水库除险加固设计毕业设计

1、 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

2、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。残骛楼諍锩瀨濟溆塹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SummaryThisdesign,thePSreservoirreinforcementdesign,PSreservoirisloc

3、atedinShaheCityintheworksforasmall(2)fiveotherprojects,themainbuildingforthefivemaindamandauxiliarydam,spillwayandsuchaswaterholesinfourparts.Themaintaskofthehubtofloodcontrol,irrigationandfordrinkingwatermain.PSreservoirstatusquoexistingproblemsareasfollows:Damfoundationslidingdoesnotmeettherequire

4、mentsofserioushighwaterlevelofdamleakageCrestelevationdoesnotmeetthespecificationrequirementsWaterholegatevalvedamageDamdownstreamenergydissipationandscourprotectionfacilitiesApreliminarycheckofthemainproblemsofreservoirstatusquo,theneedforthereservoir.Themaincontentsincluderetainingmonolithstabilit

5、yagainstslidingcalculationandstressforreview,thestabilityagainstslidingcalculationandstressforreviewoftheSpillway,Spillwayoverthewatercapacityandenergydissipationcalculation.Thecalculationofdamstabilityagainstslidingisanimportantpartofthegravitydamdesign,withtheaimofcheckingthedamalongthedamfoundati

6、onstabilityagainstslidingsafety,usetheformulatodistinguishdamwhethertomeettherequirementsofstabilityagainstsliding.Thecalculateddamstabilityagainstslidingincertainconditionsdoesnotmeettherequirements.Thepurposeofthestressanalysisistotestdamduringtheconstructionandusemeetthestrengthrequirements,theus

7、eofmechanicalmeansofcheckingstresstomeettherequirements.Calculateddamincertainconditionsdoesnotmeettherequirements.SpillwayflowcapacitycheckingandeliminatethebasisforcalculatingthespillwaydesignspecificationSL253-2000calculation.Calculatedtomeettherequirements.ProblemsintheabovecheckthePSreservoirre

8、inforcement,tomeetthenormaloperationofthereservoir.Keywords:PSreservoirreinforcement,slidingstabilitycalculation,thestressreview酽锕极額河北工程大学毕业设计0目录TOC o 1-5 h z摘要0Summary11综合说明01.1工程概况01.2水文01.2.1流域概况0气象1水文1泥沙11.3工程地质条件11.4工程除险设计22水库大坝现状情况校核32.1正常蓄水位下的坝体抗滑稳定计算与坝基处应力计算32.1.1主坝抗滑稳定计算与坝基应力计算32.1.2副坝抗滑稳定计

9、算与坝基应力计算82.1.3溢流坝抗滑稳定计算与基应力计算102.2设计洪水位下的抗滑稳定计算与坝基应力计算132.2.1主坝抗滑稳定计算与坝基应力计算132.2.2副坝抗滑稳定计算与坝基应力计算152.2.3溢流坝抗滑稳定计算与坝基应力计算172.3校核洪水位下的抗滑稳定计算与坝基应力计算212.3.1主坝抗滑稳定计算与坝基应力计算212.3.2副坝抗滑稳定计算与坝基应力计算242.3.3溢流坝抗滑稳定计算与坝基应力计算252.4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.292.4.1主坝抗滑稳定计算与坝基应力计算292.4.2副坝抗滑稳定计算与坝基应力计算322.4.3溢

10、流坝抗滑稳定计算与基应力计算342.5溢流面过流能力验算372.6消能防冲计算373除险加固工程设计383.1大坝防洪复合设计38大坝防洪加固方案383.1.2坝顶高程计算393.2大坝防渗设39存在的问题39防渗方案39坝基防渗403.3主坝加固后抗滑稳定计算与应力复合计算403.3.1正常蓄水时，主坝抗滑稳定计算和应力复合413.3.2设计洪水位时，主坝抗滑稳定计算和应力复合443.3.3校核洪水位时，主坝抗滑稳定计算和应力复合473.3.4地震情况下，正常蓄水时，主坝抗滑稳定计算和应力复合493.4溢流坝加固后抗滑稳定计算与应力复合计算523.4.1正常蓄水位时，溢流坝抗滑稳定计算与应力

