小型水库除险加固毕业设计样本

目录第一章综合阐明 11.1绪言 11.2除险加固必要性 11.2.1现场检查存在问题 11.2.2除险加固必要性 21.3设计根据及任务 21.3.1设计根据 21.3.2设计任务 31.4水文 31.5工程地质 41.6工程设计 5第二章水文 82.1流域概况 82.2气象特性 82.3水文基本资料 82.3.1水文站网基本状况 82.3.2其他关于资料整编 82.3.3基本资料收集、整顿及复核 82.4设计洪水 82.4.1计算办法 82.4.2洪峰面积有关法 82.4.3综合参数法 92.4.4推理公式法 92.4.5设计洪水成果 142.4.6成果合理分析性 142.4.7与安全鉴定报告成果比较 142.4.8设计洪水过程线 15第三章工程地质 173.1区域地质概况 173.2坝址区工程地质条件 173.3坝体填筑土质量评价 173.4溢洪道场地工程地质条件 183.5天然建筑材料 18第四章工程任务和规模 194.1工程概况 194.2工程加固任务 194.3设计原则 194.4水库规模仿定 194.5调洪计算 204.5.1库容曲线 204.5.2泄洪设施 214.5.3泄洪能力 224.5.4调洪计算 244.6坝顶高程复核 274.6.1波浪爬高计算 284.6.2风壅水面高度计算 294.6.3安全超高 304.6.4坝顶高程复核 30第五章工程布置及建筑物 315.1设计根据 315.1.1设计根据 315.1.2工程等别和建筑物级别 315.1.3洪水原则 315.1.4设计基本资料 315.2工程布置 325.3大坝加固工程设计 325.3.1工程现状及存在问题 325.3.2大坝稳定渗流复核计算 335.3.3坝体培厚加固设计 365.3.4大坝稳定复核计算 375.3.5坝顶 395.3.6上游护坡设计 395.4溢洪道加固设计 395.4.1溢洪道存在问题 395.4.2构造计算 395.4.3溢洪道设计 415.4.4溢洪道水力计算 425.5放水设施加固解决 445.5.1放水设施现状 445.5.2放水设施存在问题 445.5.3放水设施设计 445.6观测设计 45参照文献 46附录 47道谢 51

汉滨区李家沟水库除险加固设计学生：指引教师：摘要：李家沟水库枢纽位于安康市汉滨区五里镇刘营村境内，月河右岸一级支流李家沟下游。水库枢纽工程由大坝、放水设施、左岸溢洪道等重要建筑物构成。李家沟水库是一座以供水，灌溉为主，并兼有养殖等综合效益V等小（2）型工程。大坝当前重要存在问题有：（1）大坝某些：坝顶为自然土路面，降雨不能通行；上游坝坡没进行护面解决，坝坡面不规整；背水面右侧有较大面积土体产生了变形、塌陷和滑动。下游坝坡抗滑稳定安全系数不满足规范规定。（2）溢洪道某些：堰体砌石某些裂缝、脱浆，漏水严重，堰后侧槽底板衬砌厚度不够。（3）引水设施虽经解决，但在7月因柴头堵塞，无法正常放水。（4）水库无水位尺，无雨量观测设施；大坝无渗漏、位移变形等观测设施；大坝无管理房及抗洪设施。本次设计依照工程现状和安检意见，综合分析工程状况，拟定除险加固设计方案，并进行坝体加固和泄放水建筑物改造设计。规定完毕水库设计方案，拟定合理坝高。坝体要进行渗流分析和坝体加高方案拟定，完毕坝体渗流和稳定分析，并完毕坝体构造设计。关键词：坝体；渗流；稳定；洪水位；溢洪道

TheDesignofReinforcementforLijiagouReserviorAbstract：LijiagoureservoirlocatsinthetownofLiuYing，AnkangCity，therightbankofLijiagoudownstream.Thisprojectconstitutethedamsitself，drainagefacilities，thespillwayontheleftbankandothermajorbuildings.Themainduskofthisreservoirarewatersupplyandirrigation，withothercomprehensivebenefitslikefarming.Atpresentthemainproblemsexistinginthedamsare：(1)thedamsections：thematerialsofthecrestpavementisnaturalsoilanditisunabletopasswhenrains；theupstreamslopewithnosurfacetreatmentandthesurfaceisirregular；thedorsalsurfaceoftherightsidehasalargeareawithproblemsofsoildeformation，collapseandslide.Thestabilitysafetyfactorofdownstreamslopeslidingdoesnotmeettheregulatoryrequirements.(2)spillwayparts：theweirbodyexitstheproblemsofcrack，desizingandseverewaterleakage，thethicknessoftheweirrearslotbackplaneliningisnotenough.(3)whilethewatertreatmentarerepaired，butinJulyitblockedbecauseofthewoodandcannotdrainproperly.(4)reservoirwithnowaterlevelgauge，norainfallobservationfacilitiesandthedamwithnoleakageanddeformationobservationfacilities；thedamswithnomanagementroomandnofloodcontrolfacilities.Thisdesignoftheprojectconsidersthestatusandsecurityadvicewithcomprehensiveanalysisoftheproject，determinesthereinforcementdesignandconductsthedamreinforcementandtherenovationofbuildingsdesignedtoventdrain.Thispaperrequirestocompletethereservoirdesignanddetermineareasonabledamheight.Thedamneedtheseepageanalysisandcarryoutaprojectofaddingheight，completedamseepageandstabilityanalysis，andcompletethestructuraldesignofthedam.Keywords：Dam；seepage；stability；floodlevel；spillway第一章综合阐明1.1绪言李家沟水库枢纽位于安康市汉滨区五里镇刘营村境内，月河右岸一级支流李家沟下游。水库枢纽距五里镇约5km，有简易公路通到右坝肩山梁上。水库枢纽工程由大坝、放水设施、左岸溢洪道等重要建筑物构成。水库坝体为粘土均质坝，最大坝高17.56m，坝顶长152.545m，坝顶宽4.6m，坝顶高程500.0m（相对高程）。