淺談水庫溢流堰加固工程的設計

趙秋子 黃斌克

【摘要】文章對某水庫溢流堰存在的主要問題，溢流壩設計計算得出相關(guān)數(shù)據(jù)，最后對加固工程中所采取的相應處理措施進行探討，可供參考。

【關(guān)鍵詞】水庫；溢流堰；設計

近年來，我國的水庫工程建設正逐步增多，當前，在水庫溢流堰的建設過程中還存在著諸多問題，仍需做進一步改善。本文結(jié)合工程實際，分析了目前水庫溢流堰工程存在的一些問題，并著重介紹了某水庫溢流堰的加固設計。

一、工程概況

某水庫是一座以防洪為主，兼顧旅游、供水和水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的小型水利樞紐工程。水庫壩址以上控制流域面積6.98 km，主干流長5.03 km。水庫設計防洪標準為50年一遇設計，500年一遇校核。水庫樞紐工程由非溢流壩、溢流壩、輸水管道三部分組成。

1. 非溢流壩

大壩壩頂寬3.50m、壩頂高程是219.10 m、壩底寬33.50 m、最大壩高是34.10 m、壩頂全長132.00m（含溢流段26.80m）、下游坡比是1 ：0.80、上游坡比是1 ：0.25、防浪墻頂高程是220.30 m，是一個漿砌石重力壩。設置縱向排水廊道在沿壩體上游188.00 m位置，并分別設置橫向廊道在各不同高程，以方便對壩體進行檢查或排水使用；設置縱向交通廊道在205.50 m位置處，使其連接在排水廊道；在壩上游設置鋼筋混凝土防滲面板，并在壩體與面板之間設伸縮縫，縫內(nèi)設比水。

2. 溢流壩

溢流壩全長26.80 m，堰頂高程是215.50 m，溢流面是剖面，最大泄洪能力是148 m3/s，通常以開敞式無閘控制設置在大壩中段。設置一個高3.20 m、寬3m的廊道在挑流鼻坎下，以便于人們觀賞水簾。

3. 輸水管道

在大壩右岸高程195.50m處，設置輸水管道，其鋼管選擇DN500，以實現(xiàn)向縣城供水。另外，將檢修閘閥和工作閥控制安裝在廊道內(nèi)，并沿橫向廊道在鋼管進口位置安裝攔污柵。

二、溢流堰現(xiàn)狀問題分析

溢流壩為開敞式結(jié)構(gòu)，堰型為實用堰，堰頂高程215.50 m，在溢流面205.30 m高程處預埋DN200的多孔鋼管，為防比泄洪時發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，在該處混凝土面上埋設有鋼板。挑流鼻坎兩側(cè)設有混凝土導流墻，下方設有一縱向觀賞廊道，廊道底寬為3.00 m，高為3.20 m，為上圓下方的城門洞形C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。挑流鼻坎下游處的設有橫向排水管，能夠?qū)误w和壩基內(nèi)的滲水排到壩體下游。

堰頂交通橋橋板及橋墩局部露筋、蜂窩麻面，存在安全隱患，影響日常管理及防汛要求。

原設計溢流面板和挑流鼻坎為C20混凝土，根據(jù)《水工混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》中要求“有抗沖耐磨要求的部位，應進行專門研究確定，且混凝土強度等級不應低于C25”，因此，不滿足規(guī)范要求。

有一條大概長2.30m，寬是0.20一0.30 mm的裂縫存在于溢流壩面中部，其方向是沿水流方向；在溢流面205.30 m位置，多孔鋼管埋設出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，且有雜草繁生； 在溢流壩挑流鼻坎下部兩側(cè)的擋墻結(jié)構(gòu)以及觀賞廊道支撐都有損壞情況；下游挑流鼻坎外觀沒有破損，但護面有損壞情況，局部出現(xiàn)漏水現(xiàn)象；以上情況使其泄洪功能大幅降低。另外，現(xiàn)行規(guī)范中，溢流面混凝土強度要求必須在C25以上，但實際只有C20，低于其規(guī)范要求，從而降低了挑流鼻坎結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，所以，這次主要是針對上述問題進行加固設計，同時結(jié)合溢流壩頂交通橋拆除重建和壩體灌漿對溢流堰、觀賞廊道、挑流鼻坎、溢流面板進行拆除重建。

三、溢流壩水利計算

1. 泄流能力計算

溢流壩控制段為實用堰，溢流堰凈寬24 m，泄流計算公式：

經(jīng)計算50 a一遇設計泄量為148.20 m3/s，設計水位208.63m；500 a一遇校核泄量224.50 m3/s，校核水位209.23m；30a一遇泄量129.00 m3/s，水位208.47 m。

2. 泄槽水力計算

2.1 臨界水深計算

計算得：hk校=2.13m，hk設=1.64m。

2.2 控制斷面確定

先計算臨界底坡，基本公式為：

經(jīng)計算得：水校=0.002，，k設=0.002

泄槽坡降l： 0.80，底坡i > }ik，為陡坡。水流從緩流過渡到急流必然經(jīng)過臨界水深，則近似以底坡突變處的水深作為臨界水深。

由上述分析確定控制斷面為實用堰曲線段和直線段連接處，控制水深分別為：hk校=-2.13 m ，hk設=1.64 m。

3、消能防沖設計

根據(jù)采用30 a一遇洪水下泄流量 m3/s進行設計。挑流消能工的挑距和水墊深度計算公式如下：

同時，鼻坎平均流速V的計算公式如下：

采用上述公式求得30 a設計情況下，挑距L=47.86 m，最大水墊深度T=6.20 m，沖坑深度4.70 m，沖刷坑坡度i=1/0.19，在規(guī)范規(guī)定的不大于1/6范圍內(nèi)。

四、溢流堰加固工程設計

將現(xiàn)有的溢流壩段面板進行拆除，并與上游實用堰位置的調(diào)整相結(jié)合，再次進行溢流面鋼筋混凝土澆筑，其厚度為40cm，重建兩側(cè)鋼筋混凝土擋墻，其厚度為50cm。溢流壩段在加固完成后，全長26.80m，堰頂高程是215.50m、坡度是1： 0.80、挑流鼻坎高程是192.52 m、采用挑流消能，由反弧段、曲線段以及直線段組成溢流堰的實用剖面，反弧半徑是5m、挑設角是250，下游直線段起點高213.00 m，y=0.4105964x 1.85是下游堰面曲線方程；觀賞廊道高2.50 m、底寬2m，由C25鋼筋混凝土構(gòu)成上圓下方的城門洞形結(jié)構(gòu)。

將耐沖刷的鋼筋混凝土以及鋼筋直徑為12 mm的構(gòu)造鋼筋設置在溢流面上，且鋼筋之間在縱向、橫向上都要保持20cm距離，以防止高速水流的沖刷。

堰頂交通橋拆除重建，設計荷載標準為公路二級，共分三跨，每跨8.80 m，中墩厚0.80 m，橋面高程219.10 m，橋面寬4.00 m。

五、結(jié)論

本工程結(jié)束后，實用堰、溢流面、鼻坎結(jié)構(gòu)整體性較好，滿足結(jié)構(gòu)要求，可有效避免水流流經(jīng)新老混凝土產(chǎn)生的水流危害，且外觀形象較好，為水庫增光添彩。

參考文獻：

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