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1、目 录前 言1第一部分21 水文31.1 流域概况31.2 气象31.3 水文基本资料71.4 径流71.5 洪水资料71.6 洪水过程线71.7 分期设计洪水91.8 坝下游水位流量关系91.9 泥沙101.10 冰情102 工程地质资料102.1 工程概况102.2 勘察概况102.3 区域地质概况112.4 库区工程地质条件及评价122.5 坝址区工程地质条件及评价122.6 天然建筑材料192.7 结论及建议203 工程任务和规模213.1 工程任务213.2 工程规模213.3 洪水调节213.4 设计基本依据224 工程现状及存在问题224.1 土坝工程224.2 泄洪灌溉洞工程2
2、34.3 溢洪道工程234.4 管理设施234.5 安全鉴定核查意见235 工程布置和建筑物235.1 工程等别及防洪标准235.2 工程总体布置245.3 土坝设计245.4 排水棱体修缮245.5 泄洪灌溉洞设计256 机电、金属结构256.1 机电256.2 金属结构257 施工组织设计257.1 施工条件257.2 施工导流267.3 物资供应287.4 工程对外交通287.5 施工场地布置287.6 料场选择与开采287.7 土坝护坡和反滤、排水体施工297.8 砼施工297.9 施工道路298 环境保护与水土保持设计298.1 水土保持设计298.2 环境保护设计329 工程管理3
3、310 设计概算3310.1 编制原则及依据3311 枢纽工程特性51第二部分521洪水调节计算531.1基本资料531.2洪水调节原则541.3洪水调节计算542坝顶高程562.1坝顶超高计算562.2坝顶设计623 渗流稳定分析623.1土坝现状及存在的主要问题623.2土坝渗流稳定分析624土坝稳定复核684.1土坝边坡稳定分析685泄洪灌溉洞设计775.1进口段设计775.2有压洞设计775.3竖井段设计775.4无压洞设计775.5消能防冲设施设计775.6水力设计786坝坡设计80结 语82参考文献83谢 辞84附录85附录一：前进水库工程平面布置图85附录二：施工平面布置图85附
4、录三：输水洞结构图（1/2）85附录四：输水洞结构图（2/2）85附录五：大坝桩号0+013（输水洞）剖面图（手绘）85附录六：大坝桩号0+054剖面图85附录七：大坝桩号0+106剖面图85附录八：大坝桩号0+125剖面图85前 言前进水库位于桦甸市八道河子镇二道屯东北500m处，坝址地理坐标：东经1263345，北纬431010；水库坐落于金沙河支流上，是一座以灌溉为主，结合防洪、养鱼等综合利用的小（2）型水库。水库于1981年竣工，水库的设计防洪标准为10年一遇洪水，校核洪水标准为50年一遇，总库容20.42万m3。水库枢纽工程由土坝、溢洪道、泄洪灌溉洞三部分组成，大坝为均质坝。该水库自
5、1981年以来，由于维护资金短缺，2004年仅对溢洪道进行了除险加固，整个大坝及附属建筑物（泄洪灌溉洞等）存在多处严重的安全隐患，近年来多次发生险情，每次都是发现及时，再加上村民的奋力抢险，才勉强度汛，现大坝不能正常运行，是一座病险水库。土坝为均质坝，坝长203m，坝顶宽4.0m，最大坝高13.6m，原设计坝顶高程为299.94m，现有坝顶高程为299.77m300.0m,上游坝坡为1：2.5，下游坝坡为1：2.25；上游坡面为干砌块石护坡，下游为植物护坡。溢洪道设在右岸，为开敞式，堰顶高程297.94米，堰顶宽度5米。泄洪灌溉洞承担着灌溉与泄洪作用，洞身断面为1.00.8m方洞，洞底高程为2
6、89.5m，泄洪灌溉洞位于桩号0+013m处，与坝轴线成86角。由进口段、洞身段、竖井段、出口段及消力池段组成。前进水库是吉林省病险水库之一，该水库自1981年以来，由于维护资金短缺，2004年仅对溢洪道进行了除险加固，整个大坝及附属建筑物（泄洪灌溉洞等）存在多处严重的安全隐患，近年来多次发生险情，每次都是发现及时，再加上村民的奋力抢险，才勉强度汛。水库除险加固后，将从根本上解决水库现存的病险问题，切实保障水库所在地人民群众的生命财产安全，提高对下游灌区的供水能力，为加快该地区的经济发展起到重要作用。基于以上情况，开展前进水库除险加固工程是势在必行的。 设计者 ：赵哲鹏 2013年6月第一部分