坝址以上控制流域面积3.6km2，总库容20.4万m3，河道长5.0km，河道平均比降95.44%。李家沟水库是一座以供水，灌溉为主，并兼有养殖等综合效益V等小（2）型工程。溢洪道位于左坝肩，由寒武系薄层灰岩夹千枚岩强弱风化岩体开挖而成，为侧堰溢洪道，堰顶高程497.20m。放水设施位于右坝肩，由卧管和放水涵洞构成。李家沟水库工程于1954年2月由群众自建，为万方大堰，于1958年加坝升级为水库，投入使用。1965年因漏水，坝体滑动后进行整修，同步将坝再次加高2.5m。1977年7月因上游堰塘跨坝，导致李家沟水库漫坝，坝体形成深槽，同年进行溢洪道及坝体进行加固解决。由于当时水库设计不规范，施工办法简陋落后，加之水库运营后重要建筑物老化失修，水库近年来始终带病运营，效益不能发挥。4月安康市防汛办、汉滨区防汛办组织关于专家对李家沟水库进行了安全鉴定，鉴定结论是：李家沟水库大坝属三类坝，建议尽快进行除险加固解决1.2除险加固必要性1.2.1现场检查存在问题由于受当时历史条件制约，水库施工质量差，竣工运营以来浮现多处病害，长期带病运营。本次设计依照水库除险加固工程设计导则规定。通过检查大坝、溢洪道及放水设施等重要建筑物存在安全问题，结论如下：大坝某些①坝顶：坝顶为自然土路面，降雨不能通行，对大坝维修及汛期防汛不利。②上游坝坡:上游坝坡没进行护面解决，坝坡面不规整，冲刷侵蚀严重。③下游坝坡：背水面右侧有较大面积土体产生了变形、塌陷和滑动，结合钻孔资料，土体最深滑移面达4m。下游坝坡抗滑稳定安全系数不满足规范规定；且坝面杂草、树木从生，无坝面排水系统；坝趾排水棱体某些已被掩埋，且有某些坍塌，从现状出露排水棱体表面看，排水体不规整且排水不畅。溢洪道评价：溢洪道设计虽满足泄洪能力需要。但现状溢洪道折线堰为宽1.2m，高4.6m浆砌石构造，堰体砌石某些裂缝、脱浆，漏水严重，堰后侧槽底板衬砌厚度不够，现状冲刷破坏严重，已形成深0.5m冲坑；泄槽左侧为约8m高边坡，侧槽边墙砌筑高约2m砌石，溢洪道泄洪时，水位高于侧墙，冲刷边坡，对溢洪道泄洪带来安全隐患，一旦边坡坍塌，将淤塞溢洪道。引水设施某些：引水设施虽经解决，但在7月因柴头堵塞，无法正常放水。其他设施：①水库无水位尺，无雨量观测设施；②大坝无渗漏、位移变形等观测设施；③大坝无管理房及抗洪设施；1.2.2除险加固必要性水库运营50近年以来，为工程所在刘营村及附近村庄农业和农村经济发展发挥了巨大作用。1958年3月竣工，1965年因漏水，坝体滑动后进行整修，1977年7月因上游堰塘跨坝，导致李家沟水库漫坝，坝体形成深槽，沉没下游刘家营村，冲毁大量房物及农田，后回填坍塌坝体，烣复水库某些功能，施工时均为人工填筑，也未对坝体加宽，安全难以保障，且不能发挥正常效益。水库下游居民人口较集中，刘营村、石天高速公路均在水库下游，一旦水库失事，将会导致较大灾害损失。因而，李家沟水库除险加固对该地区至关重要，应从速立项以除后患。1.3设计根据及任务1.3.1设计根据(1)《水电枢纽工程级别划分及洪水原则》SL252-；(2)《防洪原则》GB50201-94；(3)《水工混凝土构造设计规范》DL/T5057-1996；(4)《溢洪道设计规范》SL253-；(5)《碾压式土石坝设计规范》(SL274-)；(6)《水利水电工程工程量计算规定》(DL/T5088-1999)；(7)《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》SL189-96；(8)《陕西省中小型水库工程险除加固初步设计报告编制规程》(9)《安康市汉滨区李家沟水库大坝安全鉴定报告》。1.3.2设计任务针对水库当前存在重要问题，拟定除险加固工程初步设计重要任务为：坝体：对坝体上、下游坝坡进行护坡加固解决，增设踏步，坝顶路面硬化；背水坡设立排水系统；清理坝直坡积物，加固排水棱体。加厚下游坝体，使其抗滑满足规范规定规定。（2）对现状溢洪道工程进行复核、加固水毁段，保证行洪安全畅通；（3）加固改建引水设施，对其进行翻修加固；（4）增设管理房；（5）完善水库工程监测设施。1.4水文（1）水文气象概况李家沟水库枢纽位于安康市汉滨区五里镇刘营村境内，月河右岸支沟李家沟下游，水库枢纽距安康市约10km。坝址以上流域面积3.6km2，河道长度5.0km，平均比降95.44‰。汉滨区属于北亚热带大陆湿润性季风气候区。气候温和，雨量充沛，四季分明，无霜期长。年平均气温15.7℃。无霜期263天。流域年均降水量850mm，60%集中在7、8、9月，最低值540.3mm(1966年)，最大值为1109.2mm(1983年)相差568.9mm。工程控制流域仅为0.98km2，为特小流域，流域内无水文站。本设计水文计算按照无资料地区，根据《安康地区水文手册》采用各种办法计算，进行合理性分析。（2）设计洪水 根据《安康地区水文手册》，按照无资料地区计算李家沟水库设计洪水，采用洪峰面积有关法、综合参数法、推理公式法进行多方案分析计算。不同办法计算洪峰流量列入表1.4-1。表1.4-1:洪峰面积有关法计算成果表频率洪峰面积有关法综合参数法推理公式法采用值P=5.0％47.255.440.255.4P=0.5％76.194.764.194.7从表1.4-1可以看出，三种办法计算出设计洪水成果值均有差别。本工程控制面积3.6km2，属于特小流域。洪峰面积有关法为单因素经验公式，忽视了河长、坡度等地形特性值影响以及植被损失等下垫面和汇流过程等重要因素，仅以综合参数Kn体现。对于特小流域，不能精确反映各流域特殊性，其成果仅供参照。综合参数法也忽视了植被损失等下垫面和汇流过程等重要因素，同样不使用于特小流域洪水计算。对特小流域暴雨洪水，无论是暴雨时空分布或流域汇流特性，推理公式更能适应其概化条件。但是其参数为记录经验值，与实际存在一定差别。本工程为特小流域，，一旦发生特大暴雨，汇流时间极短，为安全起见，洪水采用前三种办法推求最大值，设计洪水为Q=55.4m3/s（一遇），校核洪水Q=94.7m3/s（2一遇）。设计洪水过程本工程为无资料特小流域，洪水过程线采用三角形概化过程线法推求。成果见表1.4-2。表1.4-2：洪水过程线成果表P(%)0.55历时(h)流量(m3/s)历时(h)流量(m3/s)00.0000.4694.70.5455.42.110.02.4701.5工程地质（1）区域地质概况李家沟水库枢纽位于月河一级支流李家沟下游，流域呈狭长带状。地势北高南低，坝址上游两岸地形陡峻，坡度45°～60°之间，峰谷高差50~200m，为侵蚀中低山地貌。水库枢纽区位于秦巴山脉之间，大地构造位于南秦岭东西向构造带中段南部，属月河断陷盆地。盆地南为凤凰山复式背斜，北为牛背山复式背斜，中部为月河复式向斜。（2）坝址区工程地质条件李家沟水库坝址区河谷底宽35m，呈不对称“U”型河谷，河床高程482.93m，沟谷高差50~100m，属侵蚀中低山峡谷地貌。左坝肩坝岸坡为岩质边坡，高出坝顶10多m，坡角约为25°~35°。右坝肩为土质边坡，坡顶低于坝顶3~5m。两坝肩边坡基本稳定。坝址出露地层重要淤泥质土（Q4L）、残坡积土（Q4dl+el）、粉砂质粘土（Q4s）、粉质粘土（Q3al）、砂砾石（Q4al+pl）、砂砾石（Q3al）、寒武系（∈）薄层灰岩夹千枚岩，坝址处岩层走向110°～120°，倾向SW，倾角35~45°。坝址处岩层走向与岸坡大角度相交，倾向下游。