清渡河水庫(kù)側(cè)槽式溢洪道設(shè)計(jì)

□包芬芬 □何 楠（黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司）

清渡河水庫(kù)側(cè)槽式溢洪道設(shè)計(jì)

□包芬芬 □何 楠（黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司）

清渡河水庫(kù)工程位于貴州省銅仁市印江自治縣境內(nèi)的烏江右岸一級(jí)支流清渡河上，工程區(qū)屬中山～低山地貌。壩址區(qū)左壩肩基巖裸露，坡度較陡，右壩肩邊坡坡度一般為28～30°，傾向左岸偏下游，邊坡為斜順向坡，巖層傾角略大于坡度。水庫(kù)工程布置由瀝青混凝土心墻壩、溢洪道和引水鋼管組成，溢洪道布置于右壩肩，采用側(cè)槽式溢洪道，由于邊坡為順向坡，需考慮溢洪道邊坡穩(wěn)定問(wèn)題。

清渡河；側(cè)槽式溢洪道；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；邊坡穩(wěn)定

0 工程概述

清渡河水庫(kù)工程位于貴州省銅仁市印江自治縣境內(nèi)的烏江右岸一級(jí)支流清渡河上。水庫(kù)壩址位于印江自治縣羅場(chǎng)鄉(xiāng)螺絲田村附近，壩址以上流域面積32.84 km2。清渡河水庫(kù)的開(kāi)發(fā)任務(wù)是農(nóng)田灌溉、工業(yè)供水及農(nóng)村人畜飲水。主要是為解決印江自治縣羅場(chǎng)鎮(zhèn)、纏溪鎮(zhèn)和新寨鄉(xiāng)的生活供水和灌溉用水，以及綠色食品輕工業(yè)集聚區(qū)的用水。工程包括水庫(kù)樞紐工程和供水工程兩部分。設(shè)計(jì)最大壩高58.50 m，正常蓄水位774.00 m，總庫(kù)容780.00萬(wàn)m3，庫(kù)區(qū)回水主河流長(zhǎng)約4.82 km。供水最大輸水流量0.27 m3/s，灌溉最大輸水流量1.63 m3/s；灌溉及供水工程渠道最大引水流量為1.90 m3/s，水庫(kù)樞紐工程為Ⅳ等工程，工程規(guī)模為?。?）型，供水和灌溉工程規(guī)模屬于Ⅴ等?。?）型。

1 壩址工程地質(zhì)條件

庫(kù)壩區(qū)河流流向大致為自南向北。河流兩岸低山環(huán)繞，河谷深切，庫(kù)區(qū)屬低山峽谷地貌。河谷多呈“V”字型，河谷兩岸坡度較陡，一般20～50°，局部為70～85°的陡壁。水庫(kù)兩岸山頂高程977～1253 m，河床高程722～775 m，河床寬約3～25 m，相對(duì)高差200～500 m。庫(kù)區(qū)沖溝較發(fā)育，多與水庫(kù)河床近垂直。庫(kù)區(qū)出露地層為寒武系和第四系地層。第四系沉積物按成因類型主要有沖積、洪積、坡積、殘積及滑坡體堆積物等。左壩肩岸坡陡峻，邊坡為斜逆向坡，邊坡整體穩(wěn)定，但局部結(jié)構(gòu)面不利組合可能形成不穩(wěn)定塊體，對(duì)邊坡局部穩(wěn)定不利，在邊坡開(kāi)挖過(guò)程中應(yīng)引起重視，應(yīng)采取相應(yīng)支護(hù)措施。右壩肩邊坡傾向左岸偏下游，為斜順向坡，邊坡坡度一般為28～30°，邊坡巖層傾角略大于坡度，目前天然狀態(tài)下邊坡整體基本穩(wěn)定。一旦邊坡出現(xiàn)臨空面邊坡將不穩(wěn)定。因此在施工過(guò)程時(shí)，應(yīng)重視壩肩開(kāi)挖的邊坡穩(wěn)定性，在開(kāi)挖過(guò)程中采取必要的工程處理措施以確保邊坡穩(wěn)定。

