【《某水库加固工程现状工程安全复核分析案例》6200字】

某水库加固工程现状工程安全复核分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u5036某水库加固工程现状工程安全复核分析案例 180071.1基本资料 1123511.2设计洪水复核 3192991.3大坝坝顶高程复核 8168941.4大坝结构稳定复核 101.1基本资料1.1.1流域概况位于丽水市以北、武义县以东、永康市以南的缙云县，在新建溪的东南部，新建溪流域隶属于钱塘江流域，有288.8平方千米的面积，这条河源头在董源坑，全长是39.3千米，百分之1.22的平均坡度。新建溪在上游的一个小支流就是黄基坑，650m海拔的太山岭就是黄基坑的发源地，两百畦、圣母殿等地在黄基坑流经过的途中，最后流进新建溪在马堰村下橡胶厂的不远处。两百畦往上游大约450m处就是大坝所在，通过勘测集水面积，其被确定为0.952平方公里，黄基坑主干1.12千米，拥有百分之21.96的河流底部坡降1.1.2气象新建盆地处在370m海拔，多年统计有最高温度41.7°C，最低温度零下13.1°C，一年中一月是5°C为最冷，七月是29.1°C为最热，是为17.2°C的多年平均气温，百分之七十八的相对湿润度，多年平均风速和实测多年最大风速是分别为1.3m/s和19.3m/s，平均水汽压在多年间是16.7HPa。在5、6月和8、9月，会有主要的强降水。而且，前面是梅雨为特征，后面是台风雨为特征，这两者是产生洪峰的关键原因，842.7毫米的多年平均径流深度和1579.8毫米的多年平均降水量。1.1.3水文基本资料（1）水文测站概况及资料系列黄基坑山塘流域内无水文站，因此本次计算设计暴雨采用《浙江省短历时暴雨》查算。（2）流域特征值在万分之一地形图上量算得到流域特征值。黄基坑山塘主河长为1.12km，在坝址以上的集水面积是0.952km2，平均坡降21.96%。1.1.4工程地质坝址区工程地质条件地形地貌施工区囊括于不易剥蚀山区地貌，东北较高，西南偏低，所以河流由高向低流，上流河流底部是“V”型，下游变成了“U"型，被下切寝室所塑造，流速大不会堆积，以至于有不少基岩区域裸露，河流底部的坡降幅度较大，拥有不发达的阶地。坝址区北偏东较高南偏西较低，河流总体由北东向南西流，河谷多呈，至下游呈，河流底部流速大主要是下切侵蚀，因此堆积作用不强，阶地不发育，有裸露良好的部分基岩，河床坡降较大。施工区因为地势陡峭，拥有超过40°的坡度，由于地面水网比较发达，所以修建了许多小型水库，平均山顶海拔在这个地方是500米，有大面积的树木植被在上游地区，河岸没有水土流失所以河水清澈。地质构造及地震烈度余姚-丽水深断裂是北向东构造其往东，淳安一温州大断裂是北向西构造其往北，就是大坝所在区域，处在以上体系之间。新华夏构造活动产生的各类喷发岩聚成了上部地面层。施工区域以节理构造为主，破裂构造不太发达，查《中国地震烈度区划图》，地震动峰值加速度小于0.05g，坝址所在区域囊括在小于IV度区，地震动反应谱特征周期为0.35s。地层岩性覆盖层:第四系全新统洪冲积层是这处于河床层的关键组成部分，1米粒径的漂石将其构成。也有2米厚的残破在左右岸稀零分布.基岩是单一的侏罗系上统b段(J3b)，且含有晶屑、火山灰、浆屑等成分，结构好像有流动性，还具有灰、青灰色晶屑熔结凝灰岩的岩性，同时还有密实强硬，不易被风化，有良好物理性质的岩石特性，地表主要强风化、弱风化。坝址地质构造简单，未见明显断层构造，构造形迹主要为节理，而节理则较发育.坝段内未发现危岸、滑坡等不良工程地质现象。水文地质条件水库周围的水文地质通过检测条件较为简单，地上的径流比较的发育且多，倒是没有较发达的地下水。地上的穿行的水具有来的快去的也快的特点，河水底部有层较厚的洪水冲击层，基础岩层因为具有弱透水性，所以有孔隙中的潜水存在。水库周围环境中的水，不管是地上的还是地下的，水质都比较良好，都是不腐蚀砼的中性淡水坝址区工程地质条件评价由上述地质条件可知，坝址区工程地质条件良好。