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1、灌沟水库震损除险加固工程应急设计 1. 综合说明1.1设计背景 灌沟水库于2008年3月委托汉中市水利水电建筑勘测设计院作南郑县灌沟水库安全鉴定报告。同年5月经汉中市水利局组织专家审查鉴定为“三类坝”（病险水库）。2008年“5.12”汶川大地震发生后，灌沟水库受地震影响破坏严重，直接威胁大坝及下游人民生命财产安全。根据震后水库震损情况的现场检查、测量、分析，“汉市水发2008135号文”将该水库确定为次高危险情等级，由我院组织力量立即开展应急除险加固工程设计工作。6月1日起，我院与南郑县水利工作队，按照“应急修复、抢险与除险加固相结合”的原则，依据汉市水发2008134号文“汉中市水利局关于
2、印发震损水库应急除险加固工程实施方案编制大纲的通知”的精神，按照实施方案阶段深渡要求，编制完成了本水库除险加固工程设计报告。1.2工程基本情况灌沟水库位于冷水河右岸支流杨家河中游的南郑县胡家营乡高皇村（详见灌沟水库工程位置示意图11），流域内为土石山区，流域内植被良好，坝址以上主河道长3.7km，平均比降37.14，流域面积5.4km。水库枢纽工程由大坝、输水系统、溢洪道等部分组成。大坝为粘土心墙坝，坝高27.8m、坝基高程597.99m、坝顶高程625.79 m、坝顶长120m、顶宽3.0m、底宽137.75 m。水库校核洪水位624.09 m ，相应库容154.88万m3 ；正常蓄水位62
3、1.74m，相应兴利库容125.20万m3 ；死水位604.00m，死库容5.8万m3 ；滞洪库容33.29万m3（见表11灌沟水库基本情况表）。输水系统位于大坝左侧，由卧管和放水涵洞组成，卧管共24台，放水涵洞为浆砌石城门洞型无压洞，高1.2m、宽0.8m，涵洞进口高程604 .00m，最大放水量1.0 m3/s 。溢洪道位于大坝右侧，采用侧堰溢流式，进口为曲线型实用堰，溢洪道堰顶于1973年加高1.74m、加宽4.1m，即现在低堰高程为621.74m，堰顶宽10.8m；高堰顶高程为622.74m，堰顶宽12.8m，最大泄流量为48.6 m3/s，经渐变段至陡坡末段以消力池方式接下游沟道。该
4、库于1965年11月动工修建，1969年3月基本建成，是以灌溉为主，兼有防洪、养殖的小（1）型水库。主要保灌胡家营乡14个村7400亩农田用水，为保证灌区农田灌溉发挥了重要作用。灌沟水库下游7km河沟地段至平川地带，洪水出沟呈扇形分布，水库一旦失事，将对下游居民生命财产安全和国家财产造成巨大损失，水库下游有大河坎镇经济开发区，胡家营乡集贸市场和20个村庄、2.1万间房屋、1.2万人口、3.8万亩农田、地方道路25km、西汉高速4km、通信光缆4.2km，水库失事后，将造成直接经济损失达2.5亿元。灌沟水库总库容为164.29万m3 ，设计灌溉面积0.74万亩，依据水利水电等级划分及洪水标准（s
5、l252-2000）规范规定，枢纽为小（1）型工程，大坝为4级建筑物。1.3存在的主要问题“5.12”地震后，水库出现以下主要问题：（1）大坝迎水坡震后干砌石护面局部发生变形和滑坡，背水坡沉陷严重出现陷坑。（2）溢洪道俩侧墙和泄水陡坡浆砌石多处震裂，与基础脱落，漏水严重。（3）放水涵卧浆砌石灰缝脱落，漏水较震前明显增加，漏水量增加大约20L/S。14除险加固工程设计1.4.1针对震损险情和问题，确定除险加固方案如下：（1）大坝迎水坡采用（砂、砂砾石、块石）做干砌石护坡，背水坡按1：2.5和1：2.75坡比碾压夯实砂壤土培厚坝体，重建排水棱体，左右坝肩帷幕灌浆；使其达到土坝稳定要求：（2）加固过
6、坝输水渠，减少渗漏，消除对大坝安全的危害；（3）加固溢洪道，使其达到泄流要求，安全泄洪；（4）新建放水塔；（5）改建上坝道路；1.4.2主要工程量及材料量经概算，本次除险加固工程主要完成工程量为：土方开挖33625.7m3, 石方开挖 706m3 ，土方回填4880.1 m3，浆砌石1638.7 m3,干砌石1855.5 m3，混凝土495 m3。工程概算总投资361.84万元。1.5施工总进度计划1.5.1施工交通灌沟水库距大河坎镇14Km，其中12Km为3m宽的混凝土路面。墁坡村至灌沟水库2.0Km为3m宽土路，交通基本畅通。1.5.2施工布置本着尽量少占农田和林地，临时建筑物尽量集中布置
7、，因地制宜，就地取材，因材施工，交通便利等原则进行布置，临时占地3亩，永久性占地2亩（占林地1亩，占田1亩）。大坝加固培厚所用的土料和石料均可在各自料场准备就绪，直接运至施工工地点进行填筑施工。水泥、砂子、钢筋等建材可堆方在坝脚下。 1.5.3施工安排施工可在2008年10月份完成主体工程施工前的准备，包括场地平整、交通、临时建房和辅助性设施等工作。主体工程在2008年11月至2009年5月完成，施工收尾期为1月，于2009年6月底竣工。1.5.4施工组织本次除险加固工程由南郑县水利局组织实施，成立项目工程指挥部，全面负责工程建设管理工作。2洪水分析及调洪演算2.1流域概况灌沟水库位于冷水河右
