浙江省小型土石坝水库除险加固设计导则

Size: px

Start display at page:

Download "浙江省小型土石坝水库除险加固设计导则"

凡蒉
5 years ago
Views:

1 浙江省小型土石坝水库除险加固设计导则浙江省水利水电技术咨询中心二〇一六年七月

2 浙江省小型土石坝水库除险加固设计导则批审审准 : 李云进定 : 于利均查 : 金国兴项目负责人 : 孙正东校编核 : 孙正东写 : 杨丽娟贾正章祖遗景霞娟陈刚浙江省水利水电技术咨询中心二〇一六年七月

3 目次 1 总则水文一般规定设计暴雨设计洪水水雨情测报系统附图与附表工程地质一般规定挡水建筑物泄水建筑物输水建筑物天然建筑材料附图与附表加固设计一般规定大坝加固设计溢洪道加固设计输水建筑物加固设计设计计算... 24

4 5 附录设计暴雨设计暴雨推求设计洪水坝顶超高钻孔布置建议表粘土套井回填加固设计粘土斜墙加固设计混凝土防渗墙加固设计... 44

5 1 总则为规范浙江省小型土石坝水库除险加固工程的设计 ( 简称 : 加固设计 ), 提高设计质量, 制定本导则本导则适用于坝高小于 30m 的小型土石坝水库的除险加固设计 ; 主要针对水文工程地质建筑物加固设计, 对除险加固设计文本涉及的其他方面详见相关规程规范加固设计应在大坝安全技术认定 ( 或安全鉴定, 余同 ) 的基础上, 依据有关规程规范和本导则进行加固设计时, 应充分利用已有的资料, 并根据加固设计要求补必要的勘测试验等工作, 取得可靠的基础资料安全技术认定报告中的有关参数, 经设计复核确认后, 可直接作为加固设计的依据加固设计应依据大坝安全技术认定阶段发现的安全隐患进行相应的加固设计 ; 在安全可靠投资节省的原则下, 结合地形地质条件运行调度施工方法料场占地等因素, 对设计方案进行多方案的综合比较论证加固设计方案综合比较论证时, 比较方案和选定方案应有完整的分析计算和清晰的图件, 并有明确的论证结论加固设计方案应安全可靠, 技术先进适用 ; 选用新技术新材料时, 应进行专门论证加固设计时, 水库原工程任务和规模不宜调整 ; 并重点进行直接关系水库安全运行的挡水建筑物泄水建筑物输水建筑物的加固处理和与安全运行有关的闸门启闭设备等设施的改造原坝下涵管原则上予以废弃 1

6 1.0.7 加固设计时, 应对水库水位库容曲线工程等级设计洪水校核洪水及消能防冲洪水标准等进行复核 2

7 2 水文 2.1 一般规定根据需要, 应搜集整理水库所在流域地区河段的下列资料 : 1 流域的地理位置地形地貌植被气候等自然地理资料 ; 2 流域的面积形状水系, 河流的长度比降等特征资料 ; 3 邻近地区气象台站分布及观测情况 ( 如 : 降水风向风速等气象资料 ); 4 水文站网分布, 设计依据站和主要参证站的水位流量等资料径流计算依据水利水电工程水文计算规范进行设计洪水一般采用设计暴雨推求 2.2 设计暴雨设计暴雨一般采用暴雨图集法推求 ; 当本流域或邻近流域有长系列雨量资料时, 可利用实测雨量资料推求集雨面积较小时, 可直接采用点雨量作为面雨量当集雨面积大于 10km 2 时, 应采用点面关系计算面雨量当本地区及邻近地区近期发生过大暴雨时, 应对查图法成果进行合理性检查, 必要时作适合调整设计暴雨时程分配采用浙江省短历时暴雨推荐方法 2.3 设计洪水设计洪水以推求洪峰流量为主利用设计暴雨成果, 通过产 3

8 汇流计算推求设计洪水过程产流计算可采用蓄满产流的简易扣损法汇流计算可采用浙江省水电院推理公式法如涉及流域或邻近地区近期发生大暴雨洪水, 应对产流和汇流参数进行合理性检查, 必要时可对参数作适当修正由设计暴雨计算的设计洪水成果, 应分别与本地区实测调查的大洪水周边水库工程设计洪水成果及原设计洪水成果进行对比分析, 以检查其合理性 2.4 水雨情测报系统水雨情测报系统宜根据水库任务和运行调度的要求进行设计测报系统应实用可靠经济合理如现有系统运行正常, 可继续保留 2.5 附图与附表附图 1 流域水系图 ( 标明水文站气象站和本工程及已建在建大中型水利水电工程位置 ) 2 洪峰洪量或暴雨频率曲线图 3 典型洪水及设计洪水过程线图 4 主要水文站和设计断面的水位流量关系曲线图附表 1 设计依据站历年水文测验情况统计表 2 洪峰洪量 ( 暴雨量 ) 系列表 ( 设计依据站坝址及区间 ) 3 设计洪水过程线表 4

9 3 工程地质 3.1 一般规定地质勘察工作应根据中小型水利水电工程地质勘察规范进行, 同时根据水库除险加固工程特点重点查明挡水泄水输水建筑物的地质条件地质勘察应在安全技术认定 ( 安全鉴定 ) 勘察的基础上, 对坝体及安全鉴定中未查明的有关地质问题进行详细勘察, 主要任务是 : 1 进一步调查收集历次勘察施工及除险加固等资料, 综合分析坝体病害的分布情况类型及成因, 评价其危害程度 2 勘探查明渗漏及坝坡不稳定体部位范围, 分析其产生的原因, 提供坝体坝基渗漏和筑坝材料物理力学指标 ; 对大坝安全技术认定提出的地质问题应重点进行勘察论证评价 3 进行天然建筑材料详查地质勘察的对象包括挡水建筑物 ( 坝体坝基 ) 泄水建筑物 ( 溢洪道 ) 输水建筑物 ( 坝下涵管 ) 及建筑物边坡地质勘察方法主要可采用 : 地质测绘钻探槽探坑探井探物探压 ( 注 ) 水试验岩 ( 土水 ) 样必要的外观检查及室内试验地质勘察应充分利用和深入分析已有工程地质勘察资料施工和运行期间有关监测资料 5

10 3.2 挡水建筑物坝体坝基渗漏及渗透稳定应查明下列内容 : 1 坝体填筑分期情况及各层土物理力学性质, 尤其是填筑料的物质组成及填筑标准 2 坝体防渗体的颗粒组成渗透性, 防渗体前后反滤层设置情况及历次施工的各种防渗体之间的结合情况, 并提供土的分散度指标 3 反滤排水棱体的有效性, 坝内埋管的完整性及管内渗漏情况 4 大坝浸润线分布及变化情况, 坝体下游坡渗水渗漏的部位特征渗漏量的变化规律及渗透稳定性 5 防渗体与山坡结合部位的物质组成密实性和渗透特性 6 坝基坝肩施工期未作处理的松散堆积层基岩风化带的厚度性质颗粒组成及渗透特性, 重点查明接触带的渗透性及渗漏稳定渗漏及渗透稳定勘察方法应符合下列规定 : 1 应收集分析已有地勘施工编录运行期渗流观测的渗流量两岸地下水位库水位及前期防渗加固处理等资料 2 工程地质测绘可在安全技术认定 ( 安全鉴定 ) 地质测绘的基础上进行补充修编比例尺可选用 1:1000~1:500 [1], 测绘范围应包括与渗漏有关的地段 3 宜采用综合物探方法 ( 如电法 ) 探测坝体渗漏渗漏通道和强透水带的位置及埋藏深度 4 沿大坝防渗线和可能的渗漏通道部位应布置勘探点, 勘探剖面 [1] 中小型水利水电工程地质勘察规范第条第 2 款 6

