工程加固设计.doc

5．工程加固设计

5.1 加固设计依据和基本资料
5.1.1工程等级及防洪标准
杨湾水库总库容45.4万m3，为小（2）型水库，工程等级为Ⅴ等，大坝、输水涵管、溢洪道等重要建筑物的级别为5级；次要建筑物的等级为5级，临时建筑物的等级为5级。
地震烈度：本区地震基本烈度为VI，不进行抗震设计。
根据《防洪标准》(GB50201－94)、《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252－2023)，结合上阶段审批意见，杨湾水库防洪标准为2023一遇洪水设计，50年一遇洪水校核。
5.1.2设计原则及依据
(1)本次除险加固是按照国家有关的技术标准及规程规范的规定，并根据大坝安全鉴定的结果，解决大坝防洪标准局限性以及工程存在的质量隐患，解决大坝的安全问题，并根据工程现代化管理的规定，完善大坝安全监测、防汛、交通、通讯等工程管理设施。
(2)除险加固初步设计所需的地质资料来源于《杨湾水库除险加固初步设计工程地质勘察报告》。
(3) 水库正常蓄水位、汛限水位、设计洪水位、校核洪水位采用本次设计调整后的成果。
(4)除险加固后的大坝能消除隐患，保证工程安全运用，恢复大坝的原设计功能，发挥工程效益。
5.1.3　基本资料
(1)基本参数
1)气象资料
年平均气温15.9℃
极端最高气温39.8℃
数年平均最大风速15.6m/s
历年最大风速20.7m/s
2)水库特性水位
正常高水位：320m
设计洪水位：320.72m
校核洪水位：321m
5.2工程总体布置及重要建筑物
水库始建于1969年，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、水产养殖等综合运用的小(2)型水库工程。
枢纽工程由大坝、溢洪道、输水管等建筑物组成。
大坝为粘土心墙坝，坝顶长120m，顶宽10m，坝顶高程321m，最大坝高14.2m，上游坡坡比1:2，未护砌，下游坡分布二级平台，其中一级平台宽8m，坡比1:2，二级平台宽20m，坡比1:2，为草皮护坡。
溢洪道位于大坝左端，为开敞式宽顶堰，堰顶宽2.5m，堰顶高程319 m，设计最大泄量为8.1m3/s。
输水管位于大坝右端，为一圆形涵管，进口高程309 m，管径0.3m，设计流量0.2 m3/s。输水管进口型式为框架式， 设铸铁闸门一扇，配5吨螺杆式启闭机一台。
5.3 除险加固设计
5.3.1 存在的重要问题
根据杨湾水库安全鉴定结果，水库大坝目前存在以下问题：
1、大坝欠高，防洪能力不满足现行规范规定。
2、大坝上游坡未护砌，浪坎严重，下游坝坡散浸，无反滤排水设施。
3、溢洪道仅开挖成泄洪沟，无消能防冲设施。
4、输水管进口工作桥、排架、启闭机房质量差，闸门、启闭机锈蚀，拉杆变形，不能安全运营。
5、大坝无观测设施，防汛道路路况差，白蚁危害严重，无管理设施。
5.3.2 大坝加固设计
5.3.2.1 大坝设计计算
大坝计算涉及：(1)坝顶高程计算；(2)坝体坝基渗流计算；(3)坝坡稳定计算。
5.3.2.1.1 坝顶高程复核
杨湾水库现状坝顶高程为321m，正常蓄水位320m，经本次复核设计洪水位320.72m，校核洪水位321m。根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2023)，坝顶高程等于水库水位与超高之和。按以下运营工况计算，取其最大值：
(1)设计洪水位+正常运用情况下坝顶超高；
(2)校核洪水位+非常运用情况下坝顶超高。
按水库区域气象特性，数年平均最大风速15.6m/s，设计风速：设计水位时采用本地数年平均最大风速的1.5倍，即w＝23.4m/s，校核水位时采用本地最大风速，即w＝15.6m/s，北风向与坝轴线垂直，吹程0.35km。设计工况坝前水深13.9m，校核工况坝前水深14.2m,上游坝坡坡比1：2.0.
坝顶超高计算公式为：y=R+e+A　　　(5-1)
式中：y—坝顶超高，m；
R—波浪爬高，m；
e—风雍水面高度，m；
A—安全超高；Ⅳ级坝，正常运用情况下，A=0.5m；非常运用情况下，A=0.3m。
1、计算
a、平均波浪爬高计算公式：
　　　　(5-2)
式中：Kw—经验系数，由风速w、坝前水深h、重力加速度g组成的无维量，查《碾压土石坝设计规范》中表A.1.12-2拟定，结果见表5-3。
m—斜坡系数，m=2.0
—平均波高(m，对丘陵、平原地区水库采用鹤地水库公式计算)
　　　　(5-3)
计算出h2%后，查表A-1-8可得平均波高，结果见表5-3。
Lm—平均波长(m，采用鹤地公式)
　　　　 (5-4)
计算结果见表5-3。
D—风区长度(m)
W—计算风速(m/s)
—斜坡糙率系数，除险加固采用砼护坡，取＝0.90
g—重力加速度，取9.81m/s2
—平均波浪爬高(m)
将以上参数代入(4-2)式，计算结果见表5-3。
按《碾压土石坝设计规范》，设计爬高值对4、5级土石坝取累积概率P=5%的爬高值R5%。
R5%=×K5%
式中R5%—累计概率为5%的波浪爬高值；
K5%—折算系数，在《碾压土石坝设计规范》表A.1.13查得为1.84；
计算结果见表5-3。
b、风雍水面高度e
由于风雍水面高度e数值很小，可以忽略不计。
c、安全加高
杨湾水库大坝为5级建筑物，设计标准A＝0.5m，校核标准A＝0.3m。
d、坝顶超高计算
坝顶超高计算公式：y=R+e+A；计算结果见表5-3。
2、坝顶高程
坝顶高程等于水库静水位与超高之和，按以下运用情况计算，取大值：
a、设计洪水位加正常运用情况的坝顶高程
b、校核洪水位加非常运用情况的坝顶高程
计算结果见表5-3。
本工程地震基本烈度为VI度，故超高可不考虑地震影响，根据表5-3，杨湾水库大坝坝顶高程为322.45m，而大坝现状高程为321m，故水库大坝欠高1.45m
表5-1 坝顶高程计算表

