水庫溢洪道泄洪安全的設(shè)計問題及對策

馮月利+姚治國

摘要：溢洪道是水庫常見的水工建筑物，主要是用于宣泄水庫所容不下的洪水。溢洪道在水庫平穩(wěn)運(yùn)行時，一般不經(jīng)常工作，只是在汛期洪水流量較大時，水量超過水庫的容積，水位較高時才進(jìn)行工作，雖然工作時間不長，但對水庫的量調(diào)節(jié)，保證水庫的安全運(yùn)行起著重要的作用，所以溢洪道是水庫中的重要建筑物，溢洪道的泄洪安全十分關(guān)鍵。本文針對其設(shè)計中存在的問題進(jìn)行分析，并提出了一些相應(yīng)的對策。

關(guān)鍵詞：水庫；溢洪道；泄洪；設(shè)計

中圖分類號： TV65 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號： 1674-0432（2014）-14-43-1

溢洪道是水庫的重要組成部分，和水庫是一個整體，它的設(shè)計與布局都要兼顧到水庫的標(biāo)準(zhǔn)，與水庫科學(xué)合理的配合，因為溢洪道的承載能力、泄洪水平，直接影響到水庫的安全。而且其造價也不低，基本占整個水庫工程造價的1/3左右，所以設(shè)計與布局的科學(xué)與否，直接影響到水庫建設(shè)資金的分配，在整個水庫的工程設(shè)計與建設(shè)中是相當(dāng)重要的一個環(huán)節(jié)。

1 溢洪道在設(shè)計中常遇到的問題

1.1 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與水庫容量不匹配

溢洪道通常都是在汛期洪水量大時工作，平時基本處于不工作狀態(tài)，在設(shè)計溢洪道的標(biāo)準(zhǔn)時，由于一些中小型的水庫在資金方面不夠充足，工程造價上有很多限制，最終導(dǎo)致設(shè)計采用的洪水?dāng)?shù)據(jù)往往低于水庫的極限容量，一些數(shù)據(jù)的采用都低于水庫最大洪水時的峰值，結(jié)果在設(shè)計時，溢洪道常出現(xiàn)尺寸偏小，遠(yuǎn)達(dá)不到水庫最大泄容所需要的標(biāo)準(zhǔn)，如果周邊的巖體風(fēng)化塌落，就更加阻礙泄洪道的泄洪能力，泄洪能力不足，對于水庫的安全產(chǎn)生嚴(yán)重的危險。

1.2 進(jìn)出口段的布置不科學(xué)

很多工程的溢洪道在布置上都存在不科學(xué)的問題，常見的表現(xiàn)是溢洪道的進(jìn)出口段十分接近壩身，壩肩與溢洪道之間的阻隔太過于單薄，而且很多進(jìn)口段都沒有很好的護(hù)砌進(jìn)行保護(hù)，這時如果再加上標(biāo)準(zhǔn)低，泄洪時很容易產(chǎn)生沖蝕，對于壩肩的穩(wěn)定產(chǎn)生影響，還有一種情況就是陡槽末端與壩腳緊貼，這時如果一旦出現(xiàn)橫流沖刷，對于壩腳的安全也產(chǎn)生威脅。

1.3 溢洪道的平面彎道設(shè)計不合理

溢洪道設(shè)計的平面，在很多工程中都存在彎道半徑過大或收縮過于劇烈的問題，這對于泄洪來講是十分不利的。在溢洪道陡坡段，由于彎道流態(tài)、流勢劇烈的變化，會使得兩岸產(chǎn)生一定的水面差，導(dǎo)致凹岸水面增高，在下游銜接的平直段內(nèi)產(chǎn)生折沖水流，對于溢洪道的泄洪產(chǎn)生阻擋，同時對于消能也十分不利。

1.4 溢洪道縱橫剖面及平面布置設(shè)計不當(dāng)

