水庫開敞式溢洪道建筑物結構優化設計研究

金淑南 吳曉勇 楊訓

【摘要】近些年以來，城鄉各地都在致力于修建較大規模的水利項目，其中關鍵就在于水庫建筑物。因此可見，水庫建筑物本身構成了關鍵性的水利建筑物。在各種類型的水庫建筑物中，通常來講都不能缺少開敞式的水庫溢洪道。然而實質上，水庫溢洪道是否具備穩定性較強的溢流結構，較大程度決定著水庫本身的安全性以及堅固性。因此在設計水庫整體結構的具體實踐中，作為設計人員有必要從源頭入手來優化開敞式的水庫溢洪道，運用上述方式來提升建筑物整體結構具備的穩定性。

【關鍵詞】水庫開敞式溢洪道；建筑物結構；優化設計

從基本特征來講，水庫溢洪道的價值就在于確保溢流的順利實現，進而維持了水庫整個建筑構架具備的穩定性，避免水庫表現為各種各樣的安全隱患。相比來看，開敞式的溢洪道具備優良的綜合性能，其中也涉及到復雜度較高的施工流程。因此，水庫建筑物不能缺少溢洪道為其提供根本性的安全保障，對此應當致力于從源頭入手來健全現有的建筑物結構。在優化結構的前提下，水庫建筑將會具備更高層次的安全效能，避免埋下潛在性的安全運行隱患。

一、設計水庫溢洪道的實例

某水庫項目處在防洪區與灌溉區銜接的位置上，因此兼具城鎮供水、防洪、灌溉以及其他類型的水庫性能。與此同時，水庫工程本身還具備生態旅游以及引水發電的高層次性能。從整體結構的視角來看，水庫溢洪道設有右側的泄洪道，對此設計成開敞式的建筑物。在壩址的范圍內，溢洪道本身處于埡口的獨特地形位置上，其中包含了沖溝與埡口的典型地形，對此測得8°的坡度。對于埡口的部位而言，上側覆蓋的基本為砂礫石以及粉質粘土，此外還包含鈣質泥巖以及厚度較小的紫紅色泥巖。

因此可見，針對上述的獨特地形有必要構建與之相適應的溢洪道，通過布置溢洪道的措施來優化建筑物自身具備的綜合效能。在開挖邊坡涉及到的相關操作中，對此設計了特定的開挖比，其中應當包含強風化以及弱風化的石英砂巖，對于特殊性較強的現場地形應當予以更多的關注。

技術人員如果要著手優化溢洪道，那么前提應當落實于勘測現場地質。這是由于，針對不同類型的現場地質而言，與之相應的溢洪道整體構造及其內部結構也會體現為差異性。在此次施工中，對于溢洪道設計成石壩樞紐與面板堆相互結合的方式，上述施工模式具備更顯著的適應性，同時也有助于節省項目建設的資金并且優化了建筑物自身具備的經濟性以及節能性。經過全方位的驗算可以得知，優化設計的關鍵點應當落實于水庫現有的泄槽段、進水渠、水庫消力池以及控制段。在全面實現上述建筑物優化的前提下，再去實現多層次的水庫優化布置與設計。

二、優化設計的具體實踐

經過分析可知，水庫溢洪道整體處在較軟的巖層區域，其中涉及到風化程度較強的巖層。對于上述建筑物如果不慎予以處理，那么很可能表現為不均衡的水庫沉降。因此在綜合優化的基本思路下，針對水庫建筑物涉及到的投資效益以及整體布置都進行了全方位的考慮。詳細而言，優化設計溢洪道建筑物應當包含如下的優化要點：

（一）適當布置建筑物的整體結構

從整體結構來講，針對溢洪道建筑物將其設計成開敞式與混凝土面板相互結合的特殊結構，其中包含面板堆石壩作為其中的根基。在必要時，設計人員還需要視情況增加溢洪道必需的隧洞結構。然而實質上，如果要順利開展上述全過程的施工操作，那么整體難度還是相對較大的。這是由于，溢洪道建筑物本身就體現為復雜性較強的建筑布局，如果不慎進行布置那么還可能將會涉及到導流洞與溢洪道二者之間的沖突。

因此從優化全過程布局的視角入手，針對自由溢流的方案加以全面的篩選，對其確定為不設立閘門的方式。通過測算可以得知，設計人員最好將其限制于1100米以內的常規蓄水位。此外，從壩址現有的整個地形來看，在布置壩線的過程中涉及到泄槽段、進水渠以及控制段等關鍵性的建筑構架。因此，設計人員把八字形的特殊結構布置在進口的位置上，同時調整了底面高程以及其他相關參數。

（二）實行精確的結構計算

近些年以來，與溢洪道建筑物密切相關的各項設計規程都在逐步實現健全，其中包含了多層次的計算標準。依照現有的設計規范，技術人員如果選擇了開敞式的典型建筑模式，那么可以借助WES軟件來實現全方位的運算，其中關鍵落實于溢洪道在各個時間段的流量特征、整體凈寬度、閘孔總數以及單孔寬度等要素。在必要的時候，技術人員還需算出與整個施工流程有關的閘墩系數，確保其符合最根本的溢洪道設計指標。通過開展二維模擬的手段與方式，應當可以算出泄洪槽的精確斷面面積，據此就能給出典型性的水位泄流以及其他數值。

（三）其他相關要點

除了上述要點之外，針對結構優化還可能會涉及到消力池及其他建筑構造物的相關計算。對于消力池這個特殊結構來講，關鍵就是要算出其中的各項消能參數。在此次設計中，設計人員對此選擇了底流消能的設計模式，因此有必要密切結合現場的真實狀況算出消能防沖的參數。對于面板堆可以將其設計成樞紐性的石壩結構，對此予以適度的優化布置。通過運用上述的方式，就能確保符合水流平順以及泄洪量適中的結構優化目標。

結束語：

優化水庫溢洪道的整體結構，此項舉措不能缺少全方位的優化設計以及優化施工。在優化布置溢洪道的具體實踐中，應當緊密結合當地特有的現場地質，針對其中涉及到的各項要素都應當予以全面優化。然而從整體性的視角來看，水庫溢洪道的相關施工實踐仍然欠缺完善性，對此亟待著手進行改進。未來在實踐中，技術人員還需不斷的摸索，遵照因地制宜的根本思路來實現多層次的結構優化，確保符合更高水準的水庫設計目標。

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