Kw
(m)
平均波高（m）
Lm
（m）
平均波浪爬高(m)
波浪爬高R（m）
坝顶超高y（m）
坝顶高程（m）
正常运用情况
1.08
0.488
5.395
0.666
1.23
1.726
322.45
非常运用情况
1.01
0.266
3.597
0.375
0.69
0.990
321.99
5.3.2.1.2 坝体、坝基渗流计算
根据《杨湾水库大坝地质评价报告》的结果，据工程地质勘察报告，大坝渗透重要表现为坝基与上部填土之间接触不紧密，存在细小渗水通道，地下水不断从坝基与大坝填土间的细小通道中渗出，危及坝体安全，导致大坝背水面下游坡脚局部散浸，危及到大坝正常运营。因此本次整险加固重要针对坝基接触带、坝体进行防渗解决。对大坝现状和大坝防渗解决后的情况进行渗流分析。
(1)渗流计算方法
本次大坝渗流计算采用武汉水利电力大学编制的渗流计算程序，计算采用二元二维稳定渗流计算法，计算断面取河床部位最大坝高处。基岩按多孔介质土层渗流并按各向同性考虑。
(2)计算水位条件
计算的水位条件：按本次初步设计的调洪计算结果，上游库水位分别取上游正常蓄水位320m，设计洪水位320.72m，校核洪水位321m，对上述各工况，下游均无水。
(3)渗流计算分析
①大坝渗流有限元计算工况组次为：
不作防渗解决时，库水位分别为校核洪水位321m，设计洪水位320.72m，正常蓄水位320m的工况；
对坝基、坝体进行防渗解决时，库水位分别为校核洪水位321m，设计洪水位320.72m，正常蓄水位320m的工况。
②参数选取
据地质勘探现场及室内实验提供的渗透系数，大坝现状选定的渗透系数见表5-2，5-3
表5-2 计算采用的大坝各土层渗透系数（加固前）
分区部位名称
渗透系数
允许渗透坡降
(cm/s)
(m/d)
最大断面处
坝体
1.42×10-4
0.495
0.63
坝基
1.19×10-5
0.0103
0.63

