大井水庫除險加固工程溢洪道方案設計

徐忠軍

（壽縣瓦東灌區管理所 壽縣 232200）

1 工程概況

大井水庫位于安徽省壽縣東部與長豐縣交界，是淠史杭工程中淠河灌區瓦東干渠上的一座中型反調節水庫，該水庫主要利用瓦東干渠引水沖庫，原設計總庫容5040 萬m3，集水面積33.60km3，設計灌溉面積13.07 萬畝。水庫始建于1958年冬，至1972年春建成開始蓄水，在建成后的四十多年運行中，一般年份春灌前庫水位達到40.00m（廢黃高程系，以下高程皆同）以上，但仍不能滿足灌區用水的需要。

大井水庫設計水位（50年一遇）為42.20m，校核洪水位（1000年一遇）為42.64m，總庫容為5040m3，本次復核設計水位（50年一遇）為42.26m，相應庫容為4659.8 萬m3，校核洪水位（1000年一遇）為42.64m，總庫容為5054.9 萬m3.

水庫樞紐工程主要包括：均質土壩、泄洪灌溉兩用涵、兩座灌溉涵、溢洪道和進水閘等。水庫大壩全長2829m，最大壩高15m，頂寬4m；迎水坡1∶2.5，背水坡平臺以上1∶2.5，平臺以下1∶3，平臺高程39.00m，平臺寬4m；大壩為均質土壩，壩基及壩體填土主要為粉質粘土。上游坡臨水段位干砌石坡面，下游為草皮護坡，壩頂現為瀝青路面。

由于水庫大壩建于特定的年代，施工跨度長，施工質量差，經安全鑒定，大壩安全類別評定結果為三類壩。

2 溢洪道現狀及存在問題

現狀溢洪道位于右壩頭的山坡下，由上游引渠段、閘室控制段、陡坡段、一、二級消力池、彎道段及泄槽段組成，全長560m。

泄洪閘基位于右岸壩肩斜坡上，屬半挖半填地基。右側部分坐落于弱風化石英砂巖夾微薄層頁巖之上，巖石堅硬，較完整，左側為粉質粘土和含泥卵石，清除上覆蓋層后巖面高程不夠，采用四周澆混凝土，中間墊砂處理。據勘探資料，閘基巖體強度不均。

對溢洪道的安全鑒定結論為：溢洪道工程存在嚴重隱患，影響泄洪安全，水庫防洪安全性為C 級；溢洪道混凝土澆筑質量差，破損嚴重，工程質量不合格；溢洪道閘室控制段局部拉應力超過規范要求，閘室、岸墻、陡坡段、溢流面多處裂縫，左岸翼墻傾斜錯位，陡坡段及泄槽岸墻多次被沖毀，牛腿多處鋼筋露筋，銹蝕，消能設施不完善，結構安全性為C 級；閘壩結合部位存在接觸滲流隱患，滲流安全性為B 級。

3 溢洪道工程安全復核

根據溢洪道過流能力復核計算成果，1000年一遇校核洪水42.64m 時，泄量為3172m3/s，與原模型試驗值一致，說明其泄流能力滿足原設計要求。

大井水庫為中型水庫，溢洪道按3 級建筑物進行消能防沖設計，該溢洪道共設有兩級消力池，一級消力池為消力坎式消能，二級消力池為深挖式消力池。

經計算，50年一遇洪水時，一級消力池長需57.5m，坎高需2.13m，1000年一遇洪水時，一級消力池長需67m，坎高需5.9m，而實際消力池長60m，坎高5.0m，不滿足校核洪水消能要求。

二級消力池為深挖式消力池，消力池深度采用《溢洪道設計規范》（SL253-2000）中的計算。經計算，二級消力池計算池深為1.5m，池長34.0m，而實際池深1.9m，池長30m。二級消力池長度不滿足要求。

根據復核結果，消力池抗浮穩定滿足規范要求。一、二級消力池長度和一級消力池的消力坎高度均不滿足消能防沖要求。因受當時經濟條件限制，原設計在尾水渠末端建三級消力池沒有施工，因而現狀尾水渠末端沖刷嚴重。

4 溢洪道除險加固設計

溢洪道控制閘仍選在現狀閘址處，根據方案比選，將老溢洪道拆除重建。

4.1 閘室控制段除險加固方案比選

根據閘室控制段的實際情況，現選取以下幾個方案進行比選：

方案一：將原溢洪道全部拆除重建，新建閘室控制段與原閘室結構一樣，閘室長21.5m，溢流堰頂高程為147.0m，堰面由R=14.48m 的圓弧段及曲線方程y=0.05x2兩段組成。

