某某水库除险加固工程设计学士学位毕业论文.doc

目录目录 摘要 1 Abstract 2 安沟水库地理位置图 3 安沟水库工程特性表 4 安沟水库大坝结构分析与溢洪道设计 5 1 工程现状及存在的问题 5 1 1 大坝及坝基 5 1 1 1 大坝概况 5 1 1 2 地形地貌 6 1 1 3 坝基地质 6 1 1 4 坝体填筑质量 7 1 1 5 大坝存在的问题 8 1 2 溢洪道 9 1 2 1 溢洪道概况 9 1 2 2 溢洪道地质 9 1 2 3 溢洪道存在的问题 9 2 设计依据 9 2 1 工程等别及建筑物等别 9 2 2 洪水标准 10 2 3 设计基础资料 10 2 4 采用的规范 10 3 总体设计方案 10 4 大坝 11 4 1 设计方案比较 11 4 2 防渗设计 13 4 2 1 坝体防渗 13 4 2 2 坝基防渗 13 4 3 加固后大坝渗流稳定分析 14 4 3 1 主坝加固后渗流稳定分析 14 4 3 2 加固后坝坡稳定计算 17 5 溢洪道 22 5 1 溢洪道右岸山坡挡土墙 22 5 2 溢洪道设计 23 5 2 1 工程现状 23 5 2 2 溢洪道过流能力计算 25 5 2 4 消能防冲计算 29 5 2 5 工程设计 30 结语 38 致谢 39 参考文献 40 附件一 英文专题翻译 41 英文原文 41 中文翻译 48 附件二 图纸 59 摘要 本设计对安沟水库的工程概况进行了介绍 并引用安沟水库大坝安全鉴定的结论 总结了大坝存在的问题 主要有坝体填筑质量较差 坝基砂卵石和强风化岩 以前的防 渗没有形成连续体系 渗漏严重 影响大坝安全 溢洪道下游未设消能设施 尾水直接下 泻到坝下游路面上 危及坝脚安全 针对这些问题本文提出了解决方案 并对各个方案 进行了比较计算 选出了最佳方案 坝体防渗措施选用连锁井柱混凝土防渗墙 坝基基 岩防渗用帷幕灌浆 溢洪道重新设计 最后对加固后大坝的渗流稳定和边坡稳定进行复 核 消能池进行复核等 保证大坝的安全性 确保改良措施达到除险加固的目的 关键词 防渗墙 帷幕灌浆 除险加固 稳定分析 Abstract The design introduceds the project s overview of Angou reservoir quotes the conclusion of Angou Dam s safety identify and summes up the problems of the dam mainly including the poor quality of the main body of Dam s filling and foundation of sand and gravel of weathered rock there is no continuous system seepagein the past and leakage is serious which are bad impact on dam s safety Downstream of Spillway has no energy dissipation facilities and the tail water falls directly to the lower reaches of the road of Dams which endangering the safety of Dam s foot In this paper we think out the solutions to these problems compares the various options and electes the best option Dam seepage control measures adopts Chain Well column concrete cut off wall impermeable bedrock foundation with curtain grouting spillway re designed after the last of the reinforcement of the seepage stability of dam and slope stability review energy dissipation pool such as the conduct of the review meeting to ensure the safety of the dam ensuring that the improvement measures can achieve the purpose of reinforcement Keyword Cut off Wall Curtain Grouting Reinforcement Stability Analysis 安沟水库地理位置图安沟水库地理位置图 图 1 安沟水库地理位置图 安沟水库工程特性表安沟水库工程特性表 数 量 序号项 目单位 现状加固后 备 注 一水文 1流域面积 2 km 8989 2设计洪水位m275 86274 41黄海高程系 下同 3校核洪水位m278 95278 48 4正常高蓄水位m270270 二主要建筑物 一 大坝 