小型水库加固工程可行性研究报告

坝轴线正交,交点坐标为JD2(X = 103.010,Y = 154.410)。输水管由闸门控制,通过工作桥在闸室内进行启闭,输水管出口在下游KD4(X = 69.350,Y = 152.720)处与渠道相连。

考虑到水库的运行管理,利用大坝上游坝坡取土回填的机会,在库内右岸修建水库管理用房100m2,高程96.0m,距坝轴线80m。

第二节 大坝横断面尺寸拟定

大坝横断面尺寸应满足坝体稳定要求,对一级均质坝,碾压容重为1.7~1.8t,取上游坝坡1:2.0~1:2.5,下游坝坡1:2.0。黑虎山水库大坝最大坝高11.5m,为一级均质坝,加固设计确定上游坝坡为1:2.25,下游坝坡1:2.0。上游采用10cm厚C15砼预制块护坡,下铺20cm厚砂垫层;下游坝壳用草皮护坡,草皮应选择爬地矮草,也可采用植草护坡,在坝坡上先铺腐植土,加肥料后再撒草籽。

确定坝顶高程时,考虑现状坝顶左岸高,右岸低,并结合溢洪道公路桥的布置和坝顶公路与朝阳公路的平顺连接,将坝顶高程划分为四段:溢洪道处坝顶公路桥面高程为96.5m,桩号为0+000(KD1 点)—— 0+010,路面纵坡i = 0;0+010——0+040段坝顶公路面高程从96.5m渐变到94.7m坝顶高程,路面纵坡i =2.7%;0+040——0+133.94段坝顶公路面高程为94.7m;现状坝顶公路到左坝头朝阳公路由于纵坡太大需进行改线,在KD1与KD3(X = 77.220,Y = 257.700,高程97.0m)处作圆弧相连。转角?= 75°,圆弧半径R = 30m,圆弧长39.3m,圆弧段路面纵坡i =1.3%。圆心点坐标为X = 228.300,Y = 71.200,折线交点JD3坐标为X = 100.700,Y =252.100。

坝顶宽度按构造对中低坝选用5~10m,确定坝顶宽度为6m,其中坝顶公路宽4.5m。在坝顶上游侧设90cm高的防浪墙,防浪墙可防止浪花溅到坝顶并保障行人安全,用钢筋混凝土修建。坝顶路面浇筑

15cm厚C20砼,下铺10cm厚碎石垫层,路面向下游侧倾斜2~3%的坡度,以便排除雨水,下游侧埋设混凝土边石。

考虑从下游背坡到鱼池、排洪沟和灌溉渠的交通要求,在下游背坡中部设置宽200cm的踏步,沿大坝横断面顺踏步设置排水沟,将坝面雨水汇入下游坡脚纵向排水沟,最后排入灌溉引水渠。踏步和排水沟用浆砌石砌筑,用水泥砂浆抹面。 第三节 大坝防渗

防渗方案:土坝防渗的目的一是减少坝体渗漏量,二是降低下游坝坡浸润线高度,保持大坝渗流水出流稳定。根据本坝坝型及渗漏情况可考虑三种防渗方案。

1、水泥浆或水泥粘土浆灌浆:这一方案由于坝体填筑材料的D15和渗透系数K未取样做物理力学试验,因此它的可灌性和灌浆材料也无法确定。但从我市堤防堤身灌浆的实践看,结合本坝实际,采用水泥粘土浆灌浆应该是可能的,灌浆时可采用单排孔,孔距1—2m,总进尺大约1100m。

2、砼刚性防渗墙:在坝顶上游侧向下挖一深槽,成型槽底宽1.0m,然后浇筑厚1.0m、S4、C10砼,该方案需砼1500m3左右。 3、土工膜防渗:按照设计横断面预留出上游护坡(约10cm)和砂垫层厚度(20cm)后,将上游坝坡按1:2.25削坡修整,然后铺设一布一膜土工布。其上铺20cm厚粗中砂,表面为10cm厚C15预制砼块护坡,该方案需土工布3500m2。

