某水库除险加固初步设计

'河北工程大学毕业设计（论文）设计总说明PS水库位于河北省沙河市境内，属海河流域滏阳河系沙洺河支流。本工程存在的主要问题如下：(1)大坝基础抗滑不满足要求，坝体高水位时渗漏严重。(2)坝顶高程在不满足规范要求。(3)放水洞闸阀损坏。(4)大坝下游无消能防冲设施。经鉴定大坝属于三类坝。PS水库除险加固设计是根据实际工程进行初步设计，主要内容包括坝体的抗滑稳定计算，坝基应力复合，溢流坝过流能力及消能计算等几个部分。坝体抗滑稳定计算是重力坝设计的一项重要内容，其目的是验算坝体沿坝基面的抗滑稳定安全度，利用公式判别大坝是否满足抗滑稳定要求。经计算得大坝在某些工况下不满足抗滑稳定要求。应力分析的目的是检验坝体在施工和运用期间是否满足强度要求，利用材料力学的方法检验应力是否满足要求。经计算得大坝在某些工况下不满足要求。溢流坝过流能力验算及消能计算依据《溢洪道设计规范》SL253-2000计算。经计算得满足要求。最后进行除险加固方案设计，使不满足要求的工况满足设计要求，使大坝得到加固。关键词：抗滑稳定、应力复合、过流能力及消能计算。2 河北工程大学毕业设计（论文）GeneraldescriptionofdesignPSreservoirinHebeiprovinceShahecitywithintheboundaries,theHaiheRiverValleyofMingheRivertributaryofFuyangRiversand.Theengineeringproblemsasfollows(1)Thedamfoundationagainstslidingofdamdoesnotmeettherequirements,theseriousleakageofhighwaterlevel.(2)Thecrestelevationdoesnotmeettherequirementsofthecodeinthestandard.(3)Thedischargevalvedamage.(4)Thedamdownstreamenergydissipationfacilities.Theidentificationofthedambelongstothethreekindofdam.PSreservoirreinforcementdesignisaccordingtotheactualprojectpreliminarydesign,themaincontentsincludethecalculationofstabilityagainstslidingofdam,damfoundationstresscomposite,spillwaydischargecapacityandenergydissipationandotherparts.Calculationonstabilityagainstslidingofgravitydamisanimportantissueinthedesign,itspurposeistocheckdamalongtheinterfacebetweendamandfoundationstabilityagainstslidingofdamsafety,usingtheformulaforjudgingwhethermeettherequirementsofstabilityagainstsliding.Thecalculationofdaminsomecasesdonotmeettherequirementsofstabilityagainstsliding.Stressanalysistotestthedaminconstructionandusingperiodwhethermeetthestrengthrequirements,useofmaterialmechanicsmethodtestingstresswhethermeettherequirements.Thecalculationofdaminsomecasesdonotmeettherequirements.Spillwayflowcapacitycalculationandenergydissipationcalculationbasedon"designcodeforSpillway"SL253-2000calculation.Throughcalculation,tomeettherequirements.Thefinalprojectreinforcementdesign,whichdoesnotmeettherequirementsofoperationandmeetthedesignrequirements,thedamisstrengthened.Keywords:anti-slidingstability,stresscomposite,flowcapacityandenergydissipation.2 河北工程大学毕业设计（论文）目录1综合说明11.1工程概况11.2水文11.2.1流域概况11.2.2气象11.2.3水文21.2.4泥沙21.3工程地质条件2结论及建议：21.4工程除险设计32水库大坝现状情况校核42.1正常蓄水位下的坝体抗滑稳定计算与坝基处应力计算42.1.1主坝抗滑稳定计算与坝基应力计算42.1.2副坝抗滑稳定计算与坝基应力计算82.1.3溢流坝抗滑稳定计算与基应力计算102.2设计洪水位下的抗滑稳定计算与坝基应力计算122.2.1主坝抗滑稳定计算与坝基应力计算122.2.2副坝抗滑稳定计算与坝基应力计算142.2.3溢流坝抗滑稳定计算与坝基应力计算152.3校核洪水位下的抗滑稳定计算与坝基应力计算182.3.1主坝抗滑稳定计算与坝基应力计算182.3.2副坝抗滑稳定计算与坝基应力计算202.3.3溢流坝抗滑稳定计算与坝基应力计算222.4地震情况下正常蓄水位时的坝体抗滑稳定计算与坝基处应力计算242.4.1主坝抗滑稳定计算与坝基应力计算242.4.2副坝抗滑稳定计算与坝基应力计算272.4.3溢流坝抗滑稳定计算与基应力计算292.5溢流面过流能力验算312.6消能防冲设计323除险加固工程设计343.1大坝防洪复合设计343.1.1大坝防洪加固方案343.1.2坝顶高程计算343.2大坝防渗设343.2.1存在的问题343.2.2防渗方案343.2.3主坝、副坝、溢流坝坝体上游防渗353.2.4坝基防渗353.3主坝加固后抗滑稳定计算与应力复合计算353.3.1正常蓄水时主坝抗滑稳定计算和应力复合363.3.2设计洪水位时主坝抗滑稳定计算和应力复合383.3.3校核洪水位时主坝抗滑稳定计算和应力复合403.3.4地震情况下正常蓄水时主坝抗滑稳定计算和应力复合423.4溢流坝加固后抗滑稳定计算与应力复合计算453.4.1正常蓄水位时溢流坝抗滑稳定计算与应力复合463.4.2设计洪水位时溢流坝抗滑稳定计算和应力复合493.4.3校核洪水位时溢流坝抗滑稳定计算和应力复合513.4.4地震情况下正常蓄水时溢流坝抗滑稳定计算和应力复合532 河北工程大学毕业设计（论文）3.5溢流面加固设计563.5.1溢流面加固方案563.5.2溢流坝过流能力验算及消能防冲验算573.6放水洞维修加固573.6.1加固方案设计573.7防浪墙及坝顶设计57外文文摘58谢辞67参考文献682 河北工程大学毕业设计1综合说明1.1工程概况PS水库位于河北省沙河市境内，属海河流域滏阳河系沙洺河支流，水库控制流域面积4㎞2,总库容61.2万m3，是一座以防洪、灌溉和供人畜饮水的小⑵型水库。水库枢纽主要包括：主坝、副坝、溢流坝和放水洞等建筑物。水库大坝为浆砌石重力坝，主坝最大坝高27.5m，坝顶高程23.5m，坝顶长119m，坝顶宽4.5m，迎水面坝坡直立，背水面坝坡1:0.51,。副坝最大坝高5.5m，坝顶长70m,坝顶宽2.9m。溢流坝在主坝中央，采用克-奥菲真空实用堰，堰面为钢筋混凝土结构，堰顶高程20.5m，堰深3m,宽22m，设计最大泄流量161.77m3/s,采用挑流鼻坎消能，鼻坎高程9m，挑射角25°，反弧半径4m。放水洞位于溢流坝左侧，洞口高程5.1m，出口采用碟阀控制。水库防洪标准为20年一遇设计，200年一遇校核。水库枢纽为五等工程，主要建筑物为5级建筑物。经调洪演算，不同设计标准的洪水位及相应的最大泄流量如下：20年一遇的最高洪水位为21.85m，最大泄量为63.38m3/s；200年一遇的最高洪水位为23.04m，最大泄量为161.77m3/s。2007年6月，华北水利水电勘测设计有限公司完成PS水库大坝安全鉴定，并通过河北省大坝安全管理中心核查，综合评价该水库大坝为三类坝。1.2水文1.2.1流域概况PS水库位于沙河市册井乡，属沙洺河支流。该河流位于沙河市西部，太行山东麓，为季节性河流，除汛期洪水径流较大外，其他月份径流量很小。水库控制流域面积4km2，坝址以上河床平均坡降28‰。流域地形复杂，地面起伏大，地形坡度较陡。1.2.2气象68 河北工程大学毕业设计工程地处太行山风坡，受太平洋东南季风的影响，降雨偏丰，平均年雨量560mm，年际间变化很大，年最大降雨1088mm；年最小降雨227mm，最大、最小相差近5倍。年雨量在年内分配也很不均匀。多年平均汛期降雨占年雨量的75%以上。多年平均气温13.0℃～13.7℃；年极端最高气温42℃；年极端最低气温-19.6℃。冬季受西伯利亚高压大陆性气团控制，风向偏北，强劲西北风盛行，夏季偏南风，春、秋两季风向变化较大，沙河市汛期多年平均最大风速16.7m/s。非汛期多年平均最大风速为15.0m/s，无霜期220～240天左右。1.2.3水文流域范围内无水文气象站分布，水库于1978年开始运行至今，已有三十多年的时间，因水库的管理不够规范，对水位、流量等资料均未按水库管理要求进行观测，故没有实测大洪水资料。1.2.4泥沙PS水库流域仅为4km2，流域内缺乏泥沙实测资料。通过水库几十年的运行证明：由于该流域面积小，流域内地形、地质、植被等条件较好，入库沙量很少，目前实测泥沙淤积高程仅0.8m。1.3工程地质条件勘察场地属太行山东麓冲低山丘陵地带，勘察揭露之地层除第1层外均为三叠纪岩石，本场区勘察深度范围内，地基土自上而下分为如下2层，现将各土层的工程地质特征分述如下：1层杂填土（ml）：灰褐色，坝体，为块状岩石和水泥砂浆人工堆砌含少量杂质。场区普遍分布，厚度:0.80-11.20m,平均5.30m;层底标高:12.28-22.70m,平均18.20m;层底埋深:0.80-11.20m,平均5.30m。2层细砂岩：肉红色，灰白色，微风化，可见较清晰的平行层理，细层厚度不一，细粒砂状结构，主要矿物成分为石英，长石少量，分选好，磨圆度高，胶结好，整个岩石固结紧密坚硬，中厚层状，裂隙发育中等到微小，岩芯长柱状。该层未穿透。