溢洪道除险加固设计

1、5.3.2 溢洪道除险加固设计5.3.2.1 溢洪道除险加固布置根据大坝安全评价报告的结论：溢洪道边墙高度不满足规范，边 墙抗滑、抗倾覆系数及基底应力均满足规范要求。底板有多处裂缝， 无泄槽和消能设施。为了保证溢洪道泄洪畅通，确保大坝的安全，拟 对溢洪道进行修整加固，新建控制段、泄槽段、消力池及尾水渠段。溢洪道除险加固按 30 年一遇洪水标准设计，300 年一遇洪水标准 校核。其水位分别为157.63m和158.31m,相应溢洪道最大下泄流量分 别为 7.45m3/s 和 14-03m3/so溢洪道由进水渠、控制段、泄槽段、消力池及尾水渠段组成。溢 洪道总长115.797m，其中进口段40.067m，控制段10.0m，泄槽段 45.73m，消力池段长10.0m，尾水渠段10.0m。本次加固对原溢洪道 进水渠边墙加高，墙顶高程159.15m，拟对原进水渠底板进行修补， 拆除下游进水渠约4.0m的风化石，在进水渠端部设一道齿墙，齿墙 深1.5m。新建控制段长10.0m，宽3.0m，墙顶高程159.15m，底板高 程为156.35m，齿墙深0.8m，底板采用C25砼400厚，新建泄槽 45.

2、728m，坡降为1： 3.59，泄槽底部高程为144.08m，底板采用C25 钢筋砼300厚，新建消力池，消力池池长10.0m，消力坎高0.5m，消 力池底高程144.08m，消力坎顶高程144.58m，消力池底板下铺一层 厚500mm的C25钢筋混凝土，消力池边墙为M7.5浆砌石边墙，为重 力式挡土墙，挡土墙高2.0m，顶宽500mm，临水侧垂直，背水坡1： 0.4；消力池后接尾水渠，底板及边墙为 M7.5 浆砌石。5.3.2.2 溢洪道水力计算1）进口段进口段水力设计应使本段内水流平顺、稳定，水面波动及横向水 面比降小，应避免回流和漩涡。（2）控制段1、计算公式：采用溢洪道设计规范（SL253-2000）中宽顶堰流计算公式计算，公式为：Q = e m B 2gH冷2式中：Q流量，m3/s;B 溢洪道净宽， 3m；H0 计入行进流速的堰上总水头;m 流量系数，查表得 0.85;e 闸墩侧收缩系数,e =1；2、计算结果（ 1 ）设计水位情况 :Q = e m B 2gHJ2=1 x 0.385 x 3 X（ 2 x 10 ） 0.5 X 1.541.5=7.48 m3/s计算求出的Q

3、1 = 9.78mVsQ九= 4.89 皿/s,满足泄流能力要求。（ 2）校核水位情况:Q = e m十=1x 0.385x 3x（ 2x 10） 0.5 x 2.51.5=14.17m3/s计算求出的Q =14.17M/sQ = 14.03 皿/s,满足泄流能力要求。2校根据溢洪道设计规范（SL253-2000 ）规定，开敞式溢洪道控 制段墙顶高程，要求在下泄校核洪水时不低于校核洪水位加安全超高 值；挡水时不应低于设计洪水位或正常蓄水位加波浪的计算高度和安 全超高值。校核洪水+安全超高=158.85m+0.3m = 159.15m现状溢洪道控制段边墙顶部高程为158.54m，边墙顶高程不满足规范 要求。现拟拆除原控制堰边墙，新建控制堰边墙顶高程为 159.15m， 可满足规范要求。(3)泄槽 泄槽采用直线、等宽、对称布臵。泄槽宽度选择与控制段宽度一致，净宽均为3.0m，坡比为1： 3.59。 泄槽的水面线根据能量方程用分段求和法计算。水流从水库经宽顶堰排至泄槽中，必然经过临界水深断面，这个 断面可近似的认为是宽顶堰的最后一个断面。临界水深h = !k 3 2式中： Q 相应水位下溢洪

4、道下泄流量， m3/s；B 溢洪道宽度， m；断面1-1的水深h =h cosB，0为泄槽底板与水平面的夹角。1k根据能量方程 AL=AEs/(i - j ) =(ES - Es2)/(i - j )式中：Es2一下游断面的断面单位能量，即(h2+a2V22)ES 上游断面的断面单位能量，即(h2+aV2)i 一 底坡坡度J 平均水力坡降A L分段长泄槽水流掺气水深按下式计算，以泄槽起始断面为 0+000桩号泄槽水流渗气水深计算结果见表 5-4-1。hb =g .v、100丿式中：h -计算断面渗气水深；bh 泄槽计算断面的水深修整系数;v -不渗气情况下泄槽计算断面的流速，m/so依据规范，溢洪道泄槽边墙高度应根据计入掺气后的水面线加上0.51.5m的超高，本工程超高选用1.0m。边墙高度计算结果见表。表 5-3-2-2-1泄槽水力计算成果表断面泄槽长度计算水深h(m)掺气增加水深(hv)掺气后水深 ha(m)计算边墙咼度H (m)110.0000.4980.4981.4982220.0010.2780.0360.3141.3143345.7110.2490.0360.2851.28

