【溢洪道加固設(shè)計(jì)案例4200字（論文）】

溢洪道加固設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-1"\h\u10385溢洪道加固設(shè)計(jì)案例 1256001.1溢洪道基本情況 1246821.2溢洪道除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案 1120891.3溢洪道水力計(jì)算 4179411.4溢洪道結(jié)構(gòu)計(jì)算 81.1溢洪道基本情況水庫(kù)正常溢洪道為開敞式無(wú)閘正槽溢洪道，位于大壩右岸埡口處，堰型為寬頂堰。原設(shè)計(jì)堰頂高程149.40m，堰頂及泄槽橫斷面為矩形，底部寬度10.00m，泄槽縱坡1∶7，最大下泄流量139.6m3/s。實(shí)際堰頂高程149.32m，堰頂控制段平均寬度11.40m，泄槽斷面底部寬度10.20m，一級(jí)泄槽縱坡1∶77，二級(jí)泄槽縱坡1∶5.7。進(jìn)水渠未襯砌；控制段底板開挖后無(wú)襯砌，左岸邊墻為漿砌石結(jié)構(gòu)，右岸邊墻部分為漿砌石結(jié)構(gòu)，部分為干砌石結(jié)構(gòu)；泄槽段總長(zhǎng)118.81m，底部為砌石結(jié)構(gòu)，水泥砂漿抹面，側(cè)墻為漿砌塊石結(jié)構(gòu)；無(wú)消能設(shè)施，出水渠有跌水，后接天然河溝。進(jìn)水渠兩側(cè)無(wú)導(dǎo)流墻、底板無(wú)襯護(hù)措施，渠底不平整；控制段底板無(wú)襯砌處理，兩側(cè)砌石導(dǎo)流墻損壞、垮塌嚴(yán)重，底板淤積嚴(yán)重；泄槽段底板砂漿剝落及老化嚴(yán)重，兩側(cè)導(dǎo)流邊墻砌石部分損壞、底板淤積嚴(yán)重；底板淤積處雜草叢生；無(wú)消能設(shè)施；出水渠與天然河溝相接，垮塌嚴(yán)重，危及村級(jí)公路安全。1.2溢洪道除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案（1）進(jìn)水渠溢洪道進(jìn)水渠寬10.50m，底板采用現(xiàn)澆混凝土，厚0.30m。兩邊布置擋土墻，相關(guān)尺寸參考泄槽擋土墻結(jié)合實(shí)際布置。（2）控制段控制段采用寬頂堰，根據(jù)調(diào)洪方案，堰頂高程149.40m，寬10.50m。寬頂堰厚度δ需滿足2.5H≤δ≤10H。由調(diào)洪演算可知，水庫(kù)校核水位153.18m，堰頂高程149.40m，H=3.78m，故9.45m≤δ≤37.8m，取寬頂堰厚度δ=10.00m。寬頂堰采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，使用C25混凝土，底板厚0.50m。邊墻采用重力式混凝土擋土墻。根據(jù)校核洪水位以及寬頂堰頂部高程，擋土墻高度取4.50m。擋土墻尺寸見圖5.1。圖5.1控制端擋土墻截面圖（3）泄槽溢洪道泄槽分為兩級(jí)。一級(jí)泄槽為漸變段，斷面底部寬度由10.50m漸變?yōu)?0.20m，沿水流方向坡長(zhǎng)41.37m，底坡i=0.0384。二級(jí)泄槽斷面底部寬度為10.20m，沿水流方向坡長(zhǎng)51.40，底坡i=0.2333，泄槽底坡總長(zhǎng)97.77m。泄槽底板采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚0.30m，縱向分縫間距10m。