一些橫斷面的設(shè)計不當(dāng)，很多工程施工時在兩側(cè)山坡開挖的坡度過陡，如果襯砌厚度偏薄，這時溢洪道的局部的抗滑抗傾能力就會大大減弱，也容易形成塌方和滑坡。在非巖性山坡上布置的溢洪道局段，如果底部的反濾襯砌做得不好或者根本就沒有考慮設(shè)計，這時，如果滲水，就很容易產(chǎn)生滑坡的情況，而且結(jié)構(gòu)也不會穩(wěn)定。

1.5 設(shè)計時考慮的不夠周全

在工程設(shè)計時，不能僅考慮工程的建筑設(shè)計，而且還要將工程周邊的水文地質(zhì)及工程建筑運(yùn)行后可能出現(xiàn)的一些情況都要考慮進(jìn)來。而在實際的設(shè)計時，很容易忽視這些，以至于考慮不夠周全，比如泄洪的高速水流的沖擊力、急流的脈動和摻氣導(dǎo)致的震動、溢洪道建在非巖基上而忘了布置反濾排水設(shè)備，另外溢洪道采用低標(biāo)號的漿砌石或砼砌護(hù)達(dá)不到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定要求等等，這些都使工程安全受到影響。

2 溢洪道設(shè)計中的安全對策

溢洪道在設(shè)計中，要充分考慮到安全的問題。在資料收集、地質(zhì)考察、布局規(guī)劃、水利及結(jié)構(gòu)的計算等方面都要嚴(yán)格把關(guān)，高標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)要求，確保工程建設(shè)安全穩(wěn)固，運(yùn)行良好。在布局時，要充分利用地形地貌，在保證安全的情況下進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、合理、科學(xué)的設(shè)計。溢洪道通常有引流段、控制段、泄流段及消能段共4個重要部分組成，這4個組成部分在布局設(shè)計時要重點(diǎn)考慮。

2.1 引流段

進(jìn)口設(shè)計成喇叭口可使引流平順，長度不宜過長，如必須建設(shè)彎道，彎道盡可能平緩，在處理彎道與下游的銜接段、出口段時，要保證這些段口遠(yuǎn)離壩腳。引流段截面用梯形或矩形，這些段是否要加砌護(hù)，要根據(jù)水流的速度來決定，一般在水沖的速度超過2米/秒時要設(shè)計砌護(hù)。彎道兩側(cè)的凹岸要考慮加砌護(hù)，但如果岸基為堅硬的巖基就不用加了。

2.2 控制段

要保證水流的平順，堰口與其上游引流段的連接過渡要采用漸變式，盡可能把收縮角設(shè)計在12度左右。要結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡匦螚l件及泄流需要，來決定是否設(shè)置寬頂堰或?qū)嵱脭嗝嫜?，設(shè)計時堰的寬度要結(jié)合單寬流量進(jìn)行確定。在設(shè)計布置控制段建筑物時，可以讓近口水流垂直于控制段建筑物，這樣能使泄流均勻。

2.3 泄流段

在此段的設(shè)計中，宜采用直線方法布置平面，對于彎道及扭坡應(yīng)盡量避免，因為彎道和陡坡會引起流態(tài)的變化，而產(chǎn)生負(fù)壓。泄流段的斷面設(shè)計，一定要參考建筑位置的地形、地質(zhì)，因地制宜的采用緩坡、陡坡或多級躍水等不同的形式，切忌單一形式，在陡坡段，要采用均一比降；泄流段的水流速都相對較高，以巖基為優(yōu)先的布局位置，如果布局段沒有巖基，則此段要加襯砌，襯砌的厚度要按當(dāng)?shù)氐牧魉倥c地質(zhì)水文條件進(jìn)行合理設(shè)計。

2.4 側(cè)槽段

在側(cè)槽段的設(shè)計時，要根據(jù)實際水流的方向來進(jìn)行布置，要垂直于來水流向進(jìn)行布置，結(jié)合水流的特點(diǎn)及等高線緩緩向上游伸展，側(cè)向進(jìn)流，縱向泄流。結(jié)合水流的方向合進(jìn)設(shè)計進(jìn)流還是泄流。在側(cè)堰與深槽連接的漸變過渡段，要把收縮角控制在12度左右，過渡段的長度要以槽內(nèi)水深為基準(zhǔn)，一般為水深的3～5倍為宜。

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