1、1 综合说明1.1 绪言后寺河水库位于黄河流域伊洛河支流后寺河上，是一座以防洪、灌溉、城镇供水为主，兼有养殖、旅游综合利用的小（1）型水库，坝址在巩义市北山口镇，坝址以上流域面积 53.2km2 其中区间面积 40km2，后寺河水库上游 18km 处有洪河小（1）型水库一座，控制流域面积 13.2km2 后寺河水库下游 10km,为巩义市市区和陇海铁路、连霍高速、310 国道、郑州至西安铁路客运专线等，防洪位置十分重要。后寺河水库位置见图 1.11大坝为浆砌石斜墙堆石坝，现状坝高 41m，总库容 423 万 m3后寺河水库于 1958 年动工兴建，1960 年 8 月投入使用，上游浆砌石斜墙部
2、分高 41m，顶宽 1.0m，底宽 3.0m,上游边坡 1:0.3，大坝顶宽 2.2m,堆石体高38m，下游边坡由上至下分别为 1:0.7、1:1.0、1:1.5、1:2.0、1:2.75，设马道两级，一级马道宽 3.5 二级马道宽 2.0 此后历经多次扩建及除险加固，大坝上游增设了防浪墙，坝顶宽增加到 6m,大坝下游堆石体，由上至下分为五级，分别为 1:0.7、1:1.7、1:2.0、1:2.0、1:3.25，变坡处设马道，一级马道高程325.5m，宽 0.5m,二级马道高程 318m，宽 1.8m，三级马道高程 310.5 宽 4.5目前存在以下安全问题1、大坝堆石体充填相对不密实，多出为
3、架空结构，引起坝体不均匀沉降和坝面及坝体裂缝，局部干砌块石有风化破碎及松动现象；2、坝基及坝肩存在石灰岩溶洞，裂隙发育，且施工时未加处理，水库水位较高时，下游两岸山体有渗流现象。大坝坝基渗漏严重，脚有多处出水点，翻砂现象明显，常年流水，在坝后形成连片的沼地；3、溢洪道出口没有消能防冲设施，尾水直接冲刷山坡。溢洪道未建交通桥，汛期泄洪时，交通中断；4、输水洞洞壁侵蚀渗水，出口处无效能设施。启闭设施陈旧落后，启闭困难；放水闸阀锈蚀、漏水。2007 年 4 月巩义市组织编制了河南省巩义市后寺河水库大坝安全评价报告 （ 以下简称“评价报告” ） ，2007 年 5 月河南省水利厅组织专家组对“评价报告
4、”进行了审查，确定后寺河水库大坝为三类坝，并通过后寺河水库大坝安全鉴定报告书 。2008 年 3 月河南省水利厅组织专家现场核查，并于 2008 年 5 月 28 日以豫水管【2008】28 号文批复，同意三类坝鉴定结论如下：1、后寺河水库位于黄河流域伊洛河支流后寺河上，下游为巩义市区和陇海铁路、连霍高速、310 国道、郑州至西安铁路客运专线等，防洪位置十分重要。2、经复核，水库防洪能力虽满足国家防洪标准 （GB50201-94 ）下限规定要求，但因防洪位置重要，不满足提高后的防洪标准要求。3、大坝堆石填筑质量差，孔隙率为 36，不满足规范要求。多处存在架空结构，引起坝体不均匀沉降、变形裂缝，
5、坝顶位移。大坝质量不合格。4、大坝坝型为浆砌石斜墙堆石坝，浆砌石斜墙单薄，堆石填筑质量差，沉陷变形大，浆砌石斜墙变形裂缝。上下游坝坡抗滑稳定安全系数不满足规范要求。溢洪道浆砌石溢流堰，非常工况下抗滑稳定不满足规范要求。结构安全性为 C级。5、大坝坝基和左右肩为中等透水性灰岩，未进行帷幕灌浆，坝基河槽段下有厚达 1m4 的砂卵石层，仅用浆砌石切断，底部处理不彻底，下有渗漏严重，大面积沼泽化。渗流安全性为 C 级。6、根据中国地震动参数区划图 （GB18306-2001),坝址区地震动峰值加速度为 0.10g，相当于地震基本烈度度,经复核，上、下游坝坡抗滑稳定安全系数不满足规范要求。7、闸阀锈蚀漏
6、水，启闭设施陈旧落后，启闭困难。金属结构安全性为 C 级。8、无监测设施，管理设施不完善。综上所述，后寺河水库大坝病险严重，为三类坝。建议根据安全鉴定意见尽快组织对水库进行除险加固处理。1.2 水文后寺河水库坝址位于巩义市北山口镇东风村，坝址以上集流面积 53.2km2，干流长 18.63km，河道比降 0.0156。流域内为山区，海拔高程 2801200，流域地势东南高，西北低，由东南向西北倾斜，地表多为岩石出露，植被一般，河谷中有松散的砂砾石沉积。本区属暖温带大陆季风气候区，春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋季湿润凉爽，冬季寒冷干燥。多年平均降水量 540mm，年内降水分配不均，68 月降水量