方案二：將原溢洪道全部拆除重建，堰頂高程降低至145.0m，堰面型式為WES 實用堰型。

方案三：將原溢洪道全部拆除重建，堰頂高程為145.0m，堰面型式為拆線型實用堰型。

現對三個方案進行比選如下：

以上三個方案均為折除重建方案，方案一是對老閘拆除后按原結構進行重建，不改變原溢洪道的泄流曲線。但該方案因風速系列延長，需對大壩加高，投資較大。

方案二、方案三均將堰頂高程降低至145.0m，加大溢洪道的泄量，兩方案只是堰面型式不同。方案二為WES 型式，該堰型優點為流量系數大，為《溢洪道設計規范》中推薦優先采用的堰型，其缺點為堰頂較窄，不利于閘門檢修。方案三為拆線型實用堰，其過流能力介于寬頂堰與WES 型實用堰之間，特別是在水位較高時，其過流能力更接近于WES 堰型，其優點是堰頂相對較寬，工作閘門和檢修閘門布置時較為靈活，在工程投資方面，兩方案工程部分投資相差不大。

綜上，方案一投資最大，溢洪道控制閘需拆除重建，同時大壩壩頂也需加高，工程投資大，施工工期長；方案二、方案三泄流能力和工程投資相差不大，方案二雖為規范中推薦優先采用的堰型，但就該工程而言，方案三在工程布置方面優于方案二。因此推薦采用方案三，即閘室部分拆除重建，采用折線型實用堰方案。

4.2 消能方式方案比選

4.2.1 比選五個方案

根據該工程的特點，結合現場的地形、地質情況，該溢洪道消能方式布置采用以下五個方案進行比選：

方案一：全部拆除重建，采用三級消能，一、二級消力池泄槽位置基本在原位置，在泄槽末端設三級消力池。

方案二：在方案一基礎上調整，仍采用三級消能，調整泄槽彎道半徑，二級消力池布置在1 號彎道下游，泄槽末端建三級消力池，消力池和泄槽均采用矩形斷面。

方案三：采用二級消能，一級消力池與陡坡段相連，二級消力池位于1 號彎道下游，二級消力池下游尾水水渠縱向底坡采用緩坡，二級消力池出口以上消能工及泄槽均采用矩形斷面，尾水渠采用梯形斷面。

方案四：采用二級消能，一級消力池與陡坡段相連，二級消力池位于泄槽段的末端，消力池及泄槽段斷面型式為矩形。

方案五：采用二級消能，一級消力池與陡坡段相連，二級消力池位于泄槽段的末端，1 號彎道以上泄槽段為矩形斷面，1 號彎道以下泄槽段為梯形斷面。

4.2.2 五個消能方案比較

方案一、方案二是采用三級消能方式，方案三、方案四、方案五是采用二級消能方式，其中方案一基本按照現狀消力池及泄槽段平面布置和結構型式進行拆除重建，并增加了三級消力池，該方案泄槽段石方開挖方量少，工程投資小，但該方案在工程布置上彎道段的彎道半徑不滿足《溢洪道設計規范》要求，二級消力池及尾水渠均采用梯形斷面，水流流態復雜。

方案二是在方案一的基礎上進行優化處理，仍采用三級消能，將二級消力池移至1 號彎道下游，并將二級消力池及泄槽段斷面形式改為矩形斷面，同時對彎道半徑進行調整，三級消力池仍設在泄槽的末端。該方案水流流態相對較好，但工程投資較大。

方案三是在方案二的基礎上，減去三級消力池，一級消力池仍設在陡坡段的末端，二級消力池設在1 號彎道下游，將原泄槽變為二級消力池的尾水渠，由陡坡變為緩坡，將二級消力池的底板高程和其后尾水渠段的底板高程降低，以減小水流對下游河道的沖刷。在工程布置方面，二級消力池布置在彎道后面，二級消力池后為尾水渠，水流流態較好。該方案尾水渠的斷面形式為梯形，盡量利用現狀尾水渠，減少開挖量，因而工程投資小。

方案四是在方案二的基礎上，將三級消能調整為二級消能，因少了一級消能，故該方案的二級消力池深度較大，雖然減少了土石方開挖方量，但兩側需采用擋土墻，混凝土方量較大，因而工程投資大。

方案五是在方案四的基礎上，將一、二級消力池間的泄槽斷面由矩形變為梯形，盡量利用現狀泄槽斷面，以減少石方開挖量和混凝土的方量，該方案雖然工程投資較省，但一級消力池及彎道段為矩形斷面，通過扭面后變為梯形斷面，然后又通過扭面變為矩形斷面與二級消力池相連，因而水流流態較為復雜。

綜合考慮多種因素，推薦采用方案三，即采用二級消能，一級消力池與陡坡段相連，二級消力池位于1 號彎道下游，調整二級消力池下游泄槽的渠底坡降，將原陡坡變為緩坡，消力池斷面為矩形斷面，尾水渠段盡量利用現狀斷面形式，下部為梯形斷面，上部為擋墻。

5 結語

大井水庫除險加固工程通過采用推薦的設計方案進行施工，并按期通過工程竣工驗收，目前水庫按設計要求正常運行。各項除險加固措施均達到處理病險的目的，有效解決了水庫安全問題，恢復并改善了水庫的功能。該項目設計成果經驗可為類似工程提供參考■