11、复合533.4.2设计洪水位时，溢流坝抗滑稳定计算和应力复合563.4.3校核洪水位时，溢流坝抗滑稳定计算和应力复合593.4.4地震情况下，正常蓄水时，溢流坝抗滑稳定计算和应力复合.62河北工程大学毕业设计 TOC o 1-5 h z3.5溢流面加固设计663.5.1溢流面加固方案663.5.2溢流坝过流能力验算及消能防冲验算663.6放水洞维修加固663.6.1加固方案设计663.6.2放水洞流量计算673.7防浪墙及坝顶设计67 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document DAMSAFETYANDEARTHQUAKES68英文文献翻译：71谢辞73

12、参考文献75河北工程大学毕业设计 1综合说明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4km2,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。謾饱兗争詣繚鮐癞别濾。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。呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚。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22

13、m,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，反弧半径4m。莹谐龌薪賞组靄绉嚴减。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：麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。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

14、该水库大坝为三类坝。納畴鳗吶鄖12水文121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，除汛期洪水径流较大外，其他月份径流量很小。風撵鲔貓水库控制流域面积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13.0C13.7C；年极端最高气温42C；年极端最低气温19.

15、6C。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。非汛期多年平均最大风速为15.0m/s，无霜期220240天左右。铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝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。攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸。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

16、沙淤积高程仅0.8m。趕輾雏纨颗锊讨跃满賺。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分述如下：夹覡闾辁駁档驀迁锬減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。视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝。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

17、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：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值为0.10g。緦徑铫膾龋轿级镗挢廟。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。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。騅憑钶銘侥张礫阵轸蔼。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

18、极大作用。但水库运行多年水库出现了诸多问题：主要有；疠骐錾农剎貯狱颢幗騮大坝基础抗滑不满足要求，坝体高水位时渗漏严重。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：镞锊过润启大坝结构处理，增加其抗滑稳定性。大坝防渗设计。大坝结构复合。溢流坝加固设计。放水洞维修加固。防浪墙及坝顶设计。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.

19、5m3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Y=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=y=7150KN副坝单宽自重W=yV=605KN溢流坝单宽自重W=yV=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。211主坝抗滑稳定计算与坝基应力计算荷载计算坝体自重W二7150kN(2)静水压力上游水平静水压力P1(2-1)(2-2)P=1yH2=1x9.8x24.52=2941kN1212下游水平静水压力P2P=1yH2=1x9.8x42=78.4kN222

20、2坝基处扬压力UT图2-1主坝坝基处扬压力上游水面至坝基高度H=24.5m、1下游水面至坝基高度H=4.m2坝基长度T=18.5mU=U+U=(yH+yH)XT=12122(9.8x24.5+9.8x4)x18.5(2-3)=2584kN泥沙压力Psk(2-4)TOC o 1-5 h z1串P=Yh2tg2(45。n)sk2nn2式中：Y泥沙浮容重，取Y=8.82KN/m3nnh计算点以上的淤积高度，取h=0.8m,nn屮泥沙内摩擦角，取屮=13。nnPskh2tg2(45。一n)=nn22x&82xo.82xtg23&5。1.79kN（5）浪压力Pwk由于沙河市汛期多年平均最大风速16.7m

21、/s吹程D可取平均水面宽的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TOC o 1-5 h zh二0.0136v32D13（2-5）b0L二0.389vD13（2-6）m0式中：h波高bL一平均波长，m；mV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0可采用多年最大风速），m/s；有资料可知V=16.7m/s。0D一风区长度，m；可近似取D=1075m。g一重力加速度，9.81m/s2。计算得h=0.95m,L=6.65m。bm由于空气阻力小于水阻力波浪中心线高于水面一定高度hz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h1Lm2

22、，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单位宽度上的浪压力可按下式计算：Pwk-yL(h+h)(2-7)4wmbznh22nHh=5%cth(2-8)zLLmmLL+2nhHm-lnmb-(2-9)cr4兀L-2兀hmb式中：P单位宽度坝面上的浪压力，kN/m。wkh一波高，m。bh一波浪中心线至计算水位的高度，m。zH使波浪破碎的临界水深，m。cr内摩擦角为25。(2-10)图2-2主坝坝顶处浪压力经计算得：h=0.43m，H=0.52m，P=22.5kNzcrwk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,上游为主动土压力，下游为

