北关水库除险加固初步设计报告.doc

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1、1 综合说明11 工程概况北关水库工程位于遵义市汇川区董公寺镇和平村，距遵义市中心城区约8km，距新遵绥路200m，有3.5m宽乡村公路直通大坝，交通较为方便，水库位于乌江水系高坪河支流伍家沟上，坝址以上集水面积2.10km2。水库正常蓄水位922.00m，死水位908.30m，水库总库容163万m3，水库工程等别为等工程，工程规模为小（1）型，大坝、溢洪道等主要建筑物级别为4级，次要建筑物级别为5级，临时建筑物级别为5级。工程以灌溉、供水为主，设计灌溉面积3000亩，实际灌溉面积500亩，向董公寺镇日供水1900吨。该水库影响下游城镇1个，人口约3500人，影响工矿企业4家，公路2.8km，

2、耕地3000余亩，沟渠4.8km，河堤1.5km，输电线路及通讯线路3.7km。北关水库是在原曲家沟水库扩建的基础上兴建的水库。由原遵义市水电局（现红花岗区）设计，董公寺镇政府组织受益群众投工修建。工程于1977年12月动工，1980年5月建成蓄水。水库枢纽建筑物主要由大坝（主坝、1#副坝、2#副坝）、溢洪道、放水设施(放水底孔、左右坝端放水管)组成。主坝位于主河道上，坝型为浆砌块石双曲拱坝，最大坝高23.33m，坝顶高程923.00m，坝顶弧长102.47m，顶宽1.2m，底宽3.5m。1#副坝靠主坝右岸布置，中间用重力墩连接，坝型为浆砌石双曲拱坝，最大坝高11.66m，坝顶高程923.00

3、m，坝顶弧长35.92m，顶宽1.2m，底宽1.8m。2#副坝靠1#副坝右岸布置，中间有一小山头连接，坝型为浆砌块石双曲拱坝，最大坝高5.87m，坝顶高程923.00m，坝顶弧长47.5m，顶宽1.2m，底宽1.3m。重力墩位于主坝和1#副坝的中部,作为主坝坝肩和1#副坝左坝肩的抗滑体,其顶部高程923.00m,顶部尺寸LB:12.94.1m；底部高程908.20m，底部尺寸LB:17.411.6m。传力墩位于主坝左坝肩,作为主坝左坝肩与左岸山体的连接体,其顶部高程923.00m,顶部尺寸LB:9.06.4m；底部高程919.07m，底部尺寸LB:9.06.4m。溢流堰位于1#副坝中部，为坝顶

4、自由溢流式，堰型为宽顶堰，堰顶长3.8m，进口高程922.00m，溢流净宽6m，跌流消能。放水设施含主坝坝体底部的放水底孔和左、右坝端的放水管。放水底孔进口底板高程899.67m，底孔放水管管径300mm，放水管出口设置300mm闸阀；左右坝端放水管进口底板高程909.45m，管径300mm，出口设置300mm闸阀。北关水库大坝于1980年5月建成。蓄水后大坝坝基渗漏严重，1982年11月至1986年6月，对大坝主坝左岸至2#副坝右岸坝基进行防渗帷幕灌浆。水库经28年运行，现主坝坝体渗漏严重，1#副坝坝体存在渗漏，2#副坝坝体存在局部少量渗漏现象，当库水位蓄至高程917.00m时, 1#副坝右

5、坝肩发生渗漏,且渗漏量随库水位升高而增大，2#副坝右坝肩存在绕坝渗漏现象。主坝坝基1#副坝坝基2#副坝坝基及重力墩基础虽进行过帷幕灌浆处理,但经多年运行,坝基及重力墩基础已存在渗漏。主坝坝体放水底孔及左、右坝端放水管的放水闸阀现在均已锈蚀老化、闸阀启闭不灵，放水管露天部份现均锈蚀严重,且放水底孔闸阀室已被水淹，不能正常运行。由于该工程运行多年，大坝、放水设施等现已出现不同程度的异常情况，根据水利部水建管2003271号檔关于发布（水库大坝安全鉴定办法）的通知的要求，遵义市汇川区水利局委托贵州省大坝安全监测中心对北关水库大坝进行了安全复核工作，通过复核，完成了遵义市汇川区北关水库大坝安全复核报告

6、。遵义市汇川区水利局组织专家组于2007年4月3日对北关水库进行了大坝现场检查及大坝安全鉴定，通过对该水库大坝安全各方面综合评价,鉴定北关水库大坝安全类别为“三类坝”。根据遵义市汇川区北关水库大坝安全复核报告及遵义市汇川区北关水库大坝安全鉴定报告书，结合工程现状,针对工程存在的主要问题，为了使北关水库充分发挥工程效益，本着保证水库大坝安全运行和下游人民生命财产安全的原则。2007年9月，受汇川区水利局委托，我院进行了工程除险加固设计，完成了贵州省遵义市汇川区北关水库除险加固工程初步设计报告及图件。12 工程运行管理现状北关水库所在的董公寺镇原属红花岗区境内，水库建成后,业务主管单位为原红花岗区

