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'汉滨区李家沟水库除险加固设计毕业论文目录第一章综合说明11.1绪言11.2除险加固的必要性11.2.1现场检查存在的问题11.2.2除险加固的必要性21.3设计依据及任务21.3.1设计依据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水文站网基本情况82.3.2其它有关资料整编82.3.3基本资料的收集、整理及复核82.4设计洪水82.4.1计算方法82.4.2洪峰面积相关法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1554
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设计标准194.4水库规模确定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设计依据315.1.1设计依据315.1.2工程等别和建筑物级别315.1.3洪水标准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工程现状及存在的问题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3954
5.4溢洪道加固设计395.4.1溢洪道存在的问题395.4.2结构计算395.4.3溢洪道设计415.4.4溢洪道水力计算425.5放水设施加固处理445.5.1放水设施现状445.5.2放水设施存在的问题445.5.3放水设施设计445.6观测设计45参考文献46附录47致谢51第一章综合说明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、左岸溢洪道等主要建筑物组成。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的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，同时将坝再次加高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处理。由于当时水库设计不规范，施工方法简陋落后，加之水库运行后主要建筑物老化失修，水库多年来一直带病运行，效益不能发挥。2007年4月安康市防汛办、汉滨区防汛办组织有关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处理54
1.2除险加固的必要性1.2.1现场检查存在的问题由于受当时历史条件制约，水库施工质量差，竣工运行以来出现多处病害，长期带病运行。本次设计根据水库除险加固工程设计导则要求。通过检查大坝、溢洪道及放水设施等主要建筑物存在的安全问题，结论如下：大坝部分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处理，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的土体产生了变形、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要求；且坝面杂草、树木从生，无坝面排水系统；坝趾排水棱体部分已被掩埋，且有部分坍塌，从现状出露的排水棱体表面看，排水体不规整且排水不畅。（1）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的浆砌石结构，堰体砌石部分裂缝、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。（2）引水设施部分：引水设施虽经2003年处理，但在2007年7月因柴头堵塞，无法正常放水。（3）其它设施：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除险加固的必要性水库运行50多年以来，为工程所在的刘营村及附近村庄的农业和农村经济发展发挥了巨大的作用。54
1958年3月完工，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，淹没下游刘家营村，冲毁大量房物及农田，后回填坍塌坝体，烣复水库部分功能，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，将会造成较大的灾害损失。因此，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设计依据及任务1.3.1设计依据(1)《水电枢纽工程等级划分及洪水标准》SL252-2000；(2)《防洪标准》GB50201-94；(3)《水工混凝土结构设计规范》DL/T5057-1996；(4)《溢洪道设计规范》SL253-2000；(5)《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)；(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设计任务针对水库目前存在的主要问题，确定除险加固工程初步设计的主要任务为：（1）坝体：对坝体上、下游坝坡进行护坡加固处理，增设踏步，坝顶路面硬化；背水坡设置排水系统；清理坝直坡积物，加固排水棱体。（2）加厚下游坝体，使其抗滑满足规范规定要求。（2）对现状溢洪道工程进行复核、加固水毁段，保证行洪安全通畅；（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。54
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，依据《安康地区水文手册》采用多种方法计算，进行合理性分析。（2）设计洪水依据《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，采用洪峰面积相关法、综合参数法、推理公式法进行多方案分析计算。不同方法计算的洪峰流量列入表1.4-1。表1.4-1:洪峰面积相关法计算成果表频率洪峰面积相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，三种方法计算出的设计洪水成果值均有差异。本工程控制面积3.6km2，属于特小流域。洪峰面积相关法为单因素的经验公式，忽略了河长、坡度等地形特征值的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表现。对于特小流域，不能准确反映各流域的特殊性，其结果仅供参考。综合参数法也忽略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，无论是暴雨的时空分布或流域汇流特性，推理公式更能适应其概化条件。但是其参数为统计经验值，与实际存在一定的差异。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，洪水采用前三种方法推求的最大值，设计洪水为Q=55.4m3/s（20年一遇），校核洪水Q=94.7m3/s（200年一遇）。（3）设计洪水过程本工程为无资料的特小流域，洪水过程线采用三角形概化过程线法推求。结果见表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)00.0000.4694.70.5455.42.110.02.47054