（3）坝体填筑土质量评价李家沟水库坝体整体体现为不规则弧形，大坝建设经历了建坝、加坝和水毁恢复三次建设过程，依照勘察资料，分析坝体填筑土渗入系数为渗入系数为5.04*10-6~9.60*10-6cm/s，符合设计规定和规范原则；压实度P=87.8，压实度未达到设计规定和规范原则，碾压质量较差。应对大坝进行稳定性复核。野外地质勘查表白，虽然坝体土渗入系数符合设计规定和规范原则，但坝体仍存在渗漏现象，重要因素是坝体通过三次建设，存在三次填筑结合面，导致渗水通道；坝体背水面右侧有较大面积土体产生了变形、塌陷和滑动，结合钻孔资料，土体最深滑移面达4m，因而建议，对大坝整体进行防渗解决。对坝体背水面右侧滑移面上部土体所有清除，再进行加固解决。溢洪道场地工程地质条件溢流堰堰底和左侧侧墙重要由薄层灰岩夹千枚岩强风化岩体构成，岩石裂隙发育，但整体边坡基本稳定。强风化岩体基本质量级别为Ⅴ级，属Ⅴ类工程岩体，其承载力特性值建议值fak=400kpa，变形模量E0建议值为1.0*103Mpa，冲坑系数k为1.8。（5）天然建筑材料库区坝址下游月河二级阶地区粉质粘土分布较广，无论储量还是质量均能满足水库除险加固工程筑坝用料规定。水库所需砼用砂石料可在五里镇月河口石场采运，月河口石场砂石料质地坚硬，为安康市区建筑工程重要石料来源，储量丰富，交通以便，运距约5km。1.6工程设计李家沟水库枢纽工程大坝为均质土坝，通过查阅资料可知，水库现状大坝最大坝高17.56m，顶宽度4.6m，坝轴线长约152.545m，坝顶高程在500m～500.10（相对高程）之间。上游坡比1:2.0，下游坡比1:1.8。排水棱体顶宽度1.5m，高程484m，外侧坡比1:0.3，内侧坡比1:1.5。李家沟水库枢纽位于安康市汉滨区五里镇刘营村境内。水库枢纽建在月河一级支流李家沟中游。枢纽工程由大坝、溢洪道、放水设施等建筑物构成，设计总库容20.4万m3，水库灌溉面积850亩，是一座以蓄水灌溉为主V等小（2）型水利枢纽工程。（1）下游坝体培厚依照计算，坝体抗滑不满足规范系数规定坝面重要是下坝面，本次设计时重要考虑从下游坝面培厚加固。坝顶宽度4.6m，满足设计顶宽规定，本次培厚加固拟重要培厚497.50m高程如下坝体。设计培厚坝坡时，在高程497.50m设立马道，马道宽1.5m，坝坡坡比1:2.5，至高程484.00m排水棱体顶部，排水棱体顶宽1.5m，下游坡1:1.5，上游坡1:1。下游坝体培厚时，原设计上坝公路结合坝体填筑设计布置，沿原高程平移，公路内侧采用浆砌石挡墙挡护公路以上填筑体，挡墙高1m，顶宽0.4，外侧直立，内侧坡比1:0.35。排水棱体顶宽1.5m，外侧坡比1:1.5，内侧坡比1:1。排水棱体内侧和底某些别设计反滤层，反滤层分上、下两层，上层为20cm砂砾石垫层（d5～d20），下层为10cm厚粗砂垫层（＜5mm）。培厚坝坡为防止坝面土体流失，在坝坡面设立干砌石格构，格构边长10m菱形网格，浆砌石表面抹2cm厚M7.5砂浆，垂直于上游坡面，格构宽0.3m，高0.3m。格构间回填砂砾土，平整坝坡后种植草皮。本次设计考虑增设五道排水沟，分别在坝体497.5m高程设立一道纵向排水沟，排水棱体底部设贴坡排水沟，左右坝肩沿坝体两侧山体结合部位各设立一道岸坡排水沟。右岸上坝公路内侧设立一道排水沟。岸坡排水沟采用M7.5砂浆砌筑，M10砂浆抹面，比降为自然山体与坝坡结合处坡比，排水沟断面为底宽30cm、顶宽30cm，深40cm梯形断面，M7.5砂浆砌筑，M10砂浆抹面；公路内侧排水沟为20cm矩形断面，纵向排水沟与岸坡排水沟连接，最后排入坝下游河道。为以便上下坝体，坝后中部由坝顶至坝基设立台阶，台阶宽120cm，M7.5砂浆砌筑，M10砂浆抹面。（2）坝顶坝顶高程500.00m，坝顶长152.545m，坝顶宽4.6m。现状坝顶为土路面，考虑坝体近年运营状况，本次设计坝顶上、下游侧设立路缘石，铺筑泥结石路面。坝顶泥结石路面分两层，上层泥结石路厚30cm，下层碎石厚15cm。路面施工前，将坝顶草皮及杂物清理，平整辗压坝体至300m高程，为便于坝顶排水，设2％横坡倾向两侧。（3）上游护坡设计上游护坡从现状分析、重要是坡面无防护民，且存在脱坡、坝面不平整，必要先进行坝面修整，以保持平整。依照平次大坝稳定复核，坝坡稳定计算满足规范规定，故对坝坡不作大修改。重要内容为：对坝坡表面腐质土进行清基、夯实；对坝面树根、草皮挖除，表层回填并夯实，坝面清基厚度控制在0.3～0.5m。上游坡解决从淤积面如下1m，即解决从490.00m高程以上采用干砌块石护坡，干砌石护坡下设反滤层。干砌块石厚度30cm，反滤层分上、下两层，上层为20cm砂砾石垫层（d5～d20），下层为10cm厚粗砂垫层（＜5mm）。为加强干砌石护坡整体性和稳定性，防止干砌石大面积滑落，在大坝坡面增设浆砌石格构，格构为边长8m菱形网格，采用M7.5浆砌石砌筑，垂直于上游坡面，格构宽0.3m，高0.6m。为以便上下坝体，坝前中部由坝顶至库内设立台阶，台阶宽120cm，M7.5砂浆砌筑，M10砂浆抹面。（4）放水卧管重要采用如下方案：考虑卧管处修复，现状构造满足规范规定，只因柴草堵塞。本次卧管解决针对堵塞部位进行拆除，清除堵塞物，再按原构造恢复。改造卧管在原位置槽挖后，回填垫层砼，再浇筑C20砼。卧管底坡坡比与坝体坡比相似为1：2，卧管构造尺寸保持原构造尺寸不变，为60×60cm，台阶宽80cm，高60cm，平台设立直径为20cm圆形放水孔。对涵管因坝体加厚，需相应将涵管加长，修建至坝外。外延涵管布置在原引水渠位置上，涵管设计为50×50cm浆砌石矩形断面。（5）溢洪道改造折线堰设计结合现场地形、地质条件，本次堰体加固设计拟在原浆砌石堰体迎水面及堰顶采用钢筋混凝土构造加厚解决。迎水面加厚构造开挖至新鲜基本面，浆砌石面清理干净后浇筑钢筋混凝土，混凝土厚0.2m，布置双层φ12钢筋网，钢筋间距15cm，保护层5cm。堰顶加厚砼为保定原堰顶高程497.20m不变，加固时拟拆除原堰顶50cm浆砌石，再浇筑混凝土构造。混凝土与浆砌石构造缝面设立锚杆锚固，锚杆为φ18钢筋，间距1m，梅花型布置，入浆砌石堰体0.5m，外露0.35m,呈“L”型。加厚混凝土分槰与原浆砌石堰体分缝一致，缝面设立橡胶止水。堰后侧槽加固侧槽底板加固拟拆除原侧槽底板混凝土构造，采用钢筋混凝土至原底板高程。钢筋混凝土底板厚0.5m，布设双层钢筋网，上层为φ16钢筋，下层为φ14钢筋，钢筋间距15cm，保护层5cm。混凝土浇筑前需清理基本至基岩面，底板分槰不得不不大于10m，缝间设立橡胶止水。泄槽左边墙加固依照水力学计算，泄槽左侧墙高度不满足规定，需进行加高解决。本次设计拟在原浆砌石基本上加高2m。侧墙加高采用M7.5浆砌石砌筑，加高浆砌石顶宽0.3m，为贴坡式构造，浆砌石分槰与原边墙分槰线一至。

