9045.505.01洪水过程时段数 J= 12 时段间隔(秒) T= 3600 洪水过程(立方米/秒): 0.02

27、0.75 3.29 7.00 4.36 3.37 2.67 2.22 1.86 1.60 1.42 1.26 0.72防洪下限水位(米) = 43.11 调洪起始水位(米) = 43.11 泄洪起始流量(立方米/秒) = 0 电站常流量(立方米/秒) = 0 下游安全限制泄量(立方米/秒) = 500 泄洪洞个数 = 0 溢洪道数 = 1 流量系数 底宽() 底高程() M2 B2 C2 0.39 1.20 43.11变宽变高的泄流孔状况数 = 0 变宽的溢洪道状况数 = 0 其它泄流方式,水位泄流量曲线点数 = 0 表9 计算结果 Table9 Results时段水位河道泄洪洞溢洪道泄流孔变

28、宽溢其它下泄来水量流量流量流量洪流量泄流量总流量143.140.750.000.010.000.000.000.01243.313.290.000.190.000.000.000.19343.707.000.000.930.000.000.000.93444.034.360.001.840.000.000.001.84544.173.370.002.260.000.000.002.26644.222.670.002.430.000.000.002.43744.222.220.002.430.000.000.002.43844.201.860.002.340.000.000.002.34944.

29、151.600.002.210.000.000.002.211044.111.420.002.060.000.000.002.061144.061.260.001.910.000.000.001.911243.990.720.001.720.000.000.001.723.5 调洪演算结果根据调洪演算的基本原则和胡家塘水库库容曲线、泄流曲线以及入库流理过程线，利用调洪演算的基本方程，求得胡家塘水库50年一遇、10年一遇调洪演算结果，见表10。表10 胡家塘水库调洪演算结果Table10 Hu Jia Tang reservoir flood regulating calculation res

30、ults频率 P(%)210备注最高水位Zm (m)44.2244.06相应库容Vm （104m3）14.8214.08相应泄量qm (m3/s)2.431.92滞洪库容(104m3)5.574.833.6 调洪演算成果分析本次调洪演算设计洪水位为44.06m，相应最大下泄1.92m3/s，校核洪水位为44.22m，相应最大下泄流量为2.43m3/s。3.7 防洪标准复核挡洪建筑物对底部高程复核是抗洪能力复核的主演内容。用于胡家塘水库，就是水库大坝及溢洪道控制段导墙顶部高程进行复核。3.8 水库大坝坝顶高程复核3.8.1 基本资料（1）多年平均年最大风速W=13.88m/s；设计风速的取值：在

31、正常运用条件下，采用多年平均年最大风速的1.5倍；在非常运用条件下，采用多年平均年最大风速（2）风区长度：D=0.21km。（3）内坡坡比：为1：2.0。（4）水域的平均水深：在正常情况下H=3.31m，在非正常情况下H=4.42m。(P=2%)年一遇设计洪水位为44.06m，(p=10%)年一遇校洪水位为44.22m是本次复核的结论。大坝属等、小（2）型工程中的5级建筑物，根据碾压式土石坝设计规范（DL/T5395-2007）中的第7.3条规定进行坝顶超高复核计算，坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，并按以下运行条件计算，取最大值：设计洪水位加正常运行条件的坝顶超高；校核洪水位加非常运行条

32、件的坝顶超高。坝顶在水库静水位以上的超高按下式计算： （4）式中：y坝顶超高，；R最大波浪在坝坡上的爬高，；由平均波高与坝迎水面前水深的比值和相应累积频率P（%）按规范表A.1.13规定的系数计算求得，波浪平均爬高（）。 （5） （6） 式中： 系数；波浪平均爬高（m）；糙率渗透性系数；经验系数；A安全加高，m；大坝安全加高在正常运用时A=0.5m，在非常运用时A=0.3m。表11 坝顶超高复核计算成果表Table11 Top high complex nuclear calculation results计算情况正常运用非常运用多年平均最大风速W(m/s)20.8213.88风区长度D（m）

33、210210水域的平均水深Hm（m）3.314.42计算风速W（m/s）18.8113.88水库静水位（m）44.0644.22最大风壅水面高度（m）0.0040.002平均波高hm(m)0.1420.102平均波周期Tm(s)1.671.42平均波长Lm（m）4.6933.129平均波浪爬高Rm(m)0.320.21Kp1.642.25累计频率的爬高Rp%(m)0.6020.379安全加高A(m)0.50.5坝顶超高y(m)1.1020.881计算最低坝顶高程（m）45.16245.101经计算，大坝坝顶高程不得低于45.162米，各计算要素及成果详见表11。3.9 复核结论（1）胡家塘水库

