公主嶺市卡倫水庫土壩除險加固設計畢業(yè)設計

1、前 言畢業(yè)設計是各高校為大學生安排的最后一次全面性、總結性的教學實踐環(huán)節(jié)，既是學生在教師指導下運用所學知識和技能解決具體問題的一次嘗試，也是學生走向工作崗位前的一次實戰(zhàn)演習。通過畢業(yè)設計，我們應達到以下幾個目的：1.鞏固、充實、加深和擴展大學課堂所學的基礎理論和專業(yè)知識；2.提高運用知識和解決實際問題的能力；3.敢于創(chuàng)新，正確地將創(chuàng)新精神與科學態(tài)度相結合；4.養(yǎng)成嚴肅認真、刻苦鉆研、實事求是的工作作風。畢業(yè)設計可以提高學生多方面的能力，包括綜合應用所學知識能力、發(fā)現(xiàn)和解決問題能力、資料查詢及協(xié)調合作能力等。水利水電工程設計條件較為復雜，規(guī)模較為龐大，有很強的季節(jié)性、多樣性、風險性，因此在組織設

2、計過程中應充分考慮工程地質條件及處理措施，根據(jù)當?shù)氐臈l件選擇最優(yōu)的方案，使之既經濟又安全。我本次畢業(yè)設計的內容是對公主嶺市卡倫水庫土壩進行除險加固設計。土石壩得以受到廣泛的應用和發(fā)展的主要原因是，可以就地、就近取材，節(jié)省大量水泥、木材和鋼材，減少工地的外線運輸量；能適應各種不同的地形、地質和氣候條件。任何不良的壩址地基，經處理后均可筑壩；大容量、多功能、高效率施工機械的發(fā)展，提高了土石壩的施工質量，加快了進度，降低了造價，促進了高土石壩建設的發(fā)展。高邊坡、地下工程結構、高速水流消能防沖等土石壩配套工程設計和施工技術的綜合發(fā)展，對加速土石壩的建設和推廣也起了重要的促進作用。由于巖體力學理論、試驗

3、手段和計算機技術的發(fā)展，提高了大壩分析計算的水平，加快了設計進度，進一步保障了大壩設計的安全可靠性。設計任務包括土壩的除險加固及輸水洞的設計。其中土壩設計主要包括以下方面：壩頂高程校核；壩頂路面翻修；上下游護坡設計；滲流分析；穩(wěn)定分析。全面的介紹了該工程的設計過程和設計條件等內容。通過這次畢業(yè)設計，使我有機會親自動手參與水利水電工程的設計工作，學到了很多平時在課本中很難學得到的東西，這更加深了我對水利行業(yè)的熱愛，畢業(yè)后將以無比的熱情投入祖國水利建設的事業(yè)當中去，努力盡自己的一份力量。第一部分 設計說明書1 基本資料1.1 工程概述卡倫水庫位于公主嶺候家屯，建于遼河支流干溝河上游，壩址以上控制流

4、域面積90km2。水庫始建于1956年，由友聯(lián)村、連家店村、莫里鄉(xiāng)村聯(lián)合修建，故名卡倫水庫。1972年進行擴建，1974年竣工并達到現(xiàn)有規(guī)模, 水庫是以防洪、灌溉為主，結合養(yǎng)魚等綜合利用的中型水利樞紐工程。水庫為多年調節(jié)，總庫容為1255104m3，工程等別為三等，主要由土壩、輸水洞、溢洪道、渠首樞紐等建筑物組成。主要建筑物土壩、輸水洞和溢洪道為3級，附屬建筑物渠首樞紐和井柱橋為4級。土壩分主、副壩，全長1399m，其中主壩長1200m，副壩長199m。輸水洞位于壩軸線樁號1+046.85m處，溢洪道位于壩軸線樁號0+263.15m處。1.2 工程現(xiàn)狀及存在的主要問題1.2.1 土壩1、工程現(xiàn)

5、狀土壩包括主壩及副壩，皆為粉質壤土均質壩。主壩樁號在0+0001+200m處，壩長1200m，壩頂高程249.9m，壩頂寬4.0m。上游壩坡1：3，干砌石護坡；下游壩坡1：2.5，草皮護坡，最大壩高7.48m。下游壩坡在輸水洞出口至樁號1+149m之間，于高程246.0m 以下設置風化砂透水料貼坡蓋重，頂寬2.25m，坡比1：3；于高程244.5m以下為干砌石貼坡排水。排水之后為集水溝與保護子堤，壩體滲水由集水溝分別排入灌溉渠道和河道。副壩樁號為1+2001+399m，壩長199.0m,壩頂高程249.9m，壩頂寬4.0m。上游壩坡1：3，干砌石護坡；下游壩坡1：2.5，草皮護坡，最大壩高6.