2 溢洪道型式選擇

根據(jù)右岸的地形地質(zhì)條件，溢洪道可布置成無(wú)閘門控制的側(cè)槽式溢洪道，也可布置成帶閘門的正槽溢洪道。無(wú)閘門控制的側(cè)槽式溢洪道，堰頂高程774 m，側(cè)堰寬40 m。有閘門控制的正槽溢洪道，堰頂高程767 m，低于正常蓄水位7 m，閘室寬8 m。經(jīng)調(diào)洪演算，有閘門方案計(jì)算出的壩頂高程為776.50，比無(wú)閘門方案計(jì)算的壩頂高程777.50 m低1.00 m，兩種方案溢洪道從主要工程量、大壩投資、金屬結(jié)構(gòu)、電氣投資和庫(kù)區(qū)淹沒(méi)投資等方面進(jìn)行比較，無(wú)閘方案較有閘方案投資少401萬(wàn)元，考慮到無(wú)閘門方案運(yùn)行方便，并有利于確保大壩安全，推薦無(wú)閘門控制的側(cè)槽式溢洪道方案。

3 溢洪道布置

溢洪道位于大壩右岸，采用河岸側(cè)槽式開(kāi)敞泄流，泄槽采用直線布置，側(cè)堰軸線與泄槽軸線平行，由引水渠、控制側(cè)堰、泄槽和挑流鼻坎組成。

引水渠采用等寬布置，與側(cè)堰寬度相同為40 m，進(jìn)口高程771.50 m。側(cè)堰采用實(shí)用堰，堰高2.50 m，寬40 m，堰頂高程774 m，無(wú)閘門控制自由泄流。泄槽分為側(cè)堰段、調(diào)整段和泄槽段3部分。側(cè)槽段長(zhǎng)40 m，由首端的6 m寬漸變到末端的12 m寬，底坡i=0.04，砌護(hù)頂高程777.50 m；調(diào)整段長(zhǎng)12 m，底坡水平，砌護(hù)頂高度與側(cè)槽段相同，為777.50 m；泄槽段長(zhǎng) 105 m，縱坡1：4.50，前20 m寬12 m，后55 m寬8 m，過(guò)渡段長(zhǎng)30 m。泄槽段末端接長(zhǎng)20m的挑流鼻坎，采用挑流消能，鼻坎高程為743.50m，挑角26°。溢洪道總長(zhǎng)度177 m。

4 溢洪道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

溢洪道建筑物由進(jìn)水渠、控制側(cè)堰、調(diào)整段、泄槽、消能防沖和尾水渠6部分組成。

進(jìn)水渠：由于側(cè)堰溢洪道的側(cè)堰進(jìn)口與泄槽垂直，且平行于地形等高線，所以，進(jìn)水渠采用與側(cè)堰相同的寬度，即40 m寬的矩形斷面。底板高程771.50 m，邊墻與底板采用混凝土襯砌，混凝土標(biāo)號(hào)C25，厚度1 m。

控制側(cè)堰段：溢洪道堰型選用過(guò)流能力較大的實(shí)用堰，堰高2.50 m，寬40.00 m，堰頂高程同正常蓄水位為774.00 m，無(wú)閘門控制自由泄流，混凝土標(biāo)號(hào)C25。

泄槽段：泄槽段分為側(cè)堰后側(cè)槽段、調(diào)整段和陡槽段3部分。堰后側(cè)槽段與側(cè)堰長(zhǎng)度相同，為40 m。為了減少側(cè)槽段開(kāi)挖量，側(cè)槽采用變寬度，根據(jù)規(guī)范SL253-2000要求，側(cè)槽首、末端斷面底寬比bu/be可采用0.50～1.00，設(shè)計(jì)側(cè)槽寬度由首端的6 m，隨著流量的增加，逐步增加到末端的12 m。側(cè)槽內(nèi)水流為非淹沒(méi)出流，側(cè)槽段靠山一側(cè)水面壅高，同時(shí)考慮安全超高。為了使側(cè)槽內(nèi)水流流態(tài)平穩(wěn)，水流可以較好的摻混，將底坡設(shè)計(jì)為緩流。經(jīng)計(jì)算，側(cè)槽首端底高程取768 m，底坡4%，靠山一側(cè)側(cè)槽防護(hù)高程為777.50 m。側(cè)槽與側(cè)堰連為一體，邊坡1：0.75，均位于強(qiáng)風(fēng)化巖石上，采用混凝土襯砌，襯砌厚度1 m。

側(cè)槽末端與泄槽之間，設(shè)置調(diào)整段，以改善水流流態(tài)。調(diào)整段長(zhǎng)度12 m，底坡水平。調(diào)整段斷面由梯形漸變?yōu)橹眽Γ讓捙c側(cè)槽末端寬度相同，為12 m，采用混凝土襯砌，襯砌厚度1 m，襯砌高程與側(cè)槽襯砌高程相同，為777.50 m。

