水库路基设计范文

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中图分类号：U41 文献标识码：A1.概述

众所周知，砂土地基处理的优劣，关系到整个工程的质量。合理的砂土地基处理及适宜经济的路堤结构设计型式，可以减轻或消除砂土地基对路堤的不利影响。河流漫滩沉积的砂土常表现出以下不利的工程特性：高孔隙比、高压缩性、高渗透性、弱抗震性能（地震液化及震陷现象）及低抗剪强度等不利工程地质特性。再则水库区路基地质环境的复杂性、多变性、不确定性，导致营运路堤呈现不同类型及不同程度的地质病害，甚至经反复处治其效果仍然不佳，因此砂土地基处理设计的合理性就显得尤为重要了。

2.工程概况

高路堤砂土地基位于涪江上游在建某水利水电枢纽工程水库区回水尾段，按山重二级公路线形设计，沥青混凝土路面，路面宽8.5m，填高为11.0m～13.0m，路面设计标高667.33m，迎水面堤脚下地面标高655.50m，设计荷载为公路-Ⅱ级；天然河床水位653.00m；其水库主要特征水位：正常蓄水位658.00m，设计校核洪水位659.43m，死水位624.00m。

3.工程地质概况

①地形地貌

场地位于山区阶梯状斜坡与涪江河漫滩的交接部位之河流冲刷凹岸，以堆积型河流漫滩地貌单元为主，地形总体较为开阔平坦。

②地层岩性

地层主要由第四系冲积层（Q4al）及志留系韩家店组（Sh）地层组成：

砂土，青灰色、稍湿～饱和、结构松散，中上部粘粒含量略重，层厚为6.0m～6.5m。

卵石土，青灰色、饱水、结构稍密～中密，层厚为3.8m～6.8m。

志留系韩家店组地层，岩性以千枚岩为主，遇水易崩解软化（崩解速度快），抗风化能力较弱。

③地质构造

场地地质构造较简单，属相对稳定区；其地震基本烈度取决于强震对工区的影响；地震基本烈度为Ⅷ度，地震动峰值加速度值为0.20g，地震动反应谱特征周期为0.40s。

④水文地质条件

场地地下水以孔隙水为主，赋存于第四系砂土及卵石土孔隙中，主要接受上游江水补给，排泄于涪江或其下游；据水质分析报告表明，其水质类型为HCO3－Ca型水，PH=8.6，对混凝土和钢筋混凝土具微腐蚀性。

⑤场地地基土及路堤填料主要物理力学指标

砂土层：标贯击数标准值为3击，孔隙比1.15，粘粒含量12.16%，不均匀系数32.17，天然C值5.6KPa，天然φ值10.3°，压缩模量3.3MPa，承载力基本容许值[fa0]=60KPa。

卵石土层：超重型动力触探击数标准值为6击，饱和容重23.3KN/m3，变形模量23MPa，承载力基本容许值[fa0]=350KPa

路堤填筑料（千枚岩道渣填料）：为高分散性的土料，压实后遇水极易崩解；天然固结不排水剪C值20KPa，φ值25°；天然容重19.8KN/m3；干容重19.2KN/m3，最优含水率13.5%，压缩模量12MPa。

4.砂土地基处理方案的选择与设计

4.1砂土地基处理方案选择

高路堤对地基的承载力及沉降量的控制要求较高，而天然砂土地基是不能满足其上述两方面的要求，因此务必对其采取工程措施进行处理，就目前的地基处理技术而言，对可应用于砂土地基处理的七种预案结合建筑物的荷载性质、基底反力特性、岩土工程条件、施工工期、施工机械设备及使用材料等进行综合分析，宜优选高压喷射注浆法及强夯法对地基进行处理。在基于高路堤砂土地基处理要求达到的预期目的：“消除或减小地基土沉降（差异沉降）并确保工后地基土沉降量在其允许的范围内；消除砂土的地震液化现象（液化沉陷），整体提高砂土地基承载力的同时，普遍提高地基土的抗剪强度指标值以确保高路堤及其地基的稳定性”。再结合经济对比分析（经收资调查与技术经济分析），最终选择强夯法加固处理砂土地基，因它具有施工简单、加固效果好、快速（能适应施工工期的要求）和经济等优点。

