关键词：公路 设计 选线 方案
引言
台山核电厂淡水水源工程的新松水库位于台山市赤溪镇的曹冲河，水库距台山市约60km，距台山核电厂约15km。坝址距新台高速浮石立交出口约28km，距西部沿海高速都斛出口约18km，现有外部交通条件较好。台山核电厂淡水水源工程通过在曹冲河建设水库，用输水管道将淡水输送至核电厂淡水厂，拟建进库道路连接水库坝址与台山核电厂的进场道路。目前，从旧赤溪镇到水库坝址，只有一条长约8km的简易泥结石道路可走。但该现有简易道路等级低，平面弯道多、转弯半径小、会车时错车困难，不能满足本工程施工期与运行管理期的交通使用要求，故须对进库道路进行配套建设。
1进库道路技术标准的确定
1.1道路等级标准的确定
进库道路是台山核电厂淡水水源工程的专用道路。经过对枢纽日常交通量的分析，对于设计水平年，预计对外交通道路的双向通行交通量小于1000辆/日。双车道四级道路可满足本工程施工高峰期的最大交通量。考虑工程的建设规模、重要性和施工期车辆交通情况，根据规范要求，结合当地实际情况，经综合分析，进库道路按四级公路标准设计。
1.2路线主要设计指标确定
进库道路按四级公路标准设计，设计速度为20km/h，设两车道，路面宽为6.0m，每侧土路肩宽为0.5m，路基宽7.0m。根据交通量组成与项目交通量、地质条件及主体工程施工的具体特点，施工期间行驶施工运输车辆较多，故采用高级路面。汽车荷载等级按公路等级采用公路-Ⅱ级，并采用施工运输车辆的实际最大荷载（约50t）进行复核。路基设计洪水频率参照《公路路基设计规范》（JTGD30-2004）的规定，路基设计洪水频率为1/25。
1.3道路横断面结构型式
进库道路路面结构：采用水泥混凝土路面。路堑挖方边坡根据地质报告资料，按岩体风化程度不同来选取相应的开挖坡比值。挖方边坡高度大于10m时，采用分级边坡，第一级边坡高度为8m，其余每级均为10m。路堤填方边坡填筑坡比值根据路基填料种类、地形等条件而定。第一级边坡坡比采用1:1.5，第二级至起其坡比采用1:1.75。地面横向坡度较陡路段在路堤下方设置挡墙，其中涵洞则与挡墙结合。
2进库道路路线方案设计比选
2.1选线原则
选择路线方案进行初步设计时需要充分利用地形、地势，尽量少出现回头弯；
选择地质稳定、水文地质条件好的地带通过，避开软基、泥沼、排水不良的低洼地等不良地段，避免穿过密集居民区、村庄；少占耕地、少拆迁，多利用山地，有条件的地方结合现有道路，使路线总里程较短、地形坡度较平缓、转弯舒顺；减少开挖量，避开高边坡等地段，减少水土流失；结合主体工程建筑物布置。
2.2路线方案布置
根据以上选线原则，及道路技术标准的约束，结合核电厂规划进场道路、主体工程建筑物布置及现场地形等具体情况，本阶段初步拟定设计了2条进库道路路线方案，其示意图见图2.2-1。
图2.2-1进库道路路线方案示意图
路线1：从核电厂规划进场道路东阳村南曹冲小学附近接入，经约0.2km海边虾蟹塘边后，沿曹冲河约2.2km，绕过新松村沿曹冲河约1.5km，经西坑，沿山边爬坡约0.8km至水库坝址左坝头，经大坝沿库边0.9km至输水隧洞进口。该路线全长约5.6km，其中0.2km为海边路，3.7km为原河边村路改造，1.7km为新建山边公路。
路线2：从核电厂规划进场道路南阳村南附近接入，经约0.2km海边虾蟹塘边后，沿原村路约1.4km至山边村，过村后沿山边小路0.8km，沿山边爬坡约0.7km至水库右岸垭口，沿库边经0.65km至坝址右坝头；另从垭口修支路0.25km至输水隧洞进口。该路线全长约4.0km，其中0.2km 为海边路，2.2km为原村路改造，1.6km为新建山边公路。
依据确定的道路技术标准根据选线原则对两个路线布置方案在已有1：2000地形图上进行设计并计算路面工程、路基土石方工程、路基防护工程等主要工程的工程量并形成工程量清单，对各路线方案估算其投资。
各路线方案特性见表6.5-1，各路线方案估算投资比较见表6.5-2。
表2.2-1进库道路路线方案特性表
2.3路线比选
由表2.1-1及表2.2-1可知：
从布置上看，路线1和路线2均有局部海边道路连接核电厂进场道路，距核电厂均较远，并需要进行软基处理。其中路线1沿曹冲河边，目前现有道路高程在3m～4m之间，曹冲河10年一遇洪水位高程为6.8m，25年一遇洪水位高程为8.0m，路面高程需加高5m左右，且需要按堤防标准建设，涉及水利设施等其他复杂问题；路线2长度最短，并利用现有的村路，线路较顺畅；从征地移民上看，路线1需要征用路边田地，路线2需要拆除少量房屋；从施工条件上看，路线2最短，但道路施工有可能受当地村民交通影响；从投资上看，路线2投资最少，比路线1少1810万元；综上所述，路线1的其中一段经过曹冲河边，其路面需按堤防的防洪标准进行加高，征用农田较多，涉及水利设施等其他复杂问题；路线2的路线需穿过村庄，但结合主体建筑物布置最合理，长度最短，路线较顺畅，投资最少。经综合比较后，推荐路线2为进库道路的首选方案。
3 结语
台山核电厂淡水水源工程进场道路外部交通条件较好，道路功能特殊，在明确道路的功能后由确定的道路技术标准，按照基本选线原则拟定设计出2条进库道路路线方案，通过方案比较发现路线2对结合主体建筑物布置最合理，长度最短，路线较顺畅，投资最少是符合本道路工程投资和运输效率的路线设计方案。
作 者 简 介
关键词：库周道路，三原原则，低等级
Abstract: in order to realize the gorge water control project in the overall construction lechang goal, coordinate with reservoir resettlement in the submerged area of the work, according to the general command gorge lechang construction requirements, the library weeks as emergency special project road, following the principle of extrattrestrial "to carry on the design, design standards for mud stone pavement simple road cycling trails. This article through the library weeks road design process generalizations, low level of road design points are discussed.