11 应平行垂直建筑物轴线或防渗线布置, 垂直剖面不宜少于 1~3 条, 其中 1 条应布置在最大坝高处 [2] 剖面线上应有钻孔控制, 钻孔间距可根据渗漏特点和坝的实际情况确定 5 防渗线上钻孔深度应进入相对隔水层不小于 3m [3], 心墙土石坝钻孔宜以查清心墙形状或坝体土分区为准 6 所有钻孔均应进行压 ( 注 ) 水试验坝体及土基段应作注水试验, 基岩段应增加测量钻孔地下水位压水试验 [4] 7 当坝下游坡存在排水棱体等反滤层时, 可通过坑探查明其级配层数和厚度等, 以确定其反滤效果 8 土石坝坝体应结合钻孔分层 ( 区 ) 取原状样进行室内物理力学和渗透试验坝体填筑土应按坝体上游坡下游坡分区取样进行室内物理力学和渗透试验, 每层 ( 区 ) 试验组数不宜小于 6 组坝基土层宜取样进行物理力学试验, 每层试验组数不宜小于 3 组 [5] 不稳定坝坡勘察应查明下列内容 : 1 坝坡的地形地貌特征和基本地质条件 2 不稳定坝坡的分布范围边界条件规模地质结构和地下水位, 确定可能滑动体的边界条件, 提出滑动结构面的抗剪强度参数 3 分析不稳定坝坡变形影响因素, 评价其失稳后可能对工程安全产生的影响 4 对处理措施和长期监测方案提出建议 [2] 水利水电工程地质勘察规范第条第 5 款 [3] 碾压式土石坝设计规范第条 [4] 水利水电工程地质勘察规范第条第 6 款及中小型水利水电工程地质勘察规范第条第 6 款 [5] 中小型水利水电工程地质勘察规范第条第 8 款 7

12 3.2.4 不稳定坝坡勘察方法应符合下列规定 : 1 应收集分析与变形有关的地质资料 2 工程地质测绘比例尺可选用 1:2000~1:500 [6] 测绘范围应包括可能对边坡稳定有影响的地段 3 针对坝体历次发生的裂缝塌滑等不稳定区布置勘探剖面, 一般沿平行和垂直滑移方向布置, 以探槽和竖井为主, 必要时补充钻孔, 孔深应进入稳定岩土体 4 对控制边坡稳定的软弱结构面应取样进行物理力学性质试验 [7] 地基沉陷与坝体变形勘察应包括下列内容 : 1 进一步调查土石坝填筑料的物理组成和密实度及填筑料的强度变形等性能 2 查明地基土层结构性状, 重点查明软土粉细砂等不良土层的分布特征 3 调查地基处理情况, 运行期坝体垂直水平变位情况及变化规律 4 查明坝体裂缝分布位置开度长度深度产状及形成原因生时间 5 查明土石坝坝面塌陷变形的位置规模深度, 形成原因及发 6 调查坝基合拢口清基和旧坝的残留物等情况 [6] 中小型水利水电工程地质勘察规范第条第 2 款 [7] 水利水电工程地质勘察规范第条第 5 款 8

13 7 调查有关地基沉陷和坝体变形的处理情况地基沉陷与坝体变形勘察方法应符合下列规定 : 1 应收集和分析已有的观测资料和应急处理资料 2 应进行工程地质测绘, 准确测定变形位置宜采用综合物探方法探测空洞裂缝等位置 3 沿地基沉陷和坝体变形部位应布置勘探剖面线, 剖面线上应有坑 ( 槽 ) 探井探或钻孔控制, 勘探点的间距和深度视具体情况确定 3.3 泄水建筑物泄水建筑物勘察应包括下列内容 : 1 查明溢洪道边坡岩土体的性质结构特征节理和节理裂隙密集带的分布及其空间组合情况 2 查明溢洪道原有结构的完整性, 堰体及堰基岩土体的透水性及溢洪道与坝体的接触渗漏情况 3 查明泄流冲刷段岩体的强度和完整性程度冲刷坑边坡的岩体结构和稳定条件 4 分段提出岩土体的物理力学性质参数泄水建筑物的勘察方法应符合下列规定 : 1 工程地质测绘比例尺可选用 1:2000~1:1000 地质条件复杂的边坡段泄洪闸和控制段泄槽段建筑物场地及下游消能冲刷区, 比例尺可选用 1:1000~1:500 [8] 2 勘探应符合下列规定 : [8] 水利水电工程地质勘察规范第条第 1 款 9

14 1) 不同工程地质分段可布置横向勘探剖面 2) 泄洪闸泄槽及消能等建筑物和地质条件复杂地段应布置勘探剖面 3) 堰基钻孔深度应满足防渗要求, 其他地段孔深视需要确定 3 堰基及两侧帷幕区的钻孔应进行压 ( 注 ) 水试验 4 控制堰基和边坡稳定的岩土与软弱夹层的室内物理力学性质试验累计有效组数不宜小于 6 组 [9] 3.4 输水建筑物已建隧洞勘察应包括下列内容 : 1 查明隧洞进出口段边坡及洞身的稳定问题 2 查明隧洞衬砌质量, 渗漏情况已建隧洞工程地质测绘应在原勘察成果的基础上进行进洞补充勘察测绘范围 : 洞室进出口应包括对洞脸边坡有影响的地段测绘内容 : 节理裂隙小断层及各种衬砌型式的范围, 重点应查明隧洞的渗漏情况 3.5 天然建筑材料应对工程所需各类天然建筑材料进行详查, 主要应查明加固设计中所用到的防渗体及坝壳土料料源及质量详细查明料场地形地质条件岩土结构岩性夹层性质及空间分布, 地下水位, 剥离层无用层厚度及方量, 有用层储量质量, [9] 水利水电工程地质勘察规范第条第 4 款 10

15 开采运输条件和对环境的影响详查储量与实际储量的误差应不超过 15%, 详查储量不得小于 [10] 设计需要量的 2 倍勘探方法主要为坑探取样室内土工试验 3.6 附图与附表附图 1 坝区工程地质图 ( 含钻孔布置图 ) 2 工程地质纵剖面图 3 工程地质横剖面图 4 输泄水建筑物建筑物工程地质剖面图 5 典型钻孔柱状图附表 1 勘察工作量表 2 岩土层物理力学统计值表 3 岩土层物理力学建议值表 4 压 ( 注水 ) 试验成果表 [10] 水利水电工程地质勘察规范第条 11

16 4 加固设计 4.1 一般规定加固设计宜不改变水库原设计正常蓄水位 ; 并根据调洪演算成果, 对水库设计洪水位校核洪水位进行复核库容小于 100 万 m 3 的水库, 可不经过调洪演算, 洪水位直接采用相应洪水洪峰流量推求 ; 当设计洪水位校核洪水位超过原相应的洪水位时, 宜优先考虑降低水库运行水位等非工程措施 ; 确需加高水库大坝或新建改扩建泄洪设施时, 应进行多方案比较论证方案比较论证要求见对需要解决防洪达标问题的水库, 应结合洪水标准复核, 宜先对非工程措施非工程措施与工程措施相结合以及采取工程措施的方案进行论证和比选流域面积大水库库容相对较大的小型水库, 宜优先选用降低运行水位等非工程措施加固设计时, 经论证确需采取工程措施时, 应对改扩建泄洪设施加高大坝加高大坝与改扩建泄洪设施相结合增设泄洪设施等方案进行比选方案比较论证要求见在地质地形及下游条件适合的情况下, 宜优先选用改扩建原泄洪设施方案, 避免加高大坝可能引起的坝坡稳定泄洪及输水建筑物加长加高以及占地和淹没损失增加等问题 ; 有条件时, 可加设简易非常泄洪设施 12

