水库枢纽除险加固工程毕业设计

阆中市万家沟水库枢纽除险加固工程设计摘要：万家沟水库是一座以灌溉为主，兼有场镇供水、防洪等综合利用的小（一）型水利工程。枢纽在运行过程中存在较严重的安全隐患问题，主要表现为大坝存在坝坡安全系数不满足规范要求、大坝渗漏，溢洪道排洪渠未衬砌，涵卧管衬砌条石断裂漏水等主要病害。而病险水库的存在会危害到人民的生命和财产安全，因此，为了保证水库的安全和正常运行，万家沟病险水库的加固工作是十分必要的。万家沟水库枢纽除险加固工程主要包括水文计算、工程任务，枢纽工程整治设计关键词：防洪、大坝、溢洪道、放水设施ReinforcementDesignforLangzhongWanJiaReservoirDamFanLingXiaAgriculturalWaterconservancyproject,Grade2009DirectedbyZengYun(lecturer)Abstract:inWanjiagoureservoirisamainlyinirrigation,watersupply,comprehensiveutilizationofboththetownfloodlittle(a)waterconservancyengineering.Hubhiddensafetyproblemsisaseriousproblemintheprocessofoperation,mainlyforthedamsafetyfactorofthedamdoesnotmeetthespecificationrequirements,thespillwaydamseepage,drainagenotlining,liningstonefracturewaterleakageandothermajordiseasesofhorizontaltube.Anddangerousreservoirsexistcanbeharmfultopeople'slifeandpropertysafety,therefore,inordertoensurethesafetyandthenormaloperationofthereservoir,reinforcementofdangerousreservoirsinWanjiagouisverynecessary.Wanjiagoureservoirhubreinforcementprojectmainlyincludescalculationofhydrology,engineeringtask,projectdesignandrenovation..Keywords:floodcontrol,dam,spillway,drainage目录第一章引言 3TOC\o"1-2"\h\z\u第二章综合说明 42.1枢纽工程概况 42.2工程存在的主要问题及安全鉴定结论 53.3枢纽工程整治的必要性 6第三章水文 73.1流域概况 73.2基本资料的收集和复核 83.3设计洪水 93.4水库洪水调节计算 153.5坝顶高程的确定 17第四章工程任务及规模 204.1复核计算 204.2水库枢纽险情分析 274.3枢纽工程整治的必要性 294.4工程整治项目 30第五章枢纽工程整治设计 315.1工程等级及洪水标准 315.2坝体整治设计 315.3溢洪道整治设计 385.4放水设施整治设计 42参考文献 41致谢 42声明 431引言据调查资料显示，截止2003年年底，全国病险水库共计30413座,水库设计、施工、运行管理中存在的问题,我国的水库工程存在很多险情,部分水库达不到国家规定的防洪标准,，水库在长期的使用下,年久失修,造成水库的防洪性能降低,使得防洪标准偏低,病险水库的存在会危害到人民的生命和财产安全。国家对于水库的病险问题高度重视，并进行了一系列的决策和部署，截至到2010年底，国家用于水利除病加固的专项规划资金投入达700多亿元，如期完成了7000多座大中型水库的除险加固任务。虽然水库的除险加固任务取得了一定的成果，但后期任务仍然十分严峻。今后国家还将加大对水库除险加固工程投入，这就意味着，现在和今后的一段时间里，水库的除险加固工程建设仍然是一项非常重要的任务。有关部门应该认真总结近年来水库除险加固的做法和经验，加强领导、落实责任、完善机制，强化管理和监督，以保证水库除险加固工程的质量和进度。因此,病险水库的加固工作是十分必要的。我国为防洪修建了许多水库,水利工程自开展以来,就存在着病险的危机,对于这种危机意识,我国的相关部门是必须要重视的,随着工程的增加,病险水库的数量也在逐渐增多,这也给除险加固工作带来了一定的困难。为保证工程的正常运行,就要了解水库险情存在的根源,从根源入手,做好除险加固工作。在我国，目前大型水利工程管理主要集中在城市，在农村还是中小型水利工程管理与水利建设。而我国的水利基础设施薄弱、水资源调配能力和供水保障水平低、水资源供需矛盾尖锐，农田水利建设滞后，有些水库建设年代久远，工程老化，以及当时的技术水平有限，目前存在一些安全隐患，许多水库不能满足现代要求。因此，进一步做好中小型水利工程管理工作十分重要，水利在建设新农村工程中大有用武之地，同时也是新农村建设的基础与先导。建设新农村，水利要先行。

2综合说明阆中市万家沟水库位于嘉陵江水系史家河支流上，是一座以灌溉为主，兼有防洪、水产养殖等综合利用的小(一)型水利工程。集雨面积1.38平方公里，总库容136.7万方，控灌石龙镇7个村的4860亩农田。大坝座落在阆中市石龙镇万家沟村，距阆中城区38公里、距石龙镇5公里。大坝为均质土坝，最大坝高23.3米。水库于1958年9月动工修建,至1963年坝高13.6米，达到小（二）型水库规模；1976年扩建，于1978年元月竣工达到现小(一)型水库规模。枢纽工程属四等工程，主要建筑物为4级，由大坝、溢洪道和放水设施三大部分组成。枢纽在运行过程中，大坝存在坝坡安全系数不满足规范要求、大坝渗漏，溢洪道排洪渠未衬砌，涵卧管衬砌条石断裂漏水等主要病害。2009年6月，经阆中市大坝安全鉴定小组专家鉴定为三类坝。2.1枢纽工程概况万家沟水库是一座以灌溉为主，兼有场镇供水、防洪等综合利用的小（一）型水利工程。该库位于阆中市石龙镇万家沟村6社，距阆中城区38公里，属嘉陵江水系史家河支流。水库有集雨面积1.38平方公里，总库容136.7万立方米,其中有效库容102.5万立方米。现有主渠长度4.3km，控灌石龙镇7个村的灌面4860亩农田。万家沟水库枢纽工程由大坝，左放水涵洞、右岸库内取水隧洞及溢洪道组成。2.1.1大坝万家沟水库大坝于1958年动工，1978年建成。大坝为粘土均质坝，最大坝高23.3米，坝顶高程424.50米，坝顶宽度为3.0米，坝顶长度182.5米，上游边坡坡度从上至下分别为1：2.0，1：2.4,1：2.8，下游边坡坡度从上至下分别为1:2.0，1:2.3。大坝有排水棱体，顶宽2.0米,底宽10.18米，内坡坡度为1:1.0,外坡1:1.0。2.1.2溢洪道现状溢洪道布置在大坝右端紧靠山体为河岸开敞式正堰布置，设计下泄流量为15.7m3/s,校核下泄流量为27.7m3/s，宽顶堰溢流，堰顶高程为443.545m，溢流堰进口段净宽4.5m，宽顶堰后接渐变段陡槽宽为4m，实测平均比降为i=0.0596.已建溢洪道0+000-0+138部分左侧为浆砌条石砌体，右侧为自然山岩未衬砌，溢洪道无消力池。