水库_除险加固工程水工建筑物设计（毕业设计）

'除险加固工程水工建筑物设计水库设计第一章概述第一节工程概况及存在的主要问题1.1工程概况XX水库位于湖北省xx市xx县xx乡xx村，距五峰乡约3.0Km,距姚五路3公里。水库拦截汉江支流花瓶沟河，坝址以承雨面积47.9平方公里。XX水库是一座以灌溉为主,兼顾防洪、水产养殖等综合效益的小(I)型水库。XX水库为IV等工程，主要建筑物为4级建筑物，水库止常蓄水位231.6m。原洪水标准按50年一遇设计，相应设计洪水位235.41m,500年一遇校核，相应校核洪水位236.67m,水库死水位214.00m,总库容205.6万m3,调洪库容6&6万m3,兴利库容117.2万m3,死库容19.8万m3。根据《防洪标准》(GB50201—94)及《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252—2000)规定，本次复核设计洪水标准为50年一遇设计，相应设计洪水位235.67m,500年一遇校核,相应校核洪水位237.55m，总库容172.705万m3,调洪库容72.34万m3,兴利库容93.765万m3,死库容6.6万m3。20年一遇洪水位233.97m。水库原设计灌溉面积0.16万亩，实灌0.15万亩。水库保护着下游0.07万亩耕地和0.3万人的生命财产及3公里五峰乡集镇街道和3公里姚五路的安全。XX水库于1967年10月开工，1969年6月竣工，现有管理人员4人。水库枢纽工程由大坝、溢洪道、输水隧洞、水电站等组成。大坝为粘土心墙坝，坝顶高程237.4m,最大坝高29.34m,坝顶宽5m,大坝全长87m。大坝上游坝坡为干砌石护坡，坡比分为3级，自上而下为1:1.5>1:2.5和1:2.75,坡比转折 处高程分别为233.9m和218m,在218m高程处设2m宽的平台；下游坝坡为草皮护坡，坡比分为4级，坡比自上而下为1:1.5、1:2.0、1:2.25>1:1.5（排水棱体），坡比转折处高程分别为233.9m、224.6m和213.7m,分别在224.6m和213.7m高程处设冇2m宽的平台，213.7m高程平台下为排水棱体。溢洪道位于大坝右端，控制段为开敞式宽顶堰，堰顶高程231.6m,堰顶溢流宽40m,最大泄量959.70m3/so溢洪道控制段底板为桨砌右混凝土结构，底部桨砌右厚0.4m,表而0.1m厚混凝土抹而。泄水槽过流断面为矩形，过流宽度由进口39.5m渐变到出口28m,纵坡为0.1,底部原设计为0.35m钢筋混凝土结构，未实施。溢洪道右侧边坡较陡、无衬砌防护，左侧为浆砌块石挡墙，顶宽0.8m,高4.0m,溢洪道无消能、防冲设施，下泄水流直冲原河道。输水隧洞布置在大坝右岸，介于大坝与溢洪道Z间。隧洞洞长80m,纵坡1/200,进口底部高程214m。洞身过水断面为圆形，洞径为0.8米，钢筋混凝土衬砌厚度0.2m,最大过水能力4.3m3/so闸门由启闭竖井起闭，启动设备为手动拉杆式启闭机。水电站位于输水隧洞出口，装机2台，总容量100千瓦，已报废。发电尾水接灌溉渠道。XX水库是一座以灌溉为主，兼顾防洪及养殖综合利用的小（I）型水库，由国家、地方及社队集资修造。水库于1967年8月那县水电局进行设计，同年10月地区水电局批复并开工，1969年6月基本竣工，主体工程投入使用。水库经1975年8月8□洪水考验，原设计坝顶高程不满足防洪要求，大坝在原来基础上加高了2.8m到现规模。1.2工程存在的主要问题XX水库自1969年水库大坝建成投入运行以来，历时38年，较好地发挥了防洪、灌溉及养殖效益。由于工程先天不足，目前工程运行中存在以下主要问题：（1）XX水库没有必要的水文水情监测设施，不利于水库和大坝的准确测报及安全运行；大坝没有必要的安全监测设备设施，不利于大坝安全运行；水库大坝管理所无交通 工具，水库现有生活管理用房因长年失修，已破烂不堪，不能满足大坝管理的正常运用。（2）大坝渗漏严重，水库高水位渗漏加剧，枯水期渗漏相对减弱，水库蓄水无法满足农业灌溉需要。下游坝坡散浸现象普遍，大而积散浸现象造成下游坝脚土质长期湿化，局部渗漏严重。水库大坝粘土心墙顶部高程应不低于校核洪水位，实际大坝粘土心墙顶部高程太低，水库大坝防渗体顶部高程不满足规范要求。大坝上游坝坡局部塌陷凹凸不平，护坡块石严重老化、部分缺失；大坝下游坡而不规则，坡而凸凹不平，草皮护坡破坏，从下游坝坡坡面形态来看，坝体变形较严重。排水系统不完善，排水棱体干砌块石风化破碎;大坝存在白蚁活动情况。（3）溢洪道未完建。控制段不满足控制段要求，右岸山坡未衬砌，极不平整，左岸侧挡土墙破损，砌石风化严重，多处开裂，局部垮塌，变形严重，底板混凝土质量极差，遍布裂缝，遍生朵草；泄水槽无衬砌；溢洪道无消能、防冲设施。（4）输水隧洞受当时技术经济条件限制施工质量茅，运行过程中又没有进行止常维修加固，洞壁有渗水；进水塔工作桥桥面破损，栏杆缺损、露筋；闸门老化、漏水；启闭机锈蚀严重，操作失灵；尾阀锈蚀严重，操作失灵。鉴于XX水库大坝存在问题的严重性，湖北省水利厅组织有关方面的领导、专家在对大坝安全分析评价的基础上，依据水利部《水库大坝安全鉴定办法》中的有关规定，于2007年10月对XX水库大坝进行了安全鉴定。鉴定结论为XX水库防洪标准不满足国家标准要求，且存在较严重的工程质量问题，影响大坝安全，根据《水库大坝安全评价导则》（SL258-2000）,XX水库大坝为三类坝，经水利部长江水利委员会复核，水利部犬坝安全管理中心予以确认，XX水库大坝为三类坝。并对XX水库除险加固提出了如下意见和建议：（1）水库管理单位按规定委托有关单位根据国家规范完成该水库的大坝除险加固前期工作，尽快完成，及早实施；（2）耍尽快恢复完善大坝、溢洪道安全监测设施，加强监测并及时分析有关监测资料，以便及时掌握大坝运行的安全状况；（3）在水库除险加固完成前，要严格按照经批准的调度规程调度运行，完善防汛应急预案，加强巡视、值守，确保水库安全。鉴于XX水库的重要作用以及存在问题的严重性，实施除险加固工程，消除大坝安全 隐患，确保水库安全正常运行，以充分发挥其工程效益是I•分必要的。第二节基本资料1.2.1工程水文XX水库位于湖北省xx市xx县xx乡xx村，水库拦截汉江河支流花瓶沟河，坝址以上承雨面积47.9万平方公里。XX水库流域属北亚热带季风气候区域，气候温和，四季分明，光照充足，热量丰富,雨热同季，由于秦巴山脉屏障和丹江水库的热力效应作用，比同纬度冬季略为温暖。