6、68m。無排水設施。2、存在的問題1） 壩高不足。水庫為平原區(qū)中型水庫，依據(jù)水利水電工程等級劃分及洪水標準（sl2522000），土壩防洪標準為2050年設計，100300年校核。本次采用洪水標準為30年設計，200年校核；2）土壩上游護坡變形嚴重。土壩現(xiàn)有干砌石護坡由于多年受冰推力、凍融、風浪等外力作用，反濾層被淘空，護坡塊石松動變位，失去防護能力； 3）壩頂為砂石路面，且高低不平，不滿足土壩設計規(guī)范要求；4）土壩下游壩坡原設計為草皮護坡，實為無護坡工程措施的天然狀態(tài)，由于水流沖刷形成沖溝，壩下集水溝年久失修，斷面淤堵，排水不暢。1.2.2 輸水洞1、輸水洞現(xiàn)狀廢棄輸水洞始建于1956年，位

7、于壩軸線樁號1+078.45m處，形式為4孔內徑450mm砼預制管，洞進口底板高程241.5m，洞頂高程242.02m，坡度i=1/100。由于不滿足灌溉需要，1959年采用素砼將該洞封堵埋于壩內。廢棄時已拆除一部分，目前壩內每孔長10m，分5節(jié)，各節(jié)間設砼截水環(huán)，管下設素砼支座厚0.7m，長20m，寬3.8m。封洞素砼進口長2.5m，寬4.8m，高1.7m，管內部分長1.5m；出口素砼長1.0m填充于管內?，F(xiàn)有輸水洞始建于1959年，位于壩軸線樁號1+046.85m處，為1.01.0m單孔有壓洞，洞長21.2m，全長72.68m。洞進口底板高程241.57m，工作閘門系平板定輪鋼閘門，配5噸

8、螺桿式啟閉機，最大放流5.8m3/s。2、存在的問題1）豎井正常高水位以下砼表面嚴重剝蝕，胸墻破碎； 2）洞身、消力池裂縫，海漫段水毀； 3）工作閘門銹蝕、漏水，啟閉設備陳舊老化，啟閉困難；4）啟閉機室屋蓋板破損。1.2.3 渠首樞紐該樞紐位于輸水洞下游，由于運行多年，年久失修，工程老化，且不滿足灌溉引水要求，并對搶險道路維修有影響，故將該樞紐工程的蓋板橋、分水閘及節(jié)制閘拆除重建。1.2.4 其它方面存在的問題1) 管理設施不配套，水庫至今沒有辦公樓，辦公設施簡陋，缺少必備的生產和交通工具，輸水洞無完好電力設施及備用電源；2) 搶險道路路面較窄且破損嚴重，汛期如遇大雨，交通不便，不滿足防汛搶險

9、要求；3) 水庫無任何水文氣象觀測設施；4) 庫區(qū)水土流失嚴重，庫區(qū)周邊植被破壞嚴重，水庫產生大量淤積，水質惡化，庫容減小。1.3 工程特性指標工程特性指標見表1-1，1-2。表1-1 工程特性表(1)序號名稱單位指 標本次設計原設計一、水文1、地址以上流域面積km290902、利用水文系列年限年263、洪峰流量1）校核洪水標準p=0.5%m3/s3923422）設計洪水標準p=3.33%m3/s209186(50年)3）防洪除澇標準p=10%m3/s1154、洪水總量1）校核洪水標準p=0.5%104m31301（24小時）1705（三天） 2）設計洪水標準p=3.33%104m3725（2

10、4小時）1328（三天）3）防洪除澇標準p=10%104m34225、降雨蒸發(fā)1）多年平均降水量mm6332）多年平均蒸發(fā)量mm788二、水庫1、水位 1）校核洪水位(p=0.5%)m248.80249.40 2）設計洪水位(p=3.33%)m247.87248.273）除澇水位(p=10%)m247.374）正常蓄水位m247.55247.555）汛限水位m246.60246.606）死水位m245.25244.502、庫容1）總庫容104m312551620 2）設計洪水位相應庫容104m38563）除澇庫容(p=10%)104m3665 4）正常蓄水位相應庫容104m37308865）防

11、洪庫容104m383310306）興利庫容104m36007567）死庫容104m3130130 3、正常蓄水位相應水面面積km21.461.46三、主要建筑物1、土壩壩型粉質壤土均質壩粉質壤土均質壩2、壩頂高程1）主壩m250.37249.92）副壩m250.37249.93、壩頂長m1）主壩m120012002）副壩m199199表1-2 工程特性表(2)序號名稱單位指 標本次設計原設計1、最大壩高m7.957.482、輸水洞1）型式m壩下鋼筋砼方涵壩下鋼筋砼方涵 2）進口底板高程m244.75241.573）洞身尺寸1.21.5114）閘門數(shù)量扇225）泄流量m3/s11.35.81.4

12、 工程任務與規(guī)模1.4.1 工程任務水庫防洪主要保護對象為，下游2個鎮(zhèn)，24個村屯 1萬人， 2.69萬畝耕地；灌溉水田0.45萬畝。1.4.2 工程規(guī)?？▊愃畮焓且苑篮?、灌溉為主，結合養(yǎng)魚等綜合利用的中型水利樞紐工程。依據(jù)防洪標準（gb50201-94）規(guī)范，水庫設計洪水標準為30年一遇，校核洪水標準為200年一遇，下游河道防洪標準為10年一遇。1.4.3 調洪成果調洪成果見表1-3。表1-3 調洪成果表 頻率（%）最高洪水位（m）最大庫容（104m3）最大泄量（m3/s）壩頂高程（m）10247.37665253.33247.8785662.8249.910.5248.801255103.