2.1.3放水设施现状放水设施：右放水设施采用丝杆式闸阀涵管取水，取水高程427.743m，竖井圆筒为条石砌体，内径为2.5m，外径为3.5m，竖井后接卧管顺坝与基岩交界处穿出坝外与灌溉明渠相接，采用条石砌体，整个涵洞长为86.0m，呈矩形断面，净空断面为60*90cm2，放水流量为0.74m3/s，比降为i=1：100，涵管出口消力池采用挖深式，浆砌条石砌筑，消力池长为10m，宽1m，深2.1m。2.2工程存在的主要问题2.2.1大坝⑴大坝坝顶高程不够，外坡沉陷变形大，实测坝顶高程为424.5米，经30年一遇设计和300年一遇校核洪水复核，坝顶应加高0.45米，加高后坝顶高程应达到424.950米。坝顶宽度仅3.0m,不满足规范要求。⑵大坝为均质土坝，上游边坡坡度从上至下分别为1：2.0，1：2.4,1：2.8，下游边坡坡度从上至下分别为1:2.0，1:2.3，经稳定计算上游坝坡不满足抗滑稳定安全要求，需放缓上游坝坡处理。⑶大坝坝身坝基、坝肩渗漏严重。⑷大坝左端卧管与涵管交接处条石断裂，涵洞内有部分条石变形开裂，左坝端渗漏水常沿裂缝进入放水涵洞内，经观测，上游水位在415米高程时，涵洞口漏水可达1.15L/s，同时涵洞放水时，库水沿涵洞裂缝渗入坝体，可能对大坝形成冲刷，对大坝安全不利。⑸大坝外坡未作护砌。坝坡成型较差，零乱不勘杂草丛生，影响大坝美观。大坝存在坝坡水土流失，使坝体逐年减小,从而威胁大坝安全。⑹白蚂蚁危害严重。2.2.2溢洪道存在的主要问题溢洪道全长80m，已衬砌长度45m，边墙为浆砌条石衬砌，底板为砼，经复核，溢洪道现状边墙高度不够，其泄洪能力不足，遇见较大洪水时经常溢出边墙，威胁附近的农田；从现场来看，溢洪道未衬砌完善，溢洪道0+050～0+061为陡坡段，下有交叉工程放水渠道通过，未进行整治，也未设置消力池，下段泄水渠冲刷严重；溢洪道上有进库村道交通要求，未设置通行桥，汛期时无法通行。2.2.3放水设施存在的主要问题目前卧管大部分砂浆脱落严重，局部存在开裂渗水现象，且卧管表面为斜面，操作不便，存在安全隐患。根据现场察看，卧管中下部长期渗漏，下部坝体土局部沉陷坍塌，原施工质量较差，部分条石不符合规格，浆砌时接缝未处理好。2.2.4基础设施万家沟水库大坝观测设施和防洪通讯等设施不齐，致使工程观测和防洪工程不能正常开展，目前水库无水位观测项目，无变形观测仪器，无雨量观测设施，无渗漏观测设备，无水面安全监测船只，无防汛抢险车辆，无通讯设备；车辆无法进入大坝及溢洪道防洪抢险，建库时修建的几间土木结构简易管理房，现木质腐朽，经有关部门鉴定为危房；管理人员长期从水库里挑水饮用，生活艰辛。由于这些基础设施存在的问题，严重影响了水库防洪及管理工作的正常开展。2.3枢纽工程整治的必要性（1）万家沟水库大坝于1958年动工，1978年建成,已运行31年，病害较多，尤其大坝病害严重，经坝体渗流及稳定分析，部分工况稳定安全系数小于规范要求。经专家安全鉴定，大坝为三类坝，必须尽快进行全面整治，以确保大坝安全。在未整治之前，严格按限蓄水位控制运行。（2）水库下游地势平坦、开阔，场镇、人口、耕地等集中，大坝一旦发生溃坝，将对下游造成严重危害和重大损失。综上所述，万家沟水库运行年久，病害较多，大坝一旦溃堤将对下游造成严重的危害及重大经济损失，必须尽快进行全面整治。3水文3.1流域概况3.1.1自然地理概况万家沟水库位于阆中市东南部，嘉陵江左岸支流史家河的上游。地处石龙镇万家沟村六社。水库枢纽控制集水面积1.38km2，主河道长1.152km，主河道平均比降为28.9‰。阆中市水系及中小型水库分布示3.1.2气象特征本区属亚热带气候，温暖潮湿，气象特征为“冬春干，夏伏旱，秋多雨”。多年平均气温17.1℃，干旱指数为0.84，最高气温39℃，最低气温4.1℃。据邻近的阆中市气象站统计，阆中多年平均降雨量996.5mm，降雨年际变差系数界于0.2～0.25，据水文资料记载，最大年降水量为1420.7mm，年降水量最小的为622.2mm，降雨年内分配不均，总特点是：春旱少雨，占年降水量22.2%；夏热多雨旱涝交递，降水占年的42.2%；秋短天凉降温迅速，常有秋淋发生，降水占年的32%；冬暖干燥，降水占年的3.6%。降雨时空分布差异较大，市境东北部低山区多年平均降水量1180mm，南部丘陵区多年平均降雨量1000mm，阆中多年平均水面蒸发量为859mm，多年平均陆面蒸发量为670mm，多年平均相对湿度75%，绝对湿度为15.9毫巴，其中以九月湿度最大，降水194.3mm，大于水面蒸发117.1mm，3月份降水量低，由于气温开始回升，蒸发量增大，超出降水一倍以上，相对湿度69%，为全年最低时段。阆中市平均日照数1413.4小时，无霜期291～274天，平均风速1.16m/s，最大风速15m/s，流域径流主要由降雨形成，属贫水区地带，其年径流和年降雨量的时空分布基本相应，由于受降雨时空分布规律的影响，其径流的年内分配很不均匀，5～9月的径流占全年的80%左右，多年平均年径流深300mm。3.2基本资料的收集和复核本次收集到的基本资料包括水库“三查三定”资料、库区万分之一航测图及水库工程特性资料等。万家沟水库流域特征值复核万家沟水库流域特征值“三查三定”值与本次采用万分之一航测图复核成果见表3.1。表3.1万家沟水库流域特征值复核成果表集水面积（km2）河长(km)比降（‰）备注1.381.15228.9“三查三定”成果1.381.1628.7本次复核从上表可以看处，两次复核成果基本相同，考虑的资料的一致性，本次采用“三查三定”成果，即万家沟水库集水面积1.152km2，河长1.152km，比降28.9‰。（2）水库水位～库容曲线水位～库容曲线采用“三查三定”实测库容曲线，见表3.2表3.2水位～库容曲线表水位(m)库容(万m3/s)水位(m)库容(万m3/s)3.3设计洪水3.3.1工程等级及设计标准万家沟水库总库容（复核后）136.7万m3，按照《防洪标准》（GB50201-94）及《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），万家沟水库为小（1）型水库，大坝为均质土坝，枢纽工程等级为Ⅳ等，主要建筑物级别为4级，次要建筑物级别为5级。由此确定本工程防洪标准为：设计洪水标准采用30年一遇（p=3.33﹪）；校核洪水标准采用300年一遇（p=0.33﹪）；消能防冲标准采用20年一遇（p=5.0﹪）。3.3.2设计洪水推求由于该水库邻近地区无小河水文站实测水文资料，水库为小(1)型水库，故采用暴雨推求设计洪水，但因为水库及附近均无可用的长期暴雨观测资料，无法由实测暴暴雨推求设计洪水，故直接采用《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》（以下简称《手册》）推求设计洪水。按《手册》“暴雨等值线图”查值，经综合分析确定暴雨统计参数如表3.3。表3.3万家沟水库暴雨统计参数表时段均值CVCS=3.5CV设计暴雨P(%)(mm)0.333.351/6小时16.00.361.26039.029.127.01小时40.00.411.435108.878.472.06小时85.00.481.680265.2182.8165.824小时115.00.501.750373.1250.6设计洪水计算（1）设计洪峰流量采用《手册》中推荐的推理公式Q＝0.278ψF推求设计洪峰流量。推理公式中有关参数确定如下。①流域特征值参数采用核实的集水面积F＝1.38km2、流域长度L＝1.152km、流域平均比降J＝28.9‰。