全年平均FI照量总时为1800〜1980小时，年平均气温16°C左右，年最高气温41°C,最低气温・15°C,风力一般为2〜3级，风向偏东风为多，多年平均径流量285X104m3,多年平均降南量820mm,流域内年降南在547〜1344.5mm之间，年降南分配极不均匀，6〜9月南量集中，冬季雨量偏少。汛期集中在7〜10月，汛期雨量充沛，洪水陡涨陡落。1.2.2工程地质1.2.2.1区域地质库区为构造剥蚀低山■丘陵地貌，属秦巴山余脉，地形起伏较大，峡谷与山间盆地交错,山顶多呈现长条型，沟谷多呈“V”字型，坝区海拔标高一般200〜300m,相对高差范围100m,口然坡度35。〜45。，植被较发育。XX水库库区岀诙地层主要有：人工填土（Q4）、第四系上更新统（Q3）地层及上元古界震旦系下统耀岭河群（Pt3yl）。坝址区在大地构造上处于南秦岭地槽褶皱带东部，地质构造复杂，两那大断裂带位于北侧，发育一系列平行次级断裂，古地壳运动较活跃。区内的两郞大断裂距枢纽40km,近代活动较为频繁，虽无强震发生，但弱震时有发生。据从明末清初至上世纪80年代发生地震53次，震级为1.1〜2.9级，其中在1959〜1984年的25年间共发生地震45次，其中仅1964年一年发生1.1-1.8级地震12次。据国家标准1：400万《屮国地震动参数区划图》 (GB18306—2001),当设防标准为50年超越概率10%时，工程区地震动峰值加速度为0.05g,地震动反应谱特征周期为0.40s,相对的地震基本烈度为6度。根据区域资料，XX水库枢纽位置无地震记录，未发现断裂构造活动迹象。库区地貌形态简单，地形较为开阔，地势起伏较人，地层分布较为简单。故库区在大地区域构造上和对稳定。根据区域水文地质资料反映，库区水文地质条件较为简单，地下水类型按其含水介质特征可分为上层滞水及基岩裂隙水。上层滞水分布于地表第四系全新统、上更新统粉质粘土层中，水量不大，受大气影响较大。裂隙水主要赋存于的库区基岩风化、构造裂隙中，受裂隙开启性、连通性、充填程度、充填物等因素制约，贮水空间有限，水量小。水质类型为HCO・3—Ca2+—Mg2+型，属弱碱性，对混凝土不具侵蚀性，对钢结构具弱侵蚀性。坝区海拔标高一般200〜300m,相对高差范围100米左右。出露地层主要为第四系全新统(Q4)人工填土、上更新统(Q3)粉质粘土层及上元古界震旦系下统耀岭河群(Zlyl)白云石英片岩。第川系上更新统粉质粘土，广泛分布于库区周边山坡垄岗地带，上元古界震旦系下统耀岭河群(Pt3yl)白云石英片岩分布于库区周边山体，构成库区及大坝基底。输水隧洞坐落在上元古界震旦系下统耀岭河群(Pt3yl)强风化白云石英片岩层，地基岩土体承载力值较高，正常情况下可以满足要求，但输水隧洞口前已老化，部分衬砌已岀现脱落和开裂，对输水隧洞稳定性有不利的影响。1.2.2.2主坝工程地质大坝坝基基本由强风化白云石英片岩及中风化白云石英片岩组成，各层工程地质条件评价如下：强风化口云石英片岩：在钻孔中做压水试验，岩石的透水率在8.5〜12.2Lu,推荐采用12.2Lu,属屮等透水性。推荐承载力特征值fak=500KPa,变形模量Eo=46MPa,容重尸25.8KN/n?；中风化口云石英片岩:在钻孔中做压水试验,取岩石样做岩石饱和单轴抗压强度试验,岩石的透水率在3.9〜7.1Lu,推荐采用3.91Lu,属弱透水性。承载力特征值fak=1200KPa,容重y=27.5KN/m 强风化口云石英片岩，透水率8.5〜12.2LU,平均透水率10.35Lu,属中等透水；中风化白云石英片岩，透水率3.9〜7.1Lu,平均透水率5.5Lu,属弱透水。大坝最大坝高28.5m,系粘土心墙代料坝，坝基承载能力较高，应力较小，能满足大坝要求，不存在整体滑动失稳问题。坝基表层为强风化白云石英片岩透水率8.5〜12.2LU,平均透水率10.35Lu,属屮等透水性，为良好透水层，不利于水库大坝防渗，但在大坝心墙部位已清除，清除宽18.5m；下层屮风化白云石英片岩屈弱透水性，透水性差，透水率3.9〜7.1Lu，平均透水率5.5Lu,为良好隔水层。大坝在在坝基范围内，地表覆盖2〜8m厚强风化白云石英片岩，大坝清基时，曾进行过大而积清除，清除内容包括地表覆盖层及强风化孤立块体，清基抽槽顶宽15.2m,底宽4.0m。但清基抽槽宽度、深度较小，回填夯实不够，造成心墙与河床结合部位局部渗透。右坝肩山坡平缓，左坝肩原始边坡较陡，原始地表覆盖残坡积含碎石粘土，开工前对此未进行过大而积开挖，清基深度0.5〜2m,范围仅限于粘土心墙处，清基内容包括覆盖层、朵草、孤石、不稳定块体、部分强风化层。坝基清基不彻底：根据勘察了解，坝基两侧坝肩清基不彻底，局部地段基岩为强风化白云石英片岩，节理裂隙较发育，基岩透水性较强，根据水库管理人员反映，当库水位达到一定高程（231.0m）时，坝基两侧就会出现大而积的散浸和渗漏。坝基渗漏：根据勘察了解，大坝坝基右侧桥号0+060〜0+87m为强风化白云石英片岩,节理裂隙较发育，其透水率为10.35LU,为屮等透水性，当水库水位上涨时，存在渗漏问题。坝体填土（心墙）（Q“）：黄褐色、棕褐色，稍湿，成份以粉质粘土为主，可-硬塑状,局部夹粉土，含3-5%左右的强风化片岩碎石及角砾，碎石粒径2-5cm,角砾粒径3-lOmm,棱角状。局部叮见腐植物。坝体填土（心墙）的天然含水量平均值19.5%,孔隙比0.6,塑性指数&0,液性指数平均值0.0,压缩系数a-为0.3Mpa压缩模量Es为4.3Mpao快剪内摩擦角<1>=17.4°，凝聚力c=17.6Kpa,推荐慢剪内摩擦角*=19.7°，凝聚力c=18.4Kpao（大坝心墙）渗透系数区间值为5.75X10_ocm/s一6.98XlOcm/s,平均渗透系数为3.07X10-4cm/s,屈中等透水性。反映出土体渗透性较强。坝体填土（粘土心墙）其成份除粉质粘土外，夹大量粉土，粉土压实困难，渗透性较强。 1.2.2.3溢洪道工程地质溢洪道由人工开挖形成，位于大坝右端，为开敞式泄流明渠，现溢洪道堰顶宽10.0m,最大泄量681.41m7So平面形态呈不规则形，衬砌消能、防冲设施不完善，溢洪道进口处渠底为混凝土，其余渠底未硬化，溢洪道左侧为浆砌块石挡墙，无衬砌，挡墙厚0.80mo溢洪道右侧山体为强风化白云石英片岩，边坡较陡、无衬砌。溢洪道底板破碎凸鼓，左边墙毁坏严重，多处裂缝；挑流鼻坎混凝土老化，蜂窝麻面，冲刷严重。溢洪道迭坝以下受泄洪冲击，且局部边坡土体塌滑，形成多级台坎，过水断面偏小。溢洪道不能冇效泄洪，遇大-暴雨吋，将严重威胁大坝安全。溢洪道场区地层结构简巾，根据井探揭霜及现场观察，两岸坡及渠底为上元古界震旦系下统耀岭河群(Pbyl)强风化片云石英片岩层。