【前石屯水库除险加固设计计算案例3400字】

24前石屯水库除险加固设计计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u3047前石屯水库除险加固设计计算案例 130971.1工程现状 122841.1.1枢纽概况 135601.1.2大坝 2290641.1.3溢洪道现状 2321.1.4放水设施 2134061.2设计依据 246741.2.1工程等别及建筑物级别 2309001.2.2设计基本资料 2136181.3大坝加固 381041.3.1上游坡 3292191.3.2坝顶 4122981.3.3大坝下游坡 5218911.3.4坝体防渗 525581.4加固后大坝渗流计算 5303471.5加固后大坝稳定计算 8268451.6放水洞 10102811.7工程管理及观测设计 101.1工程现状1.1.1枢纽概况水库于上世纪六十年代竣工蓄水，大坝不属于均质坝，坝体内有垂直的粘土心墙，坝体最大高度7.5m，坝顶高程施工前为120.70m实际测量坝顶宽度为6.75m，大坝全长171m。坝体填土均匀性一般，密实度一般。上游坝坡比约1:2.5，护坡局部风化破损、缺失；下游坝坡比1:2.3，草皮质量不高；坝顶路面多裂缝；溢洪道位于坝体左侧，为开口式；交通桥底高程117.9m，挡水高程118.4m，现状桥板脱浆破裂，基础受水流侵蚀较为严重。综合评价，枢纽总体布置合理。1.1.2大坝前石屯水库是粘土心墙坝,坝顶海拔120.70m。坝体最高7.5m，现场实测坝长为171m，坝顶宽6.75m，经量测大坝上游坡1:2.5，下游坡1:2.3。水库大坝的背后是数万的人口和数千亩的良田，坚硬的坝基支撑着雄伟的大坝，在洪水来临的时候大坝有着一夫当关万夫莫开的气势，把洪水和下游分隔开，保护下游免收灾难的破坏，当下游耕地出现干旱的情况后，水库可以为农田的灌溉提供水源，大坝一旦受到致命破坏，后果不堪设想，下游人和物都难逃一劫。1.1.3溢洪道现状溢洪道属于无闸开敞式结构，位于大坝的东侧。经测量溢洪道控制断面净宽为9.0m，溢洪道总长106m，其中泄槽长91m，泄槽下端消能型式为底流式消能。现状溢洪道因长时间未正常使用，现已杂草丛生，淤积十分严重，对泄洪有很大的影响。1.1.4放水设施水库放水洞位于大坝桩号0+118，下游坡设有闸阀室控制，放水洞现状为浆砌石方涵套管。经检查，闸阀室年久失修，闸阀破损，放水洞管底有漏水情况且对放水洞产生了侵蚀作用，严重影响放水洞安全。1.2设计依据1.2.1工程等别及建筑物级别现知，水库的工程级别为V等，大坝和溢洪道为5级建筑物。1.2.2设计基本资料1、风速取13.90m/s2、坝顶宽度及长度桩号0+100处坝宽为6.75m，根据设计规范，并考虑其他重要因素，最终结论不对坝顶宽度做出改变，仍为为6.75m，其中台地长为1.4m；大坝总长度321m，坝长171m，台地长150m，坝顶向下游侧倾斜2%的坡度。3、坝顶高程及心墙顶高程（1）坝顶高程根据大坝实际测量的结果，现状坝顶高程为120.02m~121.34m，根据前面的计算成果，水库大坝坝顶高程满足防洪要求，库区西侧台地高程低于校核洪水位，不满足防洪要求，需加高。本次除险加固设计坝顶高程为120.02~121.34m，台地高程也满足不被淹没的要求。（2）心墙顶高程根据上面的计算成果，现状大坝粘土心墙顶高程值足够大，对于洪水的威胁可以从容不惧。4、边坡根据工程现状，通过大坝结构稳定计算，上游坝坡不做变化，仍然保持1：2.5的坡比，下游坝坡进行削坡处理，由于上游坝坡受到水的冲刷影响，为了大坝的稳定需使下游坡比大于上游坡比，所以下游坝坡最小降为1：2.4。5、地震烈度由相关地震信息可知，基本地震动峰值加速度值为0.20g，基本抗震烈度为8度。根据规范在坝坡稳定计算时要考虑地震的影响。1.3大坝加固1.3.1上游坡1、护坡厚度计算根据设计规范，护坡铺设时使用的是浆砌石，坝坡在正常运用时要承受很大的局部波浪压力作用，这时就需要对砌石材料有一定的要求，其中各项的要求参数，都可以都过下面的公式计算出来：当时，式中：D：石块的换算球形直径，m；Q：石块的质量，t；D50：石块的平均粒径，m；Q50：石块的平均质量，t；t：护坡厚度，m；m：坡比，此处取2.5；Kt：随坡比m变化的系数，此处经查表取值为1.30；ρk：块石密度，t/m3，此处取2.5；ρw：水的密度，t/m3，此处取1.0；hp：累积频率为5%的波高，取0.404m；Lm：平均波长，取6.37m。计算成果见下表：表4-1计算成果项目Lm（m）波高h5%（m）护坡厚t（m）石块平均质量Q50（kg）石块平均粒径D50（m）石块质量Q（kg）石块换算球形直径D（m）设计情况6.370.2070.1301.2340.1091.0490.093根据上述计算结果和实际情况的考虑，本次计算最终取15cm。