7、水利局，1981年下设北关水库管理所，2004年6月成立汇川区，主管单位变更为遵义市汇川区水利局。北关水库管理所现有工作人员6人，其中所长1人、财务2人、维护巡视人员3人。主要是在汛期每天24小时轮流值班，负责对大坝及汛情的观测记录。北关水库大坝工程于1977年12月动工，1980年5月大坝完工，运行至今工程存在的主要问题如下：(1) 主坝坝体渗漏严重， 1#副坝坝体存在渗漏，2#副坝坝体存在局部少量渗漏现象。当库水位蓄至高程917.00m时, 1#副坝右坝肩发生渗漏,且渗漏量随库水位升高而增大。2#副坝右坝肩存在绕坝渗漏现象。现场检查及结合勘探数据成果分析,重力墩及基础存在渗漏。(2)主坝、

8、1#副坝、2#副坝坝基虽在1982年11月至1983年6月经原贵州省水利二处灌浆队进行过帷幕灌浆处理, 根据大坝钻孔勘探成果数据分析及工程地质及水文地质勘察，主坝坝基1#副坝坝基2#副坝坝基现已存在渗漏。 (3) 主坝坝体左、右坝端放水管及坝体放水底孔的放水闸阀均锈蚀老化、闸阀启闭不灵, 露天放水管现均锈蚀严重，且放水底孔闸阀室已被水淹，不能正常运行；(4) 未设置基本的水情及工程监测设施，缺乏必要的通讯等管理设施，不利于水库的运行管理和防洪调度。13 水库大坝安全复核结果及安全鉴定结论1.3.1 水库大坝安全复核结果1水文复核结果(1) 原设计水库大坝采用100年一遇洪水设计，500年一遇洪

9、水校核，不满足防洪标准（GB50201-94）的有关规定和要求。复核采用洪水标准为50年一遇洪水设计，500年一遇洪水校核。(2) 原设计洪水和校核洪水洪峰及洪量均偏小，设计洪水位和校核洪水位偏低。(3) 复核后水库设计洪水位923.05m（P=2%），校核洪水位923.47m（P=0.2%），校核洪水位比坝顶高程923. 00m高0.47m，水库抗洪能力不满足规范要求。(4) 溢洪道在现状情况下的最大下泄流量小于要求下泄流量，泄流能力达不到要求。2地质复查结果(1)根据GB 183062001中国地震动参数区划图该区地震动反应谱特征周期为0.35s，地震动峰值加速度小于0.05g，地震基本烈

10、度小于度，场区稳定性好。(2) 水库两侧虽有低邻谷存在，但由于碎屑岩厚度大，分水岭宽厚，水库经建成运行到现在，未发现邻谷渗漏现象，水库成库条件较好。水库两岸砂叶岩广泛分布，强风化深度较大，水库蓄水后，会产生小规模塌方现象。不存在大规模滑坡、塌岸等威胁大坝安全的现象。(3)存在坝体及绕坝渗漏，渗漏量随库水位升高而增大，渗漏严重，不利于大坝安全。3大坝渗流、应力及稳定复核结果（1）主坝坝体拉应力局部不满足规范要求,坝肩抗滑稳定满足规范要求。重力墩基底应力不满足规范要求。（2）主坝、1#副坝、2#副坝坝顶高程不符合规范要求，大坝抗洪能力不满足要求。（3）主坝、1#副坝坝体渗漏严重, 1#副坝右坝肩、

11、2#副坝右坝肩存在渗漏，对大坝安全不利。（4）主坝、1#副坝、2#副坝坝基于1982年11月至1983年6月经灌浆处理后,至今未发现明显异常情况。（5）主坝坝体左、右坝端放水管及坝体放水底孔的放水闸阀均锈蚀老化、闸阀启闭不灵, 露天放水管现均锈蚀严重，放水底孔闸阀室已被水淹，不能正常运行。1.3.2 水库大坝存在的主要问题及安全鉴定结论1工程存在的主要问题：大坝可安全运行的洪水频率仅为30年一遇，工程现有抗洪能力不满足规范要求；溢洪道在现状情况下，不能安全下泄要求的最大下泄流量。当库水位蓄至高程917.00m时, 1#副坝右坝肩发生渗漏,且渗漏量随库水位升高而增大。2#副坝右坝肩存在渗水现象。

12、主坝、1#副坝坝体透水率分别为14Lu、15Lu，坝体多个部位透水率大。库水位为910.00m时主坝下游面有5处明显渗水点，其中一处呈射水状。坝体渗流性态存在安全隐患。主坝坝体在正常运行工况下出现超规范值较大的拉应力及拉应力区，坝体结构存在安全隐患。 重力墩基底应力不满足规范要求。主坝放水底孔闸室被水淹，不能正常运行，影响水库效益发挥。各工作闸阀及放水管锈蚀严重，影响水库正常运行。工程未设置基本的水情及工程监测设施，缺乏必要的交通、通讯等管理设施，不利于水库的运行管理和防洪调度。2安全鉴定结论：经专家现场检查、安全鉴定，鉴定北关水库大坝属三类坝，主要鉴定结论如下：（1）经复核，水库正常蓄水位9

