【正文】 祝鄭州大學(xué)蒸蒸日上，早日建設(shè)成為國(guó)內(nèi)一流大學(xué)。在此，還要感謝那些在該領(lǐng)域中做出貢獻(xiàn)的各位研究人員和教授，對(duì)參考文獻(xiàn)的作者表示衷心的感謝。本設(shè)計(jì)針對(duì)水庫(kù)以上存在問(wèn)題，在老師的指導(dǎo)下做了對(duì)其做了相應(yīng)的除險(xiǎn)加固處理，并根據(jù)相關(guān)規(guī)范做了穩(wěn)定分析，例如，大壩滲流穩(wěn)定分析和抗滑穩(wěn)定分析；溢洪道進(jìn)行了過(guò)流能力計(jì)算，陡槽水面線計(jì)算，擋土墻設(shè)計(jì)和消能防沖設(shè)計(jì)等，并據(jù)溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范，做了相關(guān)穩(wěn)定分析：抗滑移穩(wěn)定分析，抗傾覆穩(wěn)定分析等，都滿(mǎn)足了規(guī)范要求；希望本設(shè)計(jì)能對(duì)安溝水庫(kù)的除險(xiǎn)加固工程起到一定的參考作用。結(jié)語(yǔ)安溝水庫(kù)樞紐有大壩、溢洪道、輸水洞等建筑物組成，具有防洪，灌溉，供水，旅游等綜合效益。擋土墻上設(shè) 排水孔，間距3m。梅花型布置。b、消力池底板設(shè)計(jì)根據(jù)前面的水力學(xué)計(jì)算和結(jié)構(gòu)計(jì)算，二級(jí)陡槽下游設(shè)計(jì)消力池長(zhǎng) 12m，深 。梅花型布置。陡槽底板設(shè)縱縫，縫距 9m，靠近邊墻的縫距取 5m。梅花型布置?？p寬 20mm，內(nèi)填瀝青油氈。下設(shè) 厚 C15 砼墊層。H1△qkt?抗?。? bmPWUt???2式中：t—底板始端厚度；ΔH＇—泄水時(shí)上、下游水位差；—底板計(jì)算系數(shù)，取 =；1k1k—底板安全系數(shù)，取 =；2 2U—作用在底板底面的揚(yáng)壓力（KPa） ；W—作用在底板頂面的水重（KPa） ；—作用在底板上的脈動(dòng)壓力（KPa） ，取為躍前收縮斷面流水頭值的 5%；mP—底板的飽和重度，取 =25KN/ 。陡槽底板設(shè)縱縫，縫距 9m，靠近邊墻的縫距取 5m。梅花型布置?？箯澥芾? As= 3600( ) ， 轉(zhuǎn)換為斜鋼筋: As/cos = 3883( )2m?2m抗彎拉筋構(gòu)造配筋: 配筋率Us=% Usmin=%截面彎矩M(標(biāo)準(zhǔn)值)= (kNm)最大裂縫寬度： = (mm)?？箯澙顦?gòu)造配筋: 配筋率Us=% Usmin=%抗彎受拉筋: As= 1000( )2m跨中彎矩: M(標(biāo)準(zhǔn)值)= (kNm)最大裂縫寬度： = (mm)?？缰袕澗? M= (kNm)抗彎拉筋構(gòu)造配筋: 配筋率Us=% Us_min=%抗彎受拉筋: As= 1200(mm2)跨中彎矩: M(標(biāo)準(zhǔn)值)= (kNm)最大裂縫寬度： = (mm)。????）（滑 動(dòng) 力抗 滑 力cK滑移驗(yàn)算滿(mǎn)足: Kc = ；（二）傾覆驗(yàn)算：安全系數(shù)最不利情況，傾覆力矩= (kNm) 抗傾覆力矩=(kNm) ?????傾 覆 力 矩抗 傾 覆 力 矩傾覆驗(yàn)算滿(mǎn)足: = ；o（三）地基驗(yàn)算：作用于基底的合力偏心距驗(yàn)算最不利情況，作用于基底的合力偏心距驗(yàn)算滿(mǎn)足: 偏心距 e= * = (m)，?墻趾處地基承載力驗(yàn)算最不利情況，墻趾處地基承載力驗(yàn)算滿(mǎn)足:壓應(yīng)力=(kPa) (kPa)，墻踵處地基承載力驗(yàn)算最不利情況，墻踵處地基承載力驗(yàn)算滿(mǎn)足:壓應(yīng)力= (kPa)，?