13、11250.301.5 除險加固的必要性卡倫水庫由于水庫建庫較早，技術水平較低，施工質量較差，水庫存在較嚴重質量問題。1987、1991、1993年曾對壩后（1+0741+149樁號）出現(xiàn)的縱橫向裂縫進行了處理。盡管水庫在防洪、灌溉、養(yǎng)魚以及改善生態(tài)環(huán)境等方面發(fā)揮了一定作用，但存在的各種問題導致水庫不能安全運行，經安全鑒定是一座三類病險水庫，影響正常效益充分發(fā)揮。為此，盡快實施水庫除險加固，對更好地發(fā)揮水庫經濟效益和社會效益，有著極其重要的意義。水庫如帶病運行，一旦潰壩，受災人口1.0萬人、淹沒耕地2.69萬畝、房屋20萬m2、公路14.48km，造成直接經濟損失1.3億元。1.6 地質情況1

14、.6.1 庫區(qū)卡倫水庫位于松遼波狀臺地區(qū)邊緣，水庫流域上游為丘陵及山區(qū)，庫區(qū)屬于平原區(qū)，周邊為波狀臺地，高程在248251m之間，水面及周邊分布寬度不等的帶狀階地，高程在242248m之間，與臺地呈緩坡接觸，庫區(qū)呈淺碟狀。1、庫區(qū)滲漏卡倫水庫位于波狀平原區(qū)，庫區(qū)周邊為寬闊的波狀臺地，無深大溝谷，庫區(qū)周邊及庫底又分布有810m厚的粉質壤土微透水層，故庫區(qū)不存在滲漏問題。2、庫區(qū)坍岸因水庫呈淺碟狀，周邊地勢平緩，不存在坍岸問題。3、庫區(qū)浸沒水庫正常高水位為247.55m，庫區(qū)周邊村屯都建在249.00m以上，在水庫上游進水口一帶，地勢較低洼，高程在248.0m 左右，呈帶狀分布于干溝河左岸，現(xiàn)為大

15、片水田，故庫區(qū)周邊村屯房屋及農田沒有浸沒問題。4、庫區(qū)淤積由于水庫周邊植被較差，水庫淤積嚴重。1.6.2 壩址區(qū)壩址區(qū)左右兩岸為波狀平原區(qū)中的微起伏臺地，高程在249.0m以上；中間為階地，寬約1300m，高程為242.5247.5m。壩體座落在階地之上，與兩岸呈緩坡接觸。1、壩體土壩碾壓質量較差，僅有51%土樣干容重達到干容重15.5kn/m3。2、壩基工程地質評價1) 沉降穩(wěn)定水庫經多年運行，壩基土的壓縮已基本穩(wěn)定，不必考慮沉降問題。 2) 震動穩(wěn)定區(qū)域地震基本烈度為度，壩體及壩基主要土層巖性均為粉質壤土，可不考慮土體液化問題。3) 壩基滲漏壩基土、層粉質壤土的滲透系數(shù)分別為k=2.010

16、-6cm/s、k=3.210-6cm/s及k=2.9510-6cm/s，屬微透水層；下伏粗砂為中等透水層，滲透系數(shù)k=3.1010-3cm/s，但埋藏較深，大于8.0m。壩基滲漏量較小。4) 抗滑穩(wěn)定根據(jù)土樣分析，粉質壤土=16.0，粉質壤土=14.4。水庫運行多年，未發(fā)現(xiàn)異常情況。3、壩肩穩(wěn)定性評價土壩左右兩壩肩均座落在臺地的q粉質壤土上，其滲透系數(shù)為k=3.510-6cm/s，內摩擦角=15.6，水庫經過多年運行，沒發(fā)現(xiàn)壩肩滲漏及不穩(wěn)定因素。2 水文狀況2.1 流域概況卡倫水庫流域的地理位置為東經125029，北緯42058，壩址以上控制流域面積90km2。河道長度18.9km，河道比降2

17、.5；流域坡面長度1510m，坡面坡度3.6%；流域長度20.3km，流域坡度2.7。流域上游以粉質壤土為主，耕地多為旱田，植被良好。2.2 氣象本流域屬溫帶大陸性氣候，特點是春季干燥多風，夏季溫熱多雨，冬季漫長嚴寒少雪。本次以遼源氣象站為參證站，統(tǒng)計各項氣象要素，統(tǒng)計系列為19571990年，近期未發(fā)生異常天氣。多年平均降水量633mm，降水多集中在69月份，占全年平均降水量的73.9%，多年平均蒸發(fā)量788mm。多年平均氣溫為5.2oc，最高氣溫為36.0 oc，最底氣溫為-37.8 oc，多年平均無霜期137天，多年平均日照時數(shù)2545.2h。最大凍層深度1.6m，多年平均最大風速為16