上元古界震旦系下统燿岭河群(Pt3yl)：②-1层强风化白云石英片岩，灰色、灰黄色,鳞片状花岗变晶结构，片状构造，矿物成份主要为石英、钠长石、白云母及少量绢云母。片理发育，裂隙较发育。承载力特征fak=500KPa,变形模量Eo=46MPa,容重Y=25.8KN/m根据溢洪道探井试验结果，透水率推荐12.2Lu，属中等透水。溢洪道场区地层为1层，②・1层强风化白云石英片岩，节理裂隙发育，渗透性为中等透水性，根据溢洪道探井试验结果，其透水率推荐为12.2Luo溢洪道工程地质评价：1、溢洪道堵塞：溢洪道右岸为岩石边坡，左岸部分地段为浆砌块石挡墙，厚度为0.80m,未衬砌，防冲刷能力较弱，两岸地表覆盖少量粉质粘土，土层受雨水冲刷或局部岸坡的坍塌，冲积物堵塞了溢洪道，造成过水断面偏小，不利于泄洪，威胁大坝安全。2、溢洪道渗漏：溢洪道下伏基岩为强风化白云石英片岩，节理裂隙较发育，透水性较强，透水率推荐12.2Lu,属中等透水，根据水库管理人员反映，当库水位达到一定高程(231.0m)时，溢洪道与坝体接触部位就会渗漏，不利于水库蓄水，影响水库正常工作。3、边坡需加固，渠底需硬化：溢洪道两岸当吋由人工开挖而成，两岸及渠底为强风化白云石英片岩，节理裂隙发育，岩体较破碎，从长远考虑需对溢洪道两岸进行砌筑或用混凝土进行浇筑，边坡放坡比例为1：1,渠底要进行混凝土硬化，以发挥溢洪道泄洪功能,确保大坝安全。4、缺消能、防冲设施：溢洪道长度较长，坡度变化较犬，溢洪道迭坝以下受泄洪冲 击，形成多级台坎，坡度陡，落差大，因此，应根据实际情况，在溢洪道适当位置增设消能防冲设施，延长溢洪道使用寿命。1.2.2.4输水隧洞工程地质条件灌溉输水涵管，设在大坝右侧，为混凝土圆形有压隧洞，进I」底部高程214m,洞径为最大过水能力4n?/S。闸门型式为拉杆式，启动设备为手动启闭机，输水涵管进在输水涵管进口处修一砖混平房，进水塔工作桥桥面破损，栏杆缺损、露筋；厂房破旧，电站装机容量100KW,发电机组设备陈旧，老化失修。输水涵管坐落在上元古界震旦系下统耀岭河群（PSyl）强风化白云右英片岩层，地基岩土体承载力值较高，正常情况下可以满足要求，但输水涵管目前已老化，部分涵管已出现脱落和开裂，对输水涵管稳定性冇不利的影响。输水涵管坐落在强风化白云石英片岩，岩体承载力值较高，正常情况下可以满足要求,涵管上部覆盖①一1层大坝代料及①一2大坝心墙，其渗透性为中等透水，而且输水涵管已老化，部分涵管已出现脱落和开裂，局部开始渗漏，使涵管周边岩土层长期受水浸泡，±质变软，使涵管与坝体结合质量差，对输水涵管稳定性有不利的影响。围岩类别为IV类。表2.1XX水库力学参数c、4）值及渗透系数建议值表 删值删值删值删值删值G>1坝（Wt（您斗）7.01X1034255.226.820.20.30.30>2坝脱（粘zb凶i3.07X10"181718.419.719.60.450.35②1石炜岩24.4294150023.80.4@2屮Wt白云石妙岩5.53644120024.80.51.2.2.5天然建筑材料水库工程地质问题已经严重影响水库运行，须对水库进行除险加固处理，工程施工需要一定数量土料、砂、石料等。根据就近取材的要求和工程调查的结果，料场可选择如下:土料场可选XX水库大坝下游的西峰村，厚度6m以上，面积300亩，运距5Km。土料为笫四系上更新统冲积、残坡积粉质粘土。推荐快剪内摩擦角4）=22.4°，凝聚力c二26.6Kpao砂料可到汉江河砂场采购，砂料级配种类多，质地较纯净，含泥量较少，储量巨大，运距约5km.块石和代料在大坝上游2公里处石料场外购，岩性为片岩，承载力特征值fak=1200KPa,容重y-27.5KX/m岩块抗压强度高，储量巨大，可以满足工程需要。1.2.2.6区域地壳稳定及地震坝址区在大地构造上处于南秦岭地榊褶皱带东部，地质构造复杂，两那大断裂带位于北侧，发育一系列平行次级断裂，古地壳运动较活跃。区内的两那大断裂距枢纽40km,近代活动较为频繁，虽无强震发生，但弱震时有发生。据从明末清初至上世纪80年代发生地震53次，震级为1.1-2.9级，其中在1959-1984年的25年间共发生地震45次，其中仅 1964年一•年发生1.1-1.8级地震12次。详见表2：历史地震资料表。据统计：历史地震基本烈度在5度以下，局部为6度。据国家标准1：400万《屮国地震动参数区划图》(GB18306—2001),当设防标准为50年超越概率10%时，工程区地震动峰值加速度为0.05g,地震动反应谱特征周期为0.35s,相对的地震基本烈度为6度。根据区威资料，XX水库枢纽位置无地震记录，未发现断裂构造活动迹彖。库区地貌形态简单，地形较为开阔，地势起伏较大，地层分布较为简单。故库区在大地区域构造上相对稳定。1.2.3设计依据(1)采用的主要技术规范①《防洪标准》(GB50201-94)；②《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)；③《水利水电工程初步设计报告编制规程》(DL5021—93)；④《水工混凝土结构设计规范》(SL/T191-96)；⑤《水工建筑物荷载设计规范》(DL5077-1997)；⑥《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)；⑦《溢洪道设计规范》(SL253-2000)；⑨《土石坝安全监测技术规范》(SL60-94)(2)相关文件①《XX水库大坝安全鉴定报告》②《XX水库除险加固工程初步设计工程地质勘察报告》③湖北省水利勘测设计院《湖北省暴雨径流查算图表》④湖北省水利局、气象局《湖北省可能最大暴雨图集》(3)工程等级水库枢纽工程由大坝、溢洪道、输水隧洞、水电站等组成。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)的规定XX水库为小(1)型水库，枢纽工程为IV等工程, 主要建筑物（包括大坝、溢洪道和输水涵洞等）级别为4级，次要建造物级别为5级。（4）主要建筑物的防洪标准及特征参数按照《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）的规定，防洪标准为50年一遇设计，500年一遇校核，溢洪道消能防冲设计洪水标准按20年一遇设计。水库设计洪水位为235.67m,校核洪水位为237.55m。，20年遇的最大泄流量为245.9m3/so（5）地震设防烈度根据《湖北省XX水库除险加固工程初步设计工程地质勘察报告》，新出水库所在区域地震基本烈度为6度，不需进行抗震设计。第二章工程布置第一节工程等别及建筑物级别XX水库位于湖北省xx市xx县xx乡xx村，距五峰乡约3.0Km,距姚五路3公里。