1.5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。坝址出露地层主要淤泥质土（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表现为不规则弧形，大坝建设经历了建坝、加坝和水毁恢复三次建设过程，根据勘察资料，分析坝体填筑土渗透系数为渗透系数为5.04*10-6~9.60*10-6cm/s，符合设计要求和规范标准；压实度P=87.8，压实度未达到设计要求和规范标准，碾压质量较差。应对大坝进行稳定性复核。野外地质勘查表明，虽然坝体土渗透系数符合设计要求和规范标准，但坝体仍存在渗漏现象，主要原因是坝体经过三次建设，存在三次填筑结合面，造成渗水通道；坝体背水面右侧有较大面积的土体产生了变形、塌陷和滑动，结合钻孔资料，土体最深滑移面达4m，因此建议，对大坝整体进行防渗处理。对坝体背水面右侧滑移面上部土体全部清除，再进行加固处理。(4)溢洪道场地工程地质条件溢流堰堰底和左侧侧墙主要由薄层灰岩夹千枚岩强风化岩体组成，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，其承载力特征值的建议值fak=400kpa，变形模量E0的建议值为1.0*103Mpa，冲坑系数k为1.8。（5）天然建筑材料54
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的筑坝用料要求。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主要石料来源，储量丰富，交通方便，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的李家沟中游。枢纽工程由大坝、溢洪道、放水设施等建筑物组成，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的V等小（2）型水利枢纽工程。（1）下游坝体培厚根据计算，坝体抗滑不满足规范系数要求坝面主要是下坝面，本次设计时主要考虑从下游坝面培厚加固。坝顶宽度4.6m，满足设计顶宽要求，本次培厚加固拟主要培厚497.50m高程以下坝体。设计培厚坝坡时，在高程497.50m设置马道，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。排水棱体内侧和底部分别设计反滤层，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，在坝坡面设置干砌石格构，格构边长10m的菱形网格，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高程设置一道纵向排水沟，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置一道岸坡排水沟。右岸上坝公路内侧设置一道排水沟。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的坡比，排水沟断面为底宽30cm、顶宽30cm，深40cm的梯形断面，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。54
为方便上下坝体，坝后中部由坝顶至坝基设置台阶，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，考虑坝体多年运行情况，本次设计坝顶上、下游侧设置路缘石，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、主要是坡面无防护民，且存在脱坡、坝面不平整，必须先进行坝面修整，以保持平整。根据平次大坝稳定复核，坝坡稳定计算满足规范要求，故对坝坡不作大的修改。主要内容为：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。上游坡处理从淤积面以下1m，即处理从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）。为加强干砌石护坡的整体性和稳定性，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的菱形网格，采用M7.5浆砌石砌筑，垂直于上游坡面，格构宽0.3m，高0.6m。为方便上下坝体，坝前中部由坝顶至库内设置台阶，台阶宽120cm，M7.5砂浆砌筑，M10砂浆抹面。（4）放水卧管主要采用如下方案：考虑卧管2003处修复，现状结构满足规范要求，只因2007年柴草堵塞。本次卧管处理针对堵塞部位进行拆除，清除堵塞物，再按原结构恢复。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同为1：2，卧管结构尺寸保持原结构尺寸不变，为60×60cm，台阶宽80cm，高60cm，平台设置直径为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结构加厚处理。迎水面加厚结构开挖至新鲜基础面，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，再浇筑混凝土结构。混凝土与浆砌石结构缝面设置锚杆锚固，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”54
型。加厚混凝土分槰与原浆砌石堰体分缝一致，缝面设置橡胶止水。堰后侧槽加固侧槽底板加固拟拆除原侧槽底板混凝土结构，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础至基岩面，底板分槰不得大于10m，缝间设置橡胶止水。泄槽左边墙加固根据水力学计算，泄槽左侧墙高度不满足要求，需进行加高处理。本次设计拟在原浆砌石的基础上加高2m。侧墙加高采用M7.5浆砌石砌筑，加高浆砌石顶宽0.3m，为贴坡式结构，浆砌石分槰与原边墙分槰线一至。54
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；下游大部分为耕地，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水文站网基本情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其它有关资料整编本次还收集了《安康地区实用水文手册》。2.3.3基本资料的收集、整理及复核本工程水文计算按照无资料地区，依据《安康地区水文手册》采用多种方法计算，进行合理性分析。2.4设计洪水2.4.1计算方法依据《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，采用洪峰面积相关法、综合参数法、推理公式法进行多方案分析计算。2.4.2洪峰面积相关法《安康地区实用水文手册》公式：(2-1)式中：QN一重现期为N的设计洪峰流量(m3/s)；54
