碾子溝水庫溢流壩設計

楊傳義，王國輝（吉林市水利水電勘測設計研究院，吉林 吉林市 132013）

碾子溝水庫溢流壩設計

楊傳義，王國輝
（吉林市水利水電勘測設計研究院，吉林 吉林市 132013）

文中介紹了水庫的概況和水毀情況，根據(jù)水庫的洪水標準和調(diào)洪原則，通過對調(diào)洪方案的分析比較，確定了水庫泄流方案，在大壩右端增設了一座混凝土溢流壩，并進行了溢流壩結構設計，同時也總結了溢流壩下游消能設施及壩下排滲系統(tǒng)的設計特點。

碾子溝水庫；溢流壩；調(diào)洪；設計

1　工程概況

碾子溝水庫位于吉林省永吉縣一拉溪鎮(zhèn)吉長公路南約7 km處。水庫壩址在一拉溪河上游，集雨面積78.5 km2，是一座以灌溉為主，結合防洪和養(yǎng)魚等綜合利用的中型水庫。水庫樞紐由土壩和泄洪洞組成。

土壩為粘土心墻壩，全長880 m，壩頂高程309.38 m，壩頂寬6.0 m，鋪0.2 m厚混凝土路面，上游壩坡采用干砌塊石護坡，厚度0.25 m，下游壩坡采用碎石護坡，厚度0.2 m。

泄洪洞為原有建筑物，位于左壩端，共6孔，單孔孔徑1.3×2.6 m（寬×高），底板高程296.5 m。

2　水毀情況

2010年7月28日，受強降雨影響，碾子溝水庫水位驟然上升，發(fā)生漫頂現(xiàn)象，壩后坡壩殼及心墻遭到嚴重破壞，多部位成懸崖狀，極易造成潰壩。一旦潰壩，將會嚴重威脅水庫下游一拉溪、太平、樺皮廠3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、9萬間民房、10萬人口生命財產(chǎn)安全，還將沖毀1 500 hm2農(nóng)田，同時也對吉長南線、北線高速公路、吉長鐵路、引松入長輸水管線、通往大連的輸油管線、軍用通訊光纜和兩條高壓輸電線路構成嚴重威脅。

為避免潰壩，需要盡快降低庫水位，本著盡量降低損失，便于操作的原則，在大壩右端炸開一道豁口，集中宣泄洪水。洪峰過后，壩體形成一個底寬約50 m，頂寬70 m的豁口。豁口右側巖石基礎裸露，為強風化巖。

3　洪水復核

碾子溝水庫原設計洪水標準為50年一遇洪水設計，千年一遇洪水校核。50年一遇洪峰流量225 m3/s，千年一遇洪峰流量511 m3/s，24 h洪量1 470萬m3。

通過對2010年7月28日洪水（以下簡稱7.28洪水）過程進行調(diào)查，依據(jù)部分觀測資料及水文復核，7.28洪水洪峰流量為913 m3/s，24 h洪量1 560萬m3。

復核后洪峰及洪量均大于原設計洪水成果，這次采用復合后洪水成果做為千年一遇洪水過程進行洪水校核。

4　調(diào)洪方案的選擇

4.1原設計特征水位

汛限水位306.00 m，相應庫容為1035萬m3；正常蓄水位307.00 m，相應庫容為1278萬m3；設計洪水位306.73 m，相應庫容為1200萬m3，下泄流量210.8 m3/s；校核洪水位307.88 m，相應庫容為1 475萬m3，下泄流量226.5 m3/s。

4.2調(diào)洪原則

1）該水庫承擔下游防洪除澇任務，下游防洪標準為10年一遇，下游河道安全泄量為20 m3/s。

2）由汛限水位起調(diào)，利用泄洪洞閘門調(diào)整開啟度來控制泄量，保證泄量不大于來水量，且不超過20 m3/s；當庫水位超過10年一遇洪水位時，泄洪洞全部開啟按全孔泄流能力泄流。

3）當水位超過校核洪水位307.88 m時，溢流壩參與泄洪。

4.3調(diào)洪方案

由于復核后洪峰及洪量均大于原設計洪水成果，這次對需對現(xiàn)有壩高及泄洪建筑物泄流能力進行重新復核，并提出新的調(diào)洪方案。

主要有以下兩種情況：

1）在維持現(xiàn)有壩高不變的情況下，提高泄流能力，研究增設泄流建筑物的可能。

2）在不提高現(xiàn)有泄流建筑物泄流能力的情況下，增加壩高。

針對以上兩種情況，在調(diào)洪方案的選擇上，選取了三個方案進行比較。

方案一：維持現(xiàn)有壩高不變，仍以現(xiàn)有泄洪洞泄洪為主，同時在大壩右端水毀豁口處增設溢流壩輔助泄洪，凈寬5.0 m，以正常蓄水位307.00 m做為溢流壩壩頂高程，壩頂設置子堤。

方案二：維持現(xiàn)有壩高不變，仍以現(xiàn)有泄洪洞泄洪為主，同時在大壩右端水毀豁口處增設溢流壩，凈寬4.0 m，以汛限水位306.00 m做為溢流壩壩頂高程，壩頂設置防洪閘門方案。