7、占全年降水量的 70%左右。多年平均气温 14.5。多年平均风速 3.2m/s,最大风速 21m/s。全年无霜期约 234 天。水库所在流域内无实测雨量和流量资料，因此，设计洪水采用 1984 年河南省水利勘测设计院编制的河南省中小流域设计暴雨洪水图集 （以下简称84图集 ）查算。本次复核设计洪水成果比较见表 1.21两次成果比较，设计洪峰、洪量差值在 0.5%1.1%之间，差别较小。本次复合成果采用新图集查算，计算中考虑了上游洪河水库调蓄影响，采用洪水地区组成分别计算，计算方法合理，故采用本次复核成果作为水库除险加固的设计洪水依据。2007 年 3 月及 2008 年 4 月，河南省水利勘测
8、设计研究有限公司对后寺河水库进行了除险加固初步设计阶段工程地质勘查，查明水库坝址区和溢洪道的工程、水文地质条件，查明大坝堆石的颗粒级配、库区淤泥厚度、溢洪道岩体风化程度等，提出各类岩、土层的物理力学性指标进行分析，对可能存在的工程水文地质问题做出评价并提出处理建议。后寺河水库坝址基岩为灰岩，隐晶质结构，厚层状构造，弱微风化，岩石裂隙发育，在两岸岸坡见有多处溶洞。表面多呈土黄色，强中等风化。工程区位于华北准地台黄淮海坳陷西南部，新构造准地台黄淮海坳陷西南部，新构造位于豫皖隆起坳陷区的南部五指岭复背斜中。区域构造线的方向以北西向为主，次为北东向。工程区附近的主要区域大断裂位：封门口五指岭断裂（F6
9、7） 、偃师断裂等。坝址区地质构造主要为断层、节理裂隙等。断层：在大坝右岸山体，走向 188左右，近直立，断层带宽约 5m 左右，可见有断层角砾岩，断面钙质胶结。节理、裂隙：大坝处节理裂隙比较发育，岩石破碎，表面多呈土黄色，强中等风化。工程区存在的主要工程地质问题有：坝体填筑质量问题、坝基及左坝坝肩渗漏问题、坝体不均匀沉降问题等。.工程任务及规模后寺河水库是一座以防洪、灌溉、城镇供水为主，兼有养殖旅游的综合利用水库。水库除险加固任务是：1、大坝坝体加固及防渗处理：上游做混凝土防渗面板、下游坡堆石压重、坝基高喷灌浆。2、溢洪道扩宽及溢流堰体加固。3、更换输水洞进口蝶阀及启闭机。4、监测设施、管理
10、设施、通讯等补充完善。后寺河水库总库容 423 万 m3，按照防洪标准 及水利水电工程等级划分及洪水标准规定，属小（1）型水库，等工程，大坝为 4 级，根据后寺河水库的地理位置、地形和地质条件，设计洪水标准 50 年一遇，校核洪水标准500 年一遇。1.5 工程布置及建筑设计后寺河水库主体建筑物由大坝、溢洪道、输水洞组成。大坝为浆砌石墙堆石坝，现状坝顶高程 335.85m,防浪墙顶高程 336.67，坝顶长 114m，宽 5m，最大坝高 41m。根据工程规划，设计坝顶高程 335.75m，设计防浪墙顶高程 336.31m，现状坝顶与防浪墙顶高程均高于设计值，故大坝、防浪墙均不需要加高。但大坝坝
11、身单薄，上下游坝坡稳定安全系数小于规范定值，坝坡不稳定；上游浆砌石斜墙勾缝砼老化脱落，且坝面出现裂缝，坝体渗漏，故应对坝体进行加固和防渗处理。大坝坝体加固和防渗措施为：上游坡设 C25 砼防渗面板，顶宽 0.3m，最大底宽 1.0m，下设 C25 砼趾板，厚 1.0m，宽 4.0m，结合趾板布置高喷灌浆孔两排，孔、排距均为 1.5m，最大孔深 15.0m；下游坝坡进行堆石加固，设计坝坡为 1:1.4.溢洪道处理措施为：溢洪道扩宽及溢流堰加固。更换输水洞蝶阀及启闭机。1.6 机电及金属结构根据水库动力设备及管理需求，配 30kVA 变压器一台及相应电气设施等。更换输水洞蝶阀及启闭器。1.7 消防
12、后寺河水库为小型水库，机电及金属结构简单，无易燃易爆设备，根据工程实际情况，仅管理所办公区用电。根据工程项目的特点，考虑到火灾多为短时、突发性，且各建筑物分布较为离散，又远离城市中心，发生火灾时难以向外求救。因此，消防设计应满足自救为主，外援为辅的要求。消防设备器材的选用应是经过消防检测部门检验合格的产品，且安全可靠，使用方便，技术先进，经济合理。共设置手提式干粉灭火器 12 个。1.8 施工后寺河水库除险加固工程包括：大坝坝体加固及防渗处理、溢洪道扩宽及溢洪堰加固、更换输水洞进口闸阀、补充完善监测设施。管理设施、通讯设施等。后寺河水库有村村通公路至巩义市，对外交通比较便利，施工物资和设备可以
