工程加固设计

1、5.工程加固设计5.1钢筋设计依据和基础数据5.1.1工程等级和防洪标准杨湾水库总库容45.4万m3，为小型(2)型水库，工程等级为等。大坝、涵洞、溢洪道等主要建筑物为5级；二级建筑为5级，临时建筑为5级。地震烈度：该地区基本地震烈度为度，因此不进行抗震设计。根据防洪标准 (GB 50201-94)和水利水电工程等级划分及洪水标准 (SL 252-2000)，结合前期审批意见，洋湾水库防洪标准设计为10年一遇，校核为50年一遇。5.1.2设计原则和依据(1)本次加固是根据国家有关技术标准和规定，根据大坝安全鉴定结果，解决大坝防洪标准的不足和工程中的质量隐患，解决大坝安全问题，按照现代工程管理的

2、要求，完善大坝安全监测、防洪、交通、通讯等工程管理设施。(2)钢筋初步设计所需的地质资料来自杨湾水库除险加固初步设计工程地质勘察报告。(3)水库正常水位、汛限水位、设计洪水位和校核洪水位采用本次设计调整后的结果。(4)加固后的大坝可以消除隐患，保证工程的安全使用，恢复大坝原有的设计功能，发挥工程效益。5.1.3基本信息(1)基本参数1)气象数据年平均气温为15.9极端最高温度为39.8年平均最大风速为15.6米/秒多年来最大风速为20.7米/秒2)水库特征水位正常高水位：320米设计洪水位：320.72米检查洪水位：321米5.2项目总平面图及主要建筑该水库建于1969年，是一个以灌溉为主，防

3、洪和水产养殖综合利用的小型(2)型水库工程。枢纽工程包括大坝、溢洪道、水管和其他建筑。大坝为粘土心墙坝，坝顶长120米，坝顶宽10米，坝顶高程321米，最大坝高14.2米，上游坡比1，333，602，无防护，下游边坡分布有二级平台，其中一级平台宽8米，坡比1，333，602，二级平台宽20米，坡比1，333，602。溢洪道位于大坝的左端，是一个宽顶的开放式堰，坝顶宽度为2.5m，坝顶高程为319 m，设计最大流量为8.1m3/s。输水管道位于大坝右端，为圆形涵洞，进口标高309米，管径0.3米，设计流量0.2立方米/秒.输水管道的进口类型为框架式，带有铸铁闸门和5吨螺旋升降机。5.3钢筋设计5

4、.3.1存在的主要问题根据杨湾水库安全鉴定结果，大坝存在以下问题：1.大坝不高，防洪能力不符合现行规范要求。2.大坝上游边坡未得到保护，浪脊严重，下游坝坡分散，无过滤排水设施。3.溢洪道仅挖入泄洪沟，无消能防冲设施。4.输水管道入口处的工作桥、排架、启闭机室质量差，闸门、启闭机锈蚀，拉杆变形，无法安全运行。5.大坝无观测设施，防洪道路条件差，白蚁危害严重，无管理设施。5.3.2大坝加固设计5.3.2.1大坝的设计与计算大坝计算包括：(1)坝顶高程计算；(2)坝基渗流计算；(3)坝坡稳定性计算。5.3.2.1.1坝顶高程审查杨湾水库坝顶高程321米，正常水位320米，设计洪水位320.72米，校

5、核洪水位321米。根据碾压式土石坝设计规范 (SL274-2001)，坝顶高程等于水库水位和超高之和。根据以下操作条件，取最大值：(1)设计洪水位正常运行时坝顶超高；(2)洪水位高时，检查坝顶超高。根据库区的气象特点，年降水量高安全性；四级大坝，正常运行时，a=0.5m如果应用异常，A=0.3m.1.计算一、平均波浪爬高计算公式：(5-2)其中：Kw经验系数，是由风速w、坝前水深h和重力加速度g组成的无量纲量，参照碾压土石坝设计规范表A.1.12-2确定，结果见表5-3。m-斜率系数，m=2.0平均波高(m，根据河底水库公式计算，适用于丘陵和平原地区的水库)(5-3)计算h2%后，通过查表A-