13、22.00m，设计洪水位923.05m，校核洪水位923.47m，总库容163万m3。根据防洪标准 (GB50201-94)和水利水电工程等级划分及洪水标准(SL252-2000)的规定，水库为小(1)型，属等工程，大坝、泄洪设施等主要建筑物为4级，防洪标准为50年一遇（P=2%）洪水设计，500年一遇（P=0.2）洪水校核。（2）大坝可安全运行的洪水频率仅为30年一遇。工程现有抗洪能力不满足规范要求，溢洪道泄洪能力不满足要求。（3）地震基本烈度小于度，区域构造稳定。（4）坝基经帷幕灌浆处理后未见明显异常情况发生。但1#副坝右坝肩、2#副坝右坝肩存在渗漏现象。（5）主坝、1#副坝坝体多个部位透

14、水率大。库水位为910.00m时主坝下游面有5处明显渗水点，其中一处呈射水状。坝体渗流性态存在安全隐患。（6）主坝坝体在正常运行工况下出现超规范值较大的拉应力及拉应力区，坝体结构存在安全隐患。重力墩基底应力不满足规范要求。（7）主坝、1#副坝坝体的整体抗滑稳定安全系数均满足砌石坝设计规范(SL25-2006)要求。（8）溢洪道及下游消能设施基本满足工程运行要求。（9）放水底孔闸室被水淹，不能正常运行，影响水库效益发挥。（10）各工作闸阀及放水管锈蚀严重，影响水库正常运行。（11）工程未设置基本的水情及工程监测设施，缺乏必要的交通、通讯等管理设施，不利于水库的运行管理和防洪调度。14 水文1.4

15、.1 流域特性及气象北关水库位于汇川区董公寺镇乌江水系高坪河支流上，坝址以上流域面积2.10km2主河道长L2.29km，主河道平均比降J0.067，流域形状系数f0.40，坝址以上多年平均径流量116万m3。水库所在区域多年平均降水量1086.2mm，多年平均气温15.2，多年平均日照1160.5h，多年平均相对湿度80，多年平均无霜期280.8天；多年平均瞬时最大风速11.8m/s，1991年和1995年实测最大一日暴雨量分别174.3mm和183.9mm。1.4.2 设计洪水1、设计暴雨北关水库流域内无水文站、气象站和雨量站。设计暴雨根据贵州省短历时暴雨统计参数等值线图和贵州省暴雨洪水计

16、算用手册之有关等值线图查算及遵义市气象台暴雨资料分析确定，成果如下：H24=100.0mm，Cv0.50，Cs3.5Cv；Sp41.0mm，Cv0.50，Cs3.5Cv。不同设计频率的暴雨量如表11。北关水库设计暴雨成果表表11项目均值(mm)CvCs/Cv各频率设计暴雨(mm)5%2%1.0%0.5%0.33%0.2%24小时暴雨93.00.483.5181.4218.6246.5273.4290.2311.61小时暴雨41.00.503.581.699.2112.3125.5132.8142.72、设计洪水设计洪水根据特小流域产、汇流简析公式和贵州省暴雨洪水计算实用手册修订公式分别计算后采

17、用修订公式成果，成果见表12。北关水库设计洪峰、洪量成果表表12 频率P（%）521.00.50.330.2洪峰流量（m3/s）简析公式36.942.851.159.965.072.0修订公式36.045.753.160.364.470.0采用成果36.045.753.160.364.470.0最大24小时洪量（万m3）31.539.545.551.755.259.9洪峰流量两种公式计算成果差别不大，采用 “修订公式”成果。3、分期洪水北关水库14月5年一遇设计洪水洪峰流量0.68m3/s，一日洪量1.42万m3。1.4.3 洪水调节北关水库除险加固未改造溢洪道，溢洪道堰型为宽顶堰，溢流净宽6

18、m，调洪计算采用单辅助曲线法用计算，成果见表1-3。北关水库除险加固后调洪计算成果表表13 频率（%）Qmp（m3/s）qmp（m3/s）起调水位（m）最高洪水位（m）相应库容（万m3）备注0.270.01.40919.00922.30142校核洪水2.0045.70919.00921.23126设计洪水536.00919.00920.831201.4.4 泥沙及水库淤积经计算，北关水库泥沙年淤积总量为155m3，水库已经运行28年，考虑出险加固后再运行30年，则淤积总年限按58年计，泥沙淤积总量为0.899万m3，坝前淤积高程905.60m。北关水库放水管进口底板高程909.45m，低于死水