18、.7m/s。2.3 冰情因卡倫水庫無冰情觀測資料，參考三連水庫及二龍山水庫資料，初冰期最早為1976年10月21日，終冰期最晚是1971年4月23日。全年穩(wěn)定封凍天數(shù)為141天，水庫冰厚為0.81.1m。2.4 洪水2.4.1 暴雨特性卡倫水庫屬公主嶺河流域，該流域各類氣旋活動頻繁，又處于西南方向水汽入流的迎風坡，受自西向東移動的氣旋和副高后部的臺風影響形成大暴雨,也是我省暴雨較集中的地區(qū)。暴雨主要集中在7、8兩月，氣旋和副高后部的臺風雨籠罩面積大，暴雨強度大，且雨量集中，一般歷時為三天。2.4.2 洪水特性流域屬于平原區(qū)，造成洪災的主要是夏汛，洪水是由暴雨形成。主要發(fā)生在7、8月，洪水過程多

19、為單峰，陡漲陡落，歷時最長為三天。2.4.3 歷史洪水由吉林省洪水調查資料第五冊查得,在1979年11月，由當時四平水勘處組織調查，本次訪問六個村的四十多人，其中大部人是60歲以上的老人，對本流域發(fā)生的大水都是親身經歷，指認洪痕共十五處，1934年洪痕6處。1949年洪痕9處。經分析認為1949年洪痕點較多。有明顯地物，較可靠。1934年洪痕點因時間長，無明顯地物可定，由上下游洪痕相互核對，認為可供參考。2.5 泥沙水庫沒有實測泥沙資料，依據(jù)1984年版吉林省地表水資源成果,分析水庫多年平均懸移質輸沙模數(shù)為500t/(km2y),推移質泥沙輸沙模數(shù)按懸移質的40%計算，三連水庫多年平均輸沙量為

20、6.3104t。2.6 水庫水位雨量站為搞好水文氣象監(jiān)測，根據(jù)該流域特點，設立水庫水位雨量站，做好監(jiān)測工作，以便管理人員及時準確的向有關部門提供數(shù)據(jù)。3 工程地質3.1 庫區(qū)工程地質條件及評價3.1.1 地質概況1、地形地貌卡倫水庫位于松遼波狀臺地區(qū)邊緣，水庫流域上游為丘陵及山區(qū)，水庫位置屬于平原區(qū)，水庫周邊為波狀臺地，高程在248251m之間，水面周邊分布寬度不等的帶狀階地，高程在242248m之間，與臺地呈緩坡接觸，庫區(qū)呈淺碟狀。2、地層巖性庫區(qū)第四系松散地層較厚，大于27m ，基底為第三系白色泥質砂巖。主要地層如下：1）全新統(tǒng)（q4h）沼澤沉積層：主要分布在二級階地區(qū)，巖性為黑灰色淤泥質

21、粉質壤土，土質不均，局部含有機質。2）上更新統(tǒng)顧鄉(xiāng)屯組（q3gal）沖積層：主要巖性上部為黃色粉質壤土或灰綠色、黑色粉質壤土，下部為黃白色粗砂層。3）中更新統(tǒng)荒山組（q2hal+pl）沖洪積層：該層為沖積洪積層，巖性為粉質壤土，黃色，含鐵錳質結核。4）下更新統(tǒng)白土山組（q1bfgl）冰水堆積層：該層為冰水堆積物，主要巖性為黃白色粗砂。3.1.2 水文地質條件庫區(qū)大孤山至莫里青山一線為北西向松遼分水嶺，形成了庫區(qū)北部的第四系白土山組孔隙承壓水含水層及第三系地層褶曲向斜儲水構造。地下水補給來源為大氣降水。波狀臺地區(qū)地下水埋藏深度較穩(wěn)定，一般在15.0020.0m，河谷區(qū)水位埋深小于5.0m。根據(jù)國

22、家農業(yè)灌溉標準（gb5084-92）判定，可以做為農田灌溉用水。地表及地下水對砼無腐蝕性。3.2 壩址區(qū)工程地質條件及評價3.2.1 庫區(qū)滲漏卡倫水庫位于波狀平原區(qū)，庫岸周邊為寬闊的波狀臺地，無深大溝谷，庫岸及庫底分布有810m厚的粉質壤土微透水層。故庫區(qū)不存在滲漏問題。3.2.2 庫區(qū)坍岸因水庫呈淺碟狀，周邊地形平緩，不存在坍岸問題。3.2.3 庫區(qū)浸沒水庫正常高水位為247.55m，庫區(qū)周邊村屯都建在249.00m以上，在水庫上游進水口一帶，地勢較低洼，高程在248.0m 左右，呈帶狀分布于干溝河左岸，現(xiàn)為大片水田，故庫區(qū)周邊村屯房屋及農田沒有浸沒問題。3.2.4 庫區(qū)淤積由于水庫上游及周

23、邊植被較差，水庫淤積較為嚴重。根據(jù)建庫前及本次1：5000新老庫區(qū)地形圖對比估算，其正常高水位以下的淤積量為55萬m3，淤積物主要為軟弱粉質壤土。3.3 土壩地質3.3.1 地形地貌壩址區(qū)左右兩岸為波狀平原區(qū)中的微起伏臺地，高程在249.0m以上；中間為階地，寬約1300m，高程為242.5247.5m。壩體座落在階地之上，與兩岸呈緩坡接觸。3.3.2 地層巖性壩址區(qū)地層由第四系全新統(tǒng)湖沼沉積層q4h、上更新統(tǒng)沖積層q3gal、中更新統(tǒng)沖洪積層q2hal+pl、下更新統(tǒng)冰水堆積層qlbfgl組成，土壩建在上述地層之上。由上至下地層共分為如下6層：壩體填筑土主要為粉質壤土，黃色、黑色，其平均粘粒

