某水庫除險加固初步設(shè)計說明

1、 .PAGE69 / NUMPAGES74設(shè) 計 總 說 明 PS水庫位于省沙河市境，屬海河流域滏陽河系沙洺河支流。本工程存在的主要問題如下：(1)大壩基礎(chǔ)抗滑不滿足要求，壩體高水位時滲漏嚴(yán)重。(2)壩頂高程在不滿足規(guī)要求。(3)放水洞閘閥損壞。(4)大壩下游無消能防沖設(shè)施。 經(jīng)鑒定大壩屬于三類壩。PS水庫除險加固設(shè)計是根據(jù)實際工程進行初步設(shè)計，主要容包括壩體的抗滑穩(wěn)定計算，壩基應(yīng)力復(fù)合，溢流壩過流能力與消能計算等幾個部分。壩體抗滑穩(wěn)定計算是重力壩設(shè)計的一項重要容，其目的是驗算壩體沿壩基面的抗滑穩(wěn)定安全度，利用公式判別大壩是否滿足抗滑穩(wěn)定要求。經(jīng)計算得大壩在某些工況下不滿足抗滑穩(wěn)定要求。應(yīng)力分

2、析的目的是檢驗壩體在施工和運用期間是否滿足強度要求，利用材料力學(xué)的方法檢驗應(yīng)力是否滿足要求。經(jīng)計算得大壩在某些工況下不滿足要求。溢流壩過流能力驗算與消能計算依據(jù)溢洪道設(shè)計規(guī)SL253-2000計算。經(jīng)計算得滿足要求。最后進行除險加固方案設(shè)計，使不滿足要求的工況滿足設(shè)計要求，使大壩得到加固。關(guān) 鍵 詞：抗滑穩(wěn)定、應(yīng)力復(fù)合、過流能力與消能計算。General description of designPS reservoir in Hebei province Shahe city within the boundaries, the Haihe River Valley of Minghe Ri

3、ver tributary of Fuyang River sand.The engineering problems as follows (1)The dam foundation against sliding of dam does not meet the requirements, the serious leakage of high water level. (2) The crest elevation does not meet the requirements of the code in the standard. (3) The discharge valve dam

4、age. (4)The dam downstream energy dissipation facilities.The identification of the dam belongs to the three kind of dam.PS reservoir reinforcement design is according to the actual project preliminary design, the main contents include the calculation of stability against sliding of dam, dam foundati

5、on stress composite, spillway discharge capacity and energy dissipation and other parts.Calculation on stability against sliding of gravity dam is an important issue in the design, its purpose is to check dam along the interface between dam and foundation stability against sliding of dam safety, usi

6、ng the formula for judging whether meet the requirements of stability against sliding.The calculation of dam in some cases do not meet the requirements of stability against sliding.Stress analysis to test the dam in construction and using period whether meet the strength requirements, use of materia

7、l mechanics method testing stress whether meet the requirements.The calculation of dam in some cases do not meet the requirements.Spillway flow capacity calculation and energy dissipation calculation based on design code for Spillway SL253-2000 calculation.Through calculation, to meet the requiremen

8、ts.The final project reinforcement design, which does not meet the requirements of operation and meet the design requirements, the dam is strengthened.Key words: anti-sliding stability, stress composite, flow capacity and energy dissipation.目 錄TOC o 1-3 h z uHYPERLINK l _Toc3577914621 綜合說明 PAGEREF _

9、Toc357791462 h 1HYPERLINK l _Toc3577914631.1工程概況 PAGEREF _Toc357791463 h 1HYPERLINK l _Toc3577914641.2水文 PAGEREF _Toc357791464 h 1HYPERLINK l _Toc3577914651.2.1流域概況 PAGEREF _Toc357791465 h 1HYPERLINK l _Toc3577914661.2.2 氣象 PAGEREF _Toc357791466 h 1HYPERLINK l _Toc3577914671.2.3 水文 PAGEREF _Toc35779

10、1467 h 2HYPERLINK l _Toc3577914681.2.4 泥沙 PAGEREF _Toc357791468 h 2HYPERLINK l _Toc3577914691.3工程地質(zhì)條件 PAGEREF _Toc357791469 h 2HYPERLINK l _Toc357791470結(jié)論與建議： PAGEREF _Toc357791470 h 2HYPERLINK l _Toc3577914711.4工程除險設(shè)計 PAGEREF _Toc357791471 h 3HYPERLINK l _Toc3577914722水庫大壩現(xiàn)狀情況校核 PAGEREF _Toc3577914

11、72 h 4HYPERLINK l _Toc3577914732.1正常蓄水位下的壩體抗滑穩(wěn)定計算與壩基處應(yīng)力計算 PAGEREF _Toc357791473 h 4HYPERLINK l _Toc3577914742.1.1主壩抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算 PAGEREF _Toc357791474 h 4HYPERLINK l _Toc3577914752.1.2副壩抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算 PAGEREF _Toc357791475 h 8HYPERLINK l _Toc3577914762.1.3溢流壩抗滑穩(wěn)定計算與基應(yīng)力計算 PAGEREF _Toc357791476 h 10HYP

12、ERLINK l _Toc3577914772.2 設(shè)計洪水位下的抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算 PAGEREF _Toc357791477 h 12HYPERLINK l _Toc3577914782.2.1主壩抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算 PAGEREF _Toc357791478 h 12HYPERLINK l _Toc3577914792.2.2副壩抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算 PAGEREF _Toc357791479 h 14HYPERLINK l _Toc3577914802.2.3溢流壩抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算 PAGEREF _Toc357791480 h 15HYPERLINK