1、坝基稳定条件大坝所在的河谷可视为“V"字型，底部河床宽有20米，先是6米的洪冲积层，其下接被弱风化的基础岩，岩石物理力学性能好，所以硬度较大。任何一条大型的破裂都没有被发现穿过坝基，任何突出的软弱夹层或裂隙中含泥的构造也没有被找到。总析，除了开挖量确实有点大，大坝有良好的坝基稳定因素。2、坝肩地基稳定条件通过剖析由晶屑熔结的凝灰岩组成了左右岸坝肩的基础，，左右坝肩的稳定性好可以通过有较薄的弱分化层，上半部分细碎的分布，没有大的破裂的地层构造贯穿来表现。3、地基抗渗条件1）坝基抗渗条件河床作为地基拥有弱透水的性质，并且其岩石性质单纯，坝基被修建在其上。没有检测到有大的断裂的破裂地层构造，也就不可能因为破裂而出现渗漏。2）坝肩地基抗渗条件因为构成大坝左右坝肩地面基础的岩石都是弱透水性地层岩石，而且在大坝原来的设计中就加入了防渗帷幕，所以大坝不存在绕流问题。4、边坡稳定条件从地貌条件、地表岩石性质及地层构造各方综合，没有找到任何可以威胁自然边坡稳定的较差地质条件，况且，大坝两岸的天然坝坡稳定较为不错天然建筑材料除了水泥、黄砂、钢筋、木材、砂料，这些可以从市场购买的材料，作为大坝使用最多的天然建材，块石可以就近从库区上游采取。1.2设计洪水复核1.2.1设计暴雨流域内没有其他雨量站，从《浙江省短历时暴雨》中的图集查取本次加固处理设计所需的暴雨数据采。采用以下公式式计算指定频率P的设计暴雨值：Hp=Kp×H¯式中：Hp是设计暴雨，Kp是模比系数，H¯是年最大暴雨均值。从《浙江省短历时暴雨》图集可以找的，坝址处流域10分钟、60分钟、6小时H¯—年最大暴雨均值、Cv变差系数及Kp值模比系数取值，Cs/Cv选择3.5，每个参数值和对应的计算设计暴雨值如表4-1所示。表4-1各频率下设计暴雨计算值1.2.2设计洪水黄基坑山塘是不超过2千米的主流长，根据《浙江省山塘综合整治技术导则（试行）》里面规定，洪峰流量Qm的计算方法，按公式Qm=0.278Hτ/τ×F来进行计算。汇流时间τ的确定汇流的时间τ按以下公式计算：τ=τ坡+0.278L/V式中L<1km时，τ坡=0.2h，当1km<L<2km时τ坡=0.25h。本次L=1.12km>1km，则τ坡可取0.25h;主流J=0.25>0.1.按要求V等于1.65m/s，最后汇流时间τ算得0.44h。(2)计算汇流时间τ时段内最大的雨峰雨量H0.44h的汇流时间，不大于1h，选择以下公式计算:Hτ=H60minτ1n1060n10.60=1+1.2851g(H10min/H60min)最大的雨峰雨量Hτ计算参数值如表4-2所示。表4-2各频率下最大的雨峰雨量Hτ计算值(3)Q的计算:用简化后的公式Qm=0278Hτ/F计算洪峰流量，所算的成果如表4-3所示。表4-3设计洪水成果表备注：非汛期5年一遇洪峰流量为2.15m3/s（4）计算结果合理性分析将加固处理后的计算结果与初步设计成果进行比较，如表4-4所示。表4-4不同阶段设计洪水成果比较表总表可言，和原来的设计相比，加固后复核的值是较小的，原初步设计值在之后的计算中仍要被取用，也就是26.45m3的设计洪峰流量，39.78m3的校核洪峰流量。(5)水位~库容关系如表4-5，图4-1所示表4-5黄基坑山塘水位~容积关系表图4-1水位~库容关系折线图1.2.3溢流堰泄流能力宽顶堰过流能力计算公式QUOTEQQ=QUOTEmB2gH32mB2gH堰顶部泄流能力如表4-6所示表4-6堰顶部泄流能力成果表1.3大坝坝顶高程复核1、波浪的平均波高和平均波长计算黄基坑包含于内陆峡谷水库分类，由经验选用官厅水库公式计算波浪的平均波高和平均波长：QUOTEghv02ghv02=0.076QUOTEv0v0-1/12(QUOTEgDv02QUOTEgLmv02gLmv02=0.331QUOTELmLm=QUOTEgTm22π式中：当QUOTEghv02ghv02QUOTEghv02=20~250时，h是累积频率5%的波浪高QUOTEh5%h5%，当QUOTEghv02ghv02QUOTEghv02=250~1000时，h是累积频率10%的波浪高QUOTEh10%h10%，再经表格计算转换为1%的波高QUOTEh1%QUOTEv0v0—计算风速，m/s，校核工况15m/s，设计工况20m/s;D—吹程，300m；QUOTELmLm—平均波长，m；g—重力加速度；QUOTETmTm—平均波周期，s。