某水库除险加固初步设计说明

1、 .PAGE69 / NUMPAGES74设 计 总 说 明 PS水库位于省沙河市境，属海河流域滏阳河系沙洺河支流。本工程存在的主要问题如下：(1)大坝基础抗滑不满足要求，坝体高水位时渗漏严重。(2)坝顶高程在不满足规要求。(3)放水洞闸阀损坏。(4)大坝下游无消能防冲设施。 经鉴定大坝属于三类坝。PS水库除险加固设计是根据实际工程进行初步设计，主要容包括坝体的抗滑稳定计算，坝基应力复合，溢流坝过流能力与消能计算等几个部分。坝体抗滑稳定计算是重力坝设计的一项重要容，其目的是验算坝体沿坝基面的抗滑稳定安全度，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

2、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。溢流坝过流能力验算与消能计算依据溢洪道设计规SL253-2000计算。经计算得满足要求。最后进行除险加固方案设计，使不满足要求的工况满足设计要求，使大坝得到加固。关 键 词：抗滑稳定、应力复合、过流能力与消能计算。General description of designPS reservoir in Hebei province Shahe city within the boundaries, the Haihe River Valley of Minghe Ri

3、ver tributary of Fuyang River sand.The engineering problems as follows (1)The dam foundation against sliding of dam does not meet the requirements, the serious leakage of high water level. (2) The crest elevation does not meet the requirements of the code in the standard. (3) The discharge valve dam

4、age. (4)The dam downstream energy dissipation facilities.The identification of the dam belongs to the three kind of dam.PS reservoir reinforcement design is according to the actual project preliminary design, the main contents include the calculation of stability against sliding of dam, dam foundati

5、on stress composite, spillway discharge capacity and energy dissipation and other parts.Calculation on stability against sliding of gravity dam is an important issue in the design, its purpose is to check dam along the interface between dam and foundation stability against sliding of dam safety, usi

6、ng the formula for judging whether meet the requirements of stability against sliding.The calculation of dam in some cases do not meet the requirements of stability against sliding.Stress analysis to test the dam in construction and using period whether meet the strength requirements, use of materia

7、l mechanics method testing stress whether meet the requirements.The calculation of dam in some cases do not meet the requirements.Spillway flow capacity calculation and energy dissipation calculation based on design code for Spillway SL253-2000 calculation.Through calculation, to meet the requiremen

8、ts.The final project reinforcement design, which does not meet the requirements of operation and meet the design requirements, the dam is strengthened.Key words: anti-sliding stability, stress composite, flow capacity and energy dissipation.目 录TOC o 1-3 h z uHYPERLINK l _Toc3577914621 综合说明 PAGEREF _

9、Toc357791462 h 1HYPERLINK l _Toc3577914631.1工程概况 PAGEREF _Toc357791463 h 1HYPERLINK l _Toc3577914641.2水文 PAGEREF _Toc357791464 h 1HYPERLINK l _Toc3577914651.2.1流域概况 PAGEREF _Toc357791465 h 1HYPERLINK l _Toc3577914661.2.2 气象 PAGEREF _Toc357791466 h 1HYPERLINK l _Toc3577914671.2.3 水文 PAGEREF _Toc35779

10、1467 h 2HYPERLINK l _Toc3577914681.2.4 泥沙 PAGEREF _Toc357791468 h 2HYPERLINK l _Toc3577914691.3工程地质条件 PAGEREF _Toc357791469 h 2HYPERLINK l _Toc357791470结论与建议： PAGEREF _Toc357791470 h 2HYPERLINK l _Toc3577914711.4工程除险设计 PAGEREF _Toc357791471 h 3HYPERLINK l _Toc3577914722水库大坝现状情况校核 PAGEREF _Toc3577914

11、72 h 4HYPERLINK l _Toc3577914732.1正常蓄水位下的坝体抗滑稳定计算与坝基处应力计算 PAGEREF _Toc357791473 h 4HYPERLINK l _Toc3577914742.1.1主坝抗滑稳定计算与坝基应力计算 PAGEREF _Toc357791474 h 4HYPERLINK l _Toc3577914752.1.2副坝抗滑稳定计算与坝基应力计算 PAGEREF _Toc357791475 h 8HYPERLINK l _Toc3577914762.1.3溢流坝抗滑稳定计算与基应力计算 PAGEREF _Toc357791476 h 10HYP