7、设计说明书1 水文1.1 流域概况前进水库位于吉林省桦甸市二道沟村境内，第二松花江水系辉发河左岸一级支流金沙河的支流上。流域属于半山区河流，植被覆盖良好。坝轴线基本呈西北东南走向，是一座以防洪、灌溉为主，结合养鱼等综合利用的小（2）型水库。该水库控制流域面积2.9km2，河道长度3.42km，河道平均坡度47。辉发河发源于清源县龙岗山脉中段的滚马岭，于桦甸县头道沟汇入松花江。流域形状呈扇形，河长240km，河道平均坡降0.53，流域内地形变化很大，上游为山区，中下游为丘陵及火山、岩溶、台地。土壤分布：坡地为粘土，平地为壤土，河谷两岸多为农田。工程所在金沙河为辉发河左岸一级主要支流。发源于哈达岭
8、山脉桦甸县境内黑风顶子山西北侧，出源后由北向南流，在桦甸县八道河子镇兴隆山村转向东南流直奔河口。河长70.3km，流域面积1209 km2，河道平均坡度2.0。金沙河上游为低山区，坡度较陡，植被较好，中下游为丘陵区，植被较差，两岸生长灌木杂草，沿河有冲积平原，其中50左右被开成水田。水库坝址以上主要是山地，次生森林茂密，杂草丛生。1.2 气象本地区属于大陆季风气候区，春季干燥风大，夏季湿热多雨，秋季晴暖，冬季漫长寒冷，四季温差较大。本次设计以桦甸站作为参证站进行气象资料统计：桦甸气象站多年平均降水量为754.6mm，降水量年内分布不均匀，主要集中在69月份，占年降水量的71.2，多年平均蒸发量
9、为658.6mm（E601)，多年平均气温4.1，极端最高气温36.3，极端最低气温-45，多年平均风速为2.2m/s，最大风速为20m/s，多年平均日照时数为2343h。各项气象要素统计详见表表1-2-1表1-2-3：表1-2-1 桦甸气象站气象资料统计表项目123456789101112年多年平均降水(mm)8.99.717.242.665.8111.9191.8160.273.439.422.311.3754.6多年平均蒸发(mm)(20cm)12.022.160.6136.7211.8177.9159.6140.2112.181.533.714.61162.9K0.500.500.50
10、0.530.550.560.600.610.610.600.500.50多年平均蒸发(mm)E6016.011.130.372.5116.599.695.885.568.448.916.97.3658.6分配比（%）0.91.74.611.017.715.114.513.010.47.42.61.1100多年平均日照（h）160.4181.4219.1217.5244.9227.4201.4197.4206.4196.5154.1136.52343平均风速（m/s）1.82.02.63.02.92.21.81.71.72.12.31.92.2最大风速（m/s）141818.020.018.01
11、7.71815.714.7161816.320风向wWSWWSW3个WSWNESWWSWWSWWSWWSWWSW3个平均气温（）-18.7-14.3-3.56.614.319.122.321.114.16.1-4.1-14.04.1极端最高气温（）4.99.218.828.533.634.936.334.131.22919.59.636.3极端最低气温（）-45-40-34.2-17.4-5.33.711.94.6-3.4-13.1-29.2-40.5-45.0表1-2-2 桦甸站历年各月最大冻土深度及地中10、30cm处冻结、解冻日期 单位：cm 年份月份全年项目冻结日期解冻日期101112
12、1234510cm30cm10cm30cm极值967133171190197197189197平均22/115/1229/38/4日期2230313127,2819天4天1，223天/3,4最早5/1122/1115/319/3年份1980196767,75197563,691969196919691969最晚6/1231/1210/420/4表1-2-3 桦甸站历年各月无霜日数及初、终期 单位：d年份月份全年初日终日初终间日数910111212345平均2.819.32528.328.225.024.315.73.5175.225/914/5232.8最多（早）826283031272921