表5-3 计算采用的大坝各土层渗透系数（加固后）
计算断面
土层
渗透系数(cm/s)
允许渗透坡降
(cm/s)
(m/d)
最大坝高处
坝体
1.0×10-4
0.0865
0.63
坝基
1.19×10-5
0.0103
0.63
③计算结果
大坝渗流计算结果见表5-4、5-5，渗流场等势线分布图见插图。计算结果表白，在坝体进行防渗解决及在背水面坝坡设立排水设施后，浸润线减少，加固前最大渗透坡降为0.385，加固后最大渗透坡降为0.342，且浸润线出逸点高程减少，渗流量明显减小，大坝渗流状态明显改善。
表5-4 大坝渗流计算成果(加固前)
计算断面
计算工况
下游坝坡
渗漏量
(m3/d.m)
工况
库水位
(m)
最大出逸比降
出逸点高程（m）
正常蓄水位
319
0.201
309.65
0.347
表5-5 大坝渗流计算成果(加固后)
计算断面
计算工况
下游坝坡
渗漏量
(m3/d.m)
工况
库水位
(m)
最大出逸比降
出逸点高程（m）
最大坝高处
校核洪水位
321
0.342
309.8
0.164
设计洪水位
320.72
0.335
308.52
0.151
正常蓄水位
320
0.327
307.96
0.120
5.3.2.1.3 坝坡稳定计算
一、计算条件
根据《防洪标准》(GB50201-94)和《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2023)， 水库枢纽工程的规模为小(2)型，工程等别为Ⅴ等，重要建筑物为5级建筑物。根据《水库大坝安全评价导则》(SL258-2023)的规定，本次复核采用的防洪标准为2023一遇洪水设计，50年一遇洪水校核。校核洪水位为321m，设计洪水位为320.72m，正常蓄水位为320m ，死水位为310.75m
根据渗流计算结果， 水库大坝在河床段各段面的渗流情况比较接近，河床段最大断面代表性较好，取该断面为抗滑稳定计算断面。
根据国家地震动峰值图该区动峰值为0.05g，工程区的地震基本烈度为Ⅵ度，本次计算不考虑地震荷载的作用。
根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2023)并结合水库的运营情况，计算工况取：
1、正常工况
(1)设计洪水位320.72m下形成稳定渗流时下游坝坡稳定；
(2)正常高水位320m下形成稳定渗流时上游坝坡稳定；
(3)死水位310.75m下形成稳定渗流时上游坝坡稳定。
2、非常工况
(1)校核洪水位320.72m下形成稳定渗流时下游坝坡稳定；
(2)校核洪水位320.72m骤降至正常蓄水位320m时上游坝坡稳定；
二、计算参数的选取
根据本次《杨湾水库初步设计地质报告》，选取大坝土料的有关物理力学指标，进行稳定分析计算，计算参数见表5-6.

表5-6 水库大坝稳定分析计算参数表
项目
土的类别
湿重度
(KN/m3)
饱和重度
(KN/m3)
抗剪强度
C(MPa)
内摩擦角
φ(°)
坝体
粘土
19
19.23
36.16
13.10
坝基
弱风化泥质砂岩
24
24.25
90.00
27.00

