2除險加固設(shè)計

1、2 除險加固設(shè)計2.1 水庫及樞紐2.1.1 設(shè)計依據(jù)（1）工程等別及建筑物級別兩岔河水庫工程水庫總庫容26.8萬m3，均質(zhì)土壩最大壩高16.2m（加高1.2m后），設(shè)計灌溉面積518畝。根據(jù)水利水電工程等級劃分及洪水標準（sl 2522000）及防洪標準（gb 5020194），工程規(guī)模屬小（2）型，工程等別為v等工程。主要建筑物大壩、溢洪道、放水涵洞按5級建筑物設(shè)計。（2）洪水標準根據(jù)水利水電工程等級劃分及洪水標準（sl 252-2000）的規(guī)定，本工程永久性擋水和泄水建筑物所采用的設(shè)計洪水標準為30年一遇，校核洪水標準為300年一遇，消能防沖標準按10年一遇。（3）設(shè)計基本資料 水文、氣

2、象根據(jù)水文專業(yè)調(diào)查、分析計算，設(shè)計中所采用的水文、氣象參數(shù)見下表：表2.1-1 設(shè)計采用的水文、氣象參數(shù)表序號項目名稱單位數(shù)量備注1多年平均最大風(fēng)速m/s16.52設(shè)計情況計算風(fēng)速m/s24.753校核情況計算風(fēng)速m/s16.5續(xù)上表4吹程km0.25多年平均來水量萬m32646設(shè)計洪水位（p=3.33%）m960.627設(shè)計洪水位時最大下泄流量m3/s46.98相應(yīng)下游水位m9校核洪水位（p=0.33%）m961.1810校核洪水位時最大下泄流量m3/s73.011相應(yīng)下游水位m12正常蓄水位m95913正常蓄水位以下庫容萬m319.3514總庫容萬m326.815死水位m95116死水位以

3、下庫容萬m32.6517淤沙高程（30年）m950.5818調(diào)節(jié)庫容萬m316.7 地震基本烈度場區(qū)地震基本烈度小于6度，本工程建筑物不考慮地震設(shè)防。 壩基巖石物理力學(xué)指標設(shè)計采用的壩基（肩）巖體力學(xué)指標:23ls弱風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r: f=0.7層 面： f=0.550.6裂隙面： f=0.50.55設(shè)計采用壩體物理力學(xué)參數(shù)見表2.1-2：表2.1-2 設(shè)計采用壩體物理力學(xué)參數(shù)表巖性參數(shù)含水量(%)孔隙比容重g/cm3飽和容重g/cm3抗剪強度壓縮系數(shù)(mpa-1)壓縮模量(mpa)滲透系數(shù)飽和慢剪（度）c(kpa)粘土夾碎石38.701.3431.641.88.5250.327.135.531

4、0-5（4）技術(shù)標準防洪標準（gb 5020194）水利水電工程等級劃分及洪水標準（sl 2522000）碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范（sdj 21884）及其補充規(guī)定小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計導(dǎo)則（sl 18996）溢洪道設(shè)計規(guī)范（sl 2532000）及其補充規(guī)定水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（sl/t 19196）溢洪道設(shè)計規(guī)范（sl 2532000）及其補充規(guī)定2.1.2 水庫樞紐除險加固工程總體布置兩岔河水庫原溢洪道堰頂高程959m，溢流前緣凈寬b=9m。本次洪水調(diào)節(jié)計算時，考慮了b=9m（不拓寬方案）和b=15m（拓寬方案）兩種情況。根據(jù)洪水調(diào)節(jié)計算成果復(fù)核壩頂超高，不拓寬方案大壩需加高

5、2.1m，拓寬方案需加高1.2m?？紤]到兩岔河水庫集雨面積較大，庫容較小，下泄流量較大，結(jié)合右岸的地形地質(zhì)條件，本次設(shè)計選用拓寬方案。大壩加高由下游953.6m高程加至961.2m高程，壩坡1:2.5，壩頂設(shè)1m高防浪墻，壩頂寬度4m。上游壩面采用c15砼預(yù)制塊護坡，下游壩面采用草皮護坡，下游壩腳增設(shè)堆石排水棱體，棱體頂部寬度2.25m，頂部高程947.5m，底部高程945。溢洪道位于右岸，拓寬時左側(cè)墻（靠壩側(cè)）位置不動，右側(cè)邊墻往右岸延伸。另外，原溢洪道出口對沖壩腳，影響壩體穩(wěn)定，須對將其改道，使水流順暢接入下游河道。放水涵洞位于左岸，原進口取水高程950m，由一扇雙向轉(zhuǎn)動閘門控制。經(jīng)過復(fù)核