结论及建议：(1)按《建筑抗震设计规范》GB50011—2010本场地的抗震设防烈度为7度，本场地为第二组，设计基本地震加速度值为0.10g。(2)库区主要出露地层为细砂岩，不存在库岸失稳，库底渗漏等问题。(3)坝基岩性简单，岩石裂隙发育程度不高，无断层通过，裂隙连通性较差，为弱透水层。坝基不存在渗漏破坏的可能性。68 河北工程大学毕业设计(4)坝基岩土力学性质较好，透水性较弱，不存在渗透破坏的可能性，地基承载力满足。1.4工程除险设计PS水库运行多年水库发挥了重要的作用，但同时出现了诸多问题，主要有：(1)大坝基础抗滑不满足要求，坝体高水位时渗漏严重。(2)坝顶高程不满足要求。(3)放水洞闸阀损坏，影响水库正常运行。(4)大坝下游无消能防冲设施。根据水库大坝安全鉴定结论和建议，针对工程存在的问题，结合本次设计调整后水库工程特性，对大坝结构进行处理，增加其抗滑稳定性。拟定本次PS水库除险加固的主要内容：(1)大坝防渗设计。(2)大坝结构复合。(3)溢流坝加固设计。(4)放水洞维修加固。(5)防浪墙及坝顶设计。(6)其它工程处理。2水库大坝现状情况校核由AutoCAD计算得到各坝段的单宽体积如下：68 河北工程大学毕业设计主坝单宽体积V=325m3副坝单宽体积V=27.5m3溢流坝单宽体积V=362.8m3根据《砌石坝设计规范》SL25-2006查得砌石体容重γd=22.0kN/m3。依次计算得到各坝段的单宽自重如下:主坝单宽自重W=γdV=7150kN副坝单宽自重W=γdV=605kN溢流坝单宽自重W=γdV=7981.6kN2.1正常蓄水位下的坝体抗滑稳定计算与坝基处应力计算正常蓄水位下上游水位20.5m，下游水位0m。2.1.1主坝抗滑稳定计算与坝基应力计算Ⅰ荷载计算(1)坝体自重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1(2-1)下游水平静水压力P2(2-2)(3)坝基处扬压力U图2-1主坝坝基处扬压力上游水面至坝基距离H1=24.5m，68 河北工程大学毕业设计下游水面至坝基距离H2=4.0m，坝基长度T=18.5m。(2-3)(4)泥沙压力Psk(2-4)式中：γn—泥沙浮容重，取γn=7KN/m3hn—计算点以上的淤积高度，取hn=0.8m,φn—泥沙内摩擦角，取φn=25o(5)浪压力Pwk浪高波长按官厅水库公式计算波高和平均波长(2-5)(2-6)式中：hb—波高（当时，为累计频率为5%的波高；当为累计频率为10%的波高），m；Lm—平均波长，m；V0—计算最大风速（基本组合可采用重现期50年的最大风速，特殊组合可采用多年最大风速），m/s；有资料可知V0=16.7m/s。D—风区长度，m；可近似取D=1000m。g—重力加速度，9.81m/s2。计算得hb=0.56m，Lm=6.49m。浪压力可近似按直墙式挡水建筑物的情况计算68 河北工程大学毕业设计单位宽度上的浪压力可按下式计算：(2-7)(2-8)(2-9)式中：Pwk——单位宽度坝面上的浪压力，kN/m；h5%——累计频率为5%的波高，m；hz——波浪中心线至计算水位的高度，m；Hcr——使波浪破碎的临界水深，m。经计算得：hz=0.15mHcr=0.62mPwk=11.3kN(6)土压力坝底高程-4m，上下游填土高程均为0m,土的粘聚力为0，内摩擦角为25o。上游为主动土压力，下游为被动土压力称为主动土压力系数，计算得0.31称为被动土压力系数，计算得1.61取土的容重γ=21kN/m3主动土压力(2-10)被动土压力(2-11)68 河北工程大学毕业设计图2-2主坝荷载简图表2-1作用于主坝的各力和力矩大小方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kN·m）↓(+)↑(-)→(+)←(-)↖(+)↗(-)W71502.34516766.75P129418.1724018.17P278.41.33104.53U1725.20U21858.33.15760.31Psk0.70.270.18Pwk11.324.5276.85Ea52.11.3369.47Ep270.51.33360.57Σ71502583.53005.1348.917231.9530125.4Σ总4566.5↓2656.2→12893.55↗Ⅱ坝体抗滑稳定计算(2-12)式中：f—抗剪强度计算公式中的摩擦系数；—作用于坝体上全部荷载（包括扬压力，下同）对滑动平面的法向分值；—作用于坝体上全部荷载对滑动平面的切向分值；依据《砌石坝设计规范》（SL25-2006）3.2.6规定，在初步设计阶段，砌石体抗滑稳定计算所需的抗剪强度参数，查附录A表A.0.5和附录A表A.0.6。根据地质勘测资料，坝基岩石为坚硬、有微裂隙的岩体，砌石体饱和强度较高，取摩擦系数=0.65。计算=因此在正常蓄水位下，主坝满足抗滑稳定要求。68 河北工程大学毕业设计Ⅲ应力计算根据《水工建筑物》教材中公式2-25进行坝基截面应力分析。(2-13)(2-14)式中：—用于坝踵垂直应力，kPa；—用于坝趾垂直应力，kPa；—用于坝体上全部荷载（包括扬压力，下同）对滑动平面的法向分值；—作用在计算截面以上的全部荷载对坝基截面形心O的力矩总和，kN•m；—计算截面沿上下游方向的长度，m。坝基允许压应力[]=2.8～3.0MPa。因＞0，＜[]。未出现拉应力，满足要求。2.1.2副坝抗滑稳定计算与坝基应力计算Ⅰ荷载计算(1)坝体自重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P2(3)扬压力U68 河北工程大学毕业设计图2-3副坝坝基处扬压力上游水面至坝基距离H=2.5m，坝基长度T=5.5m。(4)浪压力表2-2作用于副坝的各力和力矩大小及方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kN·m）↓(+)↑(-)→(+)←(-)↖(+)↗(-)W6050.25151.25P130.60.8325.5P20U67.40.9262Pwk11.32.528.25Σ60567.441.9151.25115.75Σ总537.6↓41.9→35.5↖Ⅱ抗滑稳定计算=10.5=1.05因此在正常蓄水位下，副坝抗滑稳定要求。Ⅲ应力计算68 河北工程大学毕业设计坝基允许压应力[]=2.8～3.0MPa。因＞0，＜[]。上游坝踵处未出现拉应力，满足要求。2.1.3溢流坝抗滑稳定计算与基应力计算Ⅰ荷载计算(1)坝体自重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P2(3)坝基处扬压力U图2-4溢流坝坝基处扬压力图(4)泥沙压力(5)浪压力68 河北工程大学毕业设计(6)土压力主动土压力被动土压力表2-3作用于溢流坝的各力及力矩大小和方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kN·m）↓(+)↑(-)→(+)←(-)↖(+)↗(-)W7981.61.239817.37P129418.1724018.17P278.41.33104.53U1725.20U21858.33.15760.31Psk0.70.270.18Pwk11.38.17276.85Ea52.11.3369.47Ep270.51.33360.57Σ7981.62583.53005.1348.910282.5730125.4Σ总5398.1↓2656.2→-19842.83↗Ⅱ坝体抗滑稳定计算=在正常蓄水位下，溢流坝满足抗滑稳定要求。Ⅲ应力计算坝基允许压应力[]=2.8～3.0MPa。＜[]，下游坝趾处应力满足要求。68 河北工程大学毕业设计因＜0,上游坝踵处出现拉应力，不满足要求。综上所述，应力不满足要求。2.2设计洪水位下的抗滑稳定计算与坝基应力计算在设计洪水位下上游水位22.01m，下游水位0.6m。2.2.1主坝抗滑稳定计算与坝基应力计算Ⅰ荷载计算(1)坝体自重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P2(3)基处扬压力U图2-5主坝坝基处扬压力上游水面至坝基距离H1=26.01m，下游水面至坝基距离H2=4.6m，坝基长度T=18.5m。(4)泥沙压力68 河北工程大学毕业设计(5)浪压力(6)土压力主动土压力kN被动土压力kN表2-4作用于主坝上的各力及力矩大小和方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kN·m）↓(+)↑(-)→(+)←(-)↖(+)↗(-)W71502.34516766.75P13274.38.6228213.55P2103.71.53159U1416.990U22357.813.17309.2Psk0.70.270.18Pwk11.324.5276.85Ea52.11.3369.47Ep270.51.33360.57Σ71502774.83338.4374.217286.4235884.49Σ总4375.2↓2964.2→-18598.07↗Ⅱ坝体抗滑稳定计算=在设计洪水位下，主坝不满足抗滑稳定要求。Ⅲ应力计算68 河北工程大学毕业设计坝基允许压应力[]=2.8～3.0MPa。＜[]，下游坝趾应力满足要求。因＜0，上游坝踵处出现拉应力，不满足要求。综上所述，应力不满足要求。2.2.2副坝抗滑稳定计算与坝基应力计算Ⅰ荷载计算(1)坝体自重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P2(3)扬压力U图2-6副坝坝基处扬压力上游水面至坝基距离H=3.85m，坝基长度T=5.5m。(4)浪压力68 河北工程大学毕业设计表2-5作用于副坝的各力和力矩大小及方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kN·m）↓(+)↑(-)→(+)←(-)↖(+)↗(-)W6050.25151.25P178.801.28100.86P20U108.70.9299.42Pwk11.33.8543.51Σ605108.790.1151.25243.79Σ总496.93↓83.9→-92.54↗Ⅱ抗滑稳定计算=3.58=1.05因此在设计洪水位下，副坝抗滑稳定要求。Ⅲ应力计算坝基允许压应力[]=2.8～3.0MPa。因＞0，＜[]。坝踵处未出现拉应力，满足要求。2.2.3溢流坝抗滑稳定计算与坝基应力计算Ⅰ荷载计算(1)坝体自重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P268 河北工程大学毕业设计(3)基处扬压力U图2-7溢流坝坝基处扬压力上游水面至坝基距离H1=22.01m，下游水面至坝基距离H2=4.6m，坝基长度T=18.5m。