水利水电工程专业兰风水库奖等除险加固工程初步设计.ppt

设计题目：兰凤水库降等除险加固工程初步设计电大分校：辽宁电大水利厅工作站学生姓名：学 号：指导教师：完成日期：2011年12月,水利水电工程专业（本科）毕业设计计算说明书,中文摘要英文摘要1 水文1.1流域概况1.2气象1.3洪水1.4 泥沙1.5坝下水位流量关系曲线1.6水情测报系统2 工程地质2.1区域地质概况2.2坝址区工程地质条件2.3天然建筑材料2.4结论及建议3 工程任务及规模3.1水库概况3.2水库除险加固的必要性3.3工程任务与规模3.4水库死水位复核3.5水库洪水调节计算4 除险加固工程设计4.1基本资料4.2兰凤塘坝工程现状,目 录,4.3水库病险情况复核4.4水库除险加固方案选择4.5除险加固工程设计4.6工程观测5 施工组织设计5.1导流建筑物级别和洪水标准5.2 施工条件5.3 主体工程施工5.4 施工场地布置5.5 施工总进度6 工程管理6.1现有工程管理设施6.2本次工程管理设施7 工程投资预算7.1 编制说明7.2投资预算表,兰凤水库位于辽阳市辽阳县东部山区，隆昌镇兰凤村境内，库址处坐标为东京12305,北纬4100。水库于汤河水库的二级支流兰凤河上。水库建于1974年，12月开工，1976年8月竣工。坝址以上集雨面积1.50km2，河长为1.43km，坡降为83.0。1974年兴建了兰凤水库，至今已运行了38年，目前存在大坝上游已有的部分块石护坡段凹凸不平，块石泛起，垫层被掏空，局部护坡块石风化严重；另有没有护坡的坝段冲刷较为严重，下游坝坡已有排水设施段已经破损；溢洪道泄槽底板塌陷左岸无侧墙及右侧墙外已裂缝，溢洪道无消能设施，造成冲刷下游河床，危及大坝安全；输水洞闸阀漏水严重，启闭机老化等诸多问题。塘坝存在安全隐患，水库处于带病运行的状态，水库一旦失事将关系到下游的隆昌镇2100多口居民的生命安全，塘坝下游村庄及2583亩耕地也将受到威胁，尽快实施兰凤塘坝除险加固工程十分迫切，除险加固是必要的。,摘 要,LAN Feng reservoir is located in Liaoyang City,Liaoyang County in eastern mountainous area of Longchang town village churchyard,orchid,library site coordinates for Tokyo 123 05,latitude 41 00.Reservoir in Tanghe Reservoir two tributary Fenghe on blue.The reservoir was built in 1974,started in December,completed in August 1976.Dam above the rain collection area of 1.50km2,river length is 1.43km,gradient of 83 per thousand.In 1974 built LAN Feng reservoir,has been in operation for 38 years,there have been part of a dam upstream rock slope protection section of rugged,stone thrown,cushion layer is hollowed out,partial slope rock weathering serious;otherwise no slope of dam downstream slope erosion is serious,have drainage facilities has been damaged;spillway groove floor collapse left without side wall and right outside the wall of spillway has cracks,no energy facilities,causing erosion of downstream river bed,which endangers the safety of the dam;water conveyance tunnel gate water leakage is serious,hoist