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武 汉 论 大 文 学 答 辩,课题：陡堰水库除险加固设计 专业：水利水电工程 2012年六月,背景,自建国以来，加大了对水利工程的投入，建设了许多水库，带来了巨大的社会经济效益。然而随着时间的推移，许多水库都开始出现不同程度的破坏，严重威胁当地人民的生命财产安全。因此，对病险水库的除险加固处理成为我国近年来水利建设的重点任务之一。本次设计中，陡堰水库就属于建国初修建，目前运行出现严重安全隐患的病险水库。,设计任务,工程简介,基本资料 陡堰水库始建于1964年，位于枣阳市吴店镇，属滚河、优良河支流。是一座以灌溉为主，兼顾防洪等综合效益的小(2）型水库。水库正常水位121.00米，设计水位121.26米，校核水位121.39米。 水库枢纽由大坝、输水涵管构成，无溢洪道。大坝为均质土坝，最大坝高为5.1米，坝顶长240米。大坝上游无护坡，受侵蚀严重。下游为草皮护坡，遭破坏严重。输水管位于坝体左侧，内径0.2米，无闸门和启闭设施。,主要病险问题 陡堰水库建成以来，在常年的运行中，由于管理不善以及长年累月的冲蚀，大坝存在各种各样的问题，对大坝的安全运行构成了巨大威胁。主要问题如下： 1.坝体土质较差，填筑不密实，渗透性偏大，坝基清基不彻底，坝体、坝基出现明显渗漏和坝坡的多处塌陷，严重危及大坝安全； 2.大坝坝高不足，低于防洪要求； 3.大坝上游无护坡，冲蚀破坏严重；下游草皮护坡局部坍塌，且无反滤、排水设施； 4.大坝无溢洪道，常年低水位运行，不满足泄洪要求； 5.输水涵管老化严重且过流能力不满足设计要求； 6.水库无监测、通讯设施，管理技术落后。,第一部分,一.调洪演算,演算方法：根据水量平衡原理进行，方程 式如下： （Q1+Q2）t/2-（q1+q2）t/2=V2-V1 调洪演算成果：,二.坝顶设计,现状：坝顶欠高，路面不平，硬度不足 设计方案：根据防洪要求，设计坝高122.22米，培土加厚坝顶设计坝宽3米。考虑到坝顶路面有交通要求，整平坝顶路面压实后设20cm的泥结石路面，并使路面设向下游1:100的坡度，以方便排除雨水。,三.上游坝坡,现状：上游护坡坡度无护砌，存在浪坎、塌陷现象。沿线多处塌滑，全部已形成至坝顶的陡坎，大坝上游坝坡在各种工况下稳定性均不满足规范要求。 加固方案：加固方案是先对大坝上游坝坡进行清理，然后进行填土加厚，使上游面坝坡坡度保持1:2。培厚时填土需碾压密实，对于厚度较大处，还需需分层压实；。此外对坝坡进行整平后应该铺设10cm的砂石垫层，然后再铺C20预制混凝土护坡,其厚度为12cm，根据规范预制混凝土板的分块尺寸取为长3.0m宽2.5m，上游护坡从坝脚开始护坡至坝顶结束，在坝脚可设置C20砼脚槽，槽深50cm，宽30cm。伸缩缝为直缝，缝宽2.0cm，内充填沥青杉板。并设PVC排水管，孔径3cm，排水孔布置在板中间。,.四.下游坝坡,现状：大坝下游为草皮护坡，但是长期受到侵蚀破坏，致使下游草皮护坡不完整，而且护坡上有杂草以及树木分布，不满足规范要求。 加固方案：移植坝坡零星树木，清除坝坡杂草，然后坡度1:2培土加厚设计。同时仍然采用草皮护坡，草皮护坡带沿坝轴线布置，草皮带宽0.3m，两侧空白区域宽0.5m。,五.排水设施,下游坝坡：采用贴坡排水保护，防渗体从内到外依次为10cm厚粗砂、15cm厚碎石、25cm厚块石，共0.5米厚。 坝脚排水:坝坡与岸坡连接处，设置排水沟，排水沟断面尺寸30cm20cm（宽高），采用10cm厚 C20砼衬砌，以及10cm厚垫层。,六.渗漏处理,坝体：采用劈裂灌浆 坝基：采用帷幕灌浆 原理：根据土体水力避裂原理，在灌浆压力作用下，劈开坝体灌注浆液，使浆坝互相挤压，最后形成一定厚度的连续整体泥墙，从而起到防渗的作用,方法：沿着坝轴线单排布置灌浆孔，孔距取2米，孔径取8cm。