某水庫除險加固初步設計-預覽頁

　

【正文】 V=7150kN 副壩單寬自重 W=γ d V=605kN 溢流壩單寬自重 W=γ d V= 正常蓄水位下的壩體抗滑穩定計算與壩基處應力計算 正常蓄水位下 上游水位 ，下游水位 0m。 (4)放水洞維修加固。 根據水庫大壩安全鑒定結論和建議，針對工程存在的問題，結合本次設 計調整后水庫工程特性， 對大壩結構進行處理，增加其抗滑穩定性。 工程除險設計 PS 水庫運行多年水庫 發揮了重要的作用，但同時出現了諸多問題， 主要有 ： (1)大壩基礎抗滑不滿足要求，壩體高水位時滲漏嚴重。 (2)庫區主要出露地層為細砂巖，不存在庫岸失穩，庫底滲漏等問題。層底埋深 :,平均 。 通過水庫幾十年的運行證明：由于該流域面積小，流域內地形、地質、植被等條件較好，入庫沙量很少，目前實測泥沙淤積高程僅 。 冬季受西伯利亞高壓大陸性氣團控制，風向偏北，強勁西北風盛行，夏季偏南風，春、秋兩季風向變化較大，沙河市汛期多年平均最大風速 。 氣象 工程地處太行山風坡，受太平洋東南季風的影響，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。 水文 流域概況 PS 水庫位于沙河市冊井鄉，屬沙洺河支流。 水庫防洪標準為 20 年一遇設計， 200 年一遇校核。副壩最大壩高 ，壩頂長 70m,壩頂寬 。 關 鍵 詞 ：抗滑穩定、應力復合、過流能力及消能計算。經計算得大壩在某些工況下不滿足要求。 PS 水庫除險加固設計是根據實際工程進行初步設計，主要內容包括壩體的抗滑穩定計算，壩基應力復合，溢流壩過流能力及消能計算等幾個部分。 (2)壩頂高程在不滿足規范要求。本工程存在的主要問題如下： (1)大壩基礎抗滑不滿足要求，壩體高水位時滲漏嚴重。 經鑒定大壩屬于三類壩。 應力分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，利用材料力學的方法檢驗應力是否滿足要求。 最后進行除險加固方案設計，使不滿足要求的工況滿足設計要求，使大壩得到加固。 水庫大壩為漿砌石重力壩，主壩最大壩高 ，壩頂高程 ，壩頂長 119m，壩頂寬 ，迎水面壩坡直立，背水面壩坡 1:,。 放水洞位于溢流壩左側，洞口高程 ，出口采用碟閥控制。 2020 年 6 月，華北水利水電勘測設計有限公司完成 PS 水庫大壩安全鑒定，并通過河北省大壩安全管理中心核查，綜合評價該水庫大壩為三類壩。流域地形復雜，地面起伏大，地形坡度較陡。多年平均氣溫℃～ ℃；年極端最高氣溫 42℃；年極端最低氣溫 ℃。 泥沙 PS 水庫流域僅為 4km2，流 域內缺乏泥沙實測資料。層底標高 :,平均 。 結論及建議： (1)按《建筑抗震設計規范》 GB50011— 2020 本場地的抗震設防烈度為 7 度，本場地為第二組，設計基本地震加速度值為 。 河北工程大學畢業設計 3 (4)壩基巖土力學性質較好，透水性較弱，不存在滲透破壞的可能性，地基承載力滿足。 (4)大壩下游無消能防沖設施。 (3)溢流壩加固設計。 河北工程大學畢業設計 4 2 水庫大壩現狀情況校核 由 AutoCAD 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= m3 溢流壩單寬體積 V= m3 根據《砌石壩設計規范》 SL252020 查得砌石體容重γ d=。 D— 風區長度， m；可近似取 D=1000m。 經計算得： hz = Hcr = Pwk = (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，內摩擦角為 25o。 