水库拦截汉江支流花瓶沟河，坝址以承雨面积47.9平方公里。XX水库是一座以灌溉为主,兼顾防洪、水产养殖等综合效益的小（I）型水库。XX水库为小（I）型水库，为IV等工程，其主要建筑物如大坝、副坝、溢洪道、输水涵管为4级建筑物，次要永久性建筑物和临时建筑物级别为5级。洪水标准仍采用原洪水标准：正常运用洪水标准为50年一遇，非常运用洪水标准为500年一遇。消能防冲设计洪水标准为20年一遇。根据国家标准1：400万《中国地震动参数区划图》（GB18306・2001）,当设防标准为50年超越概率10%时，工程区地震动峰值加速度为0.05g,地震动反应谱特征周期为0.40S,相应的地震基本烈度为6度。根据《水工建筑物抗震设计规范》（DL5073—1997）,对于地震基木烈度小于6度时，不设防。 第二节工程布置2.2.1枢纽工程平面布置XX水库位于湖北省xxi|jxx县xx乡xx村，距五峰乡约3.0Km,距姚五路3公里。水库拦截汉江支流花瓶沟河，坝址以承南面积47.9平方公里。XX水库是一座以灌溉为主,兼顾防洪、水产养殖等综合效益的小(I)型水库。水库原设计灌溉面积0.16万亩，实灌0.15力•亩。水库保护着下游0.07万亩耕地和0.3万人的生命财产及3公里五峰乡集镇街道和3公里姚五路的安全。水库枢纽工程由大坝、溢洪道、输水隧洞、水电站等组成。大坝为粘土心墙坝，开敞式溢洪道布置于大坝右端，输水隧洞布置在大坝右岸，介于大坝与溢洪道之间，水电站位于输水隧洞出口。XX水库自1969年水库大坝建成投入运行以来，历时38年，较好地发挥了防洪、灌溉及养殖效益。2.2.2主体建筑物(1)大坝为粘土心墙坝，坝顶高程237.4m,最大坝高29.34m,坝顶宽5m,大坝全长87m。大坝上游坝坡为干砌石护坡，坡比分为3级，自上而下为1:1.5、1:2.5和1:2.75,坡比转折处高程分别为233.9m和218m,在218m高程处设2m宽的平台；下游坝坡为草皮护坡，坡比分为4级,坡比自上而下为1:1.5、1:2.0、1:2.25、1:1.5(排水棱体)，坡比转折处高程分别为233.9m、224.6m和213.7m,分别在224.6m和213.7m高程处设有2m宽的平台，213.7m高程平台下为排水棱体。(2)溢洪道位于大坝右端，控制段为开敞式宽顶堰，堰顶高程231.6m,堰顶溢流宽40m,最大泄量959.70m3/So溢洪道控制段底板为桨砌石混凝土结构，底部桨砌石厚0.4m,表面0.1m厚混凝土抹面。泄水槽过流断面为矩形，过流宽度由进口39.5m渐变到出口28m,纵坡为0.1,底部原设计为0.35m钢筋混凝土结构，未实施。溢洪道右侧边坡较陡、无衬砌防护，左侧为浆砌块石扌肖墙，顶宽0.8m,高4.0m,溢洪道无消能、防冲设施，下泄水流直冲原河道。(3)输水隧洞布置在大坝右岸，介于大坝与溢洪道之间。隧洞洞长80m,纵坡1/200, 进口底部高程214m。洞身过水断而为圆形，洞径为0.8米，钢筋混凝土衬砌厚度0.2m,最大过水能力4.3m3/s。闸门由启闭竖井起闭，启动设备为手动拉杆式启闭机。水电站位于输水隧洞出】」，装机2台，总容量100千瓦，已报废。发电尾水接灌溉渠道。第三节加固方案及内容根据水库存在的问题，XX水库大坝除险加固设计方案内容主要包押h1）大坝坝体的除险加固处理，心墙的加高，增大溢洪道扩大泄流量，增设防浪墙；2）大坝坝休及坝基防渗处理对，坝休及坝基接触带进行灌浆帷幕加固和防渗处理；3）完善上游坝坡块石护坡，对上游坡损毁部位重新填筑夯实后采用浆砌块石，下游坡完善排水棱体，对坝坡进行必要的护坡、加I占I。。4）溢洪道除险加固处理，对溢洪道高边坡及塌方进行衬砌、加固处理，对过水断面障碍物进行清理，增设护坡，完善消能措施；5）加同输水涵管，修整取水塔，更换输水管出口阀门；6）完善大坝观测设施等管理设施。第三章除险加固设计第一节大坝加固设计根据《湖北省十堰市XX水库大坝安全鉴定报告书》的意见，XX水库大坝粘土心墙略欠高，其高程不满足规范要求。XX水库大坝施工时，清基不彻底，坝基及坝肩存在渗漏隐患，大坝坝基及岸坡的处理不满足要求；心墙压实度、防渗性能不满足规范要求。坝体上、下游坝壳相对密度未达到规范要求；排水棱体质量较差，反滤排水效果不好。 3.1大坝加固设计4.1.1大坝心墙欠高处理大坝心墙高程不够，可以由以卜•常见的工程措施解决：方案一，增加大坝的心墙高程,使其满足规范要求；方案二，扩建溢洪道，增加溢洪道的泄流能力。方案一，增加大坝的心墙高程，使其满足规范要求：增加大坝的心墙高度就是需要对大坝坝顶进行开挖，开挖至大坝原心墙部分，再把原心墙接高至规范所要求的高度，使其满足防渗要求。这样以來，需要对坝顶进行开挖，开挖宽度为5im平均深4m,把粘土心墙填筑到238.03m高程整平，然后再回填开挖土石料整平。方案二，扩建溢洪道，增加溢洪道的泄流能力：扩大溢洪道的泄流能力有2种方式，一是降低溢洪道底板高程，二是增大溢洪道的宽度。由于溢洪道底板卜-为巨大坚硬的岩石块体，开挖难度大，而且开挖底板会降低溢洪道的进口高程，该方法不能选用。I大I此，要选择增加溢洪道的宽度，左侧为山体，岩石坚硕块大，不易开挖，而且右侧挡土墙结构破损，砌石风化严重，多处开裂，木就需要拆除重建，开挖难度也小。综上考虑2种方案，考虑到工程量大小，工程难度，工程经费问题，二方案更易施工,工程量更小，花费更省，但由于大坝心墙仅为234m,欠高太多，比设计洪水位还低，所以方案选择兼顾2种方案，即溢洪道开挖一部分，大坝心墙加高一部分，解决大坝心墙欠高的问题。溢洪道进口宽度加宽5m至45m,末端加宽2m至30m,经调洪演算得知，加宽后设计洪水位和校核洪水都下降，采用心墙接高与防浪墙连接形成防渗，处理工程量小，拟采用机械开挖，开挖宽度2.5m,平均深3.4m,再将粘土心墙加高至237.55m整平，上铺15cm碎石垫层及20cm泥结石路面。坝顶上游设置混凝土防浪墙，墙厚0.3m,墙顶高程为坝顶设计高程238.5m。4.1.2±下游坝坡整治花瓶沟大坝上游坝坡为干砌石护坡，坡比分为3级，口上而下为1:1.5、1:2.5和1275,坡比转折处高程分别为233.9m和218m,在218m高程处设2m宽的平台；下游坝坡为草皮护坡，坡比分为4级，坡比自上而下为1:1.5、1:2.0、1:2.25、1:1.0（排水棱体），坡比转 折处高程分别为233.9m、224.6m和213.7m,分别在224.6m和213.7m高程处设有2m宽的平台，213.7m高程平台下为排水棱体。