1、除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)2.1 水庫(kù)及樞紐2.1.1 設(shè)計(jì)依據(jù)（1）工程等別及建筑物級(jí)別某某工程水庫(kù)總庫(kù)容26.8萬(wàn)m3，均質(zhì)土壩最大壩高16.2m（加高1.2m后），設(shè)計(jì)灌溉面積518畝。根據(jù)水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)（SL 2522000）及防洪標(biāo)準(zhǔn)（GB 5020194），工程規(guī)模屬?。?）型，工程等別為V等工程。主要建筑物大壩、溢洪道、放水涵洞按5級(jí)建筑物設(shè)計(jì)。（2）洪水標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)（SL 252-2000）的規(guī)定，本工程永久性擋水和泄水建筑物所采用的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為300年一遇，消能防沖標(biāo)準(zhǔn)按10年一遇。（3）設(shè)計(jì)基本資料 水文、氣象根據(jù)水文

2、專業(yè)調(diào)查、分析計(jì)算，設(shè)計(jì)中所采用的水文、氣象參數(shù)見下表：表2.1-1 設(shè)計(jì)采用的水文、氣象參數(shù)表序號(hào)項(xiàng)目名稱單位數(shù)量備注1多年平均最大風(fēng)速M(fèi)/s16.52設(shè)計(jì)情況計(jì)算風(fēng)速M(fèi)/s24.753校核情況計(jì)算風(fēng)速M(fèi)/s16.5續(xù)上表4吹程km0.25多年平均來(lái)水量萬(wàn)m32646設(shè)計(jì)洪水位（P=3.33%）m960.627設(shè)計(jì)洪水位時(shí)最大下泄流量m3/s46.98相應(yīng)下游水位m9校核洪水位（P=0.33%）m961.1810校核洪水位時(shí)最大下泄流量m3/s73.011相應(yīng)下游水位m12正常蓄水位m95913正常蓄水位以下庫(kù)容萬(wàn)m319.3514總庫(kù)容萬(wàn)m326.815死水位m95116死水位以下庫(kù)容萬(wàn)m

3、32.6517淤沙高程（30年）m950.5818調(diào)節(jié)庫(kù)容萬(wàn)m316.7 地震基本烈度場(chǎng)區(qū)地震基本烈度小于6度，本工程建筑物不考慮地震設(shè)防。 壩基巖石物理力學(xué)指標(biāo)設(shè)計(jì)采用的壩基（肩）巖體力學(xué)指標(biāo):23ls弱風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r: f=0.7層 面： f=0.550.6裂隙面： f=0.50.55設(shè)計(jì)采用壩體物理力學(xué)參數(shù)見表2.1-2：表2.1-2 設(shè)計(jì)采用壩體物理力學(xué)參數(shù)表巖性參數(shù)含水量(%)孔隙比容重g/cm3飽和容重g/cm3抗剪強(qiáng)度壓縮系數(shù)(Mpa-1)壓縮模量(MPa)滲透系數(shù)飽和慢剪（度）C(KPa)粘土夾碎石38.701.3431.641.88.5250.327.135.5310-5（4

4、）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)防洪標(biāo)準(zhǔn)（GB 5020194）水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)（SL 2522000）碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范（SDJ 21884）及其補(bǔ)充規(guī)定小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計(jì)導(dǎo)則（SL 18996）溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范（SL 2532000）及其補(bǔ)充規(guī)定水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（SL/T 19196）溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范（SL 2532000）及其補(bǔ)充規(guī)定2.1.2 水庫(kù)樞紐除險(xiǎn)加固工程總體布置某某原溢洪道堰頂高程959m，溢流前緣凈寬B=9m。本次洪水調(diào)節(jié)計(jì)算時(shí)，考慮了B=9m（不拓寬方案）和B=15m（拓寬方案）兩種情況。根據(jù)洪水調(diào)節(jié)計(jì)算成果復(fù)核壩頂超高，不拓寬方案大壩需加高2.1m，拓寬方

