分析寬頂式實用堰在水庫除險加固工程中的應(yīng)用

【摘要】隨著水利工程的不斷發(fā)展，對水庫的應(yīng)用越來越多，因此如何做好水庫的除險加固工作就變得十分重要。目前的施工方式都是通過寬頂式實用堰的方式進行，因為這種施工方式不受施工環(huán)境的影響，而且能很好地實現(xiàn)對水庫的加固作用。筆者通過對工程的概況進行介紹，提出寬頂式實用堰在水庫加固中的作用，僅供參考。

【關(guān)鍵詞】寬頂式實用堰；水庫加固；應(yīng)用

要想保證工程的有效運行，必須要對水庫進行加固處理，一方面是為了使用功能的正常進行，另一方面是為了抵抗自然災(zāi)害做好防護工作的需要，而且對于灌溉工程也有一定的幫助，特別是對一些施工環(huán)境比較特殊的水庫，更要采取相應(yīng)的加固措施對其進行保護。

1、工程概況

某的主要功能位為防洪控制工程，整個水庫的流域面積為3030km，總體的容量為14億m'；左右。水庫除了防洪之外，還用于發(fā)電和養(yǎng)殖。正常的水位為176m，在具體的設(shè)計中，水位可以達到180m。在這一水庫中主要分為兩個溢洪道，其這兩個溢洪道建立的時間不同，位置也不同。主要分為進水渠道、控制段以及陡坡段等等。水庫的堰型結(jié)構(gòu)主要為混凝土材料，其外殼部分的厚度相對較大，底部的厚度可以達到0.5m，在加固工程進行的過程中主要是針對1號溢洪道。

2、存在的問題

由于1號溢洪道建成的時間比較久遠，所以在使用的過程中不可避免的要出現(xiàn)老化的現(xiàn)象，特別是在表面和內(nèi)部的一些地方都出現(xiàn)了裂縫的現(xiàn)象，這是混凝土結(jié)構(gòu)中最常見的問題，而且錯位現(xiàn)象也標膠明顯，在對水庫進行施工建設(shè)時，由于其自身的工程量較小，所以在資金的投放上也不是十分充足，在材料的選擇上就沒有達到實際的施工要求標準，鋼筋的含量也沒有達到一定的強度，近而使得工程施工的質(zhì)量不達標，為了保證其運行過程中的安全，就需要對其進行加固處理。

3、加固設(shè)計方案。在對水庫進行加固的過程中，要先根據(jù)實際的施工情況設(shè)計出施工的方案，這時要有設(shè)計人員進行設(shè)計，一種是對老閘進行拆除，在原位置進行重建，另一種是對老閘進行改造和優(yōu)化處理。在對這兩方面進行設(shè)計時，設(shè)計人員要充分考量水庫的實際施工需求，要值得注意的是對水庫進行改造時，要把水位降低到相應(yīng)的位置，顯然如果選擇對老閘進行拆除重建的方式，不僅浪費了原有的資源，而且還會增加工程的施工成本，進行再建時還要對水下的工程進行填筑。如果選擇的是對老閘進行改造，則僅僅需要把閘門的部位進行拆除，只需要改動底板和閘墩的結(jié)構(gòu)，而且通過建立新閘其施工的方法非常簡單，還不會對工程成本造成浪費的現(xiàn)象。再具體的施工中應(yīng)按照如下步驟進行：要把閘墩以上的部分予以拆除，把閘堰和閘墩的部位進行保留，在原有老閘的下游位置建立新閘，其主要建筑結(jié)構(gòu)采用的是鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)模式，然后通過設(shè)計人員進行設(shè)計，把老閘和新閘連接在一起使用，近而就形成一種寬頂式實用堰的形式。