三、计算方法
1、分析方法及依据
根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2023)，对4级建筑物，在以上的计算工况下，拟定抗剪强度采用有效应力法计算，采用不计及条块间作用力的瑞典圆弧法进行计算，又采用计及条块间作用力的简化毕肖普法进行抗滑稳定计算。根据规范(SL274-2023)，在水库水位降落期及水位稳定渗流期，采用瑞典圆弧法进行稳定分析时，其抗滑稳定安全系数的公式为：
K=
(有效应力法) (1)
采用简化毕肖普法进行水位降落期及稳定渗流期，大坝稳定分析时，其抗滑稳定安全系数的公式为：
K=
(有效应力法) (2)
　　以上诸式中：
C’、φ’—固结排水剪有效应力强度指标；
ω1—在坝坡外水位以上土条湿重；
ω2—在坝坡外水位以下土条湿重；
Z—坝坡外水位高出条块底面中点的距离；
—水库水位降落前坝体中的孔隙水压力；
—稳定渗流期或水库水位降落期坝体中的孔隙水压力；
—水的容重；
—条块的重图示线与通过此条块底面中心的距离；
b—条块宽度。
用有效应力法分析，其抗剪强度一般对实验条件不很敏感，变化较小，分析的可靠性重要取决于对剪切面上孔隙水压力反映的真实限度。
2、孔隙水压力的拟定
稳定渗流期坝体内的渗流压力根据渗流分析计算拟定，坝体内某点的孔隙水压力按下式计算：
μ=·h
式中：—为水容重；
h—为坝体内该点的渗透压力水头。
压缩性较大的填土中发生水位降落时，将产生附加孔隙压力，其孔隙水压力的拟定，原则上仍是一个固结问题。这次计算设计规范采用了近似的方法来拟定，即不考虑降落时孔隙压力的消散，对孔隙水压力系数可取近似值，并对土单元总应力的变化根据土条重量变化予以简化解决，得出近似公式：
μ=·(h1-h/)
式中：
h1—土条块底面中点以上填土高度；
h/—稳定渗流期库水流达条块底面中点时的水头损失值，由稳定渗流期的流网拟定。
四、计算结果及分析
计算程序采用武汉水利电力大学编制的“土坝稳定分析(圆弧滑动条分法)的计算程序”。各计算工况的浸润线由渗流分析成果拟定。
按《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2023)规定，对4级坝，采用简化毕肖普法时，正常运用条件下，坝坡抗滑稳定最小安全系数Kf应不小于1.25。非常运用条件下坝坡抗滑稳定最小安全系数Kf应不小于1.15。采用不计条块块间作用力的瑞典圆弧法进行稳定分析时，坝坡抗滑稳定最小安全系数允许值应比上述规定数值减少8%，即正常运用条件下，安全系数Kb应不小于1.15，非常运用条件下，安全系数Kb应不小于1.06。
杨湾水库大坝稳定分析计算成果见表5-7,5-8。
表5-7 水库大坝稳定分析计算成果表(除险加固前)
坝坡
运营情况
瑞典圆弧法
简化毕肖普法
本次
复核
最小安全系数
本次
复核
最小安全系数
上游坝坡
正常运用
死水位
1.84
1.15
1.89
1.25
非常运用
校核洪水位骤降至正常蓄水位
1.92
1.06
1.94
1.15
下游坝坡

