4 角峪水库工程任务和规模论证
4.1 社会经济概况及工程建设的必要性
4.1.1 社会经济现状
角峪水库加固工程所在区域属于暖温带大陆性半湿润季风气候，寒暑适宜，光温同步，雨热同季。年平均气温13℃，多年平均降雨量700～800mm，无霜期200多天。粮食作物主要有小麦、玉米、地瓜、高粱、大豆、大麦等；经济作物主要有花生、芝麻、棉花、大麻、烟草、蔬菜等。坝址区涉及到泰安市岱岳区的角峪镇，岱岳区2005年末农业人口78.35万人，农作物总播种面积为194.76万亩，其中粮食作物播种面积107万亩，粮食总产49.96万t，农业人均638kg。农民人均纯收入4085元。
4.1.2 工程现状和存在的主要问题
4.1.2.1 概述
角峪水库是在原有小（1）型水库基础上经改建和续建而成的中型水库，1958年建成小（1）型水库，1959年10月至1960年春改建为中型水库，但未达到设计规模，1965年2月至1966年4月续建成中型水库，1976年将原70m的溢洪道加宽到100m，同时大坝增加了高1.2m的砌石防浪墙。东放水洞位于大坝桩号0+865处，1960年建成；西放水洞位于大坝桩号0+058处，1963年建成，两放水洞均为无压砌石拱涵。
角峪水库现状主要建筑物包括：均质土坝、开敞式无闸控制溢洪道、东放水洞、西放水洞。
4.1.2.2 防洪标准及防洪能力
水库总库容2109万m3（本次复核值），根据《水利水电工程等别划分及洪水标准》（SL 252—2000）的要求，工程规模为中型，工程等别为Ⅲ等，其主要建筑物级别为3级、次要建筑物为4级。设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为1000年一遇。设计洪水位166.34m，最大下泄流量120m3/s；校核洪水位167.35m，最大下泄流量391m3/s；坝顶高程复核结果为168.50m，比现状坝顶高程167.50m，高1.0m。防浪墙顶高程168.67m，由于防浪墙质量差，与防渗体连接质量差，不能起到防渗作用，故水库防洪能力不满足1000年一遇校核洪水、100年一遇设计洪水的坝顶超高要求。
4.1.2.3 大坝
角峪大坝为均质坝，全长1142m，顶高程166.96～168.00m，坝顶宽6m，防浪墙顶高程168.67m。上游坝坡为干砌石护坡，下游坝坡草皮护坡。桩号0+000～0+949段，上游坝坡高程162.27m以上边坡1∶3，以下边坡1∶3.5；下游坝坡162.27m高程设有马道，宽2m，马道以上边坡1∶2.75，以下边坡1∶3。桩号0+949～1+142段，上下游坝坡为1∶2。坝后排水棱体位于桩号0+137～0+673河槽段，总长545m，顶高程159.09～155.57m，顶宽1.0～2.0m，高1.0～4.1m。水库自建成后，存在严重的沉陷、变形及裂缝等险情，自水库竣工蓄水至今，一直带病运行，大部分年份不能达到正常蓄水位，给下游防洪和灌区生产造成巨大损失，主要问题为：
（1）大坝防浪墙基础没有发现大的不均匀沉陷，墙体不存在大的裂缝，局部勾缝砂浆脱落严重，砌筑质量差，砂浆强度低，检测平均值为4.6MPa。部分基础下为中砂，且砂浆不饱满，局部位置为砂灰砌筑，与防渗体连接不紧密。
（2）坝体填筑质量差。受当时筑坝技术限制，角峪水库在施工时全是人抬肩扛，上坝土料不均，施工分缝多，又经过三期工程才形成现在的规模，造成坝体土料差异性大。组成坝体的土料主要为中、重粉质壤土，局部夹杂有中砂和杂填土。
坝体中、重粉质壤土黏粒含量27.7%，粉粒62.1%，砂砾9.9%，砾石0.3%，天然含水量16.9%～29.5%，平均值22.3%，压实干密度1.31～1.69g/cm3，平均值1.62g/cm3，填筑压实度仅为75%～91%，孔隙比为0.553～1.076，饱和度55.9%～100%，压缩模量0.26～7.13MPa，平均值4.72MPa，属中高压缩性土。壤土渗透系数范围值3×10-7～6.66×10-4cm/s，平均值3×10-6cm/s，属极微透水—中等透水，有接近7%>；1×10-4cm/s。由此可知，坝体土质混杂，碾压质量差，局部软弱。
坝体中砂为闪长岩风化残积物，呈粗砂粒状，纵向分布在桩号0+052～0+950之间，最低高程163.00m；桩号0+460～0+870段，厚度2.0～3.7m，平均厚度2.5m；桩号0+240～0+280段，厚度0.4～2.45m，平均厚度1.4m，上下游贯通，使大坝高程165.02m以上失去有效防渗作用。