6、1-8可以得到平均波高，结果见表5-3。Lm平均波长(m，使用Hedi公式)(5-4)计算结果见表5-3。D风区长度(米)W计算风速(米/秒)边坡粗糙度系数，除险加固采用混凝土护坡，取=0.90G重力加速度，取9.81米/秒2平均波浪爬高(米)将上述参数代入公式(4-2)，计算结果见表5-3。根据碾压土石坝设计规范，4级和5级土石坝的设计爬电距离取R5%，累计概率P=5%。R5%=K5%其中R5%累计概率为5%的波浪爬高值；K5%换算系数，见碾压土石坝设计规范表A.1.13中的1.84；计算结果见表5-3。b、风和谐水位e因为冯勇的水位e很小，所以可以忽略不计。三、安全加高洋湾水库大坝为5级建

7、筑，设计标准a=0.5m，检测标准a=0.3m.d、坝顶超高计算坝顶超高计算公式：y=r e a；计算结果见表5-3。2.坝顶高程坝顶高程等于水库静水位和超高之和，按以下运行条件计算，取较大值：A.正常运行时的设计洪水位加上坝顶高程b、检查异常运行下的洪水位加上坝顶高程计算结果见表5-3。本工程基本地震烈度为六级，因此超高不能考虑地震的影响。根据表5-3，杨湾水库大坝坝顶高程为322.45米，而大坝当前高程为321米，因此水库大坝高度差1.45米表5-1坝顶标高计算表Kw(m)平均波高(米)地上移动式无线电设备(m)平均波浪爬高(米)波浪爬高(米)坝顶悬高y(m)坝顶高程(m)正常运行情况1.

8、080.4885.3950.6661.231.726322.45异常使用情况1.010.2663.5970.3750.690.990321.995.3.2.1.2坝体和坝基渗流计算根据杨湾水库大坝地质评价报告的结果，根据工程地质勘察报告，大坝渗流主要表现为坝基与上部填土接触不紧密，存在微小的渗流通道。地下水不断从坝基与大坝填筑物之间的细小渠道渗出，危及大坝安全，造成大坝背水面下游趾部局部分散淋溶，危及大坝正常运行。因此，整体除险加固主要针对坝基接触带和坝体的防渗。对大坝现状和防渗处理后的情况进行渗流分析。(1)渗流计算方法本次大坝渗流计算采用武汉水利电力大学编制的渗流计算程序，采用二元二维稳定

9、渗流计算方法，计算断面取河床最高坝高。基岩渗流被视为多孔介质和各向同性。(2)计算水位条件计算水位条件：根据本次初步设计的调洪计算结果，上游水库正常上游水位、设计洪水位和校核洪水位分别为320米、320.72米和321米。在上述工作条件的下游没有水。(3)渗流计算与分析(1)大坝渗流有限元计算条件组是：未经防渗处理，水库水位为校核洪水位321米，设计洪水位320.72米，正常水位320米。坝基和坝体防渗处理时，水库水位为校核洪水位321米，设计洪水位320.72米，正常水位320米。参数选择选择的渗透系数见表5-2和5-3大坝渗流计算结果见表5-4和5-5，渗流场等电位线分布见图。计算结果表明

10、，坝体防渗处理后，在背水坡上设置排水设施，浸润线减小，加固前最大浸润线斜率为0.385，加固后最大浸润线斜率为0.342，浸润线逸出点高程降低，渗流明显减少，大坝渗流状态明显改善。表5-4大坝渗流计算结果(加固前)计算部分计算工况下游坝坡泄漏(m3/d.m)使用状态水库水位(m)最大逃逸梯度逃生点标高(米)常水位3190.201309.650.347表5-5大坝渗流计算结果(加固后)计算部分计算工况下游坝坡泄漏(m3/d.m)使用状态水库水位(m)最大逃逸梯度逃生点标高(米)最大坝高检查洪水水位3210.342309.80.164设计洪水位320.720.335308.520.151常水位32