Keywords: library weeks road, the principle of extrattrestrial, low level
中图分类号：TV文献标识码：A 文章编号：
1引言
乐昌峡枢纽水库的正常蓄水位为154.5m高程，比蓄水前的武江天然水位壅高五十多米。故水库蓄水后，水库左、右岸的大部分现有道路将被淹没或受淹没影响。库周沿线为林场，零星分布有村庄、小学、小水电、武警部队驻地、电力与通讯设施等，库区两岸的现有道路是当地群众生活、生产与交通出行的主要陆路通道，另外，库周沿线布置有管埠集中安置点、白鸡滩集中安置点及许多分散的移民安置点，移民安置点的施工设备、建筑材料运输与移民搬迁等也需利用该库周道路。尤其是施工围堰挡水后，10年一遇洪水淹没线以下的库区移民必须提前搬迁。水库蓄水前，为了便于主体工程施工使用，并有利于按期完成移民的搬迁安置工作，减少因淹没道路而需对部分移民进行额外搬迁安置；水库蓄水后，便于两岸居民的交通出行，便于库区客运、木材运输、汛期防洪抢险的交通使用，便于当地的社会经济协调发展，因此对水库蓄水淹没区的库周道路进行新建或垫高恢复并尽早建成交付使用是非常必要与迫切的。
2设计要点
水库蓄水后，左岸的京广旧铁路、大源镇、大源镇至大长滩简易道路大部分路段、从九峰水口附近至坪乐公路的部分机耕路及其它零星分散的机耕路与连接便道将被淹没或受淹没影响，需进行道路恢复；右岸从坪石镇至乐昌市沿武江边的永新路大部分路面高程低于淹没线，也需进行道路恢复。
2.1库周道路建设内容
结合水库蓄水后的淹没外包线，经过前期对原有交通现状的详细勘查，由于沿武江两岸地形陡峭、条件局限，路线基本是沿两岸山坡布置，方案较为单一，路线位置可基本确定下来。
库区左岸：新建库周道路总长26.824km；
库区右岸：新建库周道路总长42.438km。
新建桥梁：左岸大长滩中桥（48m）；右岸年九坑中桥（32m）、洪源中桥（48m）、太坑河中桥（80m）、庙坑河中桥（60m）；连接左右两岸的新秦过江大桥（165m）。
2.2选线原则
新建道路拟定路线时主要考虑以下几条原则：
（1） 应满足库区居民生活、生产及防汛抢险的要求，尽量结合移民安置点布置，有利于道路的布置与衔接；
（2） 充分利用地形、地势；
（3） 选择地质稳定、水文地质条件好的地带通过，尽量避开软基、泥沼、排水不良的低洼地等不良地段；
（4） 路线总里程较短、地形坡度较平缓、转弯舒顺；
（5） 尽量减少环保方面的不利因素；
（6） 尽量避免大开挖，尽量减少弃渣，避开高边坡等地段，减少水土流失。
2.3设计标准
根据《水利水电工程建设征地移民设计规范》（SL290-2003）及《公路工程技术规范》（JTG B01-2003)，结合日常交通量、行车安全、经济等因素以及当地实际情况，对受淹没影响的库周道路，按原道路标准（为单车道简易道路）进行恢复：
（1） 原路面高于淹没线的路段，仍然保留，并考虑库周道路施工期间的维修养路费用；
（2） 原路面淹没路段，在淹没线以上地带重新布置新建道路，路面结构采用厚20cm的级配碎石垫层与厚20cm的泥结石路面，行车道路面宽3.5m，路基宽4.5m，靠山坡侧增设边沟、另一侧设置柱式C25砼护栏；
（3） 根据现场地形每隔300m左右设置一处错车道，错车道的泥结石路面宽6.0m，路基宽7.0m，错车道长度为30m，并选择有利地点设置回车场。
汽车荷载等级：公路－Ⅱ级。
路基设计洪水频率：参照《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）的规定，库周道路的路基及桥涵设计洪水频率为20年一遇，库区新秦过江大桥设计洪水频率为50年一遇。
2.4线型设计
（1）平面线型：按照路线设计规范，根据平曲线半径与超高值的关系来设置平曲线的超高值。
按公路等级，路面采用第1类加宽标准设置加宽值。
本路线超高缓和段长度与加宽缓和段曲线长度一致。
（2）纵面线型：纵断面拉坡及横断面设计过程中，注意控制土石方的挖填平衡，发现局部路段挖填方过大，则重新调整路线平面、纵断面，力求设计过程中挖填土石方尽可能平衡。
2.5路基边坡设计
路堑挖方边坡：由于沿线山坡地形较陡，大部分坡度陡于1:1，因此新建道路均采用路堑形式。根据地质情况，按岩体风化程度不同来选取相应的边坡值。弱、微风化坚硬岩质边坡采用1:0.3；强风化岩质边坡采用1:0.5，对特殊路段采用挂网锚喷混凝土护坡加固措施。路堑土质边坡一般采用1:0.5，对特殊路段采用挂网土钉喷混凝土护坡加固措施。若边坡地质条件差时，适当放缓至1:1进行开挖。挖方边坡高度大于10m时，采用分级边坡，第一级边坡高度为8m，其余每级均为10m。如果第一级边坡岩性为硬质岩时，第一级边坡高度可为10m～12m。每级之间设一边坡平台，一般边坡平台宽为1m，但边坡高度超过20m时，边坡平台宽为2m。
路堤填方边坡：填方边坡根据路基填料种类、地形等条件而定。低填方路基（≤8m）边坡坡比采用1:1.5。在地面横坡陡于1:5的填方路段，做内倾2%的台阶处理，台阶宽度不小于1m。地面横向坡度较陡路段在路堤下方设置挡墙，其中涵洞则与挡墙结合。
2.6路基防护
（1）路堑挖方边坡防护：
对于路堑挖方高边坡，采用分级边坡防护。根据边坡岩土性质、坡比及坡高情况，对岩质边坡较陡且岩石较破碎的特殊路段，进行挂网锚喷混凝土护坡；对土质边坡的特殊路段，采用挂网土钉喷混凝土防护或砼框格护坡。局部出现黄粘土滑坡段采用M7.5浆砌石挡墙支护。边坡高度超过20m时，边坡平台宽为2m。
（2）路堤填方边坡防护：
对于路堤填方边坡，在正常蓄水位154.5m高程以下边坡坡面采用浆砌石护坡进行防护，154.5m高程以上边坡坡面则采用植草或铺草皮防护。
2.7桥梁设计
库周道路沿线的中桥，按照路线走向结合实际地形布置，桥梁法线尽量与水流方向平行，并且在满足过流前提下使跨度尽量最小，以达到经济的目的。为了尽可能利用标准图集的设计资料，各中桥采用标准化跨径进行设计。为了节省投资，中桥采用预应力砼简支空心板桥与桩柱式墩台的结构型式。按规范要求，桥梁设双车道，全桥宽7.5m =6.5m(桥面净宽)+2×0.5m(护墙宽)，不设人行道，桩基采用嵌岩桩。具体设计为：左岸大长滩中桥为3跨16m、右岸年九坑中桥为2跨16m、洪源中桥为3跨16m、太坑河中桥为3跨16m、庙坑河中桥为3跨20m的预应力砼简支空心板桥。中桥的结构型式安全耐用、施工方便、景观协调。各中桥采用统一的结构型式还能大大提高设计效率。
经过水文、地质、河道断面等多方面综合考虑选定桥址以及多方案论证比较后，确定新秦过江大桥主桥上部结构为三跨现浇预应力混凝土连续刚构桥，全桥跨径组合为45m+65m+45m，加上右岸现浇空心板连接跨10m共长165m(不含桥台搭板长)。在桥台处各设一道仿毛勒式D120型伸缩缝。桥宽8.5m，为单箱单室结构。下部结构主墩采用双肢薄壁墩身，墩高40m，墩身截面采用矩形截面，肢距320cm，单肢墩身纵桥向宽80cm。
桥面布置：桥面设双车道，桥面净宽为6.5m =2×3.0m(行车道宽)+2×0.25m(侧向宽度)。桥梁两边各加1.0m宽的人行道，人行道高出桥面0.48m。桥梁全宽8.5m=6.5m(桥面净宽)+2×1.0m(人行道)，设置双车道。
桥面纵坡和竖曲线指标：纵断面为平坡。
桥面横坡：由桥面铺装形成1.5%双向横坡。
桥面高程：根据通航水位、桥下净空与梁高，并考虑受风浪的影响，中心桥面高程为166.0m。
新秦过江大桥结构外观优美、接缝少、刚度大、变形小、自重小、整体安全性好、抗震能力强、行洪通航条件好、施工占地少、施工方法先进、施工工艺成熟、工期有保证、投资少等优点。
2.8涵洞设计
沿线根据集雨面积与汇流量大小及实际情况设置钢筋混凝土圆管涵、盖板涵或箱涵，涵洞出口尽量高于水库蓄水位以保证涵洞排水顺畅，因此大部分涵洞基础需在回填方上进行施工。要求基础部分采用石渣进行填筑并分层碾压密实至设计高程。涵洞出口至填方坡脚的坡面采用浆砌石进行防护以保证路基的稳定。若设置涵洞的冲沟不是太深，则设置路肩挡土墙与涵洞进行结合防护。