第二章水文2.1流域概况李家沟水库位于汉滨区五里镇刘营村，枢纽工程位于月河右岸支流李家沟下游。李家沟发源于凤凰山东端大掌梁，于五里镇刘营村汇入月河，坝址以上流域面积3.6km2，河道长度5.0km，平均比降95.44‰。流域中上游山高坡陡，人烟稀少，属封山育林区，植被较好；下游大某些为耕地，杂以小块林地，整个流域水土流失轻微。2.2气象特性汉滨区属于北亚热带大陆湿润性季风气候区。气候温和，雨量充沛，四季分明，无霜期长。年平均气温15.7℃。无霜期263天。流域年均降水量850mm，60%集中在7、8、9月，最低值540.3mm(1966年)，最大值为1109.2mm(1983年)相差568.9mm。2.3水文基本资料2.3.1水文站网基本状况工程控制流域仅为3.6km2，为特小流域，流域内无水文站。2.3.2其他关于资料整编本次还收集了《安康地区实用水文手册》。2.3.3基本资料收集、整顿及复核本工程水文计算按照无资料地区，根据《安康地区水文手册》采用各种办法计算，进行合理性分析。2.4设计洪水2.4.1计算办法根据《安康地区水文手册》，按照无资料地区计算李家沟水库设计洪水，采用洪峰面积有关法、综合参数法、推理公式法进行多方案分析计算。2.4.2洪峰面积有关法《安康地区实用水文手册》公式：(2-1)式中：QN一重现期为N设计洪峰流量(m3/s)；F一流域面积(km2)；KN,n一经验关系式参指数。本工程属于江北区，《水文手册》上江北区合用范畴为2～1000km2。而本工程流域面积为3.6km2，在合用范畴之内，洪水计算成果见表2.4-1。表2.4-1：洪峰面积有关法计算成果表P(％)NK值n值F(km2)Q(m3/s)52021.70.6063.647.20.520035.00.6063.676.12.4.3综合参数法(2-2)(2-3)式中：QP—设计频率为P洪峰流量（m3/s）；F—设计流域面积（Km2）；J—主河道平均比降（千分率分子值）；H6P—设计频率为P六小时点暴雨量（mm）；K6P—设计频率为P六小时暴雨模比系数；α、β、γ、η—分区综合经验性指数。Ht—设计历时暴雨均值，由《手册》图5-4查得，H6=50mm；计算成果见表2.4-2表2.4-2：综合参数法计算成果表P(％)NKPH6pQ(m3/s)5202.010100.555.40.52003.109155.594.72.4.4推理公式法1、设计暴雨历时依照《水文手册》中表5-1，流域面积不大于20km2流域，暴雨设计历时取3～6小时，暴雨计算时段取1/3小时，故该流域暴雨设计历时取3小时，暴雨计算时段取1/3小时。2、设计点暴雨量按《水文手册》计算1、3、6小时点暴雨量。现将各参数取值及计算成果列入表2.4-3。(2-4)(2-5)表2.4-3:设计点暴雨量计算T(h)Ht(mm)CvP(％)50.51310.52Kp2.033.16HtP63.098.13HtP83.9130.16500.51KP2.0103.11HtP100.5155.53、设计面暴雨量依照《水文手册》，流域1、3小时面平均暴雨量，计算公式如下：(2-6)(2-7)Ht面——设计历时为t流域平均面雨量(mm)；Ht——设计历时为t点暴雨量(mm)；αt——设计历时为t暴雨点面系数。at、bt一线形拟合参数与指数，查《手册》中表5-4拟定。1/3小时暴雨按照下列公式计算：(2-8)(2-9)Ht——设计历时为t暴雨量(mm)；H1——1小时设计暴雨量(mm)；t——历时(以分钟计)；Kt——历时为t设计暴雨占一小时暴雨百分数（以小数计）。表2.4-4:设计点暴雨量计算t(h)atbt点面系数aHtm(P=5％)Htm(P=0.5％)10.00510.3350.99462.697.530.00540.2720.99583.4129.41/332.250.24、设计暴雨时程分派按《水文手册》中提供办法进行暴雨时程分派，成果见表2.4-5：表2.4-5:三小时暴雨时程分派表th01/32/314/35/325/35/33共计Ht5％04.04.04.015.232.215.22.92.92.983.4Ht0.5％06.26.26.223.750.223.74.54.54.5129.45、产流计算查《水文手册》中表6-7，本工程属于Ⅳ产流区，本区流域最大损失量Im=90.0mm，前期影响雨量按《手册》表6-9，得Ha=0.83Im=74.7mm(P=5％)；Ha=0.67Im=60.3mm(P=0.5％)。则本流域不同频率三小时暴雨所产生合计净雨量计算成果见下表：表2.4-6：暴雨产流计算表(P=5％)t(h)Ht(面）∑HtHt+hahht∑ht1/34.04.078.711.711.723.12/34.08.082.713.11.437.524.012.186.814.81.749.24/315.227.3102.022.17.356.55/332.259.4134.145.223.159.5215.274.6149.359.614.462.47/32.977.6152.362.52.965.38/32.980.5155.265.42.967.032.983.4158.168.4368.4表2.4-7暴雨产流计算表(P=0.5％)t(h)Ht(面）∑HtHt+hahht∑ht1/36.26.266.58.28.240.42/36.212.372.69.81.664.126.218.578.811.71.974.84/323.742.1102.422.410.783.05/350.292.3152.662.840.487.5223.7116.0176.386.523.792.07/34.5120.5180.891.04.596.48/34.5124.9185.295.44.498.334.5129.4189.799.94.599.96、汇流计算：汇流计算基本公式如下：(2-10)(2-11)式中：Qt——洪峰流量(m3/s)t——流域汇流时间(小时)；α,β——经验性指数，α=1/3，β=1/4；m——经验性汇流参数，；θ，流域特性参数，；τ——汇流时间。经计算得：θ=7.945；m=0.838。Qt-t、Qτ-τ计算值见下表：表2.4-8:Qt-t曲线计算表tP=5%P=0.5%∑htQm∑htQm1/323.16940.41212/337.55664.196249.24974.8754/356.54283.0625/359.53687.553262.43192.0467/365.32896.4418/367.02598.337368.42399.933表2.4-9:Qτ-τ曲线计算表Q设(m3/s)100908070605040302010ｔ(h)1.151.181.211.251.301.361.441.551.722.047、做暴雨径流关系曲线，见图2-1，采用图解法计算得到洪水成果及汇流时间，见表2.4-9：图2.4-1Qm～τ、Qm～t曲线表2.4-10:推理公式计算成果表P(％)NQ(m3/s)τ5.02040.21.440.520064.11.282.4.5设计洪水成果现将李家沟水库坝址处采用不同办法计算洪峰流量列入下表。表2.4-1:洪峰流量计算成果表频率洪峰面积有关法综合参数法推理公式法采用值P=5.0％47.255.440.255.4P=0.5％76.194.764.194.72.4.6成果合理分析性从表2.4-11中可以看出，三种办法计算出设计洪水成果值有较大差别。本工程控制面积3.6km2，属于特小流域。洪峰面积有关法为单因素经验公式，忽视了河长、坡度等地形特性值影响以及植被损失等下垫面和汇流过程等重要因素，仅以综合参数Kn体现。对于特小流域，不能精确反映各流域特殊性，其成果仅供参照。综合参数法也忽视了植被损失等下垫面和汇流过程等重要因素，同样不使用于特小流域洪水计算。对特小流域暴雨洪水，无论是暴雨时空分布或流域汇流特性，推理公式更能适应其概化条件。但是其参数为记录经验值，与实际存在一定差别。本工程为特小流域，，一旦发生特大暴雨，汇流时间极短，为安全起见，洪水采用前三种办法推求最大值，设计洪水为Q=55.4m3/s（一遇），校核洪水Q=94.7m3/s（2一遇）。