5、5由上表计算结果可知，溢洪道边墙取2m,高度满足要求。(4)消能防冲1 、消力池池深、池长计算 根据建筑物的布臵以及现场的地形地质情况，本工程的消能采用底 流水跃消能，消力池形式选用消力坎消能。依据溢洪道设计规范 (SL253-2000)， 消力坎高度及消力池长度采用如下计算公式： Z =竺丄_丄2gb2 2h22h2 丿L =0.8Lkh2= hi （ 1 + 8 F 2 -1）F =V / hr1 1 gh 1式中：d-消力坎高度，m;Lk-消力池长度，m;ko-安全系数，取o=1.05;h2-跃后水深，m;收缩断面水深，m;%-消力池出口下游水深，ht =1.0m;Q-流量，m3/s;b-消力坎宽度，m;2-消力池出口的流量系数，取2=0.95;L-自由水跃的长度，m;V-收缩断面平均流速，m/s; F-收缩断面弗劳德数。r1本工程计算工况为300年一遇洪水（P=0.33%）,相应的泄洪流量为9.08ms/s，经计算，消力坎计算坎高 Z= 0.451m,池长Lk=12.645m。消力坎坎高采用0.5m,池长采用13.0m。5.3.2.3 溢洪道结构安全计算（1）堰体稳定计算1、计

6、算工况（1）设计洪水位工况;（2）校核洪水位工况;2、计算公式 堰体抗滑稳定计算按抗剪断强度公式计算：K=( f sw + C A)/ 工 p式中：K按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数； f堰体砼与基岩接触面的抗剪断摩擦系数； C堰体砼与基岩接触面的抗剪断凝聚力； A 堰体与基岩接触面的截面积；EW作用于堰体上的全部荷载对计算滑动面的法向分值； EP 作用于堰体上的全部荷载对计算滑动面的切向分值。 堰基应力计算公式：6 = yW/B+6YM/B26 =W/B-6M/B2yu yd式中： 6 ，6 垂直正应力，单位 kN /m2；yu yd作用于1 m宽 坝段上的全部荷载(分包括或不包括扬 压力两种情况)在堰基面截面上的法向分力总和；作用于1m宽堰段上的全部荷载(分包括或不包括扬 压力两种情况)对截面形心轴力矩的总和； B堰基面截面的计算长度。3、计算成果 堰体抗滑稳定计算结果见表 5.3.2.3，堰基应力计算结果见表 5.3.2.4。表 5.3.2.3 溢洪道堰体抗滑稳定计算成果表工况名称设计洪水位(157.89m)校核洪水位(158.85m)规范要求值规范要求值宽顶堰30.513.0

7、24.722.5表 5.3.6溢洪道堰体基底应力计算成果表 单位：kN/m2、工；名称设计洪水位 （157.89m）校核洪水位 （158.85m）计算值规范要求计算值规范要求宽顶堰6 （含U时）yu6.68最大垂直正 应力均小于 250kN/m2 且最 小垂直正应 力均大于07.55最大垂直正应力 均小于250kN/m2 且最小垂直正应 力均大于06 （含U时） yd1.737.446 （不含U时）yu27.74437.3166 （不含U时） yd15.57416.930从表 5.3.2.3中可知, 在各种荷载情况下，溢流堰的抗滑稳定系数 均满足规范要求。从表 5.3.2.4 中可知，在各种荷载情况下,堰体的最 大垂直正应力均小于基础最大承载力 250kN/m2 且最小垂直正应力均 大于 0，满足规范要求。（2）边墙稳定计算 计算工况：a. 溢洪道泄洪工况：校核洪水位15& 85m,对应的水荷载+自重+ 土压力+基础扬压力+渗透压力。b溢洪道未泄洪工况：墙前无水，墙背水深1.5m，对应的水荷 载 +自重 +土压力+基础扬压力+渗透压力。分别对溢洪道控制段段、泄槽、及消力池边墙的最大断面

8、，对其 进行结构稳定复核。 计算公式a. 抗滑稳定计算计算公式：Kc= f工w /工Pc式中：K 抗滑稳定安全系数；cf 基础面与基岩接触面摩擦系数；XW 作用于墙体上的全部荷载对计算滑动面的法向分 值；XP 作用于墙体上的全部荷载对计算滑动面的切向分 值。b. 抗倾覆稳定计算计算公式：K=工M /工Mo y o式中： K 抗倾稳定安全系数；0SM 作用于墙体的荷载对墙前趾产生的稳定力矩；ySM 作用于墙体的荷载对墙前趾产生的倾覆力矩。0c. 基础应力验算公式计算：6 = SW/B+6SM/B2yu6 =SW/B-6SM/B2yd6 , 6 一垂直正应力，单位kN /m2,在墙踵要求大于0,其最yu yd大值要小于坝基允许压应力；刀W作用于单位长度墙体上的全部荷载（分包括或不包括扬压 力两种情况）在边墙基础面上的法向分力总和；刀M作用于单位长度墙体上的全部荷载（分包括或不包括扬压 力两种情况）对截面形心轴力矩的总和；B挡土墙底面面的计算宽度。 计算成果溢洪道边墙稳定、应力计算成果详见表 5.3.2.3表 5-3-2-5边墙结构稳定规范允许值系数允许值抗滑稳定安全系数K抗倾稳定安全系数K。基础最大应力& (Kpa)基础最小应力& (Kpa)规范允许值1.31.5300300表 5-3-2-6边墙结构计算成果表建筑物工况KcKo6yu (Kpa)6 d yd(Kpa)备注控制段工况a6.382.2270.145.87满足规范要求工况b3.052.0593.386.58满足规范要求泄槽段工况a4.1153.1260.798.44满足规范要求工况b3.952.4453.3315.77满足规范要求消力池工况a7.032.1355.6912.74满足规范要求工况b3.722.4159.3814.30满足规范要求计算结果表明：控制段段边墙满足抗滑稳定要求，满足抗倾及基 底应力要求；消力池段边墙的抗滑、抗倾的稳定安全系数均大于规范 要求的最小

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