水庫(kù)開(kāi)敞式溢洪道建筑物結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

金淑南 吳曉勇 楊訓(xùn)

【摘要】近些年以來(lái)，城鄉(xiāng)各地都在致力于修建較大規(guī)模的水利項(xiàng)目，其中關(guān)鍵就在于水庫(kù)建筑物。因此可見(jiàn)，水庫(kù)建筑物本身構(gòu)成了關(guān)鍵性的水利建筑物。在各種類(lèi)型的水庫(kù)建筑物中，通常來(lái)講都不能缺少開(kāi)敞式的水庫(kù)溢洪道。然而實(shí)質(zhì)上，水庫(kù)溢洪道是否具備穩(wěn)定性較強(qiáng)的溢流結(jié)構(gòu)，較大程度決定著水庫(kù)本身的安全性以及堅(jiān)固性。因此在設(shè)計(jì)水庫(kù)整體結(jié)構(gòu)的具體實(shí)踐中，作為設(shè)計(jì)人員有必要從源頭入手來(lái)優(yōu)化開(kāi)敞式的水庫(kù)溢洪道，運(yùn)用上述方式來(lái)提升建筑物整體結(jié)構(gòu)具備的穩(wěn)定性。

【關(guān)鍵詞】水庫(kù)開(kāi)敞式溢洪道；建筑物結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

從基本特征來(lái)講，水庫(kù)溢洪道的價(jià)值就在于確保溢流的順利實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而維持了水庫(kù)整個(gè)建筑構(gòu)架具備的穩(wěn)定性，避免水庫(kù)表現(xiàn)為各種各樣的安全隱患。相比來(lái)看，開(kāi)敞式的溢洪道具備優(yōu)良的綜合性能，其中也涉及到復(fù)雜度較高的施工流程。因此，水庫(kù)建筑物不能缺少溢洪道為其提供根本性的安全保障，對(duì)此應(yīng)當(dāng)致力于從源頭入手來(lái)健全現(xiàn)有的建筑物結(jié)構(gòu)。在優(yōu)化結(jié)構(gòu)的前提下，水庫(kù)建筑將會(huì)具備更高層次的安全效能，避免埋下潛在性的安全運(yùn)行隱患。

一、設(shè)計(jì)水庫(kù)溢洪道的實(shí)例

某水庫(kù)項(xiàng)目處在防洪區(qū)與灌溉區(qū)銜接的位置上，因此兼具城鎮(zhèn)供水、防洪、灌溉以及其他類(lèi)型的水庫(kù)性能。與此同時(shí)，水庫(kù)工程本身還具備生態(tài)旅游以及引水發(fā)電的高層次性能。從整體結(jié)構(gòu)的視角來(lái)看，水庫(kù)溢洪道設(shè)有右側(cè)的泄洪道，對(duì)此設(shè)計(jì)成開(kāi)敞式的建筑物。在壩址的范圍內(nèi)，溢洪道本身處于埡口的獨(dú)特地形位置上，其中包含了沖溝與埡口的典型地形，對(duì)此測(cè)得8°的坡度。對(duì)于埡口的部位而言，上側(cè)覆蓋的基本為砂礫石以及粉質(zhì)粘土，此外還包含鈣質(zhì)泥巖以及厚度較小的紫紅色泥巖。

因此可見(jiàn)，針對(duì)上述的獨(dú)特地形有必要構(gòu)建與之相適應(yīng)的溢洪道，通過(guò)布置溢洪道的措施來(lái)優(yōu)化建筑物自身具備的綜合效能。在開(kāi)挖邊坡涉及到的相關(guān)操作中，對(duì)此設(shè)計(jì)了特定的開(kāi)挖比，其中應(yīng)當(dāng)包含強(qiáng)風(fēng)化以及弱風(fēng)化的石英砂巖，對(duì)于特殊性較強(qiáng)的現(xiàn)場(chǎng)地形應(yīng)當(dāng)予以更多的關(guān)注。

技術(shù)人員如果要著手優(yōu)化溢洪道，那么前提應(yīng)當(dāng)落實(shí)于勘測(cè)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)。這是由于，針對(duì)不同類(lèi)型的現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)而言，與之相應(yīng)的溢洪道整體構(gòu)造及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也會(huì)體現(xiàn)為差異性。在此次施工中，對(duì)于溢洪道設(shè)計(jì)成石壩樞紐與面板堆相互結(jié)合的方式，上述施工模式具備更顯著的適應(yīng)性，同時(shí)也有助于節(jié)省項(xiàng)目建設(shè)的資金并且優(yōu)化了建筑物自身具備的經(jīng)濟(jì)性以及節(jié)能性。經(jīng)過(guò)全方位的驗(yàn)算可以得知，優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)應(yīng)當(dāng)落實(shí)于水庫(kù)現(xiàn)有的泄槽段、進(jìn)水渠、水庫(kù)消力池以及控制段。在全面實(shí)現(xiàn)上述建筑物優(yōu)化的前提下，再去實(shí)現(xiàn)多層次的水庫(kù)優(yōu)化布置與設(shè)計(jì)。