底板下布置縱橫排水溝，分級(jí)引向邊墻外集中排除。泄槽現(xiàn)有邊墻大部分只需使用混凝土修補(bǔ)和加高。泄槽邊墻重建部分采用重力式混凝土擋土墻，使用C25混凝土。擋土墻最大尺寸見圖5.2。其余部分參照此截面布置。圖5.2泄槽擋土墻截面圖（4）消力池根據(jù)本工程資料并參考相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，泄槽消力池采用底流消能。消力池底板采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚0.6m，使用C25混凝土?；炷磷o(hù)坦下依次鋪設(shè)5～20mm碎石15cm、1～5mm細(xì)石15cm、0.25～1mm粗砂10cm。護(hù)坦中以2.0×2.0m梅花型布置?50PVC排水管。消力池邊墻采用重力式混凝土擋土墻，使用C25混凝土。校核洪水位躍后水深4.934m，消力池?fù)跬翂Ω呷?.50m。擋土墻尺寸見圖5.3。圖5.3消力池?fù)跬翂孛鎴D（5）出水渠出水渠底寬10.20m，底板采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚0.30m，邊墻相關(guān)尺寸參考泄槽擋土墻結(jié)合實(shí)際布置。1.3溢洪道水力計(jì)算1.3.1泄槽水面線推求(1)計(jì)算工況選擇最不利的工況，即校核洪水工況，下泄流量115.73m3/s。(2)計(jì)算公式①明渠均勻流水力計(jì)算公式如下：Q=ACRi式中：Q—流量m3/s；A—明渠過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，m2；χ—明渠過(guò)水?dāng)嗝鏉裰?，m；R—明渠水力半徑，R=AC—謝齊系數(shù)，C=1I—明渠底坡；n—明渠糙率。②臨界水深由下式計(jì)算得出：?k式中：hk—臨界水深，m；α—1.0；g—9.81m/s2；q—單寬流量，m3/(s.m)；③泄槽水面線根據(jù)能量方程，用分段求和法計(jì)算，公式如下：Δl1?2=Es=?cosJ=J=v(3)泄槽水面線計(jì)算按校核洪水最大下泄流量Q=115.73m3/s計(jì)算溢洪道泄槽段水面線。考慮溢洪道結(jié)構(gòu)狀況取糙率n=0.013，泄槽過(guò)水?dāng)嗝鏋榫匦螖嗝?，底寬b=10.20m，一級(jí)泄槽，沿水流方向坡長(zhǎng)41.37m，底坡i=0.0384。二級(jí)泄槽沿水流方向坡長(zhǎng)51.40m，底坡i=0.2333，泄槽底坡總長(zhǎng)97.77m。經(jīng)計(jì)算，一級(jí)泄槽初始斷面臨界水深hk=2.36m，一級(jí)泄槽均勻流正常水深h0=0.9m。hk>h0，故一級(jí)泄槽為陡坡。二級(jí)泄槽的起始計(jì)算斷面在二級(jí)泄槽首端3hk處，均勻流正常水深h0=0.51m，起始計(jì)算水深h1小于hk，可按下式計(jì)算：（5.7）式中：q—起始計(jì)算斷面單寬流量，m3/（s·m）；H0—起始計(jì)算斷面渠底以上總水頭，m；θ—泄槽底坡坡角；?—起始計(jì)算斷面流速系數(shù)，取0.95。經(jīng)計(jì)算，H0=6.43，二級(jí)泄槽段起始斷面水深h1=1.17m。泄槽水面線計(jì)算見表1.1、表1.2。表1.1一級(jí)泄槽段校核洪水水面線計(jì)算表斷面號(hào)水深h