23、被动土压力。K=tan2(45。-)称为主动土压力系数，计算得0.41TOC o 1-5 h za2K二tan2(45+)称为被动土压力系数，计算得2.46p2取土的容重Y=21kN/m3主动土压力：E=1yH2K=-x21x42x0.41=68.88kNa2a2被动土压力：11(2-11)E=yH2K=x21x42x2.46=413.28kNp2p2表2-1作用于主坝的各力和力矩大小方向表何载垂直力(kN)水平力(kN)力臂(m)力矩(kNm)!(+)t(-)f(+)T-)(+)/W71502.34516766.75P129418.1724027.97P278.41.33104.27U172

24、5.20U21858.83.15762.28Psk1.790.270.48Pwk22.524.5554.25Ea68.881.3391.61Ep413.281.33549.66z715025843034.17491.6817420.630433.59工总4566!2542.4913012.91坝体抗滑稳定计算f工WK=-(2-12)乙P式中：f抗剪强度计算公式中的摩擦系数；Y作用于坝体上全部荷载(包括扬压力，下同)对滑动平面的法向分值；YP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

25、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f=0.65。邁茑赚陉宾呗擷鹪讼凑f工4566计算K=存=黑x0.65=1.17K=1.05经过计算求出的K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工W工M=+0(2-13)嵝yuTT2嵝(2-14)工W6工M=0ydTT2式中:b一用于坝踵垂直应力，kPa；yub用于坝趾垂直应力，kPa；ydYW用于坝体上全部荷载(包括扬压力，下同)对滑动平面的法向分值;EM作用在计算截面以上的全

26、部荷载对坝基截面形心O的力矩总和;0T一计算截面沿上下游方向的长度，m；工W6工Mb=+0yuTT24566丄6x(13012.91)18.52=246.81228.13=18.68kPa工W6工Mb=0ydTT245666x(13012.91)1852=246.81+228.13=474.94kPa坝基允许压应力b=2.83.0MPab0，上游坝踵处未出现拉应力，满足要求。yubVb，下游坝址处小于坝基允许压应力，满足要求。yd综上所述，应力满足要求。212副坝抗滑稳定计算与坝基应力计算荷载计算坝体自重W二605kN水平静水压力上游水平静水压力P1P=1YH2=1X9.8X2.52=30.6

27、kN122下游水平静水压力P2P=02扬压力U图2-3副坝坝基处扬压力坝前水面至坝基咼度H=2.5m坝基长度T二5.5mU=1yHT=1x9.8x2.5x5.5=67.38KN22浪压力P=22.5kNwk表2-2作用于副坝的各力和力矩大小及方向表何载垂直力(kN)水平力(kN)力臂(m)力矩(kNm)!(+)t-(+)T-)(+)/W6050.24145.2P130.60.8325.5P20U67.380.9262Pwk22.52.556.25z60567.3853.13145.2143.75工总537.62!53.131.45抗滑稳定计算f工W53762K=x0.65=6.58K=1.05

28、乙P53.13经过计算求出的K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yu=IW+涯=咤+倬=97.75+0.29=98.04kPaTT25.55.52yd耳-竽=警-窖=97.75-0.29=97.46kPa5.5坝基允许压应力b=2.83.0MPab0,上游坝踵处未出现拉应力，满足要求。yubVb，下游坝址处小于坝基允许压应力，满足要求。yd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坝体自重W=8184kN3水平静水压力上游水平静水压力PP=1YH2=1x9.8x24.52=2941kN1212下游水平静水压力P2P=1YH2

29、=1X9.8X42=78.4kN2222坝基处的扬压力U图2-4溢流坝坝基处扬压力图T185+U=(YH+yH)X=(9.8X24.5+9.8x4)x=2584kN21222泥沙压力P=-yh2tg2(45。匕)=-x8.82x0.82xtg238.5。=1.79kNsk2nn22浪压力P=225kNwk土压力主动土压力E=1YH2K=1X21X42X0.41=68.88kNa2a2被动土压力E=1YH2K=1X21X42X2.46=413.28kNp2p2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)!(+)t(-)f(+)-(+)/W8