13、直接用汽车运至工地。根据水库管理局对整个工程的安排，结合本工程合理工期需要，初步确定施工总工期为 10 个月，即 2011 年 10 月2012 年 7 月。主体建筑工程量为：土石方开挖 3.30 万 m3，砌石 0.17 万 m3，堆石 0.3 万m3，模板 0.52 万 m2，高喷灌浆 1040m。主体工程主要材料量为：水泥 1955t，钢筋 258t，木材 21m3，汽油 1t，柴油 33t，砂 2431m3，碎石 2906m3，块石 5155m3。施工总工时为 13.63 万个，高峰人数 200 人。1.9 工程占地后寺河水库为除险加固工程，工程永久占地、弃渣场占地、施工临时占地均在工
14、程管理范围内，没有新增加工程用地。1.10 环境保护后寺河水库除险加固工程的实施对改善当地生态环境，提高水库下游人民群众生命财产、公路等公用设施的安全保障，增加灌溉、城镇供水保障率，发展当地旅游经济具有一定的积极作用，对促进当地社会经济发展、农民增收也能起到间接地有利影响。但工程施工期将对周围环境产生一些不利影响：包括施工期的噪声、扬尘等因素会对周围居民的生活产生一些影响，但由于施工区距离居民区有一定距离，影响不大；施工中产生的一些生活污水、生产废水、生活垃圾、工程垃圾，须妥善处理，工程施工还会影响道路交通，应加强协调；施工中临时占地及临时物料堆放，可能会使原指标遭到破坏，加速土壤侵蚀，加剧水
15、土流失，该影响将随工程施工结束而消失。施工时应将生活区和机械放置区合理布置，加强施工管理，施工结束后，尽量恢复地表植被，进行绿化，减少不良影响。施工期环境保护包括生产、生活废污水处理、汽车及施工机械产生的废气、粉尘、噪声防护、固体废物和垃圾处理及施工区人群健康，工程施工造成的水土流失等危害。采取必要环境保护措施，进行监测、治理，使不利影响降到最低程度。1.11 水土保持后寺河水库除险加固工程主要是已建工程存在的问题进行加固处理，对外界没有直接影响，故其水土保持防治责任范围主要在项目建设区：包括大坝上、下游坡、溢洪道扩挖部分、输水洞进出口以及施工生活区等。工程进行开挖时，应将可用材料与废弃料分开
16、进行堆放，废弃料及时运至指定弃渣场，不得随意堆放。弃渣堆放完成后，对渣场顶面覆土后栽植灌木和落叶乔木，边坡植草皮护坡保护，防止水土流失。1.12 工程管理后寺河水库为已建工程，根据水利工程管理单位定岗标准 ，需配备，需配备一定数量的管理及技术人员、管理设施。配备一定数量的交通、通讯、监测设备。水库除险加固工程完成后，制定一套全面管理制度，做到科学调度，对水库正常运行及大坝安全进行全面监测，加强日常管理与维护，确保大坝及附属建筑物安全运行，提高水库综合效益。1.13 节能设计后寺河水库为小（1）型水库，正常运行期，只有闸门启闭及日常照明设备用电，能源消耗较少。本次除险加固工程，施工期为一年，施工
17、机械设备要消耗一部分能源，施工中根据工程量的多少、负荷的大小分别使用功率不同的施工机械，避免空载、空负荷运转等情况，减少能源的浪费。工程运行期有照明电器及变压器运行等，持久利用能源的主要有照明电器及变压器运行。照明尽量利用日光，热水尽量利用太阳能，尽量减少线路损耗，提高供配电系统的功率因数等方法减少电能损耗。1.14 设计概算概算编制办法和费用标准执行河南省“豫水建（2006）52 号”文颁发的河南省水利水电工程概预算定额及设计概（估）算编制规定 。主要材料预算价格案 2011 年 6 月份巩义市市场价格并计入运杂费、采保费等。其他材料按当地市场调查价。本工程概算总投资为 879.81 万元。
18、工程部分投资为 875.81 万元，其中建筑工程 654.58 万元，机电设备及安装工程 6.56 万元，金属结构设备及安装工程 7.82 万元，临时工程 50.21 万元，独立费用 114,94 万元，基本预备费 41.71 万元。水土保持及环境保护工程投资 4.00 万元。.经济评价后寺河水库除险加固工程完成后，消除了安全隐患，提高了工程安全性，水库可正常运行，全面发挥防洪、灌溉、供水等效益。.综合评价及结论后寺河水库下游 10km 有巩义市市区、陇海铁路、连霍高速、国道。郑州至西安铁路客运专线等，工程位置比较重要。大坝、溢洪道现状结构安全性不满足规范规定，存在严重的安全隐患。除险加固工程