方案比较:上述三个方案中,方案二所需砼方量较大,投资大,且深槽开挖对坝体损伤大,不可取;方案一按其总进尺,投资最少,但由于缺乏试验资料,可灌性和灌浆材料难以确定;方案三即土工膜防渗,其防渗可靠,施工技术成熟、简单,缺点是投资高于第一方

案。根据上述各方案优缺点比较,本阶段推荐第三方案即土工膜防渗方案。

采用土工膜防渗防渗在施工中应注意以下问题:土工膜的物理力学指标必须符合设计要求;在上游坝坡中部应设一道防滑槽,槽的截面尺寸为50×50cm;土工膜的上部铺至校核洪水位以上,下部和两岸应铺设至基岩或粘土层;要保证土工膜的搭接长度和焊接质量。 第四节 坝体排水

排水设备应设置在坝的下游部靠近坝体和坝基相接的地方。排水设备应在任何时候都具有充分的排水能力,以保证排走全部渗水。表面式排水设备的用途是防止在渗流逸出表面时发生流土,同时还起着保护坝坡的作用。本坝采用土工膜防渗效果较好,坝体排水采用表面式排水设备。因为表面式排水设备是最简单的排水设备,尤其是当缺乏足够数量的石料时更为适宜。表面式排水设备易于观察和检修,当坝体中浸润线位置不高,没有必要降低下游坝体中的浸润线时,应采用这种排水设备。

为了防止下游坝坡雨水冲刷而形成雨淋沟,应设置纵横排水沟,汇集径流,排到坝脚。顺着踏步在坝坡的横向设置两条排水沟,与纵向排水沟连接。沿着坝坡与岸坡的连接线,必须设置排水沟,沟的最小宽度不应小于30cm,以利清淤。

第五节 大坝稳定计算 一、稳定计算的目的

稳定计算的目的是保证坝体在自重、各种情况的空隙压力和外荷载的作用下,具有足够的稳定性,不致发生通过坝体或坝体和地基的整体剪切破坏。由于土坝体积很大,没有倾复的问题,也没有受水压力、浪压力而发生滑动的问题,因此不必对这些作用力加以计算。但

是渗透压力能降低坝坡的稳定性。

土坝中的渗透压力主要有以下两种渗透形式:在正常运行情况下,当渗流自上游流向下游时所产生的稳定渗流;当水库水位下降时,上游坝体产生不稳定渗流,坝体孔隙中所含的水自坡面上流出,同时坝体中水位随着逐渐下降。

黑虎山水库大坝为均质坝,本次除险加固上游面坡率为1:2.25,迎水面采用一布一膜土工布防渗处理,坝体浸润线位置低,加上水库消落水位小,因此稳定计算只复核在正常运行情况的稳定渗流所产生渗透压力下的坝坡抗滑稳定最小安全系数,以此复核确定的下游坝坡是否满足要求。 二、计算坝体浸润线

虽然迎水面采用一布一膜土工布防渗处理后坝体浸润线位置低,但是在计算坝体浸润线时,不考虑土工布的作用,按在不透水地基上土坝渗流水力学解法中的均质坝下游无排水设备情况进行复核。 1、基本资料

设计溢洪道堰顶高程为94.0m,正常水位94.0m,河床高程约为84.0m,上游坡率 m1 = 2.25,下游坡率 m2 = 2.0。 2、坝体浸润线确定

一个下游无水也无排水设备的均质土坝由于上游三角形坝体的阻渗作用,使浸润线进入坝体的一段向上游弯曲,见下图。 上游正常水位到河床高差H = 94.0-84.0 = 10.0m

土坝的渗径l= (95.7-94.0)×2.25+6.0+(95.7-84.0)×2.0 =33.225m 查β值表:

l33.225 = =3.32 m1 = 2.25 得β = 0.244 H10.0 向上游弯曲长度?l=βH = 0.244×10.0 = 2.44m L = l+?l= 33.225+2.44 = 35.67m

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