13、l _Toc3577914812.3 校核洪水位下的抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算 PAGEREF _Toc357791481 h 18HYPERLINK l _Toc3577914822.3.1主壩抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算 PAGEREF _Toc357791482 h 18HYPERLINK l _Toc3577914832.3.2副壩抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算 PAGEREF _Toc357791483 h 20HYPERLINK l _Toc3577914842.3.3溢流壩抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算 PAGEREF _Toc357791484 h 22HYPERLINK l _Toc3

14、577914852.4地震情況下正常蓄水位時的壩體抗滑穩(wěn)定計算與壩基處應(yīng)力計算 PAGEREF _Toc357791485 h 24HYPERLINK l _Toc3577914862.4.1主壩抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算 PAGEREF _Toc357791486 h 24HYPERLINK l _Toc3577914872.4.2副壩抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算 PAGEREF _Toc357791487 h 27HYPERLINK l _Toc3577914882.4.3溢流壩抗滑穩(wěn)定計算與基應(yīng)力計算 PAGEREF _Toc357791488 h 29HYPERLINK l _Toc35

15、77914892.5溢流面過流能力驗算 PAGEREF _Toc357791489 h 31HYPERLINK l _Toc3577914902.6消能防沖設(shè)計 PAGEREF _Toc357791490 h 32HYPERLINK l _Toc3577914913 除險加固工程設(shè)計 PAGEREF _Toc357791491 h 34HYPERLINK l _Toc3577914923.1 大壩防洪復(fù)合設(shè)計 PAGEREF _Toc357791492 h 34HYPERLINK l _Toc3577914933.1.1大壩防洪加固方案 PAGEREF _Toc357791493 h 34HY

16、PERLINK l _Toc3577914943.1.2壩頂高程計算 PAGEREF _Toc357791494 h 34HYPERLINK l _Toc3577914953.2大壩防滲設(shè) PAGEREF _Toc357791495 h 34HYPERLINK l _Toc3577914963.2.1存在的問題 PAGEREF _Toc357791496 h 34HYPERLINK l _Toc3577914973.2.2防滲方案 PAGEREF _Toc357791497 h 34HYPERLINK l _Toc3577914983.2.3主壩、副壩、溢流壩壩體上游防滲 PAGEREF _T

17、oc357791498 h 35HYPERLINK l _Toc3577914993.2.4壩基防滲 PAGEREF _Toc357791499 h 35HYPERLINK l _Toc3577915003.3主壩加固后抗滑穩(wěn)定計算與應(yīng)力復(fù)合計算 PAGEREF _Toc357791500 h 35HYPERLINK l _Toc3577915013.3.1正常蓄水時主壩抗滑穩(wěn)定計算和應(yīng)力復(fù)合 PAGEREF _Toc357791501 h 36HYPERLINK l _Toc3577915023.3.2 設(shè)計洪水位時主壩抗滑穩(wěn)定計算和應(yīng)力復(fù)合 PAGEREF _Toc357791502 h

18、38HYPERLINK l _Toc3577915033.3.3 校核洪水位時主壩抗滑穩(wěn)定計算和應(yīng)力復(fù)合 PAGEREF _Toc357791503 h 40HYPERLINK l _Toc3577915043.3.4地震情況下正常蓄水時主壩抗滑穩(wěn)定計算和應(yīng)力復(fù)合 PAGEREF _Toc357791504 h 42HYPERLINK l _Toc3577915053.4溢流壩加固后抗滑穩(wěn)定計算與應(yīng)力復(fù)合計算 PAGEREF _Toc357791505 h 45HYPERLINK l _Toc3577915063.4.1正常蓄水位時溢流壩抗滑穩(wěn)定計算與應(yīng)力復(fù)合 PAGEREF _Toc3577

19、91506 h 46HYPERLINK l _Toc3577915073.4.2 設(shè)計洪水位時溢流壩抗滑穩(wěn)定計算和應(yīng)力復(fù)合 PAGEREF _Toc357791507 h 49HYPERLINK l _Toc3577915083.4.3 校核洪水位時溢流壩抗滑穩(wěn)定計算和應(yīng)力復(fù)合 PAGEREF _Toc357791508 h 51HYPERLINK l _Toc3577915093.4.4地震情況下正常蓄水時溢流壩抗滑穩(wěn)定計算和應(yīng)力復(fù)合 PAGEREF _Toc357791509 h 53HYPERLINK l _Toc3577915103.5溢流面加固設(shè)計 PAGEREF _Toc35779

20、1510 h 56HYPERLINK l _Toc3577915113.5.1溢流面加固方案 PAGEREF _Toc357791511 h 56HYPERLINK l _Toc3577915123.5.2溢流壩過流能力驗算與消能防沖驗算 PAGEREF _Toc357791512 h 57HYPERLINK l _Toc3577915133.6放水洞維修加固 PAGEREF _Toc357791513 h 57HYPERLINK l _Toc3577915143.6.1加固方案設(shè)計 PAGEREF _Toc357791514 h 57HYPERLINK l _Toc3577915153.7防

21、浪墻與壩頂設(shè)計 PAGEREF _Toc357791515 h 57HYPERLINK l _Toc357791516外文文摘 PAGEREF _Toc357791516 h 58HYPERLINK l _Toc357791517辭 PAGEREF _Toc357791517 h 67HYPERLINK l _Toc357791518參考文獻 PAGEREF _Toc357791518 h 681 綜合說明1.1工程概況 PS水庫位于省沙河市境，屬海河流域滏陽河系沙洺河支流，水庫控制流域面積42,總庫容61.2萬m3，是一座以防洪、灌溉和供人畜飲水的小= 2 * GB2型水庫。水庫樞紐主要包括