19、包括大坝坝体加固、防渗处理，溢洪道加固处理，更换输水洞进口闸阀等。工程实施后，消除了安全隐患，提高了工程安全性，水库可以正常运行，全面发挥工程效益。综上所述，后寺河水库除险加固工程是必要的，工程技术可行，经济合理，应尽快实施。水文复核后寺河水库位于黄河流域伊洛河支流后寺河上。后寺河发源于嵩山的五指岭，主峰海拔高程 1215.9m,河流由东南向西北流经黑沟岭、洪河村、东风村、南山口、北山口，在巩义市市区东北的烈江沟村北汇入伊洛河，流域面积96.4km2。干流长 41km。后寺河水库坝址位于巩义市北山口镇东风村，坝址以上流域面积 96.4km ,干流长 25.9km，其中区间面积 40.0km2，
20、干流长 41km。河道比降 0.0156，后寺河水库上游 18 处有洪河小（1）型水库，控制流域面积13.2km2，总库容 278 万。后寺河水库以上流域地势东南高、西北低，由东南向西北倾斜，流域内为山丘区，地表多为页岩和石灰岩出露，植被一般，河谷中有松散的砂砾石沉积。2.2 气象本区属暖温带大陆季风气候区，春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋季湿润凉爽，冬季寒冷干燥。多年平均降水量 540mm，年内降水分配不均，68 月降水量占全年降水量的 70%左右，降水年际变化很大，据实测资料统计，最大年1982 年降雨量 991mm，最小年 1981 年降雨量 316mm，年最大降雨量为最小降雨量的 3.1
21、 倍。多年平均气温 14.5。无霜期约 234 天。多年平均风速3.2m/s，最大风速 21m/s.2.3 水文基本资料 水库所在流域内无实测雨量和流量资料，属无资料的山丘区小流域。采用/万航测地形图复核流域特征值：面积、河长、河道比降。复核结果与原采用成果比较见表 2.31。流域示意图见图 2.31。项目 流域面积（km 2） 河长（km） 河道比降原采用值 38.4 18.93 0.0156本次复核值 40.0 18.63 0.01562.5.6 设计洪水成果比选将本次符合设计洪水成果与原成果比较见表 2.517。由表 2.517 可知，设计洪峰洪量差值在 0.5%1.1%之间，差别较小。
22、本次复核成果采用新图集查算，计算中考虑了上游洪河水库调蓄影响，采用洪水地区组成分别计算，计算方法合理，故采用本次复核成果作为水库除险加固的设计洪水依据。2.6 施工期洪水后寺河水库除险加固工程施工期为一年，非汛期施工（10 月至次年 5 月） 。施工导流洪水采用非汛期设计洪水。水库所在流域内无实测雨量和流量资料，属无资料的山丘区小流域。非汛期设计洪峰流量采用南水北调黄河南沙河南施工期洪峰流量面积关系查得，洪量根据流域附近伊洛河站街镇雨量站实测雨量资料经频率计算实线得设计暴雨，并计算设计暴雨对应净雨，根据洪量计算公式计算出各频率设计洪量，施工期设计洪水成果如下表：表 2.61 施工期设计洪水成果
23、表项目 20% 10% 5% 备注Q(m3/s) 5.9 15.6 27.9W(万 m3) 25.5 67.4 120.5施工期为 10 月至次年 5 月2.7 泥沙水库泥沙包括悬移质输沙量和推移质输沙量两项。后寺河水库流域内无泥沙观测资料，多年平均泥沙量根据本区侵蚀模数估算。本次根据河南省水资源（2007 年）附图中的“河南省 19562000 年多年平均输沙模数分布图” ，查得水库流域输沙模数 500t/(km3a),考虑上游水土保持情况和水库拦沙作用，取300t/(km3a)，由面积 40km2求得悬移质多年平均输沙量为 1.20 万 t，泥沙容重去 1.3t/m3,则悬移质多年平均输沙
24、量为 0.92 万 3。由于无推移质实测资料，平均推移质输沙量采用推移质和悬移质输沙量的经验比值关系估算，计算式为：Wh=W(t)式中：为推移质（W h）鱼与悬移质年输沙量（w）的比值，取值范围如下：平原区河流 0.010.05丘陵区河流 0.050.15山区河流 0.150.30根据河道情况， 值选取 0.15.经计算，水库以上年平均推移质输沙量为0.14 万 m3。经以上估算，水库年输沙总量为 1.06 万 m3。3 工程地质3.1 地质补充勘察工作后寺河水库在建设初期、历次岁修、渡汛和除险加固设计时没有进行详细的地质勘查工作，为了查清后寺河水库坝址区域内的地质情况、大坝坝身填筑质量、坝基
25、渗漏及溢洪道工程地质情况，河南省水利勘测设计研究有限公司 2010年 3 月及 2011 年 4 月对后寺河水库进行了工程地质测绘、物探、钻探、坑探等勘查工作，为水库除险加固设计提供了可靠的依据。本阶段在坝轴线布置钻孔 2 个，输水洞进口布置钻孔 1 个，进行了压水试验，对大坝堆石进行颗分试验。勘察主要工作量见表 3.11。表 3.1-1 后寺河水库勘察主要工作量表工作量类别 工作项目 单位2010 年 2011 年地质测绘（1:1000） Km2 0.56钻探 m/孔 85/2竖井 m/孔 4/2岩样 件 20土样 袋水样 组 1注水试验 段 6压水试验 段/孔 10常规 组 6抗压 组 6
