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设计洪水位:
320.72m
校核洪水位:
321m
5.2工程总体布置及主要建筑物
水库始建于1969年,是一座以灌溉为主,兼顾防洪、水产养殖等综合利用的小
(2)型水库工程。
枢纽工程由大坝、溢洪道、输水管等建筑物组成。
大坝为粘土心墙坝,坝顶长120m,顶宽10m,坝顶高程321m,最大坝高14.2m,上游坡坡比1:
2,未护砌,下游坡分布二级平台,其中一级平台宽8m,坡比1:
2,二级平台宽20m,坡比1:
2,为草皮护坡。
溢洪道位于大坝左端,为开敞式宽顶堰,堰顶宽2.5m,堰顶高程319m,设计最大泄量为8.1m3/s。
输水管位于大坝右端,为一圆形涵管,进口高程309m,管径0.3m,设计流量0.2m3/s。
输水管进口型式为框架式,设铸铁闸门一扇,配5吨螺杆式启闭机一台。
5.3除险加固设计
5.3.1存在的主要问题
根据杨湾水库安全鉴定结果,水库大坝目前存在以下问题:
1、大坝欠高,防洪能力不满足现行规范要求。
2、大坝上游坡未护砌,浪坎严重,下游坝坡散浸,无反滤排水设施。
3、溢洪道仅开挖成泄洪沟,无消能防冲设施。
4、输水管进口工作桥、排架、启闭机房质量差,闸门、启闭机锈蚀,拉杆变形,不能安全运行。
5、大坝无观测设施,防汛道路路况差,白蚁危害严重,无管理设施。
5.3.2大坝加固设计
5.3.2.1大坝设计计算
大坝计算包括:
(1)坝顶高程计算;
(2)坝体坝基渗流计算;
(3)坝坡稳定计算。
5.3.2.1.1坝顶高程复核
杨湾水库现状坝顶高程为321m,正常蓄水位320m,经本次复核设计洪水位320.72m,校核洪水位321m。
根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001),坝顶高程等于水库水位与超高之和。
按以下运行工况计算,取其最大值:
(1)设计洪水位+正常运用情况下坝顶超高;
(2)校核洪水位+非常运用情况下坝顶超高。
按水库区域气象特征,多年平均最大风速15.6m/s,设计风速:
设计水位时采用当地多年平均最大风速的1.5倍,即w=23.4m/s,校核水位时采用当地最大风速,即w=15.6m/s,北风向与坝轴线垂直,吹程0.35km。
设计工况坝前水深13.9m,校核工况坝前水深14.2m,上游坝坡坡比1:
2.0.
坝顶超高计算公式为:
y=R+e+A (5-1)
式中:
y—坝顶超高,m;
R—波浪爬高,m;
e—风雍水面高度,m;
A—安全超高;
Ⅳ级坝,正常运用情况下,A=0.5m;
非常运用情况下,A=0.3m。
1、计算
a、平均波浪爬高计算公式:
(5-2)
Kw—经验系数,由风速w、坝前水深h、重力加速度g组成的无维量,查《碾压土石坝设计规范》中表A.1.12-2确定,结果见表5-3。
m—斜坡系数,m=2.0
—平均波高(m,对丘陵、平原地区水库采用鹤地水库公式计算)
(5-3)
计算出h2%后,查表A-1-8可得平均波高,结果见表5-3。
Lm—平均波长(m,采用鹤地公式)
(5-4)
计算结果见表5-3。
D—风区长度(m)
W—计算风速(m/s)
—斜坡糙率系数,除险加固采用砼护坡,取=0.90
g—重力加速度,取9.81m/s2
—平均波浪爬高(m)
将以上参数代入(4-2)式,计算结果见表5-3。
按《碾压土石坝设计规范》,设计爬高值对4、5级土石坝取累积概率P=5%的爬高值R5%。
R5%=×
K5%
式中R5%—累计概率为5%的波浪爬高值;
K5%—折算系数,在《碾压土石坝设计规范》表A.1.13查得为1.84;
计算结果见表5-3。
b、风雍水面高度e
由于风雍水面高度e数值很小,可以忽略不计。
c、安全加高
杨湾水库大坝为5级建筑物,设计标准A=0.5m,校核标准A=0.3m。
d、坝顶超高计算
坝顶超高计算公式:
y=R+e+A;
2、坝顶高程
坝顶高程等于水库静水位与超高之和,按以下运用情况计算,取大值:
a、设计洪水位加正常运用情况的坝顶高程
b、校核洪水位加非常运用情况的坝顶高程
本工程地震基本烈度为度,故超高可不考虑地震影响,根据表5-3,杨湾水库大坝坝顶高程为322.45m,而大坝现状高程为321m,故水库大坝欠高1.45m
表5-1坝顶高程计算表
Kw
(m)
平均波高(m)
Lm
平均波浪爬高(m)
波浪爬高R(m)
坝顶超高y(m)
坝顶高程(m)
正常运用情况
1.08
0.488
5.395
0.666
1.23
1.726
322.45
非常运用情况
1.01
0.266
3.597
0.375
0.69
0.990
321.99
5.3.2.1.2坝体、坝基渗流计算
