淺析溢洪道設(shè)計(jì)初步分析

廣東珠榮工程設(shè)計(jì)有限公司 510610

摘要：筆者長期從事工程水工設(shè)計(jì)工作，本文論述溢洪道設(shè)計(jì)中存在的一些問題和設(shè)計(jì)策略進(jìn)行了探討。旨在與同行進(jìn)行探究共同進(jìn)步。

關(guān)鍵詞：溢洪道；設(shè)計(jì)；施工

溢洪道的設(shè)計(jì)在水庫工程當(dāng)中屬于重中之重。除了應(yīng)具備足夠的泄流能力外，還要確保其在工作期間的自身安全和下泄水流與原河道水流獲得妥善的銜接。可以說它直接影響到水庫的安全，下面我就幾個(gè)方面初步分析下如何才能使溢洪道設(shè)計(jì)工作做到經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、技術(shù)先進(jìn)確保質(zhì)量。

（一）溢洪道的分類及其設(shè)計(jì)問題

溢洪道按泄洪標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)用情況，分為正常溢洪道和非常溢洪道。前者用以宣泄設(shè)計(jì)洪水，后者用于宣泄非常洪水。按其所在位置，分為河床式溢洪道和岸邊溢洪道。河床式溢洪道經(jīng)由壩身溢洪。岸邊溢洪道按結(jié)構(gòu)形式可分為：

1.井式溢洪道 洪水流過環(huán)形溢流堰，經(jīng)豎井和隧洞泄入下游。

2.虹吸溢洪道 利用虹吸作用泄水，水流出虹吸管后，可建在岸邊，也可建在壩內(nèi)。岸邊溢洪道通常由進(jìn)水渠、泄水段、控制段以及消能段組成。進(jìn)水渠起進(jìn)水與調(diào)整水流的作用?？刂贫纬Ｓ脤?shí)用堰或?qū)掜斞?，堰頂可設(shè)或不設(shè)閘門。

3.側(cè)槽溢洪道 溢流堰大致沿等高線布置，水流從溢流堰泄人與堰軸線大致平行的側(cè)槽后，流向作近90。轉(zhuǎn)彎，再經(jīng)泄槽或隧洞流向下游。

4.正槽溢洪道 泄槽與溢流堰正交，過堰水流與泄槽軸線方向一致。

溢洪道的設(shè)計(jì)和布置是否合理，不僅直接影響到水庫的安全，而且關(guān)系到整個(gè)工程造價(jià)。

（二）調(diào)研概況

研究調(diào)查的結(jié)果顯示我市的水庫中共存在45座病庫和37座險(xiǎn)庫。面對存在的諸多問題，應(yīng)給予足夠的重視，對導(dǎo)致問題的原因進(jìn)行分析，并擬定有效的處理措施。否則不但建筑工程發(fā)揮不了應(yīng)有的作用，還會(huì)引起諸多的安全事故。技術(shù)人員在檢查水庫運(yùn)用狀況時(shí)，對溢洪道的安全問題進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)研，以確保其使用的安全性。

（三）溢洪道設(shè)計(jì)出現(xiàn)的問題

1.水力設(shè)計(jì)方法不合理

設(shè)計(jì)者在溢洪道的設(shè)計(jì)過程中沒有從專業(yè)的角度出發(fā)，研制出科學(xué)的設(shè)計(jì)方案，這就讓設(shè)計(jì)結(jié)果與方案難以達(dá)到實(shí)際工程的需要，水力設(shè)計(jì)方式不合理會(huì)給工程項(xiàng)目造成很大的阻礙。

2.溢洪道設(shè)計(jì)尺寸較小

在設(shè)計(jì)時(shí)常常要考慮到工程的資金消耗，而又必須要使得設(shè)計(jì)達(dá)到建筑工程的標(biāo)準(zhǔn)。在資金和標(biāo)準(zhǔn)的雙重壓力下，很多設(shè)計(jì)師常常會(huì)將設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行改動(dòng)，縮短尺寸大小。這些造成溢洪道設(shè)計(jì)的尺寸也相應(yīng)減小。在建筑的巖體出現(xiàn)風(fēng)化坍落后，發(fā)生泄洪渠淤積的概率則大大增加，讓水庫泄流難以正常進(jìn)行。

3.溢洪道縱橫剖面及平面布置設(shè)計(jì)不當(dāng)

比較突出的問題是陡坡設(shè)計(jì)比降過陡。部分溢洪道布置在非巖性山坡上，底部未做有效的反濾襯砌致使?jié)B水后易產(chǎn)生滑坡，結(jié)構(gòu)上也不穩(wěn)定。在橫斷面設(shè)計(jì)中，有些工程對兩側(cè)山坡開挖坡度注意不夠。有的過陡，加上襯砌厚度偏薄，不能滿足抗滑抗傾穩(wěn)定，也易造成坍方和滑坡。平面布置上，存在著上下游斷面連接不配套，形成“瓶頸”現(xiàn)象，從而影響了泄洪能力。此外溢洪道末端與河道銜接部分注意不夠，導(dǎo)致有的末端高出河床很多，有的末端未做砌護(hù)處理。常造成嚴(yán)重沖刷，并向上延伸，直至整個(gè)建筑物破壞。

