【文章內(nèi)容簡介】 由大壩、溢洪道、放水設(shè)施等建筑物組成，灌溉面積850畝。李家溝水庫工程于1954年2月動工修建，1958年3月完工，1965年因漏水，壩體滑動后進行整修，1977年7月因上游堰塘跨壩，導致李家溝水庫漫壩，壩體形成深槽，同年進行溢洪道及壩體進行加固處理。水庫建設(shè)完成后，庫內(nèi)蓄水位未達到正常蓄水位，一直不能發(fā)揮工程應(yīng)有效益。 工程加固任務(wù)針對水庫目前存在的主要問題，確定除險加固工程初步設(shè)計的主要任務(wù)為：（1）壩體：對壩體上游壩坡進行護坡加固處理，增設(shè)踏步，壩頂路面硬化；下游壩坡穩(wěn)定不滿足抗滑系數(shù)要求，需進行培厚加固處理。（2）對現(xiàn)狀溢洪道工程進行復核、加固改建設(shè)計，保證行洪安全通暢；（3）加固改建引水設(shè)施，對其進行翻修加固；（4）增設(shè)管理房；（5）完善水庫工程監(jiān)測設(shè)施。 設(shè)計標準水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、放水設(shè)施等建筑物組成，水庫灌溉面積850畝，是一座以蓄水灌溉為主的V等小(2)型水利樞紐工程。根據(jù)《水利水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計標準》（SL2522000）的規(guī)定，樞紐工程永久建筑物設(shè)計洪水標準，分別為：水庫樞紐永久性水工建筑物設(shè)計洪水標準為20年一遇,校核洪水標準為200年一遇，主要建筑物級別為5級，次要建筑物級別為5級。除險加固主要目的是通過加固除險，消除隱患，不改變水庫原來功能，在基本不改變原有規(guī)模的情況下是水庫能正常運行。，設(shè)計洪水位、校核洪水位由調(diào)洪演算結(jié)果確定。（1）死水位確定。水庫無排沙設(shè)施，水庫上游來沙全部淤積于庫中，由于水庫建設(shè)初期缺少設(shè)計資料，且計算誤差較大，本次設(shè)計對水庫庫容進行復核。根據(jù)水庫實地測量數(shù)據(jù)。本次除險加固設(shè)計死水位不變。（2） 正常蓄水位確定。根據(jù)庫區(qū)地形資料，得到水庫庫容曲線。 水位～庫容關(guān)系曲線泄洪設(shè)施為左岸側(cè)槽式溢洪道，；溢洪道泄流能力按折線型實用堰進行計算，公式如下： (41)式中：Q——流量，m3/s；B——溢流堰總凈寬，；H0——計入流速水頭的堰上總水頭，m；g——重力加速度，m/s2；m——流量系數(shù)，；：溢洪道泄流能力計算成果表Z（m)Q(m3/s)Z（m)Q(m3/s)　溢洪道泄流能力曲線溢洪道無閘門，為開敞式泄流。對設(shè)計及校核洪水進行調(diào)洪演算。調(diào)洪計算方法采用瞬態(tài)法，再經(jīng)簡化后得如下公式： （42）Q1，Q2—計算時段初、末入庫流量；q1，q2—計算時段初、末溢洪道下泄流量；V1，V2—計算時段初、末的庫容；Δt—計算時段。依據(jù)水位～庫容曲線、溢洪道泄流能力曲線、洪水過程線，通過試算法計算，~4，~4。：20年一遇洪水調(diào)節(jié)計算表時段t入庫流量Q水位Z1庫容V1出庫流量q平均入庫流量(Q1+Q2)/2平均出庫流量(q1+q2)/2蓄洪變化△V庫容V2水位Z2hm3/sm萬m3m3/sm3/sm3/s萬m3萬m3m 時段t入庫流量Q水位Z1庫容V1出庫流量q平均入庫流量(Q1+Q2)/2平均出庫流量(q1+q2)/2蓄洪變化△V庫容V2水位Z2hm3/sm萬m3m3/sm3/sm3/s萬m3萬m3m ：200年一遇洪水調(diào)節(jié)計算表：調(diào)洪計算成果表溢洪道寬m溢洪道堰頂高程m起調(diào)水位m起調(diào)水位相應(yīng)庫容洪水頻率%5洪水重現(xiàn)期年20200最大洪峰流量m3/s最大下泄量m3/s最高洪水位m最高洪水位相應(yīng)庫容萬m3調(diào)節(jié)庫容萬m3（5％）調(diào)節(jié)過程線 校核洪水（％）調(diào)節(jié)過程線。依據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標準》、《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》SL2742001計算水庫超高，復核壩頂高程。 （43）y—壩頂超高，m；R—最大波浪在壩坡上的爬高，m；e—最大風壅水面高度，m；A—安全加高，m。