建德市石堂水库除险加固工程初步设计报告.doc

建德市石堂水库除险加固工程初步设计报告 第1章
1 综合说明
1.1 水库基本情况
石堂水库位于建德市大同镇万兴村境内，坝址以上集水面积2.3km2，总库容128万m3，正常库容110万m3，属小（一）型水库。本工程的主要任务为灌溉，灌溉农田面积2500亩，受益人口1200人。
本工程枢纽建筑物主要由大坝、溢洪道和放水设施等三部分组成。水库工程于1958年10月开工建设，1964年5月竣工完成。本工程于1981年进行过一次加固处理，当时加固处理的主要原因如下：
1）坝坡凹凸陡缓不一，未达设计标准；
2）溢洪道的泄水渠，紧贴坝脚开挖未衬砌，灌溉渠道又做在坝脚泄水渠上的坝坡上，形成东向西、西向东两条流向相反的水渠，危及坝身安全；
3）坝身白蚁危害严重，虽然经多次防治，但未彻底消灭；
4）在右坝头距山坡6m处，背水面坝坡边缘，发现一条长7m，口宽4cm平行坝轴线的裂缝。
原大坝为均质土坝，坝顶高程145.5m（1985国家高程，对应原设计高程为60.00m，下同），最大坝高21.0m，坝顶宽4m，坝顶长196m。
原溢洪道位于大坝的左侧，为开敞式正槽溢洪道，堰体为宽顶堰形式。溢洪道进口宽19m，经2.5m的渐变段至宽度17.0m。宽顶堰长15m，后接泄洪渠。宽顶堰和泄洪渠底部均采用浆砌石护底，两侧均为浆砌石挡墙。石堂水库在历史上经历过一次大洪水。由于溢洪道泄洪能力不足，当地群众在溢洪道中间开挖出一条3m～4.5m宽，深2m的渠道过水。
原放水设施在大坝左右坝肩处各设有一根放水涵管。其中右岸放水涵管为灌溉用水涵管，管材为钢筋砼管，涵管内径0.35m，进口高程126.1m，采用斜拉涡轮插门式闸门启闭。左岸放水涵管为泄洪涵管，管材为钢筋砼管，涵管管径0.4m,进口高程136.6m，也采用斜拉涡轮插门式闸门启闭。两处启闭设备均露天放置，未设启闭机房。
除险加固后，坝轴线为折线型布置，折点在桩号0+086.32位置，大坝最大坝高22.5m，坝顶高程145.5m，坝顶长194.43m，宽5.0m。上坝坡在140.06m高程设置了一个折点，折点以上大坝坝坡1：2.5，折点以下大坝坝坡1：3.5。大坝护坡采用12cm厚的C20F50砼六边形预制块。护坡下设置15 cm厚的碎石垫层。下坝坡在135.5m和127.6m处分别设置了马道，马道宽2m。135.5m高程以上大坝边坡1：2.25（桩号0+086.32以右）和1：2.0（桩号0+086.32以左），127.60m～135.5m高程之间大坝边坡1：2.40（折坡线以右）和1：2.25（折坡线以左），127.60高程以下大坝边坡1：2.0。下坝坡127.60高程以上采用草皮护坡。
溢洪道拆除原有的浆砌石导墙和底板，新增C20F50砼底板和M7.5浆砌石导墙，新增底板厚30cm，底板分缝宽度为12.0m，缝间镶沥青杉木板，在溢洪道导水墙上新设踏步，以便行人。
左岸放水涵管全部挖除，重新埋设管径400mm砼管，砼管进口高程136.6m，新建斜拉涡轮插门式闸门启闭，新建启闭机房。
右岸的放水涵管挖除靠近上游面的部分进行混凝土封堵，废弃原有的拉杆滑道和闸门，在左岸原来放水管附近埋设DN300虹吸管，虹吸管采用蝶阀控制。
1.2 除险加固的必要性
2007年12月建德市水利水电局组织《石堂水库大坝安全鉴定》专家组会议，形成《大坝安全技术认定报告书》，安全鉴定报告认为大坝安全类型为三类坝。大坝存在以下主要问题：
1）大坝左右坝段坝体、坝基存在局部渗漏问题。
2）坝坡凹凸陡缓不一，局部坝坡陡的部位未达设计要求，稳定计算不符合规范要求。
3) 在大坝左坝段下坝坡上，在水库泄洪时会受到洪水顶冲冲刷，存在安全隐患。
4）坝身白蚁危害严重，虽然经多次防治，但未彻底消灭。
5）溢洪道断面不规则，一边是浆砌石导水墙，导墙无衬砌，有局部坍塌的现象。溢洪道底部凹凸不平，严重影响过流能力。泄水渠紧贴坝脚开挖未衬砌，洪水较大时，水流冲刷坝坡，存在安全隐患。
6）放水涵管分别布置在大坝的左右两边。左侧泄水涵管进水口堵塞，启闭设施不齐，老化现象严重，不能正常运行；右侧放水涵管进口侧存在渗漏问题，启闭设备不能正常运行。
石堂水库的安全运行不仅关系工程本身安危，更关系到水库下游千家万户生命财产的安危，关系到建德市社会经济的可持续发展。由于水库目前存在的种种不安全因素，影响水库的正常运行，工程效益不能充分发挥，为了确保水库防洪安全，消除工程隐患，使水库充分发挥其功能和效益，对水库进行全面彻底的除险加固是十分必要的，也是相当迫切的。
1.3 除险加固的主要内容
工程除险加固后，枢纽组成格局与原设计基本一致。工程除险加固内容主要包括：大坝坝顶加高、增设坝体防渗处理、大坝上下游坝坡放缓并分别采取预制砼块和植草护坡等护坡处理；溢洪道拆除原浆砌石底板和导墙，新建砼底板和浆砌石导墙，在水库下游新开挖泄洪渠道，改变泄洪渠沿坝脚泄洪的现状；左岸放水涵管挖除重新埋设，更新原启闭设备并增设启闭机房；右岸放水涵管封堵，在左岸放水涵管附近设置坝内虹吸管。
1.4 工程特性表
11
浙江省水利水电勘测设计院
建德市石堂水库除险加固工程初步设计报告 第1章