the aging problems.Pond hidden safety problems,to stop the operation of reservoir in the state,once the reservoirs crash will be in relation to the downstream of the Longchang town of more than 2100 residents life safety,dam downstream villages and 2583 mus of farmland will be threatened,as soon as possible the implementation of LAN Feng dam reinforcement project is very urgent,reinforcement is necessary.,Abstract,兰凤水库工程特性表,兰凤水库工程特性表,1 水文1.1流域概况 兰凤水库位于辽阳市辽阳县东部山区,隆昌镇兰凤村境内,库址处坐标为东京12305，北纬4100。水库于汤河水库的二级支流兰凤河上。水库建于1974年，12月开工，1976年8月竣工。坝址以上集雨面积1.50km2，河长为1.43km，坡降为83.0。1.2气象 汤河流域属温带季风气候，其特点为冬季盛行西北风,夏季盛行东南风，温度变化较大，四季冷暖干湿分明。汤河西支流域年内温差变化较大,月平均最高的七月与最低的一月,温度差达35.2，低于0的长达四、五个月之久。流域多年平均降水量为713.5743.5mm，降雨量年内分配不均匀雨量集中在夏季，6-9月份雨量占全年雨量的70%以上，其中78月份降雨量占全年雨量的48%，年雨量的年际变化亦大。雨量自上游向下游递减，暴雨中心一般位于二道河子以上。多年平均蒸发量1446.3mm（直径20cm蒸发皿观测）。年平均无霜期160天,初霜最早为9月下旬，终霜最晚发生在5月上旬,冻土最大深度1.26m，多年平均最大风速15.30m/s，年最大风速19m/s,汛期最大风速18m/s,汛期年平均最大风速12.63m/s。有关气象要素见表11。,辽阳站主要气象要素统计表,1.3洪水1.3.1设计洪水复核 流域洪水主要由暴雨产生，一次洪水过程大部分在1天之内，最长可达3天，河道坡度较陡，平均比降为83.0，属于陡涨陡落的山溪性河流。1.3.1.1原设计洪水 于兰凤水库原设计资料存档不全，原设计洪水采用75年辽宁省水文手册计算，现将本次复核结果与原设计洪水成果进行对比。1.3.1.2本次设计洪水复核 本次洪水复核计算，坝址以上集水面积1.50km2，坝址以上河道长度1.43km，河道平均比降83.0。采用1998年辽宁省中小河流（无资料地区）设计暴雨洪水计算方法进行计算，水文分区为4区。计算结果见表12至表19。,原设计雨量计算表,原设计雨量计算表,兰凤水库设计雨量复核成果表,兰凤水库设计雨量复核成果表,兰凤水库设计洪水复核成果表,P=5%设计洪水计算表,P=20%设计洪水计算表,1.3.2设计成果合理性分析 根据以上计算成果分析，在p=5%设计频率下，洪峰流量Qp=37.44 m3/s,与原设计相近，说明兰凤水库洪峰流量设计成果是合理的。1.3.3洪水过程线 本次因为本次设计洪水过程线形状系数为p=0.046，当p0.05时可不计算过程线，只计算出不同频率下参与调洪的洪水总量W调p，计算成果见表110。,兰凤水库设计洪水过程线成果表,1.3.4 施工期洪水 根据本地区气候特征及施工要求，施工期水文分为汛前（3月至5月），汛期（6月9月上旬），汛后（9月中旬至11月）。汛期洪水为枢纽洪水，施工汛前和汛后两个时段的洪水。因坝址附近无水文资料，兰凤水库施工期水文根据2005年5月，辽宁省水文水资源勘测局完成了辽宁省水资源评价成果报告（简称二次评价），二次评价中各等值线图所用资料系列是19562000年共45年连续资料，系列较长、代表性较好。因此本次除险加固设计中，年径流计算以二次评价中所给出的附表和附图资料为依据。根据二次评价中1956-2000年多年平均径流深等值线图和年径流量变差系数等值线图，查得坝址处多年平均径流深为180mm、年径流量变差系数为0.60，兰凤水库各保证率天然年径流量计算成果见表2-1。,兰凤水库各保证率天然年径流量成果表,兰凤水库各设计频率天然月径流量成果表,根据施工组织设计要求，需要推求5年一遇分期内径流量。