4.2砂土地基处理设计

本工程在类比参照区内砂土应用强夯法加固地基的有关试验资料的基础上，结合水库区高路堤运行的特殊地质环境（水库特征水位、特殊水文地质条件等）及计算结果提出如下设计与施工技术要点：

1、强夯设计参数的选定

应根据现场的工程地质条件和工程运行环境的要求,正确地选定各个强夯参数，才能达到有效而经济的目的。强夯参数包括：单击夯击能、最佳夯击能、夯击遍数、遍间间歇时间、加固范围和夯点布置。

（1）单击夯击能

据堤基覆盖层的厚度并结合加固影响深度，按梅纳经验公式估算出采用1000KN.m能级加固影响深度可达7.0m（α=0.7），能满足本工程加固的要求，因此确定采用1000kN.m的能级。大量的事实及研究文献资料指出从冲击能、锤重和落距三者关系分析，普遍认为增大锤重的效果优于增大落距，基于上述理论出发，设计中结合施工单位所能提供的机械设备及施工周边环境，设计因此

选用锤重100KN，落距10m，锤径1.8m的设备。

（2）最佳夯击能

恰当地选择夯击击数，是取得强夯效果的一个重要方面，击数少则达不到夯实效果，击数过多，超过夯击能的饱和状态，夯实效果增加不明显，也很不经济；大量的实践证明，砂土最佳夯击能一般以5000kN.m为宜；因此主夯击点的基本夯击击数为5击，同时还要求最后两击的平均夯沉量不大于5cm；夯坑周围地面不应发生过大的隆起，不因夯坑过深而发生提锤困难。

（3）夯击遍数

根据堤基砂土覆盖层厚度、岩土性质及建筑物的部位确定采用夯击遍数：第一、二序列强夯夯击点均采用2遍重锤跳夯；第三、四序列强夯夯击点夯击2遍；当每一序列每一遍夯毕平场后，再次复夯；最后进入2遍低能级满夯，落距3.0m-5.0m，夯击数一般不小于3击，锤印搭接，以确保夯击土表层密实度在空间上的均匀性。

（4）间歇时间

强夯的地基土为砂土，其上下又为卵石土，均为强透水层，强夯时只会产生瞬时超静孔隙水压力，故在强夯施工中遍间可不考虑间歇。

（5）加固范围

为避免在夯后的土中出现不均匀的"边界" 现象，从而引起建筑物的差异沉降及地基土抗剪强度指标空间上不均匀性；因此，其处理范围应大于建筑物基础外缘的宽度，宜为基底下设计处理深度的1/2至2/3，并不宜小于3.0m。结合地基及高路堤稳定性计算（最危险工况）确定临河方最小加宽值为6.0m。

（6）夯点布置

夯点按正方形布置，正方形布置给夯机留出通道，施工方便。结合堤基覆盖层土的性质及加固影响深度，确定夯距为5.0m，夯点布置详见图1。

图1强夯夯点布置平面图

（7）强夯试验

强夯施工前应进行强夯试验，据拟定的强夯参数，提出强夯试验方案，进行现场试夯。因为砂土地基，试夯结束一周后就可对试夯场地进行检测，一般采用钻探取样进行室内土工试验（若采样的确困难，可采用静力触探试验）、重型动力触探、标准贯入试验等，将检测数据与夯前测试数据进行对比分析，并为正式强夯施工提供可靠的强夯参数修正设计之依据及施工工艺作保障。

2、强夯施工技术要点

（1）首先将强夯处理范围边界线、护脚墙的墙踵及墙趾线用测量仪器测放出，同时在范围边界线以外埋设控制基桩，将其范围线以内的砂土开挖至标高653.50m，并对护脚墙之墙踵及墙趾线各外延0.5m，且将其范围的砂土开挖至652.50m；再用级配卵石土，采用反挖机分三层摊铺；待整平至标高655.00m后进行强夯试验，以确定合理的强夯施工参数和工艺。