17 4.1.7 一般情况下不宜采用加高大坝方案当必须加高大坝且加高不超过 2 米时, 在坝坡稳定的条件下可研究采用戴帽加高方案, 或加设防浪墙 [11] 在改扩建泄洪设施和大坝加高均受到条件制约时, 经充分研究, 可采用适当加高大坝或防浪墙和改扩建泄洪设施相结合的方案 4.2 大坝加固设计坝顶加固设计坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和, 按以下运用条件计算, 取最大值 : 1 设计洪水位加正常运用条件的坝顶超高 2 正常蓄水位加正常运用条件的坝顶超高 3 校核洪水位加非常运用条件的坝顶超高坝顶宽度应根据构造施工运行素确定, 如无特殊要求, 坝顶宽度可采用 4~6m [12] 1 当坝顶有交通要求时, 路面宽度宜按公路标准确定 2 坝顶宽度应满足施工和运行检修时设备通行的要求 3 对于心墙坝或斜墙坝, 坝顶宽度应能满足心墙斜墙及反滤过渡层的布置要求坝顶路面材料应根据当地材料情况及坝顶用途确定, 宜采用密实的砂砾石碎石单层砌石或沥青混凝土等柔性材料 [11] 重点小型病险水库病险水库除险加固工程初步设计指导意见第 5.2 条第 4 款 [12] 小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范第条 13

18 坝顶面可向上下游或下游侧放坡, 坡度宜根据降雨强度, 在 2%~3% [13] 之间选择, 并应做好向下游的排水系统坝顶面下游侧宜设置路缘石结合坝顶排水, 路缘石应设置排水口坝顶上游侧设置防浪墙时, 防浪墙的设计应符合下列要求 : 1 防浪墙坝顶以上部分的高度可采用 1.00~1.20m [14] ; 2 防浪墙应坚固不透水, 并满足稳定和强度要求 ; 3 防浪墙底部应与防渗体紧密结合, 墙身应设置伸缩缝和止水, 与防渗体一同构成整体封闭的防渗系统坝顶不设防浪墙时宜采取安全防护措施, 下游侧宜设置路缘石或采取其他安全措施坝顶结构与布置应经济实用, 建筑艺术处理应美观大方, 并与周围环境相协调工程运行要求坝顶设照明设施时, 应按有关规定执行坝坡加固设计坝坡型式 1 应根据坝型坝高坝的等级坝体和坝基材料的性质坝所承受的荷载以及施工和运用条件等因素, 经技术经济比较确定 2 上游护坡可采用干砌石护坡浆砌石护坡预制砼块护坡和新型材料护坡, 下游护坡可采用草皮护坡干砌石护坡预制砼块护坡和新型材料护坡不得采用刚性材料护坡 ( 如混凝土 ), 并应便于检查维护 [13] 小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范第 [14] 小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范第条 14

19 坝坡防护范围 1 上游面, 上部护至坝顶, 并与防浪墙连接 ; 下部护至水库最低水位以下能满足坝体土壤抗冲和防冰冻层要求的高程护坡厚度应通过计算和满足构造要求 2 对最低水位不确定的坝应护至坝底下游面, 应由坝顶护至排水棱体, 无排水棱体的则护至坝脚坡比 1 复核原坝坡坡比的稳定性, 如不满足稳定要求, 应放缓坡比大坝下游土质坝坡原则上不宜陡于 1:2 2 当各段采用不同坝坡的断面时, 每一坝段的坝坡应根据该坝段中最大断面来选择坝坡不同的相邻坝段, 中间应设渐变段马道 1 上下游坝坡马道的设置应根据坝面排水检修观测道路增加护坡和坝基稳定等不同需要确定其宽度不小于 1.0m, 每级马道的高差可采用 8~12m [15] 2 一般不宜新增马道上游坝坡宜少设马道防渗加固设计坝体防渗加固措施应满足坝体渗透稳定渗流量控制等方面要求, 解决坝体裂缝渗漏渗透破坏等病险问题坝体防渗加固处理方案须结合坝型坝高地形地质及其他因素综合考虑, 经技术经济比较后合理选定 [15] 小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范第条 15

20 坝体防渗加固设计方案选定的原则是简便易行方案可靠, 加固采用的防渗体形式宜与原防渗体相同或类似, 根据实际情况可选择以下形式 : 1 冲抓套井回填粘土防渗墙 2 上游坝坡增设粘土斜墙 3 混凝土防渗墙具体方案设计要求附后土质防渗体加固断面尺寸应满足下列要求 : 1 渗流量在允许范围内, 并满足渗透稳定的要求 ; 2 满足施工的要求 ; 3 防渗体与坝基岸坡或混凝土建筑物的连接部位满足渗透稳定要求 ; 4 经济合理土质防渗体顶部在静水位以上超高, 对于正常运用情况 ( 正常蓄水位或设计洪水位 ), 心墙为 0.3~0.6m, 斜墙为 0.6~0.8m [16] ; 对于非常运用水位 ( 校核洪水位 ), 防渗体顶部高程应不低于非常运用的静水位防渗体顶部设有稳定坚固不透水且与防渗体紧密连接的防浪墙时, 防渗体顶部高程应不低于正常运用的静水位防渗体顶应预留竣工后沉降超高土质防渗体顶部应设保护层保护层可采用砂砂砾石或碎石, 厚度应不小于该地区的冻结和干燥深度, 还应满足施工机械的要 [16] 碾压式土石坝设计规范第条 16

21 求防渗体应与坝基岸坡防渗相结合, 形成封闭的防渗系统连接部位的处理及其结构尺寸应能满足渗透稳定的要求防渗土料应满足下列要求 [17] : 1 渗透系数 : 均质坝不大于 cm/s, 心墙和斜墙不大于 cm/s; 2 水溶盐含量 ( 指易溶盐和中溶盐, 按质量计 ) 不大于 3%; 3 有机质含量 ( 按质量计 ) 不大于 2%; 4 有较好的塑性和渗透稳定性 ; 5 浸水与失水时体积变化小以下几种粘性土不宜作为坝的防渗体填筑料, 必须采用时, 应根据其特性采取相应措施 1 塑性指数大于 20 和液限大于 40% 的冲积粘土 [18] 2 膨胀土 3 开挖压实困难的干硬粘土 4 分散性粘土用于填筑防渗体的砾石土, 粒径大于 5mm 的颗粒含量不宜超过 50%, 最大粒径不宜大于 150mm 或铺土厚度的 2/3,0.075mm 以下的颗粒含量不应小于 15% [19] 填筑时不得发生粗料集中架空现象 [17] 碾压式土石坝设计规范第条 [18] 碾压式土石坝设计规范第条 [19] 碾压式土石坝设计规范第条 17

22 防渗体粘性土料填筑要求 : 压实度应为 96%~98% [20] 砂砾石和砂的填筑标准应以相对密度为设计控制指标, 并应符合下列要求 [21] : 1 砂砾石的相对密度不应低于 0.75, 砂的相对密度不应低于 0.70, 反滤料宜为砂砾石中粗粒料含量小于 50% 时, 应保证细料 ( 小于 5mm 的颗粒 ) 的相对密度也符合上述要求含砾和不含砾的粘性土的填筑标准应以压实度和最优含水率作为设计控制指标设计干密度应以击实最大干密度乘以压实度求得粘性土的最大干密度和最优含水率应按照土工试验规程规定的击实试验方法求取对于砾石土应按全料试样求取最大干密度和最优含水率坝体排水设计土石坝应设置坝体排水, 以控制和引导渗流, 降低浸润线和孔隙水压力, 增强坝坡稳定, 保护坝坡土不产生冻胀破坏, 防止渗流出逸处产生渗透变形坝体排水必须满足以下要求 : 1 排水设施应具有充分的排水能力, 能自由地向坝外排出全部渗透水 2 按照反滤要求设计, 避免坝体和坝基发生渗透破坏 [20] 碾压式土石坝设计规范第条 [21] 碾压式土石坝设计规范第条 18