26、常规 组 5抗压 组 5水质分析 组 1物探测井 米/孔大型颗分 组 2断面测量 Km/孔、点 0.2/23.2 水库区工程地质条件3.2.1 地形地貌后寺河水库库区属豫西低山丘陵区，水库为后寺河出山口上游拦坝而成，坝址处宽 150m 左右，水库两岸岸坡陡峻，河底高程 295m 左右，两岸高程 395m 左右，高差约 100m。3.2.2 地层岩性坝址区地层除坝体人工填筑外，河床上有 Q4的淤泥及卵石；两岸山体主要为寒武系灰岩组成。坝址区地层根据时代、成因、岩性及其物理力学性特征，共划分为 4 个土、岩体单元，由老到新叙述如下：a) 寒武系中统许庄组（ 2x）岩性主要为灰岩（ 2x）：灰黑色，
27、隐晶质结构，厚层状构造，弱微风化，锤击声较脆，裂隙发育，在两岸坡见有多处溶洞，洞径不一，大的约 50cm,小的仅形成溶蚀沟槽，岩芯取芯率平均在 90%左右，RQD 平均值 75%左右，走向100115左右，倾角右岸 9 14，左岸 1112左右，产状相对较平缓。b) 第四系全新统（Q 4）冲击形成，主要分布于河床，岩性主要为卵石和淤泥。卵石（alQ 4）:岩性主要为灰岩，次圆次棱角状，粒径一般 510cm，个别20cm，含量一般为 50%60%左右，泥沙质充填，未胶结。c)人工堆积（Q s）主要为填筑大坝岩块，岩性以灰岩为主，块径以大于 200mm 为主。3.2.3 区域地质构造与地震后寺河水
28、库位于华北准地台黄淮海坳陷西南部，新构造分区位于豫皖隆起坳陷区的南部五指岭复背斜中。区域构造线的方向以北西向为主，次为北东向。库区附近的主要断裂为：封门口五指岭断裂（F67） 、偃师断裂等。坝址区地质构造主要为断层、节理裂隙等。1）F1 断层：在大坝右岸山体，走向 188左右，近直立，断层带宽约 5m 左右，可见有断层角砾岩，断面钙质胶结。2）节理、裂隙：大坝处节理裂隙比较发育，岩石破碎，表面多呈土黄色，强中等风化。库区位于华北平原地震带，区域上地震活动强度小、频度低。根据中国地震参数区划图 （GB183062001）:工程区地震动峰值加速度为 0.10 g，相当于地震基本烈度度度。3.2.4
29、 水文地质条件根据坝址区各岩、土层地下水埋藏条件，地下水分为基岩岩溶裂隙水和第四系孔隙潜水。第四系孔隙潜水主要赋存与第四系卵石中。枯水期地下水补给河水，汛期地下水受河水、大气降水补给，向下游排泄。岩溶裂隙水位于灰岩层的裂隙中。厂区库水位高程在 318.07m 左右，勘探期间测得地下水位高程和库水位基本一致，这些水位均不是厂区天然底层中的水位，而是库水渗入坝体的结果。对岩体作了现场压水试验，从成果表中可以看出，灰岩压水试验范围值为2.217.6Lu,平均 8.2Lu，属弱中等透水性；淤泥质土具中等透水性；卵石具强透水性。岩土渗透试验成果见表 3.2-1.根据水质分析成果，厂区地下水对砼无腐蚀性。
30、范围值 平均值土体工程地质单元成因时代地质岩性 试验方法 统计组数 透水率q（Lu）透水率q（Lu）透水性等级 2x 灰岩 压水试验 10 2.217.6 8.2 弱透水性3.3 枢纽区工程地质条件及评价3.3.1 枢纽区地质条件本阶段共钻孔 3 个，挖竖井 2 个，取样进行室内岩石实验，对大坝坝后堆石进行了现场大型颗分试验，各土、岩体单元建议值见表 3.3-1。土、岩体的物理力学特征为：大坝坝体：堆石坝石料为就地取材，岩性主要为灰岩。通过对该坝石后堆石分析，堆石的粒径大于 200mm 者超过 80%，充填相对不密实，多处为架空结构，堆积密度为 1.752.00g/cm 3,孔隙率为 27%3
31、6%。淤泥质土：天然含水量 24.4%50.5%，平均值 37.1%；天然干密度 d=1.011.35 g/cm3 ，平均值 1.20 g/cm3,；液性指数 Il=0.131.08，平均值 0.57；压缩系数 a1-2=0.281.157MPa -1,平均值 0.72 MPa-1。卵石;未取样分析。灰岩：天然干密度 d=2.672.74 g/cm3, 平均值 2.72 g/cm3；饱和单轴抗压强度 R=4784.8Mpa,平均值 67.37Mpa，属较硬岩。抗剪指标干密度湿密度饱和密 度 凝聚力 内摩擦饱和抗压强度渗透系数（K）部位岩土层类别g/cm3 g/cm3 g/cm3 kpa ()