19、位。除险加固死水位调整为910.00m，死库容16.2万m3。1.4.5 水库规模及效益分析北关水库多年平均径流116万m3。水库建成后的蓄水水位基本在918.00m以下，结合水库多年运行情况和水库现状存在的问题，为使计算出的水库特性值更符合工程本身，本次除险加固设计汛前限蓄水位为919.00m(汛期来之前，利用主坝坝身三根300放水管将库水位放至919.00m高程)，以汛前限蓄水位作为调洪计算起调水位。除险加固后水库正常蓄水位922.00m，死水位910.00m，正常蓄水位库容136万m3，汛前限蓄库容95万m3，死库容16.2万m3，兴利库容119.8万m3（汛期78.8万m3），库容系数

20、0.681.03，计算多年平均供水量106万m3，其中灌溉供水量37万m3，城镇供水量69万m3（现状为25万m3）。多年平均灌溉定额采用265m3/亩，灌溉水利用系数采用0.73，则灌溉面积为1050亩，比现状增加550亩。由此可见，原设计灌溉面积3000亩偏大太多，应根据本次设计进行调整。15 地质1.5.1 水库工程地质条件1.5.1.1 地形地貌测区位于黔北高原中部，地势由北东向南西渐低，海拔8801050m，一般高差50250m左右，河谷切割较浅，测区山势与谷地走向受构造和岩性控制，呈北东至南西向展布，属侵蚀、溶蚀型低山峰丛谷地、丘陵地貌。区内碳酸盐岩分布面积约85，故测区地貌类型以

21、岩溶溶蚀地貌为主，主要地貌形态为溶蚀谷地、丘陵、洼地等。1.5.1.2 地层岩性测区出露地层有奥陶系下统桐梓组（O1t）、红花园组（O1h）、湄潭组（O1m），中统十字铺组（O2s）、宝塔组（O2b）；二迭系下统梁山组（P1L）、栖霞组（P1q）、茅口组（P1m），中统龙潭组（P2L）及第四系（Q）地层，岩性分述如下：（1）奥陶系桐梓组（O1t）：分布于库区尾部，主要为灰、灰黑色中厚层白云岩、白云质灰岩。奥陶系红花园组（O1h）：灰黑色中厚至厚层致密结晶灰岩，厚约25m。奥陶系湄潭组（O1m）：下部深灰、褐色砂质叶岩偶见薄层砂岩互层及少量泥质灰岩；中部深灰、灰色薄层瘤状灰岩及炭岩；上部灰绿、灰

22、黄及灰黑色叶岩。奥陶系中统十字铺组（O2s）：下部中厚层灰色鲕状灰岩；上部灰黄、杂色叶岩、钙质叶岩。奥陶系中统宝塔组（O2b）：灰、淡紫红色中厚层龟裂纹灰岩。（2）二迭系梁山组（P1L）：灰白、灰黄、灰绿等杂色叶岩、炭质叶岩，劣质煤层等。栖霞组（P1q）：深灰色中至厚层灰岩，含燧石结核，条带，具沥青味。茅口组（P1m）：浅至深灰色厚层状灰岩，含燧石结核。龙潭组（P2L）：灰黄、灰褐、土黄色叶岩、砂岩及少量煤层。第四系（Q）多沿河谷、溪沟及山蔍坡脚零星分布，为残坡积物粘土和冲积物砂卵砾石层，厚05.0m。1.5.1.3 地质构造测区所属大地构造单元为扬子准地台黔北台隆遵义断拱凤冈北北东向构造变形

23、区，区内主要发育7条断层，F1、F2呈NWWSEE方向平行分布，压扭性，两断层水平间距数十米至100m；F3、F4区内长约500600m，为压扭性断层；F5区内长约1km，走向近东西，倾向N，倾角45，为张性断层；F6断层走向近SN，南端被F3所截；F7断层途经1#副坝基础，区内长700m左右，东部被库水淹没，断层面平整，局部可见擦痕，张开80120cm，为张扭性断层。1.5.1.4 区域构造稳定性及地震测区断层无现代活动迹象，查中国地震动参数区划图（GB18306-2001），测区地震动峰值加速度小于0.05g，动反应谱特征周期为0.35s，相应地震烈度小于度，区域构造稳定性好。1.5.2

24、水库工程地质条件库区出露地层为奥陶系湄潭组及十字铺组砂叶岩夹灰岩，水库两侧分水岭宽厚，水库未发现邻谷渗漏现象，水库成库条件较好。库区不存在大规模滑坡、塌岸等威胁大坝安全的现象。库区无集中的固体径流来源，但有偶于碎屑岩分布广，风化强烈，水库蓄水、雨水冲刷、水土流失，会产生一定的泥沙淤积。1.5.3 坝址区工程地质条件坝址河床高程899.50901.00m，河床宽2530m，地形左陡右缓。左岸山体雄厚;右岸山体低矮。岩层产状N7375E/ SE 2530，岩层倾左岸，偏下游，河谷形态为不对称形“V”形，为走向河谷。坝址出露地层为奥陶系下统湄潭组（O1m）砂质叶岩、薄至中厚层瘤状灰岩和中统十字铺组（