計算 ???PWfK= ][ 65 6 56 6 ???? K 因此在正常蓄水位下，主壩滿足抗滑穩定要求。 因uy?＞ 0，dy?＜ [? ]。 m） ↓ (+) ↑ () → (+) ← () ↖ (+) ↗ () W 605 P1 P2 0 U 62 Pwk Σ 605 Σ 總 ↓ → ↖ Ⅱ 抗滑穩定計算 河北工程大學畢業設計 10 3 7 ??? ?? PWfK = ][K? = 因此在正常蓄水位下，副壩抗滑穩定要求。 溢流壩抗滑穩定計算與基應力計算 Ⅰ 荷載計算 (1)壩體自重 kNW ? (2)水平靜水壓力 上游水平靜水壓力 P1 kNHP 2 94 2211 ????? ? 下游水平靜水壓力 P2 kNHP 2222 ????? ? (3)壩基處揚壓力 U γ H1γ H 2 圖 24 溢流壩壩基處揚壓力圖 河北工程大學畢業設計 11 kNTHHUUU )(2)( 2121 ??????????? ?? (4)泥沙壓力 kNtgtghP nnnsk )245(21 2222 ??????? ?? ?? (5)浪壓力 kNPwk ? (6)土壓力 主動土壓力 kNKHEaa 22 ?????? ? 被動土壓力 kNKHEPp 22 ?????? ? 表 23 作用于溢流壩的各力及力矩大小和方向表 荷載 垂直力（ kN） 水平力（ kN） 力臂 (m) 力矩（ kN 因uy?＜ 0 ,上游壩踵處出現拉應力，不滿足要求。 kNTHHU )(2)( 21 ????????? ?? (4)泥沙壓力 kNtgtghP nnnsk )245(21 2222 ????? ?? ?? (5)浪壓力 kNPwk ? (6)土壓力 主動土壓力 22 ??????aa KHE ?kN 被動土壓力 22 ??????Pp KHE ?kN 表 24 作用于主壩上的各力及力矩大小和方向表 荷載 垂直力（ kN） 水平力（ kN） 力臂 (m) 力矩（ kN 因uy?＜ 0， 上游壩踵處出現拉應力，不滿足要求。 m） ↓ (+) ↑ () → (+) ← () ↖ (+) ↗ () W 605 P1 P2 0 U Pwk Σ 605 Σ 總 ↓ → ↗ Ⅱ 抗滑穩定計算 9 6 ??? ?? PWfK = ][K? = 因此在設計洪水位下，副壩抗滑穩定要求。 溢流壩抗滑穩定計算與壩基應力計算 Ⅰ 荷載計算 (1)壩體自重 kNW ? 河北工程大學畢業設計 16 (2)水平靜水壓力 上游水平靜水壓力 P1 kNhHP )(21)(21 222211 ??????? ? mhh ?距離，為水面至溢流壩堰頂的 下游水平靜水壓力 P2 kNHP 2222 ????? ? (3)基處揚壓力 U γ H 1γ H 2 圖 27 溢流壩壩基處揚壓力 上游水面至壩基距離 H1=， 下游水面至壩基距離 H2=， 壩基長度 T=。 Ⅲ 應力計算 k P aT MTWyu )( 22 0 ?????????????k P aT MTWyd )( 22 0 ???????????? 壩基允許壓應力 [? ]=～ 。 校核洪水位下的抗滑穩定計算與壩基應力計算 在校核洪水位下 上游水位 ，下游水位 。 Ⅲ 應力計算 k P aT MTWyu )( 22 0 ?????????????k P aT MTWyd )( 22 0 ???????????? 壩基允許壓應力 [? ]=～ 。 副壩抗滑穩定計算與壩基應力計算 Ⅰ 荷載計算 (1)壩體自重 kNW 605? (2)水平靜水壓力 上游水平靜水 壓力 P1 kNHP 221 ????? ? 下游水平靜水壓力 P2 02?P (3)揚壓力 U 河北工程大學畢業設計 21 γ H 圖 29 副壩壩基處揚壓力 上游水面至壩基距離 H =， 壩基長度 T=。 