坝体杂填土由灰岩碎石、砖瓦块、砂砾和粉质黏土组成，其中碎石含量约占15%，厚度0.3～0.6m，分布于大坝左端桩号0+000～0+040，高程168.51～167.91m，为整修坝顶路面多年铺垫形成。
（3）坝体裂缝。经过几十年长期运行，坝顶无硬化处理，由于沉陷不均匀和汛期来往车辆碾压，坝顶凹凸不平。
大坝运行中没有出现过大的裂缝，1964年桩号0+300处坝身出现长50m，宽0.05m，深0.8m的纵向裂缝，1975年库水位达164.57m时坝坡出现裂缝和塌陷现象，1979年对大坝进行培厚加固。但1976年汛期东放水洞西侧出现过滑坡，1983年对坝坡进行局部翻修加固。
（4）渗漏严重。坝基岩体自大坝桩号0+000～0+120段为奥陶系灰岩，桩号0+120～1+060段为闪长岩，在桩号0+055m处发育一条横切大坝的断层，破碎带为断层角砾岩，透水率较大，是坝基岩体的渗漏通道。桩号0+050～0+600段排水体底部均有明流出现，水位在162.00m时，下游地表渗漏量达0.15m3/s。坝基表层为没有清除的粉土质砂和含细粒土砂，引起下游出现明流、大面积沼泽化。坝基长期渗漏会加剧坝基的接触冲刷，逐渐使坝体产生变形。
大坝左岸没有清基，据资料记载当库水位超过157.00m时，坝脚排水沟渗漏量达0.05m3/s。
（5）大坝上游护坡为干砌石，现状厚度18～29cm，从库水位以上观察，护坡石存在大面积塌陷、架空和翻转现象，监测面积15840m2，存在塌陷和损坏的面积为1450m2，最大塌陷深度58.6cm，平均塌陷38.6cm。护坡石质量差，风化严重，其下无反滤料，仅局部位置分布有一层厚8～10cm的碎石垫层，不符合规范对反滤层的要求。
（6）大坝下游坡为草皮护坡，护坡质量极差，大部分坝坡裸露，少部分坝坡分布有稀疏草皮；坝坡雨淋冲沟发育，冲沟最大深度0.58m，局部坝坡沉陷严重。
（7）大坝桩号0+137～0+673段坝后为棱体排水，排水体长545m。排水体外部为干砌石，表面凹凸不平，塌陷严重，存在26处大的塌陷，最大塌陷面积达4.2m2。块石局部风化较严重，块径较小，槽探发现排水体块石内侧为全风化料和卵石、碎石垫层，垫层直接与坝壳接触，反滤层结构不合理，不能保护坝体。
坝后排水设施不完善，大部分排水沟已坍塌和缺失，没有坍塌的部分淤积严重。
（8）根据安全鉴定报告，大坝下游坡脚存在渗透破坏。
（9）坝顶高程不能满足要求。
（10）水库建成后，经过几次加高培厚，出现一些沉陷问题，只做过临时处理，一直没有安装位移监测设施。1987年8月安设了大坝浸润线观测设施测压管，分别在0+300、0+450、0+600三个断面三排，每排4支共12支，现测压管已全部淤堵报废。
4.1.2.4 放水洞
（1）东放水洞。东放水洞位于大坝桩号0+865处，为无压砌石拱涵洞，洞底进口高程156.57m，砌石拱涵总长54.66m，竖井前引渠长16.33m，竖井长4.0m，竖井后部涵洞长34.23m，底坡0.004。涵洞宽1.0m，墩高1.0m，拱高0.5m，基础未完全坐落在基岩上，下游局部洞体基础坐落在岩石上。设计引水流量2.0m3/s，闸孔尺寸1.0m×1.0m，1973年更换钢平板闸门。存在的主要问题：
放水洞及竖井砌筑和勾缝砂浆治疗较差，强度低，有的部位基本没有强度。洞内渗漏溶蚀严重，整个洞体基本全部渗漏，拱顶及侧墙的砌石面上附着大量的钙质等析出物，说明砌石块的内部结构已受到严重破坏，其强度也大大降低，形成工程的隐患。洞内虽未发现射流，但渗水严重，在洞外能听到滴水声，且洞口处常年渗漏水流出。
放水洞启闭机房内，启闭机部件锈蚀老化，缺乏养护，不能正常开启，螺杆等金属构件有较严重的锈蚀现象，且启闭机为淘汰产品。闸门关闭不严，已出现绣坑，锈蚀和漏水现象严重，不能正常工作，不利于工程安全和效益的发挥。涵洞没有设置检修闸门，发生故障时检修困难。启闭机房顶未安装避雷设备，给防汛工作和操作人员的人身安全带来安全隐患。
（2）西放水洞。西放水洞位于大坝桩号0+058处，为无压砌石拱涵洞，洞底进口高程157.07m，砌石拱涵总长60.56，渠长16.73m，竖井长4.0m，竖井后部涵洞长39.83m，底坡0.004。涵洞宽1.2m，墩高1.2m，拱高0.6m，基础都为岩石。设计引水流量3.5m3/s，闸孔尺寸1.2m×1.2m，1980年改建启闭机房，更换闸门。