12、ERLINK l _Toc3577914772.2 设计洪水位下的抗滑稳定计算与坝基应力计算 PAGEREF _Toc357791477 h 12HYPERLINK l _Toc3577914782.2.1主坝抗滑稳定计算与坝基应力计算 PAGEREF _Toc357791478 h 12HYPERLINK l _Toc3577914792.2.2副坝抗滑稳定计算与坝基应力计算 PAGEREF _Toc357791479 h 14HYPERLINK l _Toc3577914802.2.3溢流坝抗滑稳定计算与坝基应力计算 PAGEREF _Toc357791480 h 15HYPERLINK

13、l _Toc3577914812.3 校核洪水位下的抗滑稳定计算与坝基应力计算 PAGEREF _Toc357791481 h 18HYPERLINK l _Toc3577914822.3.1主坝抗滑稳定计算与坝基应力计算 PAGEREF _Toc357791482 h 18HYPERLINK l _Toc3577914832.3.2副坝抗滑稳定计算与坝基应力计算 PAGEREF _Toc357791483 h 20HYPERLINK l _Toc3577914842.3.3溢流坝抗滑稳定计算与坝基应力计算 PAGEREF _Toc357791484 h 22HYPERLINK l _Toc3

14、577914852.4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 PAGEREF _Toc357791485 h 24HYPERLINK l _Toc3577914862.4.1主坝抗滑稳定计算与坝基应力计算 PAGEREF _Toc357791486 h 24HYPERLINK l _Toc3577914872.4.2副坝抗滑稳定计算与坝基应力计算 PAGEREF _Toc357791487 h 27HYPERLINK l _Toc3577914882.4.3溢流坝抗滑稳定计算与基应力计算 PAGEREF _Toc357791488 h 29HYPERLINK l _Toc35

15、77914892.5溢流面过流能力验算 PAGEREF _Toc357791489 h 31HYPERLINK l _Toc3577914902.6消能防冲设计 PAGEREF _Toc357791490 h 32HYPERLINK l _Toc3577914913 除险加固工程设计 PAGEREF _Toc357791491 h 34HYPERLINK l _Toc3577914923.1 大坝防洪复合设计 PAGEREF _Toc357791492 h 34HYPERLINK l _Toc3577914933.1.1大坝防洪加固方案 PAGEREF _Toc357791493 h 34HY

16、PERLINK l _Toc3577914943.1.2坝顶高程计算 PAGEREF _Toc357791494 h 34HYPERLINK l _Toc3577914953.2大坝防渗设 PAGEREF _Toc357791495 h 34HYPERLINK l _Toc3577914963.2.1存在的问题 PAGEREF _Toc357791496 h 34HYPERLINK l _Toc3577914973.2.2防渗方案 PAGEREF _Toc357791497 h 34HYPERLINK l _Toc3577914983.2.3主坝、副坝、溢流坝坝体上游防渗 PAGEREF _T

17、oc357791498 h 35HYPERLINK l _Toc3577914993.2.4坝基防渗 PAGEREF _Toc357791499 h 35HYPERLINK l _Toc3577915003.3主坝加固后抗滑稳定计算与应力复合计算 PAGEREF _Toc357791500 h 35HYPERLINK l _Toc3577915013.3.1正常蓄水时主坝抗滑稳定计算和应力复合 PAGEREF _Toc357791501 h 36HYPERLINK l _Toc3577915023.3.2 设计洪水位时主坝抗滑稳定计算和应力复合 PAGEREF _Toc357791502 h

18、38HYPERLINK l _Toc3577915033.3.3 校核洪水位时主坝抗滑稳定计算和应力复合 PAGEREF _Toc357791503 h 40HYPERLINK l _Toc3577915043.3.4地震情况下正常蓄水时主坝抗滑稳定计算和应力复合 PAGEREF _Toc357791504 h 42HYPERLINK l _Toc3577915053.4溢流坝加固后抗滑稳定计算与应力复合计算 PAGEREF _Toc357791505 h 45HYPERLINK l _Toc3577915063.4.1正常蓄水位时溢流坝抗滑稳定计算与应力复合 PAGEREF _Toc3577