②汇流参数m值本流域地处盆地丘陵区，暴雨历时较短，强度集中，开垦度较大，洪峰涨落较快。依据《手册》，流域特征系数θ＝，当θ=1～30，m=0.40θ0.204，当θ=30～300，m=0.092θ0.636。经计算，θ＝3.464，m=0.515373。产流参数μ值本流域相对高差较小，地势较平缓，属于盆地丘陵区，依据《手册》：ｕ=4.8F-0.19，CV=0.18，Cs=3.5CV。④暴雨参数S、n暴雨衰减指数n分历时确定：t=6～24h，t=1～6h，t=1/6～1h，Sｐ＝Hp24.24ｎ-１⑤单位汇流时间τ0计算公式:τ0=[0.383/(ｍｓ0.25/θ)]4/(4-n)⑥校核ｍ′ｍ′＝0.278Ｌ/(τJ0.333Q0.25)经计算ｍ′值与原ｍ值较为接近，说明参数取值正确，计算过程无误，成果可以采用，具体计算见表3.4。表3.4万家沟水库各频率设计洪峰流量计算表P(%)H24nspτ0μψτQPm′0.33373.10.43009108.70.77527.26400.93970.7888743.40.515373.33250.60.4499577.60.85156.19160.92500.8703729.30.515375.00228.70.4547971.90.86985.98090.92110.8902026.80.51537（2）设计洪水总量及设计洪水过程线设计洪水总量由设计暴雨按《手册》综合分区的暴雨径流关系计算。根据本流域面积较小、洪水陡涨陡落等特点，洪水过程按单峰考虑。洪水总量计算公式为：式中：—洪水总量的暴雨历时（h）（单峰洪水）；—设计洪水总量（万m3）；—历时为的设计暴雨(mm)；—设计流域面积(km2)；—径流系数；—径流深(mm)。经计算，各频率设计洪水总量见表3-5。万家沟水库坝址以上流域基流采用《手册》综合分区成果中的嘉陵江区计算公式计算，即：Q0=0.014F0.984，经计算，Q0=0.0192m3/s。设计洪水过程线采用典型洪水放大推求，其中典型洪水采用我省东部地区洪水过程线模型（3），再加上洪水基流（0.0192m3/s），设计洪水过程线见表3.6及附图3.3。表3.5万家沟水库设计洪水成果表项目P=0.33%P=3.33%P=5.0%设计洪峰流量(m3/s)43.429.326.8设计洪水总量(万m3)39.625.923.4表3.6万家沟水库设计洪水过程线表p=0.33%，ＱＰ＝43.4m3/sp=3.33%，ＱＰ＝29.3m3/sp=5.0%，ＱＰ＝26.8m3/stQtQtQ0.0000.01920.0000.01920.0000.01920.0502.190.0481.480.0481.360.1004.360.0972.950.0962.700.1508.700.1455.880.1435.370.22517.40.21811.70.21510.70.32526.10.31517.60.31116.10.45034.70.43623.50.43021.40.60141.30.58227.90.57425.50.75143.40.72729.30.71726.81.05141.31.01827.91.00425.51.35134.71.30923.51.29121.41.82726.11.77017.61.74516.12.57817.42.49711.72.46210.73.7298.703.6125.883.5625.375.2564.365.0912.955.0202.706.9572.196.7401.486.6461.3611.5120.019211.1530.019210.9970.01923.3.4设计洪水成果合理性分析为分析本次设计洪水计算成果的合理性，将万家沟水库设计洪水计算成果同本区域其它水库设计洪水成果列表进行比较，详见表2.7。表3.7万家沟水库设计洪水合理性分析表水库名称集水面积设计洪峰流量（m3/s）设计洪峰模数（m3/s/km2）备注P=0.33%P=3.33%P=0.33%P=3.33%上游水库2.9266.443.322.714.8本次计算洪山水库15.120012313.28.1本次计算万家沟水库1.3843.429.331.421.2本次计算育皇水库1.3548.633.136.024.5本次计算由表2-7中所列成果可知，万家沟水库本次各频率洪峰模数同本地区其它水库设计所计算设计洪水洪峰模数比较，在本区域，各频率洪峰模数有随面积增大而减小的趋势，万家沟水库设计洪水符合这个变化规律。所以，本次万家沟水库设计洪水成果没有明显不合理的地方。3.3.5分期洪水万家沟水库流域内无实测流量资料，无法直接进行分期洪水计算。本流域洪水主要由暴雨形成，因受季风的影响，洪水具有明显的季节性变化规律，年最大暴雨一般都出现在5～10月，尤以7、8月集中，4月和11月也有较大暴雨发生，12～次年3月暴雨发生的量级很小，流量也仅有很小的起伏，属枯水期。水库附近有水匣子水文站，根据该站历年逐月最大流量，结合水库施工要求，将主汛期5～10月划为一个分期时段，其余按月份分期。分期洪水计算依据水匣子实测流量资料，各分期时段采用最大值独立取样法，从1958～1998年实测各月最大流量系列中，分别统计出各分期时段最大流量系列，进行频率分析计算，用数学期望公式计算系列各项的经验频率，用矩法计算统计参数的初始值，选用P-Ⅲ型理论频率曲线适线，推求各分期时段的统计参数及各频率洪峰流量。推求水库分期洪水时，主汛期直接采用推理公式计算成果，其它分期以水匣子水文站分期洪水成果为依据，按流域面积比的n次方换算至水库。面积比指数n值确定：枯水期（12～次年3月）取1，过渡期（4、11月）取0.8。计算成果见下表。表3.8万家沟水库分期洪水成果表时段设计值Qp(m3/s)p=5%p=10%p=20%1月0.01570.01380.01182月0.02420.02010.01563月0.1810.1160.06174月0.5790.3200.14411月0.2540.1370.060112月0.02950.02550.02103.4水库洪水调节计算3.4.1防洪标准如前述，按《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），本水库设计洪水标准采用30年一遇（p=3.3﹪），校核洪水标准采用300年一遇（p=0.33﹪）,消能防冲标准采用20年一遇（p=5.0﹪）。3.4.2基本资料(1）水库水位～库容曲线本次调洪计算万家沟水库水位～库容曲线采用原“三查三定”实测成果。(2）入库洪水过程万家沟水库洪水过程采用本次水文计算成果，详见表3-6及附图3-3。(3）水库水位～泄流流量曲线万家沟水库溢洪道位于大坝右侧，为无闸控制宽顶堰，堰顶高程为422.70m，堰顶宽度按8.5m计算。计算下泄流量q，流量系数m为0.365。经计算万家沟水库水位～泄流流量曲线见表3.9及泄流流量图溢洪道泄流曲线采用宽顶堰流公式：式中：Q——下泄流量（m3/s）ε——侧收缩系数，取值在0.9～0.95之间m——流量系数，m=0.34B——溢流堰净宽（m）（B=2.5m）H——相应水头（m）表3.9万家沟水库水位～泄流流量曲线表水位H（m）422.7422.9423.3423.7423.9424.1424.3424.5下泄流量q（m3/s）020.225.431.137.1水位H（m）424.7424.9425.1425.3425.5425.7425.9426.1下泄流量q（m3/s）43.472.079.887.9洪水调节方式调节计算中不考虑洪水预报，洪水来临时，水库起调水位为正常蓄水位（堰顶高程）422.70m，相应库容为115.0万m3，自由泄流。