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1、小型病险水库除险加固工程设计 - 水利水电知识 水库是江河防洪工程体系的重要组成部分,它承担着重要的调蓄任 务。水库出现病险,不仅降低对洪水的调控能力,削弱其自身的防 洪减灾功能,也会致使水库不能安全运行,会给下游广大人民群众 的生命财产安全构成严重威胁。因此,为了确保水库的安全运行, 有必要对病险水库进行除险加固,在此,本文就小型病险水库除险 加固工程设计做简要阐述,以供参考。1 洪水计算方法1.1 认真复核水库流域特征参数水库坝址控制集水面积 F(km2) 、河流 L(km ) 、坡降(%)等流 域特征参数,是设计洪水计算的基础,应根据适当比例的地图进行 勾绘量算后再采用。1.2 设计暴雨
2、1.设计点雨量在设计时,可根据水库流域或周边控制雨量站 30 年以上实测的最 大 1h、6h、24h 的暴雨资料,进行频率计算和适线分析,确定各频 率设计暴雨。当暴雨资料缺乏时,可用暴雨公式计算任一历时的设计点雨量, 即暴雨公式为:TP=Sp/Tn式中,T暴雨历时;h;TP历时为 T、频率为 P 的最大平均降雨强度,mm/h; SpT=1.0h 的最大平均降雨强度,与设计频率 p 有关,称雨力, mm/h;n暴雨衰减指数,T1h 为 n0,1-24h 为 n2,在水文手册中查 取。雨力 Sp 与设计频率 p 有关,可由流域中心的设计 24h 雨量 P24 推 求:PTP=TP T= Sp T1
3、-n当 T=24h 时,PTP= P24P,n=n2 ,代入上式,得Sp= P24P24 n2-1求得 Sp 后,即可按式(PTP=TP T= Sp T1-n)推求任一历时 T 的 设计点雨量。2.设计面雨量当工程控制流域面积小于 100 km2 时,设计面雨量直接用点雨量 代替;当工程控制流域面积大于或等于 100 km2 时,应根据该区域 的点面雨量转换系数进行修正。3.设计点暴雨量和面暴雨量的推求,可按频率分析的方法进行。 其中,设计流域特大暴雨的重现期可根据该次暴雨的雨请、水情及 邻近地区的长系列暴雨资料分析确定。当设计流域缺乏大暴雨资料, 可移用邻近地区的暴雨资料加入设计流域暴雨系列
4、进行频率分析。 但对移用的可能性及重现期应进行分析,并注意地区差别,做必要 的改正。1.3 设计洪水 设计洪水是工程设计和施工的重要依据,因此应根据工程任务及 设计要求、水文资料条件,选择合适的方法分析计算设计洪水,提 出满足设计要求的洪水成果。在设计时,一般包括洪峰流量、洪水 总量及洪水过程。即具体的计算方法如下:1.坝址或其上、下游邻近地点具有 30 年以上实测和插补延长洪水 流量资料,并有调查历史洪水时,可直接采用流量频率分析法计算 设计洪水。2.工程所在地区具有 30 年以上实测和插补延长暴雨资料,可通过 计算设计暴雨间接推算设计洪水。3.当缺乏流量或雨量资料的水库,亦可采用地区综合法
5、推求设计 洪水。4.产流计算可采用蓄满产流的简易法。5.汇流计算可根据设计流域面积大小,选用不同的计算方法。如 集水面积大于 50 km2 时,可采用瞬时单位线法;当面积小于 50km2 时,可用推理公式计算。2 大坝除险加固设计问题2.1 大坝防渗设计2.1.1 坝基防渗由于坝基防渗的处理方法应在汛期到来之前施工完毕,因为在设 计过程中,除了考虑到施工质量外,施工进度计划也是设计中该考 虑的一点重要因素。目前,对坝基防渗的处理方法一般采取帷幕灌 浆法。 2.1.2 坝体防渗在坝体防渗处理中,不宜采取局部防渗措施,而应采取整体、连 续的防渗措施,因此在设计时可根据坝体填筑质量、渗流涉及范围 及