6、計算，30年淤沙高程已達950.58m，所以取水口高程應(yīng)抬高，本次設(shè)計考慮抬高至950.8m，并重建啟閉房，更換已經(jīng)損壞的雙向轉(zhuǎn)動閘門。2.2 大壩除險加固設(shè)計2.2.1 大壩加固設(shè)計方案根據(jù)本次勘測和設(shè)計復(fù)核結(jié)果，針對大壩存在壩頂超高不夠，浸潤線高，上、下游壩面無護坡設(shè)施，壩坡淘刷、沖刷嚴重等主要問題，確定本次大壩除險加固設(shè)計的工程措施為：壩體加高1.2m、壩面增設(shè)護坡設(shè)施、下游壩腳增設(shè)截水溝和排水棱體。2.2.2 大壩加高設(shè)計2.2.2.1壩頂高程確定壩頂上游側(cè)考慮設(shè)1.0m高的防浪墻，防浪墻頂高程等于水庫靜水位加上相應(yīng)墻頂超高，按下列兩種情況計算，取其最大值。 設(shè)計洪水位+正常運用情況的

7、墻頂超高； 校核洪水位+非常運用情況的墻頂超高。墻頂超高計算公式：y=r+e+a（m）波浪的平均爬高r按下式計算：波浪要素按“莆田試驗站”公式計算：設(shè)計波浪爬高值r按工程等級確定，對于v級土石壩取累計頻率p=5%的爬高值，。壩前風(fēng)雍水面高度e一般很小，故計算時忽略不計。表2.2-1 波浪要素計算成果表 單位：m計算情況風(fēng)速w吹程d平均波高h平均波長設(shè)計爬高r5%設(shè)計洪水位24.752000.194.720.7校核洪水位16.52000.123.020.5安全超高a按sdj 21884中表4.4.2規(guī)定，對于v級建筑物正常運用情況取0.5m，非常運用情況取0.3m。墻頂高程計算成果如表2.2-1

8、：表2.2-2 壩頂高程計算成果表 單位：m計算情況項目水庫靜水位墻頂超高y墻頂高程設(shè)計洪水位（p=3.33%）960.6331.2961.833校核洪水位（p=0.33%）961.180.8961.98由校核洪水位控制墻頂高程，取962m，采用0.8m高的防浪墻，確定壩頂高程為961.2m，高于水庫最高靜水位（校核洪水位）0.02m，滿足規(guī)范要求。2.2.2.2大壩標準剖面原壩頂高程為960m，大壩需要加高1.2m。結(jié)合壩體現(xiàn)狀，加高部分壩體從下游壩面953.6m高程按1:2.5的坡度加至961.2m高程，加高后原上游壩坡1:2不變。壩頂寬度根據(jù)交通要求取4m，設(shè)高1m、厚0.5m的防浪墻后

9、壩頂凈寬3.5m。2.2.2.3滲流計算（1）計算方法及計算工況兩岔河水庫大壩加高1.2m后滲流計算考慮下列兩種水位組合情況：工況1：上游正常蓄水位（959m）與下游相應(yīng)的最低水位（945.5m）；工況2：水庫水位從校核洪水位（961.18m）降至放水涵洞取水高程（951m）情況。計算方法為有限元數(shù)值分析法，采用北京理正軟件設(shè)計研究所滲流分析軟件（1.1版）計算。計算時分三個區(qū)域：粘土部分主壩體為1區(qū)、下游排水棱體為2區(qū)、壩基為3區(qū)。各區(qū)采用的滲透系數(shù)如下：1區(qū)（按各向同性考慮）：kx=ky=5.5610-5cm/s；2區(qū)（按各向同性考慮）：kx=ky=1.16cm/s；3區(qū)（按各向同性考慮）