22、：主壩、副壩、溢流壩和放水洞等建筑物。水庫大壩為漿砌石重力壩，主壩最大壩高27.5m，壩頂高程23.5m，壩頂長119m，壩頂寬4.5m，迎水面壩坡直立，背水面壩坡1:0.51,。副壩最大壩高5.5m，壩頂長70m,壩頂寬2.9m。溢流壩在主壩中央，采用克-奧菲真空實用堰，堰面為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，堰頂高程20.5m，堰深3m,寬22m，設(shè)計最大泄流量161.77m3/s,采用挑流鼻坎消能，鼻坎高程9m，挑射角25，反弧半徑4m。放水洞位于溢流壩左側(cè)，洞口高程5.1m，出口采用碟閥控制。水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇設(shè)計，200年一遇校核。水庫樞紐為五等工程，主要建筑物為5級建筑物。經(jīng)調(diào)洪演算，不同設(shè)計

23、標(biāo)準(zhǔn)的洪水位與相應(yīng)的最大泄流量如下：20年一遇的最高洪水位為21.85m，最大泄量為63.38m3/s；200年一遇的最高洪水位為23.04m，最大泄量為161.77m3/s。2007年6月，華北水利水電勘測設(shè)計完成PS水庫大壩安全鑒定，并通過省大壩安全管理中心核查，綜合評價該水庫大壩為三類壩。1.2水文1.2.1流域概況PS水庫位于沙河市冊井鄉(xiāng)，屬沙洺河支流。該河流位于沙河市西部，太行麓，為季節(jié)性河流，除汛期洪水徑流較大外，其他月份徑流量很小。水庫控制流域面積4km2，壩址以上河床平均坡降28。流域地形復(fù)雜，地面起伏大，地形坡度較陡。1.2.2 氣象工程地處太行山風(fēng)坡，受太平洋東南季風(fēng)的影響

24、，降雨偏豐，平均年雨量560mm，年際間變化很大，年最大降雨1088mm；年最小降雨227mm，最大、最小相差近5倍。年雨量在年分配也很不均勻。多年平均汛期降雨占年雨量的75%以上。多年平均氣溫13.013.7；年極端最高氣溫42；年極端最低氣溫-19.6。冬季受西伯利亞高壓大陸性氣團控制，風(fēng)向偏北，強勁西北風(fēng)盛行，夏季偏南風(fēng)，春、秋兩季風(fēng)向變化較大，沙河市汛期多年平均最大風(fēng)速16.7m/s。非汛期多年平均最大風(fēng)速為15.0m/s，無霜期220240天左右。1.2.3 水文流域圍無水文氣象站分布，水庫于1978年開始運行至今，已有三十多年的時間，因水庫的管理不夠規(guī)，對水位、流量等資料均未按水庫

25、管理要求進行觀測，故沒有實測大洪水資料。1.2.4 泥沙PS水庫流域僅為4km2，流域缺乏泥沙實測資料。通過水庫幾十年的運行證明：由于該流域面積小，流域地形、地質(zhì)、植被等條件較好，入庫沙量很少，目前實測泥沙淤積高程僅0.8m。1.3工程地質(zhì)條件勘察場地屬太行麓沖低山丘陵地帶，勘察揭露之地層除第1層外均為三疊紀(jì)巖石，本場區(qū)勘察深度圍，地基土自上而下分為如下2層，現(xiàn)將各土層的工程地質(zhì)特征分述如下：1 層 雜填土（ml）：灰褐色，壩體，為塊狀巖石和水泥砂漿人工堆砌含少量雜質(zhì)。場區(qū)普遍分布，厚度:0.80-11.20m,平均5.30m;層底標(biāo)高:12.28-22.70m,平均18.20m;層底埋深:0

26、.80-11.20m,平均5.30m。2 層 細(xì)砂巖：肉紅色，灰白色，微風(fēng)化，可見較清晰的平行層理，細(xì)層厚度不一，細(xì)粒砂狀結(jié)構(gòu)，主要礦物成分為石英，長石少量，分選好，磨圓度高，膠結(jié)好，整個巖石固結(jié)緊密堅硬，中厚層狀，裂隙發(fā)育中等到微小，巖芯長柱狀。該層未穿透。結(jié)論與建議：(1)按建筑抗震設(shè)計規(guī)GB500112010本場地的抗震設(shè)防烈度為7度，本場地為第二組，設(shè)計基本地震加速度值為0.10g。(2)庫區(qū)主要出露地層為細(xì)砂巖，不存在庫岸失穩(wěn)，庫底滲漏等問題。(3)壩基巖性簡單，巖石裂隙發(fā)育程度不高，無斷層通過，裂隙連通性較差，為弱透水層。壩基不存在滲漏破壞的可能性。 (4)壩基巖土力學(xué)性質(zhì)較好，透