各设计标准年径流量采用前述天然年径流量保证率计算成果，年内分配采用二次评价中P=50%的典型年分配比。兰凤水库施工期各月径流量成果见表2-2。,1.4 泥沙 兰凤水库坝址处无泥沙观测资料，水库淤积计算，是根据辽宁省水资源评价成果报告中的附图2-19（辽宁省19562000年平均输沙模数分区图）查得：兰凤水库所在区域的输砂模数范围为100200 t/km2。由于兰凤水库集雨面积较小，且上游植被较好，故本次水库除险加固设计的多年平均年输砂模数取100 t/km2。多年平均输沙模数G100 t/km2 悬移质多年平均输砂量G1001.50 150（t）推移质占悬移质比重E20%（编制规程要求）泥砂容重r1.3 t/m3 年均入库泥沙体积 VG/r（1+E）428/1.3（1+20%）138.5 m31.5坝下水位流量关系曲线 由于溢洪道出口距下游坝脚较远，不会对坝脚造成冲刷回淘，不会危及大坝坝脚。,水情测报系统设备表,1.6水情测报系统 为了及时了解和掌握水库的水情和雨情，规划在水库坝址处建一座雨量观测站和水位站。水位观测采用直立水尺人工观测记录。雨量观测采用雨量计，人工统计记录整编。水情测报系统设备配置见表113。,2 工程地质2.1区域地质概况 兰凤水库位于辽阳县隆昌镇兰凤村，汤河水库的二级支流兰凤河上游，原是一座小（2）型水库。地貌属低山丘陵区，坝址区河谷呈不对称的U字型，区域岩性主要为前震旦纪的太古界鞍山群，太古界元古界辽河群混合岩、震旦纪燕山期侵入岩及第四系松散堆积层。库区处在新华夏系由大石桥组，震旦系，寒武系地层组成地质构造层为属古老的地台区。库区及坝址区没有较大的断列构造，但节理较发育。第四纪区域上处于稳定抬升时期，没有较大地震发生，具有相对稳定性。根据中国地震动参数区划图（GB18306-2001），本地区地震动峰加速度为0.10g，对应的兰凤水库库区及坝址区地震基本烈度为度。2.2坝址区工程地质条件2.2.1大坝工程地质条件评价2.2.1.1坝体条件 兰凤水库大坝为粘土心墙坝，坝顶高程为12.24m，无防浪墙，粘土心墙顶高为11.24m，最大坝高12.24m，坝顶宽度4.70m，坝长139.0m。上游坝坡为1：2.0，下游坝坡为1：3.0。大坝材料，防渗墙为粉质粘土，物理力学性质指标满足设计要求。坝壳料为粘土与砂砾石，颗粒组成满足设计要求。上游坝坡为块石护坡，由于水位变动及风浪淘刷，块石护坡凹凸不平，在正常蓄水位以上块石翻起，垫层被掏空，局部护坡块石风化严重。下游革皮护坡，坡面凹凸不平，杂草丛生。建议坝体上游进行重新修整原有的干砌石护坡拆除从新护坡，下游坝脚逸出点以下做贴坡排水。,2.2.1.2坝基条件 有关坝基情况，根据水库原有资料显示，上部为第四系冲积地层，岩性为砂卵石层，厚度36m，下部为太古界元古界混合岩。粘土心墙基础全部置于岩石之上，基槽开挖后，岩体较完整，节理裂隙不发育，岩石呈风化状态。水库经多年运行，未发现渗漏问题。2.2.1.3坝肩条件 大坝右坝肩，岩性为太古界元古界混合岩，呈风化状态，岩体较完整，节理裂隙不发育，坝体与坝肩接触较好，水库运行多年后，未发现有绕坝渗漏现象。大坝左坝肩岩石裸露，岩性为太古界元古界混合岩，呈强风化状态，岩体较完整，节理裂隙不发育，坝体与坝肩接触较好，水库运行多年后，未发现有绕坝渗漏现象。2.2.2溢洪道工程地质条件评价 溢洪道位于大坝左侧，为开敞式宽顶堰，由堰体控制段、泄槽段、消能防冲段等组成。溢洪道堰宽14.00m，堰顶高程8.40m。溢洪道开挖断面看，溢洪道前段位于坝体之上，后段岩性主要为太古界元古界混合岩。岩石较完整，该段岩体中无较大断层破碎带，地质构造条件简单。由于溢洪槽及左侧无边墙杂草丛生，右侧浆砌石墙局部已破损，泄槽底板破损严重，影响泄洪，建议进行处理。,2.2.3输水洞工程地质条件 输水洞为坝下埋管式，管径为0.50m，设计最大泄量为0.633m3/s，为水库洪水调节的主要建筑物。输水洞位于坝体下，地基为太古界元古界混合岩，地基承载力满足设计要求。由现场检查和运行情况分析，输水洞存在以下主要问题：（1）输水洞闸阀漏水。（2）输水洞出口消力池破坏。（3）输水洞启闭机房破坏。2.3天然建筑材料 砂砾料、块石料均外购，距坝址30km。2.4结论及建议（一）根据中国地震动峰值加速度区划图（GB18306-2001）本地区地震动峰加速度为0.10g，对应的兰凤水库地震基本烈度为度。