水库除险加固设计毕业设计(54页).doc

《水库除险加固设计毕业设计(54页).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水库除险加固设计毕业设计(54页).doc（54页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、-水库除险加固设计毕业设计-第 48 页摘要 本设计主要是有关PS水库除险加固设计，PS水库位于河北省沙河市境内，工程为小（2）型五等工程，主要建筑物为五级，由主坝、副坝、溢流坝和放水洞等四部分组成。枢纽的主要任务以防洪、灌溉和供人畜饮水为主。 PS水库现状存在的问题如下：（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 针对水库现状存在的主要问题，需要对水库进行初步的校核。主要内容包括挡水坝段的抗滑稳定计算和应力复核，溢流坝段的抗滑稳定计算和应力复核，溢流坝段过水能力及消能的计算等三大部分。 坝体抗滑稳定计

2、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。经计算满足要求。 根据上述校核中所出现的问题，对PS水库进行除险加固，以满足水库的正常运作。 关键词：PS水库、除险加固、抗滑稳定计算、应力复核Summary This design, the PS reservoir reinforc

3、ement design, PS reservoir is located in Shahe City in the works for a small (2) five other projects, the main building for the five main dam and auxiliary dam, spillway and such as water holes in four parts. The main task of the hub to flood control, irrigation and for drinking water main. PS reser

4、voir status quo existing problems are as follows:Dam foundation sliding does not meet the requirements of serious high water level of dam leakageCrest elevation does not meet the specification requirementsWater hole gate valve damageDam downstream energy dissipation and scour protection facilities A

5、 preliminary check of the main problems of reservoir status quo, the need for the reservoir. The main contents include retaining monolith stability against sliding calculation and stress for review, the stability against sliding calculation and stress for review of the Spillway, Spillway over the wa

6、ter capacity and energy dissipation calculation. The calculation of dam stability against sliding is an important part of the gravity dam design, with the aim of checking the dam along the dam foundation stability against sliding safety, use the formula to distinguish dam whether to meet the require

7、ments of stability against sliding. The calculated dam stability against sliding in certain conditions does not meet the requirements. The purpose of the stress analysis is to test dam during the construction and use meet the strength requirements, the use of mechanical means of checking stress to m

8、eet the requirements. Calculated dam in certain conditions does not meet the requirements. Spillway flow capacity checking and eliminate the basis for calculating the spillway design specification SL253-2000 calculation. Calculated to meet the requirements. Problems in the above check the PS reservo

9、ir reinforcement, to meet the normal operation of the reservoir. Keywords: PS reservoir reinforcement, sliding stability calculation, the stress review目录摘要1Summary21 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

10、计算42.1.2副坝抗滑稳定计算与坝基应力计算92.1.3溢流坝抗滑稳定计算与基应力计算112.2 设计洪水位下的抗滑稳定计算与坝基应力计算142.2.1主坝抗滑稳定计算与坝基应力计算142.2.2副坝抗滑稳定计算与坝基应力计算162.2.3溢流坝抗滑稳定计算与坝基应力计算182.3 校核洪水位下的抗滑稳定计算与坝基应力计算222.3.1主坝抗滑稳定计算与坝基应力计算222.3.2副坝抗滑稳定计算与坝基应力计算252.3.3溢流坝抗滑稳定计算与坝基应力计算262.4 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302.4.1主坝抗滑稳定计算与坝基应力计算302.4.2副坝抗滑稳定

11、计算与坝基应力计算332.4.3溢流坝抗滑稳定计算与基应力计算352.5 溢流面过流能力验算382.6 消能防冲计算383 除险加固工程设计403.1 大坝防洪复合设计403.1.1大坝防洪加固方案403.1.2坝顶高程计算403.2 大坝防渗设403.2.1存在的问题403.2.2防渗方案413.2.3坝基防渗413.3 主坝加固后抗滑稳定计算与应力复合计算413.3.1正常蓄水时，主坝抗滑稳定计算和应力复合423.3.2 设计洪水位时，主坝抗滑稳定计算和应力复合453.3.3 校核洪水位时，主坝抗滑稳定计算和应力复合483.3.4地震情况下，正常蓄水时，主坝抗滑稳定计算和应力复合503.4

12、 溢流坝加固后抗滑稳定计算与应力复合计算533.4.1正常蓄水位时，溢流坝抗滑稳定计算与应力复合543.4.2 设计洪水位时，溢流坝抗滑稳定计算和应力复合573.4.3 校核洪水位时，溢流坝抗滑稳定计算和应力复合613.4.4地震情况下，正常蓄水时，溢流坝抗滑稳定计算和应力复合643.5 溢流面加固设计673.5.1溢流面加固方案673.5.2溢流坝过流能力验算及消能防冲验算673.6 放水洞维修加固683.6.1加固方案设计68 3.6.2放水洞流量计算683.7 防浪墙及坝顶设计68DAM SAFETY AND EARTHQUAKES69英文文献翻译：72谢 辞74参考文献761 综合说明