根据《杨湾水库大坝地质评价报告》的结果,据工程地质勘察报告,大坝渗透主要表现为坝基与上部填土之间接触不紧密,存在细小渗水通道,地下水不断从坝基与大坝填土间的细小通道中渗出,危及坝体安全,造成大坝背水面下游坡脚局部散浸,危及到大坝正常运行。
因此本次整险加固主要针对坝基接触带、坝体进行防渗处理。
对大坝现状和大坝防渗处理后的情况进行渗流分析。
(1)渗流计算方法
本次大坝渗流计算采用武汉水利电力大学编制的渗流计算程序,计算采用二元二维稳定渗流计算法,计算断面取河床部位最大坝高处。
基岩按多孔介质土层渗流并按各向同性考虑。
(2)计算水位条件
计算的水位条件:
按本次初步设计的调洪计算结果,上游库水位分别取上游正常蓄水位320m,设计洪水位320.72m,校核洪水位321m,对上述各工况,下游均无水。
(3)渗流计算分析
①大坝渗流有限元计算工况组次为:
不作防渗处理时,库水位分别为校核洪水位321m,设计洪水位320.72m,正常蓄水位320m的工况;
对坝基、坝体进行防渗处理时,库水位分别为校核洪水位321m,设计洪水位320.72m,正常蓄水位320m的工况。
②参数选取
据地质勘探现场及室内实验提供的渗透系数,大坝现状选定的渗透系数见表5-2,5-3
表5-2计算采用的大坝各土层渗透系数(加固前)
分区部位名称
渗透系数
允许渗透坡降
(cm/s)
(m/d)
最大断面处
坝体
1.42×
10-4
0.495
0.63
坝基
1.19×
10-5
0.0103
表5-3计算采用的大坝各土层渗透系数(加固后)
计算断面
土层
渗透系数(cm/s)
最大坝高处
1.0×
0.0865
③计算结果
大坝渗流计算结果见表5-4、5-5,渗流场等势线分布图见插图。
计算结果表明,在坝体进行防渗处理及在背水面坝坡设置排水设施后,浸润线降低,加固前最大渗透坡降为0.385,加固后最大渗透坡降为0.342,且浸润线出逸点高程降低,渗流量明显减小,大坝渗流状态明显改善。
表5-4大坝渗流计算成果(加固前)
计算工况
下游坝坡
渗漏量
(m3/d.m)
工况
库水位
最大出逸比降
出逸点高程(m)
正常蓄水位
319
0.201
309.65
0.347
表5-5大坝渗流计算成果(加固后)
校核洪水位
321
0.342
309.8
0.164
设计洪水位
320.72
0.335
308.52
0.151
320
0.327
307.96
0.120
5.3.2.1.3坝坡稳定计算
一、计算条件
根据《防洪标准》(GB50201-94)和《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000),水库枢纽工程的规模为小
(2)型,工程等别为Ⅴ等,主要建筑物为5级建筑物。
根据《水库大坝安全评价导则》(SL258-2000)的要求,本次复核采用的防洪标准为10年一遇洪水设计,50年一遇洪水校核。
校核洪水位为321m,设计洪水位为320.72m,正常蓄水位为320m,死水位为310.75m
根据渗流计算结果,水库大坝在河床段各段面的渗流情况比较接近,河床段最大断面代表性较好,取该断面为抗滑稳定计算断面。
根据国家地震动峰值图该区动峰值为0.05g,工程区的地震基本烈度为Ⅵ度,本次计算不考虑地震荷载的作用。
根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)并结合水库的运行情况,计算工况取:
1、正常工况
(1)设计洪水位320.72m下形成稳定渗流时下游坝坡稳定;
(2)正常高水位320m下形成稳定渗流时上游坝坡稳定;
(3)死水位310.75m下形成稳定渗流时上游坝坡稳定。
2、非常工况
(1)校核洪水位320.72m下形成稳定渗流时下游坝坡稳定;
(2)校核洪水位320.72m骤降至正常蓄水位320m时上游坝坡稳定;
二、计算参数的选取
根据本次《杨湾水库初步设计地质报告》,选取大坝土料的有关物理力学指标,进行稳定分析计算,计算参数见表5-6.
表5-6水库大坝稳定分析计算参数表
工程
土的类别
湿重度
(KN/m3)
饱和重度
抗剪强度
C(MPa)
内摩擦角
φ(°
)
粘土
19
19.23
36.16
13.10
弱风化泥质砂岩
24
24.25
90.00
27.00
三、计算方法
1、分析方法及依据
根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001),对4级建筑物,在以上的计算工况下,确定抗剪强度采用有效应力法计算,采用不计及条块间作用力的瑞典圆弧法进行计算,又采用计及条块间作用力的简化毕肖普法进行抗滑稳定计算。
根据规范(SL274-2001),在水库水位降落期及水位稳定渗流期,采用瑞典圆弧法进行稳定分析时,其抗滑稳定安全系数的公式为:
K=
(有效
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