19、91506 h 46HYPERLINK l _Toc3577915073.4.2 设计洪水位时溢流坝抗滑稳定计算和应力复合 PAGEREF _Toc357791507 h 49HYPERLINK l _Toc3577915083.4.3 校核洪水位时溢流坝抗滑稳定计算和应力复合 PAGEREF _Toc357791508 h 51HYPERLINK l _Toc3577915093.4.4地震情况下正常蓄水时溢流坝抗滑稳定计算和应力复合 PAGEREF _Toc357791509 h 53HYPERLINK l _Toc3577915103.5溢流面加固设计 PAGEREF _Toc35779

20、1510 h 56HYPERLINK l _Toc3577915113.5.1溢流面加固方案 PAGEREF _Toc357791511 h 56HYPERLINK l _Toc3577915123.5.2溢流坝过流能力验算与消能防冲验算 PAGEREF _Toc357791512 h 57HYPERLINK l _Toc3577915133.6放水洞维修加固 PAGEREF _Toc357791513 h 57HYPERLINK l _Toc3577915143.6.1加固方案设计 PAGEREF _Toc357791514 h 57HYPERLINK l _Toc3577915153.7防

21、浪墙与坝顶设计 PAGEREF _Toc357791515 h 57HYPERLINK l _Toc357791516外文文摘 PAGEREF _Toc357791516 h 58HYPERLINK l _Toc357791517辞 PAGEREF _Toc357791517 h 67HYPERLINK l _Toc357791518参考文献 PAGEREF _Toc357791518 h 681 综合说明1.1工程概况 PS水库位于省沙河市境，属海河流域滏阳河系沙洺河支流，水库控制流域面积42,总库容61.2万m3，是一座以防洪、灌溉和供人畜饮水的小= 2 * GB2型水库。水库枢纽主要包括

22、：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。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22m，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。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

23、标准的洪水位与相应的最大泄流量如下：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完成PS水库大坝安全鉴定，并通过省大坝安全管理中心核查，综合评价该水库大坝为三类坝。1.2水文1.2.1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。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

24、，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13.013.7；年极端最高气温42；年极端最低气温-19.6。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。1.2.3 水文流域围无水文气象站分布，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，对水位、流量等资料均未按水库

25、管理要求进行观测，故没有实测大洪水资料。1.2.4 泥沙PS水库流域仅为4km2，流域缺乏泥沙实测资料。通过水库几十年的运行证明：由于该流域面积小，流域地形、地质、植被等条件较好，入库沙量很少，目前实测泥沙淤积高程仅0.8m。1.3工程地质条件勘察场地属太行麓冲低山丘陵地带，勘察揭露之地层除第1层外均为三叠纪岩石，本场区勘察深度围，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：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

26、.80-11.20m,平均5.30m。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。结论与建议：(1)按建筑抗震设计规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。(2)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。(3)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。 (4)坝基岩土力学性质较好，透

27、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水库运行多年水库发挥了重要的作用，但同时出现了诸多问题，主要有：(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，对大坝结构进行处理，增加其抗滑稳定性。拟定本次PS水库除险加固的主要容：(1)大坝防渗设计。(2)大坝结构复合。(3)溢流坝加固设计。(4)放水洞维修加固。(5)防浪墙与坝顶设计。(6)其它工程处理。2水库大坝现状情况校核由Auto

28、CAD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=27.5 m3溢流坝单宽体积V=362.8 m3根据砌石坝设计规SL25-2006查得砌石体容重d=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=d V=7150kN副坝单宽自重W=d V=605kN溢流坝单宽自重W=d V=7981.6kN2.1正常蓄水位下的坝体抗滑稳定计算与坝基处应力计算正常蓄水位下上游水位20.5m，下游水位0m。2.1.1主坝抗滑稳定计算与坝基应力计算 荷载计算(1)坝体自重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1 (2-1)下游水平静水压力P2 (2-2)(3)坝基

29、处扬压力U图2-1 主坝坝基处扬压力上游水面至坝基距离H1=24.5m，下游水面至坝基距离H2=4.0m， 坝基长度T=18.5m。 (2-3)(4)泥沙压力Psk (2-4)式中：n 泥沙浮容重，取n =7 KN/ m3hn 计算点以上的淤积高度，取hn =0.8m,n 泥沙摩擦角，取n =25o(5)浪压力Pwk浪高波长按官厅水库公式计算波高和平均波长 (2-5) (2-6) 式中：hb波高（当时，为累计频率为5%的波高；当为累计频率为10%的波高），m；Lm平均波长，m；V0计算最大风速（基本组合可采用重现期50年的最大风速，特殊组合可采用多年最大风速），m/s；有资料可知V0=16.7