工程特性表
项目
名称
单位
加固前
加固后
备注

水文
坝址以上流域面积
Km2
2.3
2.3

多年平均径流总量
亿m3

加固后堰体的长度较原设计长1m和计算的差异导致复核后水位及库容较原计算略小。
多年平均流量
m3/s

水库
校核洪水位
M
144.16(P=0.33%)
143.83(P=0.2%)
设计洪水位
M
143.81(P=3.33%)
143.60(P=2.0%)
正常蓄水位
M
142.50
142.50
总库容
万m3
131
128
正常库容
万m3
110
110.

工程
效益
受益人口
人
1200
1200

灌溉面积
亩
2500
2500

主
要
建
筑
物
坝型

均质土坝
粘土斜墙坝

坝部高程
M
145.5
145.5

最大坝高
M
21.0
22.5

顶部长度
M
196.0
189.86

溢洪道型式

正槽式
宽顶堰
正槽式
宽顶堰

堰顶高程
M
142.5
142.5

进水宽度
M
19
20

单宽流量
m3
2.53
2.4

消能方式

/
底流消能

放水设施形式

放水涵管
放水涵管
虹吸管

左岸涵管进口底高程
M
135.5
135.5

右岸涵管进口底高程
左岸虹吸管进口高程
M
126.1
126.5

左岸涵管闸门直径
Mm
500
500

右岸涵管闸门直径
左岸虹吸管阀门
Mm
400
DN300蝶阀

左岸放水涵管直径
Mm
400
400

右岸放水涵管直径
左岸虹吸管直径
Mm
350
300

主要
工程
量及
材料
土石方明挖
万m3

3.12

土方回填
万m3

4.87

钢筋 水泥

总工期
月

5

经济
指标
工程静态总投资
万元

606.2

工程总投资
万元

606.2

建德市石堂水库除险加固工程初步设计报告 第2章

2 水 文
2.1 流域概况
寿昌江为新安江的主要支流，是纵贯建德市四大河流之一，俗称艾溪。寿昌江发源于建德市的三井尖东麓，在叶家铁路附近汇入新安江。寿昌江干流两岸属新安江镇城南区，境内汇入寿昌江的支流主要有大同溪、劳村溪、童家溪、乌龙溪、小江溪、南浦溪、翠坑溪等。
石堂水库位于建德市大同镇万兴村境内，该水库是一座防洪、灌溉、供水综合利用的小(1)型水库。坝址以上集水面积2.3km2，主流长度1.592km，河床坡降为59‰。
2.2 气象及降水特征
设计流域附近有建德气象站。建德气象站位于建德市新安江镇普山山顶，北纬29°29′，东经119°16′，观测场海拔高度88.9m，观测项目有气压、气温、湿度、降水、积雪、积冰、日照、蒸发、地温、风、云等。
据建德气象站观测资料统计，多年平均气温16.7℃，极端最低气温为-8.5℃，极端最高气温为42.9℃，出现在1971年7月31日。
建德多年平均降雨量1503.7 mm，主要由春雨、梅雨、台风雨组成。降雨量年内分配呈单峰型，1月份开始降水量逐渐递增，6月份到达峰值，多年平均降雨量为249.9 mm，而后降雨量逐月回落，12月份为最枯月，多年平均降雨量为45.3 mm。最大一日降雨量269.4 mm，出现在1972年8月3日。
建德多年平均风速1.5m/s，最大风速16.0 m/s，相应风向为NW。
建德站气象特征值详见表2-1。

表2-1 建德气象站特征值表

月 份
一
二
三
四
五
六
七
八
九
十
十一
十二
全年
平均气温（℃）
4.8
5.9
10.2
16.3
21
24.4
28.4
28.3
23.8
18.3
12.6
6.9
16.7
极端最高气温(℃)
27.2
28.7
33.9
36.6
37.6
38.3
42.9
42.5
40.2
36.5
30.9
24.8
42.9
极端最低气温(℃)
-8.5
-8
-2.9
0
7.4
12.3
18.2
16.2
10.4
2
-3.8
-8.2
-8.5
平均水汽压(hPa)
6.6
7.4
9.9
14.6
19.7
25
29.7
28.4
23.3
16.4
11.5
7.6
16.7
平均相对温度(%)
76
79
79
79
80
83
78
76
80
78
78
75
78
平均蒸发量(mm)
46.4
48.7
73.4
103.4
129.3
133.4
199.1
205.9
139.9
103.7
69.4
52.5
1305.2
平均降雨量(mm)
62
107.8
143.9
173.4
195.3
249.9
145.4
116.2
127.1
79.2
58.2
45.3
1503.7
最大一日降雨量(mm)
34.9
49.2
58.9
77.5
131.3
150.2
112.7
269.4
112.2
76.5
75.1
38.9
269.4
平均风速(m/s)
1.7
1.7
1.7
1.6
1.4
1.2
1.3
1.5
1.6
1.5
1.4
1.5
1.5
最大风速（m/s）
11.0
17.7
18.0
16.3
16.3
16.0
16.3
17.3
15.0
11.0
13.3
13.0
18.0
最大风速相应风向
WNW
WNW
NW
WNW
WNW
WNW
WNW
WNW
WNW
NE
WNW
WNW
NW
最大风速发生年份
1987
1981
1979
1979
1985
1972
1971
1971
1986
1978
1982
1985
1979

建德市石堂水库除险加固工程初步设计报告 第2章
2.3 工程概况
石堂水库位于建德市大同镇万兴村境内，属小(1)型水库。坝址以上集水面积2.3km2。水库正常水位142.5m，相应库容110万m3，原设计总库容131万m3，灌溉面积2500亩，受益人口1200人。
工程枢纽主要建筑物现状有大坝、溢洪道、放水设施等三部分。
原大坝为均质土坝，坝顶高程145.5m，最大坝高21.0m，坝顶宽4m，坝顶长196m。
原溢洪道位于大坝的左侧，为开敞式正槽溢洪道，堰体为宽顶堰形式。溢洪道进口宽19m，经2.5m的渐变段至宽度17.0m。宽顶堰长15m，后接泄洪渠。宽顶堰和泄洪渠底部均采用浆砌石护底，两侧均为浆砌石挡墙。石堂水库在历史上经历过一次大洪水。由于溢洪道泄洪能力不足，当地群众在溢洪道中间开挖出一条3～4.5m宽，深2m的渠道过水。
原放水设施在大坝左右坝肩处各设有一根放水涵管。其中右岸放水涵管为灌溉用水涵管，管材为钢筋砼管，涵管内径0.35m，进口高程126.1m，采用斜拉涡轮插门式闸门启闭。左岸放水涵管为泄洪涵管，管材为钢筋砼管，涵管管径0.4m,进口高程136.6m，也采用斜拉涡轮插门式闸门启闭。两处启闭设备均露天放置，未设启闭机房。
石堂水库于1958年10月开工，1959年补充设计，与1964年建成。属均质土坝，最大坝高21m。由于该水库建于大跃进时代，经过几十年的运行，现今已出现不少问题，不能正常运行。
1981年对水库加固措施主要有：进行洪水复核，按标准整修加固溢洪道，并在坝下游田间重新开挖泄水渠道，采用块石衬砌；重新整理坝坡，并用堆石回填背水面泄、灌二条渠道，放缓坝坡，加固坝脚；通过整理坝坡，从坝顶挖坑或挖洞检查坝身裂缝，摸清情况，进行翻修；在整修坝坡同时，挖除蚁穴，消灭白蚁。