24、含量21.6%,粉粒含量60.7%，砂粒含量17.4%，礫粒含量0.3%，硬塑狀態(tài)。 壩基,粉質壤土q4h,黑、黑灰色為主，土質不均，粘粒含量20.0%，粉粒含量65.9%，砂粒含量14.1%，土體呈軟塑可塑狀態(tài)。粉質壤土q3gal,黃色，土質均勻，含鐵錳質浸染體，平均粘粒含量19.8%，粉粒含量65.0%，砂粒含量15.2%，土體呈可塑狀態(tài)。粉質壤土q3gal, 該層顏色較雜、黑色、灰色、灰綠色相間，平均粘粒含量18.3%，粉粒含量62.6%，砂粒含量18.4%，礫粒含量0.7%，土體呈可塑狀態(tài)。粗砂q3gpl,黃色，上部0.50m為中砂夾薄層粉土，下部為粗砂，顆粒均勻，礫粒含量6.7%，砂

25、粒含量83.6%，粉粒含量8.7%，呈飽和、密實狀態(tài)。,粉質壤土q2hal+pl,黃色，土質均勻，含鐵錳質浸染體及結核，其平均粘粒含量18.4%，粉粒含量63.3%，砂粒含量18.3 %，呈可塑狀態(tài)。各巖土層物理力學性質指標見表3-1表3-1 壩體、壩基土物理力學指標設計值表性稱濕容重rdkn/m3干容重rdkn/m3比重壓 縮抗剪飽和不固結抗剪飽和固 結允許比降滲透系數(shù)壓縮系數(shù)a1-2mpa-1壓縮模量es1-2mpa內摩擦角度凝聚力ckpa內摩擦角度凝聚力ckpa水平垂直kcm/s壩體填土19.215.52.710.355.514.015.016.017.03.04.03.8410-66.

26、7210-7粉質壤土18.714.52.690.404.5016.010.317.015.01.53.03.010-69.510-7粉質壤土18.614.12.710.464.014.412.816.015.01.53.05.5910-61.3110-7粉質壤土18.614.22.690.484.0014.012.215.015.01. 53.04.7810-61.3110-7粗砂2.65280.100.173.1010-3粉質壤土18.714.72.700.305.517.012.018.015.01.53.06.8010-61.9310-73.3.3 壩體填筑質量評價壩體為均質土壩，原設計

27、干容重d=15.5kn/m3，實際干容重在14.316.8kn/ m3之間，平均干容重d=15.5kn/m3。根據(jù)擊實試驗，其平均最大干容重d=17.2kn/m3。按現(xiàn)行規(guī)范標準，設計干容重應為16.0 kn/m3（壓實系數(shù)采用0.95），而干容重d15.5kn/m3的土樣僅占51%，可見壩體碾壓質量較差。據(jù)調查在樁號1+0741+149m壩段，于1987、1991、1993年春季出現(xiàn)三次不同程度的脫坡現(xiàn)象，土壩維修加固后再未出現(xiàn)。該段樁號1+078.45m處有一4孔內徑450mm廢棄涵管，洞進口底板高程241.5m，洞長10m。兩端采用素砼封堵埋于壩內，由于脫坡現(xiàn)象發(fā)生在春季，庫水位較低，經

28、分析認為主要原因屬淺層凍融破壞作用造成。3.3.4 壩基工程地質評價1、沉降穩(wěn)定水庫經多年運行，壩基土的壓縮已基本穩(wěn)定，不必考慮沉降問題。 2、震動穩(wěn)定區(qū)域地震基本烈度為度，壩體及壩基主要土層巖性均為粉質壤土，可不考慮土體液化問題。3、壩基滲漏 壩基土、層粉質壤土的滲透系數(shù)分別為k=2.010-6cm/s，k=3.210-6cm/s，k=2.9510-6cm/s，屬微透水層；下伏粗砂為中等透水層，滲透系數(shù)k=3.1010-3cm/s，但埋藏較深，大于8.0m，壩基滲漏量較小。4、抗滑穩(wěn)定根據(jù)土樣分析，粉質壤土=16.0，k=3.010-69.510-7cm/s，=14.4，k=5.5910-6

29、1.3110-7cm/s，水庫運行多年，未發(fā)現(xiàn)異常情況。3.3.5 壩肩穩(wěn)定性評價土壩左右兩壩肩均座落在臺地q粉質壤土上，其滲透系數(shù)為k=3.510-6cm/s。內摩擦角=15.6，水庫經過多年運行，沒發(fā)現(xiàn)壩肩滲漏及不穩(wěn)定因素。3.3.6 水文地質條件壩址區(qū)地下水為第四系砂層微承壓孔隙潛水、含水層為粗砂層，滲透系數(shù)k=3.1010-3cm/s，因其上有、層粉質壤土相對不透水層阻隔，故該含水層地下水與庫水無關。表3-2 壩址區(qū)巖土特性表巖土名稱承載力標準值采用值fk（kpa）重力密度kn/m3干容重dkn/m3抗剪壓縮模量es1-2mpa允許水力坡降滲透系數(shù)kcm/s砼與土的摩擦系數(shù)f允許不沖流