上游护坡仍选原来的干砌右护坡，厚度为30cmo因为加高心墙需要开挖坝顶及部分上游坝坡，且坝顶要前移,故上游坝坡需要进行培坡,自下而上为1：2.75、1：2.2和1：2.0,坡比转折处高程分为218m和228m,在218m和228m高程处设加宽的马道；因为大坝加高,原坝顶宽度由5m变为加，坝顶前移，下游坝坡部分就要进行削坡，部分进行培坡，下游坝坡仍采用草皮护坡，下游坝坡坡比自上而下为1：2.0、1：2.2和1：1.5（排水棱体），坡比转折处高程分别为224.6m和213.7m,并在分别在246.5m转折处设2m宽的马道，在213.7m处设2.5宽的马道。下游马道设有30cm宽,25cm深的纵向排水沟，新建25cm宽,25cm深的横向排水沟。具体构造参见附图。在排水棱体下的坝脚设梯形集水沟，底宽20cm,高30cm,坡比为1：0.5o4.1.3坝体、坝基和坝肩防渗加固处理根据《湖北省XX水库大坝安全鉴定报告书》，大坝心墙填筑土料主耍为粉质粘土，心墙粘土渗透系数K平均值为3.07xl0-4cm/s,具屮等透水性。根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）,防渗心墙渗透系数应满足不人于1x10-5cm/s耍求。XX水库人坝施进行工时，清基不彻底，坝基及坝肩存在渗漏隐患。根据本次洪水复核，50年-•遇设计洪水位为235.67m,500年一遇校核洪水位为237.55m,现状心墙顶部高程234mo因此，现有防渗心墙顶部高程不满足现行规范耍求，新皿水库现有防洪能力不满足规范要求，心墙加高到237.55m。根据勘察了解，大坝坝基右侧桩号0+060-0+087叭左侧桩号0+000—0+035m为②-1强风化白云石英片岩，节理裂隙较发育，其透水率为20.6—35.lLu,为中等透水性，当水库水位上涨时，存在向下游渗漏问题，直接影响到水库的正常蓄水。坝体填土（心墙）（QJ：黃褐色、棕褐色，稍湿，成份以粉质粘土为主，可-硬塑状，局部夹粉土，含3-5%左右的强风化片岩碎右及角砾，碎石粒径2-5cm,角砾粒径3-10mm,棱角状。局部叮见腐植物。大坝心墙渗透系数区间值为5.75X10Ws一6.98X10"cm/s,平均渗透系数为3.07X10"4cm/s,属中等透水性。反映出土体渗透性较强。坝体填土（粘土心墙）其成份除粉质粘土外，夹大量粉土，粉土压实困难, 渗透性较强，依据《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001,表明坝体心墙填土材料不能满足要求。坝体心墙填筑土与坝基接触部位及人坝两侧坝肩附近渗透性较人，其它部位渗透性较弱；根据土工试验报告,K1孔23.0m附近、K2孔16.0m及26.0-30.Om附近、K4孔11.0m附近坝体心墙填土材料为粉土，渗透系数较大，抗渗性较差。根据坝基存在的工程地质问题，坝基除险加固方案可采用钻孔压浆方法对②-1强风化白云石英片岩进行防渗充填处理，以降低坝基的渗透性。（1）坝体防渗方案比选方案一：在坝体内设混凝土心墙。即釆用液压抓斗成槽，浇筑0.50厚的混凝土防渗墙。方案二：对心墙进行粘土灌浆。即对心墙采用劈裂灌浆，在灌浆压力作用下使粘土颗粒渗透到土体的空隙内，密实心墙，提高抗渗性能。灌浆孔设1排，孔距2im从技术角度看，两个方案都是常用的防渗加固处理技术，所不同的是施工难易程度、加固和形成防渗墙的可靠程度及造价的高低。混凝土防渗墙防渗方案造价高，而劈裂灌浆方案造价低，灌浆材料和心墙材料屈同一种介质，相容性较好，灌浆后可捉高坝体的防渗能力，技术已经成熟。经比较，木次设计推荐粘土灌浆方案作为大坝坝体防渗方案。（2）坝基坝肩帷幕灌浆根据地质资料，坝基两侧坝肩清基不彻底，局部地段基岩为强风化白云石英片岩,节理裂隙较发育，基岩透水性较强，其透水率为20.6-35.lLu,存在坝基渗漏问题。为了阻断坝基岩内裂隙渗流，根据地质剖面图，初拟对坝基进行帷幕灌浆，灌浆范围为沿坝轴线对大坝坝基右侧桩号0+060-0+087叭左侧桩号0+000—0+035m进行灌浆。帷幕灌浆深度：根据地质剖面确定。 3.2大坝设计计算（附结论）3.2.1坝体坝基渗流计算1计算目的通过计算了解坝体坝基渗流情况，估算渗流量，确定浸润线位置，为坝基防渗处理和坝体排水设施设计提供依据。2计算工况计算工况分别为：根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）,土坝渗流计算应考虑下列水位组合情况：①止常运用情况正常蓄水位231.60m,相应下游水位207.70m；设计洪水位235.67m,相应下游水位207.70m；②非常运用情况校核洪水位237.55m,相应下游水位207.70m；水位降落期——考虑水库遭遇校核洪水,2天由校核洪水位237.55m降至止常蓄水位231.60m,下游水位保持不变，为207.70m。设计水位降落过程见表3.1。表3.1非稳定渗流期设计水位降落过程库水位（m）水位变化（m）时间（天）累计时间（天）237.550.000.000.00231.60-5.952.002.003计算参数及计算方法采用有限元方法对大坝最大坝高断面的渗流场进行计算并分析。渗流计算模型见图3・1和5-2o4■4 图3-1大 坝渗流计算模型图（加固前）图3-2大坝渗流计算模型图（加固后）其屮，1区为粘土心墙，2区为坝壳，3区为排水体，4区为坝基强分化岩石，5区为坝基中分化岩石，6区为防渗帷幕，7区为坝顶公路及防浪墙。o渗透系数及允许渗透坡降均根据地质勘探所提供的资料取值，各部分材料的材料渗透系数见表3.2。表3.2花瓶沟大坝渗透系数部彳十层编弋土层名称渗透系数备注坝彳1粘土心墙1.0X10-52坝壳7.04X1033排水体1.0X1027坝顶公路及防浪墙1.0X106坝基4强风化岩石2.4X10，5中风化岩石5.5X10-56防渗帷幕1.0X10-74计算结果及结论大坝加固前、后渗流计算成果见表3.3、表3.4。表3.3大坝渗流计算成果表（加固前）计算计算上游水位F游水心墙最大代料最大计算单宽工况组次(m)位（m）渗透坡降渗透坡降流量m3/d.m正常1正常蓄水位231.60207.700.410.220.885运用2设计洪水位235.67207.700.420.271.071 非常3校核洪水位237.55（水位超过坝顶，不计算）207.70///运用4非稳定渗流（水位超过坝顶，不计算）207.70///表3.4大坝渗流计算成果表（加固后）计算工况计算组次上游水位（m）下游水位（m）心墙最大渗透坡降代料最大渗透坡降计算单宽流量m3/d.m正常运用5正常蓄水位231.60207.700.290.110.3176设计洪水位235.67207.700.340.120.323廿常运用7校核洪水位237.55207.700.360.140.3728非稳定渗流237.55〜231.60（第2.00天）207.700.350.100.084和应计算成果见图3—3〜3—4,3—5〜3—7。 