水库溢洪道除险加固设计探究

水库溢洪道除险加固设计探究

王 洋

陕西省水利电力勘测设计研究院 陕西西安 710001

摘要：溢洪道是水库工程中最主要的容纳洪水或排水建筑，也是保证水库运转的基础设施。所谓“溢洪道”是用于宣泄规划库容不能容纳的洪水，保证坝体安全的开敞式或带有胸腔进水口的溢流泄水建筑物。溢洪道虽然一般不经常工作，但却是水库枢纽中的重要建筑物，所以，一定要重视溢洪道的除险加固设计。基于此，本文探讨了水库溢洪道除险加固设计，相信对有关工作有一定的帮助。若溢洪道存在安全隐患，不仅会对水库的稳定运转造成影响，还会对下游居民的安全构成威胁，因此，加强对水库溢洪道除险加固设计的研究是极为必要的。

关键词：水库；溢洪道；除险加固

在水库工程中，溢洪道主要承担着泄洪任务，是水库不可或缺的建筑物。溢洪道设计是水库除险加固的主要内容，在制定除险加固设计方案时，需结合工程造价、施工难度等因素制定技术可行、经济合理的设计方案。在设计方案实施的过程中，针对水库溢洪道当前存在的问题进行有效处理，消除其中影响水库运行安全的因素或隐患，不仅有利于保证水库工程的安全运行，同时还关系到下游居民群众的生命财产安全，故应对溢洪道除险加固方案的实施予以重视，以确保溢洪道功能的充分发挥。

一、水库溢洪道设计中存在的问题

1、平面布置方案不合理。在地形地质、资金投入、施工技术等条件的制约下，水库溢洪道在设计中多会采取急流陡坡、急流交叉等布置方案，导致洪水泄流能力下降的同时，还会导致未衬砌的土质溢洪道出现塌方事故，大大降低了溢洪道的抗冲能力，进而对水库工程的安全、稳定运行造成负面影响。

2、轴线布置不合理。在溢洪道布置过程中，受到当时施工技术、设计标准、资金投入等因素的影响，设计人员多凭借着自身工作经验按照地形进行布置，未对地质条件、下游建筑等因素进行考虑，多将溢洪道布设在土质山坡上，这种情况下，若溢洪道底板基础之间未做好反滤结构的施工工作，溢洪道渗水和地表水渗入后，不仅会反滤结构失稳，还会增加山体滑坡现象发生的可能。

3、运行和管理工作不到位。在社会经济不断发展的形势下，水库功能逐渐由农业灌溉、发电等转变为工业供水、水产养殖及旅游业发展等，这就大大增加了水的需求量，而用水户为了达到增加蓄水量的目的，在未经水行政主管部门许可的情况下，擅自加高溢洪道堰顶高层，导致水库运行工况的改变及水库调洪库容的减少，不利于水库调洪、滞洪等作用的发挥。同时，水库运行管理方面还存在严重的重建轻管现象，水库管理人员由于工资或维护资金未落实等原因，比较消极的对待水库运行管理工作，导致溢

洪道内淤积严重，不利于保证溢洪道的正常行洪。

二、水库溢洪道设计的完善措施

1、溢洪道存在的问题。由于水库年久失修，溢洪道堰体浆砌石、面层砼质量差，面层砼开裂，局部脱落出现孔洞，堰基岩体为强风化长石石英砂岩，具中等一强透水性，存在严重的堰基渗漏问题，且衬砌砼底板大面积剥蚀、隆起、开裂、松动，任其发展将会失去衬砌保护的功能，影响溢洪道的泄洪能力。溢洪道左侧边坡陡峭近于直立，坡面岩体风化破碎，有坍塌掉块。溢洪道边墙抗倾覆性不能满足相关规范的要求归河问题无法解决。一旦泄洪，将会冲毁农田，甚至危及大坝的安全。

2、设计洪水及洪水调节计算。对水库设计洪水通常采用暴雨推求洪水和推理公式进行计算，在计算前需注意对之前水库溢洪道设计所涉及的暴雨资料进行检查，以判断溢洪道控制段处堰型的合理性与准确性，同时选择相应的出流公式对洪水流量、态势等进行计算，并根据计算结果对洪水设计方案进行调整。