壩頂高程500m，歷年最大風速平均值17m/s，風區(qū)長度為157m。波浪計算波浪計算按《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（SL2742001）附錄A計算。李家溝水庫為內(nèi)陸峽谷水庫，波浪的平均波高和平均波周期采用官廳水庫公式計算： （44） （45）式中：h—當=20~250時，為累計頻率5%的波高h5%，m；當=250~1000時，為累計頻率10%的波高h10%，m。 W—計算風速，；非常運用下取多年平均最大風速，多年平均最大風速17m/s；； —風區(qū)長度，為157m； —水域平均水深； —重力加速度；平均波高根據(jù)《碾壓土石壩設(shè)計規(guī)范》（SL2742001），由計算。平均爬高在風的直接作用下，正向來波在單一斜波上的波浪爬高可按下式方法確定：當時： （46）式中：—平均波浪爬高，m；—單坡坡度系數(shù)，根據(jù)本工程實際取平均值m＝； —斜坡的糙率及滲透性系數(shù)，本工程為砌石護坡，，； —經(jīng)驗系數(shù)。設(shè)計爬高：設(shè)計波浪爬高值應(yīng)根據(jù)工程等級確定，1級、2級、3級壩采用累積頻率為1%的爬高值R1%，4級、5級壩采用累積頻率為5%的爬高值R5%，確定本工程采用累積頻率為5%的爬高值R5%。：不同累積頻率下的波浪爬高可由平均波高與壩迎水面前水深的比值和相應(yīng)的累積頻率P（%）。，折減后得到斜向來波波高。風壅水面高度可按下式計算： （47）式中：e—計算點的風壅水面高度，m； —綜合摩阻系數(shù)，可取； —設(shè)計風速，按計算波浪的風速確定； —風區(qū)長度； —水域的平均水深； —計算風向與垂直于壩軸線的法線的夾角，取0176。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL2522000）及《碾壓土石壩設(shè)計規(guī)范》（SL2742001）永久性擋水建筑物安全超高，本工程大壩為5級土壩，設(shè)計工況時，A=；校核工況時，A=。根據(jù)前述計算得到設(shè)計、校核工況壩頂高程，：大壩壩頂高程安全復核表工況洪水水位無閘控制超高壩頂設(shè)計高程(m)現(xiàn)有壩頂高程(m)是否滿足ReAy設(shè)計 500是校核 是可見，根據(jù)計算，現(xiàn)有壩頂高程滿足設(shè)計要求。第五章 工程布置及建筑物 設(shè)計依據(jù)(1)《水電樞紐工程等級劃分及洪水標準》SL2522000；(2)《防洪標準》GB5020194；(3)《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》DL/T 50571996；(4)《溢洪道設(shè)計規(guī)范》SL2532000； (5)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》(SL2742001)；(6)《水利水電工程工程量計算規(guī)定》(DL/T50881999)；(7)《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計導則》SL18996；(8)《陜西省中小型水庫工程險除加固初步設(shè)計報告編制規(guī)程》(9)《安康市漢濱區(qū)李家溝水庫大壩安全鑒定報告》。 工程等別和建筑物級別水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、放水設(shè)施等建筑物組成，水庫灌溉面積850畝，是一座以蓄水灌溉為主的V等小(2)型水利樞紐工程。根據(jù)《水利水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計標準》（SL2522000）的規(guī)定，樞紐工程永久建筑物設(shè)計洪水標準，分別為：水庫樞紐永久性水工建筑物設(shè)計洪水標準為20年一遇,校核洪水標準為200年一遇，主要建筑物級別為5級，次要建筑物級別為5級。根據(jù)《水利水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計標準》（SL2522000）的規(guī)定，樞紐工程永久建筑物設(shè)計洪水標準，分別為：水庫樞紐永久性水工建筑物設(shè)計洪水標準為20年一遇，；校核洪水標準為200年一遇。 設(shè)計基本資料 工程的開發(fā)任務(wù)與綜合利用要求本工程以灌溉為主。 