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1、2 除险加固设计2.1 水库及枢纽2.1.1 设计依据（1）工程等别及建筑物级别某某工程水库总库容26.8万m3，均质土坝最大坝高16.2m（加高1.2m后），设计灌溉面积518亩。根据水利水电工程等级划分及洪水标准（SL 2522000）及防洪标准（GB 5020194），工程规模属小（2）型，工程等别为V等工程。主要建筑物大坝、溢洪道、放水涵洞按5级建筑物设计。（2）洪水标准根据水利水电工程等级划分及洪水标准（SL 252-2000）的规定，本工程永久性挡水和泄水建筑物所采用的设计洪水标准为30年一遇，校核洪水标准为300年一遇，消能防冲标准按10年一遇。（3）设计基本资料 水文、气象根据
2、水文专业调查、分析计算，设计中所采用的水文、气象参数见下表：表2.1-1 设计采用的水文、气象参数表序号项目名称单位数量备注1多年平均最大风速M/s16.52设计情况计算风速M/s24.753校核情况计算风速M/s16.5续上表4吹程km0.25多年平均来水量万m32646设计洪水位（P=3.33%）m960.627设计洪水位时最大下泄流量m3/s46.98相应下游水位m9校核洪水位（P=0.33%）m961.1810校核洪水位时最大下泄流量m3/s73.011相应下游水位m12正常蓄水位m95913正常蓄水位以下库容万m319.3514总库容万m326.815死水位m95116死水位以下库容
3、万m32.6517淤沙高程（30年）m950.5818调节库容万m316.7 地震基本烈度场区地震基本烈度小于6度，本工程建筑物不考虑地震设防。 坝基岩石物理力学指标设计采用的坝基（肩）岩体力学指标:23ls弱风化白云质灰岩: f=0.7层 面： f=0.550.6裂隙面： f=0.50.55设计采用坝体物理力学参数见表2.1-2：表2.1-2 设计采用坝体物理力学参数表岩性参数含水量(%)孔隙比容重g/cm3饱和容重g/cm3抗剪强度压缩系数(Mpa-1)压缩模量(MPa)渗透系数饱和慢剪（度）C(KPa)粘土夹碎石38.701.3431.641.88.5250.327.135.5310-5
4、（4）技术标准防洪标准（GB 5020194）水利水电工程等级划分及洪水标准（SL 2522000）碾压式土石坝设计规范（SDJ 21884）及其补充规定小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则（SL 18996）溢洪道设计规范（SL 2532000）及其补充规定水工钢筋混凝土结构设计规范（SL/T 19196）溢洪道设计规范（SL 2532000）及其补充规定2.1.2 水库枢纽除险加固工程总体布置某某原溢洪道堰顶高程959m，溢流前缘净宽B=9m。本次洪水调节计算时，考虑了B=9m（不拓宽方案）和B=15m（拓宽方案）两种情况。根据洪水调节计算成果复核坝顶超高，不拓宽方案大坝需加高2.1m，拓
5、宽方案需加高1.2m。考虑到某某集雨面积较大，库容较小，下泄流量较大，结合右岸的地形地质条件，本次设计选用拓宽方案。大坝加高由下游953.6m高程加至961.2m高程，坝坡1:2.5，坝顶设1m高防浪墙，坝顶宽度4m。上游坝面采用C15砼预制块护坡，下游坝面采用草皮护坡，下游坝脚增设堆石排水棱体，棱体顶部宽度2.25m，顶部高程947.5m，底部高程945。溢洪道位于右岸，拓宽时左侧墙（靠坝侧）位置不动，右侧边墙往右岸延伸。另外，原溢洪道出口对冲坝脚，影响坝体稳定，须对将其改道，使水流顺畅接入下游河道。放水涵洞位于左岸，原进口取水高程950m，由一扇双向转动闸门控制。经过复核计算，30年淤沙高
6、程已达950.58m，所以取水口高程应抬高，本次设计考虑抬高至950.8m，并重建启闭房，更换已经损坏的双向转动闸门。2.2 大坝除险加固设计2.2.1 大坝加固设计方案根据本次勘测和设计复核结果，针对大坝存在坝顶超高不够，浸润线高，上、下游坝面无护坡设施，坝坡淘刷、冲刷严重等主要问题，确定本次大坝除险加固设计的工程措施为：坝体加高1.2m、坝面增设护坡设施、下游坝脚增设截水沟和排水棱体。2.2.2 大坝加高设计2.2.2.1坝顶高程确定坝顶上游侧考虑设1.0m高的防浪墙，防浪墙顶高程等于水库静水位加上相应墙顶超高，按下列两种情况计算，取其最大值。 设计洪水位+正常运用情况的墙顶超高； 校核洪
7、水位+非常运用情况的墙顶超高。墙顶超高计算公式：Y=R+e+A（m）波浪的平均爬高R按下式计算：波浪要素按“莆田试验站”公式计算：设计波浪爬高值R按工程等级确定，对于V级土石坝取累计频率p=5%的爬高值，。坝前风雍水面高度e一般很小，故计算时忽略不计。表2.2-1 波浪要素计算成果表 单位：m计算情况风速W吹程D平均波高h平均波长设计爬高R5%设计洪水位24.752000.194.720.7校核洪水位16.52000.123.020.5安全超高A按SDJ 21884中表4.4.2规定，对于V级建筑物正常运用情况取0.5m，非常运用情况取0.3m。墙顶高程计算成果如表2.2-1：表2.2-2 坝