（2）夯击序次按第一、二、三、四序列顺序进行夯击，同时用测量仪器按上述夯击序列依次测放出夯点位置，并作好标识，并测量场地高程。

（3）强夯施工顺序须从路线左侧依次推进，止于路线右侧，有利于强夯产生的瞬间超静孔隙水压力的释放，消散时间只有短短数分钟，可不考虑遍间间歇，故可连续作业。

3、质量控制

（1）检查施工过程中的各项测试数据和施工记录，不符合设计要求时应补夯或采取其它有效措施。

（2）场地检测的数量，应根据场地复杂程度和建筑物的重要性确定，对于简单场地上的一般建筑物，每个场地地基的载荷试验检测点不应少于3点。

4、地基处理效果分析与评价

对试夯区进行了原位测试及采样室内试验（大型直接剪切试验），将测试的地质参数作为评价及设计的主要依据。

砂土层：标贯击数实测标准值为13击（稍密），饱和容重19.0KN/m3，孔隙比0.55，饱和C值11KPa，饱和φ值21°，压缩模量6.5 MPa，[fa0]=130KPa。

卵石土垫层：超重型动力触探击数标准值为8击（中密）；相对密度Dr=0.75，饱和C值0KPa，饱和φ值33.5°；饱和容重23.3KN/m3；天然容重22.5KN/m3；压缩模量20MPa；干容重21.5KN/m3；最优含水率5.5%；[fa0]=350KPa。

（1）砂土地基承载力验算

在工后进行砂土地基承载力验算时，作了如下计算简化。先将车辆荷载换算成土柱高（当量高度0.79m）；以654.50m高程面为计算控制基面，垫层上表面受其上覆路堤填土自重压应力的作用，其作用力通过一定厚度的卵石土垫层扩散后传给砂土地基，在进行自重压应力计算的同时，按《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63-2007中的规范性公式，对砂土的承载力作验算时，选定竣工为其验算工况的同时，以路中土体结构层次及层厚作为计算的控制依据。其计算过程及结果如下。

等效于基础底面的压应力（路堤填土土体自重应力）：

等效于基础底面处的自重压应力：

Pgk′=γh=22.5kPa

垫层底面处的附加压应力（按条基计算）：

P0k=b（P0k′-Pgk′）/（b+2ztanθ）=83.09kPa

垫层底面处土的自重压应力：

垫层底面处经深度修正后的地基承载力容许值：

经计算并满足下式要求，P0k+Pgk≤γR[fa]

即83.09+62.90=145.99＜1×188.3=188.3kPa

γi-参与计算的第i层填土的容重，地下水位以下的填土则采取浮容重（KN/m3）；hi-参与计算的第i层填土的层厚（m）；z-设计垫层厚度（m）。

（2）砂土地基沉降计算与评价

水库路堤所发生的沉降、位移和拉裂变形，是水库蓄水反渗于路堤在架空或疏松结构部位等首先产生湿陷及地基本身不均匀沉降叠加共同作用的结果。鉴于此，地基在使用期内不发生较大沉降和不均匀沉降的控制尤为重要，也是保证路堤安全、稳定的关键。基于水库路基运行的特殊环境，在对砂土地基实施强夯的同时，对路堤高程654.50～659.43m段回填透水性材料并采用冲击式压路机碾压，以确保路堤填料本身充分压实及产生微弱的沉降；事实上，对于砂土地基在施工期间即可完成其最终沉降量的80%以上，能确保路基工后沉降≤500mm（规定的允许值）。当正常蓄水至658.0m后，采用《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63-2007中规范性公式进行了垫层压缩量计算，其中砂土地基沉降量采用《碾压式土石坝设计规范》DL/T 5395-2007中规范性公式按分层总和法计算，其计算过程及结果如下：

S=Scu+Ss；Scu=Pm.hZ/Ecu

分层总和法计算式：

式中：s-垫层地基沉降量（mm）；scu-垫层本身的压缩量（mm）；ss-下卧砂土层沉降量（mm）；Pm-垫层内的平均压应力（MPa）；hz-垫层厚度（mm）；

Ecu-垫层的压缩模量（MPa）；Pi-第i计算土层由路堤填土荷载产生的竖向压应力（MPa）；Ei-第i计算土层的压缩模量（MPa）；hi-第i计算层厚度（mm）；

路基任一点的附加应力由路基矩形分布荷重和三角形分布荷重所引起的坚向应力叠加而得，附加应力按下式计算：Pz=KT.q

Pz--路基任一点的附加应力；q--矩形或三角形分布荷重；KT--应力系数，按《碾压式土石坝设计规范》DL/T 5395-2007中的表G1和G2查取。

①砂砾垫层：由m=0，n=2/8.5=0.235，查表G1并经内插计算KT=0.965；由m=15/20=0.75，n=2/20=0.1，查表G2并经内插计算KT=0.032；