水庫特性特征水位：正常蓄水位 設(shè)計洪水位 校核洪水位 本階段根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB183062001)和《水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范》SL20397，，地震基本烈度為Ⅶ度。 工程布置李家溝水庫除險加固設(shè)計是在安全鑒定的基礎(chǔ)上，針對工程現(xiàn)狀存在的安全隱患和缺陷，按照現(xiàn)行標準和規(guī)范采取工程措施，消除工程安全隱患和缺陷，改善運行條件，以確保工程安全有效運行。（1） 根據(jù)樞紐工程原有平面布置，結(jié)合地質(zhì)勘查資料，大壩保持現(xiàn)狀軸線不變，因大壩下游壩坡較陡，壩體抗滑不滿足抗滑穩(wěn)定系數(shù)要求。，坡比1：，同時對壩面進行必要的修整和改造。（2） 溢洪道溢洪道位于大壩左岸，本次設(shè)計不改變其位置，只對溢洪道漿砌石折線堰局部拆除重建，同時修復堰后泄槽前段水毀底板，加高泄槽前段60m范圍內(nèi)的左側(cè)墻。（3） 引水洞引水洞原設(shè)施為臥管進水，位于大壩右岸，本次設(shè)計不改變其位置，僅將拆除堵塞部分后，翻修重建。 工程現(xiàn)狀及存在的問題(1)工程現(xiàn)狀李家溝水庫樞紐工程大壩為均質(zhì)土壩，通過本次測量及地質(zhì)勘查得知，，壩頂高程在500m～（相對高程）之間。上游坡比1:，下游坡比1:。，外側(cè)坡比1:，內(nèi)側(cè)坡比1:。（2） 大壩安全鑒定本工程是在50年代末期建設(shè)完成的，并于65年因滲漏壩體滑動處理，77年洪水漫壩失事，再次加固處理。由于當時歷史條件限制，工程設(shè)計施工均存在諸多先天問題。根據(jù)資料顯示，水庫工程存在有以下主要問題：1） 壩頂路面高低不一，路面未硬化。2） 大壩下游壩坡抗滑不滿足規(guī)范要求。背水面有較大面積的土體產(chǎn)生了變形、塌陷和滑動。無坡面排水設(shè)施。壩后排水棱體被土體淹沒，壩面雜草、樹木從生。3） 壩坡無護坡，壩面侵蝕嚴重。4） 無滲漏及變形觀測等大壩監(jiān)測設(shè)施。本次設(shè)計是根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范要求對大壩現(xiàn)狀滲流進行復核，根據(jù)復核結(jié)果，進一步弄清楚壩體存在的問題，為加固方案的擬定奠定基礎(chǔ)，提出相應(yīng)的工程加固措施。（1）設(shè)計計算工況根據(jù)《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計導則》（SL189—96）中關(guān)于滲流計算的相關(guān)要求，滲流計算兩種工況如下：工況①：上游校核洪水位以及對應(yīng)下游水位；工況②：上游正常蓄水位以及對應(yīng)下游水位；（2）計算邊界條件根據(jù)規(guī)范和壩體實際情況，壩坡滲流計算斷面選定壩體實測最大斷面，土層分界根據(jù)地勘資料確定。①，；②；③上游坡比1:、下游坡比1:；④校核洪水位時，⑤正常蓄水位時，⑥，外坡1:，內(nèi)坡1:； （3）設(shè)計參數(shù)選擇采用安康市漢濱水利水電水保生態(tài)勘測設(shè)計院（2008年）編制的《漢濱區(qū)李家溝水庫工程大壩安全論證總報告》中土層的相關(guān)參數(shù)。： 滲流計算滲透系數(shù)采用值部 位滲透系數(shù)(cm/s)壩 體 填 筑106壩體與壩基接觸帶1103（4）滲流計算軟件及方法對于符合達西定律的二向均質(zhì)、各向同性土體的滲流，當土體已完全固結(jié)時其水頭函數(shù)符合拉普拉斯方程式： （48）與之相應(yīng)的定解條件為：初始條件： （49） 邊界條件:水頭邊界：。 （410） 流量邊界: （411），該程序是針對飽和多邊介質(zhì)滲流而編制的，適用于不規(guī)則邊界的各向異性滲流場，能有效地解決土石壩、閘壩地基等復雜滲流狀況的滲流分析問題，又可用來研究庫水位上升、下降情況下的非穩(wěn)定滲流狀態(tài)。程序的求解方法是基于三角形單元的有限元法，用改進平方根法的直接解法求解線性代數(shù)方程組。（5）計算結(jié)果分析①不同工況下的流網(wǎng)圖經(jīng)過里正軟件計算，對于工況①和工況②，壩體侵潤線位置、：： ： 由上圖可以得知，工況①和工況②浸潤線出逸點均位于排水棱體頂部以下，故壩體出逸點不會發(fā)生滲流破壞。 ②不同工況下的滲流量