5、案需加高1.2m?？紤]到某某集雨面積較大，庫(kù)容較小，下泄流量較大，結(jié)合右岸的地形地質(zhì)條件，本次設(shè)計(jì)選用拓寬方案。大壩加高由下游953.6m高程加至961.2m高程，壩坡1:2.5，壩頂設(shè)1m高防浪墻，壩頂寬度4m。上游壩面采用C15砼預(yù)制塊護(hù)坡，下游壩面采用草皮護(hù)坡，下游壩腳增設(shè)堆石排水棱體，棱體頂部寬度2.25m，頂部高程947.5m，底部高程945。溢洪道位于右岸，拓寬時(shí)左側(cè)墻（靠壩側(cè)）位置不動(dòng)，右側(cè)邊墻往右岸延伸。另外，原溢洪道出口對(duì)沖壩腳，影響壩體穩(wěn)定，須對(duì)將其改道，使水流順暢接入下游河道。放水涵洞位于左岸，原進(jìn)口取水高程950m，由一扇雙向轉(zhuǎn)動(dòng)閘門控制。經(jīng)過(guò)復(fù)核計(jì)算，30年淤沙高程已

6、達(dá)950.58m，所以取水口高程應(yīng)抬高，本次設(shè)計(jì)考慮抬高至950.8m，并重建啟閉房，更換已經(jīng)損壞的雙向轉(zhuǎn)動(dòng)閘門。2.2 大壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)2.2.1 大壩加固設(shè)計(jì)方案根據(jù)本次勘測(cè)和設(shè)計(jì)復(fù)核結(jié)果，針對(duì)大壩存在壩頂超高不夠，浸潤(rùn)線高，上、下游壩面無(wú)護(hù)坡設(shè)施，壩坡淘刷、沖刷嚴(yán)重等主要問(wèn)題，確定本次大壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)的工程措施為：壩體加高1.2m、壩面增設(shè)護(hù)坡設(shè)施、下游壩腳增設(shè)截水溝和排水棱體。2.2.2 大壩加高設(shè)計(jì)2.2.2.1壩頂高程確定壩頂上游側(cè)考慮設(shè)1.0m高的防浪墻，防浪墻頂高程等于水庫(kù)靜水位加上相應(yīng)墻頂超高，按下列兩種情況計(jì)算，取其最大值。 設(shè)計(jì)洪水位+正常運(yùn)用情況的墻頂超高； 校核洪水位

7、+非常運(yùn)用情況的墻頂超高。墻頂超高計(jì)算公式：Y=R+e+A（m）波浪的平均爬高R按下式計(jì)算：波浪要素按“莆田試驗(yàn)站”公式計(jì)算：設(shè)計(jì)波浪爬高值R按工程等級(jí)確定，對(duì)于V級(jí)土石壩取累計(jì)頻率p=5%的爬高值，。壩前風(fēng)雍水面高度e一般很小，故計(jì)算時(shí)忽略不計(jì)。表2.2-1 波浪要素計(jì)算成果表 單位：m計(jì)算情況風(fēng)速W吹程D平均波高h(yuǎn)平均波長(zhǎng)設(shè)計(jì)爬高R5%設(shè)計(jì)洪水位24.752000.194.720.7校核洪水位16.52000.123.020.5安全超高A按SDJ 21884中表4.4.2規(guī)定，對(duì)于V級(jí)建筑物正常運(yùn)用情況取0.5m，非常運(yùn)用情況取0.3m。墻頂高程計(jì)算成果如表2.2-1：表2.2-2 壩頂高

8、程計(jì)算成果表 單位：m計(jì)算情況項(xiàng)目水庫(kù)靜水位墻頂超高Y墻頂高程設(shè)計(jì)洪水位（P=3.33%）960.6331.2961.833校核洪水位（P=0.33%）961.180.8961.98由校核洪水位控制墻頂高程，取962m，采用0.8m高的防浪墻，確定壩頂高程為961.2m，高于水庫(kù)最高靜水位（校核洪水位）0.02m，滿足規(guī)范要求。2.2.2.2大壩標(biāo)準(zhǔn)剖面原壩頂高程為960m，大壩需要加高1.2m。結(jié)合壩體現(xiàn)狀，加高部分壩體從下游壩面953.6m高程按1:2.5的坡度加至961.2m高程，加高后原上游壩坡1:2不變。壩頂寬度根據(jù)交通要求取4m，設(shè)高1m、厚0.5m的防浪墻后壩頂凈寬3.5m。2.