堤基土自重引起的竖向应力：13.3×2=26.6KPa

矩形或三角形分布荷重：

Scu=0.25017×2000/20=25.0mm

②砂土层：由m=0，n=4.65/8.5=0.547，查表G1并经内插计算KT=0.791；由m=0.75，n=4.65/20=0.233，查表G2并经内插计算KT=0.0746；

堤基土自重引起的竖向应力：

13.3×2+9×2.65=50.45kPa

Ss=0.25945×2650/6.5=105.8mm

③砂卵石层：由m=0，n=11.55/8.5=1.36，查表G1并经内插计算KT=0.437；由m=0.75，n=11.55/20=0.578，查表G2并经内插计算KT=0.169；

堤基土自重引起的竖向应力： 13.3×2+9×2.65+13.3×6.9=142.22kPa

SL=0.27088×6900/20=93.45mm

沉降计算控制深度按规范应算至路堤附加应力等于路基自重竖向应力20%处的深度，但因下伏层为千枚岩，就不必在作沉降计算了；总之，工后沉降总和： S=25.0+105.8+93.45=224.25mm＜500mm（规范规定的允许值）

（3）地基土地震液化评价

据强夯区测试的地质参数按《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010进行地基砂土地震液化评价，在地面下20m深度范围内，液化判别标准贯入锤击数临界值可按下式计算：

液化判别标准贯入锤击数基准值N0取12，经计算表明地基土砂土在地震作用下不液化。

结束语

地基处理方法繁多，如何从中选择经济可行的地基处理方案就显得极为重要了，需结合建筑物的功能、地形、地貌部位及运行环境等综合确定；本案例采用强夯处理高路堤砂土地基，在减少沉降量及抵抗液化能力等方面达到了预想的效果，达到了以土治土之目的。不失为一种经济、简便、快速有效的地基改良方法。只要条件允许（施工条件及周边环境许可），是值得在地基处理中首选的一种方法。

高填方路堤地基勘察的深度与广度应引起重视，力求其准确性；以确保地基处理设计的合理与经济性，力求避免设计方案的重大修改，酿成施工延误和不必要的经济损失。

参考文献

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1 工程概况

庐山位于江西省北部，长江、鄱阳湖之畔，是国家重点风景名胜区，其主要水源是地处特级 保护区内的芦林湖。由于庐山旅游业的快速发展，生活用水量急剧增加，用水需求已超过了芦林湖的正常供水能力。据测算，至2010年，芦林湖的平均年缺水量将达到97×104 m3 。为保护芦林湖的水质和湖面景观，并满足供水要求，特兴建了莲花台水库供水工程，主要包括一座取水水库、一座取水泵站和一条DN400、长约4.6 km的输水管道。工程设计供水能力为1.22×104 m3/d，流量为0.16 m3/s，将莲花台水库的蓄水输送到芦林湖，以增加芦林湖的蓄水量，提高芦林湖的供水能力。

工程采用2台水泵并联供水(另有1台备用)，水泵设计扬程为1 225 kPa(122.5 m)， 流量为288 m3/h，安装高程为881.6m。取水水库的正常蓄水位为912 m，死水 位为887 m。输水管道进口(即水泵出口)的桩号：-78.5 m，管中心高程：882.3 m，输水管道出口的桩号：4476.33 m，管中心高程：993.02 m，按自由出流设计。整个输水管道系统的总水头损失系数∑R＝1 042.773(这里R＝Δh/Q2，Δh 、Q分别是对应的水头损失和过流量)，其中管道出口附近约600 m管段(含驼峰管段)内 的主要节点参数如表1所示。