23 3 便于观测和检修排水设备的设置应尽可能便于观察和检修进入排水处或渗流逸出处均应设置反滤层排水材料必须满足以下要求 : 1 质地致密坚硬, 抗水性和抗风化性能满足工程运用条件的要求风化料不能用作排水材料 ; 2 具有要求的级配 ; 3 具有要求的透水性, 排水体料中粒径小于 0.075mm 颗粒含量不超过 5% [22] ; 4 宜利用天然砂砾料筛选, 当缺乏天然砂砾料时, 也可人工轧制, 但应选用抗水性和抗风化能力强的母岩材料排水型式的选择, 应结合坝体坝基排水的需要, 综合考虑以下情况后确定 : 1 原排水型式 2 坝型坝体和坝基土的性质, 以及坝基的工程地质和水文地质条件 3 下游有水无水下游水位的高低等 4 施工情况及排水设施的材料 5 坝址地区的气候条件棱体排水设计要求 : 1 棱体排水适用于下游有水或坝体浸润线较高的情况 [22] 碾压式土石坝设计规范第条 19

24 2 顶部高程应超出下游最高水位, 超过的高度应不小于 0.5m [23] ; 顶部高程应使坝体浸润线距坝面的距离大于该地区的冻结深度 3 顶部宽度应根据施工条件和检查观测需要确定, 但不宜小于 1.0m [24] 4 棱体排水的内坡一般为 1:1~1:1.5, 外坡为 1:1.5~1:2.0, 棱体上游坡脚处应避免出现锐角 [25] 5 棱体与坝体以及土质地基之间均应设置反滤层贴坡排水设计要求 : 1 贴坡排水适用于下游无水的均质坝或是浸润线位置较低的坝 2 顶部高程应高出坝体浸润线出逸点, 超过的高度不小于 1.5m [26] 3 贴坡排水的厚度应大于该地区冰冻深度, 排水底脚处应设置排水沟或排水体, 并具有足够的深度坝面排水设计除干砌石或堆石护坡外, 均必须设坝面排水排水系统应包括坝顶坝坡坝头及坝下游等部位的集水截水和排水措施排水系统宜满足以下要求 : 1 纵向排水沟宜与马道一致, 并设于马道内侧 2 横向排水沟从坝顶直到坝脚排水沟以下 3 横向排水沟可每隔 50m 布置一条, 纵横向排水沟宜互相连通 [23] 碾压式土石坝设计规范第 [24] 碾压式土石坝设计规范第条 [25] 水利电力部第五工程局, 水利电力部东北勘测设计院. 土坝设计 [M]. 水利电力出版社,1978 [26] 碾压式土石坝设计规范第条 20

25 [27] 4 排水沟断面尺寸应由计算确定, 可用混凝土现场浇筑或浆砌石砌筑上下游护坡采用现浇混凝土或浆砌石护坡时, 应设排水孔, 孔内采用土工布作反滤坝坡与岸坡连接处应设排水沟, 其集水面积应包括岸坡有效集水面积在内 4.3 溢洪道加固设计溢洪道加固设计, 应根据历史险情安全认定结论过流能力及运用条件, 结合地形地质条件, 在避免大范围扩挖坝体和山体的原则下进行加固设计宜以原位改造修复为主, 控制段应满足泄洪要求加固设计时, 新建 ( 重建 ) 溢洪道应参照溢洪道设计规范的相关规定进行设计经计算, 过流能力不满足设计要求的溢洪道, 应采取适当拓宽处理 [28] 溢洪道的拓宽, 应向山体方向拓宽溢流堰应尽量采用开敞式, 若采用有闸控制, 须进行专门论证根据安全鉴定地勘成果, 如溢流堰堰基存在渗漏问题, 应采取帷幕灌浆等防渗加固措施, 同时应做好溢流堰与大坝连接部位的防渗设计 [27] 小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范 [28] 小型水库除险加固技术 21

26 4.3.4 对于过流面裸露杂草丛生的进水渠段泄槽段, 应进行清淤衬砌保护边墙缺损高度不够不稳定的溢洪道, 应根据水面线计算边墙抗滑稳定抗倾稳定等结果, 确定边墙的结构设计出口无消能防冲设施的溢洪道, 应予以增设当溢洪下泄水流经消能后不能直接泄入河道而造成危害时, 应增设出水渠跨溢洪道桥梁根据交通需要可采用人行便桥或交通桥溢洪道进水渠段泄槽段消能设施出水渠等的加固指标应参照溢洪道设计规范 (SL ) 执行 4.4 输水建筑物加固设计对于坝下埋管, 原则上应予以废除后根据情况重新修建输水建筑物对于坝下埋管采用钢筋混凝土管的, 若其基础位于岩基, 有可靠的保护及防渗措施, 且未发现涵管断裂或管壁漏水, 可研究保留原坝下埋管输水建筑物型式应根据地形地质施工造价及运行条件等比较确定, 宜优先考虑隧洞非大开挖方式新建坝下埋管的轴线应尽可能地与坝轴线垂直, 且直线布置涵管应建在岩基上, 并宜设置在连续的混凝土座垫上涵管宜采用预应力钢筋混凝土管或钢管为防止沿管壁产生集中渗漏, 宜在大坝防渗体上游侧沿涵管设置混凝土截水环坝下埋管封堵 1 坝下埋管封堵前宜先对管壁周边进行粘土充填灌浆, 以填实由于管壁渗漏造成的坝体局部空洞或松散部位对涵管未座落在岩基上 22

27 的, 灌浆钻孔深度宜超过涵管底部 1m 灌浆压力应小于 50kPa, 宜一次灌注至饱满 [29] 2 封堵坝下埋管时可先在涵管进出口浇筑混凝土封堵块, 再向涵管内灌浆至满管, 最后挖断大坝防渗体处涵管, 并填筑防渗体, 涵管处防渗体宜加厚 3 涵管进出口封堵块混凝土强度等级宜采用 C15 及以上, 封堵块上应预留灌浆管和排气管, 封堵块长度可按下式计算 : S (4.4.3) 式中 L- 封堵块长度,m;P- 封堵块承受的灌浆总压力,MN;[τ]- 容许剪应力, 混凝土涵管可取 0.2~0.3MPa;A- 封堵体剪切面周长, m;s- 安全系数 [30] 4 涵管内回填灌浆宜采用水泥砂浆, 配合比可选用水 : 水泥 : 砂 =0.6: 1:1.5, 灌浆压力可采用 0.2MPa, 应灌浆至满管 [31] 坝下埋管挖除 1 坝体开挖坝体开挖边坡应尽量平顺, 不应成台阶状反坡或或突然变坡开挖边坡不宜陡于 1:1.5 [32] 涵管挖除后, 应对开挖断面底部进行处理, 底部为岩基的, 应按防渗要求封堵裂隙 ; 底部为土基的, 应按坝体压实要求进行碾压开挖面边坡应在回填前进行削坡, 厚度约 30cm [29] 参照土坝灌浆技术规范中第 5.4 节 [30] 参照水工隧洞设计规范中第条 [31] 参照水工建筑物水泥灌浆施工技术规范中第条 [32] 参见碾压式土石坝设计规范中第条规定及条文说明及第条规定 23

28 2 坝体回填应满足 4.2 大坝加固设计要求 4.5 设计计算渗流计算 1 渗流计算应包括以下内容 : 1) 确定坝体浸润线及其下游出逸点位置, 绘制坝体及坝基内的等势线分布图或流网图 ; 2) 确定坝体与坝基的渗流量 ; 3) 确定坝坡出逸段与下游坝基表面的出逸比降, 以及不同土层之间的渗透比降 ; 4) 确定库水位降落时上游坝坡内的浸润线位置 2 渗流稳定计算内容 1) 计算断面根据地质条件坝高及坝体结构等, 选取有代表性的断面作为标准计算断面 2) 计算工况渗流计算选取以下控制工况 : 1 稳定渗流计算工况正常运行条件 : 上游正常蓄水位与下游相应最低水位上游设计洪水位与下游相应水位的稳定渗流期 ; 非常运行条件 : 上游校核洪水位与下游相应水位的稳定渗流期 ; 2 非稳定渗流计算工况正常运行条件 : 上游正常蓄水位降至死水位之间的任意水位上游设计洪水位降至汛限水位之间的任意水位 ; 非常运行条件 : 上游校核洪水位骤降至汛限水位 24

