清渡河水庫側槽式溢洪道設計

□包芬芬 □何 楠（黃河勘測規劃設計有限公司）

清渡河水庫側槽式溢洪道設計

□包芬芬 □何 楠（黃河勘測規劃設計有限公司）

清渡河水庫工程位于貴州省銅仁市印江自治縣境內的烏江右岸一級支流清渡河上，工程區屬中山～低山地貌。壩址區左壩肩基巖裸露，坡度較陡，右壩肩邊坡坡度一般為28～30°，傾向左岸偏下游，邊坡為斜順向坡，巖層傾角略大于坡度。水庫工程布置由瀝青混凝土心墻壩、溢洪道和引水鋼管組成，溢洪道布置于右壩肩，采用側槽式溢洪道，由于邊坡為順向坡，需考慮溢洪道邊坡穩定問題。

清渡河；側槽式溢洪道；結構設計；邊坡穩定

0 工程概述

清渡河水庫工程位于貴州省銅仁市印江自治縣境內的烏江右岸一級支流清渡河上。水庫壩址位于印江自治縣羅場鄉螺絲田村附近，壩址以上流域面積32.84 km2。清渡河水庫的開發任務是農田灌溉、工業供水及農村人畜飲水。主要是為解決印江自治縣羅場鎮、纏溪鎮和新寨鄉的生活供水和灌溉用水，以及綠色食品輕工業集聚區的用水。工程包括水庫樞紐工程和供水工程兩部分。設計最大壩高58.50 m，正常蓄水位774.00 m，總庫容780.00萬m3，庫區回水主河流長約4.82 km。供水最大輸水流量0.27 m3/s，灌溉最大輸水流量1.63 m3/s；灌溉及供水工程渠道最大引水流量為1.90 m3/s，水庫樞紐工程為Ⅳ等工程，工程規模為小（1）型，供水和灌溉工程規模屬于Ⅴ等小（2）型。

1 壩址工程地質條件

庫壩區河流流向大致為自南向北。河流兩岸低山環繞，河谷深切，庫區屬低山峽谷地貌。河谷多呈“V”字型，河谷兩岸坡度較陡，一般20～50°，局部為70～85°的陡壁。水庫兩岸山頂高程977～1253 m，河床高程722～775 m，河床寬約3～25 m，相對高差200～500 m。庫區沖溝較發育，多與水庫河床近垂直。庫區出露地層為寒武系和第四系地層。第四系沉積物按成因類型主要有沖積、洪積、坡積、殘積及滑坡體堆積物等。左壩肩岸坡陡峻，邊坡為斜逆向坡，邊坡整體穩定，但局部結構面不利組合可能形成不穩定塊體，對邊坡局部穩定不利，在邊坡開挖過程中應引起重視，應采取相應支護措施。右壩肩邊坡傾向左岸偏下游，為斜順向坡，邊坡坡度一般為28～30°，邊坡巖層傾角略大于坡度，目前天然狀態下邊坡整體基本穩定。一旦邊坡出現臨空面邊坡將不穩定。因此在施工過程時，應重視壩肩開挖的邊坡穩定性，在開挖過程中采取必要的工程處理措施以確保邊坡穩定。

2 溢洪道型式選擇

根據右岸的地形地質條件，溢洪道可布置成無閘門控制的側槽式溢洪道，也可布置成帶閘門的正槽溢洪道。無閘門控制的側槽式溢洪道，堰頂高程774 m，側堰寬40 m。有閘門控制的正槽溢洪道，堰頂高程767 m，低于正常蓄水位7 m，閘室寬8 m。經調洪演算，有閘門方案計算出的壩頂高程為776.50，比無閘門方案計算的壩頂高程777.50 m低1.00 m，兩種方案溢洪道從主要工程量、大壩投資、金屬結構、電氣投資和庫區淹沒投資等方面進行比較，無閘方案較有閘方案投資少401萬元，考慮到無閘門方案運行方便，并有利于確保大壩安全，推薦無閘門控制的側槽式溢洪道方案。

3 溢洪道布置

溢洪道位于大壩右岸，采用河岸側槽式開敞泄流，泄槽采用直線布置，側堰軸線與泄槽軸線平行，由引水渠、控制側堰、泄槽和挑流鼻坎組成。

引水渠采用等寬布置，與側堰寬度相同為40 m，進口高程771.50 m。側堰采用實用堰，堰高2.50 m，寬40 m，堰頂高程774 m，無閘門控制自由泄流。泄槽分為側堰段、調整段和泄槽段3部分。側槽段長40 m，由首端的6 m寬漸變到末端的12 m寬，底坡i=0.04，砌護頂高程777.50 m；調整段長12 m，底坡水平，砌護頂高度與側槽段相同，為777.50 m；泄槽段長 105 m，縱坡1：4.50，前20 m寬12 m，后55 m寬8 m，過渡段長30 m。泄槽段末端接長20m的挑流鼻坎，采用挑流消能，鼻坎高程為743.50m，挑角26°。溢洪道總長度177 m。

4 溢洪道結構設計

溢洪道建筑物由進水渠、控制側堰、調整段、泄槽、消能防沖和尾水渠6部分組成。

進水渠：由于側堰溢洪道的側堰進口與泄槽垂直，且平行于地形等高線，所以，進水渠采用與側堰相同的寬度，即40 m寬的矩形斷面。底板高程771.50 m，邊墻與底板采用混凝土襯砌，混凝土標號C25，厚度1 m。