,渗流分析,本次大坝渗流计算采用有限元二维稳定渗流计算方法，取计算断面为河床最大断面。采用里正渗流分析软件计算加固前后的渗流情况。 加固成果：加固后在各工况下，单宽流量以及坡降均满足设计要求。,稳定分析,本次设计采用简化毕肖普法进行抗滑稳定计算。计算采用北京理正渗流稳定边坡稳定的计算程序完成，自由水面线由渗流分析成果确定。 计算成果，在各工况下稳定性均满足设计要求。,第二部分,一.设计方案,设计方案：原大坝无溢洪道，为了满足防洪需求，根据实际地形以及设计规范，拟定在大坝右岸开挖河岸式溢洪道。,1.进水段设计 进水段采用矩形断面引水，收缩部分全长2米。首端取4米，末端与溢流堰等宽，为2米。进口段两侧设重力式挡土墙，高度由0.8米渐变到1.0米。底板开挖成水平，用C20钢筋砼衬砌。,溢洪道模型图,2.控制段设计 控制段采用无闸门控制 的宽顶堰形式 ,堰顶高程121米。长3米，净宽2米。 边墙用重力式混凝土结构，高1.0m，顶宽0.4m。边墙与底板采用分离式结构。,交通桥位于控制段，净跨为2m，桥面高程122.20m，桥面总宽2.8m，桥台为C20钢筋砼，栏杆为C25钢筋砼，,3.泄槽段设计 泄槽拟定为矩形断面，宽度2米，长为12米，底坡采用单一坡度布置，坡度取 1：4，槽尾部高程为118.00米。 泄槽底板采用40cm厚C20钢筋砼护砌；泄槽底板横向分缝，间距3米，用橡胶止水带止水，缝内沥青杉板填塞，底板与边墙为整体式结构 。,4.消力池设计 泄槽末端接消能防冲设施，消力池长3m，深0.5m，宽2.0m，底板高程为118.00m。消力池出口设尾坎，高0.5m，坎顶高程118.50m。,二.水力计算,1.过流能力 宽顶堰自由泄流的过流能力按下式计算： 计算成果如下： 根据结论，过流满足要求。,2.临界坡度 计算公式： 计算成果： 根据设计取得坡度1:4，大于临界坡度，故泄槽为陡坡，水面线为降水曲线。,3.正常水深 按照明渠均匀流公式计算： 由上述公式整理得： 根据上式采用试算法求得正常水深：,4.水面线计算 采用分段求和法，公式如下： 泄槽首端水深h1 取用控制段末端的临界水深hk 。将有关数值代入水面线计算式中，计算两断面之间距离 ，各种洪水位情况下的水面线计算成果见下表：,5.边墙计算 溢洪道泄槽高度计算H以及水流掺气水深hb公式为： 根据水面线计算结果，求得各水位下边墙高度，过程如下：,6.消力池计算 1）水跃共轭水深h2可按下列公式计算： 根据泄槽计算可知；其中收缩断面取设计水位下泄槽末端的水深 h1=3.83m，V1=0.0364 带入上诉公式求得Fr1=6.41，h2=0.312m。 2）水跃长度 可按下式计算： 带入结果可求得L=1.9米,3）池长与池深 等宽矩形断面下挖式消力池的池深 和池长 按下列公式计算： 计算池长Lk=1.5米 池深d=0.328米 根据计算结果得设计池长3米，池深0.5米均符合要求,结束语,在老师指导和同学的帮助下，本次设计基本完成了预定目标。通过这次设计，不仅巩固了大学所学知识，锻炼了我处理实际问题的能力，也让我了解了水库加固设计这一前言课题。目前我国水库除险加固处理已取得了许多成果，但是如何进一步降低工程成本、提高效益，是急待解决的问题。对水库除险加固设计处理依旧任道而重远。,致谢,历时近半年，从论文选题到搜集整理资料，从开题报告的编写到初稿的编写及反复修改，经历了许多挫折、彷徨和孤独寂寞。但是在老师的细心指导和同学热情帮助下，基本完成了设计任务，特此向给我无私帮助的老师、同学、朋友、家人致以诚挚的谢意。 首先感谢我的毕设指导老师田兴参老师，是在田老师的细心指导下，我才得以顺利完成本次设计任务。此外要特别感谢我大一大二时期的班主任张劲松老师，张老师对我的鼓励与关怀，我将铭记于心。同时要感谢大学四年来所有传授我文化知识与专业技能的老师们，特别是大三大四学年，各位老师的的教导让我获益匪浅，在此我