【導讀】PS水庫位于河北省沙河市境內，屬海河流域滏陽河系沙洺河支流。大壩基礎抗滑不滿足要求，壩體高水位時滲漏嚴重。壩頂高程在不滿足規(guī)范要求。放水洞閘閥損壞。大壩下游無消能防沖設施。經鑒定大壩屬于三類壩。計算，壩基應力復合，溢流壩過流能力及消能計算等幾個部分。方法檢驗應力是否滿足要求。最后進行除險加固方案設計，使不滿足要求的工況滿足設計要求，使大壩得到加固。

　　

【正文】 ZHa )()1(39。 ????????? ?? 被動土壓力 kNtgEtgCCKE eZHp 2 70)()1(39。 ????????? ?? 表 210 作用于主壩的各力和力矩大小及方向表 荷載 垂直力（ kN） 水平力（ kN） 力臂 (m) 力矩（ kN m） ↓ (+) ↑ () → (+) ← () ↖ (+) ↗ () W 7150 P1 2941 P2 U1 0 U2 P0 河北工程大學畢業(yè)設計 27 Q0 Psk Pwk Pwk Ep 261 348 Σ 7150 3271 Σ 總 ↓ → ↗ Ⅱ 壩體抗滑穩(wěn)定計算 ??? PWfK = ][ 93 1 56 6 ???? K 在地震情況下，正常蓄水位時，主壩滿足抗滑穩(wěn)定要求。 Ⅲ 應力計算 k P aT MTWyu )( 22 0 ?????????????k P aT MTWyd )( 22 0 ???????????? 壩基允許壓應力 [? ]=～ 。 dy?＜ [? ]，下游壩趾應力滿足要求。 因uy?＜ 0， 上游壩踵處出現(xiàn)拉應力，不滿足要求。 綜上所述，應力不滿足要求。 副壩抗滑穩(wěn)定計算與壩基應力計算 Ⅰ 荷載計算 (1)壩體自重 kNW 605? (2)水平靜水壓力 上游水平靜水壓力 P1 kNHP 221 ????? ? 下游水平靜水壓力 P2 02?P (3)揚壓力 U 河北工程大學畢業(yè)設計 28 γ H 圖 212 副壩壩基處揚壓力 上游水面至壩基距離 H =， 壩基長度 T=。 KNHTU ?????? ? (4) 地震慣性力 kNFWCKQ ZH ?????? (5)上游地震動水壓力 kNHCKP ZH 220 ??????? ? (6)浪壓力 kNPwk ? 表 211 作用于副壩的各力和力矩大小及方向表 荷載 垂直力（ kN） 水平力（ kN） 力臂 (m) 力矩（ kN m） ↓ (+) ↑ () → (+) ← () ↖ (+) ↗ () W 605 P1 P2 0 Q0 P0 1 U0 62 Pwk Σ 605 Σ 總 ↓ → ↖ Ⅱ 抗滑穩(wěn)定計算 3 7 ??? ?? PWfK = ][K? = 河北工程大學畢業(yè)設計 29 因此在地震情況下，正常蓄水位時，副壩抗滑穩(wěn)定滿足要求。 Ⅲ 應力計算 k P aT MTWyu 22 0 ??????????? k P aT MTWyd 3 76 22 0 ??????????? 壩基允許壓應力 [? ]=～ 。 因uy?＞ 0，dy?＜ [? ]。 上游壩踵處未出現(xiàn)拉應力，滿足要求。 溢流壩抗滑穩(wěn)定計算與基應力計算 Ⅰ 荷載計算 (1)壩體自重 kNW ? (2)水平靜水壓力 上游水平靜水壓力 P1 kNHP 2 94 2211 ????? ? 下游水平靜水壓力 P2 kNHP 2222 ????? ? (3)壩基處揚壓力 U γ H 1γ H 2 圖 213 溢流壩壩基處揚壓力 kNTHHUUU )(2)( 2121 ??????????? ?? 河北工程大學畢業(yè)設計 30 (4)地震慣性力 kNFWCKQ ZH 8 ?????? (5)上游地震動水壓力 kNHCKPZH 220 ??????? ? (4)泥沙壓力 kNtgtghP nnnsk )245(21 2222 ??????? ?? ?? (5)浪壓力 kNPwk ? (6)土壓力 主動土壓力 kNtgEtgCCKE eZHa )()1(39。 ????????? ?? 被動土壓力 kNtgEtgCCKE eZHp 2 70)()1(39。 ????????? ?? 表 212 作用于溢流壩的各力和力矩大小及方向表 荷載 垂直力（ kN） 水平力（ kN） 力臂 (m) 力矩（ kN m） ↓ (+) ↑ () → (+) ← () ↖ (+) ↗ () W P1 2941 P2 U1 0 U2 P0 Q0 Psk Pwk Ea Ep 261 348 Σ 河北工程大學畢業(yè)設計 31 續(xù)表 212 Σ 總 ↓ → ↗ Ⅱ 壩體抗滑穩(wěn)定計算 ??? PWfK = ][ 54 98 ???? K 在地震情況下，正常蓄水位時，溢流壩滿足抗滑穩(wěn)定要求。 Ⅲ 應力計算 k P aT MTWyu )( 22 0 ????????????? k P aT MTWyd ) 3 3 0 1( 3 9 86 22 0 ???????????? 壩基允許壓應力 [? ]=～ 。 dy?＜ [? ]，下游壩趾處應力滿足要求。 因uy?＜ 0， 上游壩踵處出現(xiàn)拉應力，不滿足要求。 綜上所述，應力不滿足要求。 經以上計算可知，除副壩外的主壩和溢流壩均存在問題，故需對主壩和 溢流壩采取相應的加固除險措施。 溢流面過流能力驗算 溢流面采用曲線形實用堰，泄洪能力按照《溢洪道設計規(guī)范》 SL2020 附錄 A公式進行計算。 2/301 2 HgmbQ ?? (221) 式中： Q— 溢流堰的下泄流量。 b— 溢流堰寬度， 22m； m— 流量系數， ； ? ?? ? nbHKnK Pa 1211 ????? ； aK 為邊礅形狀系數， PK 為閘墩形狀系數， n 為堰孔數。 查《水工建筑物》教材取 ?? 設計洪水位時 smQsmHgmbQ /?????????? 設?河北工程大學畢業(yè)設計 32 校核洪水位時 smQsmHgmbQ /????????? 校?過流能力滿足要求 消能防沖設計 水庫屬于屬于小（ 2）型水庫且大壩屬于低壩，綜合考慮采用挑流消能方式。本次設計選用鼻坎形式為連續(xù)式鼻坎，鼻坎高程為 ，挑射角為 25176。，反弧半徑為 。 依據《溢洪道設計規(guī)范》 SL2532020，挑流水舌外緣挑距按下 式計算： ? ? ghhgvvVL /)c o s(2s inc o sc o ss in 21221121 ???? ????? (222) 式中： L— 指壩下游垂直面到挑流水舌外緣進入下游水面后與河床面交點的水平距離， m； v1— 坎頂水面流速， m/s； θ — 鼻坎挑角； h1— 坎頂垂直方向水深， m； h2— 坎頂與河床面高差， m。 沖坑深度俺下式計算： 4121 ZkqT ? (223) 式中： T— 自下游水面至坑底最大水墊深度， m； q— 鼻坎末端斷面單寬流量， m3/（ sm） 。 Z— 上下游水位差， m； k— 綜合沖刷系數，取 經計算，不同頻率洪水下的計算成果如下： 表 213 各頻率洪峰下挑距和沖坑計算成果表 洪水重現(xiàn)期（年） 20 50 100 200 庫水位（ m） 下泄流量 Q（ m3/s） 挑坎外緣距離 L（ m） 河北工程大學畢業(yè)設計 33 續(xù)表 213 沖坑深度 T（ m） L/T 沖刷消弱了壩下游河床基巖的穩(wěn)定性，根據經驗，沖坑向上游側的影響范圍與河床地質條件有關，一般要求 L/T 在 ~ 之間。 經計算得知 L/T 均在 ~ 之間，消能防沖設計滿足要求。 河北工程大學畢業(yè)設計 34 3 除險加固工程設計 大壩防洪復合設計 大壩防洪加固方案 根據安全鑒定結果， PS水庫大壩防洪能力不滿足國家標準要求，本次除險加固選擇有兩種方案進行比較：方案一，維持現(xiàn)狀壩頂高程 ，溢洪道寬度和底高程不變，在壩頂增設防浪墻，計算 防浪墻頂高程。