滴水巖水庫溢洪道除險加固設(shè)計(jì)

楊文軍

（重慶市水利電力建筑勘測設(shè)計(jì)研究院 重慶 401120）

1 工程概況

滴水巖水庫位于重慶市合川區(qū)大石鎮(zhèn)滴水巖村，該水庫除了具有農(nóng)田灌溉的作用外，還具有防洪、養(yǎng)殖等綜合效用，級別為?。ǘ┬退畮臁５嗡畮r水庫位于重慶市嘉陵江一級支流上游一小沖溝。水庫壩址以上流域的面積為1.05km2，主河道長1.28km，河道平均比降44.68‰。水庫正常蓄水位為250.95m，總庫容為25.5萬m3。冬半年即10月至次年3月平均降水量為225.4mm，占全年降水量的22.6%，夏半年即4月至次年9月平均降水量為772.0mm，占全年降水量的77.4%。

水庫大壩屬于均質(zhì)土堤壩，壩址處的河床海拔高程約為239.0m，大壩壩頂高程253.8m，最大壩高12.8m，壩頂寬3.0m，壩頂長90m。根據(jù)水利局發(fā)布的《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000）以及《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274-2001）中的相關(guān)規(guī)定，此次所進(jìn)行的水庫工程屬Ⅴ級工程，主要建筑物及次要建筑物均為5級。該水庫屬于均質(zhì)土堤壩，洪水重現(xiàn)期是20年，最大的洪峰流量為21.6m3/s，設(shè)計(jì)下泄流量為14.0m3/s，校核之后洪水重現(xiàn)期約為200年，最大的洪峰流量為33.2m3/s，下泄流量為23.3m3/s。

本工程中溢洪道的位置正好在大壩左壩肩，溢洪道形式為開敞式，無消力池等配套設(shè)施，邊墻損毀較為嚴(yán)重，溢洪道底板處遭受嚴(yán)重風(fēng)化與侵蝕，再加上水流條件較差，溢洪道進(jìn)口處的人行拱橋因年久失修安全性非常差。進(jìn)口段起點(diǎn)高程為250.95m；后接收縮段，收縮段長78.13m，寬度由進(jìn)口6.0m漸變至出口2.86m，收縮段后邊緊連著一段天然陡坡。

2 溢洪道除險加固設(shè)計(jì)分析

2.1 設(shè)計(jì)洪水復(fù)核

水利部在2000年頒發(fā)的《水利水電工程等級劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000）中進(jìn)行了明確規(guī)定，對于工程等別為Ⅴ等的小（二）型水庫而言，必須結(jié)合工程保護(hù)對象及相應(yīng)的工程實(shí)際進(jìn)行洪水設(shè)計(jì)與復(fù)核。按照規(guī)范對滴水巖水庫進(jìn)行了設(shè)計(jì)洪水復(fù)核，采用標(biāo)準(zhǔn)與原設(shè)計(jì)成果是一致的，即設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇。

本水庫的正常蓄水位為250.95m，相應(yīng)正常庫容18.4萬m3。進(jìn)行水庫調(diào)洪設(shè)計(jì)、校核洪水的過程中完全采用壩址設(shè)計(jì)洪水過程線，設(shè)計(jì)洪水結(jié)果為P=5.0%，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為P=0.5%，由于本水庫沒有防洪限制水位，同時水庫下游也沒有限制泄量要求，調(diào)洪可以采用靜庫容水量平衡法進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)計(jì)算水庫設(shè)計(jì)、校核洪水位分別為252.40m和253.00m，下泄流量分別為14.0m3/s和23.3m3/s，水庫容積分別為23.3萬m3和25.5萬m3，水庫的滯洪庫容（正常水位以上）分別為4.9萬m3和7.1萬m3。

2.2 溢洪道布置

滴水巖水庫大壩溢洪道的位置在大壩左岸，屬于無閘控制、開敞式正槽溢洪道型式，整段溢洪道長為96.10m，為了便于施工，將其劃分為進(jìn)口段、泄槽段和出口段。

位于溢洪道進(jìn)口段的反坡長為13.78m，坡比為1∶2.4。進(jìn)口段后便是控制段，長為23.91m，寬度6.0m漸變至5.7m，堰頂高程為250.950m設(shè)計(jì)底坡坡率為1.9%?？刂贫蜗掠螢樾共鄱危鶕?jù)溢洪道平面布置，本工程溢洪道泄槽段根據(jù)泄槽底坡不同可分為三段，上游段長23.12m，寬度5.7m漸變至4.55m，設(shè)計(jì)底坡坡率為6%。中間段長36.55m，寬度4.55m漸變至4.66m，設(shè)計(jì)底坡坡率為22.3%。出口段長12.43m，寬度4.66m漸變至3.47m，設(shè)計(jì)底坡坡率為13.3%。由于出口段后緊接自然跌水陡坎，故沒有設(shè)置消力池的必要。