30、1841.229984.48P129418.1724027.97P278.41.33104.27U1725.20U21858.83.15792.28Psk1.790.270.48Pwk22.524.5551.25Ea68.881.3391.61Ep413.281.33549.66z818425843034.17491.6810638.4130433.47z总5600J2542.49T9795.06/k二曇=J60L乙P2542.49x0.65=1.43K=1.05坝体抗滑稳定计算经过计算求出的K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。应力计算工W6工Mb=+0yu

31、TT256006x(19795.06)18.52=302347=45kPabyd56006x(19795.06)18.51852=302+347=649kPa坝基允许压应力b=2.83.0MPabVb,下游坝趾处应力小于坝基允许压应力，满足要求。ydbVO,上游坝踵处出现拉应力，不满足要求。yu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坝体自重W二7150kN1水平静水压力上游水平静水压力P1P=1YH2=1X9.8X25.852=3274.3kN1212下游水平静水

32、压力P2P=1YH2=1X9.8X4.62=103.7kN2222基处扬压力U图2-5主坝坝基处扬压力上游水面至坝基高度H=25.85m、i下游水面至坝基高度H=4.6m2坝基长度T=18.5mTOC o 1-5 h zT185U=(YH+yH)X=(9.8x25.85+9.8x4.6)x=2760.3kNi222泥沙压力P=1yh2tg2(45。匕)=1x8.82x0.82xtg238.5。=1.79kNsk2nn22浪压力P=22.5kNwk土压力主动土压力:E=1YH2K=1x21x42x0.41=68.88kNa2a2被动土压力:E=1YH2K=1x21x42x2.46=413.28k

33、Np2P2何载垂直力(kN)水平力(kN)力臂(m)力矩(kNm)!(+)t(-)f(+)T-)(+)/W71502.34516766.75P13274.38.6228224.47P2103.71.53159U1833.980U21926.323.15971.59Psk1.790.270.48Pwk22.525.85581.65Ea68.881.3391.61Ep413.31.33549.66表2-4作用于主坝上的各力及力矩大小和方向表Z71502760.33367.4751718075.4134869.78工总4389.7!2850.47-15794.37/坝体抗滑稳定计算k二孚=_4389

34、7乙P2850.47x0.65=1.000，上游坝址处未出现拉应力，满足要求。yubvb，下游坝踵处小于坝基允许压应力，满足要求。yd综上所述，应力满足要求。223溢流坝抗滑稳定计算与坝基应力计算荷载计算坝体自重W=8184kN3水平静水压力上游水平静水压力P1P=-Y(H2h2)=1-X9.8X(25.8521.352)=3265.36kN1212h为水面至溢流坝堰顶的距离，h=1.35m下游水平静水压力P2P=1YH2=1X9.8X4.62=103.7kN2222基处扬压力U图2-7溢流坝坝基处扬压力上游水面至坝基高度H=25.85m、i下游水面至坝基高度H=4.6m2坝基长度T=18.5

35、mTOC o 1-5 h zT185U=(yH+yH)X-=(9.8x25.85+9.8x4.6)x=2760.3kNi222动水压力(2-15)(2-16)作用于溢流坝的动水压力水平分量P=qV(cosa-cosa) HYPERLINK l bookmark18 o Current Document Hg21作用于溢流坝的动水压力垂直分量P=qV(sina+sina)Vg21式中的个字母表示的含义如下:a、a反弧段最低点两侧弧段所对的中心角，a=55。，a=25。1212反弧段上的平均流速，m/s水容重，m3/(s-m)q单宽流量，m3/(s.m)，q=2.90g重力加速度，m/s2由水力学

36、教材中公式9.4求下游收缩断面水深hc(2-17)查表9.1流速系数申=0.9计算得h=0.21mc由q=VhcaV=r=13.81m/sc所以动水压力水平分量为P=(cosa-cosa)=13.62kNHg21动水压力垂直分量为=V(sina+sina)=49.66kNg_泥沙压力h2tg2(45nn-匕)=1X8.82X0.8X2tg238.5。=1.79kN22浪压力P=22.5kNwk土压力主动土压力:E=1YH2K=1X21X42X0.41=68.88kNa2a2被动土压力：E=1YH2K=1X21X42X2.46=413.28kNp2p2k二曇=54728乙P2827.93x0.6