方案三：維持現(xiàn)有泄洪洞泄洪方式，不增設其它泄洪設施，壩頂加高。

從壩頂高程、泄流能力、消能設施、設備維護與檢修、運行管理、總體投資等方面對三個方案進行了比較，見表1。

從表1中可以看出，從新增泄流能力方面來看，方案一較方案三高，但低于方案二。從消能防沖方面來看，方案三無需增設消能設施。方案一：由于單寬流量較小，僅為1.33 m2/s，結合溢流壩下游抗沖刷情況，可以不設消力池，而方案二由于單寬流量較大，4.14 m2/s，通過消能計算，必須設消力池，單就消能防沖方面來講，方案二新增投資最高。從設備維護與檢修方面，由于方案二新增設了閘門，設備費用增加，維護與檢修費用也增加，且閘門需要啟閉，運行管理不方便，從這兩方面看，方案二最不合理；在新增投資方面，方案二由于增加了閘門設備及消能設施，加上運行管理費用，投資比方案一高了46.68萬元，而方案三無需增設其它設施，在運行管理方面也更方便，但方案三由于壩頂加高，壩頂混凝土路面需要拆除重建，壩體也需要加高培厚，新增投資最高，較方案一高出144.54萬元，投資造價最不合理。

綜合考慮，選擇方案一做為水庫調(diào)洪方案，即維持現(xiàn)有壩高不變，仍以現(xiàn)有泄洪洞泄洪為主，同時在大壩右端水毀豁口處增設溢流壩輔助泄洪，凈寬5.0 m，以正常蓄水位307.00 m做為溢流壩壩頂高程，壩頂設置子堤。

表1調(diào)洪方案比較表

5　溢流壩設計

5.1溢流壩結構設計

溢流壩采用混凝土重力壩式結構形式，凈寬5.0 m，頂高程307.00 m，壩面采用C25鋼筋混凝土結構，厚度0.5 m，壩體為毛石混凝土，強度標號C20，塊石含量不超過30%?？紤]到壩體順水流方向較長，壩體段設置兩道縱縫，縫間設銅片止水。為防止發(fā)生繞滲破壞，溢流壩兩側各設置一道刺墻，長度5.0 m，頂寬0.5 m。為了能夠和土壩粘土心墻接觸面更好的結合，溢流壩壩體兩側坡度設為1∶0.1。

子堤采用粘性土回填，迎水面采用干砌石護

砌，厚度0.25 m，下鋪0.15 m厚碎石墊層。子堤頂高程307.88 m，頂寬2.0 m，前后邊坡均為1∶1.5。

溢流壩上設交通橋，為簡支板結構，一跨，凈寬5.0 m，橋面頂高程309.38 m。

5.2溢流壩下游消能設計

溢流壩屬非常溢流建筑物，并不經(jīng)常過水。根據(jù)溢流壩防洪標準，只有當水庫發(fā)生超千年一遇洪水時，子堤才能潰堤泄洪，如果壩下設置消能防沖設施，其使用頻率將是千年一遇，作用不大。

況且洪水過后，溢流壩下游已經(jīng)形成天然排洪渠道，將來也要做為排洪渠道予以保留，渠道基礎條件較好，靠近壩腳處為巖基，抗沖能力較強，因此，設計時只按保護壩腳，防止回淘考慮，在溢流壩腳設漿砌石導流墻，底部設500 mm厚鉛絲石籠護底，下設200 mm厚碎石墊層，末端設2.0 m深齒槽，兩端設4.0 m長翼墻。

5.3壩下排滲系統(tǒng)設計

溢流壩在澆筑過程中，發(fā)現(xiàn)左側巖石基礎有兩處滲漏點，為不影響大壩心墻填筑，以及發(fā)生集中滲漏危害大壩安全，對這兩處滲漏點進行排滲處理。

在兩處滲漏點處各鑿設一個集水坑，集水坑尺寸為1.5 m×1.5 m×1.0 m（長×寬×深），坑內(nèi)用透水料填充，上鋪100 mm厚C20混凝土蓋板，用排水管將水引到下游集水井，排水管沿溢流壩壩體外側布置，每處設置一道排水管，為適應巖基不平整度以及壩體碾壓要求，排水管采用UPVC塑料管，每道管長50 m。集水井位于壩腳以外，深2.0 m，直徑2.0 m，集水井采用透水料填充，上鋪100 mm厚C20混凝土蓋板。當排水管鋪設在巖基上時，外包裹C20素混凝土，管外砼厚度不小于200 mm；當排水管鋪設在粘土基礎時，挖500 mm×400 mm槽，埋管后上部澆筑C20素混凝土，管外混凝土厚度不小于200 mm。

6　結論

碾子溝水庫溢流壩為水毀后新增泄洪建筑物，是一個主要用來削峰的溢流建筑物，它不經(jīng)常過水，只有當水庫發(fā)生超千年一遇洪水時，才能發(fā)揮作用。介紹了碾子溝水庫的水毀情況及洪水復核成果，按照新的洪水成果重新進行調(diào)洪演算，并進行了調(diào)洪方案比較，最終確定了新增溢流壩的方案，在溢流壩結構設計方面，也提出了其獨有的設計特點，并結合施工期遇到的設計隱患，采取了相應的措施，希望能夠為類似工程提供借鑒。

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