32、Mpa cm/s浆砌料石防渗体2.40 2.45 2.45 350 43坝体堆石体 1.95 2.00 2.00 0 43卵石 2.11 2.35 2.40 0 35 3.65x10-2坝基 灰岩 2.7 2.72 2.72 400 45 653.3.2 工程地质评价通过勘察分析工程区存在的主要工程地质问题有:坝体填筑质量问题、坝基渗漏问题等。1、大坝坝体填筑：坝体后堆石充填相对不密实，多处为架空结构，堆积密度为1.752.0 g/cm3，粒径大于 200mm 者超过 80%，孔隙率在 27%36%之间，存在填筑质量问题，现状大坝坝顶堆石体有明显沉降，坝顶与防浪墙结合处有较大裂缝也证明了这一点
33、，建议对坝体在坝后增加压重。坝基渗漏：坝基为灰岩，强度高，但完整性及稳定性较差，岩溶发育、多有节理裂隙等物理地址现象，岩体属弱中等透水性，坝基卵石具中等透水性，坝基及两岸坝肩渗漏严重。建议对坝基进行灌浆处理。2、溢洪道溢洪道基岩为灰岩，隐晶质结构，块状构造，微风化，两岸岩石为灰岩，微风化，整体性较好。3、输水洞输水洞管身坐落于灰岩，地基强度满足要求，但输水洞年久失修，存在渗漏问题，需维修加固。4 工程任务4.1 地区社会经济概况及水库除险加固必要性4.1.1 地区社会经济概况巩义市位于郑州市西部，土地面积 1052km2。2006 年总人口 80 万人，生产总值 242.92 亿元，财政收入
34、11.4 亿元。居全省各县（市）之首。巩义市已连续数年稳居全国经济实力百强县行列。后寺河水库是一座以防洪、灌溉、城镇供水为主，兼有养殖、旅游的综合利用水库。水库修建的南北两条干渠长 20km，配套面积 1.5 万亩，实灌面积0.8 万亩，灌溉增产幅度较大，一般都在 60%100%。水库现在每年为下游城镇生活工业供水约 100 万 m3。4.1.2 工程除险加固的必要性后寺河水库大坝为浆砌石斜墙堆石坝，建于上世纪 50 十年代，此后经过多次加高加固，目前大坝高度达到 41m。大坝虽然多次处理，但目前仍然存在以下安全问题：1、大坝堆石体充填相对不密实，多处为架空结构，引起坝体不均匀沉降和坝面及坝体
35、裂缝，局部干砌块石有风化破碎及松动现象；2、坝基及坝肩存在石灰岩溶洞，裂隙发育，且施工时未加处理，水库水位较高时，下游两岸山体有渗流现象。大坝坝基渗漏严重，坝脚有多处出水点，翻砂现象明显，常年流水，在坝后形成连片的沼泽地；3、溢洪道出口没有消能防冲设施，尾水直接冲刷山坡。溢洪道上未建交通桥，汛期泄洪时，交通中断；4、输水洞洞壁侵蚀渗水，出口处无效能设施。启闭设施陈旧落后，启闭困难；放水闸阀锈蚀、漏水；鉴于水库存在较多安全隐患，病险严重，急需进行除险加固。4.2 安全评价结论及要求鉴于后寺河水库目前存在较多安全隐患，河南省水利勘测设计研究有限公司于 2007 年 4 月对该水库进行了安全评价，编
36、制了河南省巩义市后寺河水库大坝安全评价报告 ，经专家审查，并通过后寺河水库大坝安全鉴定报告书 ，确定后寺河水库为三类坝。安全鉴定结论如下：1、后寺河水库位于黄河流域伊洛河支流后寺河上，下游为巩义市区和陇海铁路、连霍高速、310 国道、郑州至西安铁路客运专线等，防洪位置十分重要。2、经复核，水库防洪能力虽满足国家防洪标准 （GB50201-94 ）下限规定要求，但因防洪位置重要，不满足提高后的防洪标准要求。3、大坝堆石填筑质量差，孔隙率为 36%，不满足规范要求。多处存在架空结构，引起坝体不均匀沉降、变形裂缝，坝顶移位。大坝质量不合格。4、大坝坝型为浆砌石斜墙堆石坝，浆砌石斜墙单薄，堆石填筑质量
37、差，沉陷变形大，浆砌石斜墙变形裂缝。上下游坝坡抗滑稳定安全系数不满足规范要求。溢洪道浆砌石溢流堰，非常工况下抗滑稳定不满足规范要求。结构安全性为 C 级。5、大坝坝基和左右坝肩为中等透水性灰岩，未进行帷幕灌浆，坝基河槽段下有厚达 14m 的砂卵石，仅有浆砌石切断，底部处理不彻底，下游渗漏严重，大面积沼泽化。渗流安全性为 C 级。6、根据中国地震动参数区划图 （GB18306-2001 ） ，坝址区地震动峰值加速度为 0.10g，相当于地震基本烈度度，经复核，上、下游坝坡抗滑稳定安全系数不满足规范要求。7、闸阀锈蚀漏水，启闭设施陈旧落后，启闭困难。金属结构安全性为 C 级。8、无监测设施，管理设