1坝型均质土坝心墙坝砼防渗墙 2坝顶高程m279 55278 97 3坝基高程m243243 4最大坝高m36 5536 55 5坝顶长度m295295 二 溢洪道 1进口底高程 m m270270 2宽顶堰长m3232 3控制段底宽m4646 4消能型式无消力池 安沟水库安沟水库大坝结构分析与溢洪道设计大坝结构分析与溢洪道设计 1 1 工程现状及存在的问题工程现状及存在的问题 安沟水库位于汝州市北 20km 焦村乡安沟村附近 属淮河流域沙颖河水系 工程处 于北汝河支流黄涧河上 水库控制流域面积 89km2 总库容 1530 27 万 m3 属中型水库 其设计防洪标准为 50 年一遇 校核洪水标准为 2000 年一遇 相应的正常蓄水位 270m 设计洪水位 274 41m 校核洪水位 278 48m 安沟水库下游保护区内有 5 万多人以及军事 光缆 省道洛界公路等 防洪位置重要 安沟水库枢纽由大坝 溢洪道 输水洞等建筑物组成 a 水库于 1959 年 9 月动工至 1960 年完成坝高 32m 1974 年续建加高 1982 年另 开溢洪道 直到 1983 年春完工 b 溢洪道位于大坝右岸 无闸门控制 型式为宽顶堰 长 32m 底宽 46m 堰顶高 程 270m 堰后接 1 10 陡坡 底宽收缩为 20m 的梯形断面 本区气候属于温暖带大陆性半湿润 半干旱气候 四季分明 具有冬长寒冷雨雪少 春季干旱风沙多 夏季炎热雨集中 秋季晴和日照长的特点 降水量 蒸发量 气温等 气候要素的年变化明显 年平均温度 14 2 多年平均降水量为 615 9mm 年际差别很 大 年内分配极不均匀 夏秋季受东南暖湿气流影响 降雨较多 6 月至 9 月降水占全 年降水量的 60 冬 春季节干旱 寒冷 少雨雪 历年平均无霜期 215 天 当地秋冬 季多为西北风 春夏季多为东南风 风力最大 8 级 风速可达 20m s 1 1 大坝及坝基 1 1 1 大坝概况 大坝为均质土坝 坝顶高程 279 55m 最大坝高 36 55m 右坝段 原主坝 坝顶宽 8 4m 坝顶长度 253m 防浪墙顶高程 280 05m 左坝段 原副坝 坝顶宽 3 6m 坝顶高 程 278 97m 坝顶长 98 5m 防浪墙顶高程 279 83m 坝基防渗工程采用粘土截水槽 槽 底宽 5m 深 7m 边坡 1 1 未将坝基砂卵石层截断 迎水坡为干砌石护坡 自上而下 坡率分别为 1 2 62 1 3 3 1 3 1 4 在高程 267 15 262 20 258 0 处变坡 下 游坡自上而下坡率为 1 2 0 1 2 75 1 3 4 1 2 16 在高程 267 16 255 62 248 54 处变坡 上游设马道 3 条 下游设马道 3 条 大坝典型断面如图 243 00 238 00 234 50 227 00 248 54 255 547 266 864 267 150 262 20 258 00 坝体壤土 截渗槽 排水棱体 堆石 坝基壤土 坝基砂卵石 坝基壤土 坝基砂卵石 坝基砂卵石 防渗墙 230184 277 853 279 55 275 86 设计洪水位 278 95 校核洪水位 1 2 62 1 3 3 1 3 1 4 1 2 0 1 2 75 1 3 4 1 2 16 280 05 图 2 大坝典型断面图 1 1 2 地形地貌 坝址区为高低起伏的剥蚀低山 左岸最高山顶高程 311 8m 高出河床 42 5m 左右 右岸最高山顶高程 308 1m 高出河床 39 1m 左右 两岸山高坡陡 基岩裸露 坝址区河 谷成 V 字形 底宽 200m 左右 两岸均为白云质灰岩 坡度 35 45 河床高程 原地面 约 242 246m 1 1 3 坝基地质 坝址区为高低起伏的剥蚀低山 左岸最高山顶高程 311 8m 高出河床 42 5m 左右 右岸最高山顶高程 308 1m 高出河床 39 1m 左右 两岸山高坡陡 基岩裸露 坝址区河 谷成 V 字形 底宽 200m 左右 两岸均为白云质灰岩 坡度 35 45 河床高程 原地面 约 242 246m 坝址区在勘探深度范围内揭露地层除坝体人工填土外 其下部为上更新统冲积成因 的砂卵石层和粉质粘土 下伏寒武系白云质灰岩 坝址区地层根据时代 成因 岩性及 其物理力学性特征 共划分为 7 个土 岩体单元 现由上到下分述如下 1 人工填土 主要为筑坝土 岩性以壤土为主 第 层 填筑土 QS 杂色 含有混凝土 可见碾压痕迹 具层理 偶含钙质小 结核 第 层 坝体填土 壤土 QS 褐黄色 稍密 可塑状 可见碾压痕迹 具层 理 偶含钙质小结核 2 第四系上更新统 冲积成因 为河床近期冲积物 岩性主要为砂卵石层和粉质粘土互层 主要在大坝 底部揭露 第 层 砂卵石层 Q3al 杂色 冲积成因 卵石为灰白色白云质灰岩 并夹有 少量紫红色石英砂岩 磨圆度较好 砂为灰黄色石英粗砂 第 层 粉质粘土 Q3al pl 褐黄 棕黄色 可塑状 可见针状孔隙 含铁锰质 氧化物 可见灰白色钙质条纹 含钙质结核 一般粒径 1 2cm 干强度较高 第 层 砂卵石层 Q3al 杂色 冲积成因 卵石为灰白色白云质灰岩 砂为灰 黄色石英粗砂 3 寒武系 河湖相沉积 岩性主要为白云质灰岩 第 层 白云质灰岩 灰色 灰白色 强风化白云质灰岩 岩芯破碎 多呈 碎屑或碎块状 第 层 白云质灰岩 