13、918810/927/4255最少（晚）011212422222010016011/1031/52141.3 水文基本资料前进水库始建至今没有水文观测资料。相邻流域水文站主要有辉发河流域的民立水文站、漂河流域的横道子水文站等。1.4 径流 本次设计采用吉林省水资源（吉林科学技术出版社 2008.1）中“吉林省19562000年平均年径流深等值线图”的查算结果，得工程所在地平均年径流深为300mm，Cv=0.48，Cs=2Cv。多年平均径流量为87万m3，五年一遇径流量118.8万m3。选择辉发河流域金沙河上的民立水文站为典型站，1964年为典型年，对径流进行年内分配。表1-4-1 前进水库P=
14、20%径流量年内分配表 单位：104m3月份123456789101112合计民立站分配比0.380.20.9310.34.2631156.49.422.11.510.5100（%）前进水库0.45 0.24 1.10 12.24 5.06 3.56 13.07 67.00 11.19 2.49 1.79 0.59 118.80 1.5 洪水资料1.5.1 暴雨成因该流域属于大陆季风气候区，是台风和华北气旋路经之地，暴雨发生频繁，造成该流域暴雨成因主要是气旋、冷涡和台风等天气系统影响，暴雨多集中在78月份，降雨强度大，雨量集中。1.5.2 洪水特性本流域属于半山区性河流，河流一年两汛，即春汛和
15、夏汛。春汛又称桃花水，发生在35月，汛水来源于冰雪融化，造成洪灾的主要是夏汛，洪水多由暴雨形成，大洪水主要发生在7、8月份。本流域河道比降较陡，流域汇流快，洪水历程短，洪水过程多为单峰，一次洪水历时一般为13天左右，基本是陡涨陡落。1.6 洪水过程线洪水过程线采用阿列克谢也夫法过程线。表1-6-1 前进水库设计洪水过程线表P=0.5%P=5%tqtqtqtq0.40.174.620.010.40.014.615.690.50.904.718.840.50.074.715.070.62.674.817.720.60.294.814.470.75.694.916.670.70.784.913.88
16、0.89.85515.660.81.61513.310.914.835.114.710.92.805.112.75120.275.213.8114.315.212.201.125.815.312.961.16.075.311.671.231.175.412.151.28.005.411.161.336.145.511.391.310.005.510.661.439.15.610.671.412.005.610.181.545.45.710.001.513.955.79.721.649.65.89.361.615.805.89.271.752.25.98.761.717.505.98.841.8
17、54.568.201.819.0468.431.954.86.17.671.920.406.18.03254.66.27.17221.586.27.652.154.16.36.702.122.576.37.282.253.46.46.262.223.396.46.932.352.56.55.852.324.036.56.602.451.46.65.462.424.516.66.282.549.26.75.102.524.846.75.972.647.96.84.762.625.036.85.672.746.76.94.452.725.106.95.392.844.174.152.825.057