关键词： 小型水库； 除险加固； 设计
中图分类号： TV697.3 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2012）01-0040-02
永寿县现有小（一）、小（二）型水库14座，其中：小（一）型水库4座，小（二）型水库10座。这些水库在农业生产、人民生活用水和工业用水、养殖业以及防洪等方面发挥着重要作用。然而，由于这些工程大部分建于50-70年代，工程运行时间长，淤积严重，许多水库都不同程度存在一些病险问题，特别是上世纪六七十建成的水库问题尤为突出，一直成为水利行业的工作重点之一。现以永寿县三分岔河水库为例对水库除险加固及运行管理上存在问题和解决的对策进行了分析。
一、水库概况
三岔河水库位于永寿县三岔河中游的御驾宫乡营里村，距县城12公里。三岔河是泔河左岸的一条支流，地处渭北黄土高原沟壑区，植被较差。沟道全长15km，流域面积62.5km2，沟道平均比降23.2‰。三岔河水库位于三岔河下游，控制流域面积52km2，坝址以上沟道长13.75km，沟道平均比降42‰。
水库始建于1976年，土坝工程从1976年10月动工，于1977年9月份全部填筑完毕。溢洪道1978年衬砌了陡坡和消了池，1982年5月对剩下96m未衬砌平流段进行了衬砌。放水设施和大坝同期完成。受当时政治条件和技术力量限制，由当时永寿县水电局边勘察、边设计，由民工大会战完成的水库工程。是一座典型的“三边工程”。由于原设计标准低，施工质量差，近40年来，一直带病运行，存在多处隐患。整个工程的病险状况已经十分严重。
2008年12月，咸阳市水利局组织有关专家对三岔河水库大坝进行了安全鉴定，鉴定结论为三类坝，并建议“尽快完成除险加固，使大坝能够安全、正常运行”。
水库由大坝、溢洪道、放水洞组成，属Ⅳ等小（1）型水库，主要建筑物4级，地震设防烈度VI度。原防洪标准为按30年一遇设计，300年一遇校核。水库原设计总库容193万m3，其中有效库容110万m3，死库容20万m3，滞洪库容63万m3。设计正常蓄水位926.00m，校核洪水位928.50m。
大坝为碾压式均质土坝，原设计坝顶高程929.00m，最大坝高26m。坝顶宽2.5m，坝顶长121m。上下游坡分别设有两级戗台。下游坡脚设有排水棱体。
溢洪道位于大坝左岸，为河岸开敞式，溢洪道进口高程926m，长199.2米，总落差22.96m。其中平流线长96m，宽15m，设计水深2.0m，校核水深2.5m；陡坡长80m，比降1%，宽11.5m，墙高2.0m，比降为0.25；消力池长20.75m，深1.5m，尾墙宽2.45m，全部用块石衬砌。
卧管和涵洞夹角为60°，卧管共有20个台阶，每个台阶高0.4m，每个台阶1个孔，孔径上口0.3m，下口为0.25m。涵洞全长96m，底宽0.8m，高0.8m，涵洞顶部为半圆形，半径为0.4m，洞底比降1%，流量0.23m3/s。
二、工程存在的主要问题
目前水库大坝主要存在以下问题：
1.大坝迎水坡及背水坡坡面局部出现冲沟和塌坑；坝后排水棱体石块风化固结严重，且排水棱体淤积堵塞，左坝肩存在绕坝渗漏；坝面排水系统不完整，现有排水渠冻融损毁，衬砌破坏严重，排水不畅。
2.溢洪道砌石风化滑塌严重，两岸高边坡没有按稳定进行边坡削坡处理，土体大量滑塌，大量土方堆积在溢洪道内,影响了溢洪道的正常泄洪。进口右岸侧墙因长年垮塌，现仅剩余不到2.0m宽的墙体，且多出存在裂缝。陡坡段砌石底板冲毁、风化严重，陡坡段末端右岸边坡绕坝渗漏。
3.水库年久失修，多年淤积，放水卧管几乎淤死，最大淤积高度达7.0m左右。放水涵洞出口引水渠因坝后高边坡滑塌而被掩埋，涵洞出口退水渠冲毁破坏严重，现已在坝后坡脚处形成深约2.0m，宽1.5m的冲沟，直接威胁大坝安全。
4.无监测系统、水情测报系统、无防汛抢险硬化道路。
三、水库除险加固的必要性
1.防洪减灾的需要。三岔河水库地理位置十分重要，担负着水库下游马坊镇仇家村、郭门村及御驾宫乡营里、御西、御中、庄头、寨子、九龙咀等村的防洪安全，使下游河道内耕地免受洪水威胁；灌溉方面，三岔河水库为当地2500亩农田提供灌溉生产用水，为当地农业增产及灌区农民脱贫致富奔小康发挥着重要作用。总之，三岔河水库综合效益显著。所以该水库对下游的防洪相当重要。
2.水库正常运行的需要。三岔河水库原设计总库容193万m3，有效库容110万m3，正常蓄水位926.0m。水库建于70年代，因工程设计标准低，施工质量差，且多年来工程管理和维护不到位，枢纽建筑物多处存在安全隐患，使水库一直带病低水位运行，没有发挥应有的工程效益。
3.满足工程安全运行的需要。三岔河水库属Ⅳ等小（1）型水库，主要建筑物4级，地震基本裂度为VI度。水库原按30年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核，因水库属“三边”工程，工程建设标准低，质量差。现有坝体损坏严重，溢洪道因淤积造成泄洪能力不足，放水洞坍塌，放水设施失效，这些隐患给下游人口、耕地及公路交通带来潜在的威胁，严重影响当地农业、工业及交通运输业的发展。
4.水资源充分利用的需要。三岔河水库是永寿县很重要的农业生产的水利灌溉设施，给三岔河灌区0.25万亩农田提供灌溉水源。渭北地区缺水严重，为充分利用有限的水资源，保证三岔河灌区的农田稳产、高产，促进灌区经济发展和社会稳定，尽快实施三岔河水库除险加固是十分必要和紧迫的。
四、水库除险加固工程设计
（一）大坝加固工程
大坝加固工程主要包括排水棱体改建、坝顶加固、大坝上、下游护坡加固、坝面排水改建及左坝肩防渗处理等工程。
1.大坝下游坝体排水改建工程。由于原排水棱体部分掩埋并且淤堵严重，以失去功能，本次加固拆除原排水棱体在原位置新建排水设施。新建排水体顶高程905.69m，顶宽1.5m，为棱体排水，上游坡比为1∶1，下游坡比为1∶1.5。
2.大坝坝顶改造设计。实测坝中坝顶高程为929.07m，宽2.7m，本次经复核计算现状坝顶高程不满足防洪要求，为了降低工程造价本次设计不加高坝顶顶高，采用坝顶上游增设C25钢筋砼防浪墙，满足防洪需求。防浪墙顶宽0.3m，高0.9m，墙顶高程为929.97m。由于坝顶过窄，无法满足防汛抢险需要，如果仅是为了增加坝顶宽度采用培厚坝坡工程量较大，不经济。本次设计结合上游设置防浪墙，在下游侧设置M7.5浆砌石挡土墙，将坝顶加宽至3.5m。坝顶道路为3.5m宽泥结碎石路面，路面为15cm厚的泥结碎石，路基为12cm厚砂砾石垫层。
3.大坝上、下游护坡设计。本次设计在上游增设干砌石护坡，护坡下做砂砾石保护层。加固平整下游坡面，设草皮护坡，改建坝面排水渠。
4.左坝肩渗漏出口反滤设计。左坝肩坝后渗漏出口处增设砂砾石反滤层，保护渗漏出露点砂砾石层，提高稳定性。对出口处高程912.0m以上范围边坡削坡处理。912.0m~919.0m范围内做M7.5浆砌石护坡。护坡内填砂砾石反滤层厚20cm，底部间隔1.5m设φ50PVC排水管，渗水经排水管排入溢洪道。
（二）溢洪道改造工程
针对溢洪道目前存在的问题，改造内容如下：
1.清除溢洪道内原施工弃渣、弃土及塌岸堆土等；
2.对损毁的砌石边坡按计算高度重新砌护，对进口右岸的边墙延伸至坝侧。其余砌石段重新进行勾缝处理。
3.对陡坡段原砼底板和消力池底板进行加固处理,在原底板上加锚筋并浇筑30cm厚的C25钢筋砼，以提高抗冲能力。
4.对溢洪道左岸高边坡进行削坡治理。
（三）放水设施改建工程
1.卧管改造设计。本次改造仅对淤积高程925.00m以上卧管进行改造，卧管台阶高度由0.4m改为1.0m，共改造两级台阶，水平放水圆孔改为立式放水方孔，增设铸铁放水闸门及配套启闭设备。
2.输水洞加固设计。原放水涵洞采用块石砌筑，经多年运行，放水洞基本完好，但目前涵洞内局部存在破损、裂缝现象，本次加固拟采用M7.5水泥砂浆对裂缝封堵，然后表面抹平。对涵洞壁存在的裂缝用水泥砂浆封填处理，用水泥砂浆回填、压实、抹平。
（四）防汛道路改造工程