本次除险加固设计流域特征值均采用水库安全鉴定成果：
流域面积 F = 2.3km2 ；
坝址至河源河长 L河源 =1.592km ；
坝址至河源坡度 J河源 =59‰ 。
2.5.2 设计暴雨
本流域没有实测的雨量、流量资料，本次设计以“浙江省短历时暴雨图集”（以下简称图集）资料为基础推求设计暴雨。根据图集规定，设计流域集水面积小于10 km2 ，可以点雨量代表面雨量。
石堂水库洪水采用暴雨推洪水的方式推求，设计暴雨采用查图集的方式得到暴雨均值和 Cs、Cv值。
根据“图集”查得设计暴雨参数，求得不同频率年最大设计暴雨成果见表2-4。
表2-4 石堂水库设计暴雨
分期
时段
H
Cv
Cs/Cv
各频率（%） 设计暴雨（mm）
0.2
0.33
0.5
1
2
3.3
5
10
20
年最大
24H
110
0.5
3.5
382
360
345
313
273
231
225
188
149
三日
155
0.5
3.5
538
506
472
423
374
342
310
257
202

由上表可知，50年一遇：H24= 273mm, H三日=374mm ；
500年一遇：H24= 382mm, H三日= 538mm。
设计暴雨日程分配：将最大24小时雨量置于第2天,第1天及第3天分别为三日雨量减去24小时雨量之差的60%和40%。
设计暴雨时程分配：暴雨衰减指数Np根据查图短历时暴雨分析、参考本流域及相近流域有关设计资料后综合确定。时段雨量计算公式如下：

式中：——为单位时段（以h计）；
——为时段数
选用暴雨衰减指数值如下：
重现期N>=100年，Np=0.6；
重现期N<100年，Np=0.65。
2.5.3 设计洪水
（1）产流计算
产流计算采用蓄满产流的简易扣损法。流域平均最大蓄水量为100mm，降雨起始时蓄水量为75mm，则初损为25mm。最大一日后损为1mm/h，其余各日后损0.5mm/h。
（2）汇流计算
流域汇流计算采用浙江省推理公式法。50年一遇设计洪峰流量65m3/s，500年一遇校核洪峰流量78m3/s。
石堂水库设计洪水成果见表2-5。年最大洪水设计、校核频率的设计洪水过程见表2-6。
表2-5 石堂水库年最大设计洪水成果表
项目
单位
各频率（%） 设计值
0.2
0.33
0.5
1
2
3.33
5
10
20
Qm
m3/s
78
73
69
65
62
53
51
41
31
Qm/F
m3/s/km2
37.6
35.1
33.3
29.7
31.2
25.4
24.7
19.9
15
W三
104m3
98
92
85
75
65
58
51
40
29