正常运用
设计洪水位
1.76
1.15
1.78
1.25
非常运用
校核洪水位
1.63
1.06
1.64
1.15

表5-8 水库大坝稳定分析计算成果表(除险加固后)
坝坡
运营情况
最小安全系数
瑞典圆弧法
简化毕肖普法
本 次复 核
规范值
本 次复 核
规范值
上游坝坡
正常运用
死水位
1.89
1.15
1.96
1.25
非常运用
校核洪水位骤降
至正常蓄水位
1.98
1.06
1.98
1.15
下游坝坡
正常运用
设计洪水位
1.83
1.15
1.85
1.25
非常运用
校核洪水位
1.69
1.06
1.66
1.15
上述计算结果表白：杨湾水库大坝加固后上游坝坡在死水位，水位降落期的计算工况下，采用瑞典圆弧法，简化毕肖普法，其安全系数最小值均大于现行规范的允许值，因此，大坝上游坝坡抗滑稳定满足规范规定。下游坝坡加固后在正常运用状态采用瑞典圆弧法，简化毕肖普法计算的安全系数都大于规范允许值；非常运用状态采用瑞典圆弧法，简化毕肖普法计算的安全系数都大于规范允许值。因此，大坝下游坝坡抗滑稳定满足规范规定。
5.3.2.2 大坝加固设计内容
本次初设大坝加固设计基本内容：坝体、坝基渗漏解决、防浪墙新建、上游护坡新建、新建下游坝坡贴排水设施、下游坝坡排水系统改造、新建坝顶道路、布置观测系统等。
5.3.2.2.1坝体防渗解决
鉴于杨湾水库大坝坝体、坝基接触带存在危及安全的隐患，为保障大坝安全并减少渗漏损失，必须进行坝体、坝基接触带防渗加固解决。
按目前国内的技术水平，对此类大坝进行防渗加固解决，有多种方案进行比选，此处拟选锥探灌浆、充填灌浆二种方案。
方案一：锥探灌浆
锥探灌浆是运用锥探机造孔，以一定压力将浆液从灌浆孔注入坝内，提高坝体的防渗能力。
方案布置：在大坝上游坝坡沿坝轴线方向造孔，梅花状布置，共12排，孔、排距均为0.75m，灌浆进一步坝基1m。依据技术标准，灌浆土料的重要物理力学性能及颗粒组成需满足如下规定：砂粒含量小于10%，粉粒含量大于50%，粘粒含量大于20%～45%，有机质含量小于2%，可溶盐含量小于8%，渗透系数1×10-5～10-4cm/s。
锥探灌浆底部进一步坝基1m，顶部高程为322.5m，最大深度16.7m。
方案二：充填灌浆
充填灌浆是运用泥浆（或水泥浆）具有一定的流动性等特点，通过充填按照一定的排距成孔，将泥浆填充结构物内部的裂缝、洞穴、腐朽的秸料、桩木、树根等，使其形成一个整体，达成固结和整体受力的状态。
方案布置：布置范围为全坝段,单排布置，孔距为1.5m。
方案比较：
方案一
优点：设备及施工工艺简朴、锥灌合一、机动灵活、便于操作、易于掌握、工效高及造价低。缺陷：压力较小，只对被灌浆孔眼穿通的缝或洞穴等隐患起作用，对未被锥孔穿通的缝、洞和虚土层作用较小。
方案二
优点：设备及施工工艺简朴、机动灵活、便于操作、易于掌握、工效高，灌浆总投资32.05万元。缺陷：压力较小，只对被灌浆孔眼穿通的缝或洞穴等隐患起作用，对未被锥孔穿通的缝、洞和虚土层作用较小。
以上二种加固解决方案在技术上均可满足坝体防渗规定，但锥探灌浆具有投资小，易于操作，便于掌握的特点，重要合用于沙土和封堵白蚁洞穴；充填灌浆投资较高，经综合比较选方案二充填灌浆作为推荐方案。
施工前尚需通过现场实验，修正设计，拟定具体技术参数。
5.3.2.2.2坝顶整治设计
杨湾水库大坝现状坝顶高程为321m，本次除险加固拟定坝顶整治标准为：大坝填土加高路基压实后，其上铺筑30cm厚泥结石路面，使坝顶路面高程达322.5m。
泥结石路面材料用量比例为石灰：碎石：粘土 =1：3：6（重量比）。
此外，大坝下游侧均设坝肩石，坝肩石采用c20混凝土，坝肩石宽20cm，高45cm，其中埋深40cm，露出地面0.5cm。分缝间距10m，采用沥青油膏填缝。下游路缘石每隔10cm设一个5cm×5cm泄流雨水孔。
5.3.2.3大坝上游坡护坡设计
杨湾水库大坝上游护坡部分为浆砌石护坡，未护坡部分局部有浪坎，局部沉降等缺陷，因此急需对上段护坡进行整治加固。 (1)护坡计算及方案比较
根据杨湾水库的实际情况，较为适宜的护坡型式有：浆砌石护坡、混凝土护坡，根据《碾压土石坝设计规范》(SL274-2023)的规定本次除险加固拟对此两种情况分别进行计算。
砌石护坡在最大局部波浪压力作用下所需的换算球形直径、质量、平均粒径、平均质量和厚度可按下式计算。

式中：
D—石块的换算球形直径，m；
Q—石块的质量，t；
D50—石块的平均粒径，m；
Q50—石块的平均质量，t；
t—护坡厚度，m；
kt—随坡率变化的系数，按表A.2.1查得，kt=1.3；
pk—块石密度，t/m3，pk=2.0t/m3；
pw—水的密度，t/m3，pw=1.0t/m3；
hp—累积频率为5%的波高，m，=0.827m；