（m）過(guò)水?dāng)嗝婷娣e

B·h斷面流速v

（m/s)斷面比能Es

（m)斷面水力坡降

Jf平均水力坡降斷面間距

△L間距累加摻氣水深hb

（m）側(cè)墻高度

（m）12.3624.074.813.520.00210.002.503.000.00338.4721.8018.366.303.810.00468.471.942.440.005610.5031.6016.327.094.150.006518.971.742.240.008422.3441.3814.098.244.810.010241.311.522.02表1.2二級(jí)泄槽段校核洪水水面線計(jì)算表斷面號(hào)水深h

（m）過(guò)水?dāng)嗝婷娣e

B·h斷面流速v

（m/s)斷面比能Es

（m)斷面水力坡降

Jf平均水力坡降斷面間距

△L間距累加摻氣水深hb

（m）側(cè)墻高度

（m）11.1711.939.705.930.01700.001.311.810.01791.4221.1311.5310.046.240.01891.421.271.770.020324.3131.0811.0210.516.680.021725.731.221.720.023125.5941.0410.6210.907.070.024451.321.181.681.3.2消能防沖水力計(jì)算（1）消能防沖設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)按《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252—2017）規(guī)定，本工程溢洪道消能設(shè)施的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)取20年一遇洪水。由表3.3可知，二十年一遇洪水水位151.42m，下泄流量45.31m3/s。（2）消能型式選擇本次設(shè)計(jì)選取下挖式消力池，底流消能。（3）洪水水面線計(jì)算采用5.3.1所述方法計(jì)算泄槽洪水水面線，成果見表1.3、表1.4。表1.3一級(jí)泄槽段20年一遇洪水水面線計(jì)算表斷面號(hào)水深h

（m）過(guò)水?dāng)嗝婷娣e

B·h斷面流速v

（m/s)斷面比能Es

（m)斷面水力坡降

Jf平均水力坡降斷面間距

△L間距累加11.2612.853.531.880.00210.000.00323.3121.0010.204.442.000.00423.310.006411.6630.808.165.552.370.008514.970.012626.5340.656.616.863.040.016641.50表1.4二級(jí)泄槽段20年一遇洪水水面線計(jì)算表斷面號(hào)水深h

（m）過(guò)水?dāng)嗝婷娣e

B·h斷面流速v

（m/s)斷面比能Es

（m)斷面水力坡降

Jf平均水力坡降斷面間距

△L間距累加10.585.927.663.570.02370.000.03356.4020.484.909.254.840.04346.400.107545.1330.313.2014.1510.520.171651.53（4）消力池尺寸計(jì)算根據(jù)《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL189-2013）的規(guī)定，使用以下公式計(jì)算消力池尺寸。E0Fr?ΔZ=Qd=σ?L=6.9?Lk式中：E0—收縮斷面的斷面比能，10.52m；d—池深，m；h1—收縮斷面水深，m；h2—躍后水深，m；ht—消力池出口下游水深，m；q—單寬流量，m3/（s·m）；ψ—消力池出口段流速系數(shù)，取0.95；Fr—收縮斷面弗勞德數(shù)；υ1—收縮斷面流速，m/s；ΔZ—消力池尾部出口水面跌落，m；Q—流量，m3/s；b—消力池寬度，10.20m；L—自由水躍長(zhǎng)度，m；Lk—池長(zhǎng)，m。消力池下游渠道渠底水平，采用堰流方法計(jì)算渠道水深，計(jì)算得ht=1.26m。使用試算法，利用式5.8～5.12，即可計(jì)算出d=1.88m，h1=0.288m，h2=3.595m。再由式5.13，式5.14計(jì)算可得Lk=18.25m。最終確定消力池池深d=1.90m，池長(zhǎng)Lk=18.5m。1.4溢洪道結(jié)構(gòu)計(jì)算1.4.1擋土墻結(jié)構(gòu)計(jì)算方法及地質(zhì)參數(shù)本次設(shè)計(jì)核算擋土墻抗滑穩(wěn)定、抗傾覆穩(wěn)定及地基應(yīng)力。根據(jù)《水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL379-2007）[5]，分別采用以下公式計(jì)算抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)，擋土墻基地應(yīng)力。kck0Pmax,min式中：Kc—擋土墻沿基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f—擋土墻基底面與地基之間的摩擦系數(shù)；∑G—作用在擋土墻上全部垂直于水平面的荷載，kN；∑H—作用在擋土墻上全部平行于基底面的荷載，kN；K0—擋土墻抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)；∑MV—對(duì)擋土墻基底前趾的抗傾覆力矩，kN·m；∑MH—對(duì)擋土墻基底前趾的傾覆力矩，kN·m；Pmax，min—擋土墻基底應(yīng)力的最大值或最小值，kPa；∑M—作用在擋土墻上的全部荷載對(duì)于水平面平行前墻墻面方向形心軸的力矩之和，kN·m；A—擋土墻基底面的面積，m2；W—擋土墻基底面對(duì)于基底面平行前墻墻面方向形心軸的截面矩，m3?？够€(wěn)定安全系數(shù)允許值：基本組合1.05，特殊組合1.00。抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)允許值：基本組合1.40，特殊組合1.30?；貞?yīng)力最大值最小值之比允許值：基本組合2.50，特殊組合3.00。擋土墻地基均為強(qiáng)風(fēng)化片巖，回填土采用卵礫石土。根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告，混凝土與基地的摩擦系數(shù)f=0.45；擋土墻回填土密度1.8Kg/m3，內(nèi)摩擦角15°；強(qiáng)風(fēng)化片巖地基承載力800KPa。選取順?biāo)鞣较?m長(zhǎng)擋土墻為計(jì)算對(duì)象。1.4.2控制段邊墻穩(wěn)定及地基應(yīng)力核算擋土墻截面圖見圖5.1。計(jì)算工況：溢洪道不泄流；溢洪道宣泄校核洪水，水位153.18m。根據(jù)5.4.1所述方法計(jì)算，邊墻滿足抗滑、抗傾覆及地基應(yīng)力要求，計(jì)算過(guò)程及結(jié)果見表1.5。表1.5控制段邊墻穩(wěn)定及地基應(yīng)力計(jì)算表工況擋土墻重