29 3 计算参数的确定根据地质勘探及试验成果, 确定坝体坝基和防渗体的渗透系数指标 4 计算结果分析 1) 防渗加固后, 各种工况下浸润线的分布情况 ; 2) 防渗加固后, 坝体渗流量较之前是否改善 ; 3) 坝体坝基以及防渗体附近的水力梯度的分布情况 ; 坝下游坡的出逸点高程水力梯度值等渗透稳定计算 1 渗透稳定计算渗透稳定计算应包括以下内容 : 1) 判别土的渗透变形形式, 即管涌流土接触冲刷或接触流失等 ; 2) 判明坝和坝基土体的渗透稳定 ; 3) 判明坝下游渗流出逸段的渗透稳定在没有反滤层保护时, 坝体坝基渗透出逸比降应小于材料的允许渗透比降 2 渗透稳定判别方法渗透变形形式的判别方法应按水利水电工程地质勘察规范的规定执行 1) 无粘性土渗透变形类型的判别方法 [33] : (1) 不均匀系数小于等于 5 的土可判为流土 [41] 水利水电工程地质勘察规范 25

30 (2) 不均匀系数大于 5 的土 1 流土 : 土的细颗粒含量 P 35% 2 过渡型 :25% P<35% 3 管涌土 : P<25% (3) 接触冲刷宜采用下列方法判别 : 双层结构地基, 当两层图的不均匀系数均等于或小于 10, 且符合下列条件时, 不会发生接触冲刷 (4) 接触流失宜采用下列方法判别 : D 10 /d ( ) 对于渗流向上的情况, 符合下列条件将不会发生接触流失 : 1 不均匀系数等于或小于 5 的土层 : 2 不均匀系数等于或小于 10 的土层 : [34] 2) 流土与管涌的临界渗透比降确定方法 (1) 流土宜采用下式计算 : 式中 J cr 土的临界水力比降 ; G s 土粒比重 ; n 土的孔隙率 ; (2) 管涌型或过渡型可采用下式计算 : D 15 /d 85 5 ( ) D 20 /d 70 7 ( ) J cr =(G s -1)(1-n) ( ) [42] 水利水电工程地质勘察规范 26

31 J cr =2.2(G s -1)(1-n) 2 d 5 /d 20 ( ) [35] 3) 无粘性土容许渗透比降确定方法以土的临界渗透比降除以 1.5~2.0 的安全系数 ; 当渗透稳定对水工建筑物的危害较大时, 安全系数取 2; 对于特别重要的工程, 安全系数取坝坡稳定计算 1 计算工况和内容计算工况同渗流计算工况, 按稳定渗流和非稳定渗流期分别计算其稳定性计算内容如下 : 1) 施工期的上下游坝坡 ; 2) 稳定渗流期的上下游坝坡 ; 3) 水库水位降落期的上游坝坡 2 坝坡抗滑稳定计算应采用刚体极限平衡法对于均质坝厚斜墙坝和厚心墙坝, 宜采用计及条块间作用力的简化毕肖普法 ; 对于有软弱夹层薄斜墙薄心墙坝的坝坡稳定分析及任何坝型, 可采用满足力和力矩平衡的摩根斯顿普莱斯等方法 1) 计算断面根据地质条件坝高及坝体结构等, 选取有代表性的断面作为标准计算断面 2) 坝体坝基和防渗体材料的物理力学指标根据地质勘探及试验成果, 确定坝体坝基土和防渗体的物理力学指标计算中土体抗剪强度指标根据碾压式土石坝设计规范中 [43] 水工设计手册 [M] 第 2 版 27

32 的附录 D 确定 3 计算方法 1) 圆弧滑动稳定计算 : 简化毕肖普法瑞典圆弧法 ; 2) 非圆弧滑动稳定计算 : 摩根斯顿普莱斯法滑楔法圆弧法一般利用边坡稳定分析计算软件进行计算 4 安全系数 [36] 采用计及条块间作用力的计算方法时, 坝坡抗滑稳定的安全系数应不小于下表规定的数值表坝坡抗滑稳定最小安全系数运用条件大坝等级正常运用条件非常运用条件 Ⅰ 非常运用条件 Ⅱ 采用简化毕肖普法或瑞典圆弧法计算时, 其最小稳定安全系数是不同的采用不计条块间作用力的瑞典圆弧法计算坝坡抗滑稳定安全系数时, 对 1 级坝正常运用条件最小安全系数应不小于 1.30, 其他情况应比上表规定的数值减小 8%; 采用滑楔法进行稳定计算时, 若假定滑楔之间作用力平行于坡面和滑底斜面的平均坡度, 安全系数应符合上表中规定 ; 若假定滑楔之间作用力为水平方向, 安全系数同瑞典圆弧法的规定 [37] 5 计算结果分析根据计算结果, 分析加固后各种工况下的坝坡抗滑稳定安全系数是否满足规范要求 [44] 碾压式土石坝设计规范第条 [45] 碾压式土石坝设计规范第 ~12 条 28

33 当 k/μ/ν 小于或等于 1/10 时, 可按水位开始降落前的浸润线位置进行坝坡稳定分析 ; 当 k/μ/ν 大于 60 时, 可不进行上游坡的水位降落稳定计算 ; 当 k/μ/ν 大于 1/10 且小于或等于 60 时, 应进行上游坡的稳定分析, 按照缓降过程计算浸润线下降的位置 μ 为土体的给水度, 按以下公式计算 [38] : μ=αn ( ) = ( 6+ lg k) α ( ) 式中 α 百分数 ; k 堤身土料渗透系数 (m/d); n 土体孔隙率 ; ν 水位降落速度 (m/d) 溢洪道水力计算溢洪道水力计算, 包括泄洪能力复核水面线计算及消能防冲计算等 1 泄流能力必须满足设计和校核工况下所要求的泄量 2 泄槽段的面线, 应根据能量方程用分段求和法计算, 计算应正确确定起始计算断面及其水深 3 消能防冲建筑物的设计洪水标准 :4 级建筑物按 20 年一遇洪水设计 ;5 级建筑物按 10 年一遇洪水设计挑流消能水力设计, 应对各级流量进行消能设计工况下的消能防冲计算溢洪道结构复核计算 [46] 堤防工程设计规范 29

34 1 对于有闸控制的水库, 控制段应进行抗滑稳定基底正应力和基底合力偏心距的复核, 必要时还应核算其抗倾稳定控制段的稳定分析可采用刚体极限平衡法溢流堰堰体应力闸室基底应力及闸墩的应力分析可采用材料力学法用材料力学法分析堰断面的应力分布时, 当结构和受力均对称时, 可按单向偏心受压公式计算当结构不对称或受力不对称时, 可按双向偏心受压公式进行计算控制段结构设计的荷载组合应根据各种荷载实际同时出现的可能性, 按溢洪道设计规范表选择最不利的情况进行计算作用在控制段上的荷载, 应按溢洪道设计规范附录 C 进行计算堰 ( 闸 ) 基底面的抗滑安全系数应按溢洪道设计规范附录 A.3.10 计算, 堰 ( 闸 ) 沿基底面的抗滑安全系数不得小于按溢洪道设计规范表规定值堰 ( 闸 ) 基底面上的垂直正应力应满足溢洪道设计规范的要求溢流堰堰体上游面的铅垂方向最小正压应力 ( 计入扬压力 ) 应大于零分离式底板应校核其抗浮稳定性 2 对于有闸控制的水库, 边墙应进行抗滑稳定基底正应力和基底合力偏心距的复核, 必要时还应核算其抗倾稳定边墙承受的荷载及其分类与控制段相同, 各项荷载均应按溢洪道设计规范附录 C 计算进水渠及控制段边墙的荷载组合与控制段相同, 控制段以下各段边墙的荷载组合应按溢洪道设计规范表确定溢洪道边墙沿建基面的抗滑稳定可按溢洪道设计规范抗剪断强度公式计算, 边墙抗滑稳定安全系数 K 值应不小于溢洪道设计规范表的规定值边墙基底最大垂直压应力不应大于地基容许压应力 ( 计算 30