30、 m/s。D风区长度，m；可近似取D=1000m。g重力加速度，9.81m/s2。计算得hb =0.56m，Lm =6.49m。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： (2-7) (2-8) (2-9) 式中：Pwk单位宽度坝面上的浪压力，kN/m；h5%累计频率为5%的波高，m；hz波浪中心线至计算水位的高度，m；Hcr 使波浪破碎的临界水深，m。经计算得：hz =0.15m Hcr =0.62m Pwk =11.3kN(6)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，摩擦角为25o。上游为主动土压力，下游为被动土压力称为主动土压力系数，计

31、算得0.31称为被动土压力系数，计算得1.61取土的容重=21 kN/ m3主动土压力 (2-10)被动土压力 (2-11)图2-2主坝荷载简图表2-1 作用于主坝的各力和力矩大小方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kNm）(+)(-)(+)(-)(+)(-)W71502.34516766.75P129418.1724018.17P278.41.33104.53U1725.20U21858.33.15760.31Psk0.70.270.18Pwk11.324.5276.85Ea52.11.3369.47Ep270.51.33360.5771502583.53005.1348.

32、917231.9530125.4总4566.52656.212893.55 坝体抗滑稳定计算(2-12)式中：f抗剪强度计算公式中的摩擦系数；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；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（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=0.65。计算=因此在正常蓄水位下，主坝满足抗滑稳定要求。 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。

33、 (2-13)(2-14)式中：用于坝踵垂直应力，kPa；用于坝趾垂直应力，kPa；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；作用在计算截面以上的全部荷载对坝基截面形心O的力矩总和，kNm； 计算截面沿上下游方向的长度，m。坝基允许压应力=2.83.0MPa。因0，。未出现拉应力，满足要求。2.1.2副坝抗滑稳定计算与坝基应力计算 荷载计算(1)坝体自重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P2(3)扬压力U图2-3 副坝坝基处扬压力上游水面至坝基距离H=2.5m， 坝基长度T=5.5m。 (4)浪压力表2-2 作用于副坝的各力和力矩大小与方向表荷载垂直力（k

34、N）水平力（kN）力臂(m)力矩（kNm）(+)(-)(+)(-)(+)(-)W6050.25151.25P130.60.8325.5P20U67.40.9262Pwk11.32.528.2560567.441.9151.25115.75总537.641.935.5 抗滑稳定计算=10.5=1.05 因此在正常蓄水位下，副坝抗滑稳定要求。 应力计算坝基允许压应力=2.83.0MPa。因0，。上游坝踵处未出现拉应力，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(1)坝体自重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1 下游水平静水压力P2(3)坝基处扬压力U图 2-4 溢流坝坝基处扬压

35、力图(4)泥沙压力(5)浪压力(6)土压力主动土压力 被动土压力 表2-3 作用于溢流坝的各力与力矩大小和方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kNm）(+)(-)(+)(-)(+)(-)W7981.61.239817.37P129418.1724018.17P278.41.33104.53U1725.20U21858.33.15760.31Psk0.70.270.18Pwk11.38.17276.85Ea52.11.3369.47Ep270.51.33360.577981.62583.53005.1348.910282.5730125.4总5398.12656.2-19842

36、.83 坝体抗滑稳定计算=在正常蓄水位下，溢流坝满足抗滑稳定要求 。 应力计算坝基允许压应力=2.83.0MPa。，下游坝趾处应力满足要求。 因0 ,上游坝踵处出现拉应力，不满足要求。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在设计洪水位下上游水位22.01m，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(1) 坝体自重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P2(3)基处扬压力U图2-5主坝坝基处扬压力上游水面至坝基距离H1=26.01m，下游水面至坝基距离H2=4.6m， 坝基长度T=18.5m。(4)泥沙压力(5)浪压

37、力(6)土压力主动土压力 kN被动土压力 kN 表2-4 作用于主坝上的各力与力矩大小和方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kNm）(+)(-)(+)(-)(+)(-)W71502.34516766.75P13274.38.6228213.55P2103.71.53159U1416.990U22357.813.17309.2Psk0.70.270.18Pwk11.324.5276.85Ea52.11.3369.47Ep270.51.33360.5771502774.83338.4374.217286.4235884.49总4375.22964.2-18598.07 坝体抗滑稳