30、速m/sv土質邊坡凝聚力ckpa內摩擦角度水平j允垂直j允粉質壤土1.53.02.0510-60.260.401:1.5粉質壤土18.914.516.015.05.01.53.00.260.401:1.5粉質壤土19.014.818.015.06.01.53.00.260.401:1.5粉質壤土16020.014.818.016.07.611.53.05.6010-60.260.401:1.53.4 輸水洞地質輸水洞座落在二級階地上，地層巖性分為如下五層：1、人工填土為壩體土，巖性為粉質壤土，黃色、黑色，其平均粘粒含量18.0%，粉粒含量64.0%，砂含量19%，土體呈硬偏可塑狀態(tài)。 2、粉質

31、壤土普遍分布，黑色，土質不均，根據(jù)土工試驗，其平均粘粒含量15.5%，粉粒含量67.5%，砂粒含量17%，土體呈可塑狀態(tài)。3、粉質壤土普遍分布，黃色，土質均勻，土工試驗平均粘粒含量22.0%，粉粒含量60%，砂粒含量16%，土體呈軟偏可塑狀態(tài)。4、粉質壤土 灰、灰綠、灰黑色，土質不均，土工試驗平均粘粒含量17.7%，粉粒含量66.0%，砂粒含量16.3%，土體呈可塑狀態(tài)。 5、粗砂黃色，顆粒均勻，表層稍細，含砂壤土薄層。飽和、稍密。礦物成份為長英質。粘粒含量5%，粉粒含量12.5%，砂粒含量80.5%。 6、粉質壤土黃色，含鐵錳質結核及其浸染體，平均粘粒含量33%，粉粒含量57%，砂粒含量10

32、%，土體呈可塑狀態(tài)。3.4.1 地質條件評價 輸水洞進出口基礎均座落在粉質壤土上，根據(jù)土工試驗，該層土承載力標準值fk=116kpa，尾水渠土質為粉質壤土各層有關設計參數(shù)見表3-3表3-3 輸水洞有關地基土設計參數(shù)設計值表層號巖性名稱承載力標準值fkkpa重力密度rkn/m3干容dkn/m3抗剪壓縮模量esmpa允許水力坡降滲透系數(shù)kcm/s砼與土的摩擦系數(shù)f允許不沖流速vm/s土質邊坡凝聚力ckpa內摩擦角度水平允垂直j允b粉質壤土13018.214.116.015.01.53.00.260.401:1.5c粉質壤土11618.413.814.012.530.01.53.00.260.401

33、:1.5d粉質壤土14018.714.41414.04.501.53.04.410-60.260.851:1.5e粗砂28.00.10.083.110-33.4.2 辦公樓1、工程地質條件擬建辦公樓座落在水庫管理所南墻外，地貌上屬于臺地區(qū)，由于開挖漁池，現(xiàn)為方形洼地，根據(jù)鉆探資料，地層巖性可分為如下4層： 1）耕土：灰黃色，土質不均，局部為回填土，巖性為粉質粘土，稍密，層厚0.601.40m。2）粉質粘土：黃色，土質均勻，含鐵錳質浸染體，土體呈可塑狀態(tài)，層厚3.104.90m。3）粉質粘土：黃色，含鐵錳質結核，土體呈硬塑狀態(tài)，層厚2.003.00m。4) 粉質粘土：黃色、含鐵質浸染體，土體呈可

34、塑狀態(tài)。最大揭露厚度0.50m。2、工程地質條件評價基礎型式及持力層的選擇： 根據(jù)鉆孔資料，基礎型式宜采用天然地基淺基礎，持力層為粉質粘土，各層土有關設計參數(shù)見表3-4。表3-4 辦公樓地基巖土參數(shù)設計值表 層號巖性名稱承載力標準值fkkpa重力密度rkn/m3直剪壓縮模量esmpa內摩擦角度粘聚力ckpa1回填土2粉質粘土15018.912.426.06.02-1粉質粘土10017.811.020.03.03粉質粘土1804粉質粘土1603.5 天然建筑材料3.5.1 土料土料場距西壩端250m，交通便利，開采運輸條件較好。根據(jù)土料場10組土樣試驗結果分析，巖性為粉質壤土，其粘粒含量22.5

35、%，粉粒含量61.8%，砂粒含量15.7%。 由于地層單一，地勢平緩，可以采用平均厚度法計算其儲量，面積為140150m2，厚度按5m計算，該儲料場儲量為 10.5萬m3，是設計要求儲量的2倍，因此滿足要求。3.5.2 石料碾子山石場距水庫30公里，黃嶺子石場距水庫40公里，都是新鮮的花崗巖，交通比較方便，塊石、碎石質量儲量滿足設計要求。3.5.3 風化砂白臺子采石場花崗巖風化砂豐富，粉粒含量16%，稍高，運距25公里，交通方便。3.5.4 河沙：遼河附近零星分布，砂的礦物成份為長石、石英質，質量儲量滿足設計要求，運距約25公里。3.6 工程地質結論3.6.1 庫區(qū)本區(qū)域構造相對穩(wěn)定。地震基本