表2-6 石堂水库年最大洪水过程线
时段（h）
流量（m3/s）
时段（h）
流量（m3/s）
2%
0.2%
2%
0.2 %
1
0
0
37
3.2
5.4
2
0
0
38
3.4
5.8
3
0
0
39
3.7
6.2
4
0
0
40
4.1
7.1
5
0
0
41
4.6
8.9
6
0
0
42
5.9
12.3
7
0
0
43
8.7
21.2
8
0
0
44
15.1
78.1
9
0
0
45
64.8
12.6
10
0
0
46
8.5
8.9
11
0
0
47
5.8
7.2
12
0
0
48
3.5
0.3
13
0
0.9
49
0.1
0.3
14
0
1.3
50
0.1
0.3
15
0
1.4
51
0.1
0.4
16
0
1.6
52
0.1
0.4
17
0
2
53
0.1
0.4
18
0
2.9
54
0.1
0.4
19
1.5
5
55
0.1
0.5
20
3.2
19.1
56
0.2
0.5
21
14.1
2.9
57
0.2
0.5
22
1.7
2
58
0.2
0.6
23
1.1
1.6
59
0.2
0.6
24
1.1
3.1
60
0.2
0.6
25
1.8
3.2
61
0.3
0.7
26
1.8
3.3
62
0.3
0.7
27
1.9
3.4
63
0.3
0.8
28
2
3.6
64
0.4
1
29
2.1
3.7
65
0.5
1.3
30
2.2
3.8
66
0.7
1.8
31
2.3
4
67
1.1
3.3
32
2.4
4.2
68
2
12.6
33
2.5
4.4
69
9.3
1.9
34
2.7
4.6
70
1
1.3
35
2.8
4.8
71
0.7
1
36
3
5.1
72
0.4
0

建德市石堂水库除险加固工程初步设计报告 第4章

建德市石堂水库除险加固工程初步设计报告 第3章
3 加固设计
3.1 工程任务和规模
3.1.1 加固后的工程任务
本工程除险加固后的任务是针对水库存在的问题，通过一系列的工程措施，消除水库安全隐患，确保工程安全正常运行，发挥其设计功能，更好地为建德市大同镇社会经济的持续稳定发展服务。实施除险加固后，水库仍以防洪、灌溉和供水为主要功能。
3.1.2 加固后的工程规模
根据分析计算，工程除险加固后大坝原坝顶高程已不能满足规范要求，在原设计坝顶高程不变的基础上增加防浪墙。水库除险加固后，水库正常蓄水位不变，仍为142.5m，相应正常库容110万m3，但水库总规模略有减少，总库容由原来的131万m3减少为128万m3（库容减少的原因为①溢洪道较原堰体长度从19m增加到20m导致泄量增大，校核洪水位下降②当时的设计洪水过程线及计算的差异，导致水位及库容较原库容偏小）。本次除险加固设计洪水标准采用50年一遇，校核洪水标准为500年一遇。
3.1.3 水库调洪计算
3.1.3.1 计算原理与方法
洪水调度根据水库静库容调洪计算原理进行计算，即假定水库库容与库水位在dt时段内成直线变化，其水量平衡方程为:
(I初+I末)/2-(Q初+Q末)/2=(V末-V初)/dt
式中：I初、I末——时段dt初、末的入库流量(m3/s)；
Q初、Q末——时段dt初、末的下泄量(m3/s)；
V末、V初——时段dt初、末水库蓄水量(万m3)。
水库泄水量Q与坝前库水位Z坝有如下的关系:
Q=f(Z坝)
式中：Q与Z坝的关系将随防洪调度中采用不同的泄洪设施而定。
水库蓄水量V与坝前库水位Z坝根据库容曲线有如下的关系：
V=f(Z坝)
联解以上各式，即可求得各时段的坝前水位、水库泄水量及蓄水量。
根据上述原理，采用试算法迭代求解逐时段连续演算。即可完成整个洪水过程的调洪计算。
3.1.3.2 泄洪设施及泄流能力
石堂水库泄洪设施为正槽式溢洪道，溢洪道宽度为20.0m，堰顶高程142.5m。
水库溢洪道泄流公式如下：
Q=m × B ×（Z-Z堰）³/²
式中：m——泄流系数，取1.55；
Q——溢流堰的下泄流量(m3/s)；
B——溢流堰的净宽(m)；
Z——溢流堰堰前水位(m)；
Z堰——溢流堰堰顶高程(m)。
3.1.3.3 库水位容积关系
本次计算采用石堂水库原设计水位～库容数据，得水位库容曲线见表3-1。

表3-1 水位库容曲线
水位(m)
库容(万m3)
水位(m)
库容(万m3)
125
0
135.5
41
125.5
0.8
136.5
48.4
126.5
2
137.5
56.9
127.5
3.5
138.5
66.05
128.5
5.9
139.5
76.1
129.5
8.4
140.5
86.3
130.5
11.5
141.5
98.5
131.5
16
142.5
110
132.5
21
143.5
120
133.5
27
144.5
143
134.5
33