25、O2s）薄至中厚层鲕状灰岩、叶岩以及宝塔组（O2b）灰岩。坝址位于遵义向斜北东翼。受区域性构造影响，区内小断层构造及裂隙较发育。根据工程地质测绘，坝址区有4条断层，即F7、F8、F11、F12。本工程主坝、1号副坝、2号副坝坝基肩岩体由O2s2砂质、钙质叶岩、O2s1薄至中厚层灰岩和O1m1、O1m3叶岩、O1m2中厚层灰岩组成，为软硬相间构成的层状多元结构地质体，叶岩及钙质叶岩较软，强度教低，单轴饱和抗压强度一般为1025Mpa，坝基岩体质量属CC类岩体；薄至中厚层灰岩属中等坚硬岩，单轴饱和抗压强度一般为3550Mpa，坝基岩体质量属B2B1类岩体。叶岩，岩石强度较低，抗冲刷能力低岩体抗冲刷

26、系数K=1.71.8。坝基、坝肩抗滑稳定决定于岩体本身的强度及断层、裂隙结构面和岩层层面的影响。主坝区第组裂隙构成左坝肩稳定的侧滑面，岩层面为底滑面；右坝肩该组裂隙构成底滑面，岩层面和第组裂隙构成侧滑面。1#副坝、2#副坝较低，1#副坝坝肩为砂叶岩抗滑性能较差，但大坝运行至今无变形现象。2#副左拱肩为强度高的硬质岩无大的不利断裂发育，对坝体抗滑稳定有利；右拱肩为为砂叶岩抗滑性能较差，对坝体抗滑稳定有利。1.5.4 主要工程地质评价及结论1.5.4.1 主要工程地质评价1.坝体渗漏本工程坝体渗漏主要是主坝及副坝渗漏。根据现场勘测，当库水位为915.40m时主坝下游坝面普遍渗水、浸水、挂水，明显呈

27、射流状的集中渗漏点有4个（W1、W2、W3、W4），呈射流状。W1：位于右坝端放水闸的右侧，渗漏点高程910.00m，渗漏量0.1L/s；W2：位于右坝段W1的右侧，距W18m，渗漏点高程909.00m，渗漏量0.5/s；W3：位于坝中部，距W29m，渗漏点高程910.00m，渗漏量0.6L/s；W4: 位于坝中部，距W39m，渗漏点高程910.00m，渗漏量0.5L/s。以上4个渗漏点均从砌石接缝中渗出，呈射流状，渗漏量随库水的升高而增大。坝面浸水、挂水面积已是随库水的升高而增大。根据坝体渗漏状态及渗出性状分析，主坝及副坝坝体的渗漏原因主要是坝体填筑不密实性，砌石间的砂浆走浆不满，根据钻孔勘

28、探资料砌石与砌石之间有空隙，库水沿该簿弱环节（带）产生渗漏2.坝基坝肩渗漏坝址区分布有O1m3叶岩、O2s1鲕状灰岩、O2s2叶岩、O2b龟状纹灰岩等横穿坝轴线分布。坝基O1m3与O1s2两层叶岩有阻水作用，但坝址区小断裂及裂隙较发育，风化强烈，岩层走向为顺河向。该两有沿岩层走向、断裂裂隙及坝基接触面渗漏的可能。O2s1灰岩为透水岩层，分部于主坝右坝肩及重力墩和坝下游临谷，该组灰岩溶蚀裂隙极为发育，由库内向库外构成最短的渗漏通道，通过蓄水运行证明，该处存在明显的渗漏现象。F7断裂穿过1#副坝基础，F8断裂穿过2#副坝基础，为张性断裂，在水库蓄水后，伍家沟出水点与该断层有关；F11穿过主坝右坝肩

29、基础，F12穿过主坝河床基础，为张性断裂，在水库蓄水后库水有沿两断层产生渗漏问题。主坝左坝肩坝体与基岩接触带有渗漏，主要是建坝时未作防渗处理，根据坝肩嵌深了解，其坝肩嵌深位于基岩强风化带内，该范围内裂隙较发育，渗漏主要是坝体与基岩接触带产生渗漏 。 为进一步查明坝基坝肩岩层的水文地质结构及透水性，通过钻孔ZK1、ZK2、ZK3、ZK4、ZK5勘探压水试验查明：1#、2#副坝坝基及坝肩O1m3和O2s1层在坝基2025m深范围内岩体透水率q510Lu。25m深以下透水率q510Lu。主坝O2s1、O2s2层在坝基25m深范围内岩体透水率q5Lu，25m深以下透水率q5Lu。根据有关规范对大坝的防

30、渗要求，本工程坝基坝肩岩层在坝基2025m深范围内不满足大坝的防渗要求，建议对其作防渗处理。3.重力墩渗漏由于在安全复核阶段水库蓄水位较低,库水位约910.00m左右,重力墩无明显渗漏现象, 2007年9月19日现场检查时,库水位为915.40m，水位低于2#副坝坝底高程,根据现场工程水文地质测绘，重力墩基础及墩体有渗漏问题，墩体靠近坝肩一带有明显的浸水现象，渗漏点均从砌石接缝中渗出，渗漏原因主要是坝体填筑不密实性，主要是砌石间的砂浆走浆不满，根据钻孔勘探资料砌石与砌石之间有空隙，库水沿该簿弱环节（带）产生渗漏。根据钻孔勘探资料墩基础在25m深范围内岩体透水率q5Lu，25m深以下透水率q5L