35 时分别计入扬压力和不计入扬压力 ) 对于合力偏心距大于或等于 1/4 基底宽的边墙, 应核算其抗倾覆稳定, 计算公式可见溢洪道设计规范第条 3 对于无闸控制的水库, 应按水工挡土墙设计规范要求进行设计 4 消力池护坦应进行抗浮稳定复核抗浮稳定可按下式计算, 其安全系数 K f 值可取 1.0~1.2, 应根据工程等级枢纽布置地基特性计算情况等选用 [39] 校核情况下 K f 值可取下限 K f = P1 + P2 + P3 Q Q + (4.5.5) 1 2 式中,P 1 护坦自重, 按混凝土重度计算 ; P 2 护坦顶面上的时均压力, 按溢洪道设计规范附录 C.5 的公式计算 ; P 3 当采用锚固措施时, 地基的有效重度, 按溢洪道设计规范附录 C.3 的公式计算 ; Q 1 护坦顶面上的脉动压力, 按溢洪道设计规范附录 C.5 的公式计算 ; Q 2 护坦底面上的扬压力, 按溢洪道设计规范附录 C.3 的公式计算 [47] 溢洪道设计规范第条 31

36 5 附录 5.1 设计暴雨各种标准的设计暴雨包括设计流域各历时点或面暴雨量暴雨的时程分配和面分布等流域各历时设计面暴雨量, 可根据流域面积大小和资料条件采用下列方法计算 1 当流域各种历时面暴雨量系列较长时, 可采用频率分析的方法计算 2 当流域面积较小, 各种历时面暴雨量系列缺乏时, 可用相应历时的设计点暴雨量和暴雨点面关系间接计算 3 当流域面积很小时, 可用设计点暴雨量作为流域设计面暴雨量流域各历时设计点暴雨量可采用下列方法计算 1 在流域内及邻近地区选择若干个测站, 对所需各种历时的暴雨量作频率分析, 并进行地区综合根据测站位置资料系列的代表性等情况, 合理确定流域的设计点暴雨量 2 从浙江省短历时暴雨的暴雨统计参数等值线图上查算工程所需历时的设计点暴雨量当本地区及邻近地区近期发生大暴雨, 或依据不同年代图集查算的成果差别较大时, 应对查算成果进行合理性检查, 必要时作适当调整设计暴雨频率分析可按下列规定进行 32

37 1 在 n 项连序暴雨系列中, 按大小顺序排位的第 m 项暴雨的经验频率 P m, 可采用下列数学期望公式计算 : P m m n 1 = + m=1,2,,n (5.1.4) 式中,n 洪水序列项数 ; m 洪水连序系列中的序位 ; P m 第 m 项暴雨的经验 2 频率曲线的线型应采用皮尔逊 Ⅲ 型对特殊情况, 经分析论证后也可采用其它线型 3 频率曲线的统计参数采用均值 X 变差系数 C V 和偏态系数 C S 表示统计参数的估计, 步骤如下 : (1) 采用矩法或其它参数估计法, 初步估算统计参数 (2) 采用适线法调整初步估算的统计参数调整时, 可选定目标函数求解统计参数, 也可采用经验适线法当采用经验适线法时, 应尽可能拟合全部点据 ; 拟合不好时, 可侧重考虑较可靠的大暴雨点据 (3) 适线调整后的统计参数应根据本站不同时段暴雨统计参数和设计值的变化规律, 以及上下游干支流和邻近流域各站的成果进行合理性检查, 必要时可作适当调整实测暴雨系列较短或实测期内有缺测年份时, 可用下列方法进行暴雨资料的插补延长 1 设计依据站与邻近站距离较近, 地形差别不大时, 可直接移用邻近站暴雨资料 33

38 2 设计依据站邻近地区测站较多时, 可绘制同次暴雨等值线图进行插补, 一般年份也可采用邻近各站暴雨量的平均值 3 对插补延长的暴雨资料, 应进行多方面的分析论证, 检查其合理性设计暴雨量的时程分配应根据符合大暴雨雨型特性的综合或典型雨型, 采用不同历时设计暴雨量同频率控制放大当汛期暴雨成因随季节变化具有显著差异时, 可根据水库运行调度需要, 分析计算分期设计暴雨汛期分期设计暴雨计算可按下列规定计算 1 汛期分期的划分, 应有较明显的暴雨成因变化规律, 各分期暴雨量级应有明显差别, 一般划分为梅汛期台汛期 2 分期暴雨系列由每年期内最大值组成, 选样时应保持洪水过程的完整性 3 对计算的分期设计暴雨, 应分析各分期的暴雨统计参数和同频率设计值的年内变化规律, 并与年最大值暴雨统计参数和同频率设计值进行比较, 检查其合理性 5.2 设计暴雨推求设计洪水某水库流域面积为 5.68km 2, 位于雨量丰沛的湿润地区, 为了防洪复核, 根据雨量资料的条件, 拟采用暴雨资料来推求 P=3.33% 的设计洪水 ( 河长 3.86km, 河道平均比降 ) 设计暴雨采用查浙江省短历时暴雨图集中浙江省年最大 (10min,1hr, 6hr,24hr) 点雨量均值等值线图的方法, 根据水利水电工程设计 34

39 洪水计算规范规定, 当流域面积小于 10km 2 时, 可用设计点雨量作为流域设计平均雨量设计暴雨计算公式 : H = K H p p (5.2.1) 式中 : H 设计暴雨 (mm) p K p 模比系数 H 暴雨均值 (mm) 表设计暴雨雨量成果 ( 根据查图法已知 ) 历时均值 H(mm) C v C s /C v P=3.33% K p 设计暴雨 H p (mm) 10min hr hr hr 分段计算暴雨衰减指数 n 值因流域面积较小, 因此可按浙江省短历时暴雨图集规定计算暴雨衰减指数与设计雨量, 计算公式如下 ; (1) τ i =10~60 分钟之间 H 1 n10, 60 1 n10, 60 = H ( τ / ) 或 H = H ( τ / ) i 10 i 10 i 60 i 60 ( ) n = + ( ) ( ) n lg H /H (2) τ i =1~6 小时之间 H i H 1 1 n1,6 1, 6 = τ 或 ( ) i H 1 n i = H6τi/ 6 ( ) 1n 6 = + ( 1 6) ( ) n lg H /H 35

40 可得 : (3) τ i =6~24 小时之间 H 1 n6, 24 1 n6, 24 = H ( τ / ) 或 H = H ( τ / ) i 6 i 6 i 24 i 24 ( ) n = + ( ) ( ) n lg H /H 由 10min 1hr 6hr 24hr 对应的设计暴雨量代入上述公式计算表暴雨衰减指数 n 值计算表频率历时 10min 1hr 6hr 24hr P=3.33% H 3.33% n i 产流计算采用蓄满产流模型的简易扣损法, 即土壤最大蓄水量 100mm, 在设计条件下土壤前期蓄水量 80mm, 初损扣 20mm, 后损 1.0mm/h 则计算得到的 P=3.33% 设计暴雨净雨量及 24 小时雨型分配如下 : A 设计暴雨: 设计暴雨过程 24h 各时段雨量可由分段暴雨设计雨量求得, 并按大小顺序列入 (1) 项 ; 然后根据浙江省短历时暴雨 24 小时雨型时程分配方法将老大项时段雨量 (86.9mm) 的末时刻排在 18:00; 老二项时段雨量 (22.1mm) 紧靠老大项的左边 ; 其余各时段雨量, 按大小次序, 奇数项时段雨量排在左边, 偶数项时段雨量排在右边, 当右边排满 24 小时, 余下各时段雨量按大小依次向左边排列至 (2 项 ) 36