（二）上游坝坡为块石护坡，由于水位变动及风浪淘刷，块石护坡凹凸不平，在正常蓄水位以上块石翻起，垫层被掏空，局部护坡块石风化严重。下游碎石护坡凹凸不平，杂草丛生。建议上游进行修整处理，下游铺设护坡。（三）溢洪道陡槽及两侧边墙杂草丛生，局部浆砌石已破损，泄槽底板及边墙破损严重，严重影响泄洪，造成库水位上涨，下游冲刷坝脚，危及大坝安全。建议进行处理。,3 工程任务及规模3.1水库概况 兰凤水库位于辽阳县隆昌镇兰凤村，汤河水库的二级支流兰凤河上游。是一座具有防洪和灌溉功能的小（2）型水库，坝址以上控制流域面积1.5 k。坝址以上河长为1.43km，坡降为83.0。2010年11月，辽阳市水务局组织专家对该水库进行了安全鉴定，鉴定为三类坝。兰凤水库经多年运行，水库下游灌溉面积减少，工程效益降低。水库原设计灌溉面积800亩，由于水田种植技术复杂，费工费时，且较种植玉米收益低，因此水库下游居民多将水田调整为旱田。根据水库降等与报废管理办法，因此考虑将兰凤水库进行降等处理。降等后兰凤塘坝的设计标准为10年一遇，校核标准为20年一遇。经复核，在满足水库现有灌溉用水情况下，水库正常蓄水位为8.4米。由此确定兰凤塘坝的正常蓄水位为8.4米，汛期限制水位也为8.4米。经复核兰凤塘坝设计洪水位9.43m，相应库容9.03104m，校核水位9.67m，相应库容9.60104m，正常高水位8.4m，相应库容为6.97104m，死水位2.30m，死库容为0.59104m。溢洪道最大下泄流量31.95立方米每秒。塘坝工程总库容9.60万立方米。调洪库容2.61万立方米。3.2水库除险加固的必要性3.2.1隆昌镇经济现状 2011年兰凤水库所在的隆昌镇，财政收入200万元，人均收入3800元，兰凤水库下游地区人口计划达到2100人，保护农田2583亩。,3.2.2除险加固工程的必要性 1974年兴建了兰凤水库，至今已运行了38年，目前存在大坝上游已有的部分块石护坡段凹凸不平，块石泛起，垫层被掏空，局部护坡块石风化严重；另有没有护坡的坝段冲刷较为严重，下游坝坡已有排水设施段已经破损；溢洪道泄槽底板塌陷左岸无侧墙及右侧墙外已裂缝，溢洪道无消能设施，造成冲刷下游河床，危及大坝安全；输水洞闸阀漏水严重，启闭机老化等诸多问题。塘坝存在安全隐患，水库处于带病运行的状态，水库一旦失事将关系到下游的隆昌镇2100多口居民的生命安全，塘坝下游村庄及2583亩耕地也将受到威胁，尽快实施兰凤塘坝除险加固工程十分迫切，除险加固是必要的。3.3工程任务与规模3.3.1工程任务 兰凤塘坝是以防洪、灌溉为主，坝址以上集雨面积1.50km2，总库容9.60万m3。本次初设主要是针对塘坝存在的安全隐患进行加固设计。3.3.2工程标准 依据兰凤塘坝现状工程运行情况，总库容为10.0（104m）。根据水土保持设计规范（征求意见稿）第4.4.1、4.4.2表规定，应降等为塘坝工程。规模为：塘坝工程等级为等，主要建筑物级别为5级。当山区、丘陵区的水利水电工程永久性水工建筑物的挡水高度低于10m，且上下游最大水头差小于10.0m时，其洪水标准可按平原、滨海区标准确定。兰凤塘坝永久性水工建筑物的挡水高度为8.4m，上下游最大水头差为9.67m，故设计洪水标准应为10年一遇洪水，校核洪水标准应为20年一遇洪水。本次除险加固设计校核洪水标准取上限为20年一遇洪水，设计洪水标准采用10年一遇洪水。规模为：塘坝工程等级为等，主要建筑物级别为5级。,3.3.3除险加固原则 本次除险加固遵循如下原则：对本工程存在问题的部位进行加固设计，在保持水库原有规模不变的前提下，充分发挥水库防洪、灌溉等综合作用。3.4水库死水位复核 水库的死水位确定主要考虑水库泥沙淤积要求确定。水库的原设计死水位为2.30m。水库运行多年，上游植被较好，根据水库多年运行观察，水库泥沙淤积少。目前水库输水洞仍能够正常放水，故本次除险加固仍维持原死水位2.30m不变，相应库容为0.59万m3。3.5水库洪水调节计算3.5.1库容曲线 水库运行多年，考虑水库上游植被较好，水库泥沙淤积少，故本次设计水库库容曲线仍采用原兰凤水库安全加固工程设计资料中成果，详见表31及图31。,兰凤塘坝水位库容关系表,图31 兰凤塘坝水位库容曲线,3.5.3防洪限制水位复核 兰凤塘坝堰顶高程即为防洪限制水位。本次设计防洪限制水位为8.40m。3.5.4正常高水位复核 兰凤塘坝正常高水位为8.40m，本次设计正常高水位不做变动，正常高水位仍采用8.40m。