2.3 溢洪道水力計(jì)算

2.3.1 泄流能力計(jì)算

滴水巖水庫大壩溢洪道的位置在大壩左岸，屬于無閘控制、開敞式正槽溢洪道型式，進(jìn)口底板高程250.95m，進(jìn)口控制斷面凈寬6.0m。

泄流能力的計(jì)算公式如下：

式中：b——溢流凈寬，m，b=12.12m；

HO——計(jì)算流速水頭的堰上總水頭，m，即H0=H+/2g；

表1 溢洪道泄流能力計(jì)算結(jié)果

表2 溢洪道水面線計(jì)算成果

表3 溢洪道邊墻結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果

H——不計(jì)算流速水頭的堰上水頭，m；

VO——行近流速，m/s；

m’——包含水流側(cè)收縮影響在內(nèi)的二元水流寬頂堰流量系數(shù)；

δs——淹沒系數(shù)，此處取1.0；計(jì)算成果見表1。

2.3.2 溢洪道水面線計(jì)算

按照《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL253—2000），泄槽水面線由能量方程采用分段求和法推算，校核下泄流量按23.3m3/s計(jì)。計(jì)算公式：

式中：hc——臨界水深，m；

α——流速不均勻系數(shù)，取1.05；

q——單寬流量，m3/s；

g——重力加速度，m/s2；

l1-2——分段長度，m；

h1——分段始端面水深，m；

h2——分段末端面水深，m；

v1——分段始端面平均流速，m/s；

v2——分段末斷面平均流速，m/s；

α1、α2——流速不均勻系數(shù)；

θ——泄槽底坡角度；

i——泄槽底坡，i=tgθ；

n——泄槽槽身糙率系數(shù)；

我們可以用不摻氣水深h推求摻氣水深hb，公式如下：hb=（1+ξv/100）h。

按照上述規(guī)范的規(guī)定，安全加高的合理取值應(yīng)為0.5m。水面線計(jì)算結(jié)果見表2。

從上表可知，經(jīng)過修整與整治后本水庫溢洪道的過流能力完全滿足要求，而且溢洪道邊墻高度也滿足《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》要求。

2.3.3 溢洪道邊墻布局的確定

式中：KC——抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；

f——作用于邊墻與基巖接觸面間的抗剪摩擦系數(shù)；

∑W——作用于邊墻上的全部荷載對計(jì)算滑動面的法向分量；

∑P——作用于邊墻上的全部荷載對計(jì)算滑動面的切向分量。

通過對溢洪道變強(qiáng)布局結(jié)構(gòu)的確定，可以進(jìn)而進(jìn)行邊墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的復(fù)核，此時假定最大墻高2.79m為典型計(jì)算斷面。計(jì)算時應(yīng)該選取最不利的工況，即邊墻外溢洪道內(nèi)無水，且墻背有土壓力作用，并且墻后有地下水作用。計(jì)算參數(shù)依照類似工程參數(shù)值取用：地基抗剪摩擦系數(shù)f=0.4，地基容許承載力500kPa，墻體容重24kN/m3；回填土料：c=12kPa，φ=22°，γ=19.0kN/m3，計(jì)算成果見表3。

從上述計(jì)算結(jié)果可以看出，邊墻抗滑穩(wěn)定基本滿足要求：最大壓應(yīng)力＜地基所容許的承載力，基底不可能出現(xiàn)拉應(yīng)力；合力偏心距＜基礎(chǔ)底面寬度的1/4，故而抗傾覆穩(wěn)定性也滿足要求。

溢洪道除險加固施工過程中，土方采用人工開挖，人工清除淤泥。漿砌條石拆除采用鋼釬、二錘直接撬挖，人工挑抬至渣場?？紤]到施工安全與效果，溢洪道邊墻外的漿砌條石應(yīng)進(jìn)行人工安砌。所選用的石料由施工人員在車輛的輔助下，從堆料場挑抬至工作場，而砂漿由拌合機(jī)拌制而成。

3 結(jié)語

溢洪道主要的用途在于宣泄規(guī)劃庫容所不能正常容納的洪水。宣泄的目的在于保證水庫壩體安全，所以作為溢流洪水的建筑物，溢洪道在水庫樞紐中占有十分關(guān)鍵的地位，對其進(jìn)行除險加固設(shè)計(jì)是水庫日常維護(hù)工作中的重要一環(huán)，必須合理設(shè)計(jì)除險加固方案，以滿足防洪安全的需要，保證水庫的最大經(jīng)濟(jì)效益?！?/p>

[1]陳歡.水庫溢洪道除險加固設(shè)計(jì)［J］.科技與創(chuàng)新.2014,（22）：86-87

[2]燕荷葉.巨河水庫除險加固工程設(shè)計(jì)綜述［J］.山西水利.2011,（10）：137-139