27、水性較弱，不存在滲透破壞的可能性，地基承載力滿足。1.4工程除險設(shè)計PS水庫運行多年水庫發(fā)揮了重要的作用，但同時出現(xiàn)了諸多問題，主要有：(1)大壩基礎(chǔ)抗滑不滿足要求，壩體高水位時滲漏嚴(yán)重。(2)壩頂高程不滿足要求。(3)放水洞閘閥損壞，影響水庫正常運行。(4)大壩下游無消能防沖設(shè)施。根據(jù)水庫大壩安全鑒定結(jié)論和建議，針對工程存在的問題，結(jié)合本次設(shè)計調(diào)整后水庫工程特性，對大壩結(jié)構(gòu)進行處理，增加其抗滑穩(wěn)定性。擬定本次PS水庫除險加固的主要容：(1)大壩防滲設(shè)計。(2)大壩結(jié)構(gòu)復(fù)合。(3)溢流壩加固設(shè)計。(4)放水洞維修加固。(5)防浪墻與壩頂設(shè)計。(6)其它工程處理。2水庫大壩現(xiàn)狀情況校核由Auto

28、CAD計算得到各壩段的單寬體積如下：主壩單寬體積V=325m3副壩單寬體積V=27.5 m3溢流壩單寬體積V=362.8 m3根據(jù)砌石壩設(shè)計規(guī)SL25-2006查得砌石體容重d=22.0kN/ m3。依次計算得到各壩段的單寬自重如下:主壩單寬自重W=d V=7150kN副壩單寬自重W=d V=605kN溢流壩單寬自重W=d V=7981.6kN2.1正常蓄水位下的壩體抗滑穩(wěn)定計算與壩基處應(yīng)力計算正常蓄水位下上游水位20.5m，下游水位0m。2.1.1主壩抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算 荷載計算(1)壩體自重(2)水平靜水壓力上游水平靜水壓力P1 (2-1)下游水平靜水壓力P2 (2-2)(3)壩基

29、處揚壓力U圖2-1 主壩壩基處揚壓力上游水面至壩基距離H1=24.5m，下游水面至壩基距離H2=4.0m， 壩基長度T=18.5m。 (2-3)(4)泥沙壓力Psk (2-4)式中：n 泥沙浮容重，取n =7 KN/ m3hn 計算點以上的淤積高度，取hn =0.8m,n 泥沙摩擦角，取n =25o(5)浪壓力Pwk浪高波長按官廳水庫公式計算波高和平均波長 (2-5) (2-6) 式中：hb波高（當(dāng)時，為累計頻率為5%的波高；當(dāng)為累計頻率為10%的波高），m；Lm平均波長，m；V0計算最大風(fēng)速（基本組合可采用重現(xiàn)期50年的最大風(fēng)速，特殊組合可采用多年最大風(fēng)速），m/s；有資料可知V0=16.7

30、 m/s。D風(fēng)區(qū)長度，m；可近似取D=1000m。g重力加速度，9.81m/s2。計算得hb =0.56m，Lm =6.49m。浪壓力可近似按直墻式擋水建筑物的情況計算單位寬度上的浪壓力可按下式計算： (2-7) (2-8) (2-9) 式中：Pwk單位寬度壩面上的浪壓力，kN/m；h5%累計頻率為5%的波高，m；hz波浪中心線至計算水位的高度，m；Hcr 使波浪破碎的臨界水深，m。經(jīng)計算得：hz =0.15m Hcr =0.62m Pwk =11.3kN(6)土壓力壩底高程-4m，上下游填土高程均為0m,土的粘聚力為0，摩擦角為25o。上游為主動土壓力，下游為被動土壓力稱為主動土壓力系數(shù)，計

31、算得0.31稱為被動土壓力系數(shù)，計算得1.61取土的容重=21 kN/ m3主動土壓力 (2-10)被動土壓力 (2-11)圖2-2主壩荷載簡圖表2-1 作用于主壩的各力和力矩大小方向表荷載垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kNm）(+)(-)(+)(-)(+)(-)W71502.34516766.75P129418.1724018.17P278.41.33104.53U1725.20U21858.33.15760.31Psk0.70.270.18Pwk11.324.5276.85Ea52.11.3369.47Ep270.51.33360.5771502583.53005.1348.

32、917231.9530125.4總4566.52656.212893.55 壩體抗滑穩(wěn)定計算(2-12)式中：f抗剪強度計算公式中的摩擦系數(shù)；作用于壩體上全部荷載（包括揚壓力，下同）對滑動平面的法向分值；作用于壩體上全部荷載對滑動平面的切向分值；依據(jù)砌石壩設(shè)計規(guī)（SL25-2006）3.2.6規(guī)定，在初步設(shè)計階段，砌石體抗滑穩(wěn)定計算所需的抗剪強度參數(shù)，查附錄A表A.0.5和附錄A表A.0.6。根據(jù)地質(zhì)勘測資料，壩基巖石為堅硬、有微裂隙的巖體，砌石體飽和強度較高，取摩擦系數(shù)=0.65。計算=因此在正常蓄水位下，主壩滿足抗滑穩(wěn)定要求。 應(yīng)力計算根據(jù)水工建筑物教材中公式2-25進行壩基截面應(yīng)力分析。

33、 (2-13)(2-14)式中：用于壩踵垂直應(yīng)力，kPa；用于壩趾垂直應(yīng)力，kPa；用于壩體上全部荷載（包括揚壓力，下同）對滑動平面的法向分值；作用在計算截面以上的全部荷載對壩基截面形心O的力矩總和，kNm； 計算截面沿上下游方向的長度，m。壩基允許壓應(yīng)力=2.83.0MPa。因0，。未出現(xiàn)拉應(yīng)力，滿足要求。2.1.2副壩抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算 荷載計算(1)壩體自重(2)水平靜水壓力上游水平靜水壓力P1下游水平靜水壓力P2(3)揚壓力U圖2-3 副壩壩基處揚壓力上游水面至壩基距離H=2.5m， 壩基長度T=5.5m。 (4)浪壓力表2-2 作用于副壩的各力和力矩大小與方向表荷載垂直力（k