11、00.327307.960.1205.3.2.1.3坝坡稳定性计算一、计算条件根据防洪标准 (GB50201-94)和水利水电工程等级划分及洪水标准 (SL252-2000)，水库枢纽工程规模较小(2类)，工程等级为级，主要建筑为5级建筑。根据水库大坝安全评价导则 (SL258-2000)的要求，本次审查采用的防洪标准为十年一遇洪水设计和50年一遇洪水校核。校核洪水位为321米，设计洪水位为320.72米，正常水位为320米，死水位为310.75米根据渗流计算结果，水库大坝各断面在河床段的渗流情况较为接近，河床段的最大断面具有代表性，因此该断面作为抗滑稳定计算断面。根据国家峰值地震动图，该区域

12、的动力峰值为0.05g，项目区的基本地震烈度为度，因此本次计算不考虑地震荷载。根据碾压式土石坝设计规范 (SL274-2001)，结合水库运行情况，计算条件如下：1.正常工作条件(1)在设计洪水位320.72米下形成稳定渗流时，下游坝坡稳定；(2)正常高水位320米形成稳定渗流时，上游坝坡稳定；(3)死水位310.75米形成稳定渗流时，上游坝坡稳定2.异常的工作条件(1)320.72米洪水位形成稳定渗流时，检查下游坝坡是否稳定；(2)当校核洪水位从320.72米降至320米时，上游坝坡稳定；二、计算参数的选择根据本杨湾水库初步设计地质报告，选择坝土的相关物理力学指标进行稳定性分析计算，计算参数

13、见表5-6。表5-6水库大坝稳定性分析计算参数表项目土壤类型湿重(千牛/立方米)饱和度严重性(千牛/立方米)切变强度C(MPa)内摩擦角()坝体黏土1919.2336.1613.10坝基弱风化泥质砂岩2424.2590.0027点三、计算方法1、分析方法和依据根据碾压式土石坝设计规范 (SL274-2001)，对于4级建筑，在上述计算条件下，采用有效应力法确定抗剪强度，采用不考虑杆间力的瑞典圆弧法计算，采用考虑杆间力的简化毕肖普法计算抗滑稳定性。根据规范(SL274-2001)，当采用瑞典圆弧法进行水库水位下降期和稳定渗流期的稳定性分析时，抗滑稳定安全系数公式如下：K=(有效应力法)(1)当采

14、用简化毕肖普法分析大坝在水位下降和稳定渗流期间的稳定性时，抗滑稳定安全系数公式如下：K=(有效应力法)(2)在上述公式中：c ，-固结排水剪切的有效应力强度指数；1坝坡外水位以上土条的湿重；2坝坡外水位以下土条的湿重；Z坝坡外水位高于坝底中点的距离；水库水位前坝体孔隙水压力根据渗流分析计算确定稳定渗流期坝体的渗透压力，并根据以下公式计算坝体某一点的孔隙水压力：=h其中：-是水的体积密度；H指坝体中该点的渗透压头。当高压缩性填料中的水位下降时，将会产生额外的孔隙压力，孔隙压力的确定原则上仍然是一个固结问题。本次计算的设计规范采用近似方法确定，即在不考虑着陆过程中孔隙水压力消散的情况下，可以近似计算孔隙水压力系数，根据土条重量的变化简化土单元总应力的变化，得到近似公式：=(h1-h/)其中：H1-土条底面中点以上的填土高度；H/稳定渗流期水库水流达到坝底中点时的水头损失值，由稳定渗流期的水流网络决定。四.计算结果及分析计算程序为武汉水利电力大学编制的土坝稳定性分析计算程序(