4.溢洪道設(shè)計(jì)的平面彎道半徑過大和收縮過劇，對泄流十分不利

特別在溢洪道陡坡段布置有彎道時(shí)，由于流勢劇烈變化，導(dǎo)致二岸產(chǎn)生了水面差，這時(shí)凹岸水面壅高，并在下游銜接的平直段內(nèi)產(chǎn)生折沖水流，大大影響了泄流能力和消能效果。另外陡坡段或緩流段的過劇收縮，也會(huì)發(fā)生顯著的壅水和流態(tài)變化，并對溢洪道襯砌造成沖擊，如砌護(hù)過高會(huì)增加投資，砌護(hù)過低了又不安全。

5.溢洪道進(jìn)出口段與壩身距離短

檢查中發(fā)現(xiàn)有較多的小型水利工程的溢洪道進(jìn)出口段與壩身的間隔距離存在一定的問題。當(dāng)進(jìn)口段沒有使用相應(yīng)的保護(hù)措施時(shí)尤其是護(hù)砌措施。泄洪后則會(huì)引起沖刷，給壩肩的安全造成巨大的傷害閉。

（四）處理溢洪道設(shè)計(jì)問題的有效措施

在溢洪道設(shè)計(jì)中合理地調(diào)整布局

溢洪道工程的規(guī)劃布局應(yīng)盡量利用有利地形地貌，即要經(jīng)濟(jì)合理又要保證安全。

溢洪道通常有四個(gè)主要部分組成：控制段（堰流段）、消能工、引流段（近口段）、泄流段。

1.控制段（堰流段）

為使泄流均勻，可使近口水流垂直于控制段建筑物。根據(jù)地形條件和泄流需要必需設(shè)置寬頂堰或?qū)嵱脭嗝嫜?，堰寬度可按允許單寬流量選定。巖基上單寬流量為40～70m3/s，非巖基上為20～40m3/s，土基上為 20m3/s。除近口段設(shè)有引流段外，一般應(yīng)使堰頂寬度 ≤3h堰（h堰為堰上水頭，單位 m）；為使水流平順，堰口與其上游引流段可采用漸變段連接，其收縮角以12度左右為宜。如堰體較寬則應(yīng)在其橫向設(shè)置溫度縫與沉陷縫，其間距可按10～15m布設(shè)。

2.消能工

選擇多級躍水或溢洪道末端躍流時(shí)需保持泄流方向遠(yuǎn)離壩腳距離≥100—150m。對非巖基而言，最為普遍的方法是進(jìn)行地段處理，并把消力池安置在末端處。對泄流量很小的情況，應(yīng)該利用消力坎的方式進(jìn)行。遇到遠(yuǎn)驅(qū)式水躍后要從多個(gè)角度避免出現(xiàn)沖刷現(xiàn)象，這就需要采取差動(dòng)式消力坎的方案。在巖基上，當(dāng)溢洪道的尾端存在較陡的邊坎，通常使用挑射消能是最有效的方法。

3.引流段（近口段）

為引流平順其進(jìn)口形狀最好做成喇叭口，為減小損失其長度不宜過長。如因地形所限必須在該段內(nèi)設(shè)置彎道時(shí)，則應(yīng)使彎曲段盡量平緩?fù)?，還應(yīng)使彎道與下游銜接段和出口段盡量遠(yuǎn)離壩腳，以免沖刷壩腳。引流段截面一般選用梯形或矩形，當(dāng)流速≤1～2米/秒時(shí)一般可不砌護(hù)，但與壩端鄰近和緊接控制建筑物的范圍內(nèi)應(yīng)砌護(hù)一定長度，同時(shí)在彎道二側(cè)的凹岸亦應(yīng)砌護(hù)，如為堅(jiān)硬的巖基則可不考慮。

4.泄流段

泄流段常采取直線布置方法，這就在避免彎道與設(shè)置扭坡中發(fā)揮了重要的作用。在設(shè)計(jì)縱斷面過程中必須以現(xiàn)實(shí)的地質(zhì)為基礎(chǔ)。對緩坡、陡坡或多級躍水等情況做出科學(xué)的選擇。

（五）水利計(jì)算

為使水力計(jì)算與工程特性相一致，故正確選用計(jì)算公式十分重要。

1.控制段的匯流計(jì)算：可根據(jù)“溢流堰水力計(jì)算設(shè)計(jì)規(guī)范”建議的方法計(jì)算，同時(shí)正確選用流量系數(shù)時(shí)并使其與選用的堰型相一致。

2.引流段的水力計(jì)算：可采取自下游控制斷面向上游反推求水面曲線的方法進(jìn)行（如查爾諾門斯基方法），引流段進(jìn)口處端須先計(jì)算水位壅高，才能求得泄洪時(shí)的正確庫水位。

3.泄流段陡槽水力計(jì)算：推求陡槽段水面曲線的方法較多，如陡槽底寬固定不變時(shí)，可采用BⅡ型降水曲線或用查爾諾門斯基方法計(jì)算。對底寬漸變的陡槽段則可用查氏方法分段詳算。

結(jié)語：

綜上所述，針對溢洪道設(shè)計(jì)中存在的問題采取有效地處理措施是必不可少的工作。這不僅使水利工程使用功能得到有效發(fā)揮。在擬定處理方案時(shí)應(yīng)該對地質(zhì)構(gòu)造、水文資料做好處理，這樣才能保證工程的功能得到發(fā)揮。

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