灰色 灰白色 弱风化白云质灰岩 岩芯多呈柱状 最大柱长 30 50cm 岩石质量指标 RQD 值 55 75 根据 2001 年国家质量技术监督局发布的 中国地震动参数区划图 1 400 万 水 库区位于地震动峰值加速度 0 10 g 相应地震基本烈度 度 按 水工建筑物抗震设计规范 SL203 97 及 水库大坝安全评价导则 SL258 2000 规定 对 6 度区工程可不进行抗震复核 1 1 4 坝体填筑质量 根据本次地质勘察资料 坝体为均质土坝 填土岩性以壤土为主 坝体填筑质量差 夯实不密实 室内试验表明 坝体填土天然干密度平均值仅为 1 60g cm 干密度平均值 大于 1 63g cm3的占 31 根据 碾压土石坝设计规范 SL274 2001 规定的三级坝 压实度应为 96 98 因此坝体质量评价以压实度的 96 即 1 63 g cm3 进行评价 坝体施工质量较差 填土压实不均匀 大坝质量未达到设计要求 坝体质量较差 其物 理力学性质见表 1 1 和 2 2 表 1 1 坝体土物理性质指标统计表 岩性 特征值 含水量 W 比重 G 密度 g cm 3 干密度 dg cm 3 孔隙 比 e 饱和 度 Sr 液限 WL 塑限 WP 塑性 指数 IL 液性 指数 IP 填 土 样本数 n 38383838383838383838 下页见续表 岩性 特征值 含水量 W 比重 G 密度 g cm 3 干密度 dg cm 3 孔隙 比 e 饱和 度 Sr 液限 WL 塑限 WP 塑性 指数 IL 液性 指数 IP 最大值 max 25 12 732 011 690 81195 436 923 00 8716 3 最小值 min 18 92 701 801 500 61266 324 813 00 028 9 平均值 22 12 721 951 600 70086 030 617 50 3613 2 最小平 均值 20 52 711 881 550 65676 227 715 30 2811 1 标准差 1 610 0070 0520 0490 0546 0083 5682 1730 1741 844 变异系 数 0 070 0030 0260 0310 0770 0700 1170 1240 4810 134 表 2 2 坝体土力学性质指标统计表 剪切压缩渗透 直剪饱和快剪 岩 性 特征值 C kPa C kPa 压缩系数 a1 2 MPa 1 压缩模量 Es MPa 渗透系数 Kv cm s 样本数 n1717101024249 最大值 max41 42038 613 40 458 352 0E 5 最小值 min15 910 811 35 20 24 023 3E 6 平均值 28 59414 82926 318 790 3195 8261 26E 5 标准差 7 9292 9528 0822 4640 0821 4820 622 填 土 变异系数 0 2770 1990 30720 2800 2560 25430 493 1 1 5 大坝存在的问题 1 根据本次地质勘察资料 坝体为均质土坝 填土岩性以壤土为主 室内试验表明 坝体填土天然干密度合格率 31 小于规范规定的 90 坝体质量不合格 坝体填筑土质 不满足现行规范的要求 工程的设计及施工水平均较低 建坝时对上坝土料和碾压未作 严格要求 施工质量较差 2 河槽部分坝基主要是砂卵石层和壤土 地部为寒武系白云质灰岩 岩层裂隙发育 第四系土层或坝体填土接触部位为砂卵石层 透水严重 根据现场注水试验渗透系数为 2 18 5 91 m d 具强透水性 大坝没有形成连续的防渗体系 坝下游有多处渗水点明流 和冒水翻砂现象 渗漏严重 右岸坡下伏岩体和坝基下伏强风化白云质灰岩 渗漏量大 存在接触冲刷现象 坝体 截水槽与砂卵石接触面未设反滤 计算最大渗透坡降均大于 砂卵石允许渗透坡降 坝基渗流稳定不满足规范要求 坝基渗漏严重 3 主坝坝体多处裂缝 其中有几条贯穿性裂缝 1 2 溢洪道 1 2 1 溢洪道概况 水库于 1959 年 9 月动工 至 1960 年 7 月基本建成 1974 年续建加高 1982 年另开 右岸 西 溢洪道 直至 1983 年春完工 新开溢洪道设在水库右侧 进口高程 270m 型式为宽顶堰 底宽 46m 岸坡较陡 原溢洪道进口高程为 266m 现已封堵成为左坝段 原副坝 一部分 溢洪道进口座落在安山岩上 两侧和底部采用混凝土块石护砌 护砌标准低 质量 差 下游无消能防冲设施 尾水直接下泻到坝下游路面上 危及坝脚安全 按照 水库 大坝安全评价导则 SL258 2000 将溢洪道安全性定为 C 级 1 2 2 溢洪道地质 现用溢洪道位于大坝右侧 进口高程 270m 型式为宽顶堰 底宽 46m 堰后接 1 10 陡坡 底宽收缩为 20m 的梯形断面 岸坡较陡 建筑物底板及边墙地质为白云质 灰岩和砂卵石地基 1 2 3 溢洪道存在的问题 溢洪道右岸坡现状岩石风化 破碎 护底和原溢洪道边墙混凝土强度不够 表面剥 落 碳化严重和裂缝较多 溢洪道护砌不完整 护砌剥蚀严重 两边边墙高度不够 下 游无消能防冲设施 尾水直接下泻到坝下游路面上 危及坝脚安全 2 设计依据设计依据 2 1 工程等别及建筑物等别 安沟水库水库控制流域面积 89 总库容 1530 27 万 属中型水库 