37、5=1.25K=1.05经过计算求出的K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yu=W+汪=54728+6X(一241347)=293.4-423.1=-129.7kPaTT218.518.52yd=空-空=沁-6X(一241347)=293.4+423.1=716.5kPa坝TT218.518.52何载垂直力(kN)水平力(kN)力臂(m)力矩(kNm)!(+)t(-)f(+)T-)(+)/W81841.229984.48P13265.368.5727984.13P2103.71.53159U1833.980U21926.323.15971.59P

38、H13.6213177.06PV49.667.55374.93Psk1.790.270.48Pwk22.525.85581.63Ea68.881.3391.61Ep413.31.33549.66z8233.72760.33358.53530.610870.235004.37工总5473.4!2827.93-24134.17/表2-6作用于溢流坝的各力及力矩大小和方向表坝体抗滑稳定计算基允许压应力C=2.83.0MPabVc,下游坝趾处小于坝基允许压应力，满足要求。ydcVO,上游坝踵处出现拉应力，不满足要求。yu综上所述，应力不满足要求。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：

39、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坝体自重W二7150kN1水平静水压力上游水平静水压力P1P=1YH2=1X9.8X27.042=3582.7kN1212下游水平静水压力P2P=1YH2=1X9.8X52=122.5kN2222基处扬压力U|eY1-U1H-厂T图2-8主坝坝基处扬压力上游水面至坝基高度H=27.04m、1下游水面至坝基高度H=5m2坝基长度T=18.5mTOC o 1-5 h zT185U=(YH+yH)X=(9.8X27.04+9.8x5)x=2904.4kNi222泥沙压力11P=Yh2tg2(45。-)=x8.82x0

40、.82xtg238.5。=1.79kNsk2nn22浪压力P=22.5kNwk土压力主动土压力：E=1YH2K=1x21x42x0.41=68.88kNa2a2被动土压力：E=1YH2K=1x21x42x2.46=413.28KNp2P2表2-7作用于主坝的各力及力矩大小和方向表何载垂直力(kN)水平力(kN)力臂(m)力矩(kNm)!(+)t(-)f(+)T-)(+)/W71502.34516766.75P13582.79.0132280.13P2122.51.67204.58U1906.50U21997.93.16193.49Psk1.790.270.48Pwk22.527.04608.4

41、Ea68.881.3391.61Ep413.31.33549.66z71502904.43675.9535.817520.9939174.11工总4245.6!3140.1-21653.12/坝体抗滑稳定计算f工W42456K二=x0.65=0.79k=1.0经过计算求出的K大于容许最小抗滑安全系数。所以在校核洪水位下，副坝抗滑稳定满足要求。应力计算yu5.52+空=竺+6x(一沁)=85.31-59.96=25.35kPaTT25.5byd469.26x(302.3)5.55.52=85.31+59.96=145.27kPa坝基允许压应力b=2.83.0MPab0，上游坝趾处未出现拉应力，满

42、足要求。yubvb，下游坝踵处小于坝基允许压应力，满足要求。yd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坝体自重W3二8184kN水平静水压力河北工程大学毕业设计11 上游水平静水压力P1P=-Y(H2-h2)=1X9.8X(27.042-2.542)=3551.1kN1212h为水面至溢流坝堰顶的距离，h=2.54m下游水平静水压力P2P=1YH2=-X9.8X52=122.5kN2222基处扬压力U图2-10溢流坝坝基扬压力上游水面至坝基高度H=27.04m、1下游水面至坝基高度H=5m2坝基长度T=18.5mTOC o 1-5 h zT185U=(YH+

43、yH)X=(9.8X27.04+9.8x5)x=2904.4kN1222一cosa)动水压力作用于溢流坝的动水压力水平分量P=YqV(cosaHg2+sina)作用于溢流坝的动水压力垂直分量P=YqV(sinaVg2河北工程大学毕业设计 式中各个字母表示含义如下:a、a反弧段最低点两侧弧段所对的中心角，a=55，a=25；1212V反弧段上的平均流速，m/s；Y水容重，m3/(s-m)q单宽流量，m3/(s.m)，161.77q=22g重力加速度，m/s2。由水力学教材中公式9.4求下游收缩断面水深hc查表9.1流速系数申二0.9计算得h=0.5mc由q=VhnV=14.7m/schc所以动水