34、N）水平力（kN）力臂(m)力矩（kNm）(+)(-)(+)(-)(+)(-)W6050.25151.25P130.60.8325.5P20U67.40.9262Pwk11.32.528.2560567.441.9151.25115.75總537.641.935.5 抗滑穩(wěn)定計算=10.5=1.05 因此在正常蓄水位下，副壩抗滑穩(wěn)定要求。 應(yīng)力計算壩基允許壓應(yīng)力=2.83.0MPa。因0，。上游壩踵處未出現(xiàn)拉應(yīng)力，滿足要求。2.1.3溢流壩抗滑穩(wěn)定計算與基應(yīng)力計算 荷載計算(1)壩體自重(2)水平靜水壓力上游水平靜水壓力P1 下游水平靜水壓力P2(3)壩基處揚壓力U圖 2-4 溢流壩壩基處揚壓

35、力圖(4)泥沙壓力(5)浪壓力(6)土壓力主動土壓力 被動土壓力 表2-3 作用于溢流壩的各力與力矩大小和方向表荷載垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kNm）(+)(-)(+)(-)(+)(-)W7981.61.239817.37P129418.1724018.17P278.41.33104.53U1725.20U21858.33.15760.31Psk0.70.270.18Pwk11.38.17276.85Ea52.11.3369.47Ep270.51.33360.577981.62583.53005.1348.910282.5730125.4總5398.12656.2-19842

36、.83 壩體抗滑穩(wěn)定計算=在正常蓄水位下，溢流壩滿足抗滑穩(wěn)定要求 。 應(yīng)力計算壩基允許壓應(yīng)力=2.83.0MPa。，下游壩趾處應(yīng)力滿足要求。 因0 ,上游壩踵處出現(xiàn)拉應(yīng)力，不滿足要求。綜上所述，應(yīng)力不滿足要求。2.2 設(shè)計洪水位下的抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算在設(shè)計洪水位下上游水位22.01m，下游水位0.6m。2.2.1主壩抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算 荷載計算(1) 壩體自重(2)水平靜水壓力上游水平靜水壓力P1下游水平靜水壓力P2(3)基處揚壓力U圖2-5主壩壩基處揚壓力上游水面至壩基距離H1=26.01m，下游水面至壩基距離H2=4.6m， 壩基長度T=18.5m。(4)泥沙壓力(5)浪壓

37、力(6)土壓力主動土壓力 kN被動土壓力 kN 表2-4 作用于主壩上的各力與力矩大小和方向表荷載垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kNm）(+)(-)(+)(-)(+)(-)W71502.34516766.75P13274.38.6228213.55P2103.71.53159U1416.990U22357.813.17309.2Psk0.70.270.18Pwk11.324.5276.85Ea52.11.3369.47Ep270.51.33360.5771502774.83338.4374.217286.4235884.49總4375.22964.2-18598.07 壩體抗滑穩(wěn)

38、定計算=在設(shè)計洪水位下，主壩不滿足抗滑穩(wěn)定要求。 應(yīng)力計算壩基允許壓應(yīng)力=2.83.0MPa。，下游壩趾應(yīng)力滿足要求。因0，上游壩踵處出現(xiàn)拉應(yīng)力，不滿足要求。綜上所述，應(yīng)力不滿足要求。2.2.2副壩抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算 荷載計算(1)壩體自重(2)水平靜水壓力上游水平靜水壓力P1下游水平靜水壓力P2(3)揚壓力U圖 2-6 副壩壩基處揚壓力上游水面至壩基距離H=3.85m， 壩基長度T=5.5m。(4)浪壓力表2-5 作用于副壩的各力和力矩大小與方向表荷載垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kNm）(+)(-)(+)(-)(+)(-)W6050.25151.25P178.801.

39、28100.86P20U108.70.9299.42Pwk11.33.8543.51605108.790.1151.25243.79總496.9383.9-92.54 抗滑穩(wěn)定計算=3.58=1.05因此在設(shè)計洪水位下，副壩抗滑穩(wěn)定要求。 應(yīng)力計算壩基允許壓應(yīng)力=2.83.0MPa。因0，。壩踵處未出現(xiàn)拉應(yīng)力，滿足要求。2.2.3溢流壩抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算 荷載計算(1)壩體自重(2)水平靜水壓力上游水平靜水壓力P1下游水平靜水壓力P2(3)基處揚壓力U圖2-7 溢流壩壩基處揚壓力上游水面至壩基距離H1=22.01m，下游水面至壩基距離H2=4.6m， 壩基長度T=18.5m。(4)動水

40、壓力 (2-15) (2-16)式中：由水力學(xué)教材中公式9.4求下游收縮斷面水深 (2-17)查表9.1流速系數(shù)計算得由所以動水壓力水平分量為動水壓力垂直分量為(5) 泥沙壓力(6) 浪壓力(7) 土壓力主動土壓力 被動土壓力 表2-6 作用于溢流壩的各力與力矩大小和方向表荷載垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kNm）(+)(-)(+)(-)(+)(-)W7981.61.239817.37P13303.788.5728313.39P2103.71.53159U1382.950U22357.813.17309.21PH13.813179.4PV51.57.5386.25Psk0.70.