砌石护坡可取厚度0.50m。
大坝上游护坡采用对具有明缝的混凝土或钢筋混凝土板护坡，当坝坡坡度系数m=2~5时，板在浮力作用下稳定的面板厚度可按下式进行计算。

式中：
—系数，对整体式大块护面板取1.0，对装配式护面板取1.1；
—累积频率为1%的波高，m；=1.026m
—沿坝坡向板长，m；本次加固设计取3.0m
—板的密度，t/m3，混凝土板=2.5t/m3

取混凝土护坡厚度为t=0.10m。
从以上计算可以看出，若采用浆砌石护坡，砌石厚度为0.50m，若采用混凝土护坡，可取护坡厚度为0.10m，从工程量比较，浆砌石护坡比混凝土护坡工程量大很多，从投资比较，每平方米砼护坡投资为50.00元，每平方米浆砌石护坡投资为143.83元，由此可见混凝土护坡投资比浆砌石护坡投资省些，基于美观和便于维护管理考虑，故本次除险加固推荐采用砼护坡方式进行护坡设计。
(2)护坡设计
本次设计选择砼护坡形式，护坡厚度0.13m。根据杨湾水库实际运用情况，自水库运营以来，最低水位一般均高于死水位309m，本次对于上游坝坡整治拟从310.37m高程起开始护砌至坝顶。其上错缝10cm厚C20砼护坡。
按常规，在起护高程310.37m设一道脚槽，脚槽采用毛石混凝土浇筑。脚槽尺寸为0.6x0.4m，底部进一步坝体不小于50cm。
5.3.2.4下游坝坡贴坡排水设计
坝体排水设施的作用是汇集坝体渗水并将其及时排出，以减少坝体的浸润线，同时可以保护渗流出口，防止坝体产生渗透变形。
根据杨湾水库大坝出现散浸的实际情况和大坝加固后的渗流稳定计算结果，需在坝脚设立反滤排水设施。坝体排水设施重要有以下几种形式：（a）贴坡排水；（b)堆石棱体排水；（c）褥垫排水。经综合比较三种形式排水的投资大小、施工难易限度及效果好坏，最后拟定采用贴坡排水。
根据《碾压土石坝设计规范》5.7.8的规定，贴坡排水顶部高程应比出逸点高程高出1.5m。根据大坝加固后的渗流稳定计算结果，拟定贴坡排水顶部高程为309.8m。反滤排水最底部为15cm厚的中粗砂,其上面铺为15cm厚的碎石，上部为30cm厚的干砌石。
5.3.2.5 坝面排水设计
在下游坝坡马道内侧布置纵向排水沟一道。在下游坝脚设岸坡排水沟，排水沟采用素混凝土结构，排水沟之间互相连通，形成坝面排水网，将雨水排到下游河道。
5.3.2.6 下游护坡设计
本次加固拟对大坝下游坝坡铺设草皮，使之既保护了坝坡，又美化了环境。先对下游坝坡进行整平，再铺设30cm厚的腐殖土，之后铺设草皮，种类以马尼拉草、狗牙根为主。优先考虑本地草种。
5.3.2.7 蚁害解决
(1)蚁害现状
坝体经常发现蚁巢，通过长年治理，虽坝体白蚁有所控制，但白蚁危害仍然十分严重，给大坝导致严重的安全隐患。
(2)解决措施
根据现场考察情况，拟定大坝下游坡、上游坡以及周边50m范围内为白蚁危害治理重点，其它部位根据具体情况采用相应的措施。
白蚁危害采用白蚁诱杀坑杀法解决，诱杀坑大小为30cm×30 cm×25 cm,间距为10m,梅花型布置，诱坑内放置带药的饵料，直至巢内白蚁所有消灭。此外静压灌浆时，也加入一定剂量的灭蚁药物。
5.3.3 溢洪道加固设计
5.3.3.1 溢洪道方案拟定
杨湾水库溢洪道位于大坝右端，溢洪道仅开挖成泄洪沟，无消能防冲设施，不能安全泄洪。本次除险加固设计拟在原址重建溢洪道。考虑对下游农田灌溉的影响，将溢洪道加高1米。
5.3.3.2溢洪道设计计算
5.3.3.2.1水力学计算
1、泄流能力计算
本次杨湾水库溢洪道设计为开敞式宽顶堰，底部净宽5.0m，进口底部高程320m，根据《溢洪道设计规范》(SL253-2023)，泄流能力计算采用宽顶堰无闸门的泄流计算公式，其表达式为：
(5-1)
式中：流量
－淹没系数，取1.0；
－侧收缩系数，取1.0；
m－宽顶堰的流量系数，取0.36；
堰顶总净宽(m)，为5m
计入流速水头的堰上总水头(m)
杨湾水库库水位与溢洪道下泄流量关系曲线，见表5-9.
5-9.杨湾水库水位下泄流量关系曲线
水位(m)
下泄流量(m3/s)
320.0
0.00
320.2
0.71
320.4
2.02
320.6
3.71
320.8
5.71
321.0
7.97
321.2
10.48
321.4
13.21
321.6
16.14
321.8
19.25