36、烈度為度，經多年運行沒發(fā)生浸沒、塌岸、滲漏問題，由于上游周邊植被較差，使水庫存在淤積問題。3.6.2 壩址區(qū)壩體填筑質量較差，壩基壓縮基本穩(wěn)定，不存在沉穩(wěn)、震穩(wěn)問題?；€(wěn)、滲穩(wěn)需復核計算。3.6.3 天然建筑材料工程所需各種天然建筑材料數(shù)量、質量均滿足要求。4 水文計算4.1 洪水基本資料卡倫水庫建庫后，1976開始有洪水觀測資料，至2001年具有26年實測洪峰、洪量系列，但洪峰有的年份觀測時段過長，精度較差.4.1.1 暴雨特性卡倫水庫屬公主嶺河流域，該流域各類氣旋活動頻繁，又處于西南方向水汽入流的迎風坡，受自西向東移動的氣旋和副高后部的臺風影響形成大暴雨,也是我省暴雨較集中的地區(qū)。暴雨主要

37、集中在7、8兩月，氣旋和副高后部的臺風雨籠罩面積大，暴雨強度大，且雨量集中，一般歷時為三天。4.1.2 洪水特性流域屬于平原區(qū)，造成洪災的主要是夏汛，洪水是由暴雨形成。主要發(fā)生在7、8月，洪水過程多為單峰，陡漲陡落，歷時最長為三天。4.1.3 歷史洪水 由吉林省洪水調查資料第五冊查得,在1979年11月，由當時四平水勘處組織調查，其中大部人是60歲以上的老人，對本流域發(fā)生的大水都是親身經歷，指認洪痕共十五處。1934年洪痕6處，1949年洪痕9處。經分析認為1949年洪痕點較多，有明顯地物，較可靠。1934年洪痕點因時間長，無明顯地物可定，由上下游洪痕相互核對，認為可供參考。4.2 洪水資料還

38、原復核本次對卡倫水庫26年實測洪峰、洪量系列資料進行還原復核計算，建立了qmw24的相關關系，插補所得1934年洪量w24為780104m3;1949年洪量w24為470104m3。對洪峰流量觀測時段超過2小時的進行了修正。4.3 設計洪水計算本次設計采用兩種途徑推求設計洪水，即由實測洪水資料和設計暴雨。4.3.1 設計洪峰采用多種途徑推求設計洪峰流量,分析選用。設計洪峰流量按實測系列及水科所法和羅氏法進行計算。1、由實測資料推求設計洪峰吉林省洪水調查資料上查得,1934年洪峰流量為386 m3/s,排在第一位，重限期n=80，1949年洪峰流量為225 m3/s ，排在第二位。實測洪峰系列加

39、進洪水調查結果按不連續(xù)系列對洪峰流量進行頻率計算 式中m為n年中特大洪水的由大到小排位,n=26,n=80。采用矩法進行估算設計洪峰流量的統(tǒng)計參數(shù)。經驗頻率： 均值：變差系數(shù)：適線分析確定洪峰流量統(tǒng)計參數(shù)為：= 49m3/s，cv = 1.65，cs = 2.5cv。2、由設計暴雨推求設計洪峰設計暴雨特征值由1989年版吉林省暴雨圖集查得。詳見表4-1。表4-1 設計暴雨特征值項目時段h（mm）cvcs/cv24h660.63.53d820.563.57d110.00.512.530d2270.422由設計暴雨特征值推求出各頻率設計暴雨值，詳見表4-2。表4-2 設計暴雨值 單位：mm 頻率時

40、段p（%）0.5123.351024h2392111831621451173d2782462151921741427d31928925923621818530d546505463430403355 由設計暴雨值推求各頻率設計凈雨深，成果詳見表4-3。 表4-3 各頻率凈雨深計算成果表 單位：mm 頻率時段p（%）0.5123.351024h218.8188.6157.7134.6115.582.53d247214181.7156.9136.2100.53、設計洪峰流量的計算1）水科所法基本公式: 全流域未蓄滿時: 全流域蓄滿時： 采用的參數(shù)： 。2）羅氏法基本公式： 式中：流域面積 ；河道長度

41、 ；河道比降 ；流域坡面長度 ；流域坡面坡度 %；土壤系數(shù) ；坡面糙率系數(shù) ；暴雨遞減指數(shù) 。各種計算方法所得的設計洪峰流量成果詳見不同頻率設計洪峰流量成果表。表4-4 卡倫水庫不同頻率設計洪峰流量成果表 單位：m3/s 頻率 成果參 數(shù)p （%）備 注均值cvcs/cv0.5123.33510本次頻率計算491.52.5445365288234126水 科 所 法51643635730125618190km2羅 氏 法361292229187157111地 區(qū) 綜 合 線 成 果451.452.5392323256209115采 用原 設 計342186.4.3.2 設計洪量1、 頻率計算按