9、2.2.3滲流計(jì)算（1）計(jì)算方法及計(jì)算工況某某大壩加高1.2m后滲流計(jì)算考慮下列兩種水位組合情況：工況1：上游正常蓄水位（959m）與下游相應(yīng)的最低水位（945.5m）；工況2：水庫(kù)水位從校核洪水位（961.18m）降至放水涵洞取水高程（951m）情況。計(jì)算方法為有限元數(shù)值分析法，采用北京理正軟件設(shè)計(jì)研究所滲流分析軟件（1.1版）計(jì)算。計(jì)算時(shí)分三個(gè)區(qū)域：粘土部分主壩體為1區(qū)、下游排水棱體為2區(qū)、壩基為3區(qū)。各區(qū)采用的滲透系數(shù)如下：1區(qū)（按各向同性考慮）：Kx=Ky=5.5610-5cm/s；2區(qū)（按各向同性考慮）：Kx=Ky=1.16cm/s；3區(qū)（按各向同性考慮）：Kx=Ky=5.7910-

10、6cm/s；（2）工況1計(jì)算結(jié)果經(jīng)計(jì)算，穩(wěn)定滲流期單位壩長(zhǎng)滲漏量q=0.001L/sm.，浸潤(rùn)線位置見下圖：（3）工況2計(jì)算結(jié)果放水涵洞進(jìn)口雙向轉(zhuǎn)動(dòng)閘門的尺寸為300mm，洞身斷面尺寸0.40.8m（城門型），校核洪水位961.18m至放水涵洞取水高程951m之間的庫(kù)容差為24.15萬(wàn)m3，考慮0.02m3/s的天然來(lái)水量，經(jīng)計(jì)算，水庫(kù)水位由961.18m降至951m所需的時(shí)間為3.62天。計(jì)算的浸潤(rùn)線位置見下圖：（4）滲透穩(wěn)定計(jì)算根據(jù)碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范（SDJ 21884）第7.2.5條規(guī)定，各種土石壩自浸潤(rùn)線出逸點(diǎn)至下游坡腳一段，按要求做好反濾排水設(shè)備時(shí)可不進(jìn)行壩體填土滲透穩(wěn)定的校核。某

11、某大壩下游壩腳增設(shè)了排水棱體，排水棱體前設(shè)置了反濾層，故未進(jìn)行滲透穩(wěn)定計(jì)算。2.2.2.4壩坡穩(wěn)定計(jì)算（1）計(jì)算方法及計(jì)算工況穩(wěn)定計(jì)算的目的是保證土石壩在自重、各種情況下的孔隙壓力和外荷載的作用下，具有足夠的穩(wěn)定性，不致發(fā)生通過(guò)壩體或壩體和壩基的整體剪切破壞。某某大壩加高1.2m后的壩坡穩(wěn)定計(jì)算考慮了下列兩種情況：工況1（正常運(yùn)用）：穩(wěn)定滲流期的下游壩坡（上游正常蓄水位959m與下游相應(yīng)的最低水位945.5m）；工況2（非常運(yùn)用）：水庫(kù)水位降落期的上游壩坡（水庫(kù)水位從校核洪水位961.18m降至放水涵洞取水高程951m）。計(jì)算方法為剛體極限平衡法，采用北京理正軟件設(shè)計(jì)研究所邊坡穩(wěn)定設(shè)計(jì)軟件（3

