松树水库主坝除险加固施工设计及效果分析

'松树水库主坝除险加固施工设计及效果分析摘要：作为水利工程中最重要的构筑物之一，主坝对保护水利工程安全和防洪起着重要的作用，尤其是在水量巨大的情况下，主坝的防洪作用更为突出。此外，主坝还能蓄积大量的水资源，从而可为农业、工业等领域提供丰富的水资源。为此，本文以辽宁松树水库工程为例，主要就主坝的施工设计方面展开了讨论。关键词：松树水库工程；主坝；除险加固施工设计；施工效果1工程概况松树水库除险加固工程中的主坝相关设计参数详见表1。表1主坝相关设计参数项目加固长度/m最大坝高/m坝顶高程/m设计洪水位/m校核洪水位/m平均最大风速/m/s水面吹程/m参数值30334.87117.71114.45116.62149602主坝加固施工设计2.1坝顶高程设计坝顶高程可由下面公式确定:式中：y为坝顶超高，m；R为坝坡上最大破浪爬高，m；e为最大风壅水面高度，m；A为安全加高，m。2.1.1波浪爬高R计算：①平均波高确定公式为：式中：W为平均最大风速，取其1.5倍，m/s；为平均波周期，s；g为重力加速度。②平均波长：式中：Tm为平均波周期；H为水域平均水深。③波浪爬高： 式中：Rm为平均波浪爬高，m；m为斜坡坡率，取值为2.5；k△为斜坡渗透性系数；kw为经验系数。其中，计算结果详见表2。表2计算结果表计算参数及成果计算工况及土坝计算部位设计洪水位和正常运用条件校核洪水位和非常运用条件计算风速W/m/s2114吹程D/m960960水域平均水深Hm/m19.8821.33平均波高hm/m0.3190.204平均波周期Tm/s2.5062.007平均波长Lm/m9.7986.283斜坡糙率渗透性系数k△0.7750.775经验系数kw1.021.00坡度系数m2.52.5平均波浪爬高Rm/m0.520.33hm/H0.0160.01Rp/Rm1.962.55波浪爬高Rp/m1.020.832.1.2风雍水面高度e计算：式中：e为风壅水面高度，m；D为风区长度，m；K为综合摩阻系数，取3.6×10-6；W为计算风速，m/s；β为计算风向与坝轴线法线的夹角，取值为130。具体结果见表3。2.1.3安全加高在校核洪水位情况下，A为0.30m；在设计洪水位情况下，A为0.50m。具体结果见表3。表3计算成果表计算工况波浪爬高RP(m)风壅水面高度e(m)安全加高A(m)地震安全加高(m)超高Y(m)设计洪水位和正常运用条件1.010.0040.5001.51 校核洪水位和非常运用条件0.710.0020.3001.01此外，土坝其他情况的坝顶高程计算结果见表4。表4坝顶高程计算成果表土坝计算部位计算工况水位（m）计算坝顶超高（m）计算坝顶高程（m）实测坝顶高程（m）主坝设计洪水位和正常运用条件114.451.51115.96117.71校核洪水位和非常运用条件116.621.01117.63117.71由表4知，松树水库计算坝顶高程为117.63m＜117.71m，因此，原坝顶高程符合设计要求，故可不需要防浪墙。由于坝顶还要修筑道路，考虑到清基和碎石铺筑等情况，该坝顶高程最终确定为117.96m。2.2坝体及坝基渗流计算和渗透稳定性分析2.2.1浸润线计算松树水库采用粘土心墙坝作为主坝，整个坝体位于不透水地基上，坝体建有贴坡排水设施，坝体下游无水。此外，坝体和坝基的渗透系数分别为6.0×10-3㎝/s和1.3×10-5㎝/s。坝型及结构尺寸如图1所示。图1坝体浸润线示意图浸润线计算公式： 式中：h为粘土心墙的下游水深度，m；K为坝壳土壤的渗透系数；K3为粘土心墙土壤的渗透系数。