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》上江北区适用范围为2～1000km2。而本工程流域面积为3.6km2，在适用范围之内，洪水计算结果见表2.4-1。表2.4-1:洪峰面积相关法计算成果表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的洪峰流量（m3/s）；F—设计流域面积（Km2）；J—主河道平均比降（千分率的分子值）；H6P—设计频率为的P六小时点暴雨量（mm）；K6P—设计频率为的P六小时暴雨模比系数；α、β、γ、η—分区综合的经验性指数。Ht—设计历时的暴雨均值，由《手册》图5-4查得，H6=50mm；计算结果见表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、设计暴雨历时根据《水文手册》中表5-1，流域面积小于20km2的流域，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54
按《水文手册》计算1、3、6小时的点暴雨量。现将各参数取值及计算结果列入表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、设计面暴雨量根据《水文手册》，流域的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的流域平均面雨量(mm)；Ht——设计历时为t的点暴雨量(mm)；αt——设计历时为t的暴雨点面系数。at、bt一线形拟合参数与指数，查《手册》中表5-4确定。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的暴雨量(mm)；H1——1小时设计暴雨量(mm)；t——历时(以分钟计)；Kt——历时为t的设计暴雨占一小时暴雨的百分数（以小数计）。54
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、设计暴雨的时程分配按《水文手册》中提供的方法进行暴雨时程分配，结果见表2.4-5：表2.4-5:三小时暴雨时程分配表th01/32/314/35/325/35/33合计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，本区的流域最大损失量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的累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∑ht1/34.04.078.711.711.723.12/34.08.082.713.11.437.524.012.186.814.81.749.24/315.227.3102.022.17.356.55/332.259.4134.145.223.159.5215.274.6149.359.614.462.47/32.977.6152.362.52.965.38/32.980.5155.265.42.967.032.983.4158.168.4368.454
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：汇流计算的基本公式如下：(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，流域特征参数，；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：54
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54
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方法计算的洪峰流量列入下表。表2.4-1:洪峰流量计算成果表频率洪峰面积相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，三种方法计算出的设计洪水成果值有较大差异。本工程控制面积3.6km2，属于特小流域。洪峰面积相关法为单因素的经验公式，忽略了河长、坡度等地形特征值的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表现。对于特小流域，不能准确反映各流域的特殊性，其结果仅供参考。综合参数法也忽略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，无论是暴雨的时空分布或流域汇流特性，推理公式更能适应其概化条件。但是其参数为统计经验值，与实际存在一定的差异。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，洪水采用前三种方法推求的最大值，设计洪水为Q=55.4m3/s（20年一遇），校核洪水Q=94.7m3/s（200年一遇）。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的《汉滨区李家沟水库工程洪水标准与防洪安全复核报告》，其设计洪水见表2.4-12。为Q=48m3/s（20年一遇），校核洪水Q=78m3/s（200年一遇）。54
表2.4-12:洪峰流量计算成果表（安全鉴定报告成果）频率洪峰面积相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，因此本次计算成果是合理的。2.4.8设计洪水过程线本工程为无资料的特小流域，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)（1）洪水过程历时结果见表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)00.0000.4694.70.5455.42.110.02.47054
图2.4-2设计洪水过程线图54