10、：kx=ky=5.7910-6cm/s；（2）工況1計算結(jié)果經(jīng)計算，穩(wěn)定滲流期單位壩長滲漏量q=0.001l/sm.，浸潤線位置見下圖：（3）工況2計算結(jié)果放水涵洞進口雙向轉(zhuǎn)動閘門的尺寸為300mm，洞身斷面尺寸0.40.8m（城門型），校核洪水位961.18m至放水涵洞取水高程951m之間的庫容差為24.15萬m3，考慮0.02m3/s的天然來水量，經(jīng)計算，水庫水位由961.18m降至951m所需的時間為3.62天。計算的浸潤線位置見下圖：（4）滲透穩(wěn)定計算根據(jù)碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范（sdj 21884）第7.2.5條規(guī)定，各種土石壩自浸潤線出逸點至下游坡腳一段，按要求做好反濾排水設(shè)備時可不進

11、行壩體填土滲透穩(wěn)定的校核。兩岔河水庫大壩下游壩腳增設(shè)了排水棱體，排水棱體前設(shè)置了反濾層，故未進行滲透穩(wěn)定計算。 中國最龐大的資料庫下載2.2.2.4壩坡穩(wěn)定計算（1）計算方法及計算工況穩(wěn)定計算的目的是保證土石壩在自重、各種情況下的孔隙壓力和外荷載的作用下，具有足夠的穩(wěn)定性，不致發(fā)生通過壩體或壩體和壩基的整體剪切破壞。兩岔河水庫大壩加高1.2m后的壩坡穩(wěn)定計算考慮了下列兩種情況：工況1（正常運用）：穩(wěn)定滲流期的下游壩坡（上游正常蓄水位959m與下游相應(yīng)的最低水位945.5m）；工況2（非常運用）：水庫水位降落期的上游壩坡（水庫水位從校核洪水位961.18m降至放水涵洞取水高程951m）。計算方法

12、為剛體極限平衡法，采用北京理正軟件設(shè)計研究所邊坡穩(wěn)定設(shè)計軟件（3.0版）計算。壩體強度計算方法為有效應(yīng)力法，設(shè)計抗剪強度指標按飽和慢剪試驗指標的0.8倍取用。表2.2-3 穩(wěn)定計算采用參數(shù)表部位試驗強度指標設(shè)計強度指標濕容重飽和容重c(kpa)(度)c(kpa)(度) w(t/m3)s(t/m3)壩體29.410.7258.61.641.8排水棱體30452.02.1壩基5005002.32.5（2）工況1：穩(wěn)定滲流期下游壩坡穩(wěn)定計算結(jié)果通過程序自動收索，最不利滑動面的圓心坐標為：x=16.24m、y=25.08m，滑弧半徑r=25.075m。抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)見表2.2-3：表2.2-4 下游

13、壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)表計算方法計算安全系數(shù)最小安全系數(shù)允許值瑞典條分法1.3421.15bishop法1.4161.265janbu法1.4261.265由表2.2-4可知，穩(wěn)定滲流期的下游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。（3）工況2：水庫水位降落期上游壩坡穩(wěn)定計算結(jié)果通過程序自動收索，最不利滑動面的圓心坐標為：x=16.24m、y=25.08m，滑弧半徑r=25.075m?？够€(wěn)定安全系數(shù)見表2.2-4：表2.2-5 上游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)表計算方法計算安全系數(shù)最小安全系數(shù)允許值瑞典條分法1.1361.05bishop法1.1961.155janbu法1.2131.155由表2.2-5可

14、知，水庫水位降落期的上游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。2.2.3壩面護坡由于原來的壩體上、下游壩面均未采取護坡措施，壩坡易被波浪掏刷或雨水沖刷，特別是下游壩面，受雨水沖刷形成的沖溝縱橫遍布，最深的達1.5m，寬達2.5m。故本次除險加固設(shè)計對上、下游壩面增設(shè)護坡設(shè)施。上游壩面采用c15混凝土預(yù)制菱形塊護面，預(yù)制快寬度0.6m，厚度0.15m。其背水側(cè)設(shè)反濾層，其中碎石層厚0.15m、細砂層厚0.15m。下游壩面采用草皮護坡，將草皮割成寬約0.25m、長2.5m的長條形，厚0.050.1m。為使接縫部位結(jié)合緊密，草皮的邊緣做成斜切的。將草皮條鋪成寬1m的方格，空格中播種矮草草籽，如三葉草等。