该防汛道路是在原有土基的基础上整修，全线长2940m。经复核原路线转弯半径等基本符合规范要求，所以整修道路基本维持原路线不变，仅对局部进行调整，最大纵坡不大于10％。路基宽度维持原路基宽度不变。路基宽度4.5m，路面宽3.0m，路面结构由两部分组成：泥结碎石面层（厚150mm）及级配碎石基层（厚120mm）。
（五）大坝安全监测工程
重新布设大坝变形监测网，增设大坝渗流观测，完善大坝相应的观测设施。
（六）工程管理
三岔河水库现由永寿水利局管理，共有管理人员5名，其中工程师1人，助工2人，技术员2人。根据水库管理人员编制规定，本次维持管理人员5人不变。
五、国民经济评价
水库加固改造后，保证了大坝的正常安全运行，经计算，年防洪减灾效益为46万元，灌溉效益为13.2万元；本工程的内部收益率为10.1%，大于经济基准收益率8%；经济净现值58.53万元，大于零；经济效益费用比1.10，大于1.0。可见实施本工程项目具有一定的社会效益，国民经济评价是合理的。
关键词：水口庙水库大坝出险加固
水口庙水库是重庆南川区北部山区一座以农田灌溉为主,兼有防洪、养殖等综合利用功能的小（二）型水利工程，位于南川区黎香湖镇东湖村水口庙，所在河流属长江水系油江河上游黎香溪支流。水库控制集雨面积1.65km2，总库容81.9万m3，正常库容65.3万m3。水口庙水库建设的任务是灌溉白沙镇的农田。水库枢纽由大坝和放水涵（卧）管等建筑物组成。枢纽工程等别为Ⅴ等，主要建筑物为5级，设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准为200年一遇，次要建筑物为5级。
该库建造在特定年代，1957年动工兴建，完全采用人工土法施工修建，1958年6月竣工，投入运行以来，枢纽工程相继出现了较多问题。
一、工程现状
1、大坝
水口庙水库大坝为均质土坝。工程于1957年破土动工，在无设计资料、地质勘探资料的情况下，由土溪乡组织受益公社农民以“大突击”方式于1958年6月完成此工程。完成最大坝高14.26m，坝顶长57m，坝顶宽3.5m，坝顶高程为798.26m。上游边坡为1:1.5，下游坝坡设有变坡,坡比从上至下分别为1:1.5。下游坡面为草皮护坡，运行至今大坝存在一些问题：a、上游坡面冲刷严重，无坝面排水设施和观测设施，上、下游坝坡较陡，有白蚁危害。b．大坝浸润线逸出点较高，坝体填筑压实不均匀，坝体土料渗流系数较大；坝基清基不完善，坝体与坝肩的结合部漏水严重。c．大坝上游未做护坡、没有建立大坝原型观测设施，无坝坡排水设施。
2、溢洪道
当时没有进行设计直接修建的，没有考虑到大坝的泄洪量，因此该大坝没有设置溢洪道，到现在为止，该大坝不能满足永久泄洪的要求。如果发生洪水，光靠取水建筑物放水，是不能保证大坝的安全的。
3、取水建筑物
放水设施位于大坝左岸，由放水涵卧管组成，为阶梯式盖板闸分层取水，放水孔直径2×0.25m，最大放水流量0.16m3／s。放水卧管有横向裂缝1处，涵管由于年代已久，没有进行修复，导致很多地方都出现漏水现象。
4、水库管理房已成危房
工程管理房属危房，进库4.0km的防洪抢险公路不畅，无防洪通讯线路。
5、大坝枢纽缺乏必要的安全监测设施
二、分析病害的原因
一是工程是在特定的年代修建的，大坝工程开工时没有规范的设计，水库修建靠组织村民土法施工，没有专业施工队伍，工程建设随意性大，施工质量难以控制，埋下诸多安全隐患。如坝体单簿，坝顶宽度不够，大坝上、下游边坡较陡，未进行护坡处理，没有达到设计要求；在施工过程中坝肩（基）清基不彻底，土料填筑质量较差，岸坡岩层软弱风化引起左坝肩及坝体有渗漏水；无溢洪道，造成不能正常泄洪；坝区有白蚁危害，危及大坝安全。二是工程年久失修，老化病害严重。如放水设备涵(卧)管因年久失修、设备老化，修建时未置于基岩上，加之砌体砂浆标号过低,导致砌缝砂浆脱落、断裂等因素造成漏水。
三、整治的必要性
随着新农村建设的全面推进，构建合谐社会，促使水利发展跟上社会经济发展需要，水口庙水库除险加固显得十分重要。为了恢复农业生产的良好条件，发挥水口庙水库的正常功能。通过对水库的除险加固，可使水库蓄水量达到设计总库容81.9万m3，恢复蓄水量35万m3。因此，水口庙水库除险加固是必要的。建议：一方面工程管理单位必须加强水库调度管理力度,尽可能发挥较好效益；另一方面实施水口庙水库除险加固整治工程，确保工程安全。通过水库除险加固，可使水库正常蓄水量达到65.3万m3。
四、加固措施建议
1、大坝工程
针对水口庙水库大坝存在的不安全因素，培厚上下游坝体，使坝体达到结构稳定要求。水口庙水库坝顶高程保持现有大规模，水口庙水库坝顶无交通要求，确定坝顶宽度为3.5m。长57m，坝顶表面采用C25砼硬化处理。垫层采用干砌块石，厚30cm，路肩采用M7.5浆砌块石，上下游路肩宽0.4m，深0.6m，上下游路肩增设高位1.1m的栏杆，栏杆采用C20钢筋混凝土结构。对坝体及坝基（岸坡）进行帷幕灌浆处理。对上游坝坡死水位以下坝坡进行抛石压脚来稳定坝脚的滑动，防止风浪冲刷，边坡为1：2。培厚下游边坡，坡率为1:2,在下游高程788.946m处设排水棱体。块石与培厚土体结合部位采用碎石、粗砂、细石进行处理。为了确保水库大坝的安全，必须重视开展白蚁防治工作。重点对坝区2800m2白蚁危害地段采取找、挖、杀三个环节，彻底消灭白蚁的危害。即：一是找，在春秋进行普查发现蚁路，挖土追巢消灭白蚁；二是挖，挖土抽槽寻找、跟踪蚁路、追挖主巢；三是杀，采用药物毒杀和土坑诱杀等方法消灭白蚁。增设大坝大坝安全监测设施，监测大坝的水平位移和垂直位移。
2、溢洪道工程
由于受地形条件限制，溢洪道位置无其它可选比较方案，可设在距右坝肩7.5m处开挖，其达到正常泄洪要求。为便于工程的管理和当地群众出入方便，在溢流堰位置设交通桥，桥宽3m，净跨2.5m，为钢筋砼T型桥，梁高0.6m，梁宽0.25m，板厚0.2m，桥面设栏杆，栏杆高度1.1m，受力钢筋为Ⅱ级钢筋。水口庙水库放水涵卧管因多年未运行，年久失修，损坏严重，多处沉陷断裂。在原位置重新布置放水卧管；重新修建涵管进口段及消力池，涵管长度为20m。
3、其它工程
为了便于工程管理维护，以及遭遇暴雨洪水时的大坝防洪抢险，保证工程安全，需改建管理房，扩建改善防洪抢险公路等附属工程。
（1）改建水库管理房
水口庙水库管理房属危房。管理所现有职工2人，为了便于今后工程的运行管理，促进水库多方发展，改建管理房有利于水库自身的发展。
为此，改建管理房103.25m2,采用二层砖混结构。
（2）改建和完善防洪抢险公路
进库公路全长4.0km。该工程长期以来交通不便，路基差，路面狭窄不平，车辆通行困难。为了加强汛期防洪调度，确保下游群众的生命财产安全，需整修4.0km进库公路。保障道路畅通，有利于水库今后发展。为了配合通村公路建设，采用C25砼硬化路面4.0km，厚度20cm。
路基加固：路肩（基）用M5浆砌块石砌筑，顶宽0.5m，对易滑坡的地段采用M5浆砌块石砌筑挡土墙。
完善边沟：边沟内空尺寸为0.4m（宽）×0.3m（深），采用M7.5浆砌块石砌筑，边沟侧墙厚0.4m，用M10水泥砂浆勾缝。
关键词:工程目的及任务 工程布置及规模 工程设计 技术问题 工程施工
1 工程目的及任务
永定河滞洪水库位于永定河卢沟桥枢纽以下永定河稻田及马厂河段内,距北京市市区约20km。水库的主要任务是防洪,控制永定河官厅山峡的洪水。
永定河官厅水库以下至三家店称官厅山峡,为多发性暴雨区,又系石质山区,坡陡流急,易产生较大洪水。永定河历史上发生的几次大洪水中,约90%产生于官厅山峡。至今官厅山峡洪水没有得到控制,对北京及下游地区的防洪安全构成严重威胁。
在永定河卢沟桥以下河道内修建滞洪水库,滞蓄官厅山峡洪水,可使永定河三家店以下北京市境内河道的防洪标准由五十年一遇提高到一百年一遇,一百年一遇洪水刘庄子口门不分洪,可在较大程度上减免长辛店地区及小清河分洪区的淹没损失,解决该地区42万人的防洪避险转移问题,并有利于河北省和天津市的防洪体系建设。
2 工程布置及规模
永定河滞洪水库工程等别定为二等,主要建筑物为2级,堤防为1级,设计洪水标准为一百年一遇,地震设防烈度为Ⅷ度。工程施工总工期三年。