3.4.4调洪计算洪水调节计算采用水量平衡法计算:(Q1+Q2)△t/2-(q1+q2)△t/2=V2-V1按试算法列表进行,计算时Q1在洪水过程线上读取，根据（Q1+Q2）/2的数值，假设一个下泄流量q，通过库容增减量计算出时段末库容V1，在q～f(h)曲线表上查得相应库容V2，若V1=V2或很接近V2，说明假设正确，否则重新假定V1，直至V1≈V2，才进行下一步的计算。V2作为下一步的V1，重复上述步骤。计算过程略，计算结果见表3.10。表3.10万家沟水库调洪计算成果表频率P（%）最大下泄流量（m3/s）最高库水位（m）库容（万m3）0.3315.4423.70136.73.339.3423.42131.05.08.2423.36130.0根据调洪成果，万家沟水库设计洪水位（p=3.33%）423.42m，校核洪水位（p=0.33%）423.70m。3.5坝顶高程的确定3.5.1坝顶超高计算万家沟水库大坝为粘土均质坝，坝顶超高按部颁《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）规定的公式Y=R+e+A计算，坝顶超高由波浪爬高、最大风壅高度和安全加高组成。波浪爬高采用鹤地公式计算，风壅高度采用规范推荐公式。万家沟水库为小（1）型水库，枢纽工程等级为Ⅳ等，主要建筑物级别为4级，次要建筑物级别为5级，按照规范，正常运用情况下安全加高A=0.5ｍ，非常运用情况下安全加高A=0.3ｍ。库区多年平均最大风速V=15m/s，正常运用情况计算风速W采用多年平均年最大风速的1.5倍；非常运用情况计算风速W采用多年平均年最大风速。万家沟水库水域形状极不规则，故吹程采用De=ΣDicos2αi/Σcosαi计算。经反复量算，万家沟水库有效吹程为0.50km。波浪的平均波高和平均波周期采用莆田试验站公式计算：（1）（2）（3）式中：hm——平均波高，m；Tm——平均波周期，s；V0——计算风速，m/s；D——风趣长度，m；Hm——水域平均深度，m；g——重力加速度，取9.81m/s；Lm——平均波长，m；H——坝迎水面前水深，m；（3）平均波浪爬高Rm计算1.5≤m≤5；（4）m≤1.25；（5）当1.25＜m＜1.5时，可由m=1.25和m=1.5的计算值按内插法确定。式中：Rm——平均波浪爬高，m；m——单坡的坡度系数；大坝坡比m=2.00故本次设计选用公式（4）。KΔ——斜坡的糙率渗透性系数；由整治后坝坡为混凝土坡，根据《碾压式土石坝设计规范》SL247-2001，查得KΔ=0.9。Km——经验系数，与的大小有关，由《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001）表A.1.12-2查得，具体见表；β——计算风向与坝轴线法线的夹角。（4）风浪爬高R=1.84Rm；其中1.84为平均波高与坝前水深比值相应的累计频率p(%)可根据《碾压式土石坝设计规范》A.1.13查得。（5）风壅水面高度e计算可按公式进行计算，由于该水库属于小（2）型水库，故风壅水面高度e可忽略不计。表3.11万家沟水库坝顶超高计算表项目设计（正常）校核（非常）频率P(%)3.30.33计算风速W(ｍ/s)22.515吹程D(km)0.500.50坝迎水面前水深H(m)16.416.7最大风壅水面高度e(m)00坝坡坡比ｍ2.02.0经验系数KW1.051.01平均波高hm(m)0.550.28平均波长Lm(m)6.204.14平均爬高Rm(m)0.550.32设计波浪爬高R5%(m)1.010.59坝顶安全加高A(m)0.50.3坝顶超高Y(m)1.510.893.5.2坝顶高程确定根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）要求，坝顶高程应按以运用情况分别计算，并取其最大值：工况a：设计洪水位加正常运用情况的坝顶超高;工况b：校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高。各种运用情况下的坝顶超高计算见表3.12。表3.12万家沟水库坝顶高程计算表名称工况a工况b洪水为Z洪(m)423.42423.70坝顶超高Y(m)1.510.89计算坝顶高程Z坝(m)424.93424.59现土坝坝顶高程Z(m)424.50424.50差值(Z-Z坝)(m)-0.43-0.09通过坝顶高程计算，万家沟水库需要坝顶高程424.93m，而现在坝顶高程为424.50m，现坝顶高程低于需要的坝顶高程，水库抗洪能力不满足规范要求。4工程任务及规模4.1复核计算4.1.1溢洪道现有行洪能力复核计算⑴基本资料①洪水标准根据《防洪标准》（GB50201-94）和《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），万家沟水库工程规模为小（1）型，工程等别为IV等，枢纽工程主要永久性建筑物级别为4级，次要永久性建筑物级别为5级。枢纽工程大坝为粘土均质坝，设计洪水标准采用30年一遇（P=3.3%）,校核洪水标准采用300年一遇复核（P=0.33%）。②设计洪水洪峰流量、洪水总量和洪水过程线的分析计算及成果、水位库容曲线详见本报告水文部分。③大坝参数现有大坝坝顶高程424.50m。④溢洪道参数溢洪道为无闸控制开敞式正堰溢洪道，溢流堰堰型为宽顶堰，堰宽9.5m，堰顶高程422.70m。⑵泄流曲线计算万家沟水库溢洪道位于大坝右侧，为无闸控制宽顶堰，堰顶高程为422.70m，堰顶宽度按8.5m计算。故本次按宽顶堰流公式q=mbH3/2计算下泄流量q，流量系数m为0.365。经计算万家沟水库水位～泄流流量曲线见表4.1。表4.1万家沟水库水位～泄流流量曲线水位H（m）422.7422.9423.3423.7423.9424.1424.3424.5下泄流量q（m3/s）020.225.431.137.1水位H（m）424.7424.9425.1425.3425.5425.7425.9426.1下泄流量q（m3/s）43.472.079.887.996.3⑶调洪计算洪水调节计算采用水量平衡法计算:(Q1+Q2)△t/2-(q1+q2)△t/2=V2-V1按试算法列表进行,计算时Q1在洪水过程线上读取，根据（Q1+Q2）/2的数值，假设一个下泄流量q，通过库容增减量计算出时段末库容V1，在q～f(h)曲线表上查得相应库容V2，若V1=V2或很接近V2，说明假设正确，否则重新假定V1，直至V1≈V2，才进行下一步的计算。V2作为下一步的V1，重复上述步骤。计算过程略，计算结果见表4.2。表4.2万家沟水库调洪计算成果频率P（%）最大下泄流量（m3/s）最高库水位（m）库容（万m3）0.3315.4423.70136.73.339.3423.42131.05.08.2423.36130.0根据调洪成果，万家沟水库设计洪水位（p=3.33%）423.42m，校核洪水位（p=0.33%）423.70m。⑷溢洪道行洪能力复核溢洪道堰顶高程422.70m，溢流堰净宽按8.5m计算，水力计算成果见下表。本次洪水复核结果，P=3.33%洪水设计、P=0.333%洪水校核，洪峰流量分别为Q3.33%=29.3m3/s、Q0.33%=43.4m3/s，相应下泄流量分别为9.3m3/s和15.4m3/s。