44、压力水平分量为=V(cosa一cosa)=36.74kNi动水压力垂直分量为=翌V(sinag2+sina)=13398kNi泥沙压力Psko=Yh2tg2(452nnix8.82x0.82xtg238.5=1.79kN浪压力P=22.5kNwk土压力主动土压力:E=1YH2K=1X21X42X0.41=68.88kNa2a2被动土压力：E=1YH2K=1X21X42X2.46=413.28kNp2p2表2-9作用于溢流坝的各力和力矩大小及方向表何载垂直力(kN)水平力(kN)力臂(m)力矩(kNm)!(+)t(-)f(+)T-)(+)/W81841.229984.48P13551.18.87

45、31498.26P2122.51.67204.58U1906.50U21997.93.16193.49PH36.7413477.62PV133.987.551011.55Psk1.790.270.48Pwk22.527.04608.4Ea68.881.3391.61Ep413.31.33549.66z8317.982904.43644.27572.5210816.3439403.79工总5413.58!3071.75-28587.45/坝体抗滑稳定计算x0.65=1.15K=1.0也W=5413.28工P3071.75经过计算求出的K大于容许最小抗滑稳定安全系数。所以在校核洪水位下，溢流坝抗滑

46、稳定满足要求。应力计算5413.28丄6x(28587.45)18.518.52=292.63501.17=208.54kPa工W6工Mb=+0yuTT2yd5413.586x(28587.45)18.518.52=292.63+501.17=793.8kPa坝基允许压应力b=2.83.0MPabVb，下游坝趾处小于坝基允许压应力，满足要求。ydbVO,上游坝踵处出现拉应力，不满足要求。yu综上所述，应力不满足要求。2.4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计算条件：正常蓄水位时上游水位205m,下游水位Om。2.4.1主坝抗滑稳定计算与坝基应力计算荷载计算坝体自重叫二7

47、150kN水平静水压力上游水平静水压力P1P=-YH2=-x9.8x24.52=2941kN1212下游水平静水压力P2P=-YH2=1x9.8x42=78.4kN2222坝基处扬压力UYr-.HVfT图2-11主坝坝基处扬压力上游水面至坝基高度H=24.5m、1下游水面至坝基高度H=4.5m2坝基长度T=18.5mTOC o 1-5 h zT185U=U+U=(YH+yH)X=(9.8X24.5+9.8x4)x=2583.5kN121222泥沙压力11P=_Yh2tg2(45。一n)=x8.82xO.82xtg238.5。=1.79kNsk2nn22浪压力P=22.5kNwk地震荷载：主要包

48、括坝体水平顺河向地震惯性力，上游地震动水压力和动土压力。地震惯性力Q=KCFW(2-18)0HZK水平地震系数，本次设计地震烈度为7度，K=0.1；TOC o 1-5 h zHHC综合影响系数，取-；Z4F地震惯性力系数，因HK=1.0坝体抗滑稳定计算经过计算求出的K大于容许最小抗滑稳定安全系数。所以在地震情况下的正常蓄水位时，主坝抗滑稳定满足要求。应力计算yu18.52+空=叱+6X(一1652.49)=246.84-289.62=-42.78kPaTT218.5byd4566.56x(-16520.49)18.518.52=246.84+289.62=536.46kPa坝基允许压应力b=2

49、.83.0MPabVb，下游坝趾处小于坝基允许压应力，满足要求。ydbVO,上游坝踵处出现拉应力，不满足要求。yu综上所述，应力不满足要求。2.4.2副坝抗滑稳定计算与坝基应力计算荷载计算坝体自重W=605kN2水平静水压力上游水平静水压力PP=1YH2=1X9.8X2.52=30.63kN122下游水平静水压力P2P=02扬压力U图2-12副坝坝基处扬压力坝前水面至坝基高族2.5m坝基长度二5.5mU=-yHT=-x9.8x2.5x5.5=67.38KN22地震惯性力Q=KCFW=0.1x-x1.1x605=16.64kN0HZ4上游地震动水压力P=0.65KCyH2=0.65x0.1x-x

