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摘要：本文从工程概况、工程设计等几个方面对西大洋水库除险加固工程正常溢洪道作简单介绍，可供类似工程的设计借鉴和参考。
关键词：水库；加固；设计；重建；溢洪道
The Simply Introduces for Reconstruction of Xidayang Reservoir Spillway
ZHANG Ji-xing
(Hebei Research Institute of Inverstigation and Design of Water Conservancy and Hydropower,Tianjin 300250,China)
Abstract: This article introduces the danger-removing and reinforcement project of the Xidayang reservoir spillway simply from several aspects of engineering general situation，existing problems，engineering design etc. which can offer reference and consulting for similar projects.
Key words: reservoir；reinforcement；design；Reconstruction；Spillway
中图分类号：P343文献标识码： A 文章编号：
1工程概况
西大洋水库位于河北省唐县境内大清河南支唐河出山口处。其控制流域面积4420km2，总库容11.37亿m3，是一座以防洪为主，兼顾城市供水、灌溉、发电等综合利用的大（Ⅰ）型水库。水库枢纽由一座主坝、四座副坝、正常溢洪道、非常溢洪道泄洪洞、输水洞、电站等建筑物组成。
西大洋水库虽经续建和加固，但因水库修建年代已久，仍存在防洪标准偏低、建筑物不安全、管理设施陈旧老化、管理手段落后等问题，影响水库的正常运用。水库一旦失事，将使下游广大地区的人民生命和国家财产造成严重的损失，对西大洋水库进行除险加固是非常必要的。
正常溢洪道是水库除险加固工程的主要内容，原为开敞式实用堰，堰顶高程133.35m。位于主坝右侧，设8孔闸，每孔净宽9.0m。平板升卧式闸门挡水，固定卷扬式启闭机控制。由于闸墩高而薄，横向稳定性差，多年运用中一直控制邻孔闸门开度相差不大于2.0m，单孔全开及单孔全开加7度地震时，基底拉应力大于允许应力，不满足规范要求，给管理运用带来不便，故对正常溢洪道进行拆除重建。
2设计标准
西大洋水库加固后总库容12.58亿m3，属大（Ⅰ）型水利枢纽工程，工程等别为Ⅰ等，其主要建筑物正常溢洪道等级为1级。设计洪水标准为500年一遇，10000年一遇洪水校核。地震设计烈度确定为7度。
3工程设计
3.1溢流堰型的选择
对驼峰堰和宽顶堰进行方案比选，相同堰顶宽度情况下，若要求相同的泄洪能力，则宽顶堰的堰顶高程要低于驼峰堰的堰顶高程约2.0m，选用宽顶堰不仅使闸门高度增大，而且使闸门经常处于挡水状态，管理运用不便。因此，溢洪道选用驼峰堰。
3.2堰顶高程的确定
为了确定合理的堰顶高程及堰宽，对堰顶高程130.45m、堰顶净宽90m及堰顶高程129.45m、堰顶净宽84m方案进行了比较。两方案投资相差不大,后者堰顶高程降低了1.0m，闸门挡水高度增加，给工程管理运用带来不便。因此采用堰顶高程130.45m、堰宽90m方案。
3.3闸孔宽度的选择
在选定驼峰堰堰顶高程的情况下，对闸孔单宽10m、15m，平板门、弧型门进行了比较。