2.4.7与安全鉴定报告成果比较安康市汉滨区水利水电水保生态勘测设计院所做《汉滨区李家沟水库工程洪水原则与防洪安全复核报告》，其设计洪水见表2.4-12。为Q=48m3/s（一遇），校核洪水Q=78m3/s（2一遇）。表2.4-12:洪峰流量计算成果表（安全鉴定报告成果）频率洪峰面积有关法综合参数法推理公式法采用值P=5.0％47.254.741.548P=0.5％76.192.567.378其成果与本次计算基本一致，因而本次计算成果是合理。2.4.8设计洪水过程线本工程为无资料特小流域，洪水过程线采用三角形概化过程线法推求。1、设计洪量(2-12)洪水过程历时成果见表2.4-13，图2.4-2表2.4-13：洪水过程线成果表P(%)0.55历时(h)流量(m3/s)历时(h)流量(m3/s)00.0000.4694.70.5455.42.110.02.470图2.4-2设计洪水过程线图第三章工程地质3.1区域地质概况李家沟水库枢纽位于月河一级支流李家沟下游，流域呈狭长带状。地势北高南低，坝址上游两岸地形陡峻，坡度45°～60°之间，峰谷高差50~200m，为侵蚀中低山地貌。水库枢纽区位于秦巴山脉之间，大地构造位于南秦岭东西向构造带中段南部，属月河断陷盆地。盆地南为凤凰山复式背斜，北为牛背山复式背斜，中部为月河复式向斜。区内断裂褶皱发育，断裂重要为NWW向，与区域构造线方向一致，属张性长期活动隐伏断裂；褶皱重要为NNE向，属压性构造短轴褶皱。依照国家地震局编制1：400万《中华人民共和国地震动峰值加速度区划图》（GB18306~图A1）和《中华人民共和国地震动反映谱特性周期区划图》（1：400万），本区地震动峰值加速度为0.10g，反映谱特性周期为0.35s，相应地震基本烈度为7度。区内地下水流向与地形基本一致。基岩裂隙水流向随处形变化而变化，具备多样性和多向性，以泉水或渗流形式向临近(沟)谷或坡脚地段排泄。第四系孔隙水径流方向由高向低运移，又由后缘向前缘运移，最后以地下潜流形式汇入主河流。3.2坝址区工程地质条件李家沟水库坝址区河谷底宽35m，呈不对称“U”型河谷，河床高程482.93m，沟谷高差50~100m，属侵蚀中低山峡谷地貌。左坝肩坝岸坡为岩质边坡，高出坝顶10多m，坡角约为25°~35°。右坝肩为土质边坡，坡顶低于坝顶3~5m。两坝肩边坡基本稳定。坝址出露地层重要淤泥质土（Q4L）、残坡积土（Q4dl+el）、粉砂质粘土（Q4s）、粉质粘土（Q3al）、砂砾石（Q4al+pl）、砂砾石（Q3al）、寒武系（∈）薄层灰岩夹千枚岩，坝址处岩层走向110°～120°，倾向SW，倾角35~45°。坝址处岩层走向与岸坡大角度相交，倾向下游。坝址区无大断裂通过，构造较简朴。坝址区左坝肩岩体中节理裂隙相对发育，重要以NWW向和EW向陡倾角为主。坝址处谷底坝基岩石呈强风化，强风化岩体垂直厚度1~3m；左坝肩为岩质边坡，基岩浅表为强风化，强风化岩体水平岸内4~6m，边坡基本稳定。3.3坝体填筑土质量评价李家沟水库坝体整体体现为不规则弧形，大坝建设经历了建坝、加坝和水毁恢复三次建设过程，依照勘察资料，分析坝体填筑土渗入系数为渗入系数为5.04*10-6~9.60*10-6cm/s，渗入系数符合设计规定和规范原则；压实度P=87.8，压实度未达到设计规定和规范原则，碾压质量较差。应对大坝进行稳定性复核。野外地质勘查表白，虽然坝体土渗入系数符合设计规定和规范原则，但坝体仍存在渗漏现象，重要因素是坝体通过三次建设，存在三次填筑结合面，导致渗水通道；坝体背水面右侧有较大面积土体产生了变形、塌陷和滑动，结合钻孔资料，土体最深滑移面达4m，因而建议，对大坝整体进行防渗解决。对坝体背水面右侧滑移面上部土体所有清除，再进行加固解决。3.4溢洪道场地工程地质条件溢流堰堰底和左侧侧墙重要由薄层灰岩夹千枚岩强风化岩体构成，岩石裂隙发育，但整体边坡基本稳定。强风化岩体基本质量级别为Ⅴ级，属Ⅴ类工程岩体，其承载力特性值建议值fak=400kpa，变形模量E0建议值为1.0*103Mpa，冲坑系数k为1.8。泄槽底板及两侧边坡重要由薄层灰岩夹千枚岩强-弱风化岩体构成，岩石裂隙较发育，整体边坡基本稳定。弱风化岩体基本质量级别为Ⅵ级，属Ⅵ类工程岩体，其承载力特性值建议值fak=700kpa，变形模量E0建议值为3.0*103Mpa，冲坑系数k为1.5；强风化岩体基本质量级别为Ⅴ级，属Ⅴ类工程岩体，其承载力特性值建议值fak=400kpa，变形模量E0建议值为1.0*103Mpa，冲坑系数k为1.8。3.5天然建筑材料库区坝址下游月河二级阶地区粉质粘土分布较广，无论储量还是质量均能满足水库除险加固工程筑坝用料规定。水库所需砼用砂石料可在五里镇月河口石场采运，月河口石场砂石料质地坚硬，为安康市区建筑工程重要石料来源，储量丰富，交通以便，运距约5km。第四章工程任务和规模4.1工程概况汉滨区五里镇刘营村，枢纽工程位于月河右岸支流李家沟下游。水库枢纽距五里镇约3km。水库枢纽位于东经108o51`，北纬32o42`。是一座以供水，灌溉为主，并兼有养殖等综合效益小（2）型工程。水库枢纽枢纽工程重要由大坝、溢洪道、放水设施等建筑物构成，设计总库容20.4万m3，灌溉面积850亩。李家沟水库工程于1954年2月动工修建，1958年3月竣工，1965年因漏水，坝体滑动后进行整修，1977年7月因上游堰塘跨坝，导致李家沟水库漫坝，坝体形成深槽，同年进行溢洪道及坝体进行加固解决。水库建设完毕后，库内蓄水位未达到正常蓄水位，始终不能发挥工程应有效益。4.2工程加固任务针对水库当前存在重要问题，拟定除险加固工程初步设计重要任务为：（1）坝体：对坝体上游坝坡进行护坡加固解决，增设踏步，坝顶路面硬化；下游坝坡稳定不满足抗滑系数规定，需进行培厚加固解决。（2）对现状溢洪道工程进行复核、加固改建设计，保证行洪安全畅通；（3）加固改建引水设施，对其进行翻修加固；（4）增设管理房；（5）完善水库工程监测设施。4.3设计原则水库枢纽工程由大坝、溢洪道、放水设施等建筑物构成，原设计总库容20.4万m3，水库灌溉面积850亩，是一座以蓄水灌溉为主V等小(2)型水利枢纽工程。依照《水利水电枢纽工程级别划分及设计原则》（SL252-）规定，枢纽工程永久建筑物设计洪水原则，分别为：水库枢纽永久性水工建筑物设计洪水原则为一遇,校核洪水原则为2一遇，重要建筑物级别为5级，次要建筑物级别为5级。4.4水库规模仿定除险加固重要目是通过加固除险，消除隐患，不变化水库本来功能，在基本不变化原有规模状况下是水库能正常运营。本次除险加固正常蓄水位依然为原溢洪道原高程497.20m，设计洪水位、校核洪水位由调洪演算成果拟定。（1）死水位拟定原设计死水位485.50m，相应死库容1.0万m3。水库无排沙设施，水库上游来沙所有淤积于库中，由于水库建设初期缺少设计资料，且计算误差较大，本次设计对水库库容进行复核。依照水库实地测量数据，坝前淤积高程492.10m，当前淤积量约为6.4万m3。本次除险加固设计死水位不变。正常蓄水位拟定李家沟水库原设计正常蓄水位497.20m，相应库容20.40万m3。4.5调洪计算4.5.1库容曲线依照库区地形资料，得到水库库容曲线，见图4.5-1。