表1 输水管道出口附近管段主要节点的有关参数 节点

桩号

(m) 节点管

中心

高程

(m) 管段

长度

(m) 原输水管道布置情况 增设调节池后情况 工况1 工况2 工况1 工况2 压力

水头

(kPa) 内水

压力

(kPa) 压力

水头

(kPa) 内水

压力

(kPa) 压力

水头

(kPa) 内水

压力

(kPa) 压力

水头

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二、针对水库建设管理中存在问题的对策探讨

1.首先要强化对于人员的培训和管理水库建设立在当代、功在千秋，对于促进社会生产具有十分重要的现实意义。所以在水库建设的过程中要对施工人员严格要求，坚持持证上岗，对于特别重要的岗位要确保工作人员具备熟练的技术和同类的工作的经验。同时要经常性地开展安全和生产方面知识的培养，使得每个参加水库建设的人员都能够具备一定的专业知识，从而更好地提升水库建设的质量。2.优化水库工程施工管理制度在水利工程的施工过程中要建立一套完善的管理制度，在材料检验、图纸审核以及工程验收等环节要有科学合理的程序。工程的技术人员要明白自身在工作中的职责，树立安全意识和大局意识，依照制度做好本职工作。同时在工作的开展过程中要详细完整地记录施工日志，以便日后开展检查工作。在进行水库图纸的绘制中，要严格地对图纸进行绘制，同时复核人员要进行仔细的查验，发现问题之后尽快地做出修改，避免在施工中造成更大的损失。在水库施工结束之后，要将图示这技术资源进行归档，进行妥善的管理，以便日后进行查验。3.加大对于水库建设的资金投入水库建设是一项十分宏大的工程，但因为工程的施工环境比较复杂，施工所需要的周期比较长，对于工程的质量要求也比较高，所以充足的资金是保障整个水库工程能够顺利开展的重要保障，这就需要加大对于水库工程的资金投入。在开展施工的过程中，如果资金不足就会影响到施工人员的情绪，也会影响到材料的购买，这对于水库工程的施工进步和施工质量会产生一定的负面影响，严重影响了水库建设的顺利开展。

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中图分类号：TV文献标识码： A

1工程概况

南河水库是延安黄河引水工程的反调节水库，其主要任务是对延安黄河引水工程在黄河泥沙超限、生态流量受限和引水工程前段检修情况下起反调节作用，另外还具有防洪、拦沙及延川县城事故应急供水功能。

水库总库容2824万m3，为Ⅲ等中型工程，主要建筑物大坝为2级，其它建筑物为3级，次要建筑物为4级。主要建筑物防洪标准按50年一遇设计，1000年一遇校核。

枢纽主要由大坝、导流泄洪洞、输水洞等三部分组成。大坝为均质土坝，导流泄洪洞布置在右岸，为明流洞，前期满足施工导流，后期改建为永久泄洪洞，全长525.2m，最大泄量248m3/s。

2导流泄洪洞布置及型式选择

本工程导流泄洪洞主要功能是施工导流、放空水库和泄洪，其布置原则为：

1）根据坝址处地形地质条件，选择合理的导流泄洪建筑物轴线位置；

2）泄洪设施尽可能做到与施工期的导流建筑物相结合，以减少工程投资；

3）在布置导流、泄洪洞时，应兼顾考虑到水库放空的要求。

根据地形、地质条件，在大坝右岸，岸坡在坝肩部位略微凸起，具有布置顺直隧洞的条件，而且坝肩处基岩顶高程满足泄洪洞布置要求，隧洞洞身围岩为强～弱风化砂岩夹泥岩，围岩类别为Ⅲ、Ⅳ类围岩，围岩厚度及高度均满足成洞条件。因此，按照以上布置原则，结合本工程的实际情况，选择将导流泄洪洞布置在右岸。为了减少工程投资，将导流洞和泄洪洞结合布置，并兼顾水库放空。

（1）进口高程的比选

导流泄洪洞进口的高程既要满足导流的要求又要满足水库永久泄洪的要求。从施工导流方面考虑，导流洞进口高程越低，相应导流洪水标准下围堰投资越小，但同时还应考虑到进出口的地形、地质条件以及出口下游消能防冲要求；从安全的角度考虑，洞子宜布置于基岩中，同时应满足洞顶围岩覆盖厚度和成洞条件；从水库防淤积方面考虑，应确保泄洪进口不被淤积堵塞；从水库放空方面考虑，进水口高程越低越好；从施工工期及投资方面考虑，进口高程越高，围堰高度越高、工程量增加，围堰布置越困难，工期不易保证。

综上所述，本次设计对导流泄洪洞进口采用同一进口和“龙抬头”的型式两种方案的布置进行了比较，通过比较，采用同一进口，临建工程量较省、投资少，施工干扰小，坝体填筑不受洪水影响，填筑强度低，工期易保证；采用龙抬头型式，临建工程量大、投资大，且施工繁琐，后期完工后需对前段导流洞下闸封堵同时导流洞由于地形及泄洪洞布置影响，平面布置S弯道，洞内流态相对较差。