15、2.2.4排水棱體及截水溝為降低壩體浸潤線及孔隙壓力，增加壩體穩(wěn)定，下游壩腳河床部位增設(shè)堆石排水棱體。堆石棱體高度4m，頂部寬度3m，外坡1:1.5，內(nèi)側(cè)垂直。棱體前設(shè)碎石及細砂反濾層，細砂層厚0.2m，碎石層厚0.2m。下游壩體與岸坡連接處設(shè)截水溝，集中將岸坡集水排至下游河道。截水溝用m7.5漿砌石砌筑，過水?dāng)嗝?.40.4m。2.3 溢洪道改造由于原溢洪道泄洪能力不足，槽身襯砌結(jié)構(gòu)多處斷裂，已喪失穩(wěn)定性，其出口又對沖壩體。本次除險加固設(shè)計將溢洪道進行拓寬改造，并將其出口改道，使水流平順流入下游河道。拓寬后的溢洪道包括進水渠、溢流堰、泄槽、消力池。進水渠段長7.4m，為使水流順暢進入溢洪道，

16、其右側(cè)邊墻設(shè)長3m的扭面與進口開挖面相接，左側(cè)設(shè)半徑10m的圓弧導(dǎo)墻。溢流堰為寬頂堰，前緣凈寬15m，堰頂高程959m，總長5.5m，堰體材料為c15砼。泄槽段總長90.4m，底坡為1:5.396，槽身采用c25砼襯砌，厚30cm。為節(jié)約工程量，在樁號溢0+17.537至溢0+48.537段設(shè)長31m長的收縮段，將槽身底寬由15m收縮至8m，收縮角6.5。為使溢洪道軸線更短，泄槽在溢0+48.537至溢0+72.099設(shè)轉(zhuǎn)彎段，轉(zhuǎn)彎半徑50m，轉(zhuǎn)彎角27。消力池長25m，池底高程942.252m，池寬8m，邊墻高度5.5m。池身采用c25砼襯砌，池底厚50cm，邊墻厚50cm。為連接兩岸交通，

17、在溢0+13.537樁號處設(shè)現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁式交通橋，橋?qū)?m。2.4 壩體、壩基、壩肩及庫區(qū)滲漏處理2.4.1 壩體滲漏處理兩岔河水庫大壩分兩期筑成（1963年、1979年），壩體滲漏主要是沿兩期壩體結(jié)合部位（953.6m高程）及二期部分壩體較為嚴重，在大壩左岸段950m高程存在較大滲漏點s2。壩體滲漏采用充填灌漿進行處理，沿壩頂中線布置灌漿孔，一般孔距為3m，局部滲漏嚴重部位孔距1.5m。灌漿材料為粘土加15%水泥的粘土漿，設(shè)計灌漿壓力0.25mpa，總進尺600m。2.4.2 壩基（肩）滲漏處理兩岔河水庫壩（肩）基滲漏主要是沿建基面及壩基淺部風(fēng)化裂隙存在裂隙性滲漏，較明顯的滲漏點為下游壩

18、腳位置的s1點。壩基滲漏采用帷幕灌漿處理，灌漿孔沿壩頂中線布置，孔距采用3m。根據(jù)地質(zhì)資料，孔深以進入巖體15m控制，兩壩肩向岸坡延伸1015m，以使正常蓄水位與地下水位相接，形成封閉帷幕。帷幕灌漿總進尺900m，其中有效進尺700m，無效進尺200m。2.4.2 庫區(qū)滲漏處理水庫庫區(qū)成庫條件較好，不存在滲漏，不需進行處理。2.5 放水涵洞改造原放水涵洞位于左岸，為壩內(nèi)無壓涵洞，總長76.5m，斷面型式為城門洞型，過水?dāng)嗝?.40.8m，進口洞底高程948m，出口高程947.5m。進口設(shè)300mm雙向轉(zhuǎn)動閘門，取水高程950m。通過本次復(fù)核，現(xiàn)水庫庫底高程949m，30年淤沙高程950.58m。故本次設(shè)計考慮