34、大坝坝顶现有高程为45.50m，设计要求最低高程45.162，高于设计高程则满足规范要求。（2）溢洪道控制段导墙顶部现有高程45.00m，设计要求高程为44.52m，高于设计要求高程则满足规范要求。4 除险加固设计4.1 设计依据4.1.1 工程等级及防洪标准总库容在胡家塘水库为14.82万。该工程等别为等、小（2）型，其主要建筑物，次要建筑物临时，建筑物级别为5级，5级，5级。设计灌溉400亩农田，实际灌溉260亩农田，保护下游耕地面积0.05万亩，保护人口0.035万人，设计洪水10年一遇，校核洪水50年一遇，溢洪道消能防冲工程防洪标准设计洪水重现期为10年一遇。4.2 设计基本资料4.2

35、.2 水库特征水位及库容根据水文资料及调洪演算，水库特征水位及相应库容见表10。表12 水库特征水位及相应库容表Table12 Characteristic water level of reservoir and corresponding storage capacity table项 目水库水位（m）相应库容（万m3）备注校核洪水位P=2%44.2214.82设计洪水位P=10%44.0614.08正常蓄水位43.119.25死水位41.502.784.2.3 大坝坝坡抗滑稳定安全系数在使用简化毕肖普法时，大坝坝坡抗滑稳定最小安全系数：正常运用条件为1.25；非常运用条件为1.15；非常

36、运用条件为1.10。通过对江龙水库大坝坝坡进行抗滑稳定分析计算,确定出大坝坝坡满足规范要求坝坡抗滑稳定安全系数的坡度,从而对大坝进行加固。详细核对各种参数，保证工程安全进行。4.2.4 地震烈度根据国家地震局1/400万中国地震动峰值加速度区划图和中国地震动反应谱特征周期区划图,查得胡家塘水库位于地震动峰值加速度为0.1g的地区，地震动反映谱特征周期为0.35s，地震基本烈度为7度地区。4.3 大坝安全认定结论性意见及主要工程任务4.3.1 大坝安全类别评定为三类坝。4.3.2 对大坝维修加固的意见和建议：大坝坝体用充填灌浆方法防渗，坝体及坝基接触面用帷幕灌浆方法防渗；大坝坝脚设置排水棱体；大

37、坝上游面从坝脚（即41.40m）至校核洪水位（即44.22m）采用预制六方砼块护坡，校核洪水位以上至坝顶采用草皮护坡，下游坝坡采用砼花格草皮护坡；新建大坝右端溢洪道及新建其出口消能设施；拆除左岸原有输水涵。重建输涵过水断面为0.8mm，涵管出口设消力井；拆除右岸原有输水涵。重建输涵过水断面为0.8mm，涵管出口设消力井；4.4 大坝渗流计算分析成果4.4.1 计算工况根据碾压式土石坝设计规范（DL/T5395-2007）第10.1.2条的规定，渗流计算应考虑水库运行中出现的各种不利条件，本次计算考虑了以下情况：渗流稳定期：上游正常蓄水位，下游无水的稳定渗流；上游1/3坝高水位，下游无水的稳定渗

38、流；4.4.2 计算成果大坝稳定渗流计算成果：正常蓄水位时大坝下游坝坡逸出处的最大渗流坡降Jmax为0.40；1/3坝高水位时大坝上游坝坡逸出处的最大渗流坡降Jmax为0.08。大坝现状渗流计算断面及成果见图。坝体渗流逸出处允许渗流坡降按下式（流土的临界坡降计算公式）计算： （7）式中：允许=；土的临界水力坡降；土粒密度与水密度之比；土体孔隙率；安全系数，取2.0。根据土的物理力学性质，临界渗流坡降，允许。经比较，稳定期的最大渗流坡降小于允许渗流坡降。图2 现状大坝最大断面渗流及稳定计算简图Figure2 Calculation diagram of maximum section seepage and stability of dam图3 现状大坝稳定渗流计算成果图（三分之一坝高水位42.50）Figure3 Status quo of dam stability seepage calculation (1/3 dam high water level 42.50)图4 现状大坝稳定渗流计算成果图（正常蓄水位43.11m）Figure.4 Status quo of dam stability seepage cal