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，断裂主要为NWW向，与区域构造线方向一致，属张性长期活动的隐伏断裂；褶皱主要为NNE向，属压性构造的短轴褶皱。根据国家地震局2001年编制的1：400万《中国地震动峰值加速度区划图》（GB18306~2001图A1）和《中国地震动反应谱特征周期区划图》（1：400万），本区地震动峰值加速度为0.10g，反应谱特征周期为0.35s，相应地震基本烈度为7度。区内地下水的流向与地形基本一致。基岩裂隙水流向随地形变化而变化，具有多样性和多向性，以泉水或渗流的形式向临近(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，最终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。坝址出露地层主要淤泥质土（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，构造较简单。坝址区左坝肩岩体中节理裂隙相对发育，主要以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表现为不规则弧形，大坝建设经历了建坝、加坝和水毁恢复三次建设过程，根据勘察资料，分析坝体填筑土渗透系数为渗透系数为5.04*10-6~9.60*10-654
cm/s，渗透系数符合设计要求和规范标准；压实度P=87.8，压实度未达到设计要求和规范标准，碾压质量较差。应对大坝进行稳定性复核。野外地质勘查表明，虽然坝体土渗透系数符合设计要求和规范标准，但坝体仍存在渗漏现象，主要原因是坝体经过三次建设，存在三次填筑结合面，造成渗水通道；坝体背水面右侧有较大面积的土体产生了变形、塌陷和滑动，结合钻孔资料，土体最深滑移面达4m，因此建议，对大坝整体进行防渗处理。对坝体背水面右侧滑移面上部土体全部清除，再进行加固处理。3.4溢洪道场地工程地质条件溢流堰堰底和左侧侧墙主要由薄层灰岩夹千枚岩强风化岩体组成，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，其承载力特征值的建议值fak=400kpa，变形模量E0的建议值为1.0*103Mpa，冲坑系数k为1.8。泄槽底板及两侧边坡主要由薄层灰岩夹千枚岩强-弱风化岩体组成，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，其承载力特征值的建议值fak=700kpa，变形模量E0的建议值为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，其承载力特征值的建议值fak=400kpa，变形模量E0的建议值为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的筑坝用料要求。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主要石料来源，储量丰富，交通方便，运距约5km。54
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的小（2）型工程。水库枢纽枢纽工程主要由大坝、溢洪道、放水设施等建筑物组成，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月完工，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处理。水库建设完成后，库内蓄水位未达到正常蓄水位，一直不能发挥工程应有效益。4.2工程加固任务针对水库目前存在的主要问题，确定除险加固工程初步设计的主要任务为：（1）坝体：对坝体上游坝坡进行护坡加固处理，增设踏步，坝顶路面硬化；下游坝坡稳定不满足抗滑系数要求，需进行培厚加固处理。（2）对现状溢洪道工程进行复核、加固改建设计，保证行洪安全通畅；（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设计标准水库枢纽工程由大坝、溢洪道、放水设施等建筑物组成，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的V等小(2)型水利枢纽工程。根据《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》（SL252-2000）的规定，枢纽工程永久建筑物设计洪水标准，分别为：水库枢纽永久性水工建筑物设计洪水标准为20年一遇,校核洪水标准为200年一遇，主要建筑物级别为5级，次要建筑物级别为5级。4.4水库规模确定除险加固主要目的是通过加固除险，消除隐患，不改变水库原来功能，在基本不改变原有规模的情况下是水库能正常运行。本次除险加固正常蓄水位仍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结果确定。（1）死水位确定原设计死水位485.50m，相应死库容1.0万m354
。水库无排沙设施，水库上游来沙全部淤积于库中，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。根据水库实地测量数据，坝前淤积高程492.10m，目前淤积量约为6.4万m3。本次除险加固设计死水位不变。（2）正常蓄水位确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库容曲线根据库区地形资料，得到水库库容曲线，见图4.5-1。54
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；54
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——计入流速水头的堰上总水头，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)152.4200.3252.4308.454
图4.5-2 溢洪道泄流能力曲线54
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。调洪计算方法采用瞬态法，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、末的库容；Δt—计算时段。依据水位～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4.5-2：20年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m3m0.000.0497.2016.30.00.5455.4498.1318.434.327.717.22.118.4498.130.8048.0498.4419.153.451.743.80.719.1498.441.2036.5498.2018.638.742.346.0-0.518.6498.201.6025.0498.0218.128.630.833.6-0.418.1498.022.0013.5497.7917.617.219.322.9-0.517.6497.792.470.0497.4316.85.76.811.4-0.816.8497.4354
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4.5-3：200年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m32.84.154
图4.5-3设计洪水（5％）调节过程线54