地基平均承載力驗(yàn)算情況，地基平均承載力驗(yàn)算滿(mǎn)足:壓應(yīng)力= (kPa)；(一) 墻趾板強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)值: 作用于基礎(chǔ)底的總豎向力= (kN) 作用于墻趾下點(diǎn)的總彎= (kNm)基礎(chǔ)底面寬度： B= (m) ， 偏心距： e= (m)基礎(chǔ)底面合力作用點(diǎn)距離趾點(diǎn)的距離： Zn= (m)基礎(chǔ)底壓應(yīng)力: 趾點(diǎn)=(kPa) ， 踵點(diǎn)=(kPa)設(shè)計(jì)值: 作用于基礎(chǔ)底的總豎向力= (kN) 作用于墻趾下點(diǎn)的總彎矩= (kNm)基礎(chǔ)底面寬度： B = (m) ， 偏心距： e= (m)基礎(chǔ)底面合力作用點(diǎn)距離趾點(diǎn)的距離： Zn= (m)基礎(chǔ)底壓應(yīng)力: 趾點(diǎn)= ， 踵點(diǎn)= (kPa)趾板根部：截面高度: H39。梅花型布置。陡槽底板設(shè)縱縫，縫距9m，靠近邊墻的縫距取 5m。第四斷面（樁號(hào)0+ ）與第五斷面（樁號(hào)0+）之間，底板坐落在砂卵石地基上，根據(jù)溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范，為加強(qiáng)陡槽底板的穩(wěn)定，用φ20錨固鋼筋把底板錨固在基巖上，錨固鋼筋間距2m，梅花型布置。第三斷面（樁號(hào) 0+）至樁號(hào) 0+ 處設(shè)一級(jí)消力池，一級(jí)消力池為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底板厚 ，一級(jí)消力池內(nèi)設(shè) 的排水孔，間距 3m，梅花形布置。底板設(shè) φ 排水孔，間距 3m。本次設(shè)計(jì)擬對(duì)護(hù)底和原溢洪道邊墻全部拆除重建。算得：Lj=，取消力池長(zhǎng)度 L=12m。3m二級(jí)陡槽第一共軛水深（收縮水深）取為尾部斜段末端水深，即 hc=，第二共軛水深（躍后水深）： ?????????????bghqhcc?式中：α—水流動(dòng)能校正系數(shù)，取 α=1；q—單寬流量，q=；2m、 —消力池首、末端寬度，取 / =1；1b2 1b2算得：hc″=，hc″hs′(hs′為下游水深，hs′=)，二級(jí)陡槽及其下游是砂卵石地基，故需設(shè)消能防沖設(shè)施。?式中：σ—水躍淹沒(méi)系數(shù) ， 取 σ=；算得： d=，取 d=。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 88。 ????kmhbgQ232??計(jì)算見(jiàn)圖如下： 二級(jí)陡槽示意圖（坡率：1：）根據(jù)以上公式迭代，得出臨界水深 hk。2h陡槽的邊墻高度 H 為：H=h+△ ， 式中：△—安全超高，取△= 。通過(guò)溢洪道水流在陡槽進(jìn)口處3m將形成臨界水深 。寬頂堰的流量系數(shù) m 決定于堰頂?shù)倪M(jìn)口形式和堰的相對(duì)高度 ,如圖 14 所示，并用HP如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： 寬頂堰流簡(jiǎn)圖 ???上式的適用范圍為 0 ；當(dāng) 時(shí)，m 可視為常數(shù)，即 m=。對(duì)梯形斷面： ， 為39。按寬頂堰水力計(jì)算公式計(jì)算： 3/239。 溢洪道過(guò)流能力計(jì)算本次水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì) 50 年一遇設(shè)計(jì)洪水位 ，溢洪道泄水量為 /s。