31、u。1.5.4.2 结论及建议(1)根据GB 183062001中国地震动参数区划图该区地震动反应谱特征周期为0.35s，地震动峰值加速度小于0.05g，地震基本烈度小于度，场区稳定性好。(2) 库区出露地层为奥陶系湄潭组及十字铺组砂叶岩夹灰岩，岩层产状为N73E/SE23，岩层走向与河流流向一致。水库两侧虽有低邻谷存在，但由于碎屑岩厚度大，分水岭宽厚，水库未发现邻谷渗漏现象，水库成库条件较好。(3)根据以上坝址工程地质条件和工程渗漏现状以及大坝勘探成果，坝体、坝体坝基接触带、坝基、左坝肩及左岸和右岸近坝库岸段均存在不同程度的渗漏，严重影响大坝的正常蓄水及运行安全，建议对该工程的坝体、坝基、重

32、力墩及新建的基础防渗及加固处理如下：a对主坝、1#副坝的坝体作防渗补强灌浆处理；b对主坝、1#副坝、2#副坝的坝基作防渗帷幕灌浆处理；c对主坝及重力墩墩体作充填灌浆处理，对重力墩基础作固结渗浆处理；d由于新建坝基础位于软岩内，在施工开挖爆破中对坝基岩体有影响，结合建筑物基础岩体结构，为增强新建坝基础的强度，对新建坝基础作固结渗浆处理；对新建坝与老坝结合范围内作接缝渗浆处理；e由于溢洪道基础大部位于软岩内，对溢洪道基础作防冲处理及右侧边坡作支护处理。1.5.5 天然建筑材料根据工程除险所需石料及土料的要求，本次工作初选了1个石料场（号石料场）。号石料场位于大坝左岸上游，距大坝约250m，该石料场

33、地层为奥陶系下统宝塔组（O2b）灰色中厚层龟裂纹灰岩，总储量约1.5万m3。饱和抗压强度一般为4560Mpa。储量及质量满足要求。砂、骨料采用本场内的新鲜石料作人工制砂料源。土料主要是用于临时工程围堰，其用量较小，约0.035万m3。大坝左岸上游附近岸坡有可用的土料源，性质为第四系残坡积粘土，颗粒极配及粘结性较好。运距约400m。质量及储量满足设计要求。16 工程除险设计北关水库运行多年来，为当地的农业生产、居民生活发挥了极大作用。但水库运行多年，主坝、1#副坝、2#副坝坝体及坝基存在渗漏，1#副坝右岸山体、2#副坝右岸山体存在渗漏；重力墩及基础存在渗漏；坝体应力、重力墩基底应力不满足规范要求

34、；放水管与门阀锈蚀严重,影响水库正常运行。本次除险加固设计结合水库规模和枢纽建筑物现状结构布置，其治理措施综合分析后，北关水库汛前限蓄水位919.00m(汛期来之前，利用主坝坝身三根300放水管将库水位放至919.00m高程)，调洪计算起调水位为919.00m，相应校核洪水位为922.30m(P=0.2%)、设计洪水位为921.23m(P=2.0%)，经对大坝坝顶高程和溢洪道泄流泄流能力复核，现状大坝坝顶高程满足规范要求，溢洪道泄流能力满足规范要求,溢洪道不作处理。根据水库大坝安全鉴定结论和建议，针对工程存在的主要问题，结合本次设计调整后的水库工程特性，拟定本次除险加固主要内容如下：（1）坝体

35、结构处理；（2）重力墩结构处理；（3）主、副坝坝体及坝基(肩)防渗处理、加厚坝体和重力墩基础固结灌浆处理；（4）主坝放水底孔及左右坝端放水管、闸阀处理； （5）增设工程观测设备；（6）其它工程处理。工程除险后，坝址以上流域面积2.10km2，水库校核洪水位922.30m（P=0.2%），设计洪水位921.23m（P=2.0%），正常蓄水位922.00m，汛前限蓄水位919.00m，死水位910.00m；总库容142万m3，兴利库容119.8万m3，死库容16.2万m3。1.6.1 坝体及重力墩结构处理1.6.1.1 主坝、1#副坝、2#副坝坝顶高程经安全复核,现有坝顶高程923.00m低于校核

36、洪水位923.47m和设计洪水位823.05m, 现有主坝、1#副坝、2#副坝坝顶高程不满足规范要求,安全鉴定结论: “大坝可安全运行的洪水频率仅为30年一遇。工程现有抗洪能力不满足规范要求”。本次除险加固设计水库汛前限蓄水位为919.00m，正常蓄水位922.00m，水库调洪计算起调水位为919.00m,调洪计算结果:校核洪水位为922.30m(P=0.2%),设计洪水位为921.23m(P=2.0%)。经坝顶超高计算，正常运用条件下复核坝顶高程为922.969m、非常运用条件复核坝顶高程为922.958m(计算见“4.4.1”)，均低于现状坝顶高程，根据砌石坝设计规范（SL25-2006）

