東溝水庫除險加固工程溢洪道設計

李楊

撫順市水利勘測設計研究院，遼寧撫順 113000

東溝水庫除險加固工程溢洪道設計

李楊

撫順市水利勘測設計研究院，遼寧撫順 113000

首先確定了溢洪道工程總布置，并分別從溢洪道水力計算、控制段結構計算、陡槽邊墻穩定計算等方面進行水庫除險加固工程設計。

水庫除險加固；溢洪道；工程設計

reservoir reinforcement; spillway; designing

東溝河屬太子河流域，馬圈子河支流，東溝水庫位于東溝河上，距撫順縣馬圈子鄉東溝村0.8公里，是一座小（1）型水庫，水庫總庫容149.43萬m3，東溝水庫工程等別為Ⅳ等，溢洪道等級為4級。

1 溢洪道布置

溢洪道位于大壩右側，為開敞式正堰溢洪道。溢洪道由進口段、控制段、收縮段、泄槽段、消能段組成。

樁號0+000～0+015.31是進口段，底板高程為335.00m，為漿砌石結構，兩岸導流墻維持現狀不變。

樁號0+015.31～0+025.50為堰體控制段，堰長10.19m，堰頂寬度為18.0m。原溢流堰堰型為梯形堰，堰頂高程336.40m，堰體為漿砌石結構，外包混凝土，堰體剝蝕嚴重，形狀不規則，過流能力差。故本次加固設計將原溢流堰全部拆除。新建溢流堰堰型為WES實用堰，結構采用整體式，堰頂高程336.40m，溢洪道寬18.0m。

樁號0+025.50～0+033.50為收縮段，寬度由18.0m收縮到16.0m，底高程從331.40m降到329.00m。

樁號0+033.50～0+064.50為陡坡段，總長度31.0m，底寬16.0m。底高程從329.90m降到322.80m，比降為i＝0.221，由于水流流態不好和施工質量較差，在高速水流的作用，混凝土產生氣蝕破壞，本次加固設計將原有底板全部拆除，澆筑400mm厚鋼筋混凝土底板，邊墻表面200mm混凝土拆除，澆筑200mm厚鋼筋混凝土。

樁號0+064.50～0+070.50為消能段，原挑坎由于氣蝕和施工質量差，底板全部沖毀，消能效果不明顯，入河余能較大，沖刷嚴重。本次設計消能方式仍采用挑流消能，消能段結構為鋼筋混凝土，消能段長為6.0m，底寬為16.0m，挑坎反弧半徑為9.0m，挑角26°，坎頂高程323.51m；挑坎末端設齒墻。邊墻表面混凝土脫落較嚴重，本次設計將原表面作0.2m厚的混凝土護砌。

2 溢洪道水力計算

2.1 溢流堰堰面曲線計算

溢流堰下游堰面采用WES冪曲線，其后為直線段，后接R=9m的反弧段。

將上述各值代入公式得曲線方程為：x1.85=4.287y，其中0≤X≤2.2。堰面曲線計算結果見表1。

表1 溢流堰堰面曲線計算成果表 單位：m

上游堰頭采用雙圓弧曲線，R1、R2、a、b取值按《溢洪道設計規范》SL253-2000中表A.1.1選取，R1＝0.5Hd＝1.226m，R2＝0.2Hd＝0.491m，a＝0.175Hd＝0.429m，b＝0.282Hd＝0.692m。

2.2 泄流能力計算

東溝水庫溢洪道溢流堰堰型為WES標準型堰，凈寬18.0m，堰頂高程336.40m，堰上無閘門。

溢流堰為堰型為WES標準型堰，泄流能力按《溢洪道設計規范》SL253-2000中的A.2.1-1泄流公式計算：

式中：Q—泄流量，m3/s；B—總凈寬，B=18.0m；

H0=H＋V2近/2g；g—重力加速度，g=9.81m/s2；m—流量系數；ε—閘墩側收縮系數；ζk—邊墩形狀系數，取0；ζ0—中墩形狀系數，取0；σs—淹沒系數，可由《溢洪道設計規范》A.2.1-3表得。

由上式求得溢流堰泄流能力曲線見表2。

表2 水庫水位～泄量關系

2.3 陡槽水力計算

①起始斷面水深計算

陡槽起始斷面為0+25.50，按規范SL253-2000式A.3.1-3計算該處水深h1=0.965m。

②陡槽水面線計算

陡槽水面線根據能量方程，采用規范SL253-2000中的公式，用分段求和法計算，并考慮摻氣水深。

③溢洪道陡槽邊墻安全加高按公式：

H＝hb+Δh

式中：△h為安全加高值，取0.5m（P=0.33%）和1.5m（P=3.33%）。

陡槽段不同頻率水面線計算結果見表3、4。

表3300 年一遇洪水Q=191.61m3/s計算結果

表430 年一遇洪水Q=114.88m3/s計算結果

根據《溢洪道設計規范》SL253-2000的規定以及溢洪道水面線成果表，陡槽段邊墻高程確定為30年一遇洪水設計水面線（含波動及摻氣水深）加1.5m的超高，可以滿足300年一遇校核洪水安全泄流。

④消能防沖設計

本工程溢洪道消能防沖設計采用連續式挑流消能方式。挑射角θ=26°，鼻坎反弧半徑R=9.0m，挑坎段長6.0m。坎頂高程323.51m，可以保證自由挑流。

沖刷坑最大水墊深度計算公式為：

式中：T—自下游水面至坑底最大小墊深度，m；q—鼻坎末端斷面單寬流量，m3/（s!m）；Z—上、下游水位差，m；k—綜合沖刷系數，由表A.4.2查得，k=1.0。計算結果見表5。

表5 沖刷坑深度計算表

挑流水舌外緣挑距計算依據規范SL253-2000A.4.1條，挑距計算結果見表6。

表6 挑流水舌外緣（挑距計算）

3 陡槽邊墻穩定

本次加固設計堰體結構型式為整體式，故不需要進行溢洪道控制段結構穩定計算。

溢洪道陡槽段左右邊墻為漿砌石擋墻，外包混凝土，經多年風化邊墻表面混凝土脫落，鋼筋外露，本次加固設計將原陡槽段邊墻表面200mm混凝土拆除，重新護砌表面混凝土，斷面型式與原來一致，結構滿足穩定要求。

Designing for Donggou Reservoir Reinforcement

Li Yang
(Water Resource Investigation and Design Institute of Fushun City, Fushun 113000, Liaoning, China）

First the General layout of spillway was determined. And then, this paper do the designing of the reservoir reinforcement project according to the calculation of hydraulic calculation of spillway, control structures, steep tank side wall stability and so on.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.08.045