根据 水 2 km 3 m 利水电工程等级划分及洪水标准 SL252 2000 和 防洪标准 GB50201 94 工 程等级为 等 相应主要建筑物级别为 3 级 安沟水库下游保护区内有 5 万多人以及军 事光缆 省道洛界公路等 防洪位置重要 2 2 洪水标准 根据水库规模及防洪任务 其原防洪标准为 50 年一遇设计 2000 年一遇校核 本 次水库大坝除险加固设计仍采用防洪标准为 设计洪水标准为 50 年一遇 校核洪水标准 为 2000 年一遇洪水的计算 设计防洪标准为 50 年一遇 校核洪水标准为 2000 年一遇 相应的正常蓄水位 270m 设计洪水位 274 41m 校核洪水位 278 48m 2 3 设计基础资料 1 安沟水库大坝安全综合评价报告 2007 年 5 月 2 安沟水库平面布置图 纵剖面图 3 安沟水库土坝横断面图 4 安沟水库监测报告 2 4 采用的规范 1 水利水电工程等级划分及洪水标准 SL252 2000 2 中华人民共和国国家标准 GB50201 94 3 碾压土石坝设计规范 SL274 2001 4 溢洪道设计规范 SL253 2000 5 中国地震动峰值加速度区划图 2001 6 水利水电工程地质勘测规范 GB50287 99 7 水力计算手册 3 总体设计方案总体设计方案 考虑到安沟水库的总体情况 本次除险加固设计主要做了如下工作 1 挡水建筑物 为了确保水库安全 有必要对大坝坝体及基础接触部位进行防渗处理 根据我省其 他大中型水库坝身 坝基防渗处理的经验 结合本工程实际情况 本着经济 实用 高 效的原则 采用坝身设置防渗墙的工程措施 降低坝体浸润线 同时解决基础接触部位 渗漏问题 对大坝进行加固处理 使渗水能自由地向坝外排出 且满足反滤要求及便于 观测和检修 防止渗流出逸处产生渗透变形 为了增强大坝的防渗性能 本次除险加固 设计对坝体及基岩面以上坝基进行防渗处理 自强风化基岩面以下采用灌浆帷幕 防渗 墙和灌浆帷幕的中心线均与坝轴线重合 灌浆帷幕采用单排孔 孔距 1 5 米 2 泄水建筑物 现状溢洪道存在诸多问题 本次设计针对这些问题进行 例如 下游无消能防冲设 施 则建立消力池 其中 包括底流消能 挑流消能及面流消能的方案比较 护底和原 溢洪道边墙混凝土强度不够 表面剥落 碳化严重和裂缝较多 则需将这些拆除 重新 加固设计 溢洪道过短 且地基为砂砾石 下游冲刷严重 需新建边墙 护底 4 大坝大坝 4 1 设计方案比较 土石坝质量问题主要具体表现在 渗漏 滑坡和裂缝 我们一般处理渗漏的原则是 上堵下排 上堵的措施有垂直防渗和水平防渗 下排的措施有 在坝体背水坡脚附近 开挖导渗沟 减压井等 上游水平防渗措施一般有水平粘土铺盖和铺土工膜等 它可以 增加渗径 降低渗透坡降 减少渗漏量 但不能完全截断渗流 防渗铺盖的优点是造价 低 施工简单 但当长度超过一定限度后 防渗效果并不能显著增加 其中土要慎重 必须了解土的分布情况 厚度 干容重以及粘土下面覆盖层的厚度 粒径组成和透水性 等 二是人工填筑粘土铺盖长度与坝前设计水头比 一般有 7 8 倍 最大也有超过 10 倍 三是铺盖粘土渗透系数应小于 1000 倍地基的渗透系数 四是粘土铺盖要避免与河床覆盖 层渗透系数 K 10cm s 透水层接触 五是铺盖粘土要封闭大坝两侧岸坡 避免绕渗 垂直防渗方案一般有粘土截水槽 帷幕灌浆 高压喷射灌浆 混凝土防渗墙 劈裂 灌浆防渗 冲抓套井回填粘土防渗 土工合成材料防渗 射水造孔混凝土防渗等 与水 平防渗相比 垂直防渗能够可靠 有效地截断渗流 在不完全封闭透水地基的情况下防 渗效率也比水平防渗高 在技术可行 经济合理的前提下 应优先采用垂直防渗方案 安沟水库大坝渗漏是由于当时施工质量控制不严 碾压密实度不够 防渗墙和截渗 槽未形成连续体系等原因造成的 为从根本上解决坝体渗漏问题 需对大坝进行防渗加 固处理 安沟水库大坝为均质坝 坝体填土为低液限粘土 可采用的防渗加固主要措施有 选择以下三种方案进行比较 方案 大坝劈裂灌浆 劈裂式切断软灌浆是运用坝体应力分布规律 用一定的灌浆压力 将坝体沿坝轴线 方向劈裂 同时灌注合适的泥浆 形成铅直连续的防渗泥墙 堵塞漏洞 裂缝或弱层 以提高坝体的防渗能力 同时通过浆 坝互压和湿陷 使坝体内部应力重分布 提高坝 体变形稳定性 该方法造价低 施工相对简单 便于操作 投资低 在对均质土坝渗漏处理中应用 相对较多 但劈裂灌浆质量不易控制 处理效果与土质情况 浆液容重 灌浆压力等因 素密切相关 处理效果可靠性差 方案 连锁井柱防渗墙 连锁井柱是用人工分层挖井 井内分层浇筑混凝土井圈 达到基岩后 再回填素混 凝土或粘性土 然后逐个相连成防渗墙 井柱直径一般采用 2 0 2 5m 井壁厚 0 15 0 25m 施工时 先做主井 后作副井 井底与基岩接触处应设齿墙 墙嵌入基岩 0 5 1 0m 若基岩破碎 则还要设灌浆帷幕 此种防渗墙既可用于处理坝基的渗漏 又可用处理坝体的渗漏 这种防渗墙的优点 是施工中很少使用机械 施工技术较易掌握 也便于组织人力在全线多井并进作业 一 缩短工期 由于施工和排水的困难 这种墙只宜用于透水层的深度不超过 20m 用于坝 体防渗 则还可以深些 方案 高压喷射灌浆法造防渗墙 高压喷射灌浆是利用工程钻机 将安上特制喷嘴的注浆管下到设计要求的预定位置 然后用高压水泵 