42、不連續(xù)系列對實測洪量進行頻率計算（計算方法及公式同設計洪峰流量頻率計算）。1934年洪量：w24為780104m3，排在第一位，重限期n = 80；1949年洪量：w24為470104m3，排在第二位；適線所得的設計洪量的統(tǒng)計參數(shù)為：24h= 130104m3，cv= 1.35，cs/cv = 2.5；設計洪量成果詳見不同頻率設計洪量成果表。2、 由設計凈雨深推求設計洪量由設計凈雨深推求的設計洪量，采用經驗系數(shù)0.8進行修正。成果詳見不同頻率設計洪量成果表。 表4-5 卡倫水庫不同頻率設計洪量成果表頻率成果方法參 數(shù) p（%） （）備注均值cvcs/cv0.5123.30本次頻率計算w2413

43、01.352.51040864693571326適線地區(qū)綜合線w241701.32.513011085876725422采用w24（凈雨深24小時0.8）138511919938455144.4 成果的合理性分析4.4.1 設計洪峰綜合分析以上各種計算成果，由于三連水庫的實測洪峰資料觀測時段較長，有7年觀測時段超6小時，雖然在頻率計算中進行了修正，但考慮與實際仍有些偏離，系列代表性差，計算結果偏離地區(qū)綜合線（即log-logf），而水科所法與羅氏法由于經驗公式自身帶來的弊端，水科所法計算成果與區(qū)綜合線成果相比偏大，羅氏法計算成果與區(qū)綜合線成果相比偏小。故本次除險加固設計洪峰流量采用地區(qū)綜合線成

44、果。4.4.2 設計洪量從表4-5可以看出，三連水庫的實測洪量頻率計算結果偏離地區(qū)綜合線（即log1-logf），調查其原因，水庫在泄洪過程中，由于輸水洞閘門漏水，所漏水量未計入來水，由此導致洪量系列偏小，因此系列代表性差。適線成果不能采用。故本次設計洪量采用地區(qū)綜合線成果（即log1-logf）。5 調洪演算調洪計算的任務是在水工建筑物或下游防護對象的防洪標準一定的情況下，根據(jù)已知的設計入庫洪水過程線、水庫地形特性資料、擬定的泄洪建筑物型式的尺寸、調洪方式，通過調洪計算，推求出水庫出流過程最大下泄流量、防洪庫容和水庫相應的最高洪水位。利用水庫蓄洪或滯洪是防洪工程措施之一。通常洪水波在河槽中經

45、過一段距離時，由于槽蓄作用，洪水過程線要逐步變形。一般是，隨著洪水波沿河向下游推進，洪峰流量逐漸減小，而洪水歷時逐漸加長。當水庫有下游防洪任務時，它的作用主要是削減下泄洪水流量，使其不超過下游河床的安全泄量。水庫的任務主要是滯洪，即在一次洪峰到來時，將超過下游安全泄量的那部分洪水暫時攔蓄在水庫中，待洪峰過去后，再將攔蓄的洪水下泄掉，騰出庫容來迎接下一次洪水。5.1 防洪標準在水庫調洪過程中入庫洪水的大小不同，下泄洪水、攔蓄庫容、水庫水位變化等也將不同。通常，入庫洪水的大小要根據(jù)防洪標準或水工建筑物的設計標準來選定，因此，在進行水庫調洪計算時，必須先確定一個合理的防洪標準或水工建筑物的設計標準。

46、國家統(tǒng)一規(guī)定了不同不同重要性的防護對象所應采用的防洪標準，作為推求設計洪水、設計防洪工程的依據(jù)。見表5-1.表5-1 不同防護對象的防洪標準防 護 對 象防 洪 標 準城 鎮(zhèn)工 礦 區(qū)農田面積（萬畝）重現(xiàn)期（年）頻 率（%）特別重要城市特別重要的5001001重 要 城 市重 要 的1005005010021中 等 城 市中 等 的30100205052一 般 城 市一 般 的301020105依據(jù)防洪標準（gb50201-94）規(guī)范，本工程防洪標準為：30年一遇洪水設計，200年一遇洪水校核。水庫下游河道防洪除澇標準為10年一遇洪水。5.2 基本資料5.2.1 水庫特性曲線，其成果見表5-2

47、。表5-2 卡倫水庫特性曲線表水位庫容（104m3）02430002440.460.15152451.350.87872462.271.792662473.232.745402484.143.689082494.854.4913572505.785.311888面積（km2）24300244150.46245871.352462662.272475403.232489084.1424913514.8525018885.785.2.2 死水位的選擇水庫原設計死水位為244.50m，死庫容為130104m3，依據(jù)養(yǎng)魚需要，本次設計維持原設計死庫容不變，在庫容曲線上查得死水位為245.25m。5.2.3 泄流曲線本樞紐攔河大壩為土壩，泄水建筑物為開敞式溢洪道。開敞式溢洪道的造價比較低，除具有正常泄洪能力外，當發(fā)生非常洪水時，又具有較大的超泄能力，常是土石壩樞紐承擔主要泄洪任務的泄水建筑物。水庫運用方式：由于采用無閘溢洪道，當洪水來臨時，下泄流量等于來流量時，水庫保持正常蓄水位不變；當來水流量繼續(xù)加大，庫水位超過溢洪道的堰頂高程時，即自行出流。見表5-3。 表5-3 卡倫水庫水位泄流關系表 水位(mm)246246.5247247.5248248.5249249.5流量（m3/s）6.0917.2231.6448.768.0789.48112.75137.765.2.