(4)动水压力(2-15)(2-16)式中：由《水力学》教材中公式9.4求下游收缩断面水深(2-17)查表9.1流速系数计算得68 河北工程大学毕业设计由所以动水压力水平分量为动水压力垂直分量为(5)泥沙压力(6)浪压力(7)土压力主动土压力被动土压力表2-6作用于溢流坝的各力及力矩大小和方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kN·m）↓(+)↑(-)→(+)←(-)↖(+)↗(-)W7981.61.239817.37P13303.788.5728313.39P2103.71.53159U1382.950U22357.813.17309.21PH13.813179.4PV51.57.5386.25Psk0.70.270.18Pwk11.325.85292.1Ea52.11.3369.47Ep270.51.33360.67Σ8033.12940.763367.8838810516.443637.668 河北工程大学毕业设计Σ总5292.34↓2979.88→-2585.16↗Ⅱ坝体抗滑稳定计算=在设计洪水位下，溢流坝满足抗滑稳定要求。Ⅲ应力计算坝基允许压应力[]=2.8～3.0MPa。＜[]，下游坝趾应力满足要求。因＜0，上游坝踵处出现拉应力，不满足要求。综上所述，应力不满足要求。2.3校核洪水位下的抗滑稳定计算与坝基应力计算在校核洪水位下上游水位23.25m，下游水位1.0m。2.3.1主坝抗滑稳定计算与坝基应力计算Ⅰ荷载计算(1)坝体自重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P2(3)基处扬压力U68 河北工程大学毕业设计图2-8主坝坝基处扬压力上游水面至坝基距离H1=27.25m，下游水面至坝基距离H2=5.0m，坝基长度T=18.5m。(4)泥沙压力(5)浪压力(6)土压力主动土压力被动土压力表2-7作用于主坝的各力及力矩大小和方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kN·m）↓(+)↑(-)→(+)←(-)↖(+)↗(-)W71502.34516766.75P13638.569.0132783.43P2122.51.67204.17U1453.250U22470.213.17657.65Psk0.70.270.18Pwk11.38.17276.85Ea52.11.3369.47Ep270.51.33360.5768 河北工程大学毕业设计Σ71502515.463702.6639317331.5940787.58Σ总4634.54↓3309.66→-23456.09↗Ⅱ坝体抗滑稳定计算=在校核洪水位下，主坝不满足抗滑稳定要求。Ⅲ应力计算坝基允许压应力[]=2.8～3.0MPa。＜[]，下游坝趾满足要求。因＜0，上游坝踵处出现拉应力，不满足要求。综上所述，应力不满足要求。2.3.2副坝抗滑稳定计算与坝基应力计算Ⅰ荷载计算(1)坝体自重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P2(3)扬压力U68 河北工程大学毕业设计图2-9副坝坝基处扬压力上游水面至坝基距离H=5.25m，坝基长度T=5.5m。(4)浪压力表2-8作用于副坝的各力和力矩大小及方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kN·m）↓(+)↑(-)→(+)←(-)↖(+)↗(-)W6050.25151.25P1135.061.68226.90P20U135.80.92124.95Pwk11.35.0456.95Σ605135.8146.36151.25391.05Σ总469.2↓146.36→-239.65↗Ⅱ抗滑稳定计算=2.08=1.0因此在校核洪水位下，副坝满足抗滑稳定要求。Ⅲ应力计算68 河北工程大学毕业设计坝基允许压应力[]=2.8～3.0MPa。因＞0，＜[]。坝踵处未出现拉应力，满足要求。2.3.3溢流坝抗滑稳定计算与坝基应力计算Ⅰ荷载计算(1)坝体自重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P2(3)基处扬压力U图2-10溢流坝坝基扬压力上游水面至坝基距离H1=27.25m，下游水面至坝基距离H2=5.0m，坝基长度T=18.5m。(4)动水压力68 河北工程大学毕业设计式中：由《水力学》教材中公式9.4求下游收缩断面水深查表9.1流速系数计算得由所以动水压力水平分量为动水压力垂直分量为(5)泥沙压力(6)浪压力(7)土压力主动土压力被动土压力68 河北工程大学毕业设计表2-9作用于溢流坝的各力和力矩大小及方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kN·m）↓(+)↑(-)→(+)←(-)↖(+)↗(-)W7981.61.239817.37P13601.58.8731945.31P2122.51.67204.17U1453.250U22470.213.17657.65PH35.9513467.35PV134.27.51006.5Psk0.70.270.18Pwk11.325.85292.1Ea52.11.3369.47Ep270.51.33360.67Σ8115.82923.463665.6428.9510849.5640971.21Σ总5192.34↓3236.65→-30121.65Ⅱ坝体抗滑稳定计算=在校核洪水位下，溢流坝满足抗滑稳定要求。Ⅲ应力计算坝基允许压应力[]=2.8～3.0MPa。＜[]，因＜0。上游坝踵处出现拉应力，不满足要求。2.4地震情况下正常蓄水位时的坝体抗滑稳定计算与坝基处应力计算在正常蓄水位下上游水位20.5m，下游水位0m。2.4.1主坝抗滑稳定计算与坝基应力计算Ⅰ荷载计算(1)坝体自重68 河北工程大学毕业设计(2)水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P2(3)坝基处扬压力U图2-11主坝坝基处扬压力上游水面至坝基距离H1=24.5m，下游水面至坝基距离H2=4.0m，坝基长度T=18.5m。(4)泥沙压力(5)浪压力地震荷载：主要包括坝体水平顺河向地震惯性力，上游地震动水压力和动土压力(6)地震惯性力(2-18)68 河北工程大学毕业设计故(7)上游地震动水压力(2-19)(8)地震作用下的土压力(2-20)式中：主动土压力被动土压力表2-10作用于主坝的各力和力矩大小及方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kN·m）↓(+)↑(-)→(+)←(-)↖(+)↗(-)W71501.34516766.75P129418.1724018.17P278.41.33104.53U1725.20U21858.33.15760.73P066.911.27753.9668 河北工程大学毕业设计Q0196.612.252408.35Psk0.70.270.18Pwk11.325.85292.1Pwk54.51.3372.67Ep2611.33348Σ71502583.53271339.417219.2833291.11Σ总4566.5↓2931.6→-16071.83↗Ⅱ坝体抗滑稳定计算=在地震情况下，正常蓄水位时，主坝满足抗滑稳定要求。Ⅲ应力计算坝基允许压应力[]=2.8～3.0MPa。＜[]，下游坝趾应力满足要求。因＜0，上游坝踵处出现拉应力，不满足要求。综上所述，应力不满足要求。2.4.2副坝抗滑稳定计算与坝基应力计算Ⅰ荷载计算(1)坝体自重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P2(3)扬压力U68 河北工程大学毕业设计图2-12副坝坝基处扬压力上游水面至坝基距离H=2.5m，坝基长度T=5.5m。(4)地震惯性力(5)上游地震动水压力(6)浪压力表2-11作用于副坝的各力和力矩大小及方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kN·m）↓(+)↑(-)→(+)←(-)↖(+)↗(-)W6050.25151.25P130.60.8325.5P20Q016.61.2520.75P011.151.15U067.40.9262Pwk11.32.528.25Σ60567.459.5151.25137.65Σ总537.6↓59.5→13.6↖Ⅱ抗滑稳定计算=5.87=1.068 河北工程大学毕业设计因此在地震情况下，正常蓄水位时，副坝抗滑稳定满足要求。Ⅲ应力计算坝基允许压应力[]=2.8～3.0MPa。因＞0，＜[]。上游坝踵处未出现拉应力，满足要求。2.4.3溢流坝抗滑稳定计算与基应力计算Ⅰ荷载计算(1)坝体自重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P2(3)坝基处扬压力U图2-13溢流坝坝基处扬压力68 河北工程大学毕业设计(4)地震惯性力(5)上游地震动水压力(4)泥沙压力(5)浪压力(6)土压力主动土压力被动土压力表2-12作用于溢流坝的各力和力矩大小及方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kN·m）↓(+)↑(-)→(+)←(-)↖(+)↗(-)W7981.61.239817.37P129418.1724018.17P278.41.33104.53U1725.20U21858.33.15760.31P066.911.27753.96Q0219.512.252688.88Psk0.70.270.18Pwk11.324.25276.85Ea54.51.3372.67Ep2611.33348Σ7981.62583.53293.9339.410269.933571.0268 河北工程大学毕业设计续表2-12Σ总5398.1↓2954.5→-23301.12↗Ⅱ坝体抗滑稳定计算=在地震情况下，正常蓄水位时，溢流坝满足抗滑稳定要求。Ⅲ应力计算坝基允许压应力[]=2.8～3.0MPa。＜[]，下游坝趾处应力满足要求。因＜0，上游坝踵处出现拉应力，不满足要求。综上所述，应力不满足要求。经以上计算可知，除副坝外的主坝和溢流坝均存在问题，故需对主坝和溢流坝采取相应的加固除险措施。2.5溢流面过流能力验算溢流面采用曲线形实用堰，泄洪能力按照《溢洪道设计规范》SL-2000附录A公式进行计算。(2-21)式中：Q—溢流堰的下泄流量。b—溢流堰宽度，22m；m—流量系数，0.44；；为边礅形状系数，为闸墩形状系数，n为堰孔数。