经计算，库水位为320.720m时(设计洪水位)，泄量Q=4.87m3/s，库水位为321.004m时(校核洪水位)，泄量Q=8.02m3/s。
2、泄槽水面线计算
（1）临界水深hk计算：
为保证泄槽中的水流流态为急流，必须使泄槽的底坡坡降大于临界坡降。
不同的流量、不同的泄槽底宽具有不同的临界坡降。
临界坡降的计算采用以下公式计算：

式中 ——单宽流量，m2/s；
——临界水深，m；
——与临界水深相应得湿周，m；
——泄槽底宽，m；
，，取0.015。
P=10%时，q=4.87/5=0.97m3/s,hk=0.46m;
P=2%时， q=8.02/5=1.6m3/s,hk=0.64m。
临界坡降i=0.0045，取泄槽的底坡坡降=0.02
（2）水面线的计算
根据《溢洪道设计规范》，泄槽水面线应根据能量方程，用分段求和法计算。
△l1-2=

式中：△l1-2——分段长度，m；
h1、h2——分段始、末断面水深，m；
v1、v2——分段始、末断面平均流速，m/s；
a1、a2——流速分布不均匀系数，取1.05；
θ——(泄槽)底坡角度，（°）；
i——(泄槽)底坡，i为0.02;
——分段内平均摩阻坡降；
n——泄槽槽身糙率系数，砼护底采用0.015；
——分段平均流速，m/s；
——分段平均水力半径，m。
（3）泄槽段掺气后的水深可按下式计算
hb=
式中：h、hb——泄槽计算断面的水深及掺气后的水深，m；
v——不掺气情况下泄槽计算断面的流速，m/s；
ξ——修正系数，取1.0～1.4（流速大者取大值）。
经计算，校核工况下计入波动及掺气后的最大水深为0.940m，计算结果见表5-10.
5-10 泄槽各断面水面线计算成果表
桩号
未掺气前水深
未掺气前流速
掺气后的水深
安全超高
设计边墙高
0+009
0.640
2.506
0.640
0.3
0.940
0+029
0.457
3.512
0.473
0.3
0.773
0+049
0.419
3.829
0.435
0.3
0.735
0+069
0.399
4.020
0.415
0.3
0.715
0+074
0.393
4.087
0.409
0.3
0.709
3、消能防冲计算
溢洪道为五级建筑物，消能防冲按2023一遇洪水标准计算(Q=4.87m3/s)。消能采用底流消能型式，其池深、池长计算公式为：

L=9.5(Fr1—1)h1(1.7< Fr1<9.0时，水跃长度Lj的计算公式)