,3.5.2溢洪道泄流能力 本次除险加固设计重新计算的溢洪道泄流能力曲线见表32。,兰凤塘坝调洪成果表,3.5.5水库的设计洪水位与校核洪水位的复核3.5.5.1水库的防洪调度方式 水库防洪限制水位为8.40m，与溢洪道堰顶高程相平，溢洪道为开敞式，水库泄洪为无闸门控制，输水洞不参与泄洪。3.5.5.2枢纽洪水调节成果 根据兰凤塘坝防洪调度运行方式，对枢纽各频率设计洪水进行调节计算。由于计算形状系数p0.05，故本次水库调洪计算采用简易调洪的方法，推求出各频率洪水所对应的库容、最大泄量。简易调洪计算公式如下：枢纽洪水调节计算见表33、表34。,4 除险加固工程设计4.1基本资料4.1.1设计依据 兰凤塘坝除险加固工程初步设计主要依据以下文件和技术规范：1辽阳市辽阳县兰凤水库设计资料 2兰凤水库安全分析综合评价报告 3水利水电工程等级划分及洪水标准SL252-2000 4碾压式土石坝设计规范SL274-2000 5溢洪道设计规范SL253-2000 6水工钢筋砼结构设计规范SL/T191-96 7水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范SL47-94 8水工建筑物荷载设计规范DL5077-1997 9水工隧洞设计规范SL279-2002 10水库工程管理设计规范SL106-96 11水工建筑物抗冰冻设计规范SL211-98 12水工建筑物抗震设计规范DL5073-2000 13水利水电工程地质勘察规范GB50287-99 14辽宁省水资源评价成果报告 15辽宁省中小河流（无资料地区）设计暴雨洪水计算方法 16水利水电工程施工组织设计规范SDJ338-89（试行）17水利工程设计概（估）算编制规程水总2002116号 18水利水电工程环境影响评价规范SDJ302-88 19水利建筑工程设计概算定额 20堤防规范GB50286-98 21工程建设标准强制性条文,4.1.2水文与气象资料 1 坝址处多年平均降雨量748mm 2 多年平均年水面蒸发量1446.30mm 3 多年平均径流深248mm 4 CV0.55，CS3.5CV 5 多年平均气温7 6 最高极端气温37 7 最低极端气温-37.5 8 多年平均相对湿度60%70%9 多年平均冻结深度1.20m 10 多年平均年最大风速15.3m/s 11 设计洪水位9.43m，相应库容9.03104m3 12 校核洪水位9.67m，相应库容9.60104m3 13 正常蓄水位8.40m，相应库容6.97104m3 14 防洪限制水位8.40m，相应库容6.97104 m3 15 死水位2.30m，相应库容0.59104m34.1.3地震设计烈度 根据中国地震动峰值加速度区划图GB18306-2001兰凤水库枢纽工程的设计烈度为7。4.2兰凤塘坝工程现状4.2.1大坝工程现状 大坝坝型为粘土心墙坝，坝长139.0m，坝顶高程为12.24m，最大坝高12.24m，坝顶宽度4.7m，无防浪墙，粘土心墙顶高程为11.24m，粘土心墙顶宽2.00m。现状上游坝坡坡比为1：2.0；下游坝坡坡比为1：3.0。,4.2.2溢洪道工程现状 溢洪道实测宽度为14.00m，堰顶高程为8.4m，型式为宽顶堰。经多年运用，溢洪道地基虽然没有渗漏问题，但是部分地基存在不均匀沉降，由于年久失修，溢洪道泄槽底板塌陷，陡槽下游段局部底板破坏严重。浆砌石导流墙沉陷并出现裂缝，如遇较大洪水将会影响泄流。另外，溢洪道没有消能措施，造成冲刷下游河床，危急大坝安全。4.2.3输水洞工程现状 输水洞有两个，设在大坝的两侧，采用坝下埋管形式。左侧洞径0.50m，进口底高程2.30m，出口底高程为2.30m。右侧洞径0.50m，进口底高程2.30m，出口底高程为2.30m。输水洞出口消力池损坏，下游渠道破损严重，危急大坝安全和影响下游渠道正常灌溉。4.2.4兰凤塘坝枢纽工程现状存在的问题 兰凤塘坝由辽宁省水利水电工程质量检测中心对兰凤塘坝枢纽建筑物进行全面的安全和质量检测，辽阳嘉伸水利勘测设计中心完成了兰凤水安全分析综合评价报告。经分析，现有枢纽工程现状存在的主要问题是：4.2.4.1大坝工程存在问题（1）大坝总长139.00m，护坡为块石护坡，由于水位变动及风浪淘刷，块石护坡凹凸不平。在正常蓄水位以上块石泛起，垫层被淘空，局部护坡块石风化严重。下游草皮护坡，坡面凹凸不平，杂草丛生。水库大坝右岸与山体结合部有渗漏现象。（2）大坝下游坡脚排水体不完整。