空气压缩机 高压泥浆泵将水或浆液通过喷嘴按预定方向喷射出来 冲击破坏土体 使一部分细小土粒随浆液冒出地面 其余土粒在喷射流束的冲击力 离 心力 重力等综合作用下 与浆液搅拌混合 并按一定的浆土比例和重量大小 有规律 地重新排列 待浆液凝固以后 在土内形成一定形状的固结体 固结体的形状与喷射流 移动方向有关 高喷灌浆法具有施工速度较快 固结体强度大 可靠性高等优点 与普通灌浆法相 比还具有以下特点 其在覆盖层中不存在可灌性问题 浆液不易流失 能保证预期的加 固范围和控制固结的形状 能在钻孔中任何一段内施工 可以倾斜方向喷射施工 采用 水泥浆液 不会造成环境和地下水的污染 且耐久性较好 施工噪声较小 其最显著的 特点是不受库水位的干扰 虽然方案 投资较低 但是施工质量难以保证 不可靠 且泥墙设计厚度要根据土 坝土质 碾压质量 隐患性质和坝高等情况来综合确定 据现场查看 安沟水库坝面出 现数条横向裂缝 其中有几条贯穿性裂缝 在劈裂式灌浆形成帷幕的时候 因为这些横 向裂缝的存在 不仅会导致漏浆 冒浆现象 而且这些横向裂缝的存在 也会使所形成 的浆体帷幕质量较差 因此 该方案不适合本工程 方案 与方案 比较 二者均对大坝防渗处理有着很好的效果 在对均质土坝渗漏 处理中应用较为广泛 但是 方案 从技术的角度分析 高压喷射灌浆形成的防渗体 多呈复合型 具有良好的防渗性能 渗水先经渗透凝结层 再进入防渗性极强的浆皮层 最后才能到达呈木纹状的墙体核心 然后沿相反的层次穿过防渗体 由于是多层复合体 削减渗水压力作用较为明显 高喷灌浆施工技术要求高 防渗效果不稳定 同时还存在 入岩搭接问题 成墙不直接 整体性检测难度大 虽施工技术参数有比较完善的经验数 据 但防渗体及防渗效果的现场检测较为困难 本次防渗最大深度超过 50m 高喷灌浆 的最佳深度在 40 米以内 二者比较 方案 施工便于操作 质量容易控制 且工程造价 略低 且有工程经验 丹江口水库水利枢纽左岸为土石坝 最大坝高 56m 施工质量较 差 干容重合格率低 采用连锁井柱防渗墙处理后 防渗效果明显 通过强的水头损失 约为 50 故予以采用 4 2 防渗设计 4 2 1 坝体防渗 根据比选结果 坝体防渗采用连锁井柱混凝土防渗墙方案 坝体施工质量较差 填土压实不均匀 大坝质量未达到设计要求 坝体质量较差 鉴于以上严重情况 本设计在比较几种防身方案的基础上 选择最优方案进行防渗处理 防渗墙上至坝顶 下至坝基下 5m 且必须满足 防渗板墙的渗透系数和防渗板墙的抗渗 坡降 渗透系数 K 1 0 10 6cm s 抗渗坡降 Jmax 80 防渗墙厚度的确定 根据公式 H J 式中 H 为作用在防渗墙上的水头差 m J 渗透破坏坡降 防渗墙厚度 取偏于安全工况 H 60 J 80 计算得 0 750 取墙厚为 0 8m 防渗墙的材料 防渗墙材料的选择考虑以下因素 防渗墙的物理力学性能 施工机 械和工艺过程要求 防渗墙厚度 材料供应条件和价格 施工经验等 为了满足拌合料 质量 输送 灌注的要求 拌合料和易性要好 不离析 不沉淀 水泥采用 425 普通硅酸盐水泥 卵石粒径为 10 20mm 砂料为中粗砂 造浆粘土要 求塑性指数大于 20 粒径小于 0 005mm 的粘粒含量在 50 以上 含砂量小于 5 4 2 2 坝基防渗 安沟水库河槽部分坝基主要为砂卵石层和壤土 底部为寒武系白云质灰岩 岩层裂 隙发育 第四系土层或坝体填土接触部位为砂卵石层 透水严重 根据现场注水试验渗 透系数为 2 18 5 91m d 具强透水性 主坝砂卵石层之下 副坝坝基 右坝肩有 0 6 2 2m 的强风化白云质灰岩 大坝没有形成连续的防渗体系 坝下游有多处渗水点明 流和冒水翻砂现象 渗漏严重 对于砂卵石的垂直防渗措施 由于砂砾石地基透水层很深 粘性土截水槽和混凝土 防渗墙的实施就有困难 可采用帷幕灌浆法 简单来说 就是利用高速射流切割掺搅土 层 改变原土层的结构和组成 同时灌入水泥浆或复合浆形成凝结体 以达到加固地基 和防渗的目的 对于基岩的垂直防渗措施 无论从施工条件 防渗效果还是工程造价 采用灌浆帷 幕是很适宜的 本次设计 该部分采用灌浆帷幕进行防渗处理 帷幕灌浆孔宜采用回转 式钻机钻进 帷幕插入弱风化基岩深度至少一米 第一层砂砾石层以下采用帷幕灌浆 帷幕灌浆深度由地质报告提供的渗透剖面图确 定 防渗墙和灌浆帷幕的中心线均与坝轴线重合 灌浆采用单排孔 孔距 1 5m 灌浆前 需在现场做实验 确定灌浆参数 帷幕灌浆按分序加密的原则进行 分为三序施工 在 灌浆过程中 可根据实际情况适当添加速凝剂 以达到速凝早强目的 坝基帷幕灌浆采 用重复灌浆法 安排在防渗墙施工后进行 钻孔采用回转式钻机钻进 成孔后必须进行 清洗 压水 之后方可进行灌浆 幕灌浆的钻孔灌浆按设计排定的顺序 逐渐加密 两 排孔或多排孔帷幕 大都先钻下游排 再钻灌上游排 最后钻灌中间排 同一排孔多按 3 个次序钻灌 灌浆方法均采用全孔分段灌浆法 灌浆完成后 坝体内未灌浆孔用粘土 球回填并导实 施工完成后按照设计要求打检查孔 进行压水试验 检查灌浆效果 4 3 加固后大坝渗流稳定分析 4 3 1 主坝加固后渗流稳定分析 1 计算模型和计算断面选取 坝体坝基以及塑性混凝土防渗墙一并进行渗流稳定和结构稳定分析 选择河槽段典 型横断面作为计算断面 该断面上游坡坡比自上而下为 