38、定计算=在设计洪水位下，主坝不满足抗滑稳定要求。 应力计算坝基允许压应力=2.83.0MPa。，下游坝趾应力满足要求。因0，上游坝踵处出现拉应力，不满足要求。综上所述，应力不满足要求。2.2.2副坝抗滑稳定计算与坝基应力计算 荷载计算(1)坝体自重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P2(3)扬压力U图 2-6 副坝坝基处扬压力上游水面至坝基距离H=3.85m， 坝基长度T=5.5m。(4)浪压力表2-5 作用于副坝的各力和力矩大小与方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kNm）(+)(-)(+)(-)(+)(-)W6050.25151.25P178.801.

39、28100.86P20U108.70.9299.42Pwk11.33.8543.51605108.790.1151.25243.79总496.9383.9-92.54 抗滑稳定计算=3.58=1.05因此在设计洪水位下，副坝抗滑稳定要求。 应力计算坝基允许压应力=2.83.0MPa。因0，。坝踵处未出现拉应力，满足要求。2.2.3溢流坝抗滑稳定计算与坝基应力计算 荷载计算(1)坝体自重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P2(3)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距离H1=22.01m，下游水面至坝基距离H2=4.6m， 坝基长度T=18.5m。(4)动水

40、压力 (2-15) (2-16)式中：由水力学教材中公式9.4求下游收缩断面水深 (2-17)查表9.1流速系数计算得由所以动水压力水平分量为动水压力垂直分量为(5) 泥沙压力(6) 浪压力(7) 土压力主动土压力 被动土压力 表2-6 作用于溢流坝的各力与力矩大小和方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kNm）(+)(-)(+)(-)(+)(-)W7981.61.239817.37P13303.788.5728313.39P2103.71.53159U1382.950U22357.813.17309.21PH13.813179.4PV51.57.5386.25Psk0.70.

41、270.18Pwk11.325.85292.1Ea52.11.3369.47Ep270.51.33360.678033.12940.763367.8838810516.443637.6总5292.342979.88-2585.16 坝体抗滑稳定计算=在设计洪水位下，溢流坝满足抗滑稳定要求。 应力计算坝基允许压应力=2.83.0MPa。，下游坝趾应力满足要求。因0，上游坝踵处出现拉应力，不满足要求。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在校核洪水位下上游水位23.25m，下游水位1.0m。2.3.1主坝抗滑稳定计算与坝基应力计算 荷载计算(1) 坝体自重(2)

42、水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P2(3)基处扬压力U图2-8 主坝坝基处扬压力上游水面至坝基距离H1=27.25m，下游水面至坝基距离H2=5.0m， 坝基长度T=18.5m。(4)泥沙压力(5)浪压力(6)土压力主动土压力 被动土压力 表2-7 作用于主坝的各力与力矩大小和方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kNm）(+)(-)(+)(-)(+)(-)W71502.34516766.75P13638.569.0132783.43P2122.51.67204.17U1453.250U22470.213.17657.65Psk0.70.270.18Pwk11.

43、38.17276.85Ea52.11.3369.47Ep270.51.33360.5771502515.463702.6639317331.5940787.58总4634.543309.66-23456.09 坝体抗滑稳定计算=在校核洪水位下，主坝不满足抗滑稳定要求。 应力计算坝基允许压应力=2.83.0MPa。，下游坝趾满足要求。因0，上游坝踵处出现拉应力，不满足要求。 综上所述，应力不满足要求。2.3.2副坝抗滑稳定计算与坝基应力计算 荷载计算(1)坝体自重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P2(3)扬压力U图2-9 副坝坝基处扬压力上游水面至坝基距离H=5.25m，

44、坝基长度T=5.5m。(4)浪压力表2-8 作用于副坝的各力和力矩大小与方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kNm）(+)(-)(+)(-)(+)(-)W6050.25151.25P1135.061.68226.90P20U135.80.92124.95Pwk11.35.0456.95605135.8146.36151.25391.05总469.2146.36-239.65 抗滑稳定计算=2.08=1.0因此在校核洪水位下，副坝满足抗滑稳定要求。 应力计算坝基允许压应力=2.83.0MPa。因0，。 坝踵处未出现拉应力，满足要求。2.3.3溢流坝抗滑稳定计算与坝基应力计算 荷