41、270.18Pwk11.325.85292.1Ea52.11.3369.47Ep270.51.33360.678033.12940.763367.8838810516.443637.6總5292.342979.88-2585.16 壩體抗滑穩(wěn)定計算=在設(shè)計洪水位下，溢流壩滿足抗滑穩(wěn)定要求。 應(yīng)力計算壩基允許壓應(yīng)力=2.83.0MPa。，下游壩趾應(yīng)力滿足要求。因0，上游壩踵處出現(xiàn)拉應(yīng)力，不滿足要求。綜上所述，應(yīng)力不滿足要求。2.3 校核洪水位下的抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算在校核洪水位下上游水位23.25m，下游水位1.0m。2.3.1主壩抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算 荷載計算(1) 壩體自重(2)

42、水平靜水壓力上游水平靜水壓力P1下游水平靜水壓力P2(3)基處揚壓力U圖2-8 主壩壩基處揚壓力上游水面至壩基距離H1=27.25m，下游水面至壩基距離H2=5.0m， 壩基長度T=18.5m。(4)泥沙壓力(5)浪壓力(6)土壓力主動土壓力 被動土壓力 表2-7 作用于主壩的各力與力矩大小和方向表荷載垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kNm）(+)(-)(+)(-)(+)(-)W71502.34516766.75P13638.569.0132783.43P2122.51.67204.17U1453.250U22470.213.17657.65Psk0.70.270.18Pwk11.

43、38.17276.85Ea52.11.3369.47Ep270.51.33360.5771502515.463702.6639317331.5940787.58總4634.543309.66-23456.09 壩體抗滑穩(wěn)定計算=在校核洪水位下，主壩不滿足抗滑穩(wěn)定要求。 應(yīng)力計算壩基允許壓應(yīng)力=2.83.0MPa。，下游壩趾滿足要求。因0，上游壩踵處出現(xiàn)拉應(yīng)力，不滿足要求。 綜上所述，應(yīng)力不滿足要求。2.3.2副壩抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算 荷載計算(1)壩體自重(2)水平靜水壓力上游水平靜水壓力P1下游水平靜水壓力P2(3)揚壓力U圖2-9 副壩壩基處揚壓力上游水面至壩基距離H=5.25m，

44、壩基長度T=5.5m。(4)浪壓力表2-8 作用于副壩的各力和力矩大小與方向表荷載垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kNm）(+)(-)(+)(-)(+)(-)W6050.25151.25P1135.061.68226.90P20U135.80.92124.95Pwk11.35.0456.95605135.8146.36151.25391.05總469.2146.36-239.65 抗滑穩(wěn)定計算=2.08=1.0因此在校核洪水位下，副壩滿足抗滑穩(wěn)定要求。 應(yīng)力計算壩基允許壓應(yīng)力=2.83.0MPa。因0，。 壩踵處未出現(xiàn)拉應(yīng)力，滿足要求。2.3.3溢流壩抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算 荷

45、載計算(1)壩體自重(2)水平靜水壓力上游水平靜水壓力P1下游水平靜水壓力P2(3)基處揚壓力U圖2-10 溢流壩壩基揚壓力上游水面至壩基距離H1=27.25m，下游水面至壩基距離H2=5.0m， 壩基長度T=18.5m。(4)動水壓力式中：由水力學(xué)教材中公式9.4求下游收縮斷面水深查表9.1流速系數(shù)計算得由所以動水壓力水平分量為動水壓力垂直分量為(5) 泥沙壓力(6) 浪壓力(7) 土壓力主動土壓力 被動土壓力 表2-9 作用于溢流壩的各力和力矩大小與方向表荷載垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kNm）(+)(-)(+)(-)(+)(-)W7981.61.239817.37P136

46、01.58.8731945.31P2122.51.67204.17U1453.250U22470.213.17657.65PH35.9513467.35PV134.27.51006.5Psk0.70.270.18Pwk11.325.85292.1Ea52.11.3369.47Ep270.51.33360.678115.82923.463665.6428.9510849.5640971.21總5192.343236.65-30121.65 壩體抗滑穩(wěn)定計算=在校核洪水位下，溢流壩滿足抗滑穩(wěn)定要求。 應(yīng)力計算壩基允許壓應(yīng)力=2.83.0MPa。，因0。上游壩踵處出現(xiàn)拉應(yīng)力，不滿足要求。2.4地震情

47、況下正常蓄水位時的壩體抗滑穩(wěn)定計算與壩基處應(yīng)力計算在正常蓄水位下上游水位20.5m，下游水位0m。2.4.1主壩抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算 荷載計算(1)壩體自重(2)水平靜水壓力上游水平靜水壓力P1下游水平靜水壓力P2(3)壩基處揚壓力U圖2-11 主壩壩基處揚壓力上游水面至壩基距離H1=24.5m，下游水面至壩基距離H2=4.0m， 壩基長度T=18.5m。(4) 泥沙壓力(5) 浪壓力地震荷載：主要包括壩體水平順河向地震慣性力，上游地震動水壓力和動土壓力(6)地震慣性力 (2-18)故 (7) 上游地震動水壓力 (2-19) (8) 地震作用下的土壓力 (2-20)式中： 主動土壓力被動

48、土壓力表2-10 作用于主壩的各力和力矩大小與方向表荷載垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kNm）(+)(-)(+)(-)(+)(-)W71501.34516766.75P129418.1724018.17P278.41.33104.53U1725.20U21858.33.15760.73P066.911.27753.96Q0196.612.252408.35Psk0.70.270.18Pwk11.325.85292.1Pwk54.51.3372.67Ep2611.3334871502583.53271339.417219.2833291.11總4566.52931.6-16071.