二、優(yōu)化設(shè)計(jì)的具體實(shí)踐

經(jīng)過(guò)分析可知，水庫(kù)溢洪道整體處在較軟的巖層區(qū)域，其中涉及到風(fēng)化程度較強(qiáng)的巖層。對(duì)于上述建筑物如果不慎予以處理，那么很可能表現(xiàn)為不均衡的水庫(kù)沉降。因此在綜合優(yōu)化的基本思路下，針對(duì)水庫(kù)建筑物涉及到的投資效益以及整體布置都進(jìn)行了全方位的考慮。詳細(xì)而言，優(yōu)化設(shè)計(jì)溢洪道建筑物應(yīng)當(dāng)包含如下的優(yōu)化要點(diǎn)：

（一）適當(dāng)布置建筑物的整體結(jié)構(gòu)

從整體結(jié)構(gòu)來(lái)講，針對(duì)溢洪道建筑物將其設(shè)計(jì)成開(kāi)敞式與混凝土面板相互結(jié)合的特殊結(jié)構(gòu)，其中包含面板堆石壩作為其中的根基。在必要時(shí)，設(shè)計(jì)人員還需要視情況增加溢洪道必需的隧洞結(jié)構(gòu)。然而實(shí)質(zhì)上，如果要順利開(kāi)展上述全過(guò)程的施工操作，那么整體難度還是相對(duì)較大的。這是由于，溢洪道建筑物本身就體現(xiàn)為復(fù)雜性較強(qiáng)的建筑布局，如果不慎進(jìn)行布置那么還可能將會(huì)涉及到導(dǎo)流洞與溢洪道二者之間的沖突。

因此從優(yōu)化全過(guò)程布局的視角入手，針對(duì)自由溢流的方案加以全面的篩選，對(duì)其確定為不設(shè)立閘門(mén)的方式。通過(guò)測(cè)算可以得知，設(shè)計(jì)人員最好將其限制于1100米以內(nèi)的常規(guī)蓄水位。此外，從壩址現(xiàn)有的整個(gè)地形來(lái)看，在布置壩線的過(guò)程中涉及到泄槽段、進(jìn)水渠以及控制段等關(guān)鍵性的建筑構(gòu)架。因此，設(shè)計(jì)人員把八字形的特殊結(jié)構(gòu)布置在進(jìn)口的位置上，同時(shí)調(diào)整了底面高程以及其他相關(guān)參數(shù)。

（二）實(shí)行精確的結(jié)構(gòu)計(jì)算

近些年以來(lái)，與溢洪道建筑物密切相關(guān)的各項(xiàng)設(shè)計(jì)規(guī)程都在逐步實(shí)現(xiàn)健全，其中包含了多層次的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。依照現(xiàn)有的設(shè)計(jì)規(guī)范，技術(shù)人員如果選擇了開(kāi)敞式的典型建筑模式，那么可以借助WES軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)全方位的運(yùn)算，其中關(guān)鍵落實(shí)于溢洪道在各個(gè)時(shí)間段的流量特征、整體凈寬度、閘孔總數(shù)以及單孔寬度等要素。在必要的時(shí)候，技術(shù)人員還需算出與整個(gè)施工流程有關(guān)的閘墩系數(shù)，確保其符合最根本的溢洪道設(shè)計(jì)指標(biāo)。通過(guò)開(kāi)展二維模擬的手段與方式，應(yīng)當(dāng)可以算出泄洪槽的精確斷面面積，據(jù)此就能給出典型性的水位泄流以及其他數(shù)值。

（三）其他相關(guān)要點(diǎn)

除了上述要點(diǎn)之外，針對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化還可能會(huì)涉及到消力池及其他建筑構(gòu)造物的相關(guān)計(jì)算。對(duì)于消力池這個(gè)特殊結(jié)構(gòu)來(lái)講，關(guān)鍵就是要算出其中的各項(xiàng)消能參數(shù)。在此次設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員對(duì)此選擇了底流消能的設(shè)計(jì)模式，因此有必要密切結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)狀況算出消能防沖的參數(shù)。對(duì)于面板堆可以將其設(shè)計(jì)成樞紐性的石壩結(jié)構(gòu)，對(duì)此予以適度的優(yōu)化布置。通過(guò)運(yùn)用上述的方式，就能確保符合水流平順以及泄洪量適中的結(jié)構(gòu)優(yōu)化目標(biāo)。

結(jié)束語(yǔ)：

優(yōu)化水庫(kù)溢洪道的整體結(jié)構(gòu)，此項(xiàng)舉措不能缺少全方位的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及優(yōu)化施工。在優(yōu)化布置溢洪道的具體實(shí)踐中，應(yīng)當(dāng)緊密結(jié)合當(dāng)?shù)靥赜械默F(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)，針對(duì)其中涉及到的各項(xiàng)要素都應(yīng)當(dāng)予以全面優(yōu)化。然而從整體性的視角來(lái)看，水庫(kù)溢洪道的相關(guān)施工實(shí)踐仍然欠缺完善性，對(duì)此亟待著手進(jìn)行改進(jìn)。未來(lái)在實(shí)踐中，技術(shù)人員還需不斷的摸索，遵照因地制宜的根本思路來(lái)實(shí)現(xiàn)多層次的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，確保符合更高水準(zhǔn)的水庫(kù)設(shè)計(jì)目標(biāo)。

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