因此，采用同一进口，结合地形条件，进口高程确定为795.0m。

（2）导流、泄洪洞洞径比选

导流、泄洪洞采用同一进口单洞型式，洞径必须同时满足导流和泄洪功能。

1）导流洞洞径

本工程采用土石围堰，材料成本较低，围堰高低对工程投资变幅不大。而隧洞投资受洞径变化幅度较大，因此从控制投资的角度考虑，在满足隧洞施工断面和工程各建筑物布置的条件下，应尽量缩小导流洞的洞径而提高围堰的高度，而导流洞洞径不起控制作用。

2）泄洪洞洞径

泄洪洞洞径的大小，主要影响到水库泄洪时库水位的高低，对坝体高度有直接影响，洞径越小，坝高越高。为此初拟三个隧洞断面（B×H）：3.5m×4.5m、4.0m×5.2m、5.0m×6.6m，在正常蓄水位相同的前提下，通过调洪确定不同的大坝坝高分别是75m、74m、73m，结合隧洞和大坝投资进行了综合分析比较，选择洞径4.0×5.2m相对比较合适。

（3）导流泄洪洞出口消能型式比选

导流泄洪洞的出口处基本正对原主河槽，围岩为强～弱风化T3h砂岩夹泥岩，属极不稳定的V类围岩，从地形上看，同时具备修建底流消能和挑流消能建筑物的条件，但是必须做好出口洞脸的防护。

1）底流消能

根据地形条件尽可能的将消力池座落在完整基岩上。其优点是和下游河道衔接顺畅，对周围边坡建筑物影响较小；但缺点是池底板较低，池内水无法排出，分缝、排水孔底板下部等部位，在冬季存在冻胀问题，且工程量大，造价相对较高。

图1 底流消能设计图

2）挑流消能

根据出口处地形、地质条件，尽可能将出口挑坎座落在完整基岩上。其优点是工程量小，造价相对较低；缺点是出口采用挑流消能有一定的雾化现象，可能会对右岸边坡造成影响，需采取保护措施。

图2 挑流消能设计图

通过比较上述两种消能方案，选择挑流消能。

综上，导流泄洪洞进口底板高程为795.00m，放水塔为岸塔式布置；洞身长448m，采用圆拱直墙型断面，尺寸（B×H）为4.0×5.2m，洞底比降为1：30，衬砌厚度采用0.5~0.7m；出口采用挑流消能，挑坎高程777.30m，挑射角挑角34.458°

3水力计算

（1）泄流能力计算

导流泄洪洞泄流能力根据不同洞前水深，分别按底坎为宽顶堰的堰流和压力孔流计算，堰流和压力孔流的临界值按下式计算：

〉0.65为堰流

〈 0.65为孔流

式中：―孔口高度；

―孔口前水深（m）。

（2）洞内水面线推求

1）不考虑掺气洞内水面线计算

根据《水工隧洞设计规范》（SL279-2002），按校核洪水下泄流量248.2m3/s推算最高水面线。通过能量方程，经计算泄洪洞洞内水流为C2型壅水曲线，计算结果见表1。

2）考虑掺气后洞内水深计算

深孔闸门后，洞内无压流的流速较大，水流掺气水深计算采用下面公式：

ha=h/β

β=1/(1+K×V2/gR)

式中：ha―掺气后的水深；

h、v、R―分别为掺气前的水深、流速及水力半径；

K―普通砼取0.004~0.006，取0.005。

掺气后水深计算结果见表1。

表1导流泄洪洞洞内水面线

在校核洪水泄量下，洞内最大掺气水深为3.79m，洞身断面直墙高度4.0m，净空面积占隧洞断面面积的21.7％，满足《水工隧洞设计规范》（SL279-2002）规定的高速水流无压隧洞掺气水面以上的净空要求。