单孔净宽10m方案，采用平板门挡水，固定卷扬启闭机控制；单孔净宽15m方案，采用弧型钢闸门挡水，液压启闭机控制。
对于平板门方案，由于技术条件限制，目前10m跨径较为经济；对于弧形闸门方案，15m跨径方案较为经济，若跨径继续加大，不仅技术难度增加，且随着闸墩、底板加厚，也不经济。
经综合分析，选定6孔单宽15m弧形钢闸门方案。
3.4水工结构设计
新建正常溢洪道在原有正常溢洪道的位置上，闸室以向左扩宽为主，右侧基本不扩，降低堰顶高程至130.45m，闸室为6孔，每孔净宽15m，堰顶总净宽度为90m。溢洪道总体布置分为三个部分：引渠段、控制段、泄槽段。
（1）引渠段
引渠段为从溢洪道闸室始端至上游库区，长120m。
左岸为长轴半径45m，短轴半径35m的椭圆形裹头，与主坝右坝头相接；右岸椭圆裹头段长11.17m，与右侧山体相接。
为减小闸室段扬压力，使水流平顺流入控制段，在闸室之前设钢筋混凝土防渗板。
（2）控制段
控制段长度35m，共6孔，单孔净宽15m，墩顶高程153.0m。堰型为a型驼峰堰，堰顶高程130.45m，堰高2.5m。为适应混凝土浇筑能力和减小施工期温度应力，在闸室中部设置预留宽缝，宽缝宽1.2m，为增加缝面水平向抗剪能力，在宽缝缝面上设键槽并预留插筋。
堰上設宽15m的弧形钢闸门，液压启闭机控制，工作门前设检修门槽，检修门由一台单向门机启闭。检修门槽墩顶设机架桥，桥身采用两梁式T型梁结构。在工作门与检修门之间设交通桥，梁顶高程为153.0m，桥面宽7.0m。交通桥两岸设引桥搭板，以减轻不均匀沉陷。为满足施工要求，弧形门门槽、底坎及液压锥铰处、检修门门槽及底坎均需设二期混凝土。
闸室边墩为半重力式混凝土结构，为防止溢洪道两侧产生绕渗，在边墩上游侧设混凝土刺墙，深入岩体1.0m。
为提高闸室结构的耐久性，在闸室上游设固结灌浆，灌浆孔布置4排，孔距3m，孔深5m；在刺墙两侧设防渗帷幕，帷幕轴线分别伸入两岸岸坡刺墙基础外缘，灌浆孔布置1排，孔距2m。
闸室下设排水孔，排水孔径φ110，孔距为2m，排水孔集水用排水管排向下游。排水管采用预制混凝土半圆管，管径φ500，管壁厚5cm。
闸室分缝之间设654型橡胶止水带，缝间填聚乙烯泡沫板隔缝材料。
（3）泄槽段
根据现状地形，把泄槽中心线由直线调整为曲线，长719m。泄槽段分为收缩段和圆弧窄槽段。
平面收缩段为直线段，宽度由闸室末端104m渐变为40m。其中前30m边墙前面由直立坡变为1：0.5，采用混凝土护砌，其余均采用喷混凝土护砌，护砌高度为6.8～8.8m，护砌厚度为10cm。
圆弧段开挖底宽40m，中心线圆弧半径为500m，弧长422m，其后与原冲沟相连。
为减轻闸室下游冲刷，保证闸室的稳定，在闸室下游50m范围内设钢筋混凝土护坦，护坦厚度1.0m。
3.5水力设计
3.5.1泄流能力验证
根据结构布置，堰型为标准a型驼峰堰，计算泄流能力采用的公式为：
Q=εσmnbH
经验算，当校核洪水位151.81m时，最大泄流能力为15128m3/s；500年一遇洪水位146.38m时最大泄流能力为9973m3/s，满足设计要求。
3.5.2泄槽段水面线取值
本次设计根据水工模型试验成果对泄流边界体形进行了相应调整，泄槽水面线采用水工模型试验成果。
3.6稳定及应力复核
闸基底面的抗滑稳定安全系数按抗剪断强度公式计算：
闸室基底边缘垂直应力计算按下列公式计算：
经计算，裹头、上游直墙、中墩、边墩和下游扭坡等的抗滑和抗倾稳定安全系数在各种工况下均满足规范要求；在各种工况下建基面不出现拉应力，也不会超过基岩的承载力。
3.7观测设计
重建建的溢洪道设外部观测项目三类：即变形观测、扬压力观测和绕渗观测。上游水位和流量仍由西大洋水文站进行观测。