50、9.8x2.52=1kN0HZ4浪压力P=22.5kNwk表2-11作用于副坝的各力和力矩大小及方向表何载垂直力(kN)水平力(kN)力臂(m)力矩(kNm)!(+)t-(+)T-)(+)/W6050.24145.2P130.630.8325.42P20Q016.641.2520.8P011.151.15U067.380.9262Pwk22.52.556.25z60567.3870.77145.2165.62工总537.62!70.77-20.42抗滑稳定计算等X。4KZ经过计算求出的K大于容许最小抗滑稳定安全系数。所以在地震情况下的正常蓄水位时，副坝抗滑稳定满足要求。应力计算工W6工Mb=+

51、0yuTT2537.626x(-20.41)+5.52=97.75-4.05=93.7kPa工W6工Mb=0ydTT2537.66x2=97.752.7=95.05kPa坝基允许压应力b=2.83.0MPab0,上游坝踵处未出现拉应力，满足要求。yubvb，下游坝趾处小于坝基允许压应力，满足要求。yd综上所述，应力满足要求。2.4.3溢流坝抗滑稳定计算与基应力计算荷载计算坝体自重W=8184kN3水平静水压力上游水平静水压力PP=1YH2=1X9.8X24.52=2941kN1212下游水平静水压力P2P=1YH2=1X9.8X42=78.4kN2222坝基处扬压力U图2-

52、13溢流坝坝基处扬压力=(YH+yH)X-=1221852583.5kN(9.土压力X24.5+9.8X4)X亍地震惯性力TOC o 1-5 h zQ=KCFW=0.1x1x1.1x8184=225.06kN0HZ4上游地震动水压力P=0.65KCyH2=0.65x0.1x1x9.8x24.52=95.59kN0HZ4泥沙压力P=1Yh2tg2(42)=1X8.82X0.82xtg2385。=1.79kNsk2nn22浪压力P=11.3kNwk主动土压力：E=(1+KCCtg申)E=(1+O.lx-x4.0 xtg25。)x68.88=72.12kNaHZe4被动土压力：E=(1-KCCtgc

53、p)E=(1-0.1x1x3.0 xtg25)x413.28=398.82kNpHZe4k二旦=J600!乙P2880.84x0.65=1.26K=1.0表2-12作用于溢流坝的各力和力矩大小及方向表何载垂直力(kN)水平力(kN)力臂(m)力矩(kNm)!(+)t(-)f(+)T-)(+)/W81841.229984.48P129418.1724024.97P278.41.33104.27U1725.20U21858.33.15760.73P095.5911.271077.3Q0225.0612.252757Psk1.790.270.48Pwk22.524.25581.63Ea72.121.

54、3395.91Ep398.821.33530.43z81842583.53358.06477.2210619.1834301.02工总5600.5!2880.84-23681.84/坝体抗滑稳定计算经过计算求出的K大于容许最小抗滑稳定安全系数。所以在地震情况下的正常蓄水位时，溢流坝抗滑稳定满足要求。应力计算yu=罟+66(-23681.84)=30273-41518=-11245kPa18.52yd5600.56x(23681.84)18.518.52=302.73+415.18=71791kPa坝基允许压应力b=2.83.0MPabVb,下游坝趾处小于坝基允许压应力，满足要求。ydbVO,上

55、游坝踵处出现拉应力，不满足要求。yu综上所述应力不满足要求。通过对上述现状的校核，主坝和溢流坝均存在问题，副坝在各种情况下均满足要求，故需对主坝和溢流坝采取相应的加固除险措施。该栎谖碼戆沖巋鳧薩锭。2.5溢流面过流能力验算溢流面采用曲线形实用堰，泄洪能力按照溢洪道设计规范SL-2000附录A公式进行计算。Q=mb.J2gH3/2(221)10式中：Q溢流堰的下泄流量。b溢流堰宽度，22m；m取0.42=12k+(n-1)K1H；K为边礅形状系数，K为闸墩形状系数，1apnbaPn为堰孔数。查水工建筑物教材取1二0.95设计洪水位时Q=mh.：2gH3/2=0.95x0.44x22*2x9.8x