别永定河滞洪水库位于卢沟桥以下永定河稻田及马厂河段内,通过开挖其右侧滩地,并沿永定河右治导线修建水库左堤而形成滞洪水库,水库左堤外的永定河主河道保留行洪。该工程包括“两库、四堤、四闸、一河”,其布置详见工程平面示意图。
“两库”为新建的稻田水库和马厂水库,其中稻田水库最大滞洪库容3008万m3;马厂水库最大滞洪库容1381万m3;连同已建的大宁水库3661万m3,总滞洪库容达8000万m3。
“四堤”为新建的滞洪水库左堤和横堤、加高培厚永定河右堤和加宽永定河左堤,水库堤防总长为36.9km。 “一河”为1.5km长的小清河整治工程,即对小清河分洪闸下至大宁水库入库跌水段河道进行疏挖和部分展宽,打开京广铁路桥右侧被淤堵的2孔,并对京广铁路桥、老京周公路桥和新京周公路桥的基础进行防护。
3 工程设计中遇到和解决的几个主要技术问题
工程设计由水利部天津水利水电勘测设计研究院和北京市水利规划设计研究院共同完成。在设计过程中遇到和解决的技术问题很多,现仅就几个主要问题简述如下:
① 华北地区最长的细砂堤防 ② 退水闸地基处理
根据工程地质评价,滞洪水库退水闸的基础位于细砂层上,局部地基承载力不满足设计要求,并且细砂层地基在饱水情况下,遇Ⅷ度地震将发生液化,这是在滞洪水库工程设计中遇到的又一重要技术问题。根据闸的工程布置以及细砂层的分布情况,基础下的细砂层太厚,不宜单纯采用换基的方法,经研究比较,采用换基和混凝土防渗墙围封相结合的措施加以解决。经过深入的调查研究,防渗墙拟采用300毫米厚的混凝土薄墙。
③ 连通闸地基处理
a. 闸室基础处理
滞洪水库连通闸的基础也存在退水闸的问题,闸室基础位于细砂层上,地基在饱水情况下,遇Ⅷ度地震将发生液化,考虑到细砂层较薄,采用全部挖除、换填砂砾料的方法,使整个闸室坐落在中砂层上。
b. 翼墙基础处理
上下游翼墙与两岸护坡的为斜坡式连接型式,为减少上下游翼墙的开挖和回填量、提高地基承载力、解决地震液化问题,翼墙基础下布设碎石振冲桩,桩径600mm,间排距2.0m,梅花形布置,桩底高程坐落在地质建议的中砂层上。
④ 退水闸不均匀沉降分析及处理措施
退水闸主体完工,控制楼施工前,铺盖、闸室、消力池、护坦底板发现裂缝,左右边墩发生倾斜,为此,建设单位先后组织了四次专题会议,也邀请了有关专家和单位进行了分析和研究,认为底板裂缝及闸墩倾斜主要是由不均匀沉降引起的,引发和影响不均沉降的因素较多,一是与砂土的不均匀性和地基受力的不均匀性有关,二是与砂基地下水位聚降、墙后回填土的施工方法和顺序及碾压速率有关。
根据沉降观测资料分析,退水闸的最大沉降量及相邻板块之间的沉降差均在《水闸设计规范》规定的范围之内,不会导致止水的破坏,也不会影响闸门的正常运用,但考虑到闸墩的美观,应进行处理,同时原设计的控制楼紧靠边墩及翼墙,其自重及其上的设备还会在边墩、翼墙上产生附加应力,还会导致边墩外的地基下沉,如沉降过多,势必加大边墩外倾,以致造成不良后果。 对退水闸不均匀沉降引发的裂缝进行化学灌浆处理,材料为改性环氧树脂;裂缝表面用TK砂浆封堵抹平。
⑤ 连通闸后浇带设计 ⑥ 特殊的消能防冲设计
本工程进水闸、连通闸和退水闸均位于滞洪水库大堤上,进水闸和连通闸下游为库区,退水闸下游为永定河滩地,这三座闸有一个共同的水力学问题就是水流过闸后漫流进入库区或滩地,在地面上形成的水深极浅,其消能计算不同于一般的河道水闸。结合工程优化布置,经过反复计算和分析研究,最终寻求到适合本工程条件的消能计算方法,得出合理的消能工的规模尺寸,经水工模型试验验证,其消能布置是合理的。在水闸防冲设计中,根据闸下细砂抗冲流速低的特点,为防止防冲槽内细砂和抛石流失而导致海漫工程的淘刷破坏,在海漫末端设置了混凝土防冲墙以策安全。
另外,在滞洪水库设计过程中,重视科学试验研究工作,注重设计与科学试验的密切结合。堤防设计采用的土料压实干容重、相对密度等物理力学指标,均进行了室内试验和现场碾压试验;此外,为论证本工程建成后对永定河河势的影响以及永定河洪水对水库左堤的影响,退水闸泄流对永定河左堤、下游铁路桥及河道的影响等诸多问题,均进行了水工模型试验,并根据模型试验结果,对设计进行了修改和补充。
⑦ 模袋混凝土护坡新技术应用
［关键词］西塬湖水库；水库工程；分洪工程；排水工程；运城市
1工程概况
运城市盐池是我省重要的化工基地之一，西塬湖水库是运城市盐池西部防汛的重要设施之一。西塬湖水库位于运城市西南20km处的盐湖区解州镇西北部，属涑水河流域，库区现状为硝池滩，其东侧紧邻北门滩，南侧为南同蒲铁路。汛期缓洪、滞洪，非汛期调蓄城市排水，促进周边水生态环境恢复，与盐城西端的北门滩、运城市主城区的泄洪骨干工程之一常硝渠、三级排水泵站及排水渠构成防洪系统。西塬湖水库库容6800m3，水位337.5m。工程由水库工程、排水工程和分洪工程组成。
2工程存在的主要问题
2.1水库大坝为三类坝
西塬湖水库大坝兴建于50年代，没有溢洪道和泄洪洞等泄洪设施，排水能力不足，长期高水位运行，防洪能力不足，堤坝年久失修，局部变形塌陷，坝体抗滑及抗震稳定安全系数不满足规范要求，防浪墙破损严重，下游未设排水设施，部分坝段和坝基存在渗流安全隐患，泵站老化，机电设备与金属结构报废。依据山西省水利厅的安全鉴定结论核查，综合评价西塬湖水库大坝为三类坝。
2.2现状防洪安全形势紧迫
水库排水能力不足，高水位运行，防洪能力不满足防洪标准要求。经实地工程勘察测量，西塬湖水库现状情况下维持336.7m的高水位运行，对应库容5233万m3，最大库容为6547万m3，现状情况下汛期来临时有效蓄洪库容仅为1314万m3，无法容纳50年一遇最大3日洪量2907万m3、100年一遇最大3日洪量3201万m3，不满足防洪安全要求，到汛期有洪水进入硝池滩时，将会形成洪涝灾害。
2.3泵站抽排能力不足
西塬湖水库原为运城市滞洪区，是一片封闭的洼地，现状库内存水排泄分为两种方式：一是通过三级排水泵站抽排至姚暹渠再经涑水河、伍姓湖排入黄河；二是经分洪闸向下游的北门滩、盐池自流排泄。由于北门滩、盐池容量有限，需要依靠排水泵站及渠道抽排，现状最大排泄流量仅为2.33m3/s，且各级排水泵站年久失修，三级排水渠道经2013年应急改造后渠道设计流量为8.0～9.3m3/s左右。依照现状的泵站设计流量2.33m3/s，排空50年一遇最大3日洪量2907万m3需要288天，需要将近一年的时间，排空时间太长，根本无法在汛期及时腾空库容迎接连续发生的洪水。
3工程应急加固改造设计
西塬湖水库应急加固改造工程由水库工程、分洪工程和排水工程等组成。水库工程包括水库东侧现有大坝段的加固改造、常硝渠调节闸和溢洪道。分洪工程包括北门滩连通闸、北门滩分洪闸以及长约1.1km的分洪渠。排水工程包括三级排水泵站、引水渠（0.95km）以及沿线交叉建筑物等。引水渠在原渠道基础上通过清淤、衬砌减糙等工程措施实现引水功能。三级泵站均在原址拆除重建。
3.1水库工程设计