13、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呵支流，水库控制流域面积42,总库容61.2万m3，是一座以防洪、灌溉和供人畜饮水的小型水库。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

14、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，太行上东麓，为季节性河流

15、，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13.013.7；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

16、年平均最大风速为15.0m/s，无霜期220240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

17、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GB500112010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

18、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。 （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水库运行多年来，为当地的农业生产、居民生活发挥了极大作用。但水库运行多年水库出现了诸多问题：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

19、合本次设计调整后水库工程特性，拟定本次PS水库除险加固的主要内容有以下内容：大坝结构处理，增加其抗滑稳定性。(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指导老师所提供的参考资料，计算得到各坝段的单宽体积如下： 主坝单宽体积V=325m3 副坝单宽体积V=27.5 m3 溢流坝单宽体积V=372m3根据砌石坝设计规范SL25-2006查得砌石体容重d=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=d V=7150KN 副坝单宽自重W=d V=605KN 溢流坝单宽

20、自重W=d V=8184KN。2.1正常蓄水位下的坝体抗滑稳定计算与坝基处应力计算 计算条件：正常蓄水位时上游水位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荷载计算 (1)坝体自重 (2)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 (2-3)(4)泥沙压力Psk (2-4) 式中 ：n 泥沙浮容重，取n =8.82KN/ m3 hn 计算点以上的淤积高度，取hn =0.8m, n 泥沙内摩擦角，取 n =13o(5)浪压力Pwk 由于沙河市汛期多年平均最大风速16.7m/s 吹程D可取平均

21、水面宽的5倍即D=1075m 浪高波长按鹤地水库公式计算 波高和平均波长 （2-5） （2-6） 式中： hb波高 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=16.7 m/s。 D风区长度，m；可近似取D=1075m。 g重力加速度，9.81m/s2。 计算得hb =0.95m，Lm =6.65m。 由于空气阻力小于水阻力波浪中心线高于水面一定高度h 根据坝前不同的水深，波浪压力的分布形式分为深水波、浅水波、破碎波。 由于H，所以波浪运动不会受到库底的约束为深水波。 浪压力可近似按直墙式挡水建筑物的情况计算

22、 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。 h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。图2-2 主坝坝顶处浪压力 经计算得：hz =0.43m ， Hcr =0.52m ，Pwk =22.5kN(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0.41称为被动土压力系数，计算得2.46取土的容重=21 kN/ m3 (2-10) (2-11）表2-1 作用于主坝的各力和力矩大

23、小方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kNm）(+)(-)(+)(-)(+)(-)W71502.34516766.75P129418.1724027.97P278.41.33104.27U1725.20U21858.83.15762.28Psk1.790.270.48Pwk22.524.5554.25Ea68.881.3391.61Ep413.281.33549.66715025843034.17491.6817420.630433.59总45662542.4913012.91 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

24、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= 经过计算求出的大于容许最小抗滑稳定安全系数。所以在正常蓄水位下，主坝的抗滑稳定性满足要求。 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

25、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； 计算截面沿上下游方向的长度，m； 坝基允许压应力=2.83.0MPa 0 ，上游坝踵处未出现拉应力，满足要求。 ，下游坝址处小于坝基允许压应力，满足要求。 综上所述，应力满足要求。2.1.2副坝抗滑稳定计算与坝基应力计算荷载计算(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2-3 副坝坝基处扬压力(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（kNm）(+)(-)(+)(-)(+)(-)W60

26、50.24145.2P130.60.8325.5P20U67.380.9262Pwk22.52.556.2560567.3853.13145.2143.75总537.6253.131.45 抗滑稳定计算=6.58=1.05 经过计算求出的大于容许的最小抗滑系数。 所以在正常蓄水位下，副坝抗滑稳定满足要求。 应力计算坝基允许压应力=2.83.0MPa0，上游坝踵处未出现拉应力，满足要求。 ，下游坝址处小于坝基允许压应力，满足要求。 综上所述，应力满足要求。2.1.3溢流坝抗滑稳定计算与基应力计算 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)坝基处的

27、扬压力图 2-4 溢流坝坝基处扬压力图(4)泥沙压力(5)浪压力(6)土压力主动土压力 被动土压力 表2-3 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（kNm）(+)(-)(+)(-)(+)(-)W81841.229984.48P129418.1724027.97P278.41.33104.27U1725.20U21858.83.15792.28Psk1.790.270.48Pwk22.524.5551.25Ea68.881.3391.61Ep413.281.33549.66818425843034.17491.6810638.4130433.47总5