3.8金属结构设计
金属结构设备随水工建筑物进行拆除新建，金属结构项目包括：叠梁式检修闸门、弧形工作闸门及其启闭设备等。
检修闸门为平面滑动叠梁钢闸门,采用1台单向门机控制启闭；工作闸门为露顶式弧形闸门，采用液压启闭机。闸门、埋件的外露表面喷砂除锈达到规范要求后，采用喷锌与涂料相结合的方法进行保护。
3.9防冰冻设计
冬季采用压力水射流法防止弧形工作闸门前结冰。
3.10电气设计
对于水库正常溢洪道供电电源、电气设备等方面，本着采用先进技术,选用名优产品、确保供电的安全可靠，并与环境协调的原则进行设计。
4结语
正常溢洪道于2010年完工，并投入使用，运行状况良好。从西大洋水库除险加固工程正常溢洪道重建设计中得到以下几点体会：
(1) 西大洋水库工程是一座以防洪为主，兼顾城市供水、灌溉、发电等综合利用的大（1）型水利枢纽工程。在防洪兴利等方面发挥了巨大作用，为促进本地区工农业生产的发展发挥了显著效益，对其进行除险加固是非常必要，同时也是非常可行。
(2)在设计过程中，在设计的各个阶段严格按相关规范执行，对设计出优秀的产品和节省工程投资是非常重要的。
(3)设计单位与质量监督、业主、监理和施工单位等参建各方进行良好沟通和配合是设计产品得以圆满完成的重要保证。
作者简介：
張吉兴（1972—），男(汉族)，河北人，高级工程师，主要从事水利工程设计工作，（Tel）13920336628
参考文献：
[1]河北省西大洋水库大坝安全鉴定工作组，河北省西大洋水库大坝安全鉴定报告辑『R』.2001.6.
[2]水利部河北水利水电勘测设计研究院，西大洋水库除险加固工程初步设计报告『R』.2002.12.
[3]河北省水利水电勘测设计研究院，唐河西大洋水库加固工程初步设计『R』.1990.09.
[4]水工钢筋混凝土结构，水利电力出版社.1975.
[5]李茂芳，孙钊，大坝基础灌浆，水利电力出版社.1987.
[6]溢洪道设计规范（SL253-2000），中国水利水电出版社，2000.
关键词：水库；加固；设计；重建；溢洪道
The Simply Introduces for Reconstruction of Xidayang Reservoir Spillway
ZHANG Ji-xing
(Hebei Research Institute of Inverstigation and Design of Water Conservancy and Hydropower,Tianjin 300250,China)
Abstract: This article introduces the danger-removing and reinforcement project of the Xidayang reservoir spillway simply from several aspects of engineering general situation，existing problems，engineering design etc. which can offer reference and consulting for similar projects.
Key words: reservoir；reinforcement；design；Reconstruction；Spillway
中图分类号：P343文献标识码： A 文章编号：
1工程概况
西大洋水库位于河北省唐县境内大清河南支唐河出山口处。其控制流域面积4420km2，总库容11.37亿m3，是一座以防洪为主，兼顾城市供水、灌溉、发电等综合利用的大（Ⅰ）型水库。水库枢纽由一座主坝、四座副坝、正常溢洪道、非常溢洪道泄洪洞、输水洞、电站等建筑物组成。