查《水工建筑物》教材取设计洪水位时68 河北工程大学毕业设计校核洪水位时过流能力满足要求2.6消能防冲设计水库属于属于小（2）型水库且大坝属于低坝，综合考虑采用挑流消能方式。本次设计选用鼻坎形式为连续式鼻坎，鼻坎高程为9.0m，挑射角为25°，反弧半径为4.0m。依据《溢洪道设计规范》SL253-2000，挑流水舌外缘挑距按下式计算：(2-22)式中：L—指坝下游垂直面到挑流水舌外缘进入下游水面后与河床面交点的水平距离，m；v1—坎顶水面流速，m/s；θ—鼻坎挑角；h1—坎顶垂直方向水深，m；h2—坎顶与河床面高差，m。冲坑深度俺下式计算：(2-23)式中：T—自下游水面至坑底最大水垫深度，m；q—鼻坎末端断面单宽流量，m3/（s-m）;Z—上下游水位差，m；k—综合冲刷系数，取1.5经计算，不同频率洪水下的计算成果如下：表2-13各频率洪峰下挑距和冲坑计算成果表洪水重现期（年）2050100200库水位（m）21.8522.3322.6023.04下泄流量Q（m3/s）63.3899.58122.11161.77挑坎外缘距离L（m）23.7824.1424.4824.8468 河北工程大学毕业设计续表2-13冲坑深度T（m）5.476.777.828.81L/T4.353.573.132.82冲刷消弱了坝下游河床基岩的稳定性，根据经验，冲坑向上游侧的影响范围与河床地质条件有关，一般要求L/T在2.5~5.0之间。经计算得知L/T均在2.5~5.0之间，消能防冲设计满足要求。68 河北工程大学毕业设计3除险加固工程设计3.1大坝防洪复合设计3.1.1大坝防洪加固方案根据安全鉴定结果，PS水库大坝防洪能力不满足国家标准要求，本次除险加固选择有两种方案进行比较：方案一，维持现状坝顶高程23.5m，溢洪道宽度和底高程不变，在坝顶增设防浪墙，计算防浪墙顶高程。方案二，维持现状坝顶高程23.5m，溢洪道采用现状底高程，拓宽溢洪道过水断面至40m，重建交通桥。3.1.2坝顶高程计算依据《砌石坝设计规范》SL25-2006，坝顶上游防浪墙墙顶高程与正常蓄水位或校核洪水位的高差，应按公式1-1计算，选择两者中防浪墙顶高程的高者作为选定高程。(3-1)安全超高正常蓄水位时取0.4m；校核洪水位时取0.3m。正常蓄水位时校核洪水位时取二者较大值1.11m经分析可以看出，方案一优于方案二,故采用方案一：维持现状坝顶高程23.5m，溢洪道宽度和底高程不变，在坝顶增设防浪墙。3.2大坝防渗设3.2.1存在的问题由于施工质量较差，自水库建成蓄水后便发现两侧坝头有渗漏，且逐年加重，由于两坝头岩层裂隙发育，成为渗漏的主要通道，近年来渗漏尤为严重。特别是2007年7月大洪水以后，水库左坝肩18m高程、右坝肩14m和16m高程处的渗流量较大。由于砌筑质量不高，高水位运行时，坝体多处存在渗漏，尤其在20.5m以上的主坝挡水坝段和溢流坝段存在小股射流情况。虽然大坝于1980年进行了灌浆处理、“00.7”大洪水后在主坝迎水面的水上部分进行全面填缝，但现场可见填缝十分粗糙，并没有从根本上解决渗漏问题。渗漏问题严重影响到工程灌溉和供水效益的发挥。3.2.2防渗方案68 河北工程大学毕业设计为减小渗漏量，并同时提高大坝抗滑稳定性，大坝防渗考虑两种方案：一是坝体灌浆与坝基帷幕相结合，二是坝体做混凝土防渗面板，坝基进行帷幕灌浆。由于PS水库大坝中部为一段长为22m的曲线形溢洪堰，坝顶钻孔灌浆施工不便，因此考虑施工的可行性，推荐采用防渗面板与在坝前进行基础帷幕灌浆相结合的防渗型式，以形成完整的防渗体系，并有助于提高坝体抗滑稳定性。3.2.3主坝、副坝、溢流坝坝体上游防渗主坝、溢流坝迎水面防渗面板下部自坝基-4m高程（假定）开始浇筑。根据防渗要求的不同，防渗面板厚自堰顶至坝基高程采用40～60cm渐变。副坝防渗面板厚度在同等高程处与主坝一致。为保证混凝土面板与坝体的完整性，设计面板的上游面按2.0×2.0m间距设置Φ28锚杆，长度为3m，其中深入原坝体部分长2.5m。浇筑的面板设竖向分缝，分缝间宽度以10m为原则，缝内采用铜片止水。3.2.4坝基防渗坝基帷幕灌浆布置主坝及溢流坝的坝基帷幕灌浆轴线布置于坝体上游侧距原坝体上游面2.0m处，坝基防渗帷幕轴线方向沿坝体方向布置，主坝段长度119m，溢流坝段（含两边侧墙）长度24m。根据灌浆需要，顶部设置盖重。为满足防渗要求，盖重下部采用1m厚C25混凝土，而上面采用M7.5砂浆浆砌石，盖重混凝土同时将坝上游防渗面板与坝基灌浆帷幕在水平方向进行了衔接。依据地质勘测资料，坝基帷幕深度原则上按坝基下10m深度控制。右侧地形陡峭，因此采用台阶形向右岸延伸与副坝衔接。河槽中心底部最低处理高程-14.0m。本段帷幕灌浆终孔间距取2m。因为副坝在未加固之前抗滑和坝基应力均符合要求，且坝前水头较低，渗流较小，所以无需对副坝进行帷幕灌浆。3.3主坝加固后抗滑稳定计算与应力复合计算加固措施：坝前设置1.9m长铺盖，盖重下部采用1m厚C25混凝土，上面采用M7.5砂浆浆砌石，厚度为3m，加固后坝基长度T=21m，面板与铺盖之间进行锚固，配筋与面板和主坝上游面之间配筋相同。主坝计算简图如下图所示68 河北工程大学毕业设计图3-1主坝计算简图3.3.1正常蓄水时主坝抗滑稳定计算和应力复合Ⅰ荷载计算(1)坝体自重面板自重盖重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1(3-2)下游水平静水压力P2(3-3)(3)垂直水压力上游垂直水压力(4)扬压力68 河北工程大学毕业设计帷幕灌浆位置距上游面距离在基础面处为2.0m，所以将扬压力分为以下几个部分计算：图3-2主坝坝基处扬压力(3-3)(3-4)根据坝基地质条件及防渗帷幕情况拟定，参考《水工建筑物》教材第十五页可知宜采用0.5~0.7，本设计取0.5。—上下游水位差—0.5m(3-5)(4)泥沙压力(3-6)(5)浪压力(6)土压力主动土压力（3-7）被动土压力（3-8）68 河北工程大学毕业设计表3-1作用在主坝上的各力及力矩大小和方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kN·m）↓(+)↑(-)→(+)←(-)↖(+)↗(-)W171501.17865W23308.252722.5W31719.551633.05W4401.89.53817.1P129418.1724018.17P278.41.33104.53U1823.20U275.310.28774.1U31029.63.173263.8Psk0.70.270.18Pwk11.38.17276.85Ea52.11.3369.47Ep270.51.33360.67Σ8052.81928.13005.1348.916585.3528402.67Σ总6124.7↓2656.2→11905.88↗Ⅱ抗滑稳定计算=1.50=1.05（3-9）因此在正常蓄水位下，主坝满足抗滑稳定要求。Ⅲ应力计算坝基允许压应力[]=2.8～3.0MPa。因＞0，＜[]。上游坝踵处未出现拉应力，满足要求。3.3.2设计洪水位时主坝抗滑稳定计算和应力复合Ⅰ荷载计算68 河北工程大学毕业设计(1)坝体自重面板自重盖重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P2(3)垂直水压力上游垂直水压力(4)扬压力帷幕灌浆位置距上游面距离在基础面处为2.0m，所以将扬压力分为以下几个部分计算：(5)泥沙压力(6)浪压力(7)土压力主动土压力被动土压力68 河北工程大学毕业设计表3-2作用在主坝上的各力和力矩大小及方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kN·m）↓(+)↑(-)→(+)←(-)↖(+)↗(-)W171501.17865W23308.252722.5W31719.551633.05W4431.49.54098.3P13314.958.6228574.87P2103.71.53159U1946.680U278.710.28809.04U31075.33.173408.7Psk0.70.270.18Pwk11.325.85292.1Ea52.11.3369.47Ep270.51.33360.67Σ8082.42100.683379.05374.216838.5233154.36Σ总5981.72↓3004.85→16315.84↗Ⅱ抗滑稳定计算=1.29=1.05因此在设计洪水位下，主坝满足抗滑稳定要求。Ⅲ应力计算坝基允许压应力[]=2.8～3.0MPa。因＞0，＜[]。上游坝踵处未出现拉应力，满足要求。3.3.3校核洪水位时主坝抗滑稳定计算和应力复合Ⅰ荷载计算68 河北工程大学毕业设计(1)坝体自重面板自重盖重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P2(3)垂直水压力上游垂直水压力(4)扬压力帷幕灌浆位置距上游面距离在基础面处为2.0m，所以将扬压力分为以下几个部分计算：(5)泥沙压力(6)浪压力(7)土压力主动土压力被动土压力68 河北工程大学毕业设计表3-3作用在主坝上的各力及力矩大小和方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kN·m）↓(+)↑(-)→(+)←(-)↖(+)↗(-)W171501.17865W23308.252722.5W31719.551633.05W4453.89.54311.48P13638.569.0132783,43P2122.51.67204.2U110290U281.810.28840.6U311073.173509.19Psk0.70.270.18Pwk11.327.04305.55Ea52.11.3369.47Ep270.51.33360.67Σ8104.82217.83702.3639317096.937508.42Σ总5887↓3309.36→20411.52↗Ⅱ抗滑稳定计算=1.16=1.0因此在校核洪水位下，主坝满足抗滑稳定要求。Ⅲ应力计算坝基允许压应力[]=2.8～3.0MPa。因＞0，＜[]。上游坝踵处未出现拉应力，满足要求。