18、5.122.943.37.13.872.924.917.14.86342.47.23.61324.677.24.623.142.17.33.373.124.367.34.383.240.47.43.143.223.987.44.163.340.057.52.933.323.547.53.953.438.277.62.733.423.057.63.753.536.527.72.543.522.527.73.553.634.787.82.373.621.967.83.373.733.087.92.213.721.377.93.203.831.4282.063.820.7683.033.929.80
19、3.920.148.12.87428.24419.518.22.724.126.724.118.874.225.264.218.224.323.864.317.584.422.524.416.944.521.234.516.311.7 分期设计洪水1.7.1 时段的划分由于前进水库没有分期洪水资料，本次设计借用辉发河流域左岸富太河上的柳杨水库分期洪水成果。根据设计参证站柳杨水库历年各月最大洪水资料，点绘洪水年内分布图，描绘平顺外包线，根据来水趋势以及施工组织设计要求划分出春汛、秋汛。春汛分期：4月1日5月31日，秋汛分期：9月1日10月31日。分期洪水在施工中使用时可跨期使用，一般可以跨5天左
20、右，最多不能超过10天。1.7.2 计算方法根据分期洪水的划分时段，对柳杨水库春汛、秋汛两个时段进行洪水特征值统计，采用不跨期极值选样的原则进行峰量统计，按连序系列进行频率分析，理论频率曲线采用皮尔逊型曲线目估适线，统计参数按矩法公式计算。1.7.3 前进水库分期洪水计算根据柳杨水库站的计算统计参数，用柳杨水库同频率下的分期洪水占主汛洪水的比例来推求前进水库的分期洪水。成果见下表：表1-7-1 前进水库分期洪水成果表项目P(%)主汛春汛秋汛柳杨水库Q（m3/s）101049.97.820535.64.6W1（104m3）1050576442027039.827.4前进水库Q（m3/s）1018
21、.11.72 1.36 2012.11.28 1.05 W1（104m3）1028.14.23 2.45 2019.12.82 1.94 根据施工组织要求，计算P=20%时9、10、11月份的径流量为15.5万m3。1.8 坝下游水位流量关系因本次设计没有实测的坝下水位流量关系，泄洪灌溉洞下游处水位流量关系采用曼宁公式推算，河道纵坡为0.01，糙率n=0.03。公式： 式中：C谢才系数， ；A过水断面面积； R水力半径，R=A/X； X湿周； i底坡降，泄洪灌溉洞出口处水位流量关系曲线见下表。工程竣工后，建议加强对坝下水位流量的观测。表1-8-1 前进水库大坝下游水位流量关系表水位（m）286
22、.0286.20286.40286.60286.80287.00泄流量（m3/s)00.281.062.424.487.34水位（m）287.20287.40287.60287.80288.00288.20泄流量（m3/s)11.0815.8121.6128.5736.7646.271.9 泥沙由于前进水库无泥沙观测资料，本次设计采用吉林省水资源（吉林科学技术出版社 2008.1）中“吉林省19802000年平均悬移质年输沙模数分区图”的查算结果，得水库多年平均悬疑质输沙模数为200t/a/km2，推移质输沙量按占悬移质输沙量的20%计。1.10 冰情该地区多年平均初冰日期10月27日，封冻日
23、期为11月15日，多年平均开河日期为4月1日，终冰日期为4月11日，封冻天数为142天，冻层深为1.70m，库区平均冰厚1.0m左右。2 工程地质资料2.1 工程概况前进水库位于吉林省桦甸市八道河镇境内，坝址以上集雨面积2.94km2。水库于1981年竣工。总库容20.42万m3，兴利库容16.35万m3，正常高水位297.94m。坝长为203m，坝顶宽4.0m，最大坝高13.6m，坝顶高程299.77m300.00m。前进水库是一座以灌溉为主，结合养鱼等综合利用的小(2)型水库。前进水库枢纽主要由土坝、泄洪灌溉洞及溢洪道组成。水库存在的主要问题（1）库内淤积较严重；（2）前坝坡护坡块石起伏不