图4.5-4校核洪水（0.5％）调节过程线4.6坝顶高程复核54
根据泄流计算确定设计洪水位498.44m，校核洪水位498.98m。依据《水利水电工程等级划分及洪水标准》、《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001计算水库超高，复核坝顶高程。（4-3）y—坝顶超高，m；R—最大波浪在坝坡上的爬高，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》（SL274-2001）附录A计算。李家沟水库为内陆峡谷水库，波浪的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，为累计频率5%的波高h5%，m；当=250~1000时，为累计频率10%的波高h10%，m。W—计算风速，正常运用下取1.5倍的多年平均最大风速；非常运用下取多年平均最大风速，多年平均最大风速17m/s；；—风区长度，为157m；—水域平均水深；—重力加速度；2、平均波高根据《碾压土石坝设计规范》（SL274-2001）表A.1.8，由计算。3、平均爬高在风的直接作用下，正向来波在单一斜波上的波浪爬高可按下式方法确定：54
当时：（4-6）式中：—平均波浪爬高，m；—单坡坡度系数，根据本工程实际取平均值m＝2.68；—斜坡的糙率及渗透性系数，本工程为砌石护坡，由表A.1.12.1确定，本工程取0.8，；—经验系数，按表A.1.12.2查得。4、设计爬高根据规范A.1.11：设计波浪爬高值应根据工程等级确定，1级、2级、3级坝采用累积频率为1%的爬高值R1%，4级、5级坝采用累积频率为5%的爬高值R5%，确定本工程采用累积频率为5%的爬高值R5%。根据A.1.13：不同累积频率下的波浪爬高可由平均波高与坝迎水面前水深的比值和相应的累积频率P（%）按表A.1.13规定的系数计算求得。根据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—计算点的风壅水面高度，m；—综合摩阻系数，可取；—设计风速，按计算波浪的风速确定；—风区长度；—水域的平均水深；54
—计算风向与垂直于坝轴线的法线的夹角，取0°。4.6.3安全超高根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）及《碾压土石坝设计规范》（SL274-2001）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坝顶高程复核根据前述计算得到设计、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)现有坝顶高程(m)是否满足ReAy设计498.440.8060.0030.51.309499.749500是校核498.980.4490.0010.30.750499.730是可见，根据计算，现有坝顶高程满足设计要求。54
第五章工程布置及建筑物5.1设计依据5.1.1设计依据(1)《水电枢纽工程等级划分及洪水标准》SL252-2000；(2)《防洪标准》GB50201-94；(3)《水工混凝土结构设计规范》DL/T5057-1996；(4)《溢洪道设计规范》SL253-2000；(5)《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)；(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、放水设施等建筑物组成，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的V等小(2)型水利枢纽工程。根据《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》（SL252-2000）的规定，枢纽工程永久建筑物设计洪水标准，分别为：水库枢纽永久性水工建筑物设计洪水标准为20年一遇,校核洪水标准为200年一遇，主要建筑物级别为5级，次要建筑物级别为5级。5.1.3洪水标准根据《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》（SL252-2000）的规定，枢纽工程永久建筑物设计洪水标准，分别为：水库枢纽永久性水工建筑物设计洪水标准为20年一遇，相应洪水标准为53.4m3/s；校核洪水标准为200年一遇，相应洪水标准为91.60m3/s。5.1.4设计基本资料5.1.4.1工程的开发任务与综合利用要求本工程以灌溉为主。5.1.4.2水库特性54
特征水位：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根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001)和《水工建筑物抗震设计规范》SL203-97，确定水库地震动峰值加速度为0.15g，地震动反应谱周期为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的基础上，针对工程现状存在的安全隐患和缺陷，按照现行标准和规范采取工程措施，消除工程安全隐患和缺陷，改善运行条件，以确保工程安全有效运行。（1）根据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要求。本次拟对下游497.50m以下坝体进行培厚，坡比1：2.5，同时对坝面进行必要的修整和改造。（2）溢洪道溢洪道位于大坝左岸，本次设计不改变其位置，只对溢洪道浆砌石折线堰局部拆除重建，同时修复堰后泄槽前段水毁底板，加高泄槽前段60m范围内的左侧墙。（3）引水洞引水洞原设施为卧管进水，位于大坝右岸，本次设计不改变其位置，仅将拆除堵塞部分后，翻修重建。5.3大坝加固工程设计5.3.1工程现状及存在的问题(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。（2）大坝安全鉴定本工程是在50年代末期建设完成的，并于65年因渗漏坝体滑动处理，77年洪水漫坝失事，再次加固处理。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。54