3.1.1大坝加固设计西塬湖水库汛限水位334.60m，正常蓄水位335.40m，设计洪水位336.63m，校核洪水位336.73m。本次设计仅对现有大坝进行加固改造，大坝总长2.68km，其中与南同蒲铁路平行段长0.68km、临北门滩段长2.0km。现状坝顶路面为泥结碎石路面，经过多年运行，路面坑洼不平,本次改造为混凝土路面，与铁路平行段路面宽4.0m、临北门滩段路面宽6.0m。经方案比较，大坝加固改造推荐格宾石笼护坡方案，即上游坝坡在335.0m以下碾压抛石护坡护脚，高程335.0m以上堆放格宾石笼护坡，复合土工膜（两布一膜）防渗，格宾石笼与复合土工膜之间设置砂砾料保护层,现有浆砌石护坡采用水泥砂浆抹面，防止损坏土工膜。格宾石笼堆放的平均坡比为1∶2.0。坝顶高程为338.80m～339.2m。坝顶上游侧设置0.8～1.2m高浆砌石防浪墙，防浪墙顶高程340.0m，坝顶路面铺为混凝土路面。下游坝坡坡比为1∶2，高程334.4m以下碾压抛石，高程334.4m以上生态砖护坡。3.1.2常硝渠调节闸常硝渠调节闸退水闸位于库区东北，承担常硝渠入库和水库开闸分洪的任务，其中心线垂直于坝轴线，位于大坝桩号2+306.00处。正常情况下水流由常硝渠流入水库，超过50年一遇设计洪水需要分洪时，水流由水库通过常硝闸溢洪道排入北门滩。常硝渠调节闸设置3孔平面铸铁闸门，闸门尺寸3.0m×3.0m。闸底板高程335.00m，闸室段长10.6m，宽13.1m，闸墩顶高程（检修平台高程）339.00m，启闭平台高超343.40m。闸底板厚0.6m、闸墩厚1.0m、过坝段顶板厚0.6m，采用C25钢筋混凝土结构整体浇筑。启闭平台至检修平台间为排架柱，设钢梯连接。闸室段进口设5m长铺盖，采用C20素混凝土结构；进口两侧设八字形翼墙与大坝上游坝坡连接，平面扩散角35°。3.1.3溢洪道溢洪道布置在常硝渠调节闸东南侧，溢洪道（包括常硝渠调节闸）全长65m，其中：桩号溢0-005.00～溢0+000.00为常硝渠调节闸铺盖；桩号溢0+000.00～溢0+010.60为常硝渠调节闸闸室段；桩号溢0+010.60～溢0+033.40为结合段；桩号溢0+033.40～溢0+039.40为溢洪道闸室段，采用C25钢筋混凝土整体浇筑，2孔，每孔净宽3.0m，闸室段长6.0m，宽9.1m，底板高程335.00m，闸墩顶高程（检修平台高程）339.00m，启闭平台高程343.40m，底板厚0.8m、闸墩厚1.0m。启闭平台至检修平台间为排架柱，设钢梯连接；桩号溢0+039.40～溢0+055.00为泄槽段，矩形断面，底宽7m，纵坡1/100，两侧C25钢筋混凝土边墙，墙顶高程338.00m～337.044m，墙顶宽0.6m，C25混凝土浇筑；桩号溢0+055.00～溢0+060.00为防护段，设800mm厚格宾石笼防护。3.1.4大坝安全监测现状大坝无观测设施，除规范要求的巡视检查外，本次设计布置大坝外部变形观测和水位观测。西塬湖水库大坝外部变形观测包括坝面竖向位移观测和垂直坝轴线的水平位移观测。大坝坝顶长2680m，坝轴线不是一条直线，且临北门滩段大坝上下游均有水，因此，外部变形观测断面布设6个，桩号分别为0+200、0+600、1+000、1+300.0、1+700和2+200。大坝变形观测每个断面布设2个点：坝顶上游侧防浪墙顶部设1个、坝顶下游坝肩外2.0m设1个。在大坝两侧2～3km范围内布设2个水准基点。共设测点12个，水准基点2个。另外，大坝桩号0+600.0、1+300.0、0+1700.0断面分别设置一个水位标尺，库区范围内现有北门滩抽水泵站、常硝渠调节闸和引水渠进口处各设置一个水位标尺。
3.2分洪工程设计
北门滩连通闸布置在西滩至中滩之间的S239公路中部，设计流量为9.0m3/s。设置1孔平面铸铁闸门，孔口尺寸3.0m×2.9m，闸底板高程332.00m，顶、底板厚0.8m、闸墩厚1.0m。北门滩分洪闸布置于北门滩东滩大坝东北端，后接分洪渠，由西向东将洪水排至运城盐池。分洪闸设计流量为9.0m3/s，设置为1孔平面铸铁闸门，孔口尺寸3.0m×3.4m，开敞式结构，闸底板高程331.50m，底板厚0.8m、顶板厚0.6m、闸墩厚1.0m。北门滩分洪渠长1.137km，设计流量9.0m3/s，梯形断面，底宽2.0m，渠深2.0m，边坡1∶1，对现状土渠进行清淤，M7.5浆砌石衬砌，尽量不占用耕地。分洪渠沿线更新改造3座机耕桥。3.3排水工程设计现有排水泵站及排水渠建于上世纪60年代，为三级提排，排水渠东起水库西侧盐湖区底张村，西至永济市土桥村，长13.11km，包括引水渠总长0.95m和一、二、三级排水渠渠道长12.16km。3.3.1引水渠引水渠渠道改造方式受占地范围限制，改造方式为清淤、混凝土面板衬砌降糙，最大限度增加现有渠道过流能力，以满足水库排洪要求。引水渠设计流量为8.0m3/s，长0.95km，设计纵坡1/5000，进口底高程334.00m，出口底高程333.81m。根据渠道现状，引水渠横断面型式为梯形，底宽4.0m，边坡1∶1.5，设计水深1.42m，设计渠深2.20m。渠底及设计渠深范围内边坡采用100mm厚C25混凝土衬砌，在混凝土衬砌层下铺设复合土工膜加强渠道防渗，土工膜采用一布一膜。引水渠每8.0m设一道变形缝，缝宽20mm，采用沥青砂浆勾缝。3.3.2排水泵站三级排水泵站均在原站址处拆除旧泵站重建，建筑物布局基本相同，各级泵站上游至下游均由进水闸、进水池、拦污栅、厂房、压力管道、出水池等建筑物组成，泵站进、出水均为正向，装机流量均为10.0m3/s，布置5台机组，单机设计流量均为2.0m3/s，各级泵站的结构布置基本相同，仅在厂房层间高度、进水池和出水池深度、特征水位等方面略有差别，故仅以一级排水泵站为例。进水建筑物：排水泵站进水建筑物包括进水闸、进水池和拦污栅。进水闸布置于上游渠道末端，钢筋混凝土结构，平板铸铁闸门。进水闸设计流量8.0m3/s。闸室段长4.0m，宽9.0m，检修平台与启闭平台高差为3.0m，其间设钢梯连接。进水闸上游均设8.0m长渐变段与引水渠（或上一级排水渠）连接，由渠道的梯形断面渐变到闸室的矩形断面。进水池顶部开敞，采用钢筋混凝土结构，池底高程332.4m，池顶高程337.4m，底板厚0.6m。建筑物基础均座落于低液限粘土上，地基设0.5m厚夯插片石和碎石垫层。主厂房设计：主厂房上部为单层框架结构，平面轴线尺寸26.15×6.9m，安装间高程为室内地坪高程339.0m，安装间地面至厂房主梁底面净距8.0m，主梁高0.8m。厂房内布置5台立式轴流泵，从右至左分别为1#～5#机组，机组间距分别为4.1m、4.2m、4.2m、4.1m。机组中心线至上、下游墙轴线距离均为3.45m。安装间布置于主厂房左侧，宽3.9m；主厂房大门位于左侧边墙中部，门宽3.6m，高4.2m。主厂房基础座落于低液限粘土上，地基设1.0m厚夯插片石，碎石找平层。副厂房设计：副厂房位于主厂房下游侧，平行于主厂房布置，单层砖混结构，长26.15m，进深6.0m，高4.9m，布置中控室、高压开关室、电容器室等。副厂房室内地面高程与主厂房地面齐平。副厂房为普通砖混结构，370mm砖墙，上下游侧墙基础为钢筋混凝土（兼做镇墩），其余采用钢筋混凝土条形基础，底部和顶部各设一道圈梁，屋面板为现浇钢筋混凝土板，厚150mm，梁、柱及屋面板混凝土强度等级均为C25。副厂房室内地面采用C20素混凝土地面，屋面保温、防水作法与主厂房相同。压力管道：本工程各级泵站均为排水泵站，具有扬程低、流量大、出水管道长度短等特点，因此，本工程各泵站压力出水管道均选用钢管。根据各泵站水泵机组配置和管路损失计算结果，各级泵站均布置5根压力出水管道，管道直径为1.0m。出水池：出水池位于主厂房下游侧，开敞式梯形钢筋混凝土结构，上游池壁固定泵站压力出水管道，下游与排水渠道连接。出水池总长10.0m，净宽由12m渐变为3.0m，渐变段底板纵坡1∶5。水池底板厚0.6m，边墙顶厚0.5m，均为现浇钢筋混凝土结构，混凝土强度等级C25，抗渗等级W4，抗冻等级F50。出水池末端通过扭面与下游梯形渠道衔接。
4结语
关键词：水库；加固；扩容；必要性
中图分类号：TV697 文献标识码：A 文章编号：
1 项目提出的背景
元霄水库位于广西南宁市武鸣县府城镇进元村北面，距武鸣县城35km，1957年动工兴建，初期形成的水库库容为178.2万m3，经1963、1968 年两次扩建加高，共加高大坝9.3m（即由初建时的153.50m加高至162.80m高程），溢流堰加高7.71m（即由初建时的150.49m加高至158.20m高程)，建成总库容为660万m3的小（1）型水库。经运行二十多年的来水量观测并进一步复核，原设计集雨面积32km2有误，经复核元霄水库的集雨面积实为61.62km2，由于水库库容偏小，弃水较多，且下游还有0.8万亩耕地无水保证灌溉，于是1975 年再次对该水库进行扩建，大坝按中型水库规模加高至169.0m高程，库容为898万m3，改建了放水设施，但溢洪道溢流堰及与堰坝结合部约有60m长的坝段没有进行加高施工，仍保留原小（1）型水库的形状。