（3）出口消能计算

导流泄洪洞出口消能型式采用挑流消能，洪水标准为30年一遇洪水，下游水面高程根据导流洞出口处的水位流量关系曲线查算。

根据《溢洪道设计规范》（SL253―2000），挑距按下面公式计算：

L=（V12sinθcosθ+V1cosθ(V12sin2θ+2g（h1×cosθ+ h2）)0.5）/g

式中：L―挑距（m）

θ―挑流水舌水面出射角，（°）

V1―坎顶平均流速（m/s）

h1―挑流鼻坎末端法向水深（m）

h2―鼻坎坎顶至下游河床高程差（m）

经计算，当30年一遇洪水时，下泄流量244.04m3/s时，挑距L=74.053m。

冲刷深度按下列公式进行估算

T=K×q0.5×Z0.25

式中：T―自下游水面至坑底最大水垫深度（m）

q―鼻坎末端断面的单宽流量（m/s）

Z―上、下游水位差（m）

K―综合冲刷系数， K=1.1~1.8

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1 概述

在水电站库区低等级公路复建中，通常不可避免的需要建设一些桥梁。水电站库区公路复建一般是因水库淹没，顺岸坡抬高复建，路线走廊带所处的地形复杂，地面起伏大，变化频繁，横坡较陡等，局部需穿越陡崖、崩塌或深切支沟等地形。拘于这样的地形地质条件，公路路线布设时通常是平曲线多，平面半径小，纵坡大，横坡陡，高挡墙多，甚至局部采用半边桥或者高架桥穿越，桥梁比例高。而且对于水电站库区公路，路线跨越深切支流较多，常常会遇到弯坡桥，高墩大跨桥和需采取多样的墩台形式适应地形地质条件。比如某水电站库区某公路复建工程，桥梁工程投资约占公路总投资的2/5。尽管是低等级公路，但如何做好桥梁的选型及设计对库区复建公路的设计就显得非常重要。

桥梁选型属于概念设计范畴，是桥梁结构设计里具有创造性的领衔设计。合理的桥型会使得公路桥梁工程结构本身安全、可靠、经济、耐久满足其正常使用功能外，还能和周边环境协调，提高人文景观效应。桥梁设计选型是指选用一种单一的结构力学体系（包括梁、拱和索结构）或者是由两种简单体系组合而成的结构力学体系（如系杆拱，斜拉悬吊结构和斜拉拱桥等方面）作为桥梁结构的主体空间结构形式，从而确定桥型结构。

2 水电站库区低等级复建公路常用桥型

2.1钢筋混凝土梁桥。

钢筋混凝土结构的一种有非常好的耐久性，并且还有非常强的可塑性，能够按照设计意图做成各种形状的结构，因此在桥梁设计中被广泛应用。钢筋混凝土梁桥就是钢筋混凝土的结构的一种，以简支梁、连续梁等结构形式被应用，而且由于其较强的可塑性，尤其在低等级公路越沟弯道段，被广泛使用。在低等级库区复建公路中，常会遇到跨径L≤16 m 的桥梁形式，一般情况下，根据桥位特点、周边环境和建设环境，桥梁跨径L≤6 m 时，采用实心板结构； 在桥梁跨径6 m≤L≤16 m 时，可采用空心板或连续的实心现浇板。

2.2预应力混凝土梁桥。

预应力混凝土梁桥根据跨度大小，在使用情况上是不一样的。L≤20 m 时采用后张法空心比较经济合理，因其建筑高度小、受力合理、施工工期短等优点被广泛采用。在25 m≤L≤50 m 时更多采用组合小箱梁或者T梁，小箱梁相比同跨径的T 梁有的诸多优点，被广泛使用。具体的优点主要有：一是梁高较小。二是梁稳定性优于T 梁抗扭性好，三是张拉预应力钢束时，较大跨径的T 梁易发生侧弯，而小箱梁基本不会出现侧弯。预应力筋能够使受拉区预先储备一定的压应力，在外力作用下混凝土可不出现拉应力或者是出现超过某一限值的拉应力。

2.3连续刚构桥和拱桥。

连续刚构桥是墩梁固结的连续梁桥，该种体系利用主墩的柔性来适应桥梁的纵向变形，适用于大跨、高墩的桥位修建，是库区跨越较大支流切沟的重要桥型之一。连续刚构桥分主跨为连续梁的多跨刚构桥和多跨连续-刚构桥，均采用预应力混凝土结构，梁墩固结点可将铰设置在大跨、高墩的桥墩上，利用高墩的柔度适应结构由预加力、混凝土收缩徐变和温度变化所引起的纵向位移。该桥型整体性能好，挂篮等施工方法成熟，结构刚度大，抗震性能好，被广泛应用于各级公路及铁路桥梁中。对库区的深切地形尤为适应。