1 2 62 1 3 3 1 3 1 4 下游坡坡比自上而下依次为 1 2 1 2 75 1 3 4 坝高 36 55m 采用平面有限元分析方法进行渗流计算 瑞典圆弧法进行边坡稳定计算 其中考虑 了孔隙水压力的作用 采用有效应法进行计算 大坝渗流 稳定分析采用北京理正软件 设计研究所的分析软件计算 2 计算理论 大坝渗流计算采用平面有限元法进行计算 由于大坝已运行多年 可认为主体完全 固结 采用不可压缩渗流方程 认为渗透系数各向同性 稳定渗流水头函数满足如下方 程 根据达西定律和连续条件 x H kv xx y H kv yy 0 y v x v y x 可得二维渗流方程 0 y H k yx H k x yx 式中 分别为 x 向和 y 向的渗流速度 x v y v 分别为 x 向和 y 向的渗流系数 x k y k H 为渗流场中某一点的渗压水头 m 3 分析计算工况 主坝加固后渗流分析工况 工况 1 正常蓄水位 270m 与下游相应水位 242m 工况 2 设计洪水位 274 41m 与下游相应水位 242m 工况 3 校核洪水位 278 48m 与下游相应水位 242m 工况 4 水位骤降 校核水位降至正常蓄水位 4 计算参数的选取 各土层计算参数采用地质报告建议值 见表 3 3 表 3 3 渗透系数取值表 部位土层定名渗透系数 cm s 渗透系数 m d 坝体填土壤土 1 11 10 5 0 00959 塑性混凝土墙混凝土 1 0 10 6 0 000864 坝基砂卵石 4 75 10 3 4 104 坝基强风化白云质灰岩 4 54 10 4 0 3923 坝基弱分化白云质灰岩 2 5 10 4 0 216 坝基粉质粘土 2 29 10 6 0 00198 坝基 防渗帷幕 1 0 10 5 0 00864 排水棱体堆石渣料 1 0 10 2 8 64 5 计算结果 渗流分析采用软件计算结果有稳定渗流场的浸润线 水力坡降 任意点的流场数据 及单宽渗流量 渗流计算结果见下页表 4 4 表 4 4 渗流计算结果 上游水位下游水位水头 计算 工况 m m m 防渗墙 渗透坡降 下游出 口最大 坡降 防渗帷幕 渗透坡降 计算单宽 渗流量 m3 d m 正常蓄水 位 270242285 140 063 580 11 设计洪水 位 274 4124232 416 010 066 670 88 校核洪水 位 278 4824236 486 430 066 00 96 水位骤降278 48 降至 270 24236 48 降至 28 4 880 064 300 79 计算结果简图如下 工况 1 正常蓄水位 270m 与下游地面高程 242m 的稳定渗流情况下 图 3 正常蓄水位大坝流网图 工况 2 设计洪水位 274 41m 与下游相应水位 242m 图 4 设计洪水位大坝流网图 工况 3 校核洪水位 278 48m 与下游相应水位 242m 图 5 校核洪水位大坝流网图 工况 4 水位骤降 校核水位降至正常蓄水位 图 6 水位骤降下大坝流网图 第四天 5 计算成果的分析 坝体渗流稳定分析 1 有渗流理论计算知 大坝浸润线逸出点都在棱体排水体内 不会发生渗透破环 因 此 大坝渗流稳定满足要求 坝基的渗流稳定性分析 2 根据渗流程序计算得出的流网计算 大坝下游出口最大坡降为 0 06 且渗透坡降都 小于允许值 因此 大坝下游坝基渗流稳定满足要求 4 3 2 加固后坝坡稳定计算 1 依据资料 坝体土的物理 力学指标 见下页表 5 5 1 表 5 5 边坡稳定计算采用的参数 C kPa 坝料 湿容重 KN m 3 饱和容重 KN m 3 水上水下水上水下 坝体坝基壤土19 1620 0325 922 212 610 6 排水棱体2022 6003235 碓石2022 6003235 坝基砂卵石20 721 4003234 坝基粉质粘土19 920 1242015 414 1 坝基强风化白云 质灰岩 25 625 630030021 821 8 坝基弱风化白云 质灰岩 26 226 280080033 833 8 防渗墙24243503503030 帷幕灌浆17173503503030 计算断面选取 2 稳定分析计算断面采用本次设计断面 所取断面为大坝上主河槽最大坝高断面 大 坝计算断面图如下 图 7 安沟水库大坝典型断面图 2 计算方法 根据 碾压式土石坝设计规范 SL274 2001 对大坝采用瑞典圆弧法进行抗滑稳 定计算 3 计算工况 根据 碾压式土石坝设计规范 SL274 2001 的要求 并结合水库的运行情况 计 算工况为 正常工况 1 正常蓄水位时形成稳定渗流期上 下游坝坡稳定 设计洪水位时形成稳定渗流期上 下游坝坡稳定 非常工况 2 校核洪水位时形成稳定渗流期下游坝坡稳定 库水位由校核洪水位降落至正常蓄水位时上游坝坡稳定 安沟水库区位于地震动峰值加速度 0 10 g 相应地震基本烈度 度 按 水工 建筑物抗震设计规范 SL203 97 及 水库大坝安全评价导则 SL258 2000 规定 对 6 度区工程可不进行抗震复核 4 坝坡稳定分析成果 安沟水库大坝稳定性按三级建筑物标准进行核算 安全系数满足 正常情况不小于 1 30 非常 1 情况不小于 1 20 非常 2 情况不小于 1 20 经计算 大坝抗滑稳定安全系 数见下表 