kN回填土重

kN土壓力

kN靜水壓力

kN揚(yáng)壓力

kN∑G

kN∑H

kN抗滑安全系數(shù)無(wú)水170.3598.8859.60-2.4010.64258.5962.001.88校核洪水170.3598.8859.6067.6868.12201.118.0911.19工況Mv

kN·mMh

kN·M抗傾覆安全系數(shù)∑MWPmax

kPaPmin

kPaPmax/Pmin無(wú)水423.41111.953.7889.300.13774.75607.911.27校核洪水546.76171.343.1965.170.13569.41439.661.301.4.3泄槽邊墻穩(wěn)定及地基壓力核算擋土墻截面圖見圖5.2。計(jì)算工況：溢洪道不泄流；溢洪道宣泄校核洪水，水深2.36m。根據(jù)5.4.1所述方法計(jì)算，邊墻滿足抗滑、抗傾覆及地基應(yīng)力要求，計(jì)算過(guò)程及結(jié)果見表1.6。表1.6泄槽邊墻穩(wěn)定及地基應(yīng)力計(jì)算表工況擋土墻重

kN回填土重

kN土壓力

kN靜水壓力

kN揚(yáng)壓力

kN∑G

kN∑H

kN抗滑安全系數(shù)無(wú)水113.9460.9263.68-2.408.93165.9466.081.13校核洪水113.9460.9263.6824.9239.02135.8438.771.58工況Mv

kN·mMh

kN·M抗傾覆安全系數(shù)∑MWPmax

kPaPmin

kPaPmax/Pmin無(wú)水232.6890.542.5773.550.11732.45625.391.17校核洪水267.84104.822.5644.710.11456.55368.911.241.4.4消力池邊墻穩(wěn)定及地基應(yīng)力核算擋土墻截面圖見圖5.3。計(jì)算工況：溢洪道不泄流。根據(jù)5.4.1所述方法計(jì)算，邊墻滿足抗滑、抗傾覆及地基應(yīng)力要求，計(jì)算過(guò)程及結(jié)果見表1.7。表1.7消力池邊墻穩(wěn)定及地基應(yīng)力計(jì)算表工況擋土墻重

kN回填土重

kN土壓力

kN靜水壓力

kN揚(yáng)壓力

kN∑G

kN∑H

kN抗滑安全系數(shù)無(wú)水113.9460.9263.68-2.408.93165.9466.081.13工況Mv

kN·mMh

kN·M抗傾覆安全系數(shù)∑MWPmax

kPaPmin

kPaPmax/Pmin無(wú)水232.6890.542.5773.550.11732.45625.391.171.4.5消力池底板抗浮穩(wěn)定核算（1）計(jì)算工況根據(jù)《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL253-2018）