表4.3溢洪道水力计算表部位堰顶段渐变段陡槽段消力池尾水渠断面型式矩形矩形矩形矩形水深（m）1.01.0～0.350.35～0.272.661.15现边墙高（m）2.30～2.02.0～1.101.10～1.052.70底宽（m）8.58.5～6.56.5～4.04.03.0复核结果满足要求满足要求满足要求不满足要求不满足要求溢洪道陡槽段以上基本满足泄流要求，但局部边墙衬砌条石垮塌；消力池边墙高度不够且未完建；尾水渠末接入原河道，泄洪时遍地漫堤而进入主河沟。由此可知，溢洪道现有状况是不满足规范要求的。4.1.2坝顶高程复核计算（1）坝顶超高计算万家沟水库大坝为粘土均质坝，坝顶超高按部颁《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）规定的公式Y=R+e+A计算，坝顶超高由波浪爬高、最大风壅高度和安全加高组成。波浪爬高采用鹤地公式计算，风壅高度采用规范推荐公式。万家沟水库为小（1）型水库，枢纽工程等级为Ⅳ等，主要建筑物级别为4级，次要建筑物级别为5级，按照规范，正常运用情况下安全加高A=0.5ｍ，非常运用情况下安全加高A=0.3ｍ。库区多年平均最大风速V=15m/s，正常运用情况计算风速W采用多年平均年最大风速的1.5倍；非常运用情况计算风速W采用多年平均年最大风速。万家沟水库水域形状极不规则，故吹程采用De=ΣDicos2αi/Σcosαi计算。经反复量算，万家沟水库有效吹程为0.50km。万家沟水库坝顶超高计算表见表4.4。表4.4万家沟水库坝顶超高计算表项目设计（正常）校核（非常）频率P(%)3.30.33计算风速W(ｍ/s)22.515吹程D(km)0.500.50坝迎水面前水深H(m)16.416.7最大风壅水面高度e(m)00坝坡坡比ｍ2.02.0经验系数KW1.051.01平均波高hm(m)0.550.28平均波长Lm(m)6.204.14平均爬高Rm(m)0.550.32设计波浪爬高R5%(m)1.010.59坝顶安全加高A(m)0.50.3坝顶超高Y(m)1.510.89（2）坝顶高程确定根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）要求，坝顶高程应按以运用情况分别计算，并取其最大值：工况a：设计洪水位加正常运用情况的坝顶超高;工况b：校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高。各种运用情况下的坝顶超高计算见表4.5。表4.5万家沟水库坝顶高程计算表名称工况a工况b洪水为Z洪(m)423.42423.70坝顶超高Y(m)1.510.89计算坝顶高程Z坝(m)424.93424.59现土坝坝顶高程Z(m)424.50424.50差值(Z-Z坝)(m)-0.43-0.09通过坝顶高程计算，万家沟水库需要坝顶高程424.93m，而现在坝顶高程为424.50m，现坝顶高程低于需要的坝顶高程，水库抗洪能力不满足规范要求。4.1.3原大坝渗流量计算本次整治设计为了查清坝体土的物理力学性质，210.27m/8孔，压水试验18段，土工试验14组，进行了物理力学试验，并参考大坝鉴定试验资料，对其成果进行了分析整治，为坝体渗漏及稳定计算提供了依据。（1）大坝渗流量计算①大坝的基本情况万家沟水库大坝为均质土坝。库正常蓄水位422.70m，设计洪水位423.42m，校核洪水位423.70m。坝顶宽3m，坝底最大宽度99m（见大坝实测断面图）。②计算参数根据《土工试验报告》，按照《碾压式土石设计规范》（SL274-2001）规定要求进行计算。表4.5大坝渗透系数统计表单位：cm/s项目坝体粘土平均值3.0×10-4根据万家沟水库的特征值和运行情况，当库水位从正常蓄水位422.70m下降至水位411.88m，需86天，其库水位的平均降落速度V=0.13m/d，以及试验报告提供的渗透系数值，按《水力计算手册》推荐的判别式k/(μV)计算（式中μ为土的排水系数）。经计算k/(μV)=0.28，大于库水位缓降判别值0.1，因此库水位在降落时为缓降。故本次复核计算工况如下：工况I：上游正常蓄水位与下游相应的水位；工况Ⅱ：上游设计洪水位与下游相应的水位；工况Ⅲ：上游校核洪水位与下游相应的最高水位；工况Ⅳ：死水位与下游无水（三分之一坝高低于死水位）工况Ⅴ：上游正常蓄水位降至死水位；工况Ⅵ：上游校核洪水位降至上游正常蓄水位再降至死水位。校核洪水水头∶20.76m设计洪水水头∶20.48m正常蓄水位水水头∶19.78m死水位水头：8.94m坝下游校核洪水水头∶1.0m坝下游设计洪水水头∶0.6m坝下游正常水位时水头∶0m③计算方法大坝渗流计算采用河海大学研究所编制的水工结构有限元分析软件中《大坝渗流计算》软件，按有限元法进行计算。程序自动计算坝体单宽流量，绘制流网和浸润线。④计算结果渗透坡降计算大坝在最高水位423.70m时，渗透比降J均=0.3224,小于J允=0.6667，故不会形成渗流破坏。正常蓄水位情况下，单宽渗流量q=1.11×10-5m3/s/m设计洪水位情况下，单宽渗流量q=1.23×10-5m3/s/m校核洪水位情况下，单宽渗流量q=1.27×10-5m3/s/m死水位情况下，单宽渗流量q=1.19×10-6m3/s/m正常蓄水位降至死水位，单宽渗流量q=7.43×10-7m3/s/m校核洪水位降至正常蓄水位再降至死水位，q=8.28×10-7m3/s/m⑤坝体总渗流量根据大坝纵剖面图计算大坝的平均长度为130m，由于校核洪水和设计洪水水位相应天数不多，故本次渗漏总量按正常蓄水位计算，计算结果年总渗漏量为4.55万m3，只占总库容的3.3%，坝体渗漏满足要求。4.1.4原坝坡稳定计算（1）计算分析资料；a、大坝最大断面图；b、地勘及物理力学试验报告；c、渗流计算成果；d、坝体土力学指标。（2）安全系数大坝为四级建筑物，根据《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001；规范要求，坝坡抗滑稳定最小安全系数：正常运行情况K=1.25，非常运行情况IK=1.15，非常运行情况IIK=1.05。（3）物理力学指标根据地质建议，各种坝料物理力学指标采用如下：表4.6坝体土有关物理力学性质指标建议值表项目单位坝体土泥岩石渣砂岩石渣块石棱体抛石天然密度ρg/cm31.972.051.951.921.61饱和密度ρfg/cm32.002.201.982.131.92浮密度ρ＇g/cm31.001.200.981.130.92非饱固快φ度15.3253234.027.5CkPa2513000饱固快φ度13.322.03032.024.5CkPa2110000渗透系数Kcm/s3.0×10-4临界水力比降Jcr1.00（4）计算工况a.上游坝坡工况Ⅰ：上游正常蓄水位时形成的稳定渗流期工况Ⅱ：上游死水位时形成的稳定渗流期（（三分之一坝高低于死水位））工况Ⅲ：上游正常蓄水位降至死水位工况Ⅳ：上游校核洪水骤降到正常水位再降至死水位b.下游坝坡工况Ⅰ：上游正常蓄水位，下游无水工况Ⅱ：上游设计洪水，下游设计洪水工况Ⅲ：上游校核洪水位，下游校核洪水位（5）计算方法采用简化毕肖普法计算。计算机用网络自动寻求最危险滑弧，给出其最小安全系数，并绘制该滑弧线。