38、施不完善。综上所述，后寺河水库大坝病险严重，为三类坝。建议根据安全鉴定意见尽快组织对水库进行除险加固处理。4.3 工程任务4.3.1 综合利用要求后寺河水库主要以防洪、灌溉、城镇供水为主，兼顾水产养殖、旅游等综合利用。水库加固后，正常调蓄洪水，减轻下游洪涝灾害，保证水库下游集体及人民生命财产安全。水库灌区配套面积达 1.5 万亩，实际灌溉面积为 0.8 万亩。水库每年给下游城镇供水约 100 万 m3，供水范围为北山口镇及周围村庄，供水人口约 3 万人。水库交通便利，库区四周风景秀美，环境优雅，水库出险加固后，可以促进旅游业发展，增加水库效益。4.3.2 除险加固工程任务本次除险加固工程任务，
39、依据安全鉴定结论和河南省水利厅核查意见，针对存在问题进行除险加固，主要任务如下：1、大坝工程大坝坝体加固及防渗处理：上游做混凝土防渗面板、下游坡培厚加固，坝基高喷灌浆。2、溢洪道工程溢洪道扩宽及溢流堰体加固。3、输水洞工程更换蝶阀及启闭设施。4、其他监测设施、管理设施、通讯设施完善等。4.4 防洪标准复核后寺河水库总库容 423 万 m3，属小（1）型水库， 等工程，大坝为 4 级，原设计洪水标准为 50 年一遇，校核洪水标准为 500 年一遇。按照防洪标准及水利水电工程等级划分及洪水标准规定，4 级建筑物设计洪水标准应为3050 年一遇，校核洪水标准应为 3001000 年一遇。根据后寺河水
40、库的地理位置、地形和地质条件，设计洪水标准选用 50 年一遇，校准洪水标准选用 500 年一遇是合理的。4.5 洪水调节计算4.5.1 基本资料a）水库水位 库容曲线由于无近期测量的库区地形资料，故采用 1979 年后寺河水库除险加固设计报告中的水位 库容关系，见表 4.5-1 及图 4.5-1， （高程已换算为 85 国家高程基准） 。b）水位泄流曲线溢洪道堰顶高程 330m，堰顶宽分别按 50m、55m 计算，按宽顶堰流公式计算的水位泄量关系见表 4.5-2 及图 4.5-2.4.5.2 调洪演算根据后寺河水库的入库流量过程线、水位库容关系和水位泄流曲线以及起调水位，按水量平衡原理进行洪水
41、调节计算。由于溢洪道无闸门控制，溢洪道堰顶高程 330m 即为防洪起调水位，调节计算时段为 0.5h，不同方案调洪演算结果见表 4.5-3.。4.6 大坝超高及设计坝顶计算根据碾压式土石坝设计规范 （SL274-2001）中有关规定计算坝顶超高。计算公式如下：Y=R+e+A式中：y- 坝顶超高，m；R-最大波浪在坝坡上的爬高，m；e-最大风壅水面高度， m；A-安全高度，m。根据规范规定设计取 0.5m，校核取 0.3m。库区为度地震区，地震壅浪高度取 0.5m。正常运用条件下取 1.5 倍多年平均年最大风速 22.5m/s，吹程取 0.250km；非常运用条件下取多年平均年最大风速 15m/
42、s，吹程取 0.256km。计算结果见表4.6-1。2008 年 4 月实测坝顶高程为 335.85m，防浪墙顶为 336.67m。根据碾压式土石坝设计规范 （SL274-2001）5.3.4 条规定，当坝顶上游侧设有防浪墙时，坝顶超高可改为对防浪墙顶的要求。但此时在正常运用条件下，坝顶应高出静水位 0.5m；在非常运用条件下，坝顶应不低于静水位。由表 4.6-2 可知，方案一的设计洪水位低于实测坝顶高程 1.39m，而校核洪水位高于实测坝顶高程 0.27m，设计防浪墙顶高程高于实测防浪墙顶高程0.11m，此方案大坝和防浪墙高程不满足防洪标准要求，需要分别加高 0.27m和 0.11m。方案二
43、的设计洪水位低于实测坝顶高程 1.66m，校核洪水位低于实测坝顶高程 0.10m，满足规范规定。设计防浪墙顶高程低于实测防浪墙顶高程 0.36m，此方案大坝和防浪墙高程满足防洪标准要求，不需加高。由于方案一需要加高大坝顶和防浪墙顶，施工不便，因此推荐采用方案二，即溢洪道底宽由现状 50m 加宽至 55m。4.7 除险加固规划指标水库除险加固后，防洪标准可以达到 50 年一遇，校核标准达到 500 年一遇。除险加固后主要规划见表 4.7-1。5 除险加固工程布置及建筑物设计5.1 工程等别及建筑物级别后寺河水库总库容 423 万 m3，按水利水电工程等级划分及洪水标准 （SL252-2000）的