带入得出，校核工况下累积频率为1%的波高QUOTEh1%h1%=0.39，设计工况下累积频率为1%的波高QUOTEh1%h1%=0.49。2、水库最高静水位到波浪中心线的距离QUOTEhzhzQUOTEhzhz=QUOTEπh5%~10%2Lmπh5%~10%2LmcthQUOTE式中：QUOTEhzhz—水库最高静水位到波浪中心线的距离，m；QUOTEh5%~10%h5%~10%—累积频率5%~10%的波高；QUOTELmLm—平均波长，m；QUOTEH1H1—坝前水深，取24m。计算后得出，在校核洪水工况下水库最高静水位到波浪中心线的距离是0.12m，在设计洪水工况水库最高静水位到波浪中心线的距离是0.14m。3、坝项高程确定根据查《砌石坝设计规范》SL25-2006，校核洪水高度或正常蓄水高度到防浪墙顶部之间距离，用以下公式计算。Δh=QUOTEhbhb+QUOTEhzhz+QUOTEhchc坝顶超高及顶高程计算成果如表4-6、表4-7所示。表4-7坝顶超高计算成果表4-8坝顶高程计算总而析之较大的是设计坝顶高程，也就是坝顶高程被设计洪水位所控制，原来的防浪墙高程超过计算值，防洪安全达到规范条件。此次设计依旧被取的是331.00m坝顶部高程，331.60m的防浪墙顶高程仍。1.4大坝结构稳定复核1.1.1基本资料(1)大坝主要参数通过实地检查。发现坝体沉降和位移较大。坝顶沉降最大达到9cm，最小值为1.8cn，平均沉降7cm，坝体位移最大值达5.1cm，并且在坝址内普降暴雨后，出现洪水坝体将受其影响，有较大的整体位移产生，洪水过后，实勘资料显示，大坝顶部最大移动了30厘米。由此可推断出大坝抗滑稳定达不到规范要求，在经过计算后，确定大坝抗滑稳定未满足设计规范要求。坝体的表面以及坝体的内部产生多条裂缝，源于大坝出现了不均匀沉降以及位移。左岸坝顶有细小裂缝，廊道有整圈贯穿裂缝，有些裂缝钙化严重，出现渗露痕迹。左岸防渗面板局部脱离出现裂缝，以至于大坝防渗面板局部失效。由此可推断出大坝内部及表面，出现不合适的应力，经计算，大坝坝体局部出现拉应力，不满足设计规范要求。多次检测后总结出，整个坝体中材料胶结的并不严密，不能整体作为刚性体，所以没办法去建模，坝体因受力较多所处的状态受多种因素影响，之后的应力、抗滑、抗倾复核将采用经过加固处理灌浆后，坝体满足设计条件的各数据参数来计算，坝体看作均质的容重取23kN/QUOTEm3m3。其他的数据和初步设计相同，具体计算数据为：上游坝面倾斜度是1比0.2，下游坝面倾斜度被确定为1比0.75，大坝是3米的顶宽，增长了五米的过水段（溢流）上下游向宽度，加了1米厚非溢流段下游贴破。过水坝段底部到顶部最大长度是43.57m。假设坝体整体材质是C10灌砼砌石，以此来计算，有100cm厚的C15砼在坝体底部作为基础垫层(廊道高程以下为2m厚C20砼)，依据资料，坝体基础被建在弱风化基岩上，砼垫层与基岩的抗剪断参数f’=1.0，c’=0.8MPa;查《砌石坝设计规范》(SL25-2006)，砌石体用到块石材料的抗压强度将确定C10灌砼砌块石和垫层抗剪断参数的选择，块石的抗压强度在设计是被要求大于30MPa，处于30~60MPa的强度时，在f’=0.7~0.9，c’=0.4~0.6MPa的范围中选取参数，取较小的f’=0.7，c’=0.4MPa。(2)特征水位及流量这个大坝为砌石体重力坝，采取三十年一遇的洪水作为此次山塘设计的设计洪水标准，并采取两百年一遇的校核洪水标准；每种特征水位和对应的特征流量计算成果如下表4-8所示。表4-9特征水位及流量计算成果1.1.2分析方法(1)坝体抗滑稳定安全系数的确定及分析方法查《砌石坝设计规范》(SL25-2006)的要求，五级建筑物选择抗剪断公式，而大坝属五级建筑物，对抗滑稳定安全系数K’有如下要求。