陡槽段樁號(hào)0+052～0+157m，全長(zhǎng)105 m，矩形斷面。樁號(hào)0+052～0+072段寬12 m，0+072～0+102段為收縮段，寬度由12 m收縮為8 m，后55 m寬度均為8 m。樁號(hào)0+052～0+122段泄槽邊墻高5.50m，0+122～0+157段泄槽邊墻高4.50m。泄槽底坡 1：4.20。全斷面采用鋼筋混凝土襯砌，邊墻采用重力式擋土墻。

泄槽底部和邊墻均采用錨桿加固：Φ25@2.00 m×2.00 m，L=4.00 m。泄槽采用C30抗沖耐磨混凝土。

挑流鼻坎段：考慮到挑流沖坑對(duì)下游滑坡體穩(wěn)定存在一定威脅，設(shè)計(jì)中采用扭曲擴(kuò)散鼻坎，一方面充分?jǐn)U散射流、減輕河床沖刷；另一方面使得沖坑盡量遠(yuǎn)離下游滑坡體。鼻坎左右邊墻自泄槽直線段段分別接直徑40、100 m的圓弧進(jìn)行扭轉(zhuǎn)，鼻坎寬度自首部8 m逐漸擴(kuò)散至12 m。挑流鼻坎段樁號(hào)0+157～0+177，中心線全長(zhǎng)20 m，反弧半徑20 m，挑角26°，鼻坎頂高程735.50 m。挑流鼻坎采用C30抗沖耐磨混凝土。

護(hù)坦段：為減輕小流量時(shí)泄流對(duì)鼻坎下游的沖刷，鼻坎后接約13 m長(zhǎng)混凝土護(hù)坦，護(hù)坦高程741 m，襯砌厚度0.50 m，采用C25混凝土。

5 邊坡穩(wěn)定計(jì)算

5.1 計(jì)算參數(shù)

穩(wěn)定計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1。其中巖石層面的參數(shù)是綜合考慮泥化夾層的分布和連續(xù)性的綜合參數(shù)。

5.2 計(jì)算工況：穩(wěn)定分析包括正常運(yùn)用條件和非常運(yùn)用條件Ⅰ兩種不同工況。

正常運(yùn)用條件：正常蓄水位、設(shè)計(jì)洪水位。

表1 邊坡穩(wěn)定計(jì)算參數(shù)表

非常運(yùn)用條件Ⅰ：校核洪水位、施工期。

5.3 計(jì)算剖面

計(jì)算斷面選取溢洪道側(cè)槽首段（Y0+000.00）斷面，此斷面為溢洪道開(kāi)挖的最大斷面，分別計(jì)算不同深度的層面滑動(dòng)，可代表不同開(kāi)挖高度的情況。根據(jù)泥化夾層的綜合參數(shù)，將邊坡分為5個(gè)滑裂面分別計(jì)算。

5.4 計(jì)算方法

計(jì)算方法采用考慮條間力的摩根斯頓法。

5.5 計(jì)算結(jié)果

經(jīng)計(jì)算，5個(gè)滑裂面的穩(wěn)定安全系數(shù)均小于規(guī)范要求（具體結(jié)果見(jiàn)表2）。

5.6 處理措施

錨索布置和長(zhǎng)度同時(shí)考慮滿足滑裂面2～5的要求，布置在開(kāi)挖邊坡的上部，穿過(guò)滑裂面2～5，每個(gè)斷面布置3根1500 kN錨索，間距4 m，可滿足滑裂面2～5的要求。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。錨索長(zhǎng)度為35 m、40 m 2種長(zhǎng)度，梅花形交叉布置。未加錨索部位邊坡采取系統(tǒng)錨桿加固，錨桿Φ25@2 m×2 m，L=4 m，噴10 cm厚混凝土并設(shè)排水設(shè)施。

表2 加錨索后開(kāi)挖邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表

6 結(jié)語(yǔ)

側(cè)槽式溢洪道傍山開(kāi)挖，其特點(diǎn)是溢流堰大體沿等高線布置，過(guò)堰水流流入一個(gè)大致平行于溢流堰的側(cè)堰內(nèi)，再經(jīng)泄水道泄向下游，適于修建于山坡陡峻的岸邊。溢流前緣比側(cè)槽和泄水道較為窄深，從而減少開(kāi)挖量。清渡河岸坡陡峻，溢洪道邊坡為順向坡，對(duì)其進(jìn)行處理后，大大減少工程開(kāi)挖量，降低工程造價(jià)，保證工程安全經(jīng)濟(jì)。

TV 651.1

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1673-8853（2016）11-0051-02

2016-08-22

（責(zé)任編輯：韋詩(shī)佳）

包芬芬（1980-），女，工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計(jì)、研究工作。