8、顶高程计算成果表 单位：m计算情况项目水库静水位墙顶超高Y墙顶高程设计洪水位（P=3.33%）960.6331.2961.833校核洪水位（P=0.33%）961.180.8961.98由校核洪水位控制墙顶高程，取962m，采用0.8m高的防浪墙，确定坝顶高程为961.2m，高于水库最高静水位（校核洪水位）0.02m，满足规范要求。2.2.2.2大坝标准剖面原坝顶高程为960m，大坝需要加高1.2m。结合坝体现状，加高部分坝体从下游坝面953.6m高程按1:2.5的坡度加至961.2m高程，加高后原上游坝坡1:2不变。坝顶宽度根据交通要求取4m，设高1m、厚0.5m的防浪墙后坝顶净宽3.5m。
9、2.2.2.3渗流计算（1）计算方法及计算工况某某大坝加高1.2m后渗流计算考虑下列两种水位组合情况：工况1：上游正常蓄水位（959m）与下游相应的最低水位（945.5m）；工况2：水库水位从校核洪水位（961.18m）降至放水涵洞取水高程（951m）情况。计算方法为有限元数值分析法，采用北京理正软件设计研究所渗流分析软件（1.1版）计算。计算时分三个区域：粘土部分主坝体为1区、下游排水棱体为2区、坝基为3区。各区采用的渗透系数如下：1区（按各向同性考虑）：Kx=Ky=5.5610-5cm/s；2区（按各向同性考虑）：Kx=Ky=1.16cm/s；3区（按各向同性考虑）：Kx=Ky=5.791
10、0-6cm/s；（2）工况1计算结果经计算，稳定渗流期单位坝长渗漏量q=0.001L/sm.，浸润线位置见下图：（3）工况2计算结果放水涵洞进口双向转动闸门的尺寸为300mm，洞身断面尺寸0.40.8m（城门型），校核洪水位961.18m至放水涵洞取水高程951m之间的库容差为24.15万m3，考虑0.02m3/s的天然来水量，经计算，水库水位由961.18m降至951m所需的时间为3.62天。计算的浸润线位置见下图：（4）渗透稳定计算根据碾压式土石坝设计规范（SDJ 21884）第7.2.5条规定，各种土石坝自浸润线出逸点至下游坡脚一段，按要求做好反滤排水设备时可不进行坝体填土渗透稳定的校核
11、。某某大坝下游坝脚增设了排水棱体，排水棱体前设置了反滤层，故未进行渗透稳定计算。2.2.2.4坝坡稳定计算（1）计算方法及计算工况稳定计算的目的是保证土石坝在自重、各种情况下的孔隙压力和外荷载的作用下，具有足够的稳定性，不致发生通过坝体或坝体和坝基的整体剪切破坏。某某大坝加高1.2m后的坝坡稳定计算考虑了下列两种情况：工况1（正常运用）：稳定渗流期的下游坝坡（上游正常蓄水位959m与下游相应的最低水位945.5m）；工况2（非常运用）：水库水位降落期的上游坝坡（水库水位从校核洪水位961.18m降至放水涵洞取水高程951m）。计算方法为刚体极限平衡法，采用北京理正软件设计研究所边坡稳定设计软件
12、（3.0版）计算。坝体强度计算方法为有效应力法，设计抗剪强度指标按饱和慢剪试验指标的0.8倍取用。表2.2-3 稳定计算采用参数表部位试验强度指标设计强度指标湿容重饱和容重C(kPa)(度)C(kPa)(度) w(t/m3)s(t/m3)坝体29.410.7258.61.641.8排水棱体30452.02.1坝基5005002.32.5（2）工况1：稳定渗流期下游坝坡稳定计算结果通过程序自动收索，最不利滑动面的圆心坐标为：x=16.24m、y=25.08m，滑弧半径R=25.075m。抗滑稳定安全系数见表2.2-3：表2.2-4 下游坝坡抗滑稳定安全系数表计算方法计算安全系数最小安全系数允许值
13、瑞典条分法1.3421.15Bishop法1.4161.265Janbu法1.4261.265由表2.2-4可知，稳定渗流期的下游坝坡抗滑稳定安全系数满足规范要求。（3）工况2：水库水位降落期上游坝坡稳定计算结果通过程序自动收索，最不利滑动面的圆心坐标为：x=16.24m、y=25.08m，滑弧半径R=25.075m。抗滑稳定安全系数见表2.2-4：表2.2-5 上游坝坡抗滑稳定安全系数表计算方法计算安全系数最小安全系数允许值瑞典条分法1.1361.05Bishop法1.1961.155Janbu法1.2131.155由表2.2-5可知，水库水位降落期的上游坝坡抗滑稳定安全系数满足规范要求。2.2.3坝面护坡由于原来的坝体上、下游坝面均未采取护坡措施，坝坡易被波浪掏刷或雨水冲刷，特别是下游坝面，受雨水冲刷形成的冲沟纵横遍布，最深的达1.5m，宽达2.5m。故本次除险加固设计对上、下游坝面增设护坡设施。上游坝面采用C15混凝土预制菱形块护面，预制快宽度0.6m，厚度0.15m。其背水侧设反滤层，其中碎石层厚0.15m、细砂层厚0.15m。下游