施工时先在坝坡破损处先铺设100mm厚碎石垫层，再采用干砌块石进行加强修复，干砌块石厚度为150mm。上游坝坡还要安装土工布来对大坝渗流和坝坡稳定方面进行加强。1.3.2坝顶对现状的坝顶高程不做改变，仍为为120.70m，坝顶宽度仍为设计值6.75m，坝顶在200mm厚的碎石垫层的基础上，修建C25混凝土路面，厚度为180mm，上游防浪墙高度不变，只需局部维修，下游侧路沿石也只要局部维修，不做其他改变；设计台地高程120.00m，宽度1.4m，坝顶高程与两侧地面平顺衔接。1.3.3大坝下游坡将下游坝坡填补完整，为了提高下游的边坡稳定，坡比由1:2.3削降为1:2.4，对现状坝坡先进行进行整体清理，然后回填20cm厚的耕植土，再种植草皮形成草皮护坡；在大坝左侧坝肩处设置纵向U型排水槽，排水槽宽度为0.65m，高度为0.38m。1.3.4坝体防渗根据《夏庄镇前石屯水库地质勘查报告》可知，现状大坝还未发现渗漏情况，坝体及下游坝坡最大渗流比降低于规范要求数值，但上下游坝坡稳定需加固后才能满足规范要求，故本次不对坝基渗漏采取任何防渗措施。1.4加固后大坝渗流计算1、计算模型本次渗流计算根据地质勘察报告和测量横断面，选取加固后桩号0+110断面作为典型断面。典型断面计算模型的尺寸特征见图4-1。图4-1加固后大坝断面模型根据规范，水库有许多对大坝影响很大的不利外界条件，主要是以下三种工况：1、上游正常水位，下游无水。2、上游设计水位，下游无水。3、上游校核水位，下游无水。结合前石屯水库工程实际情况，本次计算使用上面的三种工况，和加固前一样，不考虑下游水的影响，即下游为干涸情况，没有水。2、基本参数选取由已知条件可得，大坝被三分天下，坝身为为素填土，坝体内心墙为含砂粉质黏土，坝基为弱风化砂砾岩。素填土渗透系数K=1.0×10-5cm/s=0.00864m/d,含砂粉质黏土渗透系数K=5.0×10-6cm/s=0.00432m/d，弱风化砂砾岩渗透系数为K=1.0×10-5cm/s=0.00864m/s。3、计算方法渗流计算方法如上，仍使用有限元法，在理正岩土软件中进行操作。4、计算成果（1）渗流量桩号0+110断面各工况的计算成果图图见图4-2～4-7，。加固后断面各工况单宽渗流量见下表。表4-20+110断面各工况下单宽渗流量计算成果表断面工况单宽渗流量（m3/d）桩号0+110断面1--正常水位0.020262—设计洪水位0.024083--校核洪水位0.02618（2）渗透比降根据之前的资料可得，坝体允许渗透比降值为0.55，各种工况下计算成果见下表。加固后各工况下坝体比降都在规范要求范围内，渗流满足要求。表4-3加固后0+110断面各工况下坝体及出逸比降计算成果表断面工况坝体最大比降允许渗透比降桩号0+110断面1--正常水位0.400.552--设计水位0.410.553--校核水位0.420.55图4-2加固后正常水位下坝体内流网图图4-3加固后正常水位下大坝下游比降图图4-4加固后设计水位下坝体内渗流网图图4-5加固后设计水位下大坝下游比降图图4-6加固后校核水位下坝体内渗流网图图4-7加固后校核水位下大坝下游比降图1.5加固后大坝稳定计算1、计算模型本次稳定计算选取的典型断面为最大坝高桩号0+110的断面。典型断面计算模型的尺寸特征见图4-1。基本参数的选取加固后边坡稳定计算的土层基本参数与加固前的数据相同3、计算方法及结果加固后坝坡稳定计算依然采用简化Bishop法，计算步骤与加固前相同。各工况下的计算成果见下表，图4-8到图4-10是在桩号0+100断面下计算得到的划弧示意图。由下表可以看出，相比于加固前，加固后的安全系数都得到了相应的提升，大坝可以安全使用。表4-4加固后安全系数计算成果表安全系数正常水位设计水位校核水位上游下游上游下游上游下游地震1.2791.3401.3611.2561.4361.214无地震1.3051.6351.6741.5321.7971.481图4-8加固后正常水位考虑地震工况下游坝坡滑弧图安全系数：1.340图4-9加固后设计水位考虑地震工况上游坝坡滑弧图安全系数：1.256图4-10加固后校核水位考虑地震工况下游坝坡滑弧图安全系数：1.2141.6放水洞对现状放水洞采取灌浆处理，并更换DN250闸阀2个，拆除重建闸阀室，尺寸为3m×3m，并于闸阀室前设3m×3mC25混凝土平台。1.7工程管理及观测设计坝体桩号0+118处上游坡和下游坡均设观测台阶，台阶及其旁边的沿石使用相同建筑材料，均为M10浆砌石细碎颗粒构成的细料土，台阶踏步长1m，厚0.15m，上游侧踏步宽0.375m，下游侧踏步宽0.33m，上下两踏步交错压实0.05m。细料石沿石厚0.1m，高0.2m。坝体桩号0+11