西大洋水库虽经续建和加固，但因水库修建年代已久，仍存在防洪标准偏低、建筑物不安全、管理设施陈旧老化、管理手段落后等问题，影响水库的正常运用。水库一旦失事，将使下游广大地区的人民生命和国家财产造成严重的损失，对西大洋水库进行除险加固是非常必要的。
正常溢洪道是水库除险加固工程的主要内容，原为开敞式实用堰，堰顶高程133.35m。位于主坝右侧，设8孔闸，每孔净宽9.0m。平板升卧式闸门挡水，固定卷扬式启闭机控制。由于闸墩高而薄，横向稳定性差，多年运用中一直控制邻孔闸门开度相差不大于2.0m，单孔全开及单孔全开加7度地震时，基底拉应力大于允许应力，不满足规范要求，给管理运用带来不便，故对正常溢洪道进行拆除重建。
2设计标准
西大洋水库加固后总库容12.58亿m3，属大（Ⅰ）型水利枢纽工程，工程等别为Ⅰ等，其主要建筑物正常溢洪道等级为1级。设计洪水标准为500年一遇，10000年一遇洪水校核。地震设计烈度确定为7度。
3工程设计
3.1溢流堰型的选择
对驼峰堰和宽顶堰进行方案比选，相同堰顶宽度情况下，若要求相同的泄洪能力，则宽顶堰的堰顶高程要低于驼峰堰的堰顶高程约2.0m，选用宽顶堰不仅使闸门高度增大，而且使闸门经常处于挡水状态，管理运用不便。因此，溢洪道选用驼峰堰。
3.2堰顶高程的确定
为了确定合理的堰顶高程及堰宽，对堰顶高程130.45m、堰顶净宽90m及堰顶高程129.45m、堰顶净宽84m方案进行了比较。两方案投资相差不大,后者堰顶高程降低了1.0m，闸门挡水高度增加，给工程管理运用带来不便。因此采用堰顶高程130.45m、堰宽90m方案。
3.3闸孔宽度的选择
在选定驼峰堰堰顶高程的情况下，对闸孔单宽10m、15m，平板门、弧型门进行了比较。
单孔净宽10m方案，采用平板门挡水，固定卷扬启闭机控制；单孔净宽15m方案，采用弧型钢闸门挡水，液压启闭机控制。
对于平板门方案，由于技术条件限制，目前10m跨径较为经济；对于弧形闸门方案，15m跨径方案较为经济，若跨径继续加大，不仅技术难度增加，且随着闸墩、底板加厚，也不经济。
经综合分析，选定6孔单宽15m弧形钢闸门方案。
3.4水工结构设计
新建正常溢洪道在原有正常溢洪道的位置上，闸室以向左扩宽为主，右侧基本不扩，降低堰顶高程至130.45m，闸室为6孔，每孔净宽15m，堰顶总净宽度为90m。溢洪道总体布置分为三个部分：引渠段、控制段、泄槽段。
（1）引渠段
引渠段为从溢洪道闸室始端至上游库区，长120m。
左岸为长轴半径45m，短轴半径35m的椭圆形裹头，与主坝右坝头相接；右岸椭圆裹头段长11.17m，与右侧山体相接。
为减小闸室段扬压力，使水流平顺流入控制段，在闸室之前设钢筋混凝土防渗板。
（2）控制段
控制段长度35m，共6孔，单孔净宽15m，墩顶高程153.0m。堰型为a型驼峰堰，堰顶高程130.45m，堰高2.5m。为适应混凝土浇筑能力和减小施工期温度应力，在闸室中部设置预留宽缝，宽缝宽1.2m，为增加缝面水平向抗剪能力，在宽缝缝面上设键槽并预留插筋。
堰上設宽15m的弧形钢闸门，液压启闭机控制，工作门前设检修门槽，检修门由一台单向门机启闭。检修门槽墩顶设机架桥，桥身采用两梁式T型梁结构。在工作门与检修门之间设交通桥，梁顶高程为153.0m，桥面宽7.0m。交通桥两岸设引桥搭板，以减轻不均匀沉陷。为满足施工要求，弧形门门槽、底坎及液压锥铰处、检修门门槽及底坎均需设二期混凝土。
闸室边墩为半重力式混凝土结构，为防止溢洪道两侧产生绕渗，在边墩上游侧设混凝土刺墙，深入岩体1.0m。
为提高闸室结构的耐久性，在闸室上游设固结灌浆，灌浆孔布置4排，孔距3m，孔深5m；在刺墙两侧设防渗帷幕，帷幕轴线分别伸入两岸岸坡刺墙基础外缘，灌浆孔布置1排，孔距2m。