根据资料显示，水库工程存在有以下主要问题：1）坝顶路面高低不一，路面未硬化。2）大坝下游坝坡抗滑不满足规范要求。背水面有较大面积的土体产生了变形、塌陷和滑动。无坡面排水设施。坝后排水棱体被土体淹没，坝面杂草、树木从生。3）坝坡无护坡，坝面侵蚀严重。4）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根据现行规范要求对大坝现状渗流进行复核，根据复核结果，进一步弄清楚坝体存在的问题，为加固方案的拟定奠定基础，提出相应的工程加固措施。（1）设计计算工况根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189—96）中关于渗流计算的相关要求，渗流计算两种工况如下：工况①：上游校核洪水位以及对应下游水位；工况②：上游正常蓄水位以及对应下游水位；（2）计算边界条件根据规范和坝体实际情况，坝坡渗流计算断面选定坝体实测最大断面，土层分界根据地勘资料确定。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，对应下游水位483.96m⑤正常蓄水位时，上游水位497.20m，对应下游水位483.96m⑥下游排水棱体顶宽1.5m，外坡1:0.3，内坡1:1.5；（3）设计参数选择采用安康市汉滨水利水电水保生态勘测设计院（2008年）编制的《汉滨区李家沟水库工程大坝安全论证总报告》中土层的相关参数，详细取值见下表5.3-1。表5.3-1：渗流计算渗透系数采用值部位渗透系数(cm/s)坝体填筑5.75×10--6坝体与坝基接触带1×10-3（4）渗流计算软件及方法54
对于符合达西定律的二向均质、各向同性土体的渗流，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）与之相应的定解条件为：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的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的，适用于不规则边界的各向异性渗流场，能有效地解决土石坝、闸坝地基等复杂渗流状况的渗流分析问题，又可用来研究库水位上升、下降情况下的非稳定渗流状态。程序的求解方法是基于三角形单元的有限元法，用改进平方根法的直接解法求解线性代数方程组。（5）计算结果分析①不同工况下的流网图经过里正软件计算，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497.20m54
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以下，故坝体出逸点不会发生渗流破坏。②不同工况下的渗流量经过计算，工况①和工况②渗流量计算结果见表5.3-2。表5.3-2:水库渗流计算结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。因此，根据上述计算结果，坝体渗流量不严重。（6）稳定计算根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189-96）的规定，坝坡抗滑稳定计算采用刚体极限平衡法，分别利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，计算结果见下图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54
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规范规定值是否稳定稳定渗流期上游坝坡1.191.15稳定下游坝坡1.031.15不稳定根据以上成果分析，上游坝坡稳定安全系数满足规范要求，即上游坝坡是稳定的；下游坝坡稳定安全系数小于规范规定值，说明下游坝坡不稳定，需要对其进行加固处理。5.3.3坝体培厚加固设计通过渗流、稳定分析，现状情况下，下游坝坡抗滑稳定安全系数不满足规范要求，导致坝坡不稳定的因素主要是现状背水坡坡比较陡，坝体多次填筑，又无排水设施，树木从生等因素有关，与浸润线等其它问题基本无关。针对大坝存在的问题，设计对坝体进行培厚处理。根据计算，坝体抗滑不满足规范系数要求坝面主要是下坝面，本次设计时主要考虑从下坝面培厚加固。坝顶宽度4.6m，满足设计顶宽要求，本次培厚加固拟主要培厚497.50m高程以下坝体。54
设计培厚坝坡时，在高程497.50m设置马道，马道宽1.5m。马道以上坝坡设计修整后为1:2，马道以下坝坡坡比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。排水棱体内侧和底部分别设计反滤层，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，随公路升高而降低挡墙高度。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，阶梯以下开挖坡比为1:2。培厚坝坡为防止坝面土体流失，在坝坡面设置浆砌石格构，格构为边长10m的菱形网格，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高程设置一道纵向排水沟，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置一道岸坡排水沟。右岸上坝公路内侧设置一道排水沟。岸坡排水沟采用M7.5浆砌石结构，M10砂浆抹面，比降为自然山体与坝坡结合处的坡比，排水沟为梯形断面，底宽50cm、顶宽深40cm，边坡1：0.5，M7.5浆砌石结构厚20cm；棱体外侧设置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国水利水电科学研究院的《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根据安全鉴定阶段地质资料和初步设计阶段坝体钻孔注水、压水试验、室内原状样试验的成果，在分析整理的基础上，对土工试验物理力学指标按规范所要求的方法进行统计分析。原坝土试验资料的整理分析，其物理性质指标和渗透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，采用两种方法整理，一是图解法：取同比例尺直角坐标，绘制τ～p曲线，该线的斜率及在纵轴上的截距，得tgφ、C值为标准值。二是解析法：采用式τ=ptgφ+C，计算tgφ和C标准值。54
根据地勘取样深度和稳定分析指标所在分区位置，对各区试样的土工试验物理力学指标进行统计分析。不同分区的计算参数根据本次初步设计工作开展的勘探试验成果及类比类似工程，参照《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）中试验成果整理方法确定。计算所采用的土料的物理性能指标湿容重、饱和容重选用各区土样实验指标的算术平均值。浸润线以下坝体填土和坝基冲洪积粉质土的抗剪强度采用钻孔样三轴试验指标的平均值，浸润线以上坝体填土的抗剪强度采用天然状态直剪试验指标的平均值，C值考虑到试验的人为因素影响，取试验值的1/3。以上述取值分析为基础，结合水库大坝多年的运行稳定情况，参照类似工程经验，在保证安全合理的条件下，综合工程类比分析并经反算验证后，最终确定坝体土料主要物理力学计算指标。根据岩土试验资料和岩土的野外鉴定特征，且与同类工程比较分析，大坝稳定复核岩土的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；坝体浸润线以下：密度ρ=1.95g/cm3；渗透系数：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；渗透系数：k=3.00×10-4cm/s（有明显渗水点）k=3.00×10-5cm/s（其余部分）抗剪强度指标：φ=17°，C=31kpa。