为按最终规模完建该工程，1991年经地质钻探和广西水电学校对溢洪道进行水工模型试验后，由南宁市水电设计室、武鸣县水电设计室联合完成了元霄水库扩建工程设计并上报区水电厅，区水电厅于1992年9月2日以桂水电技字(1992)第59号文《关于武鸣县元霄水库枢纽扩建加固及渠系配套工程初步设计的批复》，由于资金未能安排，加固扩建至今尚未全部实施，然而时隔20多年，工程的现状基本情况即建设条件已经发生变化，该批复结论与工程现状不符，并且由于元霄水库是水源点项目，是府城镇的饮用水源，承担着武鸣县府城镇各村居民、学校等生活用水供水任务，也承担水库下游灌区1.95万亩农田的灌溉任务，因此，南宁市武鸣县水利局委托我院进行南宁市武鸣县元霄水库扩容工程的可行性研究报告工作。
2 工程现状
2011年对元霄水库进行除险加固设计，目前正在施工建设。2011年元霄水库除险加固工程的完成情况即为本次扩容工程的现状，工程现状由大坝、溢洪道、放水设施、防汛公路、管理设施、及坝后水电站等建筑物组成。主要建筑物现状如下：
（1）大坝
大坝建于武鸣河支流元霄河上，大坝为粘土心墙坝，坝体采用高压摆喷灌浆防渗加固，高压摆喷灌浆孔沿坝轴线布置，灌浆孔穿过坝基覆盖层入岩2.0m，灌到坝体162.0m高程。高压摆喷灌浆孔全长布置154m，最大孔深35.0m，采用单排布孔，孔距1.2m，共设置了130个灌浆孔，灌浆总进尺2407m。
坝顶长200m，宽5.0 m，坝顶高程为169.00m，最大坝高32.4m，坝顶上游侧设置浆砌石路缘石，路缘石宽0.4m，深1.0m，下游侧设置浆砌石排水沟，排水沟截面尺寸为300×300（宽×高）；坝顶为泥结石路面并向下游侧放坡，坡度为2%。
大坝上游面从150.0m高程至152.40m高程为干砌石勾缝护坡，从152.40m高程至163.00m高程为现浇C15砼护坡，从163.00m高程至169.00m高程为草皮护坡，从上至下坡比约为1:2.5，分别在161.25、152.40m高程设置宽3.0m、1.0m的马道；上游坝坡与两岸岸坡连接处设砼齿墙，上游坝坡左、右侧均设有2m宽的上下坝交通步级。
下游坝坡从144.20m高程至169.00m高程采用草皮护坡，从上至下坡比分别为1：2.0、1：2.4、1：2.6，分别在160.00、150.80、144.20m高程设置宽1.7m、4.0m、1.76的马道；下游坝脚从138.70m高程至144.20m高程为干砌石贴坡排水体，贴坡排水体顶部高程为144.20m，宽度为1.76m，贴坡排水体底部高程为136.60m，贴坡排水体厚1.0m，其中干砌石厚600mm，粗砂层厚200mm，碎石层厚200mm，排水体体外侧坡比为1:2.5，总高度为7.6m，排水体外侧设400×400mm浆砌石排水沟。
（2）溢洪道
溢洪道位于大坝左侧，距大坝约60m，溢流堰轴线呈拱形布置，溢洪堰为开敞式折线型实用堰，堰体顶部分为0.3m厚的C20钢筋砼，堰顶高程为158.2m，堰顶净宽53.0m；溢流堰堰体及基础渗漏采用帷幕灌浆处理，帷幕灌浆孔布置于堰顶部，单排孔，孔距2.0m，底高程深入坝基岩石2m；右边墙为在旧浆砌石边墙外侧浇筑0.3m厚的C20砼护面，左边墙为外包C20埋石砼护面，均设有锚杆，墙顶高程均为162.50m；
一级消力池段长18.0m，底板为0.3m厚的C20钢筋砼，原有边墙为0.3m厚的C20砼护面，并设锚杆。二级消力池长42.0m，进口宽17.0m，出口宽13.4m，消力池底板为300mm厚的C20钢筋砼；原有边墙采用0.3m厚的C20砼护面，并设锚杆。
（3）放水设施
放水塔和放水隧洞位于大坝右岸，进水口明渠段长5.0m，隧洞进口设拦污栅；放水塔为竖井式钢筋砼圆筒结构，竖井圆筒直径4.0m，闸孔式放水，孔口尺寸为1.2×1.4（宽×高），塔内设有1扇检修闸门和1台固定式启闭机，闸室启闭机平台高程为171.5m，检修平台高程为167.3m；放水隧洞穿过大坝右岸山体，隧洞为有压隧洞，隧洞进水口底板高程为151.65m，总长126m，底坡i=1/200，隧洞断面采用Φ1.60m的圆洞型，全断面采用30cm厚的C25钢筋砼衬砌，隧洞出口接4.0m长镇墩后再接原灌溉发电压力钢管，钢管分岔为φ900灌溉支管和φ900发电支管，均采用电动闸阀控制。
（4）防汛公路
进库防汛公路从府城镇至元霄水库长5.0km，其中府城镇至进源村坡那屯路段长3.0 km，为砼路面，宽3.0m；其余坡那屯至水库大坝路段长2.0km，按四级公路标准进行设计，行车道宽3.5m，路肩宽0.50m，路面采用泥结石路面。
（5）管理设施
元霄水库由武鸣县那打水库管理所负责水库大坝的管理工作，具体的日常管理由元霄管水站负责，管水站现有在职职工3人具体负责水库的日常管理工作。水库坝首管理房是元霄水电站宿舍，位于大坝右坝脚，距元霄水库大坝100m，管水站管理房108m2，是建元霄电站时建成的，为砖混结构，现已属危房。2011年水库除险加固设计时新建了值班用房50m2，并配备了必要的水位观测、雨量观测、通讯和交通设施。
3 工程存在的主要问题
（1）不满足城镇供水要求：元霄水库扩容工程是水源点项目，元霄水库是府城镇的饮用水源，元霄水库承担着武鸣县府城镇各村居民、学校等生活用水供水任务。现供水人口4.5万（农村人口4.2万人，城镇人口0.3万人），牲畜3.5万头；远期规划水平年定为2020年，供水人口7.6万人（规划农村人口6.5万认为呢，城镇人口1.1万人）；牲畜5.57万头。可见，城镇居民用水困难，元霄水库现状不能满足城镇居民的用水要求。
（2）不满足灌溉用水要求：元霄水库的集雨面积为61.62km2，目前水库库容偏小，弃水较多，元霄水库灌区现有灌溉面积11550亩，其中水田8150亩，旱地3400亩，下游还有7907亩耕地无水保证灌溉。
（3）大坝存在的主要问题：2011年除险加固设计时，坝体填土压实度是按照小（1）型水库的标准进行加固的，压实度为93.8%，未满足《碾压式土石坝设计规范》〔SL274-2001〕关于中型水库坝体填土压实度不低于96%的要求，坝体密实度欠佳。大坝坝体填土的渗透系数不满足规范要求；在设计及校核洪水位工况条件下坝体浸润线出逸点较高，从下游坝坡面溢出；高喷灌浆水泥浆心墙高程仅灌到162.0m，上游坝破混凝土块仅护到163.0m，均低于扩容后的正常蓄水位，不满足规范要求。
（4）溢洪道存在的主要问题：溢洪道位于大坝左侧，溢洪道长约200m，目前溢流堰顶高程约158.2m，扩容后正常水位抬高至164.00m，溢流堰尚需加高5.8m。2011年的除险加固工程中对消力池进行了加固，重建一级、二级消力池，但由于资金有限没有按水工模型试验在二级消力池后设扩散段，且溢洪道两侧挡墙墙顶高程均低于正常蓄水位164.00，须将挡墙墙顶高程加高至169.00m。溢流堰下游消力坎末端往下约70m处的槽中凸起一块大岩石，挡住了洪水的去路，迫使水流冲向右岸，造成岸边崩塌，对大坝外坡脚的安全构成威胁。
（5）连接坝存在的主要问题：大坝与溢洪道的结合部顶部高程约为162m，比设计高程低约7m，此处形成了大洪水的排水通道，危及大坝安全；另外，水位抬高后，溢洪道左岸与山体结合部约有18m现状地面高程低于169.00m，此处也形成了大洪水的排水通道，危及建筑物安全，因此，对溢洪道左右岸这两段连接坝进行填筑加高是非常必要的。
（6）没有位移和渗漏量等安全监测设施。
（7）管理体制不完善，管理办公设施落后。
（8）大坝下游的灌溉渠道多处开裂，漏水严重，本次扩容需对灌溉渠道进行维修。
4 工程任务
为解决城镇居民用水困难及满足水库下游灌溉需要，现计划将元霄水库扩建为中型水库，工程按100年一遇设计，1000年一遇校核。水库正常蓄水位为164.0m，有效库容1123万m3；设计洪水（P=1%）经调洪后最高洪水位为166.51m，最大下泄流量为451m3/s，对应的库容为1553万m3；水库的校核洪水（P=0.1%）经调洪后最高洪水位为167.13m，最大下泄流量为639m3/s，对应的库容为1660万m3。元霄水库扩容后，是一座以供水与灌溉为主，兼有发电与防洪等综合利用的中型水库。
