淺談水庫溢流堰加固工程的設計

趙秋子 黃斌克

【摘要】文章對某水庫溢流堰存在的主要問題，溢流壩設計計算得出相關數據，最后對加固工程中所采取的相應處理措施進行探討，可供參考。

【關鍵詞】水庫；溢流堰；設計

近年來，我國的水庫工程建設正逐步增多，當前，在水庫溢流堰的建設過程中還存在著諸多問題，仍需做進一步改善。本文結合工程實際，分析了目前水庫溢流堰工程存在的一些問題，并著重介紹了某水庫溢流堰的加固設計。

一、工程概況

某水庫是一座以防洪為主，兼顧旅游、供水和水產養殖等綜合利用的小型水利樞紐工程。水庫壩址以上控制流域面積6.98 km，主干流長5.03 km。水庫設計防洪標準為50年一遇設計，500年一遇校核。水庫樞紐工程由非溢流壩、溢流壩、輸水管道三部分組成。

1. 非溢流壩

大壩壩頂寬3.50m、壩頂高程是219.10 m、壩底寬33.50 m、最大壩高是34.10 m、壩頂全長132.00m（含溢流段26.80m）、下游坡比是1 ：0.80、上游坡比是1 ：0.25、防浪墻頂高程是220.30 m，是一個漿砌石重力壩。設置縱向排水廊道在沿壩體上游188.00 m位置，并分別設置橫向廊道在各不同高程，以方便對壩體進行檢查或排水使用；設置縱向交通廊道在205.50 m位置處，使其連接在排水廊道；在壩上游設置鋼筋混凝土防滲面板，并在壩體與面板之間設伸縮縫，縫內設比水。

2. 溢流壩

溢流壩全長26.80 m，堰頂高程是215.50 m，溢流面是剖面，最大泄洪能力是148 m3/s，通常以開敞式無閘控制設置在大壩中段。設置一個高3.20 m、寬3m的廊道在挑流鼻坎下，以便于人們觀賞水簾。

3. 輸水管道

在大壩右岸高程195.50m處，設置輸水管道，其鋼管選擇DN500，以實現向縣城供水。另外，將檢修閘閥和工作閥控制安裝在廊道內，并沿橫向廊道在鋼管進口位置安裝攔污柵。

二、溢流堰現狀問題分析

溢流壩為開敞式結構，堰型為實用堰，堰頂高程215.50 m，在溢流面205.30 m高程處預埋DN200的多孔鋼管，為防比泄洪時發生氣蝕現象，在該處混凝土面上埋設有鋼板。挑流鼻坎兩側設有混凝土導流墻，下方設有一縱向觀賞廊道，廊道底寬為3.00 m，高為3.20 m，為上圓下方的城門洞形C25鋼筋混凝土結構。挑流鼻坎下游處的設有橫向排水管，能夠將壩體和壩基內的滲水排到壩體下游。

堰頂交通橋橋板及橋墩局部露筋、蜂窩麻面，存在安全隱患，影響日常管理及防汛要求。

原設計溢流面板和挑流鼻坎為C20混凝土，根據《水工混凝土結構設計規范》中要求“有抗沖耐磨要求的部位，應進行專門研究確定，且混凝土強度等級不應低于C25”，因此，不滿足規范要求。

有一條大概長2.30m，寬是0.20一0.30 mm的裂縫存在于溢流壩面中部，其方向是沿水流方向；在溢流面205.30 m位置，多孔鋼管埋設出現滲水現象，且有雜草繁生； 在溢流壩挑流鼻坎下部兩側的擋墻結構以及觀賞廊道支撐都有損壞情況；下游挑流鼻坎外觀沒有破損，但護面有損壞情況，局部出現漏水現象；以上情況使其泄洪功能大幅降低。另外，現行規范中，溢流面混凝土強度要求必須在C25以上，但實際只有C20，低于其規范要求，從而降低了挑流鼻坎結構的穩定性，所以，這次主要是針對上述問題進行加固設計，同時結合溢流壩頂交通橋拆除重建和壩體灌漿對溢流堰、觀賞廊道、挑流鼻坎、溢流面板進行拆除重建。

三、溢流壩水利計算

1. 泄流能力計算

溢流壩控制段為實用堰，溢流堰凈寬24 m，泄流計算公式：

經計算50 a一遇設計泄量為148.20 m3/s，設計水位208.63m；500 a一遇校核泄量224.50 m3/s，校核水位209.23m；30a一遇泄量129.00 m3/s，水位208.47 m。

2. 泄槽水力計算

2.1 臨界水深計算

計算得：hk校=2.13m，hk設=1.64m。

2.2 控制斷面確定

先計算臨界底坡，基本公式為：

經計算得：水校=0.002，，k設=0.002

泄槽坡降l： 0.80，底坡i > }ik，為陡坡。水流從緩流過渡到急流必然經過臨界水深，則近似以底坡突變處的水深作為臨界水深。

由上述分析確定控制斷面為實用堰曲線段和直線段連接處，控制水深分別為：hk校=-2.13 m ，hk設=1.64 m。

3、消能防沖設計

根據采用30 a一遇洪水下泄流量 m3/s進行設計。挑流消能工的挑距和水墊深度計算公式如下：

同時，鼻坎平均流速V的計算公式如下：

采用上述公式求得30 a設計情況下，挑距L=47.86 m，最大水墊深度T=6.20 m，沖坑深度4.70 m，沖刷坑坡度i=1/0.19，在規范規定的不大于1/6范圍內。

四、溢流堰加固工程設計

將現有的溢流壩段面板進行拆除，并與上游實用堰位置的調整相結合，再次進行溢流面鋼筋混凝土澆筑，其厚度為40cm，重建兩側鋼筋混凝土擋墻，其厚度為50cm。溢流壩段在加固完成后，全長26.80m，堰頂高程是215.50m、坡度是1： 0.80、挑流鼻坎高程是192.52 m、采用挑流消能，由反弧段、曲線段以及直線段組成溢流堰的實用剖面，反弧半徑是5m、挑設角是250，下游直線段起點高213.00 m，y=0.4105964x 1.85是下游堰面曲線方程；觀賞廊道高2.50 m、底寬2m，由C25鋼筋混凝土構成上圓下方的城門洞形結構。

將耐沖刷的鋼筋混凝土以及鋼筋直徑為12 mm的構造鋼筋設置在溢流面上，且鋼筋之間在縱向、橫向上都要保持20cm距離，以防止高速水流的沖刷。

堰頂交通橋拆除重建，設計荷載標準為公路二級，共分三跨，每跨8.80 m，中墩厚0.80 m，橋面高程219.10 m，橋面寬4.00 m。

五、結論

本工程結束后，實用堰、溢流面、鼻坎結構整體性較好，滿足結構要求，可有效避免水流流經新老混凝土產生的水流危害，且外觀形象較好，為水庫增光添彩。

參考文獻：

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[2]李志，趙振威.談引蘭入湯工程溢流堰加高的必要性[J].中國科技信息. 2010（01）