拱桥在我国大江南北到处可以看见，起初的拱桥多采用用天然石料作为建筑材料。拱桥以其跨度大，造价低廉为高山峡谷中广泛采用。水电站库区的深切地形，往往两岸基岩完整，承载能力较好，适合修建拱桥。其古朴大方、受力合理、构造简单、无需高墩、造价低等特点均为其他桥型不可相比。

3 桥型方案比选原则

桥梁方案设计是初步设计阶段的重要设计内容，根据路桥配合选择的桥位、公路的技术标准、荷载等级、桥梁的各项设计要求，按照技术可行，经济合理，因地制宜、就地取材、便于施养、适用美观与自然环境协调一致的设计原则进行桥梁桥型方案设计。根据地形地质水文拟选三种进行比较分析，从安全、功能、经济、美观、标准化施工、占地和工期多方面比选，最终确定桥梁形式。

3.1适用性原则

所谓适用性原则就是符合公路总体设计要求，综合考虑水文，地质，地形，施工等因素，满足在车辆和人群的安全畅通及未来交通量增长的需要。在桥下应满足泄洪、安全通航或通车等要求。结构上保证使用年限和易维护，易保养。

3.2舒适与安全性原则。

所谓舒适与安全性原则就是要控制桥梁的竖向与横向振幅，避免车辆在桥上振动与冲击。整个桥跨结构及各部分构件，在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。

3.3经济性原则 。

所谓经济性原则就是设计的经济性，符合长远发展远景及将来的养护与维修等费用。 同时还要先进性原则，体现出现代桥梁建设的新技术及造型美观原则。一座桥梁应与周围的景致相协调。合理的结构布局和轮廓是美观的主要点，尤其是在水电站库区低等级复建道桥梁的设计中。

4 水电站库区低等级复建道路桥梁设计选型

4.1桥型上部结构的比选

桥梁上部结构形式的选择合理与否对工程的经济性、结构新颖、施工方便、美观性及施工速度有较大的影响，是整个桥梁设计过程中非常重要的一个环节。同时还要以不破坏或少破坏地区原有风貌为原则，最大限度减小施工对水流的污染，较好地与周围环境相协调。在水电站库区低等级复建道路桥梁设计中，主要采用钢筋混凝土、预应力混凝土简支梁。简支梁桥是梁式桥中应用最早、使用最广泛的一种桥型。具有受力简单、节省材料、架设安装方便等优点。简支梁常用的经济合理跨径在20 m 以下，且采用空心板较多。随着近年来施工工艺的改进，应用较多的是宽幅式空心板和小箱梁，其经济技术指标较其他结构优势明显。对于跨径25 m 的简支梁，在库区桥梁中较少见，如需采用时，推荐T 梁。对于跨径30 m 的简支梁，组合小箱梁和T梁应用一样，各项指标也相差不大，各有优缺点。对于跨径35 m和40 m 的简支梁桥，采用组合小箱梁的结构形式，桥梁整体性好，施工张拉时不易出现侧弯，且更为节约材料。特别在曲线上的桥梁，组合小箱梁抗扭性能好于T 梁，且T 梁施工难度较大。所以跨径35 m 与40 m 上部结构推荐采用组合小箱梁。

4.2桥型下部结构比选

桥梁方案比选中，上部结构是首要考虑的，下部是从属的，但是也是不容忽视的。

库区低等级复建道路桥梁在山区，由于地势起伏都非常大，对自然环境的破坏应该以最小为目的。为了使桥墩台自身稳定性，需要将基础嵌入岩层或稳定的地基中。一般桥台填土高度宜控制在8 m 以下，桥台形式主要采用轻型桥台和重力式U 形桥台，轻型桥台采用桩基为宜。桥墩除特殊结构外一般采用双桩柱式桥墩，桩径1. 5 m，柱径1. 2 m，桥墩高度小于45 m 时，采用圆柱式墩较为经济，因其施工工艺成熟，提升滑模施工快。对于墩高大于45m的桥墩，为保证结构 有足够的刚度，同时兼顾外形美观，设置工艺较为成熟的空心薄壁墩。

5 结语

随着我国基础设施不断完善，边远山区的通村通乡公路建设项目越来越多，不至在水电站的库区低等级复建道路中，在一般的乡村道路建设中同样会有较多的桥梁建设，做好做优低等级公路建设中桥梁设计选型工作，对公路建设项目，乃至社会经济发展具有较大的意义和价值。