3.1.3.4 洪水调节原则
其洪水调节原则如下：
（1）起调水位142.5m；
（2）当库水位高于142.5m时，由溢洪道自由溢流。
3.1.3.5 洪水调节成果及比较
根据上述调洪原则以及原始库容曲线，石堂水库洪水调节成果见表3-2。
表3-2 石堂水库洪水调节成果表

项目
单位
各频率 (%)设计值
0.2
0.33
1
2
3.3
5
10
20
入库洪峰
m3/s
78
73
65
62
53
51
41
31
库水位
m
143.83
143.76
143.71
143.6
143.59
143.43
143.42
143.27
相应库容
104m3
128
126
125
123
121
120
118
116
最大泄流量
m3/s
48
44
41
36
35
28
27
21

3.2 主要加固项目
3.2.1 大坝加固
3.2.1.1大坝安全鉴定结论
（1）大坝顶高程复核计算防洪能力不能满足设计30年一遇，校核300年一遇的现行规范要求。按照《浙江省千库保安工程建设管理有关办法和规定汇编》要求，原设计洪水标准偏低。
（2）大坝沉降趋于稳定，但大坝下游坝坡稳定安全系数不满足规范要求，且坝体填筑质量较差。
（3）大坝坝体存在局部渗漏。
（4）坝体内埋设有砼涵管，对工程存在较大的安全隐患。
3.2.1.2 安全鉴定结论复核
（1）防洪能力复核
大坝为土坝，复核按30年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核，大坝设计洪水位143.81m，校核洪水位144.16m。
防浪墙墙顶高程等于水库静水位与超高之和，分别按以下运行情况计算，取其最大值：
1）设计洪水位+正常运用情况的超高；
2）校核洪水位+非常运用情况的超高；
根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）规定，坝顶应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙应高于波浪顶高程。
防浪墙顶超高按下式计算：
防浪墙顶超出静水位以上的超高按下式计算：
Y=R+e+A
式中：Y——防浪墙顶超出静水位以上的超高，m；
RP——累积频率为P=5%的波浪在坝坡上的爬高，m；
；
KΔ——坝坡护面糙率系数，取0.9；
KV——经验系数，根据数值按经验系数表确定；
KP——爬高累积频率换算系数；
m ——斜坡坡率；
h ——平均波高，m；
L ——平均波长，m；
T ——平均周期，s；
（平均波高和平均波长采用莆田试验站公式计算）