5 扩容建设的必要性
（1）元霄水库目前正在实施除险加固，完成后水库正常进行，具备扩容条件。
（2）原水库总库容为898万m3，属小（1）型水库，水库集雨面积经过进一步复核，发现原设计的集雨面积32km2有误，实际应为61.62 km2。元霄水库是府城镇的饮用水源，现供水人口4.5万人，牲畜3.5万头；远期规划供水人口7.6万人，牲畜5.57万头，未能满足城镇居民的用水要求。据调查，水库下游灌区尚有7907亩农田无水灌溉；为解决城镇居民用水困难及满足水库下游灌溉需要，提高水库的供水、灌溉、发电、防洪等综合利用效益，及时对元霄水库枢纽进行扩容是非常必要的。
（3）根据中华人民共和国国标GB50201-94防洪标准及1992年9月2日水利厅桂水电技字(1992)第59号文《关于武鸣县元霄水库枢纽扩建加固及渠系配套工程初步设计的批复》，在水利厅的批复中同意元霄水库设计洪水标准50一遇，校核洪水标准为1000一遇，设计及校核洪水位相应分别为166.21及167.13m高程。元霄水库枢纽经过多次除险加固，目前大坝顶高程为169.0m，坝顶全长200m，大坝与溢洪道的结合部高程约为162m，比设计高程低约7m，此处形成了大洪水的排水通道，危及大坝安；另外，溢洪道左岸与山体结合部约有18m现状地面高程低于169.00m，此处也形成了大洪水的排水通道，危及建筑物安全，因此，对溢洪道左右岸这两段连接坝进行填筑加高是非常必要的。
为了元霄水库枢纽工程的安全，满足水库下游府城镇工业、生活用水的需要，解决下游农业灌溉用水月分配不均、水量不足的情况，满足下游防洪需要，满足兼顾发电的需要及改善和保护生态环境的需要，确保水库下游人民生命财产的安全，充分发挥水库应有的综合效益，及时对元霄水库枢纽进行加固扩容是非常必要的。
6 结论与建议
关键词:溢洪道;灌溉管;安全泄洪;消除隐患
Abstract: Fangjia reservoir original 1 φ 100 cement pipe release flood waters irrigation hole, the hole has been misplaced, water leakage, the outlet energy dissipation facilities damaged. Gate water leakage, hoist can not work normally, release flood waters and irrigation water can not run. This design uses the open's spillway release flood waters, buried irrigation pipe for irrigation, which ensure the safety release flood waters, and can guarantee the irrigation water, convenient management and operation, removal of the security hidden danger reservoir
Key words: spillway; irrigation pipe; safety release flood waters; eliminate hidden dangers
中图分类号: F407.9文献标识码A 文章编号
1 概述
方家水库位于双阳区西侧，地理位置东经125°34′,北纬43°30′。距双阳区15km，隶属于长春市双阳区鹿乡镇方家村七社，水库所在河流为石溪河。
水库设计灌溉面积21公顷。方家水库是一座以防洪、灌溉为主，以水产养殖为辅的综合利用的小（2）型水库。
2 灌溉管工程地质条件评价
原泄洪灌溉洞损坏严重，不能正常运行，出口消能防冲设施损毁。按病险类型划分属于涵、洞渗漏问题和输水涵管损坏问题，应采取工程处理措施。
新建灌溉管位于大坝右端（桩号0+284），根据工程地质剖面图按其岩性特征由上而下分述如下：
坝体土：褐色粉质壤土，可塑状态。厚度3.3m。
粉质壤土：褐色，可塑状态，含铁锰结核，渗透系数K=7.9×10-6，属微弱透水层。揭露厚度0.6～0.8m。
淤泥质粉质壤土：灰色、黑灰色，湿，软塑状态，渗透系数K=3.9×10-6，属微弱透水层。揭露厚度5.4～7.0m。
花岗岩：肉红色，全风化成砂砾，钻进厚度0.5m。
从工程地质剖面图可知，灌溉管基底主要由粉质壤土组成，但此层较薄，建议以下卧淤泥质粉质壤土层进行验算，其地基承载力特征值fak=100kPa，强度可否满足建筑物设计要求。为避免产生不均匀沉陷，建议采用碎石垫层。淤泥质粉质壤土可满足渗漏要求。淤泥质粉质壤土为强冻胀土，设计需加以考虑。施工时注意基坑排水及开挖边坡稳定问题。
3灌溉管工程设计
为保证下游水田灌溉，本工程在原泄洪洞位置埋设灌溉管，灌溉放水管布置于溢洪道右侧，中心桩号0+284m,采用预埋铸铁管，进口底高程226.5米，出口接灌溉渠道，放水管上游侧设置闸阀，闸阀布置于检修井内，检修井采用钢筋混凝土结构。
3.1灌溉管路型式及管路布置
根据坝体断面尺寸、地形条件确定灌溉管走向，本工程灌溉管埋设于原泄洪洞处，将原泄洪洞拆除后埋设灌溉管。灌溉管进出口管底高程均与死水位齐平，为226.5m，拟采用φ300mm铸铁管，管中心高程226.65m。根据管路布置，管路总长度27.6m。根据《水力学》关于管流的计算原理，本工程的灌溉管按简单长管计算。
3.2 灌溉管过水流量
水库设计灌溉面积21公顷，核算为315亩，根据《长春市双阳区小型农田水利重点县工程》设计资料，双阳区水田高峰期用水流量模数为η=0.0234m3/s/100亩。
计算公式：Q=η×F
公式中：Q-流量；m3/s
η-水田用水流量模数，η=0.0234m3/s/100亩
F-设计灌溉面积，本工程315亩
经过计算：Q=0.074m3/s=74升/s
3.3 灌溉管作用水头
方家水库正常高水位为229.0m，根据水库运行管理经验，水库历年放水的最低水位为227.0m，根据管路布置，出口管中心高程为226.65m，因此灌溉管的计算水头范围为0.35～2.35m。
3.4 灌溉管直径D选择
按设计方案，灌溉管采用铸铁管，通常按正常旧管计算管道糙率n取0.0125。
拟定φ200mm、φ250mm、φ300mm、φ400mm各种方案进行比较。
计算公式：Q=K×(H/L)0.5
公式中：Q-流量；m3/s
K-管路流量模数，与管路断面尺寸糙率有关，查附表得到。
H-管路计算水头
L-管路长度，本工程为27.6m。
管流计算简图
给水管道的流量模数K数值
灌溉管直径方案比较表表5-6-2
通过上表比较知道，灌溉管选择直径300mm时，在最低水位时灌溉管放水流量为0.113 m3/s＞灌溉需水流量0.074 m3/s，满足灌溉要求，而且经济适用，因此本次设计灌溉管直径选择直径为300mm的铸铁管。
3.5 结构形式
阀门井为钢筋混凝土结构，顶高程230.3m，设置井盖，井内净尺寸1.0×1.0m，设置简易爬梯。井内设DN300闸阀一个。
铸铁管总长27m,管基础采用20cm厚素混凝土基础，混凝土包到管道中心。
灌溉管出口接出水池，池尺寸2.2×2.4m，深1.0m，按构造布置消力坎0.2m，出口接灌溉渠道。
4 结论
小型水库以防洪灌溉为主，以往的设计都是设置泄洪兼灌溉洞，采用启闭设施控制，泄洪闸门在灌溉期间频繁启动，增加了启闭设备的损毁几率，小型水库灌溉面积均较小，安全防洪为主，本次设计充分考虑到这一点，单独埋设灌溉管用于放水，采用闸阀控制，降低了工程造价，同时设置开敞氏溢洪道用于泄洪，方便水库管理和运行，既消除了安全隐患，又能保证灌溉放水，同时降低工程投资，在小型水库设计中值得借鉴。
参考文献：
（1）中国水利水电出版社《水力计算手册》武汉大学水利水电学院水力学流体力学教研室李炜主编
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