12、.0版）計(jì)算。壩體強(qiáng)度計(jì)算方法為有效應(yīng)力法，設(shè)計(jì)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)按飽和慢剪試驗(yàn)指標(biāo)的0.8倍取用。表2.2-3 穩(wěn)定計(jì)算采用參數(shù)表部位試驗(yàn)強(qiáng)度指標(biāo)設(shè)計(jì)強(qiáng)度指標(biāo)濕容重飽和容重C(kPa)(度)C(kPa)(度) w(t/m3)s(t/m3)壩體29.410.7258.61.641.8排水棱體30452.02.1壩基5005002.32.5（2）工況1：穩(wěn)定滲流期下游壩坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果通過(guò)程序自動(dòng)收索，最不利滑動(dòng)面的圓心坐標(biāo)為：x=16.24m、y=25.08m，滑弧半徑R=25.075m。抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)見表2.2-3：表2.2-4 下游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)表計(jì)算方法計(jì)算安全系數(shù)最小安全系數(shù)允許值瑞典

13、條分法1.3421.15Bishop法1.4161.265Janbu法1.4261.265由表2.2-4可知，穩(wěn)定滲流期的下游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。（3）工況2：水庫(kù)水位降落期上游壩坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果通過(guò)程序自動(dòng)收索，最不利滑動(dòng)面的圓心坐標(biāo)為：x=16.24m、y=25.08m，滑弧半徑R=25.075m?？够€(wěn)定安全系數(shù)見表2.2-4：表2.2-5 上游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)表計(jì)算方法計(jì)算安全系數(shù)最小安全系數(shù)允許值瑞典條分法1.1361.05Bishop法1.1961.155Janbu法1.2131.155由表2.2-5可知，水庫(kù)水位降落期的上游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。2.2

14、.3壩面護(hù)坡由于原來(lái)的壩體上、下游壩面均未采取護(hù)坡措施，壩坡易被波浪掏刷或雨水沖刷，特別是下游壩面，受雨水沖刷形成的沖溝縱橫遍布，最深的達(dá)1.5m，寬達(dá)2.5m。故本次除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)對(duì)上、下游壩面增設(shè)護(hù)坡設(shè)施。上游壩面采用C15混凝土預(yù)制菱形塊護(hù)面，預(yù)制快寬度0.6m，厚度0.15m。其背水側(cè)設(shè)反濾層，其中碎石層厚0.15m、細(xì)砂層厚0.15m。下游壩面采用草皮護(hù)坡，將草皮割成寬約0.25m、長(zhǎng)2.5m的長(zhǎng)條形，厚0.050.1m。為使接縫部位結(jié)合緊密，草皮的邊緣做成斜切的。將草皮條鋪成寬1m的方格，空格中播種矮草草籽，如三葉草等。2.2.4排水棱體及截水溝為降低壩體浸潤(rùn)線及孔隙壓力，增加壩體穩(wěn)

15、定，下游壩腳河床部位增設(shè)堆石排水棱體。堆石棱體高度4m，頂部寬度3m，外坡1:1.5，內(nèi)側(cè)垂直。棱體前設(shè)碎石及細(xì)砂反濾層，細(xì)砂層厚0.2m，碎石層厚0.2m。下游壩體與岸坡連接處設(shè)截水溝，集中將岸坡集水排至下游河道。截水溝用M7.5漿砌石砌筑，過(guò)水?dāng)嗝?.40.4m。2.3 溢洪道改造由于原溢洪道泄洪能力不足，槽身襯砌結(jié)構(gòu)多處斷裂，已喪失穩(wěn)定性，其出口又對(duì)沖壩體。本次除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)將溢洪道進(jìn)行拓寬改造，并將其出口改道，使水流平順流入下游河道。拓寬后的溢洪道包括進(jìn)水渠、溢流堰、泄槽、消力池。進(jìn)水渠段長(zhǎng)7.4m，為使水流順暢進(jìn)入溢洪道，其右側(cè)邊墻設(shè)長(zhǎng)3m的扭面與進(jìn)口開挖面相接，左側(cè)設(shè)半徑10m的圓弧