49、83 壩體抗滑穩(wěn)定計算=在地震情況下，正常蓄水位時，主壩滿足抗滑穩(wěn)定要求。 應(yīng)力計算壩基允許壓應(yīng)力=2.83.0MPa。，下游壩趾應(yīng)力滿足要求。因0，上游壩踵處出現(xiàn)拉應(yīng)力，不滿足要求。綜上所述，應(yīng)力不滿足要求。2.4.2副壩抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算 荷載計算(1)壩體自重(2)水平靜水壓力上游水平靜水壓力P1下游水平靜水壓力P2(3)揚壓力U圖2-12 副壩壩基處揚壓力上游水面至壩基距離H=2.5m， 壩基長度T=5.5m。(4) 地震慣性力(5)上游地震動水壓力(6)浪壓力表2-11 作用于副壩的各力和力矩大小與方向表荷載垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kNm）(+)(-)(+

50、)(-)(+)(-)W6050.25151.25P130.60.8325.5P20Q016.61.2520.75P011.151.15U067.40.9262Pwk11.32.528.2560567.459.5151.25137.65總537.659.513.6 抗滑穩(wěn)定計算=5.87=1.0因此在地震情況下，正常蓄水位時，副壩抗滑穩(wěn)定滿足要求。 應(yīng)力計算壩基允許壓應(yīng)力=2.83.0MPa。因0，。上游壩踵處未出現(xiàn)拉應(yīng)力，滿足要求。2.4.3溢流壩抗滑穩(wěn)定計算與基應(yīng)力計算 荷載計算(1)壩體自重(2)水平靜水壓力上游水平靜水壓力P1下游水平靜水壓力P2(3)壩基處揚壓力U圖2-13 溢流壩壩基

51、處揚壓力(4)地震慣性力(5)上游地震動水壓力(4)泥沙壓力(5)浪壓力(6)土壓力主動土壓力被動土壓力表2-12 作用于溢流壩的各力和力矩大小與方向表荷載垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kNm）(+)(-)(+)(-)(+)(-)W7981.61.239817.37P129418.1724018.17P278.41.33104.53U1725.20U21858.33.15760.31P066.911.27753.96Q0219.512.252688.88Psk0.70.270.18Pwk11.324.25276.85Ea54.51.3372.67Ep2611.333487981.

52、62583.53293.9339.410269.933571.02續(xù)表2-12總5398.12954.5-23301.12 壩體抗滑穩(wěn)定計算=在地震情況下，正常蓄水位時，溢流壩滿足抗滑穩(wěn)定要求。 應(yīng)力計算壩基允許壓應(yīng)力=2.83.0MPa。，下游壩趾處應(yīng)力滿足要求。 因0，上游壩踵處出現(xiàn)拉應(yīng)力，不滿足要求。綜上所述，應(yīng)力不滿足要求。經(jīng)以上計算可知，除副壩外的主壩和溢流壩均存在問題，故需對主壩和溢流壩采取相應(yīng)的加固除險措施。2.5溢流面過流能力驗算溢流面采用曲線形實用堰，泄洪能力按照溢洪道設(shè)計規(guī)SL-2000附錄A公式進行計算。 (2-21)式中：Q溢流堰的下泄流量。b溢流堰寬度，22m；m流量

53、系數(shù)，0.44；為邊礅形狀系數(shù)，為閘墩形狀系數(shù)，n為堰孔數(shù)。查水工建筑物教材取設(shè)計洪水位時 校核洪水位時過流能力滿足要求2.6消能防沖設(shè)計水庫屬于屬于?。?）型水庫且大壩屬于低壩，綜合考慮采用挑流消能方式。本次設(shè)計選用鼻坎形式為連續(xù)式鼻坎，鼻坎高程為9.0m，挑射角為25，反弧半徑為4.0m。依據(jù)溢洪道設(shè)計規(guī)SL253-2000，挑流水舌外緣挑距按下式計算： (2-22)式中：L指壩下游垂直面到挑流水舌外緣進入下游水面后與河床面交點的水平距離，m；v1坎頂水面流速，m/s；鼻坎挑角；h1坎頂垂直方向水深，m；h2坎頂與河床面高差，m。沖坑深度俺下式計算： (2-23)式中：T自下游水面至坑底最

54、大水墊深度，m；q鼻坎末端斷面單寬流量，m3/（s-m）;Z上下游水位差，m；k綜合沖刷系數(shù)，取1.5經(jīng)計算，不同頻率洪水下的計算成果如下：表2-13 各頻率洪峰下挑距和沖坑計算成果表洪水重現(xiàn)期（年）2050100200庫水位（m）21.8522.3322.6023.04下泄流量Q（m3/s）63.3899.58122.11161.77挑坎外緣距離L（m）23.7824.1424.4824.84續(xù)表2-13沖坑深度T（m）5.476.777.828.81L/T4.353.573.132.82沖刷消弱了壩下游河床基巖的穩(wěn)定性，根據(jù)經(jīng)驗，沖坑向上游側(cè)的影響圍與河床地質(zhì)條件有關(guān)，一般要求L/T在2.