；
H ——坝前迎水面水深，m；
e——最大风壅增水高度，m；

D ——风浪吹程；
V ——水面以上10m处的风速，设计工况取24m/s，校核工况取16m/s。
d——水域平均水深，m；
β——风向与坝轴线法线方向的夹角，11°。
A——安全加高，m；按《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL251-2000)之规定确定；
计算结果详见下表3-3、表3-4、表3-5。
表3-3：风浪要素及波浪爬高计算表
计算工况
设计
校核
平均波高 h(m)
0.48
0.29
平均波长 L(m)
9.92
6.61
水域平均水深 d(m)
17.21
17.56
计算风速 V(m3/s)
24
16
风区长度 D(m)
1200
1200
KΔ
0.9
0.9
KV
1
1
M
2.5
2.5
R5%
1.808
1.145
表3-4 超高计算表
计算工况
设计
校核
风壅高度e(m)
0.004
0.002
波浪爬高R(m)
1.808
1.145
安全加高A(m)
0.5
0.3
超高小计Y(m)
2.312
1.447
表3-5 坝顶高程复核表
计算工况
设计
校核
水库静水位(m)
143.81
144.16
超高小计(m)
2.312
1.44
计算坝顶高程(m)
146.12
145.6
防浪墙高程(m)
145.5
洪水复核
不满足
不满足
由上表可知，水库现状坝顶高程不能满足防洪要求。
（2）大坝上下游坝坡稳定复核
本工程大坝为均质土坝。根据《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001，坝坡抗滑稳定计算方法采用瑞典圆弧滑动法，本次验算应用程序为《理正软件》
坝体材料参数参照当地其它类似工程取用：
天然重度ω0=18.9kN/m3 干容重ρd=15.0kN/m3
土颗粒比重Gs＝2.71g/cm3
固结快剪凝聚力c＝19.0kPa 固结快剪内摩擦角φ=21°
计算工况
根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)规定，大坝稳定计算主要考虑以下几种工况
a. 正常运用条件（1）：水库水位处于设计洪水位（143.81m）下的稳定渗流期下游坝坡稳定；
b. 正常运用条件（2）：水库水位从设计洪水位（143.81m）骤降到正常蓄水位（142.5m）时上游坝坡稳定；
c. 非常运用条件（1）：水库水位处于校核洪水位（144.16m）下的稳定渗流期下游坝坡稳定；
d. 非常运用条件（2）：水库水位从校核洪水位（144.16m）骤降到正常蓄水位（142.5m）时上游坝坡稳定。
计算成果
大坝坝坡抗滑稳定计算成果见表3-6。
表3-6 拦河坝坝基抗滑稳定计算成果表
计算工况
安全系数K
【K】
正常运用条件（1）
1.26
1.30
正常运用条件（2）
1.43
1.30
非常运用条件（1）
1.17
1.20
非常运用条件（2）
1.29
1.20
从表3-6可知，在设计洪水位和校核洪水位的稳定渗流情况下，下游坝坡稳定不符合规范要求。
同时实测坝体地形图发现，坝顶附近迎水坡没有护坡，受风浪冲刷后明显偏陡，最陡处不到1:1.6，可能存在局部滑坡危险。
3.2.1.3 存在问题原因分析
石堂水库存在以上问题的主要原因是大坝建设年代较早，建设时选取土料较差，碎石含量较高，土料含水量过大，大坝坝体采用的是人工滚碾、蛙式夯打压实，坝体填筑质量较差，碾压不实，有松土层，这些原因导致了局部渗漏的存在和大坝坝顶沉降量较大，难以满足防洪要求。