28、6002542.49-19795.06 坝体抗滑稳定计算 经过计算求出的 大于容许最小抗滑安全系数。 所以在正常蓄水位下，溢流坝抗滑稳定满足要求。 应力计算 坝基允许压应力=2.83.0MPa ， 下游坝趾处应力小于坝基允许压应力，满足要求。 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 计算条件：上游水位22.85m,下游水位0.6m。 2.2.1主坝抗滑稳定计算与坝基应力计算荷载计算(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(4)泥沙压

29、力(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（kNm）(+)(-)(+)(-)(+)(-)W71502.34516766.75P13274.38.6228224.47P2103.71.53159U1833.980U21926.323.15971.59Psk1.790.270.48Pwk22.525.85581.65Ea68.881.3391.61Ep413.31.33549.667 1502760.33367.4751718075.4134869.78总4389.72850.47-

30、15794.37 坝体抗滑稳定计算经过计算求出的小于容许最小抗滑稳定安全系数。 所以在设计洪水位下，主坝的抗滑稳定不满足要求。 应力计算 坝基允许压应力=2.83.0MPa ，下游坝趾小于坝基允许压应力，满足要求。 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(4)浪压力表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（kNm）(+)(-)(+)(-)(+)(-

31、)W6050.24145.2P172.61.2892.93P20U103.80.9295.5Pwk22.53.8586.63605103.895.1145.2275.06总501.295.1-129.86 抗滑稳定计算 =3.43=1.05 经过计算求出的大于容许最小抗滑稳定安全系数。 所以在设计洪水位下，副坝抗滑稳定满足要求。 应力计算 坝基允许压应力=2.83.0MPa 0 ，上游坝址处未出现拉应力，满足要求。 ，下游坝踵处小于坝基允许压应力，满足要求。 综上所述，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

32、平静水压力P2(3)基处扬压力U图2-7 溢流坝坝基处扬压力(4)动水压力 (2-15) (2-16) 式中的个字母表示的含义如下： 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（kNm）(+)(-)(+)(-)(+)(-)W81841.229984.48P13265.368.5727984.13P2103.71.53159U1833.980U21926.

33、323.15971.59PH13.6213177.06PV49.667.55374.93Psk1.790.270.48Pwk22.525.85581.63Ea68.881.3391.61Ep413.31.33549.668233.72760.33358.53530.610870.235004.37总5473.42827.93-24134.17 坝体抗滑稳定计算经过计算求出的大于容许最小抗滑稳定安全系数。所以在设计洪水位下，溢流坝抗滑稳定满足要求。 应力计算坝基允许压应力=2.83.0MPa ， 下游坝趾处小于坝基允许压应力，满足要求。0 ， 上游坝踵处出现拉应力，不满足要求。 综上所述 ，应力

34、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 计算条件：上游水位23.04m,下游水位1m。2.3.1主坝抗滑稳定计算与坝基应力计算荷载计算 (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2-8 主坝坝基处扬压力(4)泥沙压力(5)浪压力(6)土压力 主动土压力： kN 被动土压力： KN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（kNm）(+)(-)(+)(-)(+)(-)W71502.34516766.75P13582.79.0132280.13P2122.51.67204.

35、58U1906.50U21997.93.16193.49Psk1.790.270.48Pwk22.527.04608.4Ea68.881.3391.61Ep413.31.33549.6671502904.43675.9535.817520.9939174.11总4245.63140.1-21653.12 坝体抗滑稳定计算 经过计算求出的小于容许最小抗滑稳定安全系数。 所以校核洪水位下，主坝抗滑稳定不满足要求。 应力计算 坝基允许压应力=2.83.0MPa ， 下游坝趾处小于坝基允许压应力，满足要求。 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

36、计算与坝基应力计算荷载计算(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2-9 副坝坝基处扬压力(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（kNm）(+)(-)(+)(-)(+)(-)W6050.24145.2P1124.51.68209.16P20U135.80.92124.95Pwk22.55.04113.4605135.8147145.2447.5总469.2147-302.3 抗滑稳定计算 =2.07=1.0 经过计算求出的大于容许最小抗滑安全系数。 所以在校核洪水位下，副坝抗滑稳定满

37、足要求。 应力计算 坝基允许压应力=2.83.0MPa 0 ，上游坝趾处未出现拉应力，满足要求。 ，下游坝踵处小于坝基允许压应力，满足要求。 综上所述，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(4)动水压力 式中各个字母表示含义如下：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：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（kNm）(+)(-)(+)(-)(+)(-)W8