4、堰流流態(tài)判別與泄流能力分析

4.1水力學方法計算。在對溢洪道進行設(shè)計時，設(shè)計人員要對堰頂?shù)母叨群退贿M行嚴格把控，通過相應(yīng)的計算，使得水流在下游的部分形成三種流態(tài)形式。第一種是明渠水流，在施工的過程中如果水庫的水位在170m以下，要想掌握其水流的情況，就要通過相應(yīng)的計算來完成，在計算時，要把水流量和水流的系數(shù)計算出來，因為二者是影響流量的重要因素。第二種是寬頂堰流，在水庫的水位達到170m時，這是就不能在按照水流量來計算，要按照水庫的泄洪能力來計算，要把流量系數(shù)和閘堰的收縮系數(shù)都計算在內(nèi)，這樣才能更準確的計算。第三種是實用堰流，這是水位就是超過170m，因為相應(yīng)泄流能力最主要的因素就是閘孔的數(shù)量和凈寬，其次才是堰前水頭和側(cè)面的收縮系數(shù)。無論是哪一種形態(tài)都要根據(jù)水位的實際變化情況和水位的高低進行設(shè)計計算，通過相應(yīng)的實驗得出在對溢洪道進行加固處理后，符合了溢洪道的泄洪標準。

4.2數(shù)學模型分析法。在利用數(shù)學模型進行分析時，首先要用到的就是計算的方法，在進行數(shù)學計算時采用的是PISO的計算方法，這種方法的精密度很高，而且在CPU的運行時間也大幅度減少，這種計算方法對于水流動速度的計算是非常適合的，其計算的精度是非常準確的。其次是計算域和網(wǎng)絡(luò)劃分，首先要對單孔進行計算，在上游起算的位置是距離堰頂100m的地方，下游要到消力坎后，這樣取值的目的就是為了計算的結(jié)果更加準確，最后是邊界的條件，具體要把握好以下幾種邊界，一種是固壁的邊界，另一種是上游入口邊界，在計算的時候要著重把握。相應(yīng)的數(shù)學計算表明，在對溢洪道進行加固后，其泄洪能力與開始的泄洪能力并無差別。在對過流能力計算時，數(shù)學模型計算結(jié)果表明，1號溢洪道加固后最大過流能力為29993m3/s，比加固前小300m3/s，變化為-9.2%，也說明1號溢洪道采用寬頂式溢流堰加固后，其最大泄流能力與原閘設(shè)計流量相差不大。由于該溢流堰泄流時對閘前水位產(chǎn)生影響的距離不大，該堰堰高較大，水流過堰頂后，水面線很快降落，消力池后下游水位不會影響溢流堰的過流能力，因此計算域至消力池后陡坡能夠滿足要求

4.3水工模型驗證。在對其進行加固后，通過相應(yīng)的實驗表明，加固后的泄洪能力與原有的泄洪能力并無差別，而且寬頂式實用堰在水位較高的情況下，其泄洪的能力和正常的實用堰的泄洪能力基本相同。通過采用水力學法、數(shù)學模型分析和水工模型驗證3種方法，對水庫1號溢洪道泄流能力進行計算分析后得出結(jié)論，采用寬頂式溢流堰改造加固后，其最大泄量與原ICJ設(shè)計最大泄量相差不大，滿足水庫泄洪要求。有些水庫溢洪道因受地形、地質(zhì)條件限制，除險加固時原控制閘拆除重建難度較大，因此在某種特定條件下，采用寬頂式實用堰型式，可減少施工難度，節(jié)約工程投資成本。

5、結(jié)論

由于我國許多大中型水庫建于上個世紀五、六十年代，溢洪道控制ICJ使用實用堰型較多，在長期使用的情況下有些水庫溢洪道因受地形、地質(zhì)條件限制，除險加固時原控制ICJ拆除重建難度較大，因此在某種特定條件，采用寬頂式實用堰型式，可減少施工難度，節(jié)約工程投資成本，更好地促進水庫工作的安全，在同類工程建設(shè)中具有一定的借鑒意義。

參考文獻

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[2]駱辛磊，劉卡波，鐘呂云.堤防汛中除險加固技術(shù)研究[J].湖南水利水電，2011（3）.

作者簡介

婁漢宇，出生年月：1977年2月20日。民族：漢族?，F(xiàn)任職稱：水利工程工程師。擬進職稱：水利工程高級工程師。