方案二，維持現(xiàn)狀壩頂高程 ，溢洪道采用現(xiàn)狀底高程，拓寬溢洪道過水斷面至 40m，重建交通橋。 壩頂高程計算 依據《砌石壩設計規(guī)范》 SL252020，壩頂上游防浪墻墻頂高程與正常蓄水位或校核洪水位的高差，應按公式 11計算，選擇兩者中防浪墻頂高程的高者作為選定高程。 czb hhhh ???? (31) 安全超高正常蓄水位時取 ；校核洪水位時取 。 正常蓄水位時 mhhhh czb ???????? 校核洪水位時 mhhhh czb ???????? 取二者較大值 經分析可以看出，方案一優(yōu)于方案二 ,故采用方案一：維持現(xiàn)狀壩頂高程 ，溢洪道寬度和底高程不變，在壩頂增設防浪墻。 大壩防滲設 存在的問題 由于施工質量較差，自水庫建成蓄水后便發(fā)現(xiàn)兩側壩頭有滲漏，且逐年加重，由于兩壩頭巖層裂隙發(fā)育，成為滲漏的主要通道，近年來滲漏尤為嚴重。特別是 2020 年 7月大洪水以后，水庫左壩肩 18m 高程、右壩肩 14m 和 16m 高程處的滲流量較大。由于砌筑質量不高，高水位運行時，壩 體多處存在滲漏，尤其在 以上的主壩擋水壩段和溢流壩段存在小股射流情況。雖然大壩于 1980 年進行了灌漿處理、“ ”大洪水后在主壩迎水面的水上部分進行全面填縫，但現(xiàn)場可見填縫十分粗糙，并沒有從根本上解決滲漏問題。滲漏問題嚴重影響到工程灌溉和供水效益的發(fā)揮。 防滲方案 為減小滲漏量，并同時提高大壩抗滑穩(wěn)定性，大壩防滲考慮兩種方案：一是壩體灌漿與壩基帷幕相結合，二是壩體做混凝土防滲面板，壩基進行帷幕灌漿。由于 PS 水庫河北工程大學畢業(yè)設計 35 大壩中部為一段長為 22m 的曲線形溢洪堰，壩頂鉆孔灌漿施工不便，因此考慮施工的 可行性，推薦采用防滲面板與在壩前進行基礎帷幕灌漿相結合的防滲型式，以形成完整的防滲體系，并有助于提高壩體抗滑穩(wěn)定性。 主壩、副壩、溢流壩壩體上游防滲 主壩、溢流壩迎水面防滲面板下部自壩基 4m 高程（假定）開始澆筑。根據防滲要求的不同，防滲面板厚自堰頂至壩基高程采用 40～ 60cm 漸變。副壩防滲面板厚度在同等高程處與主壩一致。為保證混凝土面板與壩體的完整性，設計面板的上游面按 間距設置Φ 28 錨桿，長度為 3m，其中深入原壩體部分長 。澆筑的面板設豎向分縫，分縫間寬度以 10m 為原則，縫 內采用銅片止水。 壩基防滲 壩基帷幕灌漿布置 主壩及溢流壩的壩基帷幕灌漿軸線布置于壩體上游側距原壩體上游面 處，壩基防滲帷幕軸線方向沿壩體方向布置，主壩段長度 119m，溢流壩段（含兩邊側墻）長度24m。根據灌漿需要，頂部設置蓋重。為滿足防滲要求，蓋重下部采用 1m 厚 C25 混凝土，而上面采用 砂漿漿砌石，蓋重混凝土同時將壩上游防滲面板與壩基灌漿帷幕在水平方向進行了銜接。依據地質勘測資料，壩基帷幕深度原則上按壩基下 10m 深度控制。右側地形陡峭，因此采用臺階形向右岸延伸與副壩銜接。河槽中心底部 最低處理高程。本段帷幕灌漿終孔間距取 2m。 因為副壩在未加固之前抗滑和壩基應力均符合要求，且壩前水頭較低，滲流較小，所以無需對副壩進行帷幕灌漿。 主壩加固后抗滑穩(wěn)定計算與應力復合計算 加固措施：壩前設置 長鋪蓋，蓋重下部采用 1m 厚 C25 混凝土，上面采用 砂漿漿砌石，厚度為 3m，加固后壩基長度 T=21m，面板與鋪蓋之間進行錨固，配筋與面板和主壩上游面之間配筋相同。 主壩計算簡圖如下圖所示 河北工程大學畢業(yè)設計 36 圖 31 主壩計算簡圖 正常蓄水時主壩抗滑穩(wěn)定計算和應力復合 Ⅰ 荷載計算 (1)壩體自重 kNW 71501 ? 面板自重 kNW )(2 ????? 蓋重 kNW ??????? (2)水平靜水壓力 上游水平靜水壓力 P1 kNHP 2 94 2211 ????? ? (32) 下游水平靜水壓力 P2 kNHP 2222 ????? ?