图3-5加▽设计洪水位v207.7伽图3-6加固后人坝渗流浸润线及等势线示意图（水位：校核洪水位237.55m）v~207.70m图3-8加固后大坝渗流浸润线及等势线示意图（水位：237.55〜231.60m） 根据以上计算成果可知，加固后坝体内浸溶线明显降低,渗漏量也显著减少，粘土心墙及覆盖层的渗透比降也均在允许范围内。3.22坝破稳定计算1计算剖面坝坡稳定计算剖面与渗流计算剖面相同，加固前后计算剖面见图5—2、图5—3。2计算参数根据地质勘探成果，各个材料区材料稳定性参数见表3.5表3.5大坝稳定计算材料参数表部彳土层编1土层名称容重Y(KN/m3)粘聚力c(kPa)内摩擦須(°)备右坝彳1粘JL心墙19.618.4/17.19.7/17.2坝壳20.25.2/3.£25.9/2E3排水体230357坝顶公路及防浪墙24100060坝基4强风化岩仃23.829415中风化岩右24.831446防渗帷幕251000603计算工况根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001),土坝坝坡稳定计算除应考虑渗流计算屮4种水位组合情况外，还需考虑上游坝坡最不利水位情况(上游水深为坝高1/3)的情况，主要包括：①正常运用情况正常蓄水位231.60m,相应下游水位207.70m；设计洪水位235.67m,相应下游水位207.70m；1/3坝高水位217.60m,相应下游水位207.70m；②非常运用情况校核洪水位237.55m,相应下游水位207.70m；水位降落期一一考虑水库遭遇校核洪水,2天由校核洪水位237.55m降至正常蓄水位 根据以上计算成果可知，加固后坝体内浸溶线明显降低,渗漏量也显著减少，粘土心墙及覆盖层的渗透比降也均在允许范围内。3.22坝破稳定计算1计算剖面坝坡稳定计算剖面与渗流计算剖面相同，加固前后计算剖面见图5—2、图5—3。2计算参数根据地质勘探成果，各个材料区材料稳定性参数见表3.5表3.5大坝稳定计算材料参数表部彳土层编1土层名称容重Y(KN/m3)粘聚力c(kPa)内摩擦須(°)备右坝彳1粘JL心墙19.618.4/17.19.7/17.2坝壳20.25.2/3.£25.9/2E3排水体230357坝顶公路及防浪墙24100060坝基4强风化岩仃23.829415中风化岩右24.831446防渗帷幕251000603计算工况根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001),土坝坝坡稳定计算除应考虑渗流计算屮4种水位组合情况外，还需考虑上游坝坡最不利水位情况(上游水深为坝高1/3)的情况，主要包括：①正常运用情况正常蓄水位231.60m,相应下游水位207.70m；设计洪水位235.67m,相应下游水位207.70m；1/3坝高水位217.60m,相应下游水位207.70m；②非常运用情况校核洪水位237.55m,相应下游水位207.70m；水位降落期一一考虑水库遭遇校核洪水,2天由校核洪水位237.55m降至正常蓄水位 231.60m,下游水位保持不变,为207.70m。4计算成果大坝加固前、后坝坡稳定计算成果见表3.6、表3.7表3.6人坝坝坡稳定计算成果表（加固前）名称工况上游水位（m）下游水位（m）分析对彖计算值规范允许值备注上游坝坡卜-游坝坡I-:坝正常运用正常蒂水位231.60207.701.4351.1071.25计算采用简化毕肖普法设计洪水位235.67207.701.6111.0031/3坝高水位217.60207.701.294/非常运用校核洪水位237.55207.70//1.15非稳定渗流237.55-231.60（第2.00天）237.55〜231.60207.70//表3.7大坝坝坡稳定计算成果表（加固后）名称工况上游水位下游水位（m）分析对象计算值规范允许值备注上游坝坡下游坝坡主坝正常运用正常蓄水位231.60207.701.2981.3941.25计算采用简化毕肖普法设计洪水位235.67207.701.5101.3931/3坝高水位217.60207.701.267/非常运用校核洪水位237.55207.701.5541.3881.15非稳定渗流237.55〜231.60（第2.00天）237.55〜231.60207.701.255/相应计算成果见图3-9〜5—11、3-12〜3—16。 (11880.59.400)K=1.107<47,520.53.460)K=1.435V207.70m图3-10加固前大坝坝坡稳定计算成果图（水位：235.67m） .207.70m60m)图3-11加固前大坝坝坡稳定计算成果图（水位：217.▽正常需水位2引6帥<36.%0/9.280)KG.394X49.280.49280)K=1.298207.70m图3-12加固后大坝坝坡稳定计算成果图（水位：231.60m） 图3-13加图3-15加固后大坝上游坝坡稳定计算成果图（水位：237.55-231.60m） 图3-16加固后大坝坝坡稳定计算成果图（水位：237.55m）5计算成果分析根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）的规定，对于4级坝，采用简化毕肖普法进行稳定计算时，正常运用条件下，坝坡抗滑稳定最小安全系数心应不小于1.25；非常运用条件I下（水位骤降及校核洪水位等），坝坡抗滑稳定最小安全系数心应不小于1.15。计算表明，加固处理后上下游坝坡稳定满足规范要求。第二节溢洪道加固设计3.2.1溢洪道现状溢洪道位于大坝右端，控制段为开敞式宽顶堰，堰顶高程231.6m，堰顶溢流宽40m,最大泄量960m3/so溢洪道控制段底板为桨砌石混凝土结构,底部桨砌石厚0.4m,表面0.1m厚混凝土抹面。泄水槽过流断面为矩形，过流宽度由进口39.5m渐变到出口28m,纵坡为0.2,底部为0.35m钢筋混凝土结构。溢洪道右侧边坡较陡、无衬砌防护，左侧为浆砌块石扌肖墙，顶宽0.8im高4.0〜2.0m,溢洪道无消能、防冲设施，下泄水流直冲原河道。溢洪道场区地层结构简单，根据井探揭露及现场观察，两岸坡及渠底为上元古界震旦系下统耀岭河群（Pt3yl）强风化口云石英片岩层，节理裂隙发育，透水性较强,透水率推荐12.2Lu,屈屮等透水，根据水库管理人员反映，当库水位达到一定高程 (231.0m)时，溢洪道与坝体接触部位就会渗漏。