（6）计算结果上游坝坡稳定分析计算成果工况Ⅰ：坝坡最小抗滑稳定安全系数K=1.2347＜[K]=1.25工况Ⅱ：坝坡最小抗滑稳定安全系数K=1.2614＞[K]=1.25工况Ⅲ：坝坡最小抗滑稳定安全系数K=1.2185＜[K]=1.25工况Ⅳ：坝坡最小抗滑稳定安全系数K=1.1663＞[K]=1.15下游坝坡稳定分析成果工况Ⅰ：坝坡最小抗滑稳定安全系数K=1.3956＞[K]=1.25工况Ⅱ：坝坡最小抗滑稳定安全系数K=1.3417＞[K]=1.25工况Ⅲ：坝坡最小抗滑稳定安全系数K=1.2533＞[K]=1.15根据上述结果，坝体上游坝坡稳定安全系数工况Ⅰ、Ⅲ不满足规范要求，下游坝坡稳定安全系数满足规范要求。4.1.5灌溉放水设施复核放水设施为涵卧管，位于大坝左侧，全长42.4m，断面为矩形，净空尺寸为1.0m×0.6m，条石衬砌厚0.5m，最大流量0.137m3/s。进口底板高程410.38m，出口底板高程410.08m。涵洞底板及左侧为左岸山体的强风化砂岩，左侧为坝体。该取水口灌溉面积0.486万亩。卧管与涵管交接处条石断裂，涵洞内有部分条石变形开裂，左坝端渗漏水常沿裂缝进入放水涵洞内，经观测，上游水位在415m高程时，涵洞口漏水可达1.15L/s，同时涵洞放水时，库水沿涵洞裂缝渗入坝体，可能对大坝形成冲刷，对大坝安全不利。万家沟水库于2009年6月经阆中市水利局组织水库大坝安全鉴定专家组审查鉴定为三类坝，并建议尽快全面整治。4.2水库枢纽险情分析4.2.1大坝工程⑴大坝坝顶高程不够，外坡沉陷变形大，实测坝顶高程为424.50m，经30年一遇设计和300年一遇校核洪水复核，坝顶应加高0.43m，加高后坝顶高程应达到424.93m。坝顶宽度仅3.0m,不满足规范要求。⑵大坝为均质土坝，上游边坡坡度从上至下分别为1：2.0、1：2.4、1：2.8，下游边坡坡度从上至下分别为1:2.0、1:2.3，经稳定计算上游坝坡不满足抗滑稳定安全要求，需放缓上游坝坡处理。⑶大坝坝身坝基、坝肩渗漏严重。大坝运行中,外坝坡一直存在散浸。主要分布在高程410m至420m之间，散浸面积约260m2,当水位达到正常水位以上时,局部漏水呈点滴状。2008年9.3洪灾期间，水库水位猛涨，水位达到423.06m，溢洪水深0.36m，大坝外坡411.497～420.426m段出现严重散浸，长从左坝肩的20m至坝长的96m处，面积达756m2，肉眼观察可见线状流水，渗漏水沿坡面流入反滤层，水流集中后从反滤层坝脚流出，经引流集中测定，达3.48L/S，对大坝安全形成一定威胁。坝基（肩）岩石虽为强风化砂岩，裂隙较发育，岩性较软，但强度能满足大坝的承载要求。主要工程地质问题是坝基（肩）岩石渗漏。据运行观察，右岸坡山体见有3股渗漏水，沿山体与坝体交接处或岩石裂隙中渗出，当上游水位在415-418m高程之间，经测定，漏水量可达0.8L/s。左坝端有2处集中出水点，主要沿山体与坝体交接处漏出,出漏高程在413-415m之间,经引流集中后测定可达0.6L/s。溢洪道底板和左侧边墙也见有少数出水点呈水滴和细小水流逸出。⑷大坝左端卧管与涵管交接处条石断裂，涵洞内有部分条石变形开裂，左坝端渗漏水常沿裂缝进入放水涵洞内，经观测，上游水位在415m高程时，涵洞口漏水可达1.15L/s，同时涵洞放水时，库水沿涵洞裂缝渗入坝体，可能对大坝形成冲刷，对大坝安全不利。⑸大坝外坡未作护砌。坝坡成型较差，零乱不勘杂草丛生，影响大坝美观。大坝存在坝坡水土流失，使坝体逐年减小,从而威胁大坝安全。⑹白蚂蚁危害严重。2006年发现坝体两端白蚁危害严重，大面积坝面土体变质。2007年重庆白蚁研究所专家现场检查，发现坝内坡坝长8m宽5m范围内发现泥被,泥线及白蚁活动；坝外坡左中右长60m宽5m发现白蚁取食迹象，左端50m内无白蚁危害迹象，右端50m内有白蚁活动迹象，周山100m范围内有白蚁群体分布，此坝属建巢危害土坝，坝上建有两个庞大蚁巢，严重的是右端坝内建一巢穴低于坝顶2.5m，巢位于坝顶与山头交接处，主蚁路穿透坝体，实属白蚁严重危害类土坝，未作过整治。4.2.2溢洪道工程溢洪道右侧砂岩边坡高3～5米，坡角50～70度，岩体总体基本稳定，但边坡裂隙较发育，风化严重。临岸地带由于卸荷，裂隙张开1-5毫米。受裂隙切割，岩体呈块状结构。每遇暴雨，边坡局部有垮塌现象，堵塞溢洪道；左侧墙浆砌条石砌体有部分变形，砌块上出现裂缝，裂缝宽1～3厘米；底板砂岩强风化，抗冲能力差；下游尾水段15～20米，汇入冲沟中，槽身为坡洪积粉质粘土，未衬砌。4.2.3放水设施左坝端涵洞底板及左侧为左岸山体的强风化砂岩，左侧为坝体。卧管与涵管交接处条石断裂，涵洞内有部分条石变形开裂，左坝端渗漏水常沿裂缝进入放水涵洞内，经观测，上游水位在415m高程时，涵洞口漏水可达1.15L/s，同时涵洞放水时，库水沿涵洞裂缝渗入坝体，可能对大坝形成冲刷，对大坝安全不利。4.3枢纽工程整治的必要性⑴万家沟水库大坝于1958年动工，1978年建成,已运行31年，病害较多，尤其大坝病害严重，经坝体渗流及稳定分析，部分工况稳定安全系数小于规范要求。经专家安全鉴定，大坝为三类坝，必须尽快进行全面整治，以确保大坝安全。在未整治之前，严格按限蓄水位控制运行。⑵水库下游地势平坦、开阔，场镇、人口、耕地等集中，大坝一旦发生溃坝，将对下游造成严重危害和重大损失。①受灾场镇、人口及面积水库下游有1个场镇，常住人口0.53万人，流动人口0.242万人，耕地0.539万亩,房屋面积5.4万m2，其主要设施有：②重要设施交通：省、市区、乡村级公路共4条16.7km，桥梁2座。邮电、通讯线路：市区乡级共1条，长5.3km。电力输电线路：10kv线路2条及0.4kv线路4条，总长12.53km。天然气管道：双龙镇至石龙供气主管道1条，长12.3km，乡（镇）支管3条，长15.72km，其中配气中继站1座。水利电力工程：有石河堰13座，小（二）型水库1座，万家沟水库干、支渠沟4.3km，电力提灌站1座，装机55.5kw/3台，提灌站输水渠道5.7km。学校、厂矿、企业：有中、小学2所，在校学生0.12万人。有食品、供销、交通、水利、建筑等骨干企业12家，个体和私营企业近百家。水库大坝一旦溃坝，将造成下游2乡（镇）受淹，严重威胁着下游人民生命财产的安全，直接经济损失达5000余万元，后果不勘设想。综上所述，万家沟水库运行年久，病害较多，大坝一旦溃堤将对下游造成严重的危害及重大经济损失,必须尽快进行全面整治。4.4工程整治项目（1）大坝对上游坝坡死水位以下抛石压脚，419.00m高程以上应放缓坝坡，并作防浪面板及反滤层，使上游坝坡抗滑稳定满足规范要求，下游坝坡护坡。按现行规范要求加宽坝顶，并进行硬化。大坝坝基、坝身、坝肩采取防渗措施进行整治，彻底解决渗漏问题。对白蚁危害采用药物治理。（2）溢洪道溢洪道已衬砌风化严重段垮塌段需整治加固，消力池后应接入河道。（3）放水设施对放水设施进行整治，解决涵卧管渗漏和运行安全问题，保证取水的正常运行。（4）完善观测设施。5枢纽工程整治设计5.1工程等级及洪水标准万家沟水库是一座以灌溉、防洪为主，兼养殖、供水等综合利用的小（一）型水利工程，坝址以上集雨面积1.38平方公里，大坝为粘土均质坝，整治后坝顶高程424.93米，最大坝高23.73米，坝顶长182.5米，坝顶宽4.0米。正常蓄水位422.70米，相应库容115万立方米。设计洪水位423.42米，相应库容99.4万立方米。校核洪水位423.70米，相应库容136.7万立方米。死水位411.88米，相应库容12.5万立方米。