45、载计算(1)坝体自重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P2(3)基处扬压力U图2-10 溢流坝坝基扬压力上游水面至坝基距离H1=27.25m，下游水面至坝基距离H2=5.0m， 坝基长度T=18.5m。(4)动水压力式中：由水力学教材中公式9.4求下游收缩断面水深查表9.1流速系数计算得由所以动水压力水平分量为动水压力垂直分量为(5) 泥沙压力(6) 浪压力(7) 土压力主动土压力 被动土压力 表2-9 作用于溢流坝的各力和力矩大小与方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kNm）(+)(-)(+)(-)(+)(-)W7981.61.239817.37P136

46、01.58.8731945.31P2122.51.67204.17U1453.250U22470.213.17657.65PH35.9513467.35PV134.27.51006.5Psk0.70.270.18Pwk11.325.85292.1Ea52.11.3369.47Ep270.51.33360.678115.82923.463665.6428.9510849.5640971.21总5192.343236.65-30121.65 坝体抗滑稳定计算=在校核洪水位下，溢流坝满足抗滑稳定要求。 应力计算坝基允许压应力=2.83.0MPa。，因0。上游坝踵处出现拉应力，不满足要求。2.4地震情

47、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在正常蓄水位下上游水位20.5m，下游水位0m。2.4.1主坝抗滑稳定计算与坝基应力计算 荷载计算(1)坝体自重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P2(3)坝基处扬压力U图2-11 主坝坝基处扬压力上游水面至坝基距离H1=24.5m，下游水面至坝基距离H2=4.0m， 坝基长度T=18.5m。(4) 泥沙压力(5) 浪压力地震荷载：主要包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(6)地震惯性力 (2-18)故 (7) 上游地震动水压力 (2-19) (8) 地震作用下的土压力 (2-20)式中： 主动土压力被动

48、土压力表2-10 作用于主坝的各力和力矩大小与方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kNm）(+)(-)(+)(-)(+)(-)W71501.34516766.75P129418.1724018.17P278.41.33104.53U1725.20U21858.33.15760.73P066.911.27753.96Q0196.612.252408.35Psk0.70.270.18Pwk11.325.85292.1Pwk54.51.3372.67Ep2611.3334871502583.53271339.417219.2833291.11总4566.52931.6-16071.

49、83 坝体抗滑稳定计算=在地震情况下，正常蓄水位时，主坝满足抗滑稳定要求。 应力计算坝基允许压应力=2.83.0MPa。，下游坝趾应力满足要求。因0，上游坝踵处出现拉应力，不满足要求。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(1)坝体自重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P2(3)扬压力U图2-12 副坝坝基处扬压力上游水面至坝基距离H=2.5m， 坝基长度T=5.5m。(4) 地震惯性力(5)上游地震动水压力(6)浪压力表2-11 作用于副坝的各力和力矩大小与方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kNm）(+)(-)(+

50、)(-)(+)(-)W6050.25151.25P130.60.8325.5P20Q016.61.2520.75P011.151.15U067.40.9262Pwk11.32.528.2560567.459.5151.25137.65总537.659.513.6 抗滑稳定计算=5.87=1.0因此在地震情况下，正常蓄水位时，副坝抗滑稳定满足要求。 应力计算坝基允许压应力=2.83.0MPa。因0，。上游坝踵处未出现拉应力，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(1)坝体自重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P2(3)坝基处扬压力U图2-13 溢流坝坝基

51、处扬压力(4)地震惯性力(5)上游地震动水压力(4)泥沙压力(5)浪压力(6)土压力主动土压力被动土压力表2-12 作用于溢流坝的各力和力矩大小与方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kNm）(+)(-)(+)(-)(+)(-)W7981.61.239817.37P129418.1724018.17P278.41.33104.53U1725.20U21858.33.15760.31P066.911.27753.96Q0219.512.252688.88Psk0.70.270.18Pwk11.324.25276.85Ea54.51.3372.67Ep2611.333487981.