溢洪道构筑物要求地基承载力较低,地基承载力均能满足溢洪道建筑物的耍求。溢洪道尾水渠堵塞：溢洪道右岸为岩石边坡，左岸部分地段为浆砌块石挡墙，厚度为0.80m,泄水槽底部未衬砌，防冲刷能力较弱，两岸地表覆盖少量粉质粘土，土层受雨水冲刷或局部岸坡的坍塌，冲积物堵塞了溢洪道尾水渠，造成过水断而偏小，不利于泄洪，威胁大坝安全。溢洪道边坡、渠底结构需加固：溢洪道两岸当时由人工开挖而成，两岸及渠底为强风化白云石英片岩，节理裂隙发育，岩体较破碎。溢洪道缺消能、防冲设施：溢洪道长度较长，坡度变化较大，溢洪道迭坝以下受泄洪冲击，形成多级台坎，坡度陡，落差大。溢洪道自建成运行至今，丿力经近30余年的运行，限于当年的建设条件，加上长期运行的损毁及资金严重不足，溢洪道存在大量的裂缝、破损和消能设施不完善等质量问题，根据大坝安全评价结论，溢洪道底板及边墙的结构稳定基本满足耍求。根据《XX水库溢洪道结构安全评价报告》：溢洪道左岸侧挡土墙实测进口高程为231.60m,远低于本次洪水复核的设计洪水位235.67m及校核洪水位237.55m,陡槽扌当土墙起始处高度为4.0m,距陡槽起点距离29m处高度2.0im均小于陡槽内相应断而的计算水深加上0.5的超高，陡槽边墙高度不满足耍求。溢洪道为未完建工程，其安全性较差，按照《水库大坝安全评价导则》(SL258—2000)小的规定，溢洪道结构安全不合格。根据《水工混凝土结构设计规范》(DL/T5057—1996)中规定，溢洪道运行环境条件为三类，钢筋混凝土的强度等级不应低于C25,存在大量的裂缝、混凝土碳化、局部冲蚀破损或麻面，混凝土质量较差。不满足现行规范《水工混凝土结构设计规范》(DL/T5057-1996)的要求。鉴于溢洪道的现状，难以满足水库的止常运行，须对溢洪道进行加固、完建及整治。 322溢洪道加固设计（包括尺寸拟定及结构布置）1•溢洪道位置的选择综观XX水库周围地形，再综合考虑工程成木和施工量，且原溢洪道工程已基木完成，I大I此，XX水库溢洪道位置仍选择在原溢洪道位置。2.溢洪道加固设计由于溢洪道工程已基木完成，丿力经近30余年的运行，限于当年的建设条件，加上长期运行的损毁及资金严重不足，溢洪道存在大量的裂缝、破损和不完善等质量问题，因此，本次设计主要是对破损较为严重的进口控制段进行拆除重建，陡槽段及右岸沿岩石边墙进行加固，左岸浆砌块石扌当墙进行拆除并向左开挖一定距离扩大原溢洪道之后再重建左岸描墙，溢洪道陡槽末端兴建挑流鼻坎。（1）进口控制段设计：由于溢洪道进口段没进行过任何衬砌，溢洪道底板为桨砌石混凝土结构，施工质量极差，且在雨水的长期冲刷下，遍布裂缝，遍生杂草，因此，本次加固设计拟对溢洪道进口段进行混凝土衬砌防护，即在控制段以前5m的草地用混凝土进行衬砌，起点进口宽52m,到控制段宽45m,厚30cm；底板为桨砌石混凝土结构，底部桨砌石厚0.4m,表面0.1m厚混凝土抹面，底板质量极差，遍布裂缝，遍生杂草，此次设计中底板采用0.2m厚混凝土铺盖抹平，混凝土强度等级C25o控制段采用进口开敞式宽顶垠结构，混凝土结构，强度等级C25,宽顶垠底板厚度50cm,长8m,溢流堰总宽46.2m,净宽45m,控制段向左开挖5.8m。（2）溢洪道边墙设计：右岸山坡未衬砌，极不平整；故此在右侧山坡新做混凝土挡墙，并在右侧山体234.6m以下的地方用直径20mm的钢筋，以100mm的间距把右侧新混凝土挡墙与右侧山体进行锚固连接；在234.6m以上236.5m以下右扌当墙与山体空隙的地方需冋填石渣（细部图参照溢洪道控制段A・A剖面图），顶宽0.4m,挡墙边坡为1：0.3o左岸侧为浆砌块石挡墙，挡土墙破损，砌石风化严重，多处开裂，局部垮塌，变形严重，原纵坡为0.1,顶宽0.8m,高4.0〜2.0m,此次设计拆除左岸侧浆砌石挡墙并向左开挖 5.8—2.8m,做高6.4~4m重力式挡土墙。，左侧挡墙顶宽0.4m,挡墙边坡为1：0.4,扌当墙边坡从底部（高程231.1m）处凹填石渣至236..5m。（3）溢洪道尾段消能设施修建：本工程溢洪道末端为一陡坎，垂直落差有近20米，陡坎卜•为坚硬岩石形成的一小水潭，非常的耐冲刷，故本设计中采用挑流消能的方式。在泄槽尾端接挑流鼻坎，挑射角为3.7°,段长5.0m,混凝土结构，最大挑射距离为，泄洪水流直接挑入下游岩石水潭中。323水利计算（泄洪能力、水面线及消能防冲计算）1、溢洪道的泄流能力溢流保持原无底坎宽顶堰型不变，堰顶高程为231.60m,堰净宽45m。泄流能力按式3」计算：Q=m^BHl12式3.1式屮Q流量，m3/s；B总净宽，45m；H计入流速水头的垠上水头，m；0m0——流量系数，非定值，与相对堰高及堰头型式有关，底坎进口边角3丄为直角，可按别列津斯基公式计算:m0=0.32+0.01,这里经计算可以0.46+0.75—H得到叫=0.33；£——侧收缩系数，这里取1.0；各设计标准下的最大泄量见表3.8。项目水库水位（m）堰顶水头（m）下泄流量Cm3/s) 溢洪道洪水标准P=0・33%（校核）237.555.95965.4P=3.33%（设计）235.674.07550消能防冲洪水标准P=5%(设计)233.972.37245.9P=0.33%（校核）235.674.075502、溢洪道泄槽水面线推算溢洪道控制段的底部高程为231.6m,控制段新岸墙高程增加至238.05m,高于水库的校核洪水位238.03m,满足规范要求。通过溢洪道的流量与库水位的关系采用宽顶堰堰流公式计算成果。泄槽屮的水流流态为急流，临界水深的计算采用下面公式3.2计算：式中q是单宽流量，m2/s9q=Q!B；hc临界水深，m；Q取近似值为1.0泄槽水面线计算：取校核洪水情况和设计洪水情况为验算条件，按明渠恒定非均匀渐变流推算溢洪道水面线。当泄槽上游接宽顶堰时，泄槽水面线起始计算断面水深勺取泄槽首端断面计算的临界水深。根据《溢洪道设计规范(SL253-2000))),泄槽水面线口J用能量方程和分段求和法求得：△厶_2（/?2cosC+eX/2g）-（/7,cos0+Q]X/2g）式3.3 1=n2v!R4/3式3.4式屮：ALj_2分段长度，m；h、、h2——分段始、末断面水深，m；儿、v2——分段始、末断面平均流速，m/s；a】、a2流速分布不均匀系数，取1.05；0——泄榊底坡角度，(°)；i泄榊底坡，i=tg0=0」；J——分段内平均摩阻坡降；h——泄榊榊身糙率系数，对于混凝土护面取0.015；V分段平均流速，V=(Vj+v2)/2,m；R——分段平均水力半径，R=(&+/?2)/2,m0根据《溢洪道设计规范(SL253・2000)》，波动及摻气后水深可按下式估算。