37、规定,现状坝顶高程满足规范要求,大坝抗洪能力满足规范要求。但坝顶上、下游栏杆现状高度为0.8m,不满足栏杆高度设置要求。本次除险加固设计新建坝顶上、下游栏杆, 新建栏杆顶部高程924.10m,材料为C20钢砼。1.6.1.2 主坝坝体结构设计根据安全复核结果, 主坝坝体在基本组合工况下拉应力和特殊组合下拉应力值均超过规范允许值。安全鉴定结论:“主坝坝体结构存在安全隐患”。北关水库本次除险加固水库汛前限蓄水位为919.00m,调洪计算起调水位为919.00m,相应调洪成果为:校核洪水位922.30m(P=0.2%)、设计洪水位921.23m(P=2.0%)。正常蓄水位不变，校核洪水位值计算值较安

38、全复核阶段值降低1.47m，重新对应力不满足要求的主坝现状坝体进行应力复核，经计算，主坝坝体在基本组合工况下最大主拉应力为-1.83MPa，发生在899.67m高程拱冠上游面, 超过规范允许值，同时坝体左、右坝端902.2m918.70m高程段上游面存在一个较大值拉应力区；特殊组合下主坝最大主拉应力为-1.10 MPa，发生在899.67m高程拱冠上游面；最大主压应力为2.01MPa，发生在899.67m高程拱冠下游面。主坝在特殊荷载组合工况下的拉应力、压应力满足规范允许值；主坝坝体在基本组合工况拉应力不满足规范要求,坝体结构存在安全隐患。坝体主拉应力可采用改变坝体受力条件和改变坝体自身结构来

39、控制, 在基本组合工况下，主坝超规范拉应力值及产生的主拉应力区主要位于坝体899.67m918.70m高程, 在现状条件下,设计通过改变主坝坝体自身结构对坝体进行加厚处理的措施来改善该段坝体的应力状态。设计如仅考虑加厚主坝坝体899.67m高程段厚度,加厚与不加厚坝体接触带易出现应力集中,同时从应力计算成果看, 在基本组合工况下,主坝超规范拉应力值除主要位于坝体899.67m高程外,坝体左、右坝端899.67m918.70m高程上游面都存在拉应力区,虽然其值不超规范，但较大值拉应力区的存在对坝体结构安全影响为一个不良趋势。为不影响主坝坝体的整体结构稳定,故对现状坝体整体加厚, 各高程加厚值以计

40、算应力值来控制,经试算后确定,当主坝坝体899.67m高程加厚2.0m、908.20m高程加厚1.6m、923.00m高程加厚0.6m时坝体应力满足规范要求(应力计算分析及成果见“4.4.4节”)。加厚坝体紧靠原坝体下游面砌筑,新老坝体采用锚筋连接,锚筋间距0.50.5m，并结合坝体水平灌浆孔布设,坝体各高程面上锚筋伸入新老坝体的长度略大于该高程面坝体厚度的1/2，砌筑时先对新老坝体接触面作凿毛处理,再采用M10水泥砂浆填缝，同时对新老坝体接触面作接缝灌浆处理。主坝加厚坝体采用M7.5浆砌块石砌筑,所选用砌石特性应与已建坝体砌石材料相近,以使新老坝体能共同运行。1.6.1.3 重力墩结构处理在

41、主坝、1#副坝之间设有重力墩, 重力墩顶部高程923.00m,底部高程908.20m,墩底部长17.4m，宽11.6m，顶部长12.9m，宽4.1m。作为主坝、1#副坝坝肩支撑体，重力墩上游面铅直，左右岸及下游砌成台阶状。安全复核对重力墩现状稳定及应力复核结果:重力墩抗滑稳定满足规范要求,重力墩底面上游面出现拉应力,不满足规范要求。除险加固后，主坝、1#副坝拱端力系及主坝结构改变,重力墩所受主坝和1#副坝的作用力系改变,经分析计算,重力墩抗滑稳定满足要求，基底应力仍不满足规范要求。本次除险加固采取增加重力墩长度的方法来改善重力墩基底应力和提高其稳定性。根据重力墩所处地形条件,加长重力墩紧靠原砌

42、体下游纵向砌筑,其横剖尺寸与原重力墩尺寸一致,试算分析后,确定沿重力墩原砌体下游纵向加长3m,重力墩基底应力满足规范要求。同时在主坝坝体加宽的情况下,为使重力墩完全与主坝923.00m高程右坝端结合,将重力墩顶部靠主坝侧横向加宽1m。重力墩加长、加宽部分采用M7.5浆砌块石砌筑，重力墩新老砌体之间采用锚筋连接,锚筋间距1.01.0m。加长后重力墩顶部高程923.00m、底部高程906.20m,底部长20.4m、宽11.6m，顶部长15.9m、宽5.1m。1.6.2 主、副坝坝体及坝基(肩)防渗处理、加厚坝体和重力墩基础固结灌浆处理北关水库经28年运行，现主坝坝体渗漏严重，1#副坝坝体存在渗漏，