控制側堰段：溢洪道堰型選用過流能力較大的實用堰，堰高2.50 m，寬40.00 m，堰頂高程同正常蓄水位為774.00 m，無閘門控制自由泄流，混凝土標號C25。

泄槽段：泄槽段分為側堰后側槽段、調整段和陡槽段3部分。堰后側槽段與側堰長度相同，為40 m。為了減少側槽段開挖量，側槽采用變寬度，根據規范SL253-2000要求，側槽首、末端斷面底寬比bu/be可采用0.50～1.00，設計側槽寬度由首端的6 m，隨著流量的增加，逐步增加到末端的12 m。側槽內水流為非淹沒出流，側槽段靠山一側水面壅高，同時考慮安全超高。為了使側槽內水流流態平穩，水流可以較好的摻混，將底坡設計為緩流。經計算，側槽首端底高程取768 m，底坡4%，靠山一側側槽防護高程為777.50 m。側槽與側堰連為一體，邊坡1：0.75，均位于強風化巖石上，采用混凝土襯砌，襯砌厚度1 m。

側槽末端與泄槽之間，設置調整段，以改善水流流態。調整段長度12 m，底坡水平。調整段斷面由梯形漸變為直墻，底寬與側槽末端寬度相同，為12 m，采用混凝土襯砌，襯砌厚度1 m，襯砌高程與側槽襯砌高程相同，為777.50 m。

陡槽段樁號0+052～0+157m，全長105 m，矩形斷面。樁號0+052～0+072段寬12 m，0+072～0+102段為收縮段，寬度由12 m收縮為8 m，后55 m寬度均為8 m。樁號0+052～0+122段泄槽邊墻高5.50m，0+122～0+157段泄槽邊墻高4.50m。泄槽底坡 1：4.20。全斷面采用鋼筋混凝土襯砌，邊墻采用重力式擋土墻。

泄槽底部和邊墻均采用錨桿加固：Φ25@2.00 m×2.00 m，L=4.00 m。泄槽采用C30抗沖耐磨混凝土。

挑流鼻坎段：考慮到挑流沖坑對下游滑坡體穩定存在一定威脅，設計中采用扭曲擴散鼻坎，一方面充分擴散射流、減輕河床沖刷；另一方面使得沖坑盡量遠離下游滑坡體。鼻坎左右邊墻自泄槽直線段段分別接直徑40、100 m的圓弧進行扭轉，鼻坎寬度自首部8 m逐漸擴散至12 m。挑流鼻坎段樁號0+157～0+177，中心線全長20 m，反弧半徑20 m，挑角26°，鼻坎頂高程735.50 m。挑流鼻坎采用C30抗沖耐磨混凝土。

護坦段：為減輕小流量時泄流對鼻坎下游的沖刷，鼻坎后接約13 m長混凝土護坦，護坦高程741 m，襯砌厚度0.50 m，采用C25混凝土。

5 邊坡穩定計算

5.1 計算參數

穩定計算參數見表1。其中巖石層面的參數是綜合考慮泥化夾層的分布和連續性的綜合參數。

5.2 計算工況：穩定分析包括正常運用條件和非常運用條件Ⅰ兩種不同工況。

正常運用條件：正常蓄水位、設計洪水位。

表1 邊坡穩定計算參數表

非常運用條件Ⅰ：校核洪水位、施工期。

5.3 計算剖面

計算斷面選取溢洪道側槽首段（Y0+000.00）斷面，此斷面為溢洪道開挖的最大斷面，分別計算不同深度的層面滑動，可代表不同開挖高度的情況。根據泥化夾層的綜合參數，將邊坡分為5個滑裂面分別計算。

5.4 計算方法

計算方法采用考慮條間力的摩根斯頓法。

5.5 計算結果

經計算，5個滑裂面的穩定安全系數均小于規范要求（具體結果見表2）。

5.6 處理措施

錨索布置和長度同時考慮滿足滑裂面2～5的要求，布置在開挖邊坡的上部，穿過滑裂面2～5，每個斷面布置3根1500 kN錨索，間距4 m，可滿足滑裂面2～5的要求。計算結果見表2。錨索長度為35 m、40 m 2種長度，梅花形交叉布置。未加錨索部位邊坡采取系統錨桿加固，錨桿Φ25@2 m×2 m，L=4 m，噴10 cm厚混凝土并設排水設施。

表2 加錨索后開挖邊坡穩定計算結果表

6 結語

側槽式溢洪道傍山開挖，其特點是溢流堰大體沿等高線布置，過堰水流流入一個大致平行于溢流堰的側堰內，再經泄水道泄向下游，適于修建于山坡陡峻的岸邊。溢流前緣比側槽和泄水道較為窄深，從而減少開挖量。清渡河岸坡陡峻，溢洪道邊坡為順向坡，對其進行處理后，大大減少工程開挖量，降低工程造價，保證工程安全經濟。

TV 651.1

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1673-8853（2016）11-0051-02

2016-08-22

（責任編輯：韋詩佳）

包芬芬（1980-），女，工程師，主要從事水利水電工程設計、研究工作。