根据水利部《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252—2000，确定本工程为四等工程，主要建筑物级别为4级，次要建筑物为5级，临时建筑物为5级。本次洪水复核结果，P=3.33%洪水设计、P=0.333%洪水校核，洪峰流量分别为Q3.33%=29.3m3/s、Q0.33%=43.4m3/s，相应下泄流量分别为9.3m3/s和15.4m3/s。根据调洪计算结果，30年一遇设计和300年一遇校核的洪水位分别为423.42米和423.70米。本工程地质构造简单，岩层产状平缓，无大断裂构造存在。挽近期构造运动微弱，据2008年6月中国地震局部发布的[四川、甘肃、陕西部分地区地震动峰值加速度区划图、地震动反应谱特征周期区划图]查得阆中市地震动峰值加速度为0.05g，动反应谱特征周期为0.35S，对应地震基本烈度为VI度,故不考虑设防。5.2坝体整治设计5.2.1大坝存在的主要问题①大坝坝顶高程不够，外坡沉陷变形大，实测坝顶高程为424.50米，经30年一遇设计和300年一遇校核洪水复核，坝顶应加高0.43米，加高后坝顶高程应达到424.93米。坝顶宽度仅3.0m,不满足规范要求;②大坝为均质土坝，上游边坡坡度从上至下分别为1：2.0、1：2.4、1：2.8，下游边坡坡度从上至下分别为1:2.0、1:2.3，经稳定计算上游坝坡不满足抗滑稳定安全要求，需放缓上游坝坡处理。③大坝坝身坝基、坝肩渗漏严重。大坝运行中,外坝坡一直存在散浸。主要分布在高程410米至420米之间，散浸面积约260平方米,当水位达到正常水位以上时,局部漏水呈点滴状。2008年“9.3”洪灾期间，水库水位猛涨，水位达到423.06米，溢洪水深0.36米，大坝外坡411.497～420.426米段出现严重散浸，长从左坝肩的20米至坝长的96米处，面积达756平方米，肉眼观察可见线状流水，渗漏水沿坡面流入反滤层，水流集中后从反滤层坝脚流出，经引流集中测定，达3.48L/S，对大坝安全形成一定威胁。坝基（肩）岩石虽为强风化砂岩，裂隙较发育，岩性较软，但强度能满足大坝的承载要求。主要工程地质问题是坝基（肩）岩石渗漏。据运行观察，右岸坡山体见有3股渗漏水，沿山体与坝体交接处或岩石裂隙中渗出，当上游水位在415-418m高程之间，经测定，漏水量可达0.8L/s。左坝端有2处集中出水点，主要沿山体与坝体交接处漏出,出漏高程在413-415m之间,经引流集中后测定可达0.6L/s。溢洪道底板和左侧边墙也见有少数出水点呈水滴和细小水流逸出。④大坝左端卧管与涵管交接处条石断裂，涵洞内有部分条石变形开裂，左坝端渗漏水常沿裂缝进入放水涵洞内，经观测，上游水位在415米高程时，涵洞口漏水可达1.15L/s，同时涵洞放水时，库水沿涵洞裂缝渗入坝体，可能对大坝形成冲刷，对大坝安全不利。⑤大坝外坡未作护砌。坝坡成型较差，零乱不勘杂草丛生，影响大坝美观。大坝存在坝坡水土流失，使坝体逐年减小,从而威胁大坝安全。⑥白蚂蚁危害严重。2006年发现坝体两端白蚁危害严重，大面积坝面土体变质。2007年重庆白蚁研究所专家现场检查，发现坝内坡坝长8米宽5米范围内发现泥被,泥线及白蚁活动；坝外坡左中右长60米宽5米发现白蚁取食迹象，左端50米内无白蚁危害迹象，右端50米内有白蚁活动迹象，周山100米范围内有白蚁群体分布，此坝属建巢危害土坝，坝上建有两个庞大蚁巢，严重的是右端坝内建一巢穴低于坝顶2.5米，巢位于坝顶与山头交接处，主蚁路穿透坝体，实属白蚁严重危害类土坝，未作过整治。5.2.2整治设计⑴方案比较根据稳定计算，原坝体上游坝坡稳定系数不满足规范要求，主要原因是上游坝坡较陡。针对大坝存在的主要问题，作出如下方案比较。方案一：①在死水位高程设一级3m宽的马道，马道以下采取抛块石压脚，死水位高程以下坝坡由1:2.8调整为1:3.5，马道以上至坝顶保持砼预制块。为减少工程投资，尽量少拆除已安砌的砼预制块，在419.10m高程以上至坝顶削坡减载达到坝坡稳定，坝坡由1:2.0调整为1:2.5，并在419.10m高程以上至坝顶重新采用8cm厚M10浆砌预制砼块（60×80cm）护面和增设10cm厚砂卵石垫层。②下游坝坡：下游坝体为了防止坝面冲刷和白蚁侵蚀，设C15砼网格梁（网格尺寸6×6m，梁尺寸0.3×0.3m），空洞部份采用草皮护坡。坝面增设1道梯步，下游马道及左右坡脚及坝脚增设排水沟，将坡面水引至下游河道。③坝顶：坝顶宽度调整为4m，坝顶高程降低50cm，降低至424.00m。根据新设计的内外坝坡进行稳定计算，均满足规范要求。方案二：①上游坝坡同方案一。②下游坝坡:由于坝轴线下移和坝顶扩宽，下游需加坝。为了充分利用当地的建筑材料，采用砂岩石渣碾压加坝。在高程419.70m设一马道，宽2米。上下级坝坡为1:2.0、1:2.3，坡面用预制六角空心块护坡,空心块的空心部份种草.左右坝肩增设排水沟，将坡面水引至下游河道。③坝顶：坝顶宽度调整为4m，坝顶高程不变。以上两个方案仅下游坝体主要工程量及投资作比较。表5.1方案工程量及投资比较表名称单位方案一方案二数量数量土方开挖m31775347坝坡面清理m3443443碾压砂岩石渣回填m36265C15砼网格梁m3145145拆除砼块m3141141清除风化块石m3322322干砌条石排水棱体m3375463预制砼块m3140140M10砂浆勾缝m222402240C20砼路面m2730730抛块石m32146C10砼排水沟m3257274C10砼梯步m31818C20砼防浪墙m38135植草护坡m228352835白蚂蚁防治项目11投资合计76.6186.44两方案相比，方案一投资较省且施工较容易，故推荐方案一。⑵推荐方案的整治设计①上游坝坡：在死水位高程设一级3m宽的马道，马道以下采取抛块石压脚，死水位高程以下坝坡由1:2.8改为1:3.5，马道以上至坝顶保留原砼预制块。为减少工程投资，尽量少拆除已安砌的砼预制块，在419.10米高程以上至坝顶削坡减载达到坝坡稳定，坝坡由1:2.0调整为1:2.5，并在419.10米高程以上至坝顶重新采用8cm厚M10浆砌C10预制砼块（60×80cm）护面和增设10cm厚砂卵石反滤垫层。②坝顶：根据规范要求，坝顶宽度由原来的3.0米调整为4.0米，坝顶长182.5米，为了减少工程投资尽可能下游不加坝。整治后原坝顶降低50cm至424.00m，并在坝顶上铺设20cm厚砂卵石垫层，再浇筑20cm厚C20砼路面。为满足防浪要求在坝顶上游侧增设0.93m高的C20砼防浪墙，墙厚20厘米，嵌入坝顶路面砼内。③下游坝坡：由于大坝降低加上坝体灌浆防渗后原坝坡满足抗滑稳定要求。下游坝体为了防止坝面冲刷和白蚁侵蚀，设C15砼网格梁（网格尺寸6×6m，梁尺寸0.3×0.3m），空洞部份采用草皮护坡。排水棱体外侧较零乱，设计先清理掉破损条石，再用60cm厚干砌条石护面，左右坝肩及外坝坡马道增设30×30cmC10砼排水沟，排水棱体坡脚设1.5m宽排水沟，将坡面来水引至下游河道。④梯步为便于管理，在大坝下游坝坡，设置1个梯步，梯步坡度与相应坝坡坡度一致。梯步净宽2m，梯带宽0.3m，总宽2.6m，梯步采用C10砼。⑶整治后渗流及稳定计算Ⅰ整治后渗流计算①计算参数及方法计算参数:根据《土工试验报告》，按照《碾压式土石设计规范》（SL274-2001）规定要求进行计算。表5.2大坝渗透系数统计表单位：cm/s项目坝体粘土平均值3.0×10-4根据万家沟水库的特征值和运行情况，当库水位从正常蓄水位422.70m下降至水位411.88m，需86天，其库水位的平均降落速度V=0.13m/d，以及试验报告提供的渗透系数值，按《水力计算手册》推荐的判别式k/(μV)计算（式中μ为土的排水系数）。