52、62583.53293.9339.410269.933571.02续表2-12总5398.12954.5-23301.12 坝体抗滑稳定计算=在地震情况下，正常蓄水位时，溢流坝满足抗滑稳定要求。 应力计算坝基允许压应力=2.83.0MPa。，下游坝趾处应力满足要求。 因0，上游坝踵处出现拉应力，不满足要求。综上所述，应力不满足要求。经以上计算可知，除副坝外的主坝和溢流坝均存在问题，故需对主坝和溢流坝采取相应的加固除险措施。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SL-2000附录A公式进行计算。 (2-21)式中：Q溢流堰的下泄流量。b溢流堰宽度，22m；m流量

53、系数，0.44；为边礅形状系数，为闸墩形状系数，n为堰孔数。查水工建筑物教材取设计洪水位时 校核洪水位时过流能力满足要求2.6消能防冲设计水库属于属于小（2）型水库且大坝属于低坝，综合考虑采用挑流消能方式。本次设计选用鼻坎形式为连续式鼻坎，鼻坎高程为9.0m，挑射角为25，反弧半径为4.0m。依据溢洪道设计规SL253-2000，挑流水舌外缘挑距按下式计算： (2-22)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；v1坎顶水面流速，m/s；鼻坎挑角；h1坎顶垂直方向水深，m；h2坎顶与河床面高差，m。冲坑深度俺下式计算： (2-23)式中：T自下游水面至坑底最

54、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；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）23.7824.1424.4824.84续表2-13冲坑深度T（m）5.476.777.828.81L/T4.353.573.132.82冲刷消弱了坝下游河床基岩的稳定性，根据经验，冲坑向上游侧的影响围与河床地质条件有关，一般要求L/T在2.

55、55.0之间。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。3.1.2坝顶高程计算依据砌石坝设计规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

56、高程。 (3-1)安全超高正常蓄水位时取0.4m；校核洪水位时取0.3m。正常蓄水位时校核洪水位时取二者较大值1.11m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。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

57、股射流情况。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。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。3.2.3主坝、副坝、溢流坝坝体上游防渗主

58、坝、溢流坝迎水面防渗面板下部自坝基-4m高程（假定）开始浇筑。根据防渗要求的不同，防渗面板厚自堰顶至坝基高程采用4060cm渐变。副坝防渗面板厚度在同等高程处与主坝一致。为保证混凝土面板与坝体的完整性，设计面板的上游面按2.02.0m间距设置28锚杆，长度为3m，其中深入原坝体部分长2.5m。浇筑的面板设竖向分缝，分缝间宽度以10m为原则，缝采用铜片止水。3.2.4坝基防渗坝基帷幕灌浆布置主坝与溢流坝的坝基帷幕灌浆轴线布置于坝体上游侧距原坝体上游面2.0m处，坝基防渗帷幕轴线方向沿坝体方向布置，主坝段长度119m，溢流坝段（含两边侧墙）长度24m。根据灌浆需要，顶部设置盖重。为满足防渗要求，盖

59、重下部采用1m厚C25混凝土，而上面采用M7.5砂浆浆砌石，盖重混凝土同时将坝上游防渗面板与坝基灌浆帷幕在水平方向进行了衔接。依据地质勘测资料，坝基帷幕深度原则上按坝基下10m深度控制。右侧地形陡峭，因此采用台阶形向右岸延伸与副坝衔接。河槽中心底部最低处理高程-14.0m。本段帷幕灌浆终孔间距取2m。因为副坝在未加固之前抗滑和坝基应力均符合要求，且坝前水头较低，渗流较小，所以无需对副坝进行帷幕灌浆。3.3主坝加固后抗滑稳定计算与应力复合计算 加固措施：坝前设置1.9m长铺盖，盖重下部采用1m厚C25混凝土，上面采用M7.5砂浆浆砌石，厚度为3m，加固后坝基长度T=21m，面板与铺盖之间进行锚固

60、，配筋与面板和主坝上游面之间配筋一样。主坝计算简图如下图所示图3-1 主坝计算简图3.3.1正常蓄水时主坝抗滑稳定计算和应力复合 荷载计算(1)坝体自重 面板自重 盖重 (2)水平静水压力上游水平静水压力P1 (3-2)下游水平静水压力P2 (3-3)(3)垂直水压力 上游垂直水压力(4)扬压力帷幕灌浆位置距上游面距离在基础面处为2.0m，所以将扬压力分为以下几个部分计算：图3-2 主坝坝基处扬压力 (3-3) (3-4)根据坝基地质条件与防渗帷幕情况拟定，参考水工建筑物教材第十五页可知宜采用0.50.7，本设计取0.5。上下游水位差0.5m (3-5)(4)泥沙压力 (3-6)(5)浪压力(