图4.5-1水位～库容关系曲线4.5.2泄洪设施泄洪设施为左岸侧槽式溢洪道，堰宽22.5m，堰顶高程497.20m；4.5.3泄洪能力溢洪道泄流能力按折线型实用堰进行计算，公式如下：(4-1)式中：Q——流量，m3/s；B——溢流堰总净宽，22.5m；H0——计入流速水头堰上总水头，m；g——重力加速度，m/s2；m——流量系数，0.385；表4.5-1：溢洪道泄流能力计算成果表Z（m)497.2497.7498.2498.7499.2Q(m3/s)0.013.638.570.8109.0Z（m)499.7500.2500.7501.2Q(m3/s)152.4200.3252.4308.4图4.5-2溢洪道泄流能力曲线4.5.4调洪计算溢洪道无闸门，为开敞式泄流。洪水起调水位采用溢洪道进口高程497.20m。对设计及校核洪水进行调洪演算。调洪计算办法采用瞬态法，再经简化后得如下公式：（4-2）Q1，Q2—计算时段初、末入库流量；q1，q2—计算时段初、末溢洪道下泄流量；V1，V2—计算时段初、末库容；Δt—计算时段。根据水位～库容曲线、溢洪道泄流能力曲线、洪水过程线，通过试算法计算，调洪计算成果见表4.5-2~4，图4.5-3~4。表4.5-2：一遇洪水调节计算表时段t入库流量Q水位Z1库容V1出库流量q平均入库流量(Q1+Q2)/2平均出库流量(q1+q2)/2蓄洪变化△V库容V2水位Z2hm3/sm万m3m3/sm3/sm3/s万m3万m3m0.000.0497.2016.30.00.5455.4498.1318.434.327.717.22.118.4498.130.8048.0498.4419.153.451.743.80.719.1498.441.2036.5498.2018.638.742.346.0-0.518.6498.201.6025.0498.0218.128.630.833.6-0.418.1498.022.0013.5497.7917.617.219.322.9-0.517.6497.792.470.0497.4316.85.76.811.4-0.816.8497.43时段t入库流量Q水位Z1库容V1出库流量q平均入库流量(Q1+Q2)/2平均出库流量(q1+q2)/2蓄洪变化△V库容V2水位Z2hm3/sm万m3m3/sm3/sm3/s万m3万m3m0.000.0497.2016.30.00.4694.7498.5319.359.147.329.53.019.3498.530.7081.1498.9820.491.687.975.51.120.4498.981.0063.9498.6519.667.572.579.7-0.819.6498.651.3046.6498.4319.152.555.260.0-0.519.1498.431.6029.3498.1518.435.438.044.0-0.618.4498.142.110.0497.5517.18.614.722.0-1.317.1497.54表4.5-3：2一遇洪水调节计算表表4.5-4：调洪计算成果表溢洪道宽m22.5溢洪道堰顶高程m497.20起调水位m497.20起调水位相应库容16.3洪水频率%50.5洪水重现期年20200最大洪峰流量m3/s55.494.7最大下泄量m3/s53.491.6最高洪水位m498.44498.98最高洪水位相应库容万m319.120.4调节库容万m32.84.1图4.5-3设计洪水（5％）调节过程线图4.5-4校核洪水（0.5％）调节过程线4.6坝顶高程复核依照泄流计算拟定设计洪水位498.44m，校核洪水位498.98m。根据《水利水电工程级别划分及洪水原则》、《碾压式土石坝设计规范》SL274-计算水库超高，复核坝顶高程。（4-3）y—坝顶超高，m；R—最大波浪在坝坡上爬高，m；e—最大风壅水面高度，m；A—安全加高，m。坝顶高程500m，历年最大风速平均值17m/s，风区长度为157m。4.6.1波浪爬高计算1、波浪计算波浪计算按《碾压式土石坝设计规范》（SL274-）附录A计算。李家沟水库为内陆峡谷水库，波浪平均波高和平均波周期采用官厅水库公式计算：（4-4）（4-5）式中：h—当=20~250时，为合计频率5%波高h5%，m；当=250~1000时，为合计频率10%波高h10%，m。W—计算风速，正常运用下取1.5倍近年平均最大风速；非常运用下取近年平均最大风速，近年平均最大风速17m/s；；—风区长度，为157m；—水域平均水深；—重力加速度；2、平均波高依照《碾压土石坝设计规范》（SL274-）表A.1.8，由计算。3、平均爬高在风直接作用下，正向来波在单一斜波上波浪爬高可按下式办法拟定：当时：（4-6）式中：—平均波浪爬高，m；—单坡坡度系数，依照本工程实际取平均值m＝2.68；—斜坡糙率及渗入性系数，本工程为砌石护坡，由表A.1.12.1拟定，本工程取0.8，；—经验系数，按表A.1.12.2查得。4、设计爬高依照规范A.1.11：设计波浪爬高值应依照工程级别拟定，1级、2级、3级坝采用累积频率为1%爬高值R1%，4级、5级坝采用累积频率为5%爬高值R5%，拟定本工程采用累积频率为5%爬高值R5%。依照A.1.13：不同累积频率下波浪爬高可由平均波高与坝迎水面前水深比值和相应累积频率P（%）按表A.1.13规定系数计算求得。依照A.1.15，折减后得到斜向来波波高。4.6.2风壅水面高度计算风壅水面高度可按下式计算：（4-7）式中：e—计算点风壅水面高度，m；—综合摩阻系数，可取；—设计风速，按计算波浪风速拟定；—风区长度；—水域平均水深；—计算风向与垂直于坝轴线法线夹角，取0°。4.6.3安全超高依照《水利水电工程级别划分及洪水原则》（SL252-）及《碾压土石坝设计规范》（SL274-）永久性挡水建筑物安全超高，本工程大坝为5级土坝，设计工况时，A=0.5；校核工况时，A=0.3。4.6.4坝顶高程复核依照前述计算得到设计、校核工况坝顶高程，见表4.6-1表4.6-1：大坝坝顶高程安全复核表工况洪水水位无闸控制超高坝顶设计高程(m)既有坝顶高程(m)与否满足ReAy设计498.440.8060.0030.51.309499.749500是校核498.980.4490.0010.30.750499.730是可见，依照计算，既有坝顶高程满足设计规定。第五章工程布置及建筑物5.1设计根据5.1.1设计根据(1)《水电枢纽工程级别划分及洪水原则》SL252-；(2)《防洪原则》GB50201-94；(3)《水工混凝土构造设计规范》DL/T5057-1996；(4)《溢洪道设计规范》SL253-；(5)《碾压式土石坝设计规范》(SL274-)；(6)《水利水电工程工程量计算规定》(DL/T5088-1999)；(7)《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》SL189-96；(8)《陕西省中小型水库工程险除加固初步设计报告编制规程》(9)《安康市汉滨区李家沟水库大坝安全鉴定报告》。5.1.2工程等别和建筑物级别水库枢纽工程由大坝、溢洪道、放水设施等建筑物构成，原设计总库容20.40万m3，水库灌溉面积850亩，是一座以蓄水灌溉为主V等小(2)型水利枢纽工程。依照《水利水电枢纽工程级别划分及设计原则》（SL252-）规定，枢纽工程永久建筑物设计洪水原则，分别为：水库枢纽永久性水工建筑物设计洪水原则为一遇,校核洪水原则为2一遇，重要建筑物级别为5级，次要建筑物级别为5级。5.1.3洪水原则依照《水利水电枢纽工程级别划分及设计原则》（SL252-）规定，枢纽工程永久建筑物设计洪水原则，分别为：水库枢纽永久性水工建筑物设计洪水原则为一遇，相应洪水原则为53.4m3/s；校核洪水原则为2一遇，相应洪水原则为91.60m3/s。