泄槽縱坡必須保證泄流時(shí)，溢流堰下為自由出流和槽中不發(fā)生水躍，使水流出于急流狀態(tài)。2m經(jīng)計(jì)算，其基本組合、特殊組合下的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范要求的對(duì)應(yīng)的 K值，滿(mǎn)足。39?？刂贫蔚慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括：結(jié)構(gòu)形式選擇和布置、荷載計(jì)算及其組合、穩(wěn)定計(jì)算等。控制段控制段包括：溢流堰及其兩側(cè)的連接建筑物。但是，缺點(diǎn)是：使水面波動(dòng)大，消能時(shí)常產(chǎn)生霧化現(xiàn)象。取原溢洪道行洪斷面，清淤疏挖后，對(duì)邊墻、底板進(jìn)行襯砌。 溢洪道設(shè)計(jì) 工程現(xiàn)狀溢洪道位于大壩右岸，無(wú)閘門(mén)控制，控制段為開(kāi)敞式寬頂堰，長(zhǎng) 32m，底寬 46m，堰頂高程 270m，堰后接 1：10 陡坡，底寬收縮為 的梯形斷面。③地基承載力校核： PML???21121Le??)6(ebP??下上?式中：L1—合力作用點(diǎn)到上游端點(diǎn)的距離；e—偏心距；—底板上、下游端的地基應(yīng)力，取[σ]=800 ~1000Kpa。在墻后回填土?xí)r，應(yīng)先于墻背填筑一層不小于 厚的砂石料。5 溢洪道 溢洪道右岸山坡?lián)跬翂Υ髩紊嫌斡野渡狡露逊e大量松散材料，很容易滑坡，堵塞溢洪道進(jìn)口，為防止右岸山坡松散材料滑坡，在右岸山坡修建 漿砌石重力式，擋土墻長(zhǎng) 40m。經(jīng)計(jì)算，大壩抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)見(jiàn)下表（66） 。大壩計(jì)算斷面圖如下：圖 7 安溝水庫(kù)大壩典型斷面圖2） 計(jì)算方法根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》 （SL2742022） ，對(duì)大壩采用瑞典圓弧法進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計(jì)算。表 44 滲流計(jì)算結(jié)果上游水位 下游水位 水頭計(jì)算工況 (m) (m) (m)防滲墻滲透坡降下游出口最大坡降防滲帷幕滲透坡降計(jì)算單寬滲流量(m3/)正常蓄水位270 242 28 設(shè)計(jì)洪水位 242 校核洪水位 242 水位驟降 降至270242 降至28 計(jì)算結(jié)果簡(jiǎn)圖如下：工況 1：正常蓄水位 270m 與下游地面高程 242m 的穩(wěn)定滲流情況下：圖 3. 正常蓄水位大壩流網(wǎng)圖工況 2：設(shè)計(jì)洪水位 與下游相應(yīng)水位 242m圖 4 設(shè)計(jì)洪水位大壩流網(wǎng)圖工況 3：校核洪水位 與下游相應(yīng)水位 242m圖 5 校核洪水位大壩流網(wǎng)圖工況 4：水位驟降（校核水位降至正常蓄水位）圖 6 水位驟降下大壩流網(wǎng)圖（第四天）5） 計(jì)算成果的分析壩體滲流穩(wěn)定分析○ 1有滲流理論計(jì)算知：大壩浸潤(rùn)線逸出點(diǎn)都在棱體排水體內(nèi)，不會(huì)發(fā)生滲透破環(huán)，因此，大壩滲流穩(wěn)定滿(mǎn)足要求。由于大壩已運(yùn)行多年，可認(rèn)為主體完全固結(jié)，采用不可壓縮滲流方程，認(rèn)為滲透系數(shù)各向同性，穩(wěn)定滲流水頭函數(shù)滿(mǎn)足如下方程：根據(jù)達(dá)西定律和連續(xù)條件，xHkvx????ykvy????0?yx可得二維滲流方程0)()(??????yHkxk式中：， 分別為 x 向和 y 向的滲流速度；xvy， 分別為 x 向和 y 向的滲流系數(shù)；xkyH 為滲流場(chǎng)中某一點(diǎn)的滲壓水頭，m。 