43、2#副坝坝体存在局部少量渗漏现象；当库水位蓄至高程917.00m时, 1#副坝右坝肩发生渗漏,且渗漏量随库水位升高而增大，2#副坝右坝肩存在绕坝渗漏现象；根据大坝钻孔勘探成果数据分析及工程地质及水文地质勘察，主副坝坝基虽已进行过帷幕灌浆处理,坝基现仍存在渗漏,且重力墩及其基础存在渗漏。坝体及坝基渗漏影响水库正常运行和大坝安全,需进行防渗处理。根据水库坝址的工程地质条件和坝体、坝基(肩)渗漏的工程现状，参照同类工程，经多个防渗方案的综合比较，对本工程:主坝坝体899.67923.00m高程段坝体采取下游面水平灌浆防渗处理；1#副坝920.00923.00m高程段作上游面勾缝防渗处理、911.34

44、920.92m高程段坝体采取上游面水平灌浆防渗处理；2#副坝坝体917.13923.00m高程作上游面勾缝防渗处理。同时对主副坝坝基及1#副坝右坝肩、2#副坝右坝肩进行防渗帷幕灌浆处理；对重力墩及基础进行灌浆防渗处理；对主坝加厚坝体基础及重力墩基础作固结灌浆处理。主坝水平灌浆钻孔布置:经方案比选，该坝水平钻孔布置在坝下游整个坝面，左坝端钻孔布置至坝肩与基岩接触面处，右坝端钻孔布置至右坝肩重力墩处。钻孔按梅花形布置。另在下游坝面明显渗漏点处各补1个孔，两坝肩边缘不足2m孔距的在边上加强1个孔。根据此原则，该坝水平灌浆孔垂向布置12排，钻孔共369个。1#副坝水平灌浆钻孔布置:该坝由于库水位可降至

45、坝脚，坝上游面有施工地形环境。故水平灌浆孔选择布置于911.34920.92m高程的上游坝面，对施工有利。该坝水平灌浆孔垂向共7排，钻孔共94个。920.00m高程至坝顶非溢流坝段上游采用M10水泥砂浆勾缝。2#副坝上游面水泥砂浆勾缝: 该坝运行多年来坝体存在局部少量渗水,库水位可降至坝脚，坝上游面有很好施工的环境, 勾缝范围为坝体上游面坝脚917.13m至坝顶923.00m高程。主坝坝基、坝肩帷幕钻孔布置及防渗边界的确定:根据该坝的结构结合施工条件，主坝帷幕灌浆孔布置于坝体下游,紧靠坝脚沿拱弧布置（距老坝1m）。左岸帷幕至传力墩并沿传力墩轴线向左坝肩延伸12m；右岸帷幕至右坝肩重力墩并与1#

46、副坝左坝端帷幕相接。帷幕为单排，帷幕线长126 m，孔距为3m，共布孔43个。1#副坝、2#副坝坝基、坝肩帷幕钻孔布置及防渗边界的确定:由于两坝坝体较单薄，坝前具备钻孔施工条件，经综合考虑，将两坝的防渗帷幕线均布置在坝上游。具体布置如下：1#副坝左坝肩帷幕接主坝重力墩处的帷幕后沿坝脚距坝1m布置向右沿拱弧延伸至右坝端山体处，从右坝肩横切至2#副坝左坝端，又沿2#副坝拱弧向右岸延伸至2#副坝右坝肩岸坡。帷幕设单排帷幕。两坝帷幕线总长114m，孔距3m，共计布孔39个。主坝加厚坝体基础固结灌浆及重力墩充填灌浆、基础固结灌浆: (1)由于主坝加厚坝体坝基位于软岩内，在施工开挖爆破中对坝基岩体有影响，

47、结合建筑物基础岩体结构，为增强新建坝基础的强度，对加厚部分坝基作固结渗浆处理。坝基固结面积200 m2，孔距排距为2m，共布孔53个。 (2)重力墩及基础存在渗漏，为增强重力墩的密实性、抗渗性以及基础的强度，对重力墩墩体作充填灌浆处理，对墩基础作固结渗浆处理。重力墩固结面积240 m2，孔排距为2m，共布钻孔50个。1.6.3 主坝放水底孔及左右坝端放水管、闸阀处理北关水库在主坝坝体下部设有放水底孔, 在主坝坝体左右坝端下游面各设有一放水管,放水底孔管和两根放水管均为300钢管,出口均设有300闸阀,放水底孔管底高程899.67m,两根放水管底高程均为909.45m。经多年运行,三根300放水管外露部分锈蚀严重,且闸阀均启闭不灵活，为了保证水库正常运行，结合坝体加厚,对外露部分钢管进行更换和加长,并更换三个300放水闸阀。1.6.4 其它工程处理水库主坝放水底孔设有闸阀房,闸阀房平面尺寸:2.6