K≥3.0（基本组合）K≥2.5（特殊组合）坝体抗滑稳定性计算的公式，选择《砌石坝设计规范》(SL25-2006)中推荐的公式，抗剪断强度计算公式如下：K’=QUOTEf’ΣW+c’A式中:K’—按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；ΣW—所有荷载的垂向分值，kN；(2)大坝抗倾稳定安全系数的确定及分析方法取43.57米的最大坝高，复核大坝抗倾稳定。以下游坝脚为中心，大坝自重和和荷载对这个中心取矩，抗倾覆力矩及倾覆力矩可算出，下一步求安全系数，其型式如下：K”=M/M’(3)坝基及坝体应力要求及分析方法查《砌石坝设计规范》(SL25-2006)，材料力学法是基本分析方法，应该被用来对重力坝坝体的应力进行计算，大坝承受的最大压应力、拉应力需满足下列条件：容许压应力:砼的极限抗压强度被安全系数所除就得可允许的最大压应力；基本荷载组合中，重力坝的安全系数可被确定为3.5;特殊荷载组合里，安全系数可被确定为3.0。垂直作用在大坝基准面的最大应力不论处于哪种工况下，小于砌石体容许压应力(3.37MPa)和地基的容许承载力(50MPa)是其首要达到的条件。正常情况下不应该有拉应力产生在坝体内部，但是若廊道、溢流堰的堰顶有拉应力产生，钢筋混凝土结构是可选的。计算坝体应力时，宜选用《混凝土重力坝设计规范》(SL319-2005)中附录C的计算方法，大坝应力分析公式为：QUOTEσxσx=QUOTEΣWT+6ΣM式中:T—坝体计算截面上、下游方向的宽度，m;ΣW—所有荷载的垂向分值，取单位长坝体，kN;ΣM—所有荷载的水平向及垂向分值对于计算截面形心取矩之和，kN•m。1.1.3计算工况及荷载计算查规定《混凝土重力坝设计规范》(SL319-2005)，有以下几种情况需要在大坝性能复核时被重点考虑:工况1(基本组合)：坝重+正常水位静水压力+扬压力+泥沙推力，工况2(基本组合)：坝重+设计洪水位静水压力+扬压力+泥沙推力，工况3(特殊组合)：坝重+校核洪水位静水压力+扬压力+泥沙推力。大坝受到的荷载作用如图4-2所示图4-2大坝受力简图（1）永久荷载包括大坝自身重和永久设备重坝体、闸墩、导墙等的重量要被计入坝体自重的荷载中，廊道可以忽略。、坝体容重：γc=23KN/QUOTEm3m3。（2）可变荷载设计洪水位及正常蓄水位静水压力上、下游静水压力囊括了水平水压力和垂直向下水重。水压力呈三角形分布，公式如下：QUOTEPwPw=QUOTE12γwH2式中:QUOTEγwγw—水容重，9.81kN/QUOTEm3m3：H—作用水头，正常蓄水位下游水深为0，设计洪水位则为297.8m。泥沙压力水平泥沙推力标准值计算公式为：QUOTEPskPsk=QUOTE12γsb×hs2×tg212扬压力荷载有防渗帷幕和排水孔的坝基在计算其扬压力时，查《砌石坝设计规范》(SL25—2006)，扬压力将被按0.25折减。（3）特殊荷载:地震荷载当地地震基本烈度过小，不计地震荷载。校核洪水位静水压力计算方法同①。相应下游水位297.8m。1.1.4坝体抗滑及抗倾稳定性计算结果查《砌石坝设计规范》(SL25-2006)，坝体抗滑稳定，除深层抗滑稳定需计算以外，还有以下几种情况需考虑：（一）顺着地基岩层和垫层连接面产生的错动；（二）顺着垫层和大坝砌石体砼连接面产生的的错动；考虑实情，将不过水坝段的计算断面确定在坝底所在高程处，河床中部将被确定为过水坝段计算断面。过水（溢流）段基础底面高程为286.43米，往上的大坝垫层和砼灌砌石的接触面最低高程为292.12米。同上，不过水坝段大坝垫层和砼灌砌石接触面的最低高程是297.0m。砌石体主要力学指标经查规范可知，砌石体与垫层砼的抗剪断参数为c’=0.4MPaf’=0.7，基岩与大坝抗剪断参数由地质性质提供f’=1.0，c’=0.8MPa。大坝抗滑稳定计算成果如下表4-10所示。表4-10大坝抗滑稳定计算成果总而言之有结果可见，过水坝段和非溢流坝顺着建筑基础面和砼垫层与砼灌砌块石接触面表面的稳定安全系数，不管是三种工况内哪种，都没有超过允许值，由此得出坝体的整体和局部稳定都是