加固后大壩滲流穩(wěn)定分析 主壩加固后滲流穩(wěn)定分析1）計(jì)算模型和計(jì)算斷面選取壩體壩基以及塑性混凝土防滲墻一并進(jìn)行滲流穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析，選擇河槽段典型橫斷面作為計(jì)算斷面，該斷面上游坡坡比自上而下為 1：、 1：、1：1：4；下游坡坡比自上而下依次為：1：1：、1：，壩高。兩排孔或多排孔帷幕，大都先鉆下游排，再鉆灌上游排，最后鉆灌中間排。灌漿前需在現(xiàn)場(chǎng)做實(shí)驗(yàn)，確定灌漿參數(shù)。帷幕灌漿孔宜采用回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)鉆進(jìn)，帷幕插入弱風(fēng)化基巖深度至少一米。對(duì)于砂卵石的垂直防滲措施，由于砂礫石地基透水層很深，粘性土截水槽和混凝土防滲墻的實(shí)施就有困難，可采用帷幕灌漿法。為了滿(mǎn)足拌合料質(zhì)量、輸送、灌注的要求，拌合料和易性要好，不離析、不沉淀。防滲墻上至壩頂，下至壩基下 5m，且必須滿(mǎn)足：防滲板墻的滲透系數(shù)和防滲板墻的抗?jié)B坡降：滲透系數(shù)：K≤106cm/s；抗?jié)B坡降：Jmax＞80。二者比較，方案②施工便于操作，質(zhì)量容易控制，且工程造價(jià)略低，且有工程經(jīng)驗(yàn)：丹江口水庫(kù)水利樞紐左岸為土石壩，最大壩高 56m，施工質(zhì)量較差，干容重合格率低，采用連鎖井柱防滲墻處理后，防滲效果明顯，通過(guò)強(qiáng)的水頭損失約為 50%，故予以采用。因此，該方案不適合本工程。待漿液凝固以后，在土內(nèi)形成一定形狀的固結(jié)體，固結(jié)體的形狀與噴射流移動(dòng)方向有關(guān)。這種防滲墻的優(yōu)點(diǎn)是施工中很少使用機(jī)械、施工技術(shù)較易掌握，也便于組織人力在全線多井并進(jìn)作業(yè)，一縮短工期。井底與基巖接觸處應(yīng)設(shè)齒墻。該方法造價(jià)低，施工相對(duì)簡(jiǎn)單，便于操作，投資低，在對(duì)均質(zhì)土壩滲漏處理中應(yīng)用相對(duì)較多，但劈裂灌漿質(zhì)量不易控制，處理效果與土質(zhì)情況、漿液容重、灌漿壓力等因素密切相關(guān)，處理效果可靠性差。在技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的前提下，應(yīng)優(yōu)先采用垂直防滲方案。防滲鋪蓋的優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)低、施工簡(jiǎn)單，但當(dāng)長(zhǎng)度超過(guò)一定限度后，防滲效果并不能顯著增加。上堵的措施有垂直防滲和水平防滲。為了增強(qiáng)大壩的防滲性能，本次除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)對(duì)壩體及基巖面以上壩基進(jìn)行防滲處理。 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料1） 安溝水庫(kù)大壩安全綜合評(píng)價(jià)報(bào)告（2022 年 5 月）2） 安溝水庫(kù)平面布置圖、縱剖面圖3） 安溝水庫(kù)土壩橫斷面圖。安溝水庫(kù)下游保護(hù)區(qū)內(nèi)有 5 萬(wàn)多人以及軍事光纜、省道洛界公路等，防洪位置重要。建筑物底板及邊墻地質(zhì)為白云質(zhì)灰?guī)r和砂卵石地基。