经计算k/(μV)=0.28，大于库水位缓降判别值0.1，因此库水位在降落时为缓降。故本次计算工况如下：工况I：上游正常蓄水位与下游相应的水位；工况Ⅱ：上游设计洪水位与下游相应的水位；工况Ⅲ：上游校核洪水位与下游相应的最高水位；工况Ⅳ：死水位与下游无水（三分之一坝高低于死水位）工况Ⅴ：上游正常蓄水位降至死水位；工况Ⅵ：上游校核洪水位降至上游正常蓄水位再降至死水位。校核洪水水头∶20.76m设计洪水水头∶20.48m正常蓄水位水水头∶19.78m死水位水头：8.94m坝下游校核洪水水头∶1.0m坝下游设计洪水水头∶0.6m坝下游正常水水头∶0m计算方法：大坝渗流计算采用河海大学研究所编制的水工结构有限元分析软件中《大坝渗流计算》软件，按有限元法进行计算。程序自动计算坝体单宽流量，绘制流网和浸润线。②渗流计算结果渗流量与整治前接近：正常蓄水位情况下，单宽渗流量q=1.09×10-5m3/s/m设计洪水位情况下，单宽渗流量q=1.21×10-5m3/s/m校核洪水位情况下，单宽渗流量q=1.25×10-5m3/s/m死水位情况下，单宽渗流量q=1.18×10-6m3/s/m正常蓄水位降至死水位，单宽渗流量q=7.17×10-7m3/s/m校核洪水位降至正常蓄水位再降至死水位，q=8.16×10-7m3/s/mⅡ大坝稳定计算a、大坝最大断面图；b、地勘及物理力学试验报告；c、渗流计算成果；d、坝体土力学指标。①安全系数大坝为四级建筑物，根据《碾压式土石坝设计规范》SL274—2001；规范要求，坝坡抗滑稳定最小安全系数：正常运行情况K=1.25，非常运行情况IK=1.15，非常运行情况IIK=1.05。②物理力学指标根据地质建议，各种坝料物理力学指标采用如下：表5.3坝体土有关物理力学性质指标建议值表项目单位坝体土泥岩石渣砂岩石渣块石棱体抛石天然密度ρg/cm31.972.051.951.921.61饱和密度ρfg/cm32.002.201.982.131.92浮密度ρ’g/cm31.001.200.981.130.92非饱固快φ度15.3253234.027.5CkPa2513000饱固快φ度13.322.03032.024.5CkPa2110000渗透系数Kcm/s3.0×10-4临界水力比降Jcr1.00③计算工况（a）上游坝坡工况Ⅰ：上游正常蓄水位时形成的稳定渗流期工况Ⅱ：上游死水位时形成的稳定渗流期工况Ⅲ：上游正常续水位降至死水位工况Ⅳ：上游校核洪水骤降到正常水位再降至死水位（b）下游坝坡工况Ⅰ：上游正常蓄水位，下游无水工况Ⅱ：上游设计洪水，下游设计洪水工况Ⅲ：上游校核洪水位，下游校核洪水位（5）计算方法采用简化毕肖普法计算。计算机用网络自动寻求最危险滑弧，给出其最小安全系数，并绘制该滑弧线。④稳定计算结果上游坝坡稳定分析计算成果工况Ⅰ：坝坡最小抗滑稳定安全系数K=1.2973＞[K]=1.25工况Ⅱ：坝坡最小抗滑稳定安全系数K=1.2784＞[K]=1.25工况Ⅲ：坝坡最小抗滑稳定安全系数K=1.2702＞[K]=1.25工况Ⅳ：坝坡最小抗滑稳定安全系数K=1.1803＞[K]=1.15下游坝坡稳定分析成果工况Ⅰ：坝坡最小抗滑稳定安全系数K=1.4012＞[K]=1.25工况Ⅱ：坝坡最小抗滑稳定安全系数K=1.3684＞[K]=1.25工况Ⅲ：坝坡最小抗滑稳定安全系数K=1.2716＞[K]=1.15计算结果表明，整治后上下游坝坡在各种工况下稳定安全系数满足规范要求。5.3溢洪道整治设计（一）设计标准根据《防洪标准》（GB50201-94）和《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），万家沟水库工程规模为小（1）型，工程等别为IV等，枢纽工程主要永久性建筑物级别为4级，次要永久性建筑物级别为5级。枢纽工程大坝为粘土均质坝，设计洪水标准采用30年一遇（P=3.3%）,校核洪水标准采用300年一遇复核（P=0.33%）。(1)进水段：桩号0+000.00～0+004.16，拆除原边墙，边墙采用C20混凝土砌筑，左岸墙高0.5~2.13m，顶宽0.4~0.5m，底宽0.4~1.75m；右岸墙高2.13m，顶宽0.5m，底宽1.75m，背坡1:0.4，左右边墙均潜入底板下0.5m，渠底高程425.26m，渠宽4.5m~2.5m。(2)控制段：桩号0+004.16～0+008.16，拆除原边墙，边墙采用C20混凝土砌筑，墙高2.13m，顶宽0.5m，底宽1.35m，左右岸有0.4m宽的墙趾，背坡1:0.4，底板为30cmC20砼衬砌，渠底宽2.5m，底坡i=0。(3)陡槽段Ⅰ：桩号0+008.16～0+071.54，拆除原边墙，边墙采用C20混凝土砌筑；左岸全段修建边墙，墙高1.5~2.3m，顶宽0.5~0.3m，底宽1.2~1.75m，背坡1:0.4；右岸桩号0+008.16~11.13，桩号0+036.80~71.54段修建边墙，墙高1.5~2.3m，顶宽0.5~0.3m，底宽1.2~1.75m，背坡1:0.4；左右边墙均潜入底板，渠宽2.0~m2.5m，底坡i=0.025。(4)陡槽段Ⅱ：桩号0+071.54～0+102.40，边墙采用C20混凝土砌筑，墙高1.1~2.1m，顶宽0.3~0.5m，底宽1.2~1.7m；左右岸有0.3m宽的墙趾，边墙均潜入底板下0.3m，底板采用20cm厚C20砼衬砌，底坡i=0.246，渠底宽2.0~3.0m。(5)消力池：桩号0+102.4～0+111.4，新建消力池池长9.0m，池深0.6m，底板厚40cm；侧墙采用C20混凝土新建，墙高2.1m，顶宽0.5m，底宽1.7m。底板下铺设50cm厚的反滤料。（6)出水渠：桩号0+111.4～0+115.8，接入下游小河溪。边墙墙高1.5m，采用C20砼衬砌，墙高1.5m，顶宽0.3m；底板采用20cm厚C20混凝土衬砌，底坡i=0.002。在溢洪道底部横向、纵向布置排水盲管。（三）溢洪道泄洪能力计算溢洪道堰顶高程422.70m，溢流堰净宽按8.5m计算，查得m=0.365。按宽顶堰公式复核计算，算得最大下泄流量q=15.4m³/s，故泄洪能力满足要求。（四）溢洪道水面线推算当校核洪水位（P=0.333%）时，溢洪道下泄流量q=15.4m³/s，溢洪道边墙高程复核成果见表5-13。（1）溢洪道泄槽段水面线由下式计算：式中：h2—末断面的平均水深，m；v2—末断面的平均流速，m/s；h1—始断面的平均水深，m；v1—断面的平均流速，m/s；ΔL—始断面与末断面之间距离，m；i—泄槽槽底比降；J1-2—始断面与末断面之间的平均水力坡降。泄槽水流掺气水深按下式计算：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；—修正系数，取＝1.05s/m。桩号底板高程m宽度m比降糙率n流量m3/s流速m/s水深边墙设计高度0+000425.264.500.0259.7402.192.430+004.16425.562.52.17711.892.1300+008.16425.562.56.950+071.54407.250.250+102.40402.4311.30.452.1（2）消能池设计拆除原有溢洪道堰体，改建成宽顶堰以后，水流通过进水口进入溢洪道，通过控制段，经由台阶式泄槽流入消能池，经消能坎后通过退