16、導(dǎo)墻。溢流堰為寬頂堰，前緣凈寬15m，堰頂高程959m，總長(zhǎng)5.5m，堰體材料為C15砼。泄槽段總長(zhǎng)90.4m，底坡為1:5.396，槽身采用C25砼襯砌，厚30cm。為節(jié)約工程量，在樁號(hào)溢0+17.537至溢0+48.537段設(shè)長(zhǎng)31m長(zhǎng)的收縮段，將槽身底寬由15m收縮至8m，收縮角6.5。為使溢洪道軸線更短，泄槽在溢0+48.537至溢0+72.099設(shè)轉(zhuǎn)彎段，轉(zhuǎn)彎半徑50m，轉(zhuǎn)彎角27。消力池長(zhǎng)25m，池底高程942.252m，池寬8m，邊墻高度5.5m。池身采用C25砼襯砌，池底厚50cm，邊墻厚50cm。為連接兩岸交通，在溢0+13.537樁號(hào)處設(shè)現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁式交通橋，橋?qū)?m。

17、2.4 壩體、壩基、壩肩及庫(kù)區(qū)滲漏處理2.4.1 壩體滲漏處理某某大壩分兩期筑成（1963年、1979年），壩體滲漏主要是沿兩期壩體結(jié)合部位（953.6m高程）及二期部分壩體較為嚴(yán)重，在大壩左岸段950m高程存在較大滲漏點(diǎn)S2。壩體滲漏采用充填灌漿進(jìn)行處理，沿壩頂中線布置灌漿孔，一般孔距為3m，局部滲漏嚴(yán)重部位孔距1.5m。灌漿材料為粘土加15%水泥的粘土漿，設(shè)計(jì)灌漿壓力0.25Mpa，總進(jìn)尺600m。2.4.2 壩基（肩）滲漏處理某某壩（肩）基滲漏主要是沿建基面及壩基淺部風(fēng)化裂隙存在裂隙性滲漏，較明顯的滲漏點(diǎn)為下游壩腳位置的S1點(diǎn)。壩基滲漏采用帷幕灌漿處理，灌漿孔沿壩頂中線布置，孔距采用3m

18、。根據(jù)地質(zhì)資料，孔深以進(jìn)入巖體15m控制，兩壩肩向岸坡延伸1015m，以使正常蓄水位與地下水位相接，形成封閉帷幕。帷幕灌漿總進(jìn)尺900m，其中有效進(jìn)尺700m，無(wú)效進(jìn)尺200m。2.4.2 庫(kù)區(qū)滲漏處理水庫(kù)庫(kù)區(qū)成庫(kù)條件較好，不存在滲漏，不需進(jìn)行處理。2.5 放水涵洞改造原放水涵洞位于左岸，為壩內(nèi)無(wú)壓涵洞，總長(zhǎng)76.5m，斷面型式為城門洞型，過(guò)水?dāng)嗝?.40.8m，進(jìn)口洞底高程948m，出口高程947.5m。進(jìn)口設(shè)300mm雙向轉(zhuǎn)動(dòng)閘門，取水高程950m。通過(guò)本次復(fù)核，現(xiàn)水庫(kù)庫(kù)底高程949m，30年淤沙高程950.58m。故本次設(shè)計(jì)考慮將放水涵洞取水高程抬高至950.8m，并重新興建取水室。另外，由于原雙向轉(zhuǎn)動(dòng)閘門已經(jīng)損壞，需更換。2.6 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)某某原無(wú)監(jiān)測(cè)設(shè)施，根據(jù)小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計(jì)導(dǎo)則（SL189-96）要求設(shè)置觀測(cè)項(xiàng)目。結(jié)合本工程具體情況，選定大壩表面沉降及位移、滲流量、上下游水位監(jiān)測(cè)等項(xiàng)目。2.6.1大壩表面沉降及位移在壩體表面布設(shè)位移沉降測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)位于最大斷面、特殊地質(zhì)條件等處，同時(shí)在大壩兩岸設(shè)置工作基點(diǎn)以及校核基點(diǎn)，以對(duì)大壩表面的位移標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。2.6.2滲流量在大壩下游的坡腳建截水墻，將滲漏水全部集中至量水堰中進(jìn)行觀測(cè)。2.6.3水位觀測(cè)在大壩的上游面設(shè)水位標(biāo)尺，觀測(cè)水庫(kù)水位，并