放水洞及竖井砌筑和勾缝砂浆治疗较差，强度低，有的部位基本没有强度。洞内渗漏溶蚀一般，闸室处拱顶及侧墙的砌石面上附着大量的钙质等析出物，说明砌石块的内部结构已受到严重破坏，其强度也大大降低，形成工程的隐患。洞内虽未发现射流，但有渗水，洞口处常年有渗漏水流出。该放水洞两侧填土压实度不够，库水位高时常有绕渗水流在下游岸墙处逸出，坝上游坡放水洞的上部已出现塌陷坑，直径3.0m，深0.5m左右，说明已产生了渗透破坏，危及大坝安全。
放水洞启闭机房内，启闭机部件锈蚀老化，缺乏养护，不能正常开启，螺杆等金属构件有较严重的锈蚀现象，且启闭机为淘汰产品。闸门关闭不严，已出现绣坑，锈蚀和漏水现象严重，不能正常工作，不利于工程安全和效益的发挥。涵洞没有设置检修闸门，发生故障时检修困难。启闭机房顶未安装避雷设备，给防汛工作和操作人员的人身安全带来安全隐患。
4.1.2.5 溢洪道
溢洪道位于大坝右岸，为正槽开敞式溢洪道，由引水渠、溢流堰和下游泄槽组成，总长980m，桩号以大坝末端溢流堰处为0+000，最大泄量960m3/s（三查三定）。溢流堰前引水渠长约220m，底宽100～169m，底高程161.60～163.57m；溢流堰为宽顶堰，无控制设施，堰面为开挖的风化闪长岩岩面，堰顶高程163.57m，净宽100m；溢洪道无消能防冲设施，下游泄槽宽度由100m渐变为20m，泄槽0+020～0+200段，坡度比较平坦，0+200～0+280段为跌坎和陡坡段，0+280段以下相对比较平缓；泄槽上游段覆盖层为全风化的闪长岩，下游段覆盖层为壤土，覆盖层抗冲刷能力差，溢洪道退刷严重，下游多处已形成冲沟。
（1）溢洪道进口宽度虽为100m，但下游为自然冲沟，断面狭窄，宽度10～20m，深度1.5～2.0m，不能满足行洪要求，安全泄量小于100m3/s。溢洪道底坡度很不均匀，0+100～0+200之间为自然跌水和陡坡段，0+350以后基本为较均匀的缓坡。
（2）渠底为强风化闪长岩，抗冲刷能力差，无控制和消能设施，且大坝裹头标准太低，两岸均未做任何护砌，若遇较大洪水，剥蚀冲刷严重，危及大坝安全及右岸农田。
（3）溢洪道进水口有近90°的大转弯，水流条件不好，凹岸无防护导流工程，无交通桥，严重影响防汛工作的开展。
（4）溢洪道在0+350附近与灌渠渡槽交叉，渡槽孔宽不足，槽墩阻水，此处将严重影响泄洪，遇较大洪水时洪水将溢出河槽淹没冲蚀两岸农田。
（5）溢洪道下游河槽内树木杂草丛生，流水不畅，水流条件差，对泄洪不利。两岸及河底均无护砌，抗冲能力差。河槽宽度为15～20m，深度1.5～2.0m，过水断面小，且树木较密，严重阻水，遇较大洪水时洪水将溢出河槽大量淹没冲蚀两岸农田，剥蚀冲刷岸坡，造成很大损失。
（6）溢洪道尾部地面高程150.50m左右，大坝坝脚处地面高程有多处为150.50m左右，此处溢洪道与09公路交叉，通过09公路上的交通桥（两孔平板桥，孔净宽27m，高2.3m）下泄洪，遇较大洪水时桥孔阻水，将出现回水并淹没坝脚，严重影响大坝安全。
4.1.2.6 安全鉴定结论
根据水利部大坝安全管理中心的安全鉴定复核意见，水库存在的主要问题有：
（1）防洪标准不满足要求。
（2）大坝防浪墙质量差，部分倒塌，与防渗体连接不紧密。
（3）坝体填筑质量差，曾多次发生裂缝。
（4）上游护坡质量差，部分倒塌，坝后排水体无反滤料，坝基清基不彻底，坝后渗漏严重，沼泽化。
（5）溢洪道基岩风化严重，无护砌，无消能工，出水渠段为自然冲沟，过流能力不足，泄洪回水影响坝脚安全。
（6）东、西放水洞为浆砌石无压拱涵，埋于坝下，渗漏严重，与坝体填土间存在接触冲刷，放水洞闸门及启闭设施陈旧、老化，不能正常运行。
（7）防汛公路标准低，大坝安全监测与管理设施不完善。
大坝安全鉴定指出的工程问题存在，三类坝结论符合实际情况。
4.1.3 除险加固的必要性
由于该工程存在较多的质量问题，尤其是水库防洪标准低，坝体、坝基渗漏严重，水库无法发挥正常效益。经水利部大坝安全管理中心鉴定为三类坝。
为确保水库下游广大人民群众及城镇、交通安全，尽早对该库进行除险加固，消除隐患，达到设计标准，保证水库安全运行，充分发挥其防洪、灌溉、水产养殖等方面的经济效益和社会效益，缓解当地水资源供需矛盾，促进经济快速发展，提高当地人民群众的生活水平，对角峪水库进行除险加固是十分必要的。