24、平，凌乱不堪，后坡冲刷严重；（3）左坝肩渗漏严重；（4）坝基渗漏，坝后有积水。（5）泄洪灌溉洞右侧渗漏严重。2.2 勘察概况水库修建至本次勘察间从未进行过勘察。2011年2月18日2月23日，对前进水库进行初步设计阶段的工程地质勘察工作，2011年10月14日又进行补充勘察，完成工作量见表2-2-1。表2-2-1 前进水库工程地质勘察工作量一览表 项目工程位置工程地质测绘钻 探探坑及五米钻标贯触探取 样 试 验工 程 测 量比例面积孔数进尺原状扰动击实样水样剖面定位点1/1000km2个m个次件km/条个坝址区地质调查0.28km2441.2626库区及料场调查地质调查15km222011年3
25、月14日3月16日，进行内业整理及报告编写。2011年10月1619日进行报告补充修改。工作依据及执行的有关规范规程（1）中小型水利水电工程地质勘察规范SL55-2005；（2）水利水电工程地质勘察规范GB50487-2008；（3）水利水电工程地质测绘规程SL299-2004；（4）土工试验规程SL237-1999；（5）原状土取样技术标准JGJ89-92；（6）水利水电工程钻探规程SL291-2003； （7）水利水电工程注水试验规程SL345-2007；（8）水利水电工程制图标准SL73-95；（9）工程地质手册第四版；（10）水利水电工程天然建筑材料勘察规程（SL251-2000）。2
26、.3 区域地质概况本区地貌属吉林省东部山地的吉林低山丘陵区，吉林哈达岭和大黑山呈北东走向分别在本区的南东与西北通过。以北西向发育的河流为主，北东向发育的河流次之。河谷漫滩、阶地较发育。本区地层属辽东分区吉林延边分区中的吉林小区，发育地层主要有古生代沉积岩等，地表多由第四系冲洪积堆积及坡积层覆盖。该区大地构造单元属天山兴安地槽褶皱区吉黑褶皱系吉林优地槽褶皱带吉林复向斜吉林桦甸褶皱束。据1:50万吉林省构造体系图，本区构造以北东向构造体系为主。 根据中国地震动参数区划图（GB18306-2001），本区地震动峰值加速度为0.05g，相应地震基本烈度为度。根据中国季节冻土标准冻深线图，本区标准冻土深
27、度1.70m。2.4 库区工程地质条件及评价2.4.1 库区工程地质条件2.4.1.1 地形地貌库区地貌为低山丘陵，地形呈北东高、西南低，河谷呈不对称 “U”型。地貌形态按其成因类型可分为丘陵、山前坡洪积地形及河谷。低山丘陵：主要分布于库区右侧，山顶浑圆状，丘陵斜坡坡度2030，切割深度5060m。地表植被较发育，组成岩性主要为安山岩等。山前坡洪积地形；主要分布于水库两岸，呈倾斜状，坡度较缓，一般25以下。组成岩性以碎砾石混土为主。河谷：主要为阶地，地势较低平。组成岩性以灰色低液限粘土、砂及砂砾石为主。2.4.1.2 地层岩性库区内出露岩石主要为海西期花岗岩及第四系松散堆积物，松散堆积物广泛分
28、布在水库周边，岩性主要为坡洪积及河流冲积的碎砾石、粘性土、砂及砂砾石等。2.4.1.3 地质构造根据1：20万区域地质图及地质测绘，库区内未发现有大的构造通过。2.4.1.4 水文地质库区地下水类型主要为基岩裂隙水及第四系松散层孔隙水。基岩裂隙水赋存于岩体裂隙中，接受大气降水及第四系孔隙水补给，排泄于下游；第四系孔隙水赋存于第四系冲积、坡洪积的砂砾石层中，接受大气降水补给，排泄于河流及下游。2.4.2 库区工程地质评价2.4.2.1 库区渗漏库区周边地势较高，地下水分水岭高于水库正常高水位，未见有通向邻谷的渗漏通道，不存在永久渗漏问题。2.4.2.2 库区塌岸及淤积水库周边地形坡度较缓，植被发
29、育较差，水库运行多年，未见有较大塌岸问题，库岸基本稳定，但固体径流量较大，存在较严重的淤积问题，淤积厚度34m。2.4.2.3 库区浸没库区附近无厂矿、村屯，正常高水位附近较少耕地，一般不存在库区浸没问题。2.5 坝址区工程地质条件及评价2.5.1 坝址区工程地质条件2.5.1.1 地形地貌坝址区地貌按成因类型可分为河谷阶地（I）及山前坡坡洪地貌（）。河谷阶地（I）：分布于坝址大部分地段，地形较低平，微向河床方向倾斜，宽约100130m，地面高程286288m。地表岩性为不连续的低液限粘土及砂砾石。山前坡洪积地形（）：主要分布于河谷阶地两侧及两坝肩，发育宽度较大，100m以上。地面高程290m