5.1.4设计基本资料5.1.4.1工程开发任务与综合运用规定本工程以灌溉为主。5.1.4.2水库特性特性水位：正常蓄水位 497.20m设计洪水位 498.440m校核洪水位 498.980m5.1.4.3地震基本烈度及设防烈度本阶段依照《中华人民共和国地震动参数区划图》(GB18306-)和《水工建筑物抗震设计规范》SL203-97，拟定水库地震动峰值加速度为0.15g，地震动反映谱周期为0.2，地震基本烈度为Ⅶ度。5.2工程布置李家沟水库除险加固设计是在安全鉴定基本上，针对工程现状存在安全隐患和缺陷，按照现行原则和规范采用工程办法，消除工程安全隐患和缺陷，改进运营条件，以保证工程安全有效运营。依照枢纽工程原有平面布置，结合地质勘查资料，大坝保持现状轴线不变，因大坝下游坝坡较陡，坝体抗滑不满足抗滑稳定系数规定。本次拟对下游497.50m如下坝体进行培厚，坡比1：2.5，同步对坝面进行必要修整和改造。溢洪道溢洪道位于大坝左岸，本次设计不变化其位置，只对溢洪道浆砌石折线堰局部拆除重建，同步修复堰后泄槽前段水毁底板，加高泄槽前段60m范畴内左侧墙。引水洞引水洞原设施为卧管进水，位于大坝右岸，本次设计不变化其位置，仅将拆除堵塞某些后，翻修重建。5.3大坝加固工程设计5.3.1工程现状及存在问题(1)工程现状李家沟水库枢纽工程大坝为均质土坝，通过本次测量及地质勘查得知，水库现状大坝最大坝高17.56m，顶宽度4.6m，坝轴线长约152.545m，坝顶高程在500m～500.10（相对高程）之间。上游坡比1:2.0，下游坡比1:1.8。排水棱体顶宽度1.5m，高程484.00m，外侧坡比1:0.3，内侧坡比1:1.5。大坝安全鉴定本工程是在50年代末期建设完毕，并于65年因渗漏坝体滑动解决，77年洪水漫坝失事，再次加固解决。由于当时历史条件限制，工程设计施工均存在诸多先天问题。依照资料显示，水库工程存在有如下重要问题：坝顶路面高低不一，路面未硬化。大坝下游坝坡抗滑不满足规范规定。背水面有较大面积土体产生了变形、塌陷和滑动。无坡面排水设施。坝后排水棱体被土体沉没，坝面杂草、树木从生。坝坡无护坡，坝面侵蚀严重。无渗漏及变形观测等大坝监测设施。5.3.2大坝稳定渗流复核计算本次设计是依照现行规范规定对大坝现状渗流进行复核，依照复核成果，进一步弄清晰坝体存在问题，为加固方案拟定奠定基本，提出相应工程加固办法。（1）设计计算工况依照《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189—96）中关于渗流计算有关规定，渗流计算两种工况如下：工况①：上游校核洪水位以及相应下游水位；工况②：上游正常蓄水位以及相应下游水位；（2）计算边界条件依照规范和坝体实际状况，坝坡渗流计算断面选定坝体实测最大断面，土层分界依照地勘资料拟定。①最大坝高17.56m，坝轴线152.545m；②坝顶宽度4.6m；③上游坡比1:2.0、下游坡比1:1.8；④校核洪水位时，上游水位498.98m，相应下游水位483.96m⑤正常蓄水位时，上游水位497.20m，相应下游水位483.96m⑥下游排水棱体顶宽1.5m，外坡1:0.3，内坡1:1.5； （3）设计参数选取采用安康市汉滨水利水电水保生态勘测设计院（）编制《汉滨区李家沟水库工程大坝安全论证总报告》中土层有关参数，详细取值见下表5.3-1。表5.3-1：渗流计算渗入系数采用值部位渗入系数(cm/s)坝体填筑5.75×10--6坝体与坝基接触带1×10-3（4）渗流计算软件及办法对于符合达西定律二向均质、各向同性土体渗流，当土体已完全固结时其水头函数符合拉普拉斯方程式：

（4-8）与之相应定解条件为：初始条件：（4-9）边界条件:水头边界：；（4-10）流量边界：（4-11）渗流计算分析采用北京理正软件设计研究院编制土石坝二维渗流计算程序渗流分析软件5.1版，该程序是针对饱和多边介质渗流而编制，合用于不规则边界各向异性渗流场，能有效地解决土石坝、闸坝地基等复杂渗流状况渗流分析问题，又可用来研究库水位上升、下降状况下非稳定渗流状态。程序求解办法是基于三角形单元有限元法，用改进平方根法直接解法求解线性代数方程组。（5）计算成果分析①不同工况下流网图通过里正软件计算，对于工况①和工况②，坝体侵润线位置、坝体和坝基流网图见图5.3-1、5.3-2：图5.3-1：校核洪水位498.98m时坝体和坝基流网图校核洪水位校核洪水位498.98m图5.3-2：正常蓄水位497.20m时坝体和坝基流网图正常蓄水位497.20m正常蓄水位497.20m由上图可以得知，工况①和工况②浸润线出逸点均位于排水棱体顶部如下，故坝体出逸点不会发生渗流破坏。 ②不同工况下渗流量通过计算，工况①和工况②渗流量计算成果见表5.3-2。表5.3-2：水库渗流计算成果表设计工况上游水位（m）下游水位（m）单宽渗流量（m3/d-m）水力坡降总渗流量（m3/d）校核洪水位498.98483.960.120.3918.85正常蓄水位497.20483.960.090.3413.51对于工况①，即当洪水达到校核水位498.98m时，坝体渗流总单宽流量为0.12（m3/d-s），坝轴线总长152.545m，即坝体渗流总量18.85m3/d。对于工况②，即当洪水达到正常蓄水水位497.20m时，坝体渗流总单宽流量为0.09（m3/d-s），坝轴线总长157m，即坝体渗流总量13.51m3/d。因而，依照上述计算成果，坝体渗流量不严重。（6）稳定计算依照《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189-96）规定，坝坡抗滑稳定计算采用刚体极限平衡法，分别运用瑞典圆弧法和简化毕肖普法进行分析计算。计算成果见表5.3-2，计算成果见下图5.3-3和图5.3-4。图5.3-3:李家沟水库正常蓄水位497.20m，大坝上游坝坡稳定图5.3-3:李家沟水库正常蓄水位497.20m，大坝下游坝坡稳定表5.3-2:坝坡抗滑稳定计算成果表计算工况计算部位最小安全系数Kmin规范规定值与否稳定稳定渗流期上游坝坡1.191.15稳定下游坝坡1.031.15不稳定依照以上成果分析，上游坝坡稳定安全系数满足规范规定，即上游坝坡是稳定；下游坝坡稳定安全系数不大于规范规定值，阐明下游坝坡不稳定，需要对其进行加固解决。5.3.3坝体培厚加固设计通过渗流、稳定分析，现状状况下，下游坝坡抗滑稳定安全系数不满足规范规定，导致坝坡不稳定因素重要是现状背水坡坡比较陡，坝体多次填筑，又无排水设施，树木从生等因素关于，与浸润线等其他问题基本无关。针对大坝存在问题，设计对坝体进行培厚解决。依照计算，坝体抗滑不满足规范系数规定坝面重要是下坝面，本次设计时重要考虑从下坝面培厚加固。坝顶宽度4.6m，满足设计顶宽规定，本次培厚加固拟重要培厚497.50m高程如下坝体。设计培厚坝坡时，在高程497.50m设立马道，马道宽1.5m。马道以上坝坡设计修整后为1:2，马道如下坝坡坡比1:2.5，至高程484.00m排水棱体顶部。排水棱体顶宽1.5m，下游坡1:1.5，上游坡1:1。排水棱体内侧和底某些别设计反滤层，反滤层分上、下两层，上层为20cm砂砾石垫层（d5～d20），下层为10cm厚粗砂垫层（＜5mm）。下游坝体培厚时，原上坝公路结合坝体填筑设计布置，坝体培厚后，上坝公路沿设计坝坡相应平移。