,4.2.4.2溢洪道工程存在的问题（1）泄槽底板塌陷及边墙已裂缝，左侧无边墙，右侧边墙原设计为p=0.33%校核，本次为p=5%校核，边墙高度满足要求。（2）溢洪道没有消能措施，造成冲刷下游河床，危急下游河道及农田安全。4.2.4.3输水洞工程存在的问题（1）输水洞竖出口闸阀已经损坏需更换；（2）闸门锈蚀，闸阀漏水严重，启闭机老化，操作不灵。（3）输水洞出口消能措施破损严重。4.3水库病险情况复核4.3.1大坝病险情况复核4.3.1.1坝顶高程复核 坝顶超高按下式计算：y=R+e+A 式中：y坝顶超高，m；R最大波浪在坝坡上的爬高，m；e最大风雍水面高度，m；A安全加高，m。按规范规定，级坝（山区、丘陵区）设计情况下A=0.5m，校核情况下 A=0.3m。,式中：hm平均波高，m；Tm平均波周期，s；w计算风速，m/s，多年平均最大风速15.3 m/s；D风区长度，m；正常高水位风区长度为330m，设计洪水位风区长度为340m，校核洪水位风区长度为350m，Hm水域的平均水深（m）；g重力加速度，9.81m/s；平均波浪爬高分别按下式计算：,1、丘陵地区波浪的波高和波长采用莆田试验站公式计算：,式中：Rm平均波浪爬高，m；m单坡坡度系数，m=cot；K斜坡的糙率渗透性系数，查附表A.1.12-1，K=0.75；Kw经验系数，查附表A.1.12-2；hm平均波高，m；Lm平均波长，m。2、累计频率为5%的波浪爬高R5%：根据hm/H的比值，查表A.1.13，可得到R5%/Rm的比值，Rm已经求得，故R5%可得出。3、风壅水面高度按下式计算：,式中：e计算点处的风壅水面高度，m；计算风向与坝轴线法线的夹角，=0；K综合摩擦系数，取3.610-6。坝顶高程和防浪墙顶高程确定，详见4.5.2节。,4.3.1.2坝体稳定复核 1、渗流计算 1）计算参数 参照地质勘察成果，结合本次实地调查，选择典型大坝断面作为计算断面。A、渗透系数 a、心墙粘土渗透系数K0=1.3310-6cm/s；b、上下游坝壳风化砂K1=8.710-4cm/s；c、地基砂质粉土渗透系数K2=6.010-3cm/s；B、各层厚度 根据初设资料 a、地基砂质粉土层平均厚度T1=4.0m；b、心墙厚度 d1=2.0m，d2=4.2m，d3=2.6m；C、正常运用条件下浸润线计算 a、边界条件（a）上游正常高水位9.00m；（b）下游无水（地面0.00m）；（c）心墙渗透系数K0与坝壳K1相差150倍，故库水位当做11断面水位，偏与安全；（d）基岩面以下为不透水层。2）计算方法 采用北京理正的渗流软件提供的“渗流问题公式法”进行计算渗流量，溢出点高度和浸润线。水力坡降计算采用透水堤基心墙式土堤渗流计算公式，详见堤防工程设计规范（GB50286-98）。,3）计算工况 对水库运行不利的情况进行计算,由于汛期发生最高洪水位的历时很短，一般在土坝内不易形成计算的浸润线，所以本次加固设计中只对上游正常高水位时进行渗流计算，计算结果详见4.5.2节。2、坝体边坡稳定复核坝体边坡稳定计算方法根据土坝规范（SL274-2001）的规定，可采用简化毕肖甫法计算坝坡抗滑稳定，采用中国水利水电科学研究院推广使用的土质边坡稳定分析程序（STAB95）计算。大坝建成后已运行多年，故坝体边坡复核仅对稳定渗流期的上下游坝坡稳定及水库水位骤落期的上游坝坡稳定计算。原大坝断面，坝顶宽4.7m，上游坡比为1：2.0，下游坡比1：3.0。坝坡稳定工况 正常蓄水位：8.40m；设计（P=5%）：9.43m；校核（P=0.5%）：9.67m。坝体坝坡稳定的计算方法采用简化毕肖普法，计算结果详见4.5.2节。4.3.2溢洪道病险情况复核 1、陡槽边墙计算（1）起始断面水深计算 陡槽起始断面为0+030，该处水深h，按规范SL253-2000式A.3.1-3计算：,式中：q起始断面单宽流量；动能修正系数，取1.0；g重力加速度，取9.81；经计算得hk=0.81m。（2）陡槽水面线计算陡槽水面线根据能量方程，采用规范SL253-2000中的公式，用分段求和法计算：,式中：L1-2分段长度，m；h1、h2分段始、末断面平均水深，m；v1、v2分段始、末断面平均流速，m/s；1、2流速不均匀系数，取1.05；陡槽底坡角度；i陡槽底坡；j分段内平均摩阻坡降；n陡槽槽身糙率，n=0.017；v分段间平均流速，v=（v1+v2）/2；R分段间平均水力半径R=（R1+R2）/2。