h1为浸润线在下游坡逸出点的高度，m；L为下游坝脚至坐标轴Oy的距离，m；H为坝前水头，m；K为坝体土壤的渗透系数；K3为心墙土壤的渗透系数；t为水面距坝顶的高度，m。计算结果见表5。表5主坝浸润线X校核洪水位(m)510152027.95设计洪水位(m)510152027.95正常高水位(m)510152027.95Y校核洪水位(m)0.831.171.441.661.96设计洪水位(m)0.791.121.371.581.87正常高水位(m)0.711.001.221.411.672.2.2渗透流量计算坝体渗透流量可由如下公式确定：式中：q为坝体单宽流量，m3/s；结果分析：①当正常高水位为114.45m时，渗流量为0.12m3/d·m。②当设计洪水位为116.62m时，渗流量为0.14m3/d·m。③当校核洪水位为110.30时m，渗流量为0.16m3/d·m。由上可知，校核水位情况下，坝基及坝体渗漏流量为0.16m3/d·m，该坝全年总渗透量为0.98万m3，占水库总水量的0.11%。由于渗透量较小，不会对水库的正常运行造成影响，因此，对坝基及坝体可不采取防渗处理。2.2.3渗透稳定性分析由于浸润线在下游坝坡不存在逸出点，且坝脚处建有排水设施，因此，坝体具有良好的渗透稳定性。2.3坝体稳定性分析在进行稳定性分析时，采用了有效应力法。计算工况有两种，第一，正常运用；第二，非常运用。边坡稳定计算结果详见表6。表6边坡稳定计算结果表计算工况瑞典圆弧法允许安全系数减8℅ 上游坡下游坡规定值后值正常运用正常高水位110.30m下游无水，稳定渗流期2.927　1.8741.25　　1.15设计洪水位114.45m下游无水，稳定渗流期2.991.871　1.25　1.15正常高水位110.30m降至死水位99.10m，下游无水，水位降落期2.1011.7451.251.15设计洪水位116.62m降至死水位99.10m，下游无水，水位降落期2.0731.7421.251.15非常运用校核洪水位116.62m下游无水，稳定渗流期3.031.8721.151.058校核洪水位116.62m降至正常高水位114.45m，下游无水，水位降落期2.2161.8221.151.0582.4主坝加固方案结合水利工程相关设计标准和规范，首先进行坝顶清基工作。由于坝顶需要修筑道路，故应先进行碎石的铺筑，其铺筑厚度为0.35m，考虑到冬季严寒的影响，心墙顶部应与坝顶相距一定的距离，由于本地区最大冻深为1.2吗，并结合工程实际，确定心墙顶部应与坝顶相距1.55m。但心墙顶部应高于水库最大洪水位，此高度差确定为1.7m。当坝顶清基工作结束后，可直接进行其他故障。在背水坡修筑排水沟，但要保证排水沟之间的间距为50m。此外，为进一步增强护坡效果，可在背水坡上种植花草。由于主坝迎水坡受损严重，应首先清理干净原有的护坡材料，并采用干砌石进行护坡，其厚度确定为0.3m。3结语松树水库设计施工并投入使用后，不但提高了水库的防洪能力，增加了水库的安全性，而且增加了水库的蓄水量，为本地区提供了可靠的供水水源地。此外，松树水库设计减少了初期投资，且运营后带来了可观的经济效益。参考文献[1]杨志新,赵延生.小型水库除险加固问题探讨[J].黑龙江科技信息，2010(07)[2]洪剑泳,谭兴根,陈斌晔.帷幕灌浆的大坝除险加固[J].内江科技，2007(04)[3]包淑莲.小型水库除险加固措施[J].科技资讯，2009(23)[4]王红彦.树脂锚固剂在水库大坝加固工程施工中的应用[J].水科学与工程技术，2014(03)[5]袁海霞,吴俊,康慷.水库主坝除险加固工程的设计措施[J].科技资讯，2014(05)'