原溢洪道進(jìn)口高程為 266m，現(xiàn)已封堵成為左壩段（原副壩）一部分。壩基滲流穩(wěn)定不滿(mǎn)足規(guī)范要求，壩基滲漏嚴(yán)重。壩體填筑土質(zhì)不滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范的要求，工程的設(shè)計(jì)及施工水平均較低，建壩時(shí)對(duì)上壩土料和碾壓未作嚴(yán)格要求，施工質(zhì)量較差。其物理力學(xué)性質(zhì)見(jiàn)表 11 和 22。按《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》 （SL203—97）及《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（SL258—2022 ）規(guī)定，對(duì) 6 度區(qū)工程可不進(jìn)行抗震復(fù)核。巖芯破碎，多呈碎屑或碎塊狀。第④層：粉質(zhì)粘土（Q3al+pl ）：褐黃～棕黃色，可塑狀，可見(jiàn)針狀孔隙，含鐵錳質(zhì)氧化物，可見(jiàn)灰白色鈣質(zhì)條紋，含鈣質(zhì)結(jié)核，一般粒徑 1～2cm，干強(qiáng)度較高。第①層：填筑土（QS）：雜色，含有混凝土，可見(jiàn)碾壓痕跡，具層理，偶含鈣質(zhì)小結(jié)核?！?5176。 壩基地質(zhì)壩址區(qū)為高低起伏的剝蝕低山。壩址區(qū)河谷成“V”字形，底寬 200m 左右。壩基防滲工程采用粘土截水槽，槽底寬 5m，深 7m，邊坡 1：1，未將壩基砂卵石層截?cái)唷Ｄ昶骄鶞囟?℃，多年平均降水量為 ，年際差別很大，年內(nèi)分配極不均勻，夏秋季受東南暖濕氣流影響，降雨較多，6 月至 9 月降水占全年降水量的 60%，冬、春季節(jié)干旱、寒冷，少雨雪，歷年平均無(wú)霜期 215 天。a）水庫(kù)于 1959 年 9 月動(dòng)工至 1960 年完成壩高 32m，1974 年續(xù)建加高，1982 年另開(kāi)溢洪道，直到 1983 年春完工。其設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為 50 年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為 2022 年一遇。針對(duì)這些問(wèn)題本文提出了解決方案，并對(duì)各個(gè)方案進(jìn)行了比較計(jì)算，選出了最佳方案。壩體防滲措施選用連鎖井柱混凝土防滲墻，壩基基巖防滲用帷幕灌漿；溢洪道重新設(shè)計(jì)，最后對(duì)加固后大壩的滲流穩(wěn)定和邊坡穩(wěn)定進(jìn)行復(fù)核，消能池進(jìn)行復(fù)核等，保證大壩的安全性，確保改良措施達(dá)到除險(xiǎn)加固的目的。相應(yīng)的正常蓄水位 270m，設(shè)計(jì)洪水位 ，校核洪水位 。b）溢洪道位于大壩右岸，無(wú)閘門(mén)控制，型式為寬頂堰，長(zhǎng) 32m，底寬 46m，堰頂高程 270m。當(dāng)?shù)厍锒径酁槲鞅憋L(fēng)，春夏季多為東南風(fēng)，風(fēng)力最大 8 級(jí)，風(fēng)速可達(dá) 20m/s。迎水坡為干砌石護(hù)坡，自上而下坡率分別為 1：2. 6 1：、1：1：4，在高程 、 處變坡；下游坡自上而下坡率為 1：、1：、1：、1：，在高程、 處變坡。兩岸均為白云質(zhì)灰?guī)r，坡度 35176。左岸最高山頂高程 ，高出河床 左右，右岸最高山頂高程 ，高出河床 左右，兩岸山高坡陡，基巖裸露。河床高程（原地面）約 242～246m。第②層：壩體填土（壤土） （QS）：褐黃色，稍密，可塑狀，可見(jiàn)碾壓痕跡，具層理，偶含鈣質(zhì)小結(jié)核。第⑤層：砂卵石