41 t 时段毛雨按大小排列 (1) 表 P=3.33% 设计暴雨及设计净雨量计算表时段毛雨按时序排列 (2) 初损 (mm) 后损 (mm) 净雨 (3) (mm) 图小时设计净雨量曲线图 37

42 B 设计净雨: 由求算得出的时段毛雨时序排列 (2) 项, 按时段扣除初损 20mm 后损 1.0mm/h 得到净雨量 (3) 项汇流计算按浙江水电院推理公式法计算 : QMP = 0.278h F R τ τ = L 1 3 mj Q 1 4 m (5.2.4) 由上述已知参数代入求得洪峰流量及汇流时间 : Q MP =82.75m 3 /s τ=2.082h 设计洪水过程线由设计净雨过程经汇流计算可求得设计洪水过程性, 洪水过程线排列与雨型相同首先起止时间短取汇流时间 2.082hr, 进行时段排列 ; 其次与上述净雨计算方法相同, 根据设计净雨过程线, 将 24hr 设计暴雨设计净雨按此时段分配方法填入下表中 ; 然后由各设计净雨可推求出相应流量, 据此绘制洪水过程线, 并将相应数据填入各时刻 (1hr 分界 ) 流量表中 38

43 时段起止时间时段实长 (h) 表 h 洪水过程线计算表时段毛雨按大小排列时段毛雨按时序排列净雨 (mm) 流量 (m 3 /s) 洪水过程性录制时刻 (t) 流量 (m 3 /s)

44 图流量及洪水过程线 5.3 坝顶超高坝顶超高计算参照碾压土石坝设计规范公式 :y=r+e+a 式中,y 坝顶超高 R 最大波浪在坝坡上的爬高 (m) e 最大风壅水面高度 (m) A 安全加高 (m) 5.4 钻孔布置建议表基岩相对不透水层透水率的控制标准为 : 可按 5~10Lu [40] 控制 ; 当坝基为砂砾石层与弱透水层相间的地层, 而弱透水层与砂砾石层的 [41] 渗透系数相差 100 倍以上, 有一定厚度并且连续时, 可视为相对不透水层由于土石坝上下游坝坡的环境条件和功能不同, 浸润线上下坝体土的含水性质有着质的差别, 对于坝体土取样试验工作强调分区 [40] 碾压式土石坝设计规范第条 [41] 小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范第条 40

45 取样, 避免取样数量过少或代表性不强序号勘探剖面平行坝轴线布置 1 条, 垂直坝轴线布置 1~3 条, 钻孔布置位置坝顶布置 3 孔 ( 左右坝肩各布置 1 孔, 最大坝高处布 1 孔 ) 上下游坝坡各 3 孔, 并应与坝顶钻孔基本处于同一剖面上坝顶布置 5 孔 ( 左右坝肩各布置 1 孔, 最大坝高处布 1 孔 ), 上下游坝坡各 3 孔, 并应与坝顶钻孔基本处于同一剖面上坝顶布置 4 孔 ( 左右坝肩各布置 1 孔, 最大坝高处布 1 孔 ), 上下游坝坡各 1 孔, 并应与坝顶钻孔基本处于同一剖面上表 5.4 坝址区钻孔布置数量推荐表钻孔数量钻孔深度 9 孔坝轴线上的钻孔深度应进入相对不透水层 (10Lu) 不宜小于 5m, 其他剖面上的钻孔应以摸清心墙布置或坝体土分区为准 11 孔坝轴线上的钻孔深度应进入相对不透水层 (10Lu) 不宜小于 5m, 其他剖面上的钻孔应以摸清心墙布置或坝体土分区为准 10 孔坝轴线上的钻孔深度应进入相对不透水层 (5Lu) 不宜小于 5m, 其他剖面上的钻孔应以摸清心墙布置或坝体土分区为准注 :1- 高 10m, 坝长 100m 2- 高 15m, 坝长 300m 3- 高 20m, 坝长 200m 5.5 粘土套井回填加固设计间距不大于 50m 套井回填的处理范围根据土坝渗漏点 ( 出逸点 ) 位置渗漏量地质勘探资料以及大坝观测资料等确定套井防渗处理范围一般以渗漏点向左右沿轴线延伸约为坝高的 1 倍距离处理单独一个漏洞时, 也要适当扩大范围, 深度宜超过渗出点 3m [42] 套井平面布置套井宜沿坝轴线或坝轴线上游侧布置, 在平面上按主套井相间布置, 一主一套相交连成井墙套井为整圆, 主井被套井切割, 呈对称蚀圆 [50] 土坝安全与加固牛运光 41

46 5.5.3 套井的排数排距和孔距套井的排数, 即需要的套井回填粘土防渗墙的厚度, 应根据土体的允许渗透坡降确定初步确定防渗墙的有效厚度 T 可按式 (1.1.1) 计算 [43] : T H/J (5.5.3) 式中 H 防渗墙承担的最大设计水头,m; J 防渗墙允许渗透比降, 对于粘土一般采用 6~8 一般坝高小于 25m 的土坝, 可考虑 1 排套井, 坝高超过 25m 的土坝, 可考虑采用 2~3 排套井施工时根据实际渗漏情况, 必要时可增设加强孔, 以加厚防渗墙, 满足防渗要求套井孔距一般为 70~ 90cm 套井的深度套井宜深入坝身最低漏水层以下, 填筑质量较好的土体内 l~ 2m; 处理坝基或坝肩漏水时, 套井宜深入到相对不透水层一定深度或不透水岩基以下如坝内设有涵洞, 为不影响涵洞质量, 一般填到洞顶以上 5m 时采用钻头自重抓土 [44] 套井回填粘土料粘粒含量宜控制在 35%~50%, 含水率宜控制在试验确定的最优含水率 ±2~3%, 干密度大于 1.5g/cm 3[45] 干密度和含水率均要通过现场试验, 控制在设计要求范围以内水库需放空才能进行套井施工, 影响下游供水和水库正常运行 [51] 土坝安全与加固牛运光 [52] 土坝安全与加固牛运光 [53] 土石坝加固白永年, 吴士宁, 王洪恩等 42

47 5.6 粘土斜墙加固设计斜墙坝防渗加固仍采用斜墙防渗体形式土质斜墙防渗体断面应满足渗透比降下游浸润线和渗透流量的要求应自上而下逐渐加厚, 斜墙顶部的水平宽度不宜小于 3.00m; 底部厚度不宜小于水头的 1/5 [46] 土质斜墙防渗体上游应设保护层保护层可采用砂砂砾石或碎石, 厚度应不小于该地区的冻结和干燥深度, 还应满足施工机械的要求, 一般应大于 1.5m [47] 斜墙上游保护层填筑标准应和坝体相同, 且坡度应满足稳定要求土质斜墙防渗体的下游侧应设置反滤层反滤层的层数和粒径按照反滤层的要求计算确定斜墙底部坝基如采用混凝土防渗墙防渗设施, 防渗墙顶应做成光滑的楔形, 插入土质防渗体高度宜为 1/10 坝高, 或根据渗流计算确定且不应低于 2m [48] 在墙顶宜设填筑含水率大于最优含水率的高塑性土区采用粘土斜墙进行防渗加固处理前, 应将库水位降至渗漏处以下 0.5m [49] 处填筑斜墙时, 应先拆除原坝护坡, 铲除表面杂土, 然后用粘土分层填筑土质斜墙防渗体底部与基岩连接时, 应开挖截水槽, 将全风化基岩挖除, 使其与坚硬不冲蚀和可灌浆的岩石连接若风化层较深 [54] 碾压式土石坝设计规范第条 [55] 土坝设计水利电力部东北勘测设计院 [56] 碾压式土石坝设计规范第条 [57] 小型水库除险加固何佩德, 史庆之 43