3、合理规划布置。结合水库平面图、剖面图等对当前溢洪道平面布置中存在的不合理之处进行调整，并在调整过程中注意控制转弯处的坡度，尽量将坡度控制在合理范围内; 确保溢洪道进出口在平面上处于一条直线的同时，并确保其能分别与坝肩、坝脚等保持合理距离; 在设计溢洪道纵断面的过程中，将缓坡、多级跃水形式等考虑在内。

4、除险加固与扩容同步实施。水库功能在朝着多样化发展的趋势下，应重新对水库设计功能定位和水库任务进行复核、调整。结合水利部、省水利厅所推行的水库除险加固工作，初步设计为在保证堰顶高程不变的情况下，实现水库供水范围扩大和扩容的同步实施，通过培厚加高、库容扩大等措施实现这一目标，以最大程度上保证水库汛期运行的安全性和可靠性。

三、实例概况

某水库位于大坝的右侧，长度为 60m，属于开敞式宽顶堰; 溢洪道侧墙砌筑材料为浆砌石，表面未使用水泥砂浆进行保护，透过整体而言，其建筑质量不符合设计标准; 经过对溢洪道洪峰流量进行计算后发现，其过流宽度和侧墙高度不足，在防洪挡洪方面所起到的作用并不理想，甚至会由于溢洪压力较大而造成侧墙倒塌事故的出现，对水库的泄洪安全构成严重威胁。

1、除险加固的设计标准。该水库为Ⅴ等水库，设计洪水标准和校核洪水标准分别为 5% 、0. 5 级; 有关溢洪道设计规范中明确指出，基于溢洪道在水库中的重要地位，其泄洪能力校核洪水标准应为 5% ，消能防冲设计标准应达到 10% 。故为了达到这一标准，决定对该水库

工程的溢洪道进行重新设计与建设。

2、加固设计 。由于原溢洪道进口为三圆弧实用堰，所以，根据溢洪道平面布置维持原布置格局。比较各方案后，溢洪道进口采用三圆弧实用堰，堰面形状采用 WES 曲线，后接 1∶0.7的直线段、反弧段。堰体进口宽 23.00 m，圆弧半径分别为 R1＝4.83 m，R2＝13.41，夹角 α1＝80°、α2＝34.75°.WES 堰曲线方程为 x15=2y，上游面采用椭圆曲线，曲线方程为： .溢流堰堰顶高程为 116.85 m，堰基高程为114.40 m，反弧半径为0.50 m，反弧段最低点高程为115.20 m；溢流堰底宽2.50 m、高 2.45 m。堰体采用C25 钢筋砼，并设置 2 条伸缩缝，缝内采用止水铜片止水。堰后接 10.50 m 长平坡过渡段，出口宽 11.00 m，底板采用0.2 m 厚的 C20 钢筋砼衬砌，边墙采用 C15 砼重力式挡土墙衬砌，进口堰两端设 C15 砼截水墙，避免水流沿土坝与边墙、岸坡与边墙之间的渗漏。截水墙宽 0.50 m、深 2.00 m；边墙挡土墙高 3.30 m、底板厚 0.50 m、顶宽 0.30 m、底宽 1.30 m。

3、边墙设计

（1）校核洪水位时水面线计算。根据《溢洪道设计规范》（SL253—2000），溢洪道泄槽水面线采取能量方程计算。用分段求和法计算，以断面 0＋000 为起始断面，根据已知的流量和水深 h1，假设相邻断面 0＋006的水深为 h2，依据能量方程ΔL＝ΔEs/（i－J），求得第Ⅰ流段的长度为ΔL1，以断面 0+006 处的水深作为第Ⅱ流段的长度△L2，逐段计算，即可求得明渠段、泄槽段的水面线。再考虑掺气影响和安全超高，可算出需要的边墙高度。

（2）边坡处理设计。溢洪道左侧边坡近于直立，坡面岩体风化破碎，见有坍塌掉块，并且未衬护，易塌方，影响泄洪安全。现对溢洪道左侧边坡进行削坡处理，将边墙以上溢洪道边坡削至 1∶0.75，边墙采用 C15 砼重力式挡土墙衬砌。

总之，溢洪道作为保障水库运行安全与稳定的重要基础设施，在一定程度上与水库加固设计与优化之间存在着相互制约、相互影响的关系。由于溢洪道除险加固设计直接关系到水库工程的加固效果和运营效益，故应针对水库工程溢洪道工程的特点，要多方案综合比较后选择最佳的除险加固设计方案，以保证水库的泄洪能力。

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