公路内侧采用浆砌石挡墙挡护公路以上填筑体，挡墙顶宽0.4m，外侧直立，内侧坡比1:0.35，随公路升高而减少挡墙高度。新老坝面结合部位填筑时，老坝面需清理完坝面杂草、树根及腐质土，并开挖形成阶梯状，自高程498.00开始开挖，495.00为一阶梯，宽度为2.0m，阶梯以上开挖坡比为1:1，阶梯如下开挖坡比为1:2。培厚坝坡为防止坝面土体流失，在坝坡面设立浆砌石格构，格构为边长10m菱形网格，浆砌石表面抹2cm厚M7.5砂浆，垂直于上游坡面，格构宽0.3m，高0.5m。格构间回填砂砾土及5cm厚种植土，平整坝坡后种植草皮。本次设计考虑增设五道排水沟，分别在坝体497.50m高程设立一道纵向排水沟，排水棱体外侧设贴坡排水沟，左右坝肩与两侧山体结合部位各设立一道岸坡排水沟。右岸上坝公路内侧设立一道排水沟。岸坡排水沟采用M7.5浆砌石构造，M10砂浆抹面，比降为自然山体与坝坡结合处坡比，排水沟为梯形断面，底宽50cm、顶宽深40cm，边坡1：0.5，M7.5浆砌石构造厚20cm；棱体外侧设立0.5×0.5m浆砌石矩形排水沟，采用M7.5浆砌石砌筑，M10砂浆抹面。公路内侧及马道排水沟为0.15×0.15m浆砌石矩形断面；纵向排水沟与岸坡排水沟连接，最后排入坝后河道。5.3.4大坝稳定复核计算坝坡稳定复核计算采用中华人民共和国水利水电科学研究院《土质边坡稳定分析程序》STAB95进行计算。（1）基本参数取值坝体土物理力学指标依照安全鉴定阶段地质资料和初步设计阶段坝体钻孔注水、压水实验、室内原状样实验成果，在分析整顿基本上，对土工实验物理力学指标按规范所规定办法进行记录分析。原坝土实验资料整顿分析，其物理性质指标和渗入系数采用算术平均值，压缩系数为大值平均值。坝体土抗剪强度C、φ值在不同垂直压力作用下，采用两种办法整顿，一是图解法：取同比例尺直角坐标，绘制τ～p曲线，该线斜率及在纵轴上截距，得tgφ、C值为原则值。二是解析法：采用式τ=ptgφ+C，计算tgφ和C原则值。依照地勘取样深度和稳定分析指标所在分区位置，对各区试样土工实验物理力学指标进行记录分析。不同分区计算参数依照本次初步设计工作开展勘探实验成果及类比类似工程，参照《碾压式土石坝设计规范》（SL274-）中实验成果整顿办法拟定。计算所采用土料物理性能指标湿容重、饱和容重选用各区土样实验指标算术平均值。浸润线如下坝体填土和坝基冲洪积粉质土抗剪强度采用钻孔样三轴实验指标平均值，浸润线以上坝体填土抗剪强度采用天然状态直剪实验指标平均值，C值考虑到实验人为因素影响，取实验值1/3。以上述取值分析为基本，结合水库大坝近年运营稳定状况，参照类似工程经验，在保证安全合理条件下，综合工程类比分析并经反算验证后，最后拟定坝体土料重要物理力学计算指标。依照岩土实验资料和岩土野外鉴定特性，且与同类工程比较分析，大坝稳定复核岩土物理力学指标值如下：1)坝体填筑土坝体浸润线以上：密度ρ=1.90g/cm3；坝体浸润线如下：密度ρ=1.95g/cm3；渗入系数：k=3.01×10-1cm/s；抗剪强度指标：φ=23°，C=23kpa。2)坝体防渗土密度ρ=1.7g/cm3；渗入系数：k=3.00×10-4cm/s（有明显渗水点）k=3.00×10-5cm/s（别的某些）抗剪强度指标：φ=17°，C=31kpa。（2）断面选取依照坝址地形地质图，选取大坝在沟道中心最大剖面为坝坡稳定最不利断面，只要此断面满足稳定分析安全规定，则整个坝体均可满足安全规定。（3）浸润线浸润线由地质勘察实测，并结合现场实际出逸点状况绘制，同步运用地质勘察所获得渗入计算资料反推浸润线加以复核验证，以对的反映大坝现状渗流状况。（4）计算工况依照《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189—96）规定，结合水库实际状况，选定下游坝坡稳定分析计算工况为正常状况，正常蓄水位497.2m，稳定渗流。（5）复核成果依照《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189-96）规定，坝坡抗滑稳定计算采用刚体极限平衡法，分别运用瑞典圆弧法和简化毕肖普法进行分析计算，下游坝坡最小安全系数Kmin为1.28不不大于规范规定值1.15，故培厚后下游坝坡满足抗滑稳定5.3.5坝顶坝顶高程500.00m，坝顶长152.545m，坝顶宽4.6m。现状坝顶为土路面，考虑坝体近年运营状况，本次设计坝顶上、下游侧设立路沿石，铺筑泥结石路面。坝顶泥结石路面分两层，上层泥结石路厚30cm，下层碎石厚15cm，路沿石为M7.5浆砌石，宽0.30m，高0.50m，浆砌石顶面抹2.5cm厚砂浆。路面施工前，将坝顶草皮及杂物清理，平整辗压坝体至500m高程，为便于坝顶排水，设2％横坡倾向两侧。5.3.6上游护坡设计上游护坡从现状分析、重要是坡面无防护设施，侵蚀、脱坡严重、坝面不平整，必要先进行坝面修整，以保持平整。依照平次大坝稳定复核，坝坡稳定计算满足规范规定，故对坝坡不作大修改。重要内容为：对坝坡表面腐质土进行清基、夯实；对坝面树根、草皮挖除，表层回填并夯实，坝面清基厚度控制在0.3～0.5m。上游坡解决从淤积面如下1m，即解决从491.10m高程以上采用干砌块石护坡，干砌石护坡下设反滤层。干砌块石厚度30cm，反滤层分上、下两层，上层为20cm砂砾石垫层（d5～d20），下层为10cm厚粗砂垫层（＜5mm）。为加强干砌石护坡整体性和稳定性，防止干砌石大面积滑落，在大坝坡面增设浆砌石格构，格构为边长8m菱形网格，采用M7.5浆砌石砌筑，垂直于上游坡面，格构宽0.3m，高0.6m。为以便上下坝体，坝前右侧由坝顶至库内设立台阶，台阶宽80cm，M7.5砂浆砌筑，M10砂浆抹面。5.4溢洪道加固设计5.4.1溢洪道存在问题溢洪道位于大坝左岸，为浆砌石折线堰，于1977年7月洪水漫坝后修建，堰顶宽22.5m，厚1.2m，堰顶高程497.20m。堰后接泄槽段，泄槽底板高程492.50m，纵坡0.225，宽4.8m。现状溢洪道堰体浆砌石浮现脱浆，漏水现象，堰后侧槽底板衬砌厚度不够，现状冲刷破坏严重，已形成深0.5m冲坑；泄槽左侧为约8m高边坡，侧槽边墙砌筑高约2m砌石，溢洪道泄洪时，水位高于侧墙，冲刷边坡，对溢洪道泄洪带来安全隐患，一旦边坡坍塌，将淤塞溢洪道。消力设施当前保存完好，满足消能规定。5.4.2构造计算5.4.2.1挡墙稳定性计算（1）挡墙稳定性指标参照《水工挡土墙设计》，岩基上重力式挡墙抗滑稳定安全系数见表5.4-1。表5.4-1：岩基上重力式挡墙抗滑稳定安全系数荷载组合建筑物级别12、34、5基本组合1.101.10~1.051.05特殊组合（1）1.051.05~1.001.00（2）1.001.001.00挡墙抗滑稳定计算公式为K=f∑G/∑H（5-1）式中：K—按抗剪强度计算抗滑稳定安全系数；f—挡墙基底与岩基接触面抗剪摩擦系数，本工程取0.70；∑H—作用于坝体上所有荷载对滑动平面切向分力；混凝土重力式挡墙基底截面上垂直正应力应满足如下规定：各荷载组合工况下（地震除外），挡墙基底面所承受最大垂直正应力σymax应不大于岩基容许压应力，最小垂直正应力σymin应不不大于零（计入扬压力）。本工程取岩基容许压应力为3000kPa。地震工况下，基底面垂直正应力应符合《水工建筑物抗震设计规范》规定。挡墙抗倾稳定性是指挡墙抵抗绕前趾转动倾覆能力，用抗倾覆稳定系数K0表达，即对于前趾稳定力矩之和ΣMy与倾覆力矩之和ΣM0比值。挡墙抗倾覆稳