（2）断面选择根据坝址地形地质图，选择大坝在沟道中心的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的安全要求，则整个坝体均可满足安全要求。（3）浸润线浸润线由地质勘察实测，并结合现场实际出逸点情况绘制，同时利用地质勘察所取得的渗透计算资料反推浸润线加以复核验证，以正确反映大坝现状的渗流情况。（4）计算工况根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189—96）的规定，结合水库的实际情况，选定下游坝坡稳定分析计算工况为正常情况，正常蓄水位497.2m，稳定渗流。（5）复核成果根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189-96）的规定，坝坡抗滑稳定计算采用刚体极限平衡法，分别利用瑞典圆弧法和简化毕肖普法进行分析计算，的下游坝坡最小安全系数Kmin为1.28大于规范规定值1.15，故培厚后的下游坝坡满足抗滑稳定54
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，考虑坝体多年运行情况，本次设计坝顶上、下游侧设置路沿石，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、主要是坡面无防护设施，侵蚀、脱坡严重、坝面不平整，必须先进行坝面修整，以保持平整。根据平次大坝稳定复核，坝坡稳定计算满足规范要求，故对坝坡不作大的修改。主要内容为：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。上游坡处理从淤积面以下1m，即处理从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）。为加强干砌石护坡的整体性和稳定性，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的菱形网格，采用M7.5浆砌石砌筑，垂直于上游坡面，格构宽0.3m，高0.6m。为方便上下坝体，坝前右侧由坝顶至库内设置台阶，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溢洪道存在的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出现脱浆，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。消力设施目前保存完好，满足消能要求。5.4.2结构计算5.4.2.1挡墙稳定性计算（1）挡墙稳定性指标参考《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。54
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—按抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数；f—挡墙基底与岩基接触面的抗剪摩擦系数，本工程取0.70；∑H—作用于坝体上全部荷载对滑动平面的切向分力；混凝土重力式挡墙的基底截面上垂直正应力应满足以下要求：各荷载组合工况下（地震除外），挡墙基底面所承受的最大垂直正应力σymax应小于岩基允许压应力，最小垂直正应力σymin应大于零（计入扬压力）。本工程取岩基允许压应力为3000kPa。地震工况下，基底面的垂直正应力应符合《水工建筑物抗震设计规范》的要求。挡墙抗倾稳定性是指挡墙抵抗绕前趾转动倾覆的能力，用抗倾覆稳定系数K0表示，即对于前趾稳定力矩之和ΣMy与倾覆力矩之和ΣM0的比值。挡墙抗倾覆稳定计算公式为K0=∑My/∑M0（5-2）式中：K0—抗倾覆稳定安全系数，要求K0≥1.5；∑My—挡墙前趾稳定力矩之和；∑M0—倾覆力矩之和；（2）荷载组合作用于挡墙的设计荷载主要有：①挡墙自重②溢洪道内水深产生的静水压力③挡墙外侧水深产生的静水压力④扬压力。（3）侧堰稳定性分析挡墙自重G=10.5m2×9.8×2.4t/m3=246KN/m渠内静水压力P=0.5×1.0952×9.8×1.0t/m3=5.9KN/m渠外静水压力P’=0.5×4.462×9.8×1.0t/m3=97.5KN/m基底扬压力U=0.5×4.46×1.9×9.8×1.0t/m3=41.5KN/mK=f∑G/∑H=0.7×(246-41.5)/(97.5-5.9)=1.56>1.05，满足要求。K0=∑My/∑M0=(246×1.9/2+5.9×1.095/3)/(97.5×4.46/3+41.5×54
1.9/3)=1.57>1.5，满足要求。Rmax=246/1.9=129.5kPa<3000kPa；Rmin=(246-41.5)/1.9=107.6kPa>0kPa；满足要求。5.4.2.2侧槽底板抗浮计算根据《水工设计手册（第六卷）》，泄槽底板厚度需要满足抗冲和抗浮稳定性要求。满足抗冲要求，消力池底板厚度为：（5-3）式中：t1—泄槽底板始端厚度（m）；q—单宽流量；—上下游水位差（m）；K—经验系数，当采用设计水位差时，取K=0.2；满足抗浮要求，消力池底板厚度为：（5-4）式中：t—泄槽底板平均厚度（m）；Pn—渗透压力（t/m2）；—消力池的材料容重（t/m3）；K—安全系数，取K=1.2；计算结果见表5.4-2。表5.4-2：侧槽底板抗冲抗浮稳定性计算结果断面水位差ΔH/mQ/m3/sB/m单宽流量qt1渗透压力Pnt10.9457.202.5022.8820.810.1357.202.8420.150.440.060.0530.550.2757.204.0514.110.440.130.1140.340.2157.206.009.530.420.100.0950.400.3157.204.6012.430.430.160.1360.290.1157.205.6610.110.370.060.0570.210.0857.206.858.350.310.040.0380.170.0457.207.177.980.250.020.02可见，现有底板厚度均满足抗冲抗浮要求。5.4.3溢洪道设计（1）折线堰设计54