30、以上。表层岩性为碎砾石混土。2.5.1.2 地层岩性坝址区地层岩性包括人工填土、第四系河流冲积层、坡洪积物及下部岩体等。地层岩性由新至老分述如下：（1）第四系全新统人工堆积物(Q4r)坝体含土碎石 (1-1)：灰色黄色，结构不均匀。以碎砾石及风化砂为主，含细粒土，细粒土可达1520%左右，稍湿，稍密中密。碎砾石径一般820mm，大者可达50mm以上。2组颗分均值：砾石47.4%，粗砂24.1%，中砂2.5%，细砂3.9%，粉粒17.6%，粘粒4.5%，按颗分定名为粉土质砂。分布于坝顶，厚度2.02.5m。坝体粉土质砂（1-2）：黄色，成分为砂砾石混粘性土及少量碎石，结构较杂。一般中密状，稍湿湿
31、。4组颗分均值：砾石35.4%，粗砂16.4%，中砂3.8%，细砂3.9%，粉粒32.9%，粘粒7.6%，按颗分定名为粉土质砂。分布于坝体碎石土(1-1)以下，组成坝体主体，最大厚度13.2m。（2）第四系全新统冲积堆积物(Q4al)低液限粘土：灰色，黄灰色为主，结构较均匀，含植物根系，可塑状。以粉粒成分为主，次为粘粒。分布于坝基河谷阶地表层，厚度0.120.25m。砂砾石：灰色为主，结构不均匀。砾石含量50%以上，砾径560mm均有，个别大者可达60mm以上。卵砾石磨圆较差，以次棱角状为主，个别棱角状，少量次圆状，含泥质成分。卵砾石原岩成分主要为坚硬沉积岩及火成岩。砂以粗砂粒为主。该层稍密，
32、饱和，透水性较强。分布于坝基河谷阶地低液限粘土以下，厚度1.52.8m。（3）第四系上更新统冲洪积堆积物(Q3apl)粉土质砂：黄色，结构混杂。以砾石为主，少量碎石。粒径一般810mm，大者可达80100mm。稍湿，稍密中密。次为砂及粘性土，粉粘粒含量可达2025%，充填于粗粒空隙中，透水性较差。分布于坝基两侧及右坝肩表层。厚度不一，较厚处可达5.0m以上。（4）岩体强风化安山岩：灰色，岩芯块状为主。节理裂隙发育，透水。分布于坝基底部、左坝肩及右坝肩粉土质砂以下。 各岩土层物理力学性质指标试验值见试验成果汇总表3-5-1。2.5.1.3 地质构造通过区域地质图及地质测绘、钻探勘察中未发现构造破
33、碎带。2.5.1.4 水文地质坝址区地下水类型主要为第四系松散层孔隙水。孔隙水赋存于全新统冲积砂砾石层中，含水层透水性较强。坝后地下水位埋深较小，一般小于0.5m，低洼处地下水位高于地面。地下水接受大气降水、基岩裂隙水及库水补给，向河床部位及下游排泄。桦甸市前进水库物理力学指标试验成果见表2-5-1。通过调查访问，库水及地下水对混凝土无腐蚀性。 桦甸市前进水库物理力学指标试验成果汇总表 表2-5-1岩 性项 目含水量容 重孔隙比比 重液 限塑 限塑性指数液性指数渗透系数压缩系数抗 剪 强 度天 然 坡 角承载力颗 粒 组 成 (mm)备 注湿干水上水下卵石砾砂 粒粉粒粘粒粗中细WdeGWLWp
34、IpILKa1-2ccmfk6060220.50.50 0.250.25 0.0750.075 0.0050.005%g/cm3g/cm3%cm/sMPa-1kPa度度度kPa%坝体含土碎石(1-1)最大值2.510-3最小值5.410-4平均值1.510-349.424.12.53.917.62.5大均值小均值组数2222222坝体粉土质砂(1-2)最大值5.510-4最小值8.510-5平均值1.510-437.417.453.932.14.2组数2444444粉土质砂平均值4.6710-445.613.86.24.1255.3组数22222222.5.2 坝址区工程地质评价2.5.2.1
35、 坝体质量评价（1）坝体结构坝体为粉土质砂均质坝，顶部有2.02.5m厚的含土碎砾石(1-1)，前坡为护坡块石，后坡坡脚有块石排水棱体，底部为齿槽，齿槽部位坝体坐于强风化安山岩上，中右侧坝体坐于粉土质砂层上。（2）坝体填筑质量评价按水利水电工程天然建筑材料勘察规程SL251-2000 均质坝土料质量技术要求评价，见表2-5-2。表2-5-2 均质坝土料质量评价表项 目SL251-2000规范规定技术指标试 验 值评 价粘粒含量1030%为宜 35%(均值4.0%)不合格塑性指数717渗透系数辗压后小于1.010-4CM/S1.510-4CM/S不合格有机质含量5%-水溶盐含量3%-天然含水量与最优含水率或塑限相近者为优