44、规定，属小（1）型水库，工程等别为等，所属大坝、溢洪道、输水洞等主要建筑物为 4 级，次要建筑物为 5 级。水库防洪标准为 50 年一遇洪水设计，相应库水位 334.19m，500 年一遇洪水校核，相应库水位335.75m，泄水建筑物效能标准为 20 年一遇洪水设计。5.2 设计依据1） 防洪标准GB5021-94；2） 水利水电工程等级划分及洪水标准SL252-200；3） 碾压土石坝设计规范 （SL274-2001） ；4） 混凝土面板堆石坝设计规范SL228-98；5） 砌石坝设计规范SL25-2006；6） 水工建筑物荷载设计规范DL5077-1997；7） 水工建筑物水泥灌浆施工技术
45、规程DL/T5148-2001；8） 溢洪道设计规范SL253-2001；9） 水利水电工程进水口设计规范SL285-2003；10） 水闸设计规范SL265-2001；11） 水工挡土墙设计规范SL379-2007；12） 河南省巩义市后寺河水库大坝安全评价报告2007 年 4 月，河南省水利勘测设计研究有限公司；13） 巩义市后寺河水库除险加固工程地质勘察报告2008 年 5 月，河南省水利勘测设计研究有限公司；14） 河南省水利厅关于洪河、后寺河、桑家沟 3 座水库三类坝安全鉴定成果的核查意见 （豫水管200828 号文） ，2008 年 5 月；15）后寺河水库工程历次设计。加固处理有
46、关图纸、资料等；16）其他有关现行规范、规程及参考资料。5.3 大坝加固工程设计5.3.1 大坝建设过程及工程现状后寺河水库大坝为浆砌石面板堆石坝，与 1958 年动工兴建，1960 年 8 月投入使用，上游浆砌石斜墙部分高 41m，顶宽 1.0m 底宽 3.0m，上游边坡 1:0.3，大坝顶宽 2.2m，堆石体高 38m，下游边坡由上至下分别为1：0.7、1：1.0、1：1.5、1:2.0、1:2.75，设马道两级，一级马道宽 3.5m，二级马道宽 2.0m。此后历经多次扩建及除险加固，大坝上游增设了防浪墙，坝顶宽增加到 6m，坝顶高程 335.85m，最大坝高 41m，坝顶长 114m，宽
47、 6.0m，防浪墙高 0.82m。大坝上游浆砌石斜墙防渗体顶宽 1.0m，底宽 3.0m，防渗体迎水坡1:0.3，背水坡 1:0.26，斜墙底部设浆砌石截渗墙，截渗墙深 14.0m，宽 4.1m；浆砌石防渗体后为堆石体，边坡分 5 级，由上至下为1:0.7、1:1.7、1:2.0、1:2.0、1:3.25，变坡处设马道，一级马道高程 310.5m，宽0.5m，二级马道高程 317.5m，宽 1.8m，三级马道高程 310.5m，宽 4.5m，最下一级变坡未设马道。大坝现状见图 5.3-15.3-6。根据现场调查、查阅相关资料，目前大坝存在如下问题：1、由于大坝建设初期对防渗体与基岩结合处处理不
48、彻底，使大坝防渗体与基岩结合不良，石灰岩溶洞和裂缝未作处理，大坝渗漏严重；2、坝体单薄、填筑质量差，致使坝面防渗体裂缝发展，坝体渗水，并且曾出现大坝向上游倾斜变形的不正常现象，大坝整体稳定性较差。5.3.2 大坝渗流分析后寺河水库没有渗流观测资料，本次通过现场查勘、调查了解得知，由于大坝建设初期对坝体防渗墙与基岩结合部处理不当，防渗体与基岩结合不良，对坝脚附近的基岩、溶洞未作处理，防渗体与坝肩结合部也未进行处理，因此大坝 1960 年建成后，由于漏水严重，与 1961 年、1966 年对坝基进行了处理，但处理不彻底。随后 1979 年和 1980 年除险加固设计曾对坝基提出防渗处理措施，但至今
49、未实施，渗漏现象严重。分析水库渗漏主要有四方面原因：1、坝脚、坝肩附近有裂隙，存在渗漏通道；2、防渗体与基岩接触面处理不当，渗漏处理不彻底；3、建设初期坝面防渗体胶结材料（水泥砂浆）不良，施工质量控制不严，胶结质量差，形成渗漏；4、大坝堆石体沉陷，坝面产生裂缝，形成渗漏通道。5.3.3 大坝变形分析后寺河水库大坝没有沉降位移观测资料，本次通过现场查勘、从县乡水利部门了解得知，水库刚建成几年就开始出现坝体裂缝，后虽然加固但都未彻底根治。据现场观察，大坝坝面多处可见不均匀沉降引起的明显裂缝及坝面沉降，坝体沉陷约 3050cm，坝顶与防浪墙结合处有明显裂缝，大坝背水面干砌石护坡局部有风化破碎及松动现象。分析大坝变形有以下两方面原因：1）大坝变形与浆砌石斜墙堆石坝的特点有关。构成堆石体的石块具有不同的形状和尺寸，且表面不平整，堆筑过程中容易架空，空隙较大，堆石坝体在水压力和堆石体自重作用下，棱角处集中受压，