6 6 表 6 6 边坡稳定计算结果 计算 条件 计算工况 允许最小安 全系数 折减后允许 最小安全系 数 上游坡抗 滑安全系 数 下游坡抗 滑安全系 数 备注 正常蓄水位 1 301 1961 3041 215 正常运用 条件 设计洪水位 1 301 1961 2711 217 校核洪水位骤 降至正常水位 1 201 1041 264 非常运用 条件 校核洪水位 1 201 104 1 210 采用瑞典圆弧 法计算坝坡稳 定时 安全系 数可降低 8 计算结果简图如下 正常工况 1 a 正常蓄水位时形成稳定渗流期上游坝坡稳定计算结果简图如下 图 8 正常蓄水位上游坝坡稳定计算结果简图 b 正常蓄水位时形成稳定渗流期下游坝坡稳定计算结果简图如下 图 9 正常蓄水位下游坝坡稳定计算结果简图 a 设计洪水位时形成稳定渗流期上游坝坡稳定计算结果简图如下 图 10 设计洪水位上游坝坡稳定计算结果简图 b 设计洪水位时形成稳定渗流期下游坝坡稳定计算结果简图如下 图 11 设计洪水位下游坝坡稳定计算结果简图 非常工况 2 校核洪水位时形成稳定渗流期下游坝坡稳定计算结果简图如下 图 12 校核洪水位下游坝坡稳定计算结果简图 库水位由校核洪水位降至正常蓄水位时上游坝坡稳定计算结果简图如下 图 13 库水位由校核洪水位降至正常蓄水位时上游坝坡稳定计算结果简图 5 坝坡稳定分析结论 参考 水利水电工程等级划分及洪水标准 SL252 2000 碾压式土石坝设计规 范 SL274 2001 三级建筑物的容许安全系数为 正常情况 1 30 非常情况 1 20 采 用瑞典圆弧法计算坝坡稳定时 安全系数可降低 8 坝坡在正常情况和非常情况下均大 于各自的允许安全系数 满足规范要求 5 溢洪道 5 1 溢洪道右岸山坡挡土墙 大坝上游右岸山坡堆积大量松散材料 很容易滑坡 堵塞溢洪道进口 为防止右岸 山坡松散材料滑坡 在右岸山坡修建 M7 5 浆砌石重力式 挡土墙长 40m 最大墙高 3m 顶宽 0 5m 底宽 2m 混凝土基础高 0 50m 两侧外伸各 0 5m 宽 3m 挡墙每隔 10m 设一道沉降缝 在墙后回填土时 应先于墙背填筑一层不小于 0 5m 厚的砂石料 墙 身每隔 3m 设一直径为 0 1m 的排水孔 用理正软件对安沟水库浆砌石挡土墙稳定计算采用以下方法 沿建基面的抗滑稳定按以下抗剪强度公式进行 P Wf Kc 式中 Kc 抗滑稳定安全系数 按三级建筑物取 K 基本 1 05 K 特殊 1 0 f 边墙与基面接触面的抗剪摩擦系数 取 f 0 55 W 作用于边墙上的全部荷载对计算滑动面的法向分量 P 作用于边墙上的全部荷载对计算滑动面的切向分量 抗倾覆稳定计算公式 0 0 M M K y 式中 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 Ko 抗倾稳定安全系数 按规范取 Ko 1 5 地基承载力校核 P MM L 21 1 2 1 L Le 6 1 L e Lb P 下 上 式中 L1 合力作用点到上游端点的距离 e 偏心距 底板上 下游端的地基应力 取 800 1000Kpa 下 上 边墙稳定复核 最不利情况进行计算 计算简图如下 图 12 12 图 13 浆砌石挡土墙计算简图 滑移验算满足 Kc 3 833 1 300 倾覆验算满足 K0 3 620 1 500 趾处地基承载力验算满足 压应力 46 121 600 000 kPa 踵处地基承载力验算满足 压应力 25 595 650 000 kPa 地基平均承载力验算满足 压应力 35 858 陡槽属陡坡 即陡槽首端水深 8 911m k I 1 h k h 水面曲线用能量守衡公式 进行逐段试算 陡槽首断 1 Pppsps JisEE 面为第一断面 各断面间距分别为 15m 24 5m 共 3 个断面 第一断面 桩号 0 138 7 宽度为 20m 8 911m 217 923 1 b 1 h 1 39 926m 1 X 2222 111 28 911 1 0 91 6 2 9 8 8 91112 517 s Ehqghm 第二断面 桩号 0 153 7 宽度为 20m 假设 5 029m 则 2 b 2 h 113 245 31 246m Q 16 179m s 2 2 X 2 V 2 算出 22 222 218 348 s Ehqghm 14 99915s 说明假设的 029m 很合适 用同样的方法计算其他各断面 2 h 陡槽的边墙高度 H 为 H h 式中 安全超高 取 0 5m 计算结果见表 7 7 表 7 7 陡槽段水面线计算结果表 断面位置 第一断面 桩号 0 138 7 第二断面 桩号 0 153 7 第三断面 桩号 0 178 2 计算水深 m 9 285 0293 875 计算要求边墙高 m 9 785 534 38 2 二级陡槽水面线计算 二级陡槽首端 宽度为 b 20m 则 q Q b 91 6m3 s 通过溢洪道水流在陡槽进口处 将形成临界水深 hk k kk mhb hmhb g Q 2 3 2 计算见图如下 图 16 二级陡槽示意图 坡率 1 5 6 根据以上公式迭代 得出临界水深 hk 算得 7 875 m k h 取混凝土糙率 n 0 018 代入公式 得 74 058 则 6 1 1 R n