3.3.4地震情况下正常蓄水时主坝抗滑稳定计算和应力复合Ⅰ荷载计算68 河北工程大学毕业设计(1)坝体自重面板自重盖重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P2(3)垂直水压力上游垂直水压力(4)扬压力帷幕灌浆位置距上游面距离在基础面处为2.0m，所以将扬压力分为以下几个部分计算：(5)地震惯性力（3-10）(6)上游地震动水压力（3-11）68 河北工程大学毕业设计(7)地震作用下的土压力（3-12）式中：主动土压力被动土压力(8)泥沙压力(9)浪压力表3-4用在主坝上的各力及力矩大小和方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kN·m）↓(+)↑(-)→(+)←(-)↖(+)↗(-)W171501.17865W23308.252722.5W31719.551633.05W4401.89.53817.1Q0210.412.252577.4P129418.1724018.17P278.41.33104.53P066.911.27753.9668 河北工程大学毕业设计续表3-4U1823.20U275.310.28774.1U31029.63.173263.8Psk0.70.270.18Pwk11.38.17276.85Ea54.51.3372.67Ep2611.33348Σ8052.81928.13284.8339.414128.4231737.13Σ总6124.7↓2945.4→17608.71↗Ⅱ抗滑稳定计算=1.35=1.0因此在地震情况下，正常蓄水位时，主坝满足抗滑稳定要求。Ⅲ应力计算坝基允许压应力[]=2.8～3.0MPa。因＞0，＜[]。上游坝踵处未出现拉应力，满足要求。3.4溢流坝加固后抗滑稳定计算与应力复合计算加固措施：坝前设置1.9m长铺盖，盖重下部采用1m厚C25混凝土，上面采用M7.5砂浆浆砌石，厚度为14m，加固后坝基长度T=21m，面板与铺盖之间进行锚固，配筋与面板和主坝上游面之间配筋相同。溢流坝计算简图如下图所示68 河北工程大学毕业设计图3-3溢流坝计算简图3.4.1正常蓄水位时溢流坝抗滑稳定计算与应力复合Ⅰ荷载计算(1)坝体自重面板自重盖重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P2(3)垂直水压力上游垂直水压力68 河北工程大学毕业设计(4)扬压力帷幕灌浆位置距上游面距离在基础面处为2.0m，所以将扬压力分为以下几个部分计算：图3-4溢流坝坝基处扬压力根据坝基地质条件及防渗帷幕情况拟定，参考《水工建筑物》教材第十五页可知宜采用0.5～0.7，本设计取0.5。—上下游水位差—0.5m(5)泥沙压力(6)浪压力(7)土压力主动土压力被动土压力68 河北工程大学毕业设计表3-5作用在溢流坝上的各力及力矩大小和方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kN·m）↓(+)↑(-)→(+)←(-)↖(+)↗(-)W17981.60.03239.5W2299.888.252474W3630.89.536011.52W41865.751780.02W58.389.5771.73P129418.1724018.17P278.41.33104.53U1823.20U275.310.28774.1U31029.63.173263.8Psk0.70.270.18Pwk11.324.5276.85Ea52.11.3369.47Ep270.51.33360.67Σ9106.561928.13005.1348.910802.4728642.07Σ总7178.46↓2656.2→17839.6↗Ⅱ抗滑稳定计算=1.76=1.05因此在正常蓄水位下，溢流坝满足抗滑稳定要求。Ⅲ应力计算坝基允许压应力[]=2.8～3.0MPa。因＞0，＜[]。上游坝踵处未出现拉应力，满足要求。68 河北工程大学毕业设计3.4.2设计洪水位时溢流坝抗滑稳定计算和应力复合Ⅰ荷载计算(1)坝体自重面板自重盖重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P2(3)垂直水压力上游垂直水压力（4）动水压力W动水压力水平分量为(3-13)动水压力垂直分量为(3-14)(5)扬压力帷幕灌浆位置距上游面距离在基础面处为2.0m，所以将扬压力分为以下几个部分计算：68 河北工程大学毕业设计(6)泥沙压力(7)浪压力(8)土压力主动土压力被动土压力表3-6作用在溢流坝上的各力及力矩大小和方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kN·m）↓(+)↑(-)→(+)←(-)↖(+)↗(-)W17981.60.03239.5W2299.888.252474W3630.89.536011.52W4215.85.752065.21W512.279.57105.03W672.518.56432.16P13265.368.5728313.4P2103.71.53159PH13.813179.4PV51.58.8453.2U1946.680U278.6810.28808.83U31075.323.173408.76Psk0.70.270.18Pwk11.325.85292.1Ea52.11.3369.47Ep270.51.33360.67Σ9264.362100.683367.8838812240.1933132.2468 河北工程大学毕业设计Σ总7145.68↓2979.88→20892.05↗Ⅱ抗滑稳定计算=1.61=1.05因此在设计洪水位下，溢流坝满足抗滑稳定要求。Ⅲ应力计算坝基允许压应力[]=2.8～3.0MPa。因＞0，＜[]。上游坝踵处未出现拉应力，满足要求。3.4.3校核洪水位时溢流坝抗滑稳定计算和应力复合Ⅰ荷载计算(1)坝体自重面板自重盖重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P2(3)垂直水压力上游垂直水压力、、68 河北工程大学毕业设计(4)动水压力动水压力水平分量为动水压力垂直分量为(5)扬压力帷幕灌浆位置距上游面距离在基础面处为2.0m，所以将扬压力分为以下几个部分计算：(6)泥沙压力(7)浪压力(8)土压力主动土压力被动土压力表3-7作用在溢流坝上的各力及力矩大小和方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kN·m）↓(+)↑(-)→(+)←(-)↖(+)↗(-)W17981.60.03239.5W2299.888.25247468 河北工程大学毕业设计W3630.89.536011.52W4240.19.52280.95W514.778.46124.36W6132.065.96787.08P13601.58.8731503.58P2122.51.67204.2PH35.9513467.35PV134.28.81180.96U110290U281.7710.28840.6U31117.53.173542.48Psk0.70.270.18Pwk11.327.04305.55Ea52.11.3369.47Ep270.51.33360.67Σ9433.342228.273665.6428.9512710.1337682.32Σ总7205.07↓3223.65→24606.31↗Ⅱ抗滑稳定计算=1.45=1.0因此在校核洪水位下，溢流坝满足抗滑稳定要求。Ⅲ应力计算坝基允许压应力[]=2.8～3.0MPa。因＞0，＜[]。上游坝踵处未出现拉应力，满足要求。3.4.4地震情况下正常蓄水时溢流坝抗滑稳定计算和应力复合Ⅰ荷载计算(1)坝体自重68 河北工程大学毕业设计面板自重盖重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P2(3)垂直水压力上游垂直水压力(4)扬压力帷幕灌浆位置距上游面距离在基础面处为2.0m，所以将扬压力分为以下几个部分计算：(5)地震惯性力式中：(6)上游地震动水压力68 河北工程大学毕业设计(7)地震作用下的土压力式中：主动土压力被动土压力(8)泥沙压力(9)浪压力表3-8作用在溢流坝上的各力及力矩大小和方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kN·m）↓(+)↑(-)→(+)←(-)↖(+)↗(-)W17981.60.03239.5W2299.888.252474W3630.89.535676.64W4186.25.75147.66W59.319.572679.6Q0244.8312.252999.17P129418.1724018.17P278.41.33104.53P066.911.27753.96U1823.2068 河北工程大学毕业设计U275.310.28774.1U31029.63.173263.8Psk0.70.270.18Pwk11.38.17276.85Ea54.51.3372.67Ep2611.33348Σ9195.621928.13319.23339.41154032398.4Σ总7267.52↓2979.83→20858.4↗Ⅱ抗滑稳定计算=1.57=1.0因此在地震情况下，正常蓄水位时，溢流坝满足抗滑稳定要求。Ⅲ应力计算坝基允许压应力[]=2.8～3.0MPa。因＞0，＜[]。上游坝踵处未出现拉应力，满足要求。经过上述加固后的计算可知，主坝、溢流坝抗滑与应力均符合要求，在四种荷载情况下都是安全的，所以加固方案可行。3.5溢流面加固设计大坝溢流坝段位于拦河坝中央，堰顶高程20.5m，宽度22m，由于大坝运行多年，溢流坝面混凝土大面积脱落，凹凸不平，剥蚀严重，钢筋外露。本次设计对原溢流坝面拆除重建。3.5.1溢流面加固方案由于溢流堰面损毁严重，需对溢流坝底面混凝土拆除重建。溢流面坝改造以不破坏大坝的结构安全为原则而进行，根据大坝的实际情况，确定溢流堰仍为实用堰，堰面曲线采用规范推荐的幂曲线。溢流堰下游直线段坡比1:0.7，挑流鼻坎高程9.0m，反弧半径4m。68 河北工程大学毕业设计加固后的溢流面部分采用C25混凝土结构，为保证新溢流坝面与原坝面的整体性，施工时，除应采取对原溢流坝面进行凿毛（呈台阶状）、部分拆除改建等措施外，还应在新老结构间设3.0mΦ25钢筋，钢筋纵横间距1.5m，并应进行接触灌浆处理。3.5.2溢流坝过流能力验算及消能防冲验算因为溢流面加固后，未改变溢流面尺寸和形状，所以过流能力及消能防冲验算与溢流面未加固前数据相同，满足要求。故无需在进行计算，取未加固前数据即可。3.6放水洞维修加固3.6.1加固方案设计溢流坝左端设有放水洞，结构采用圆形钢筋混凝土管，直径0.4m，闸阀为铸铁平面圆形闸阀，目前闸阀老化，漏水严重，已影响到灌溉、泄洪的正常运用。本次设计将放水洞进水口焊钢筋网防止放水洞堵塞，出水口采用DN400手电两用蝶阀控制流量。3.7防浪墙及坝顶设计水库新建防浪墙墙顶高程为24.7m，高出坝顶1.0m。所建防浪墙为C20混凝土结构，宽度0.4m。为保证管理和防汛安全，需维修坝顶路面及下游侧护栏。路面采用C20混凝土浇筑，厚0.2m。对大坝下游侧破损护栏进行拆除，新建护栏高1.2m。