55、55.0之間。經(jīng)計算得知L/T均在2.55.0之間，消能防沖設(shè)計滿足要求。3 除險加固工程設(shè)計3.1 大壩防洪復(fù)合設(shè)計3.1.1大壩防洪加固方案根據(jù)安全鑒定結(jié)果，PS水庫大壩防洪能力不滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求，本次除險加固選擇有兩種方案進行比較：方案一，維持現(xiàn)狀壩頂高程23.5m，溢洪道寬度和底高程不變，在壩頂增設(shè)防浪墻，計算防浪墻頂高程。方案二，維持現(xiàn)狀壩頂高程23.5m，溢洪道采用現(xiàn)狀底高程，拓寬溢洪道過水?dāng)嗝嬷?0m，重建交通橋。3.1.2壩頂高程計算依據(jù)砌石壩設(shè)計規(guī)SL25-2006，壩頂上游防浪墻墻頂高程與正常蓄水位或校核洪水位的高差，應(yīng)按公式1-1計算，選擇兩者中防浪墻頂高程的高者作為選定

56、高程。 (3-1)安全超高正常蓄水位時取0.4m；校核洪水位時取0.3m。正常蓄水位時校核洪水位時取二者較大值1.11m經(jīng)分析可以看出，方案一優(yōu)于方案二,故采用方案一：維持現(xiàn)狀壩頂高程23.5m，溢洪道寬度和底高程不變，在壩頂增設(shè)防浪墻。3.2大壩防滲設(shè)3.2.1存在的問題由于施工質(zhì)量較差，自水庫建成蓄水后便發(fā)現(xiàn)兩側(cè)壩頭有滲漏，且逐年加重，由于兩壩頭巖層裂隙發(fā)育，成為滲漏的主要通道，近年來滲漏尤為嚴(yán)重。特別是2007年7月大洪水以后，水庫左壩肩18m高程、右壩肩14m和16m高程處的滲流量較大。由于砌筑質(zhì)量不高，高水位運行時，壩體多處存在滲漏，尤其在20.5m以上的主壩擋水壩段和溢流壩段存在小

57、股射流情況。雖然大壩于1980年進行了灌漿處理、“00.7”大洪水后在主壩迎水面的水上部分進行全面填縫，但現(xiàn)場可見填縫十分粗糙，并沒有從根本上解決滲漏問題。滲漏問題嚴(yán)重影響到工程灌溉和供水效益的發(fā)揮。3.2.2防滲方案為減小滲漏量，并同時提高大壩抗滑穩(wěn)定性，大壩防滲考慮兩種方案：一是壩體灌漿與壩基帷幕相結(jié)合，二是壩體做混凝土防滲面板，壩基進行帷幕灌漿。由于PS水庫大壩中部為一段長為22m的曲線形溢洪堰，壩頂鉆孔灌漿施工不便，因此考慮施工的可行性，推薦采用防滲面板與在壩前進行基礎(chǔ)帷幕灌漿相結(jié)合的防滲型式，以形成完整的防滲體系，并有助于提高壩體抗滑穩(wěn)定性。3.2.3主壩、副壩、溢流壩壩體上游防滲主

58、壩、溢流壩迎水面防滲面板下部自壩基-4m高程（假定）開始澆筑。根據(jù)防滲要求的不同，防滲面板厚自堰頂至壩基高程采用4060cm漸變。副壩防滲面板厚度在同等高程處與主壩一致。為保證混凝土面板與壩體的完整性，設(shè)計面板的上游面按2.02.0m間距設(shè)置28錨桿，長度為3m，其中深入原壩體部分長2.5m。澆筑的面板設(shè)豎向分縫，分縫間寬度以10m為原則，縫采用銅片止水。3.2.4壩基防滲壩基帷幕灌漿布置主壩與溢流壩的壩基帷幕灌漿軸線布置于壩體上游側(cè)距原壩體上游面2.0m處，壩基防滲帷幕軸線方向沿壩體方向布置，主壩段長度119m，溢流壩段（含兩邊側(cè)墻）長度24m。根據(jù)灌漿需要，頂部設(shè)置蓋重。為滿足防滲要求，蓋

59、重下部采用1m厚C25混凝土，而上面采用M7.5砂漿漿砌石，蓋重混凝土同時將壩上游防滲面板與壩基灌漿帷幕在水平方向進行了銜接。依據(jù)地質(zhì)勘測資料，壩基帷幕深度原則上按壩基下10m深度控制。右側(cè)地形陡峭，因此采用臺階形向右岸延伸與副壩銜接。河槽中心底部最低處理高程-14.0m。本段帷幕灌漿終孔間距取2m。因為副壩在未加固之前抗滑和壩基應(yīng)力均符合要求，且壩前水頭較低，滲流較小，所以無需對副壩進行帷幕灌漿。3.3主壩加固后抗滑穩(wěn)定計算與應(yīng)力復(fù)合計算 加固措施：壩前設(shè)置1.9m長鋪蓋，蓋重下部采用1m厚C25混凝土，上面采用M7.5砂漿漿砌石，厚度為3m，加固后壩基長度T=21m，面板與鋪蓋之間進行錨固

60、，配筋與面板和主壩上游面之間配筋一樣。主壩計算簡圖如下圖所示圖3-1 主壩計算簡圖3.3.1正常蓄水時主壩抗滑穩(wěn)定計算和應(yīng)力復(fù)合 荷載計算(1)壩體自重 面板自重 蓋重 (2)水平靜水壓力上游水平靜水壓力P1 (3-2)下游水平靜水壓力P2 (3-3)(3)垂直水壓力 上游垂直水壓力(4)揚壓力帷幕灌漿位置距上游面距離在基礎(chǔ)面處為2.0m，所以將揚壓力分為以下幾個部分計算：圖3-2 主壩壩基處揚壓力 (3-3) (3-4)根據(jù)壩基地質(zhì)條件與防滲帷幕情況擬定，參考水工建筑物教材第十五頁可知宜采用0.50.7，本設(shè)計取0.5。上下游水位差0.5m (3-5)(4)泥沙壓力 (3-6)(5)浪壓力(