56、1.353/2=63.9m3/sQ=63.38m3/s1*0设校核洪水位时，过流能力满足要求。2.6消能防冲计算依据溢洪道设计规范SL2532000，挑流水舌外缘挑距按下式计算：L=V2sin0cosO+vcos。Jv2sin20+2g(hcosO+h)1g(222)11V112式中:L指坝下游垂直面到挑流水舌外缘进入下游水面后与河床面交点的水平距离，m；v一坎顶水面流速，m/s；10鼻坎挑角；h坎顶垂直方向水深，m；1h坎顶与河床面高差，m；2冲坑深度俺下式计算：Tkq12Z14(223)式中：T自下游水面至坑底最大水垫深度，m；q鼻坎末端断面单宽流量，m3/(s-m)；Z上下游水位差，m；

57、k综合冲刷系数，取1.5经计算，不同频率洪水下的计算成果如下:表2-13各频率洪峰下挑距和冲坑计算成果表洪水重现期(年)2050100200库水位(m)21.8522.3322.6023.04下泄流量Q(m3/s)63.3899.58122.11161.77挑坎外缘距离L(m)27.1231.1132.5032.98冲坑深度T(m)5.476.887.638.81L/T4.964.524.263.74经计算得知L/T均在2.55.0之间，消能防冲设计满足要求。3除险加固工程设计3.1大坝防洪复合设计3.1.1大坝防洪加固方案根据安全鉴定结果，PS水库大坝防洪能力不满足国家标准要求，本次除险加固

58、选择有两种方案进行比较：方案一，维持现状坝顶高程23.5m,溢洪道宽度和底高程不变，在坝顶增设防浪墙，计算防浪墙顶高程。方案二，维持现状坝顶高程23.5m，溢洪道采用现状底高程，拓宽溢洪道过水断面至40m,重建交通桥。312坝顶高程计算依据砌石坝设计规范SL25-2006，坝顶上游防浪墙墙顶高程与正常蓄水位或校核洪水位的高差，应按公式1-1计算，选择两者中防浪墙顶高程的高者作为选定高程。臠龍讹驄桠业變墊罗蘄。TOC o 1-5 h zAh=h+h+h（3-1）bzc安全超高正常蓄水位时取0.4m；校核洪水位时取0.3m。正常蓄水位时Ah二h+h+h二0.95+0.43+0.4二1.78mbzc

59、校核洪水位时Ah二h+h+h二0.95+0.43+0.3二1.68mbzc取二者较大值1.78m经分析可以看出，方案一优于方案二，故采用方案一：维持现状坝顶高程23.5m，溢洪道宽度和底高程不变，在坝顶增设防浪墙。鰻順褛悦漚縫輾屜鸭骞。3.2大坝防渗设3.2.1存在的问题由于施工质量较差，自水库建成蓄水后便发现两侧坝头有渗漏，且逐年加重，由于两坝头岩层裂隙发育，成为渗漏的主要通道，近年来渗漏尤为严重。特别是2007年7月大洪水以后，水库左坝肩18m高程、右坝肩14m和16m高程处的渗流量较大。由于砌筑质量不高，高水位运行时，坝体多处存在渗漏，尤其在20.5m以上的主坝挡水坝段和溢流坝段存在小股

60、射流情况。虽然大坝于1980年进行了灌浆处理、“00.7”大洪水后在主坝迎水面的水上部分进行全面填缝，但现场可见填缝十分粗糙，并没有从根本上解决渗漏问题。渗漏问题严重影响到工程灌溉和供水效益的发挥。穡釓虚绺滟鳗絲懷紆泺3.2.2防渗方案为减小渗漏量，并同时提高大坝抗滑稳定性，大坝防渗考虑两种方案：一是坝体灌浆与坝基帷幕相结合，二是坝体做混凝土防渗面板，坝基进行帷幕灌浆。由于PS水库大坝中部为一段长为22m的曲线形溢洪堰，坝顶钻孔灌浆施工不便，因此考虑施工的可行性，推荐采用防渗面板与在坝前进行基础帷幕灌浆相结合的防渗型式，以形成完整的防渗体系，并有助于提高坝体抗滑稳定性。隶誆荧鉴獫纲鴣主坝、溢流