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结构加厚处理。迎水面加厚结构开挖至新鲜基础面，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不变，加固时拟拆除原堰顶50cm浆砌石，再浇筑混凝土结构。混凝土与浆砌石结构缝面设置锚杆锚固，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，缝面设置橡胶止水。（1）堰后侧槽加固侧槽底板加固拟拆除原侧槽底板混凝土结构，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础至基岩面，底板分槰不得大于10m，缝间设置橡胶止水。（2）泄槽左边墙加固根据水力学计算，泄槽左侧墙高度不满足要求，需进行加高处理。设计拟在原浆砌石的基础上加高2m。侧墙加高采用M7.5浆砌石砌筑，加高浆砌石顶宽0.3m，为贴坡式结构，浆砌石分槰与原边墙分槰线一至。5.4.4溢洪道水力计算根据《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》（SL252-2000）的规定，枢纽工程永久建筑物设计洪水标准同原设计，分别为：水库枢纽永久性水工建筑物设计洪水标准为20年一遇,校核洪水标准为200年一遇。根据洪水计算成果，20年一遇洪峰流量55.40m3/s，200年一遇校核洪水流量94.70m3/s，经调洪计算，20年一遇下泄流量53.40m3/s，200年一遇校核洪水流量91.60m3/s。（1）折线堰水力计算溢洪道为折线型侧槽溢洪道，溢洪道堰顶长22.5m，宽1.2m。根据《溢洪道设计规范》SL253-2000，其泄洪能力按下式计算：（5-5）式中，Q：流量(m3/s)，B：总净宽(m)，H0：堰上水头(m)，μ：流量系数，g：重力加速度(=9.8m/s2)。泄流计算成果见表5.4-1，图5.4-1。表5.4-1：溢洪道泄洪能力计算成果表Z（m)497.2497.7498.2498.7499.2Q(m3/s)0.013.638.570.8109.0Z（m)499.7500.2500.7501.254
Q(m3/s)152.4200.3252.4308.4图5.4-1改造后溢洪道泄流能力曲线（2）泄槽水力计算泄槽宽4.6m，底坡0.015，总长40m，矩形断面。泄槽段沿程水面线计算根据能量方程，水面线计算采用逐段试算法进行计算，计算公式如下：（5-6）（5-7）式中：——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；α1、α2——分段始末断面平均流速，取1.05；θ——陡槽底部坡脚，（°）；i——陡槽纵坡，i=tgθ；54
——流段的平均水力坡度；n——陡槽糙率，取n=0.015；、——分段平均流速及平均水力半径；5-4-2水面曲线计算表泄槽桩号分段始水深分段末水深分段始流速分段末流速糙率泄槽纵坡mmm/sm/sniY0+000.00～Y0+010.003.4333.0025.8006.6340.0170.165Y0+010.00～Y0+020.003.0022.9866.6346.6680.0170.165Y0+020.00～Y0+030.002.9862.9756.6686.6930.0170.1655.5放水设施加固处理5.5.1放水设施现状放水设施布置于大坝右侧，于2003年修复，又于2007年堵塞无法放水，为单孔纵列分级式靠山卧管，卧管比降1：2，断面为高0.6m，宽0.6m的矩形槽，放水孔直径为0.2m的圆形，孔塞用石块做成。涵洞出口在坝后右侧，洞型为浆砌石矩型，断面尺寸0.6m×0.6m。5.5.2放水设施存在的问题李家沟水库放水设施主要存在如下问题：（1）卧管被堵塞，无法放水，不能满足及及时放水、蓄水要求。（2）卧管无台阶，上下操作不安全。5.5.3放水设施设计(1)放水卧管考虑卧管2003处修复，现状结构满足规范要求，只因2007年柴草堵塞。本次卧管处理针对堵塞部位进行拆除，清除堵塞物，再按原结构恢复。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同为1：2，卧管结构尺寸保持原结构尺寸不变，为50×54
50cm，台阶宽100cm，高51.4cm，平台设置直径为20cm圆形放水孔。(1)输水涵洞对涵管因坝体加厚，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60×60cm浆砌石矩形断面。5.6观测设计水库目前无大坝监测设施。由于设施不完善，导致无法掌握水库大坝运行情况，给水库安全运行及防汛抢险工作带来一定的困难。为了监测大坝安全状况，积累工程技术资料以确保水库枢纽正常运行、管理要求，确定必要的工程监测项目。除应进行一般外表观测外，还应对坝面位移、坝体及坝基渗流、库水位、水文气象等进行观测并作详细记录。（1）变形观测变形观测包括坝面垂直位移观测和水平位移观测。大坝位移观测标点设于坝顶下游侧和下游坝坡。在两岸坡上设水平位移观测工作基点和校核基点。为提高垂直位移观测精度，方便观测实施，将垂直位移观测基点设在与观测标点埋设高程相近的左右岸山坡。（2）库水位观测库水位是水库运行调度的重要依据，也是大坝安全运行控制参数，故必须进行观测。拟定用水尺作为库水位观测设施，水尺布置在放水卧管塌步侧。（3）渗流监测根据水库现状，共布设2条横向观测断面，分别布设在大坝桩号0+039.50m、0+097.30m处。平行坝轴线分别在坝顶上游侧、下游坝坡0+11.70m及0+25.70m处分别布设一条测压管。测压管埋设至大坝坝基。54
参考文献：[1]中国电力工业部.《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》(DL5180-2003)；[2]《水电枢纽工程等级划分及洪水标准》SL252-2000；[3]吴持恭《水力学》北京：高等教育出版社1982；[4]《水工混凝土结构设计规范》DL/T5057-1996；[5]《溢洪道设计规范》SL253-2000；[6]《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)；[7]《水利水电工程工程量计算规定》(DL/T5088-1999)；[8]《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》SL189-96；[9]《工程地质与水文地质》中国水利水电出版社；[10]《水工设计手册（第六卷）》中国水利水电出版社；[11]《水工建筑物》（第5版）中国水利水电出版社；[12]《陕西省中小型水库工程险除加固初步设计报告编制规程》；[13]《安康市汉滨区李家沟水库大坝安全鉴定报告》；[14]《安康地区水文手册》；[15]《防洪标准》（GB50201—94）；[16]《土力学》（第4版）中国水利水电出版社；[17]《中国地震动峰值加速度区划图》国家地震局；[18]《安康地区实用水文手册》。54
附录SmallReservoirsandConsolidateProblemDiscussedAbstract:ourcountry"ssmall(1)and(2)numeroustypereservoir,accordingtorelevantstatisticsshowthatthereareabout81893.Theirdistributionareaiswide,damtypeisvaried.Thesereservoirsaremainlyprovideirrigationwaterforagriculturalproduction,aswellaspeople"slivingwaterandindustrialwater
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