68 河北工程大学毕业设计外文文摘MethodsandproceduresforEIAEIAisthestrategicfortheactiveenvironmentalmanagementofbasindevelopmentandtheconstructionitems.Forwaterresourcesandpowerdevelopment,duringbasin-wideplanningandfeasibilitystudystageofprojectsenvironmentalimpactassessmentshouldbeprepared.Forbasin-wideplanningdocumentachapteronenvironmentalimpactsassessmentisnecessarywhileforfeasibilitystudyofprojectstheenvironmentalimpactstatementshouldbeprepared.1.1purposesoftheassessmentThepurposeofEIAistoassesstheenvironmentaleffectsduetoriverbasindevelopmentplayingorproposedhydroelectricproject.Forthepurposeofrationallyutilizingnaturalresources,protectingtheenvironment,improvingenvironmentalquality,andmaintainingtheecologicalbalance,theoptimumplancanbescreenedoutthroughthecomparisonofthetechnical,economicalandenvironmentalindicesofthealternativeplansoftheproject.Besides,thecorrespondingmitigationmeasuresfortheadverseeffectsandtheimprovementmeasuresforthebeneficialeffectsshouldbeputforwardsduringvariousstages,suchasplanning,design,construction,andmanagement.TheworkofEIAisveryimportant,asEIA(s)isthefundamentaldocumentfordecisionmakingandpolicyarrangementfortheproject.ThedevelopmentofEIAmakesitpossibletochangetheworkofenvironmentalprotectionfromastatusofpassivecontrolintoastatusofactivepreventionInaddition,themostimportantpointisthatthroughtheworkofEIAtheprojectcoulddevelopmorecomprehensivebenefitsandeliminatetheadverseeffect.1.2TheclassificationoftheassessmentAccordingtothetemporalandspatialdimensionstheenvironmentalimpactassessmentcanbeclassifiedintotwocategories.Fromtemporaldimensionitcanbefurtherclassifiedastheretrospectiveenvironmentalimpactassessmentforexitingprojects,thepresentenvironmentalimpactassessmentforprojectunderconstructionandtheprospectiveenvironmentalimpactassessmentforprojectsunderplanning.Generallyspeaking,theenvironmentalimpactassessmentrefersalmostalltotheprospectiveEIA.Fromspatialdimensionitcanbeclassifiedasassessmentforindividualproject,forasystemofprojects,andevenforalltheprojectsincludedintheriverbasinplanning.Thedepthofworkforenvironmentalassessmentshouldbecompatiblewithstageofplanninganddesign.Intheriverbasinplanningstage,the68 河北工程大学毕业设计environmentalassessmentshouldbemadeforthewholebasin,andapreliminarysuggestionformitigationmeasuresoftheadverseeffectsshouldbeproposed.Ifnecessary,reportsonspecialtopicsshouldbeprovidedforsignificantimpacts.Inthefeasibilitystudystage,theenvironmentalassessmentforeachofimportantparametersandcomprehensivechapterofenvironmentalprotectionshouldbeprovidedogiveadetaileddescriptionfordemonstrationtheenvironmentaleffectofprojectandimplementingthemitigationandimprovementmeasuresfortheadverseeffects,.Intechnicaldesignstage,anadditionalstudyshouldbemadefortheremainingkeyproblems.Inthestageofconstruction,theenvironmentalprot6ectionplanningandthepracticingschedulefortheconstructionareaandthereservoirregionshouldbeincluded.1.3MethodsandproceduresInpractice,methodsarecloselyinterconnectedwithprocedures.AccordingtotheprocessofEIA.Themethodsusedcanbedividedintotwocategories.Oneisforassessingtheenvironmentalchangeandimpactofeachindividualparameter,andtheotherisforassessingtheimpactofthewholeproject.Afterassessment,appropriatemitigationmeasurescanbeestablished,andcomprehensiveindicesandindicatorsforthewholeprojectcanbederivedsoastofacilitatethecomparisonofalternativeprojectdesigns.Theassessmentproceduresconsistoffivemainsteps:impactidentification,impactprediction,impactevaluation,mitigationandprotectivemeasures,andmonitoringprograms.Amongthefivestepstheimpactidentification,impactpredictionandimpactevaluationaremostimportant.Foreachsteptherearedifferentmethodsandconsiderations.1.3.1impactidentificationThestepstakentoidentifyenvironmentalparameterslikelytohaveimpactsareasfollows:1Understandingthecharacteristicsoftheproject,suchasbackwatercurve,changeofhydraulicandhydrologicalregime(suchaschangeofdischargeandsiltdistribution).2Selectionofanexistingsimilarprojectandcarryingoutretrospectiveenvironmentalassessmentforreference.3Investigationanddescriptionofthestatusoftheexistingenvironmentalsettingandbaseline.4Useofchecklistsofinteractionmatricesforimpactidentification.5Proposingtheparameterswithlikelyimpactsortheunknownparametersforfurtherimpactprediction.1.3.2Thepurposesofthisaretoidentifythesignificantenvironmentalmodification,andto68 