6、渗流量的大小,以及施工条件来确定是采用劈裂灌浆还是采用高 喷灌浆或混凝土防渗心墙,同时在一定条件基础下,还可以采用其 他的防渗措施。如,当坝高较低(坝高 15m 及以下)或者放空水库 进行除险加固的大坝,坝基防渗看采取垂直土工膜料防渗,即在内 坡坡脚、内坡坡面或者坝顶垂直开槽(宽度为 0.15-0.3m) ,在槽内 垂直埋设土工膜料进行防渗;坝体防渗可采用在内坡铺设土工膜料 进行防渗处理。2.2 坝顶及坝高加固设计2.2.1 坝顶加固设计当坝顶欠高欠宽时,在设计时应根据其自身的具体因素采取适宜 的设计方法,即:(1)当坝顶欠高欠宽1.0m 时,应将坝顶内外坡 坡顶线往坡面下移并做路沿石,当其满
7、足宽度要求后坝顶再填土加 高;(2)当坝顶欠高欠宽1.0m 时,可在上游侧做防浪墙,下游 培土加厚,然后在坝顶上适当回填土加高,且要确保填筑料的质量, 并确保坝顶的宽度尽量偏向于规范要求的最大值。2.2.2 坝高加固设计在设计时,混凝土的设计强度应不低于 C20,粗骨料尽量采用人 工碎石,且设计时混凝土的厚度宜取 15-20cm 左右。当坝坡较陡时,抗滑稳定不能满足要求时,一是如果坝顶较宽时,可考虑采取削坡的措施;二是若坝宽不能满足于削坡放缓时,可采 取内破坡脚抛石压坡,外坡也可砌石贴坡压坡的措施。3 溢洪道除险加固设计问题溢洪道应进行泄流能力、水面线、消能防冲、堰基抗滑稳定及基 底应力、边墙
8、抗滑稳定及抗倾覆计算,并列出计算参数及计算成果。 在本文中,只列举其相关的计算公式。3.1 溢洪道水力计算1.进口段进口段水力设计应使本段内水流平顺、稳定、水面波动及横向水 面比降小,应避免回流和漩涡。2.控制段的计算采用(SL253-2000) 溢洪道设计规范中宽顶堰流计算公式计算, 即公式为:Q=mBH03/2式中,Q流量,m3/s;闸墩侧收缩系数,=1;m流量系数;B溢洪道净宽,m;H0计入行进流速的堰上总水头。3.2 消能防冲依据(SL253-2000) 溢洪道设计规范 ,消力坎高度及消力池长 度采用如下公式计算: d=h2ht ZZ= Lk=0.8Lh2=(1 )Fr1=V1/式中:
9、d,消力坎高度,m;Lk,消力池长度,m;,安全系数, 取 =1.05;h2,跃后水深,m ;h1,收缩断面水深,m ;ht,消力池 出口下游水深,ht=1.0m;Q,流量,m3/s;b,消力坎宽度, m;,消力池出口的流量系数,取 =0.95 ;L ,自由水跃的长度, m;v1,收缩断面平均流速,m/s;Fr1,收缩断面弗劳德数。3.3 边墙稳定计算1.抗滑稳定计算,即公式为:Kc=fW/P式中:Kc,抗滑稳定安全系数;f ,基础面与基岩接触面摩擦系数; W,作用于墙体上的全部荷载对计算滑动面的法向分值;P,作用 于墙体上的全部荷载对计算滑动面的切向分值。2.抗倾覆稳定计算,即公式为:Ko=
10、My/Mo式中:Ko,抗倾稳定安全系数;My,作用于墙体的荷载对墙前 趾产生的稳定力矩;Mo,作用于墙体的荷载对墙前趾产生的倾覆 力矩。4 放水设施除险加固设计问题 放水涵管是水库的输、排水建筑物,是水利工程中能独立发挥功 用的重要建筑物之一。在病险水库的加固工程中,如果不及时对放 水涵管进行除险加固处理,势必会威胁到大坝的运行安全。首先,在设计时应对旧放水涵管进行拆除及封堵。在封堵时应进 行全面封堵,同时还应对管壁及管周进行回填灌浆截渗,对封堵后 的涵管管内采用 C20 混凝土及黏土碎石进行充填灌浆,并在封堵的 末端设置反滤排水段。其次,对于新建的放水设施,除了要满足灌溉、发电、供水及水 库出险、抢险的要求外,进出口要尽量远离坝体,进出口轴线与边 坡夹角应尽可能大,在条件允许的情况下,可采取穿越山体的隧洞 式放水隧洞,