hh=1+-—h式3.5I100丿式中：h—不计入波动及掺气的水深，m。叽——计入波动及掺气的水深，m。v——不计入波动及掺气的计算断面上的平均流速，讪s。©——修止系数，一般为1・0〜1.4s/m,视流速和断面收缩情况而定。此处计算取1.0s/mo水面线计算结果如下：设计洪水工况:设计洪水位235.67m,流量:550m3/s泄槽水面线起始断面水深:/?>=2.52m,计入掺气及波动的水深，h=2.64mo校核洪水工况：校核洪水位237.55m,流量：965.4m3/s泄槽水面线起始断面水深：^=3.67111,计入掺气及波动的水深，h=3.88mo 泄槽边墙高度根据计入波动及掺气后的水面线，在加上安全超高，计算结杲见表3.9。 兄计水核水□设洪位校洪位桩号0+0050+0130+0200+0340+0480+0050+0130+0200+0340+048断面底宽m断面流速m/s未掺气水深m掺气后水深m©二1所需边墙高（竖直方向）m注:校核454.852.522.643.64工455.172.362.493.49况426.951.892.023.02368.651.771.922.92安309.821.872.053.05全455.853.673.884.38456.163.493.704.20超427.772.963.193.69高369.312.883.153.653010.343.113.433.93取0.5085面泄起距m1断距槽点离34O34859110/^m,设计T•况安全超高取1.0m。新建挡土墙高度均大于陡槽内相应断面的计算水深加上0.5〜1.0m的超高，陡槽边墙高度满足要求。3、挑流消能计算溢洪道消能防冲标准为20年一遇洪水，相应洪水位233.97m,下泄流量245.9m3/s,下游水深1.1m。1）鼻坎处水深及流速的计算：根据能量方程式3.6,坎顶流速％=仇=九（）+°役/22g（p九0计算得鼻坎处水深心=2）鼻坎挑流挑距鼻坎至下游的水面的水平挑距采用下式计算 厶二v；（）cosOsin。式3.7式中:0——水舌挑射角，3.7°；△s——鼻坎顶点至下游水而的高差，20m；厶一一自挑流鼻坎末端算起至下游河床床面的挑流水舌外缘挑距，m；%鼻坎坎顶流速，m/so经计算，当20年一遇洪水时，挑流射程为m•有关溢洪道结构形式详图见附图。3.2.4结构计算1溢洪道边墙稳定计算XX水库溢洪道边墙采用重力式挡土墙。《溢洪道设计规范》的规定，边墙抗滑稳定按照抗剪强度公式进行计算：抗滑稳定计算公式：Kc=^-式3.8式中K-为边墙结构的抗滑稳定安全系数；/为边墙基底面的摩擦系数；工“为作用于边墙上的全部竖向荷载；工戸为作用于边墙上的全部水平荷载。边墙基底面的摩擦系数为"=0.52,进口翼墙计算简图如下图: 40v237.55/231.6图5-1溢洪道进口翼墙最高断面结构计算简图（单位：高程为in,其余为cm）计算结果：各工况下，溢洪道进口边墙的抗滑安全系数均满足规范要求（［心］=1.2）。第三节输水隧洞加固设计3.3.1输水隧洞（涵管）现状输水隧洞布置在大坝右岸，介于大坝与溢洪道Z间。隧洞长80m,纵坡1/200,进口底部高程214m。洞身过水断面为圆形，洞径为0.8米，钢筋混凝土衬砌厚度0.2m,最大过水能力4.3m7s,为混凝土圆形有压隧洞。闸门由启闭竖井起闭，启动设备为手动拉杆式启闭机，在输水涵管进口处修一砖混平房，进水塔工作桥桥面破损，栏杆缺损、露筋；厂房破旧，电站装机容量100KW,发电机组设备陈旧，老化失修。计算说明在选定的荷载条件下不考虑钢筋作用隧洞满足强度要求，但是，根据现场调查，由于受当时技术经济条件限制，施工质量差，运行过程中又没冇进行正常维修加固， 输水隧洞存在局部变形裂缝，放水时严重渗漏肓接威胁大坝的安全；启闭机房破烂不堪，闸门及埋件、启闭拉杆严重锈蚀，无法保证正常引水。输水隧洞闸门及启闭设备使用年限已超过国家规定的折旧年限。输水涵管坐落在上元古界震旦系下统輝岭河群（Pt3yl）强风化口云石英片岩层，地基岩土体承载力值较高，正常情况下可以满足要求，但输水涵管FI前已老化，部分涵管已出现脱落和开裂，对输水涵管稳定性有不利的影响。1、输水涵闸工作台年久失修，且修筑质量较差，存在严重安全隐患。2、输水涵管为水泥制管，当时成管质量差，强度低，输水涵管老化严重，管身混凝土气蚀，洞壁有渗水。3、输水涵管坐落在强风化白云石英片岩，岩体承载力值较高，止常情况卜•可以满足要求，涵管上部覆盖①一1层大坝代料及①一2大坝心墙，其渗透性为中等透水，而II输水涵管已老化，部分涵管已出现脱落和开裂，局部开始渗漏，使涵管周边岩土层长期受水浸泡,土质变软，使涵管与坝体结合质量羌，对输水涵管稳定性有不利的影响。围岩类别为IV类。根据输水涵管现状，建议对输水涵闸工作台围修加固，对输水涵管两端岸坡进行浆砌块石护坡，对坍塌土体加固处理。3.3.2加固设计（包括尺寸拟定及结构布置）根据运用要求，输水隧洞（涵管）由闸室段，洞身段和出口段组成。1•进口启闭机设施设计进口段为岸边式布置形式，曲下部闸室，上部排架和交通桥组成。启闭台下部曲4根立柱组成的竖井结构组成，每根立柱之间设冇连系梁连接，最人高度24m,±部启闭机台为梁板结构，混凝土强度等级为C20。rtr丁启闭机房破烂不堪，进水塔工作桥桥面破损，栏杆缺损、霜筋。故需要对启闭机房进行拆除重建，建筑面积为36/n2o根据地形条件，工作桥为单跨设计，桥面为简支梁。 2.洞身段洞身段长80m,为直径1・加的圆形有压隧洞。鉴于输水涵管穿过大坝，重建输水涵管工程量巨大，投资也大，加上涵管断面比较小，加固整修难度很大，考虑到输水涵管只是局部渗漏，经分析研究决定对输水涵管局部渗漏部分进行加固处理。具体处理是：对人坝下游输水涵管出口段存在严重渗漏的一段进行加固，即拆除下游坝体出来的涵管，换成直径0.8m,厚10mm的钢管，并将钢管向往上游方向去的埋在山体中涵管进行内套，内套的长度为5叫对内套钢管的那段输水涵管用混凝十.把钢管与原输水涵管之间的间隙进行填堵。3.出口闸阀输水隧洞出口做一个混凝土分水箱，分水箱前接输水钢管，分水箱尺寸为4mx2m,厚度为0.2ni。分水箱两侧各接一个闸阀，尾部再接一个闸阀：左侧为灌溉阀门，下游接灌溉渠道，阀门直径为0.5m,用截水法兰处理阀门接触部分防止漏水；右侧为泄水阀门，下游接泄水渠道，阀门直径为0・5ni,用截水法兰处理接触部分防I上漏水；尾部阀门接长50m直径0.8m厚lOnini的水电站压力管道，为水电站提供发电用水。具休布置见附图输水管道附图。附：1、参考资料2、设计图纸（A3规格）'