48 时, 可开挖到强风化层下部后, 浇筑混凝土板或喷混凝土, 或浇筑混凝土齿墙混凝土板混凝土喷层或混凝土齿墙下的岩石, 用固结灌浆加固截水槽设计要求 : 1 开挖截水槽时, 宜采用梯形断面截水槽底宽根据回填土料的容许渗透比降土料与基岩接触面抗渗冲刷的容许渗透比降和施工条件确定, 最小宽度不小于 3m 截水槽开挖边坡坡度一般为 1:1.0~1:2.0 [50] 2 截水槽下游坡与地基接触面应符合反滤原则, 以防止截水槽土料在渗透作用下剥蚀, 发生渗透破坏截水槽应采用与坝体防渗体相同的土料填筑, 其压实度应不小于坝体同类土料 3 截水槽要求嵌入基岩或相对不透水层, 一般不小于 0.5m [51], 所有全风化或严重节理裂隙破碎带均需清除 4 截水槽应采用与坝体防渗体相同的土料填筑, 其压实度不应小于坝体同类土料 5.7 混凝土防渗墙加固设计防渗墙处理范围混凝土防渗墙的加固范围, 应根据土坝的病险实际情况和坝址地质条件综合确定, 以封堵住强集中渗漏带为原则, 在此基础上墙体可向两侧适当延伸, 以策安全 [58] 水工设计手册第 2 版 [59] 水工设计手册第 2 版 44

49 5.7.2 防渗墙的布置与构造 1 平面布置坝体出现渗漏的均质坝和心墙坝, 混凝土防渗墙轴线一般布置在坝轴线附近的上游或坝轴线上 2 剖面设计坝体防渗墙可设计成封闭式或悬挂式封闭式防渗墙可完全截断坝体渗流, 悬挂式防渗墙只能增加渗径, 无法完全封闭坝体渗流 3 墙顶高程可根据病险问题施工条件以及水库蓄水拦洪水生态等要求综合考虑从坝顶直接建造的防渗墙, 墙顶高程不应低于正常运用的静水位 4 防渗墙入岩深度防渗墙嵌入基岩的深度应根据基岩岩性和风化程度确定, 墙底宜嵌入基岩 0.5~1.0m [52], 对风化较深和断层破碎带可根据坝高和断层破碎情况加深对于风化程度高裂隙发育的岩石, 一种是穿过破碎岩石伸入新鲜基岩 ; 另一种是伸入一定深度后, 下接灌浆帷幕进行处理 5 防渗墙与坝顶的连接从坝顶直接建造的防渗墙, 墙顶不应与坝顶硬化路面直接连接, 应留有一定的过渡层防渗墙墙体厚度设计混凝土防渗墙厚度应根据坝高和施工条件确定防渗墙最小厚度可采用允许水力梯度初步估算, 计算公式如下 [53] : d H = ( ) J P [60] 碾压式土石坝设计规范第条 [61] 水工设计手册第 2 版. 45

50 J P J K max = ( ) 式中 d 墙厚 (m); H 作用在墙上的最大水头差 (m); J P 防渗墙容许水力梯度刚性混凝土防渗墙的 J P 可达 80~100, 塑性混凝土防渗墙的 J P 多采用 50~60 J max 防渗墙破坏时的最大水力梯度 ; K 安全系数防渗墙耐久性分析 ( 按水工混凝土设计规范 ) 1 防渗墙在长期水头作用下, 混凝土的氧化钙将不断被溶出, 当氧化钙的溶出量达到混凝土中氧化钙总量的 25%~30% 时, 强度将大幅度降低, 渗透系数大幅度增大, 严重影响防渗墙的正常工作 2 防渗墙混凝土中的氧化钙的溶出速度与墙体承受的渗透比降混凝土的龄期混凝土的渗透系数构成混凝土的水泥与掺合料的品种和用量外加剂的品种和用量环境水的硬度等有关在这些影响因素中最重要的是渗透比降和墙体的渗透系数 3 不同的墙体材料有不同的极限渗透比降, 当按容许比降确定的墙厚, 透过墙体渗出的水量极微, 而溶出的氧化钙就更小了 4 混凝土防渗墙除应具有所要求的强度外, 还应有足够的抗渗性和耐久性在混凝土内可掺土粉煤灰及其他外加剂几种防渗墙墙体材料, 其抗溶蚀性能由强到弱依次为 : 粉煤灰混凝土普通混凝土塑性混凝土粘土混凝土固化灰浆 46

51 [54] 5 防渗墙使用年限估算渗水通过防渗墙混凝土使石灰淋蚀而丧失强度 50% 所需的时间 T(a) 为 : T = acb k βj (5.7.4) 式中 a 使混凝土强度降低 50% 所需渗水量 (m 3 /kg), 对普通混凝土取 a=1.54 m 3 /kg; c 每 1m 3 混凝土水泥量 (kg/ m 3 ); b 防渗墙厚度 (m); k 防渗墙渗透系数 (m/a) J 渗透比降 ; β 安全系数防渗墙厚度可采用抗蚀年限进行验算防渗墙墙体材料混凝土防渗墙材料一般分为刚性材料和柔性材料两类, 主要有以下几种 : 1 普通混凝土普通混凝土具有弹模高强度大的特点, 能承受较大的垂直和水平荷载但由于普通混凝土弹模太高, 极限应变太小, 墙体和周围坝体间产生的沉降差和变形差使墙体在垂直压力和侧摩阻力作用下产生的应力易超过普通混凝土允许强度而产生破坏 2 钢筋混凝土防渗墙嵌入基岩内, 水平变位较大, 墙内拉应力也大, 难以承受较大的变位, 可采用钢筋混凝土防渗墙也有在混凝 [62] 水工设计手册第 2 版 47

52 土防渗墙拉力较大的部位增设钢筋承受拉力, 可以限制裂缝开展 3 塑性混凝土在普通混凝土基础上减少水泥用量, 增加粘土和膨润土用量与普通混凝土相比, 塑性混凝土具有初始弹模低极限应变大能适应较大变形等特点, 有利于改善墙体应力状态, 同时仍具有必要的强度和抗渗性能防渗墙一般嵌入基岩内, 与地基联合受力, 由于地基覆盖层是松散的砂砾石料, 在水库蓄水后, 产生较大变形, 为防止裂缝, 采用塑性混凝土, 降低弹性模量, 使之与地基弹模相接近, 适应地基较大变形 4 自凝灰浆使用水泥和膨润土掺入少量缓凝剂制成自凝灰浆, 在凝固前可以作为造孔过程中的固壁泥浆, 完工后自行凝固形成墙体, 起到防渗补强作用防渗墙与岸坡及混凝土建筑物的连接对于深部岩体, 无论两岸的坡度怎样, 都可以采用墙体入岩的方式连接在岩体埋藏较浅的部位, 可采用混凝土齿墙或粘土齿墙连接 ; 防渗墙与混凝土建筑物连接时, 可预留槽孔位置, 防渗墙槽孔施工完毕后将预留孔作端孔处理, 进行刷洗后浇筑混凝土 48

渗流分析的主要任务 () 确定坝体内浸润线以及下游出逸点的位置 ; () 确定坝体及坝基的渗流量, 以估算水库的渗漏损失 ; (3) 确定坝体出逸段和下游坝基表面出逸坡降以及不同土层交界处的渗透坡降, 以判断相应部位土体的渗透稳定性 ; (4) 确定库水位骤降时, 上游坝壳或斜墙内浸润线的位置和孔隙

一渗流分析的任务和方法渗流分析的任务渗流 : 水库蓄水后, 由于上下游水位差的关系, 水流会通过坝体土粒之间的空隙从上游向下游流动渗流分析的主要任务 () 确定坝体内浸润线以及下游出逸点的位置 ; () 确定坝体及坝基的渗流量, 以估算水库的渗漏损失 ; (3) 确定坝体出逸段和下游坝基表面出逸坡降以及不同土层交界处的渗透坡降, 以判断相应部位土体的渗透稳定性 ; (4) 确定库水位骤降时,