式中：
d—池深，m；
—水跃淹没度，取=1.05；
h1—收缩断面水深，m；由泄水陡槽水面曲线计算而得，陡槽末端水深即为收缩断面水深（跃前水深），根据溢洪道消能防冲设计洪水标准为2023一遇洪水。经水力计算得： 消力池的跃前水深h1=0.252m
h2—池中发生临界水跃时的跃后水深，m；
—消力池出口下游水深，m;
—消力池尾部出口水面跌落，m；
Q—流量，m3/s；
b—消力池宽度，m；
—消力池出口段流速系数，取0.95；
L—自由水跃长度，m；
Lk—池长，m。
由上式计算：消力池池长7.6m，取8m，消力池深0.59m,取0.6m。
5.3.3.2.2重要建筑物稳定计算
（1）陡槽段典型断面重力式边墙抗滑稳定及基底应力验算
①荷载组合
陡槽两边填土与边墙齐高，所以，最不利的荷载组合为：陡槽内无水时情况。
②抗滑稳定按下式验算：
(5-2)
式中： 铅直方向作用力的总和；
－水平方向作用力的总和；
底板与基岩间的摩擦系数，墙基为粘土，选用0.23；
抗滑安全系数；
－允许的抗滑安全系数。
③ 抗倾稳定计算
计算公式：
式中：
K0—抗倾安全系数，基本荷载组合取1.5；特殊荷载组合取1.3。
M0—倾复力矩；
My—抗倾力矩；
④墙基应力按下式计算：
(5-3)
式中： 墙基应力最大值和最小值；
墙底的面积；
墙底宽度；
铅直方向作用力的总和；
－偏心距。

边墙稳定及墙基应力计算成果见表5-11.
表5-11 边墙稳定及墙基压力计算成果表
项 目
计算情况
抗滑稳定

1.37

1.25
抗倾稳定
K0
2.01
[K0]
1.5
墙基底应力(KPa)
σmax
128
σmin
78.6
从计算结果来看，陡槽段重力式边墙的抗滑和抗倾稳定安全系数满足规定；地基应力小于地基承载力。
（2）.泄槽底板抗浮稳定计算

式中：P1—底板自重；
P2—底板顶面上的时均压力；
P3—当采用锚固措施时，地基的有效重量；
Q1—底板顶面上的脉动压力；
Q2—底板底面上的扬压力。
抗浮稳定计算成果
设计洪水位下抗浮稳定安全系数
校核洪水位下，抗浮稳定安全系数
（3）跨溢洪道交通桥稳定计算
杨湾水库进坝公路横穿溢洪道，本次设计在溢洪道0+005处修建一座机耕桥，桥宽4 m，汽车荷载等级为汽-10，结构型式为现浇混凝土T形梁桥，单跨简支布置。
机耕桥地基应力按下式计算

式中：
—桥基地应力的最大值或最小值；
—作用于桥身所有竖向荷载之和；
B—墙底的宽度，1.285m；
—边墙基础底面积，5.14 m2。
－偏心距。

经计算：
σmax=157.6kpa
σmin=123.8kpa
地基允许应力180kpa,故满足规定。
5.3.3.3 溢洪道加固设计
1、控制段（桩号0+000—0+009）
控制段采用无闸门控制的宽顶堰，堰顶高程为320m，净宽5m，溢流堰顺水流方向长度为5.00m，底板采用C20砼，厚30cm，为了减小混凝土的温度应力对控制段底板的影响，底板拟采用分离式底板，在两旁与墙趾接触处设纵缝一道，缝内设止水。边墙采用C20砼挡土墙。采用重力式结构，边墙顶厚30cm，背水面坡度为1:0.35，临水面为直立面。
为防止冲刷，平顺引导水流进入控制段，在控制段上游前设八字墙，两边八字墙采用浆砌石结构，进口段底板采用浆砌石护砌，控制段底板前、后端设齿墙，齿墙深0.6m.
2、泄槽段（桩号0+009—0+074）
采用明渠连接段和控制段相接，渠底进口高程为320m，渠底坡降为0.02，当溢洪道泄流时，作用在面板上的力最重要的是动水压力和扬压力，其破坏型式是面板被掀走，为减少面板下渗流对底板产生的扬压力，在分缝处底板以下设有纵、横排水沟与排水管，接缝处做好止水，考虑稳定及其它因素，本次除险加固设计拟定陡坡底板厚度为0.3m，底板分块尺寸为10m。
陡坡段两边为重力式挡土墙，边墙顶厚30cm，背水面坡度为1:0.35，临水面为直立面，边墙高度为相应的掺气水深加安全超高0.3m。取为1.5m
3、消力池段（桩号0+074—0+082）
新建底流消能设施，在平面上布置成等宽池。根据消能计算结果，下挖式消力池为C20钢筋混凝土，池深0.6m，池长8m。两侧边墙采用混凝土重力式挡土墙，高度1.5m，顶宽0.3m，边坡1:0.35，池内布设φ5cm排水孔。