河北工程大学毕业设计estimatetheprobabilitythattheimpactwilloccur.Impactpredictionbeginswithqualityidentification,thensimplemethodsareusedforquantificationandfinallymulti-factormodelingisusedfordetailedquantification.Someofthemethodsmightbeclassifiedasfollows:1Mathematicalmodelingofempiricalformula(suchasthereservoirandsoon).2Investigationandmeasurement(suchasthroughinvestigationofthescopeofdistributionofterrestrialfloraandfaunawithintheinundatedzonetopredicttheimpactonthem,thesamemethodisusedforpredictionoftheimpactonhistoricandarchaeologicalsites).3Analysisoftheeffectsofchangesinthehydraulicandhydrologicalregime(suchasthroughthestudyofchangeofflowandsiltpatternstopredicttheareasinfluencedoraffectedbyflood,water-loggingandsalinitydownstream,orthroughthechangeofhabitatsoffloraandfaunatopredictthefutureconditionofthedifferentspecies).4Analogyorcomparisonwithexistingprojects(suchastheuseofcomparisontoidentifythechangeinwatertemperaturequalitatively).1.3.3Impactevaluation1.Environmentalimpactofeachindividualenvironmentalparameter.Onemustinvestigatethechangeinenvironmentalquality,proposetheremedialmeasuresforadverseeffects,calculatetherelationshipbetweenbenefitsandcosts,andseewhethertheenvironmentalchangeisbeneficialandacceptable.Themethodsconsistof:1Acomparisonofenvironmentalindicesorindicationsbetweenthesituationswithandwithouttheproject.2Establishingthevaluefunctiongraphsforeachindividualparameterandseeingwhethertheenvironmentalqualityisimprovedornot(0-10canbeusedtoshowthedegreeoftheenvironmentalquality,where0thatindicatestheenvironmentqualityistheworst,and10thebest).3Proposingremedialmeasuresforadverseeffectsandcalculatingcosts.4Reassessingtheenvironmentqualityaftertheremedialmeasureistaken.5Estimatingthedifferencesinadverseeffectbetweenthesituationswithandwithoutmitigationmeasures.6Calaculatingthebenefitsofmeasures7Anaktzingtherelationshipbetweenbenefitsandcosts,toseewhethertheimpactontheparameterisacceptable,andtoseeeffectivenessofmeasures.2.ComprehensiveassessmentoftheprojectThepurposeofcomprehensiveassessmentistoevaluatetheindexofimpactofthewholeprojecttocomparealltheoptionsandtoselect68 河北工程大学毕业设计theoptimumplan.Cost-benefitandadverseeffectsoftheprojectarecalculatedtoconclusionforeveryproject.Methodsofenvironmentalevaluationsystem,multi-criteriaanalysisorcost-benefitanalysismightbeused.Justlikeadhocmethods,checklists,matrices,overlays,networks,cost-benefitanalysis,simulationmodeling,andsystemanalysis,etc.Thesuperioritiesanddeficienciesofallthemaincanbeassessedbysixindices,asshowninTable4.1Theproceduresforbasinenvironmentalimpactassessmentaresameasthoseforawaterresourcesproject,butthemethodsarenotsoperfectnow.Amethodisbasedonthequantifiedindicesofenvironmentalimpacts,subjecttosatisfyingofthemultipurposeofdevelopmentasitsconstraintsandtheminimumoftotaladverseimpact(aspeopledisplaced)asobjectives,bythedynamicprogrammingtechniqueandthematrixapproachetc.,tolayouttheplananddeterminethescaleofeachwaterproject.Forexample,DongjiangRiverBasin(inGuandongProvince)planning,theweightedregioncontrollingapproachandkeyelementscontrollingapproachhavebeenusedforfuzzyassessment.Anotherapproachusedbyindividualorganizationis:1Consideringallprojectsorcomponentsofcomponentsofthewholebasinasaunitorseveralsuitableunitstoassessthewholeenvironmentalimpactsontheupperpart(abovethelowestcascade)ofthebasin.2Computingthetotalindicesoftheconjunctiveoperationofallprojectsofthebasinsuchasthechangingofwholeenvironmentalimpactsonthemiddle,lowerreaches,andtheestuary.2PreparingtheEIAofsinglekeyprojectoritscoordinationwithotherprojectsinordertopreventthenegationofthekeyprojectbyenvironmentalimpactstoinfluencethefeasibilityofthewholeplan.2.1ResearchoftheimportantpointsforEIA2.1.1LevelsoftheenvironmentalsystemsTheenvironmentisacomplicatedsystem.ForEIAthetotalityofenvironmentshouldbedividedintoseverallevelsofsub-systems.Usuallyunderthetotalityofenvironmentitisdividedintofourlevelsofsysrt4ema,namelyenvironmentalcategories,environmentalcomponents,environmentalparameters,andenvironmentalmeasurements.InChinatheenvironmentalcategoriesarefurtherclassifiedasnaturalenvironmentandsocialenvironment.Undertheitemofnaturalenvironmentitisagainsubdividedintomanyenvironmentalcomponentssuchaslocalclimateofreservoirarea,whichagainconsistsoftheenvironmentalparameterssuchasprecipitation.Windandfogastheirsublevel.Forevaluationofthechangeofprecipitationmanyvaluesofenvironmentalmeasurementssuchasinternalmoisture,68 