闸室下设排水孔，排水孔径φ110，孔距为2m，排水孔集水用排水管排向下游。排水管采用预制混凝土半圆管，管径φ500，管壁厚5cm。
闸室分缝之间设654型橡胶止水带，缝间填聚乙烯泡沫板隔缝材料。
（3）泄槽段
根据现状地形，把泄槽中心线由直线调整为曲线，长719m。泄槽段分为收缩段和圆弧窄槽段。
平面收缩段为直线段，宽度由闸室末端104m渐变为40m。其中前30m边墙前面由直立坡变为1：0.5，采用混凝土护砌，其余均采用喷混凝土护砌，护砌高度为6.8～8.8m，护砌厚度为10cm。
圆弧段开挖底宽40m，中心线圆弧半径为500m，弧长422m，其后与原冲沟相连。
为减轻闸室下游冲刷，保证闸室的稳定，在闸室下游50m范围内设钢筋混凝土护坦，护坦厚度1.0m。
3.5水力设计
3.5.1泄流能力验证
根据结构布置，堰型为标准a型驼峰堰，计算泄流能力采用的公式为：
Q=εσmnbH
经验算，当校核洪水位151.81m时，最大泄流能力为15128m3/s；500年一遇洪水位146.38m时最大泄流能力为9973m3/s，满足设计要求。
3.5.2泄槽段水面线取值
本次设计根据水工模型试验成果对泄流边界体形进行了相应调整，泄槽水面线采用水工模型试验成果。
3.6稳定及应力复核
闸基底面的抗滑稳定安全系数按抗剪断强度公式计算：
闸室基底边缘垂直应力计算按下列公式计算：
经计算，裹头、上游直墙、中墩、边墩和下游扭坡等的抗滑和抗倾稳定安全系数在各种工况下均满足规范要求；在各种工况下建基面不出现拉应力，也不会超过基岩的承载力。
3.7观测设计
重建建的溢洪道设外部观测项目三类：即变形观测、扬压力观测和绕渗观测。上游水位和流量仍由西大洋水文站进行观测。
3.8金属结构设计
金属结构设备随水工建筑物进行拆除新建，金属结构项目包括：叠梁式检修闸门、弧形工作闸门及其启闭设备等。
检修闸门为平面滑动叠梁钢闸门,采用1台单向门机控制启闭；工作闸门为露顶式弧形闸门，采用液压启闭机。闸门、埋件的外露表面喷砂除锈达到规范要求后，采用喷锌与涂料相结合的方法进行保护。
3.9防冰冻设计
冬季采用压力水射流法防止弧形工作闸门前结冰。
3.10电气设计
对于水库正常溢洪道供电电源、电气设备等方面，本着采用先进技术,选用名优产品、确保供电的安全可靠，并与环境协调的原则进行设计。
4结语
正常溢洪道于2010年完工，并投入使用，运行状况良好。从西大洋水库除险加固工程正常溢洪道重建设计中得到以下几点体会：
(1) 西大洋水库工程是一座以防洪为主，兼顾城市供水、灌溉、发电等综合利用的大（1）型水利枢纽工程。在防洪兴利等方面发挥了巨大作用，为促进本地区工农业生产的发展发挥了显著效益，对其进行除险加固是非常必要，同时也是非常可行。
(2)在设计过程中，在设计的各个阶段严格按相关规范执行，对设计出优秀的产品和节省工程投资是非常重要的。
(3)设计单位与质量监督、业主、监理和施工单位等参建各方进行良好沟通和配合是设计产品得以圆满完成的重要保证。
作者简介：
張吉兴（1972—），男(汉族)，河北人，高级工程师，主要从事水利工程设计工作，（Tel）13920336628
参考文献：
[1]河北省西大洋水库大坝安全鉴定工作组，河北省西大洋水库大坝安全鉴定报告辑『R』.2001.6.
[2]水利部河北水利水电勘测设计研究院，西大洋水库除险加固工程初步设计报告『R』.2002.12.
[3]河北省水利水电勘测设计研究院，唐河西大洋水库加固工程初步设计『R』.1990.09.
[4]水工钢筋混凝土结构，水利电力出版社.1975.
[5]李茂芳，孙钊，大坝基础灌浆，水利电力出版社.1987.
[6]溢洪道设计规范（SL253-2000），中国水利水电出版社，2000.