,（3）陡槽段水流掺气水深按下式计算：,式中：h，hb陡槽计算断面的水深及掺气后的水深，m；v不掺气情况下陡槽计算断面的流速，m/s；修正系数，取1.2s/m。（4）溢洪道陡槽边墙安全加高按下式计算：,式中：h为安全加高值，取0.3m（P=0.5%）和0.5m（P=5%）。陡槽段不同频率水面线计算结果见表47、48。,陡槽边墙计算表（P=5%，Q=31.95m3/s）,计算得出：溢洪道现状泄槽右侧边墙高程满足要求，但由于年久失修，部分边墙已裂缝，需重新护砌。左侧无边墙，需新建。4.3.3输水洞病险情况复核 输水洞出口闸阀损坏漏水严重，需更换。4.4水库除险加固方案选择4.4.1坝体加固方案 本次设计死水位以上重新铺设30cm厚块石护坡，增设0.2m厚碎石垫层及0.1m厚砂垫层，死水位以下采用抛石护脚；下游新建排水体27.00m；水库库区右岸干砌石护坡长度100m，水库大坝右岸与山体结合部采用压力灌浆防渗处理，长度30m。4.4.2溢洪道加固方案 本次设计将溢洪道底板拆除3060cm厚，重新浇筑钢筋混凝土底板，新建左侧溢洪道边墙。溢洪道下游新建消力池。4.4.3输水洞加固方案 本次设计对输水洞加固维护，重建闸门房，更换管道闸门阀。重新修建输水洞出口消力池及输水渠道。,4.4.4金属结构4.4.4.1输水洞金属结构设备 由于输水洞出口闸阀漏水严重，闸门锈蚀，启闭困难。本次设计将闸门阀更换。4.5除险加固工程设计4.5.1工程等别及建筑物等别4.5.1.1工程等级的确定 兰凤塘坝总库容9.60万m3，依据水利水电工程等级划分及洪水标准SL252-2000及防洪标准GB50201-94的规定，兰凤塘坝工程等级为等，主要建筑物级别为5级。4.5.1.2防洪标准的确定 现根据兰凤塘坝现状工程运行情况，总库容为9.5410.0（104m）。根据水土保持设计规范（征求意见稿）第4.4.1、4.4.2表规定。塘坝工程等级为等，主要建筑物级别为5级。塘坝的设计标准为10年一遇，校核标准时20年一遇。4.5.1.3地震设计烈度 根据中国地震动峰值加速度区划图GB18306-2001兰凤塘坝枢纽工程的设计烈度为度。4.5.1.4枢纽工程总布置 枢纽工程总布置包括：拦河坝、溢洪道、输水洞、下游尾水渠等。枢纽总布置见附图。,1、拦河坝 兰凤塘坝大坝坝型为粘土心墙坝，坝长139.00m，坝顶高程12.24m，无防浪墙，坝顶宽4.70m，坝顶道路为砂石路面。心墙顶高程11.24m。大坝上游坝坡坡比为1：2.0，采用0.3m厚块石护坡，下设0.2m厚碎石垫层及0.1m厚砂垫层；大坝下游坝坡坡比为1：3.0，采用草皮护坡。2、溢洪道 溢洪道位于大坝的左端，由进口段、控制段、泄槽段、消能段等组成。溢洪道陡槽净宽为由14.0m渐变到8.0m，溢洪道全长205.00m。溢洪道桩号0+0000+020为进口段，长度20.0m，底宽14.00m；桩号0+0200+030为控制段，长度10.0m，堰型为宽顶堰，堰顶高程为8.40m，净宽14.0m；桩号0+0300+145为泄槽段，长度为115m，比降为i0.0922，桩号0+1450+165为泄槽段，长度为20.0m，比降为i=0.4，净宽14.08.0m；桩号0+1650+185为消力池段，长度为20.0m，净宽8.0m；桩号0+1850+205为干砌石海漫段，长度20.0m，净宽8.0m；干砌石海漫段以下为尾水渠。3、输水洞 输水洞设在大坝两侧，右侧洞采用坝下埋管形式，洞径0.30m，进口底高程2.30m，出口底高程为2.30m；左侧洞采用坝下埋管形式，洞径0.50m，进口底高程2.30m，出口底高程为2.30m。4.5.2大坝设计4.5.2.1坝顶高程复核 坝顶高程和防浪墙顶高程确定，详见表42。,各种情况下的坝顶高程,设计取最大值，计算坝顶高程为10.47m，现状坝顶高程为12.24m，坝顶高程满足设计高程。4.5.2.2坝体稳定复核 兰凤水库现状大坝为粘土心墙坝，坝长139m，坝顶宽4.70m，坝顶高程12.24m，上游坡为1：2.0，下游坡为1：3.0。根据辽阳地区粘土、砂砾料、风化砂的物理力学性质，兰凤水库筑坝材料设计强度指标见表43。,筑坝材料设计强度指标,（1）坝体边坡稳定计算 坝体边坡稳定计算方法根据土坝规范（SL274-2001）的规定，可采用简化毕肖甫法计算坝坡抗滑稳定，采用中国水利水电科学研究院推广使用的土质边坡稳定分析程序（STAB95）计算。