河北工程大学毕业设计externalmoisture,andtheirrelationshipstoprecipitationsareutilized.2.1.2GeographicstudyareasTheareaaffectedbyaprojectisdeterminedonthescale,character,andlocationoftheproject.Inadditiontotheregionsdirectlyaffectedbytheproject,effectsoncertainneighboringregions,onthewholebasin,onaneighboringbasin,andevenontheestuaryshouldbeconsidered.Theaffectedareaisnotthesameforeachplanandforeachenvironmentalfactor,buttheaffectedareasforallalternativeplansshouldbecoordinated.Inotherwords,theareaofstudyshouldincludethewholeareaaffectedaswellassomeadditionalareaforputtingtheeffectsintoperspective.Inthecaseofawaterqualityparameter,suchastemperature,theareaaffectsintoperspective.Intheareaandthereachesdownstream,wherethetemperatureofthewaterisestimatedtochangeatleast1.0.Theareatobeconsideredfortheevaluationofsomefishessuchasthesturgeonwouldbeitshabitatduringitslifecycleincludingtheriver,theestuary,andthesea.Inadditionitisimportanttoknowifthewholepopulationofsturgeonoronlyfewofthemareaffected.2.1.3TimeframeforcomparisonsInaplanninginvestigation,thetimeframeformakingcomparisonsofenvironmentaleffectsshouldbethesameasthetimeframeformakingeconomicevaluations.Ordinarily,projectionsaremadebasedonthefuturewithandwithoutprojectconditionsforthetimelevelsofunderconstruction,completionandinoperation(25yearsaftercompletion).68 河北工程大学毕业设计（中文译文）水利工程环境影响评价环境影响评价是评价由于人类的活动(如兴建大坝工程等)所引起的环境改变及其影响，它是区域开发和建谈项目环境管理的一种战略防御手段。水利水电工程在流域规划和可行性研究阶段必须进行环境影响评价，在流域规划阶段编制环境影响评价篇章，在可行性研究阶段编制环境影响报告书。1.1评价目的江河流域规划和水电工程环境影响评价的目的，是从合理利用自然资源、保护环境、提高环境质量和维护生态平衡观点出发，根据不同工程方案的技术、经济和环境指标，优选方案。在规划、设计、施工和管理等阶段，分别提出减免不利影响和发挥有利影响的措施。这项工作十分重要，工程环境影响评价报告是决策和制订有关政策的关键性文件，环境影响报告书是审批工程的重要依据，它可以起到一票否决的作用。1.2评价分类环境影响评价的种类可依据工程的时、空关系分为两大类。从时间关系讲，可分为对己建工程影响的回顾评价，对在建工程环境影响的施工评价和对拟建工程环境影响的预评价，一般讲，环境影响评价多指预评价。从空间关系讲可分为单一工程的环境影响评价和几个工程联合运转的环境影响评价乃至流域规划全部工程联合运转的流域规划环境影响评价。水利工程的环境影响评价应在规划设计各阶段作出相应深度的工作。在流域规划阶段，应进行环境影响的总体评价，并提出对不利影响减免措施的初步设想，对环境有重大影响的问题需附专题报告。在可行性研究阶段，需作出对重点单因子影响和工程的综合评价。初步设计必须有环境保护篇章，详细论证工程对重点环境问题的影响并提出有关改善措施的规划、设计。技术设计应对遗留的重点问题进行补充研究，施工阶段应有施工期的环境保护规划及实施方案。1.3评价方法与步骤环境影响评价的方法与步骤是紧密联系的。依据环境影响的评价程序，采用的方法可分成两大类:一类是评价每一单因子的环境改变及其影响，另一类是评价整个工程的影响。经过评价可以提出合适的减免措施和整个工程的综合指标，以便比选方案。评价的步骤主要包括五步:即影响识别、影响预测、影响评价、拟定保护措施和监测方案。在上述五个步骤中，以影响识别、影响预测和影响评价三者最为重要，以下就这三者分别进行叙述.1.3.I影响识别68 河北工程大学毕业设计目的在提出可能产生影响的环境因子，步骤如下：（1）了解工程状况及其特征，如回水曲线、水文、水力情势变化(诸如流量变化及泥沙分布)。(2)选择一个已建成的相似工程并进行回顾评价作为参考。(3)环境现状调查与描述。(4)决定进行影响识别的工程组成部分。(5)利用清单法和影响矩阵法进行识别。(6)提出可能有较大影响或情况不明的环境因子进行影响预测。1.3.2影响预测目的是验明环境的变化和估价影响发生的机率。影响预测由定性开始，到用简单方法定量，再用多因素的模型详细定量。其方法大致可以区分如下：(1)数学模型计算，如预测水质或降雨量。(2)特征指标或经验公式，如利用值或利用弗劳德数F厂以预报水库水温结构等。(3)调查和度量，如通过调查水库淹没区内的陆生动植物分布，以预测对它们的影响;同样方法也可用于预测对文物、古迹的影响。(4)分析水文、水力情势变化引起的影响，如通过对水、沙变化情势的研究以预测影响下游洪、涝、渍、咸的面积及情况;又如通过生物生境的变化以预测不同物种将来的兴衰或消灭情况。(5)与现有工程进行类比或对比，如利用这一比较以确定水温的定性变化。1.3.3影响评价1•单因子评价其目的在研究对每一个单因子的影响。因而必须研究环境质量改变，对不利影响提出对策措施，计算投资、效益关系;以研究环境改变是否有利，能否接受。方法包括下列几种：(1)建与不建工程影响下的环境指标对比法。(2)建立诸环境因子的环境变化程度(情况)与环境质量的函数图，以研究环境质量是否提高。环境质量可采用0~10,0表示环境质量最差，10表示环境质量最好。如水中溶解氧DO的饱和度与环境质量的函数图。68 河北工程大学毕业设计(3)对不利影响提出对策措施，计算投资。(4)采取措施后，再评价环境质量。"(5)计算"有"、"无"措施两种情况下不利影响的差值。(6)计算措施的效益。(7)分析投资、效益关系，以研究对此项因子的影响能否接受和所提措施是否有效。2•综合评价其目的在于提出方案对环境影响的总指标，以便比选方案及评价方案的优劣。先分别评价其有利影响与不利影响，然后权衡两方面，得出总指标。评价时可采用环境评价系统、多目标分析和投资、效益分析等方法。它们包括综合法、清单法、矩阵法、叠置(图)法、网络法、投资一效益分析法、模拟模型法和系统分析法等。用6个指标评定各主要方法的优缺点，如表4.1。流域环境影响评价的步骤与评价水工程相同。有的是在流域内几个工程徐满足的总水利任务已定的前提下，根据定量的环境指标，利用动态规划几排优劣矩阵法以投资少、环境影响小为目标函数，分配、确定各工程规模的方法。如在东江流域规划中，环境影响综合评价采用了权重区域控制法和重点要素控制法进行模糊评价。有的机构按下列方法进行评价：(l)把方案中的各种工程作为一个大单元或分成几个组成单元，评价各方案对最下一级工程以上地区各种环境因子及地区(流域)的总体影(2)从方案中各工程联合运转的各种总指标如水文变化、泥沙变化等，评价对中、下游及河口的总体影响。(3)为使各比较方案特别是选定方案，不致因环境影响动摇它的成立，所以对影响方案成立的关键工程(主体工程)，还应进行单独的或部分联合的工程环境影响评价。2.1评价时重点研究的几个问题2.1.1环境层次系统环境是复杂的系统。进行环境影响评价，应把环境分为几个层次系统。一般是在环境总体下分为环境种类、环境组成、环境因子及其度量值等4个层次。每个层次是一个系统。我国习惯把环境种类分为自然环境与社会环境两大类。在自然环境下又分为如库区局地气候等环境组成，在库区局地气候下又包括有降水、气温、湿度、风和雾等环境因子，为计算环境因子降水的变化又利用了局地水气、外来水气以及局地水气、外来水气分别和降雨的关系等几个度量值。2.1.2工程对环境影响的范围68 河北工程大学毕业设计工程对环境影响的范围视工程规模、性质及所在地理位置而定。考虑的范围除本工程直接影响的地区外，还需包括一定范围的邻近地区，甚至要考虑对全流域的影响，以及对河口等的影响。对于每一比较方案和每一环境因素要研究的影响范围是不同的，但对各比较方案影响范围的确定必须协调。总之，研究的范围应包括所有被影响到的范围以及有足够大的补充的范围对影响进行展望。当研究水质参数如水温时，影响的范围应包括水库库区和下游河道，直到预测水温的改变为1C的河段为止。为了评价涸游性鱼类，研究范围应为其生活周期的全部生境，包括河流、河口和近海，并了解是该鱼种的全部或只有一小部分被影响的情况。2.1.3评价的时间构架评价的时间构架与经济计算的时间构架一致。通常预测是根据将来"无工程"和"有工程"的两种情况，时间水平为施工期,试运转期和运转期(竣工后的25年).2.1.4"有"、"无"工程情况的比较即或不建工程，环境也将改变。为了准确起见，必须预测无工程的环境本底与相应期有工程的环境情况相比较，以了解施工完建和运转各不同时间水平的工程影响。68 河北工程大学毕业设计谢辞在此毕业设计即将结束之际，首先向我们的指导老师简新平表示衷心的感谢和崇高的敬意。同样的感谢帮助过我的同学。在设计期间，简老师在百忙中抽出时间来指导我们的设计，并且解答相关的疑难问题，可以说这次设计不仅是我个人的成果，同时还凝结着老师们的心血。是简老师诲人不倦的精神鼓舞了我们的信心，才使这次设计能够顺利完成。当然，在设计期间，本组成员之间的互助互爱、团结更是必不可少的。有问题自己决不了的提出来大家一起解决，这无疑增强了我们自己动手翻阅书籍、刻苦钻研、独立思考问题的能力，也是对我们大学期间以来所学基础课和专业课的一次综合测试，是将理论系统化、综合化应用于实践的评估，也为我们将来走向工作岗位奠定基础。最后，再次向帮助过我的老师和同学表示忠心的感谢。由于本人缺乏实践验，在设计中不可避免的会存在问题，还希望老师和同学给予批评指正。。68 河北工程大学毕业设计参考文献[1]马文英、刘建中、李显军等《水工建筑物》黄河水利出版社。[2]高速水力学国家重点实验室（四川大学）编、吴持恭主编《水力学》（上、下册）高等教育出版社。[3]卢廷浩主编《土力学》河海大学出版社。[4]《混凝土重力坝设计规范》SL319-2005。[5]《砌石坝设计规范》SL25-2006。[6]《溢洪道设计规范》SL253-2000。[7]《建筑抗震设计规范》GB50011—2010。[8]河海大学工程CAD与图学教研室编殷佩生、吕秋灵主编《画法几何及水利工程制图》。[9]M.M.Grishin，HydraulicStructure，2Vols.，MirPablishers，1982。[10]Rouse,H.,EngineerHydraulics,南京科学书局，1950。68'