8、岸支流杨家河中游的南郑县胡家营乡高皇村，流域内为土石山区，流域内植被良好，坝址以上主河道长3.7km，平均比降37.14，流域面积5.4km2;耕地面积约占40%，且多为梯田。水库以上流域多年平均降水量950.0mm，多年平均径流量194.4万m3。2.2历次洪水分析成果灌沟水库自1965年开始修建到现在，曾经进行多次洪水计算，其主要成果汇总如下：（1）原设计洪水：灌沟水库原为50年一遇洪水设计，洪峰流量51.0 m3/s ，洪水总量54.3万m3，200年一遇洪水校核，洪峰流量70.0 m3/s，洪水总量69.0万m3。（2）1978年复核洪水：50年一遇设计洪水，洪峰流量51.0 m3/s
9、;500年一遇校核洪水，洪峰流量83.0 m3/s。（3）1982年原地区水电局“三查三定”立案资料洪水：按照SDJ12-78标准复核，确定该水库洪水标准为50年一遇洪水设计，设计洪水位623.49m，洪峰流量51.0 m3/s，洪水总量54.3万m3；500年一遇洪水校核，校核洪水位624.09m，洪峰流量83.0 m3/s，洪水总量78.8万m3。（4） 2006年度汛计划洪水复核：50年一遇设计洪水，洪峰流量62.0 m3/s；500年一遇校核洪水，洪峰流量92.2 m3/s。2.3设计洪水计算 灌沟水库位于南郑县胡家营乡高皇村，主河道为汉江级支流扬家河，坝址以上主河道长3.7公里，河道
10、平均比降37.14%，流域面积5.4平方公里。该流域属无资料地区，设计洪水采用以下途径计算。2.3.1由经验公式推求设计洪水：查汉中地区实用水文手册（以下简称水文手册），计算洪峰流量的经验公式为：Qp = Cp Fn （21）式中：QP频率为P的洪峰流量（m3/s）； F流域面积（km2）； CP频率为P的经验参、指数。灌沟水库位于经验公式分区的汉江南分区内，Cp、n的取值和洪峰流量计算结果见表21。表21 经验公式计算洪峰、洪量成果表频率（%）0.2125QP（m3/s）87.172.064.552.22.3.2由暴雨推求设计洪水：采用水文手册提供的有关成果和方法推求。（一）设计暴雨的计算1
11、、设计暴雨历时计算时段灌沟水库流域面积5.4km2，主河道长3.7km，查水文手册表51，灌沟水库流域面积小于20平方公里，故设计暴雨历时3小时，计算时段t=1/3小时。2、各种历时暴雨量的推求由于该水库流域面积较小，故直接用设计点雨量代替面雨量，不进行点面折减。各种历时暴雨用下式计算。Htp = HtKp （22）式中：Htp频率为P，历时为t雨量（mm）； Ht历时为t的多年最大平均雨量（mm）； Kp模比系数。计算时，先从水文手册中查出各种历时暴雨量的平均值Ht和相应的变差系数Cv，再采用Cs=3.5Cv，查出Kp带入上式即可算出Htp，结果见表22。 表22 设计暴雨计算成果表历时（h
12、）统计参数频率（）、雨量（mm）HtCvCs/Cv0.21251/320.20.503.570554940129.60.533.5110557561345.00.513.516012511090（3）设计暴雨的时程分配由于该库流域面积小于20km2，故设计暴雨时程分配按最大3小时对称雨型分配，在同1小时内，除主雨段外，均按20分钟平均处理，计算结果见表23。表23 设计暴雨时程分配计算表 名称 历时（h）项目123合计1/32/311/32/311/32/31雨型标准时段H118.762.518.8100H3H116.816.816.616.616.816.6100暴雨时程分配频率（）0.28
13、.38.58.62070208.28.88.21601.06.56.66.61555156.76.86.81252.05.96.06.01349135.75.75.71105.04.95.05.010.54010.54.74.74.790（二）、设计净雨量的推求设计净雨量又称产流量或径流深，采用蓄满产流模型计算，既Rp=HpIo （23）Io=ImPa （24）式中： Rp设计暴雨所产生的径流深（mm）； Hp设计暴雨量（mm）； Io流域初损量（mmm）； Im流域最大土壤蓄水量（mm）； Pa设计条件下流域前期影响雨量，用它反映流域土壤含水量情况（mm）。灌沟水库位于汉江以南，从水文手册中查得Im=55mm，Pa=2/3Im=36.7mm。潜流量占产流总量R的20%，各时段采用平均扣除。下同频率情况下净雨量计算成果见表24。表24 净雨量计算成果表时段频率（）1/31/33/34/35/327/38/33合计0.2003.11666164.24.24.2113.71.000011.751.711.73.43.53.585.52.00009.646102.72.72.773.75.00004.737.68.12.32