大坝建成后已运行多年，故坝体边坡复核仅对稳定渗流期的上下游坝坡稳定及水库水位骤落期的上游坝坡稳定计算。原大坝断面，坝顶宽4.7m，上游坡比为1：2.0，下游坡比1：3.0。坝坡稳定工况 正常蓄水位：8.40m；设计（P=10%）：9.43m；校核（P=5%）：9.67m。坝体坝坡稳定的计算方法采用简化毕肖普法，计算结果见表44。,稳定计算成果表,由结果得出：各工况下的坝坡稳定满足规范要求。（2）渗流稳定分析 1）计算目的 确定坝体浸润线的位置和渗流场内各点的渗流要素，为坝坡的稳定分析提供必要的数据，据以校核坝坡和坝基的渗流稳定。计算坝体和坝基的渗流量，以估算水库的渗漏损失，据此判断坝体和坝基现状流量的大小，为坝体的安全稳定提供可靠的依据。确定下游坝趾附近地区渗流从透水地基表面、排水设施底部或坝坡逸出段逸出的坡降或水头，以便验算该区域地层的渗透稳定性，为本次除险加固工程提供可靠的依据。,2）渗流计算 对水库运行不利的情况进行计算，由于汛期发生最高洪水位的历时很短，一般在土坝内不易形成计算的浸润线，所以本次加固设计中只对上游正常高水位时进行渗流计算，计算结果见表44，计算简图详见图41。,渗透流量计算结果表,经坝体浸润线计算，下游坝坡逸出点在贴坡排水体内，满足渗流稳定要求。,4.5.2.3上游块石护坡计算（1）块石护坡直径计算根据碾压式土石坝设计规范SL274-2001，确定护坡块石直径：,式中：D石块的换算球形直径，m；m坡率，取2.0；Kt随坡变化的系数，取1.30；k块石密度，2.60 t/m3（片麻岩）；w水的密度，1.0 t/m3；hp累计频率为5的波高，m。经计算，护坡块石直径为0.15m，本次设计护坡块石直径采用0.20m。（2）护坡厚度计算根据碾压式土石坝设计规范SL274-2001，确定护坡厚度：,式中：t护坡厚度，m；K随频率变化的系数，取1.30。其余符号同前。经计算：护坡厚度为0.19m，本次设计护坡厚度采用0.30m，下设0.20m碎石垫层和0.1m砂垫层。4.5.2.4下游草皮护坡 下游坝坡现状为草皮护坡，由于年久失修坝面不平，草皮缺失，本次加固设计将下游护坡进行翻修，种植草皮。4.5.3溢洪道加固设计4.5.3.1溢洪道布置 溢洪道位于大坝的左端，由进口段、控制段、泄槽段、消能段等组成。溢洪道陡槽净宽为由14.0m渐变到8.0m，溢洪道全长205.00m。溢洪道桩号0+0000+020为进口段，长度20.0m，底宽14.00m；桩号0+0200+030为控制段，长度10.0m，堰型为宽顶堰，堰顶高程为8.40m，净宽14.0m；桩号0+0300+145为泄槽段，长度为115m，比降为i0.0922，桩号0+1450+165为泄槽段，长度为20.0m，比降为i=0.4，净宽14.0-8.0m；桩号0+1650+185为消力池段，长度为20.0m，净宽8.0m；桩号0+1850+205为干砌石海漫段，长度20.0m，净宽8.0m；干砌石海漫段以下为尾水渠。,4.5.3.2溢洪道水力计算 1、溢流堰泄流能力计算 兰凤塘坝溢洪道堰型为宽顶堰，堰顶高程为8.4m，堰上无闸门。宽顶堰泄流能力按溢洪道设计规范SL253-2000中的A.2.3泄流公式计算。,式中：Q泄流量，m3/s；B总净宽，B=14.0m；H0计入流速水头的堰上水头g重力加速度，g=9.81m/s2；m流量系数，m值由溢洪道设计规范A.2.3-1表求得；闸墩侧收缩系数，取1。由上式求得溢流堰泄流能力曲线见表46。,水库水位泄量关系,2、陡槽水力计算（1）起始断面水深计算 陡槽起始断面为0+030，该处水深h1取用泄槽段首断面计算的临界水深hk，hk按水力计算手册中的公式进行计算：,式中：q起始断面单宽流量；动能修正系数，取1.0；g重力加速度，取9.81。经计算得hK=0.55m（P=0.5%），hK=0.43m（P=5%）。（2）陡槽水面线计算陡槽水面线根据能量方程，采用规范SL253-2000中的公式，用分段求和法计算：,式中：L1-2分段长度，m；h1、h2分段始、末断面平均水深，m；v1、v2分段始、末断面平均流速，m；1、2流速不均匀系数，取1.05；陡槽底坡角度；i陡槽底坡；,j分段内平均摩阻坡降；n陡槽槽身糙率，n=0.017；v分段间平均流速，v=（v1+v2）/2；R分段间平均水力半径R=（R1+R2）/2。（3）陡槽段水流掺气水深按下式计算：,式中：h，hb陡槽计算断面的水深及掺气后的水深，m；v不掺气情况下陡槽计算断面的流速，m/s；修