因uy?＞ 0，dy?＜ [? ]。重力加速度，—；，單寬流量，—水容重，—；反弧段上的平均流速，—；，所對的中心角，反弧段最低點兩側弧段—、2332121/22)./()/(/2555smgqmsmqmsmsmV????? ??????? 由《水力學》教材中公式 求下游收縮斷面水深 ch 2220 2 cc hgqhE ??? 查表 ?? 計算得 mhc ? 由 smhqVVhq cc /???? 所以動水壓力水平分量為 kNVgqP H )c o s( c o s 12 ??? ??? 動水壓力垂直分量為 kNVgqP V )s ins in( 12 ??? ??? (5) 泥沙壓力 kNtgtghP nnnsk )245(21 2222 ??????? ?? ?? (6) 浪壓力 kNPwk ? (7) 土壓力 主動土 壓力 kNKHEaa 22 ?????? ? 被動土壓力 kNKHEPp 22 ?????? ? 河北工程大學畢業設計 24 表 29 作用于溢流壩的各力和力矩大小及方向表 荷載 垂直力（ kN） 水平力（ kN） 力臂 (m) 力矩（ kN 上游壩踵處出現拉應力，不滿足要求。重量，產生慣性力的建筑物總—；，所以地震慣性力系數，因—；綜合影響系數，取—；度，計地震烈度為水平地震系數，本次設—kNWFmHFCKKZHH41??? 故 kNFWCKQZH 1 ?????? (7) 上游地震動水壓力 20 HCKP ZH ?? (219) 。查表得主動時取表地震動土壓力系數，按—；土的內摩擦角，—土壓力；號分別對應主動和被動kNECCCeee25)(???????? 主動土壓力 kNtgEtgCCKE eZHa )()1(39。 Ⅲ 應力計算 k P aT MTWyu )( 22 0 ?????????????k P aT MTWyd )( 22 0 ???????????? 壩基允許壓應力 [? ]=～ 。 副壩抗滑穩定計算與壩基應力計算 Ⅰ 荷載計算 (1)壩體自重 kNW 605? (2)水平靜水壓力 上游水平靜水壓力 P1 kNHP 221 ????? ? 下游水平靜水壓力 P2 02?P (3)揚壓力 U 河北工程大學畢業設計 28 γ H 圖 212 副壩壩基處揚壓力 上游水面至壩基距離 H =， 壩基長度 T=。 因uy?＞ 0，dy?＜ [? ]。 ????????? ?? 表 212 作用于溢流壩的各力和力矩大小及方向表 荷載 垂直力（ kN） 水平力（ kN） 力臂 (m) 力矩（ kN 因uy?＜ 0， 上游壩踵處出現拉應力，不滿足要求。 2/301 2 HgmbQ ?? (221) 式中： Q— 溢流堰的下泄流量。反弧半徑為 。 經計算得知 L/T 均在 ~ 之間，消能防沖設計滿足要求。 czb hhhh ???? (31) 安全超高正常蓄水位時取 ；校核洪水位時取 。由于砌筑質量不高，高水位運行時，壩 體多處存在滲漏，尤其在 以上的主壩擋水壩段和溢流壩段存在小股射流情況。由于 PS 水庫河北工程大學畢業設計 35 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帷幕灌漿相結合的防滲型式，以形成完整的防滲體系，并有助于提高壩體抗滑穩定性。為保證混凝土面板與壩體的完整性，設計面板的上游面按 間距設置Φ 28 錨桿，長度為 3m，其中深入原壩體部分長 。為滿足防滲要求，蓋重下部采用 1m 厚 C25 混凝土，而上面采用 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。本段帷幕灌漿終孔間距