c k c 临界坡度 22223 2 036 10 kkkk iQKQCR I 0 154 陡槽属陡坡 即陡槽首端水深 7 875m k I 1 h k h 水面曲线用能量守衡公式 进行逐段试算 以陡槽首 1 Pppsps JisEE 断面为第一断面 各断面间距分别为 14m 14m 共 3 个断面 第四断面 桩号 0 243 5 宽度为 20m 7 875m 250 523 1 b 1 h 1 48 394m 1 X 2222 111 27 875 1 0 91 6 2 9 8 7 87510 603 s Ehqghm 第五断面 桩号 0 257 5 宽度为 20m 假设 5 458m 则 2 b 2 h 153 845 39 679m Q 11 908m s 2 2 X 2 V 2 算出 22 222 212 693 s Ehqghm 13 99914s 说明假设的 5 458m 很合适 用同样的方法计算其他各断面 2 h 陡槽的边墙高度 H 为 H h 式中 安全超高 取 0 5m 计算结 果见表 8 8 表 8 8 陡槽段水面线计算结果表 断面位置 第四断面 桩号 0 243 5 第五断面 桩号 0 257 5 第六断面 桩号 0 271 5 计算水深 m 7 8755 4584 831 计算要求边墙高 m 8 385 965 33 5 2 4 消能防冲计算 一级陡槽按 30 年一遇洪水进行消能防冲设计 溢洪道下泄流量 Q 415 83m3 s 消能 池计算简图见下图 图 17 消能池 一级陡槽第一共轭水深 收缩水深 取为尾部斜段末端水深 即 hc 3 875m 第二 共轭水深 跃后水深 25 0 2 1 3 2 8 11 2 b b gh qh h c c c 式中 水流动能校正系数 取 1 q 单宽流量 q 415 83 20 20 791 s 2 m 消力池首 末端宽度 取 1 1 b 2 b 1 b 2 b 算得 hc 7 355m hc hs hs 为下游水深 hs 5 143m 一级陡槽下游是 砂卵石地基 故需设消能防冲设施 消力池深度 zhhd sc 式中 水跃淹没系数 取 1 1 算得 d 1 007m 取 d 1 1m 消力池长度 Lsj Lj Lj 6 9 hc hc 式中 Lj 水跃长度 取值在 0 7 0 8 之间 算得 Lj 15 263m 取消力池长度 L 15m 二级陡槽按 30 年一遇洪水进行消能防冲设计 溢洪道下泄流量 Q 415 83 s 3 m 二级陡槽第一共轭水深 收缩水深 取为尾部斜段末端水深 即 hc 4 831m 第二 共轭水深 跃后水深 25 0 2 1 3 2 8 11 2 b b gh qh h c c c 式中 水流动能校正系数 取 1 q 单宽流量 q 415 83 20 20 79 s 2 m 消力池首 末端宽度 取 1 1 b 2 b 1 b 2 b 算得 hc 6 705m hc hs hs 为下游水深 hs 5 089m 二级陡槽及其下 游是砂卵石地基 故需设消能防冲设施 消力池深度 zhhd sc 式中 水跃淹没系数 取 1 1 算得 d 0 5105m 取 d 0 6m 消力池长度 Lsj Lj Lj 6 9 hc hc 式中 Lj 水跃长度 取值在 0 7 0 8 之间 0 8 算得 Lj 11 150m 取消力池长度 L 12m 5 2 5 工程设计 1 设计概述 溢洪道右岸坡现状岩石风化 破碎 本次设计拟采用 C20 混凝土护砌 护砌长 71 米 护砌高 10 70 米 到高程 278 70 厚 30cm 用断面比能公式计算 溢洪道边墙不够 本次设计拟对 0 000 0 138 7 部分溢洪道 边墙加高 加高边墙采用厚 50cm 的 C20 混凝土 护底和原溢洪道边墙混凝土强度不够 表面剥落 碳化严重和裂缝较多 本次设计 拟对护底和原溢洪道边墙全部拆除重建 其中 第一断面 桩号 0 138 7 至第三断面段 桩号 0 178 2 为一级陡槽段 底 板采用 C20 砼衬砌 上层为 0 60m 厚钢筋砼 根据溢洪道设计规范 为加强陡槽底板的 稳定 用 20 锚固钢筋把底板锚固在基岩上 锚固钢筋间距 2m 梅花型布置 底板表 面布置 12 双向构造钢筋 间距 0 2m 底板设 0 05m 排水孔 间距 3m 梅花型布置 陡槽底板设纵缝 缝距 9m 靠近边墙的缝距取 5m 缝宽 20mm 内填沥青油毡 第三断面 桩号 0 178 2 至桩号 0 193 2 处设一级消力池 一级消力池为钢筋混凝 土结构 底板厚 1 00m 一级消力池内设 0 05m 的排水孔 间距 3m 梅花形布置 一 级消力池两侧用钢筋混凝土护坡护砌 厚 50cm 边坡 1 0 5 边墙顶高程 258 70m 在 高程 251 42m 和高程 254 42m 设两排 0 05mPVC 排水孔 桩号 0 193 2 至第四断面 桩号 0 246 5 处 采用钢筋混凝土护底 护底厚 0 5m 两侧为扶壁式挡土墙 扶壁式挡土墙采用 C25 钢筋混凝土 墙宽 0 5m 墙趾悬挑长 1 0m 墙踵悬挑长 4 0m 底板高 0 6 m 墙趾端部高 0 4m 扶肋间距 3m 扶肋厚 0 5m 挡土墙上设 0 05m 排水孔 间距 3m 梅花型布置 第四断面 桩号0 246 5 与第五断面 桩号0 2