迎水坡偏陡的主要原因是坝坡未设护坡，受到水库风浪的侵蚀，在水位变动区发生局部的坍塌，长年累月之下使迎水面靠近坝顶处坝坡偏陡。
背水坡偏陡的主要原因一是大坝坝体填筑质量较差，碾压不实，存在较大沉降。二是大坝背水坡没有设置排水沟，雨水直接冲刷坝坡，造成局部水土流失严重，使坝坡偏陡。
3.2.1.4 大坝加固的主要内容
大坝坝顶加设防浪墙、增设坝体防渗处理、大坝上下游坝坡放缓并分别采取预制砼块和植草护坡等护坡处理
3.2.2 溢洪道加固
3.2.2.1 溢洪道主要问题及复核
溢流堰右岸导水墙材料为浆砌块石加砂浆抹面，溢洪道底板也为浆砌块石护底。底板由于厚度薄破损严重，浆砌块石边墙损毁严重，多处出现裂缝，局部已经坍塌。为保证结构安全，溢洪道需整修加固。
因缺少溢洪道原结构设计资料，难以进行稳定复核计算。本次除险加固主要从工程运行情况、现场检查进行分析。
本工程原溢洪道泄洪渠位于大坝坝脚，从工程布置分析存在缺陷。历史上曾经发生过一次大的洪水，由于溢洪道泄洪能力不足，给当地群众带来了较大的损失。
经现场检查发现，现有导水墙与挡墙均为浆砌块石砌筑，施工质量差；溢洪道断面已极不规则，浆砌石导水墙有局部坍塌溢洪道底部也凹凸不平，村民已把溢洪道作为日常进出道路；由于溢洪道泄洪能力不足，当地群众在溢洪道中间开挖出一条3~4.5m宽，深2m的渠道过水，控制水库水位，使水库不能达到正常蓄水要求；泄水渠紧贴坝脚开挖未衬砌，洪水较大时，水流冲刷坝坡，存在安全隐患。
复核结论：溢洪道堰体凹凸不平，过流能力不满足设计要求，导水墙与泄洪渠挡墙结构不稳定。缺少消能设施，存在安全隐患。
3.2.2.2 溢洪道加固的主要内容
溢洪道拆除原浆砌石底板和导墙，新建砼底板和浆砌石导墙，在水库下游新开挖泄洪渠道，改变泄洪渠沿坝脚泄洪的现状，增设消能设施。
3.2.3 放水设施加固
3.2.3.1 放水设施主要问题及复核
大坝左右岸各设有一条坝内埋管，左岸埋管管身为φ40cm圆形素砼管，右岸埋管管身为φ35cm圆形素砼管。这两条涵管管身材料强度低，混凝土标号仅140号、顶部厚度只有10cm，同时是否设置有截水槽、管基条件如何不得而知。涵管进口采用插板式闸门控制，斜拉杆及启闭设备破损严重。
本次复核认为，坝内涵管结构不稳定，对大坝安全存在较大的隐患。
3.2.3.2 放水设施加固的主要内容
左岸放水涵管挖除重新埋设，更新原启闭设备并增设启闭机房；右岸放水涵管封堵，在左岸放水涵管附近埋设DN300虹吸管，虹吸管基础要求座落在基岩上。
3.3 设计依据
3.3.1 工程等别及建筑物级别
3.3.1.1 工程等别与建筑物级别
石堂水库除险加固后总库容为128万m3，正常库容110万m3，灌溉农田面积2500亩。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）确定本工程为Ⅳ等工程，水库为小（1）型水库。枢纽主要建筑物拦河坝、溢洪道及放水建筑物为4级，施工临时建筑物为5级。
本次除险加固主要内容有：大坝加固、溢洪道加固和放水建筑物改造等。
3.3.1.2 洪水标准
石堂水库原设计洪水标准：主要建筑物设计洪水标准为30年一遇，校核洪水标准为300年一遇。根据《防洪标准》（GB50201-94）和《水利水电工程等级划分和洪水标准》（SL252-2000）规定，4级建筑物土石坝设计标准为30～50年一遇，校核标准为300～1000年一遇，结合本工程的实际情况及《大坝安全技术认定报告书》的结论确定各建筑物洪水标准如表3-7。
表3-7 建筑物洪水标准表
项 目
洪水标准【 重现期（年）】
设 计
校 核
大 坝
50
500
溢洪道及放水建筑物
50
500
消能防冲建筑物
20
\

3.3.2 设计基本资料
3.3.2.1 水库安全鉴定主要结论
石堂水库建成运行已经40多年，工程发挥出了原有的设计功能。但目前主体工程存在较严重的安全问题，主要建筑物如拦河坝、溢洪道、放水设施均存在安全隐患，水库已不能正常运行，根据石堂水库安全鉴定报告水库定为三类坝。存在的主要问题如下：
1）大坝左右两侧坝体、坝基存在局部渗漏问题。
2）坝坡凹凸陡缓不一，局部坝坡陡的部位未达设计要求，稳定计算不符合规范要求。
3）坝身白蚁危害严重，虽然经多次防治，但未彻底消灭。
4）溢洪道断面不规则，一边是浆砌石导水墙，导墙无衬砌，有局部坍塌的现象。溢洪道底部凹凸不平，严重影响过流能力。泄水渠紧贴坝脚开挖未衬砌，洪水较大时，水流冲刷坝坡，存在安全隐患。
5）放水涵管分别布置在大坝的左右两侧。左侧泄水涵管进水口堵塞，启闭设施不齐，老化现象严重，不能正常运行；右侧放水涵管进口侧存在渗漏问题，启闭设备不能正常运行。
3.3.2.2 工程任务
石堂水库是一座以灌溉、供水为主，兼顾防洪的小（1）型水库。水库灌溉农田面积2500亩，供水人口1200人。
石堂水库除险加固工程的任务是对石堂水库主要建筑物进行除险加固，确保水库的安全，保证发挥其原有设计功能。
3.3.2.3 特征水位和流量
拦河坝的特征水位及流量见表3-8。
表3-8 拦河坝特征水位及流量表
洪峰流量
（m3/s）
下泄流量
（m3/s）
坝前水位
（m）
备 注
62
36
143.60
P=2%（设计）
78
48
143.83
P=0.2%（校核）
3.3.2.4 地震动参数
根据国家质量监督局发布的《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）,石堂水库位于地震动峰值加速度<0.05g区域，地震动反应谱特征周期为0.35s(按1区中硬场地考虑)，抗震设防烈度＜6度。
3.3.2.5 建筑材料特性及设计参数
本次除险加固材料：浆砌块石，容重为23.0kN/m3，容许压应力：2.3MPa。
钢筋砼容重为25.0kN/m3，砼为C20砼，容重为24.5 kN/m3，钢筋为Ⅰ级钢、Ⅱ级钢。
砼、钢筋的设计参数详见表3-9、表3-10。
表3-9 砼设计参数表
砼强度
等级
轴心抗压强度
（MPa）
轴心抗拉强度
（MPa）
弹性模量
（MPa）
剪切模量
（MPa）
泊松比

C20
10.00
1.10
25500
10200