大井水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程溢洪道方案設(shè)計(jì)

徐忠軍

（壽縣瓦東灌區(qū)管理所 壽縣 232200）

1 工程概況

大井水庫(kù)位于安徽省壽縣東部與長(zhǎng)豐縣交界，是淠史杭工程中淠河灌區(qū)瓦東干渠上的一座中型反調(diào)節(jié)水庫(kù)，該水庫(kù)主要利用瓦東干渠引水沖庫(kù)，原設(shè)計(jì)總庫(kù)容5040 萬(wàn)m3，集水面積33.60km3，設(shè)計(jì)灌溉面積13.07 萬(wàn)畝。水庫(kù)始建于1958年冬，至1972年春建成開(kāi)始蓄水，在建成后的四十多年運(yùn)行中，一般年份春灌前庫(kù)水位達(dá)到40.00m（廢黃高程系，以下高程皆同）以上，但仍不能滿足灌區(qū)用水的需要。

大井水庫(kù)設(shè)計(jì)水位（50年一遇）為42.20m，校核洪水位（1000年一遇）為42.64m，總庫(kù)容為5040m3，本次復(fù)核設(shè)計(jì)水位（50年一遇）為42.26m，相應(yīng)庫(kù)容為4659.8 萬(wàn)m3，校核洪水位（1000年一遇）為42.64m，總庫(kù)容為5054.9 萬(wàn)m3.

水庫(kù)樞紐工程主要包括：均質(zhì)土壩、泄洪灌溉兩用涵、兩座灌溉涵、溢洪道和進(jìn)水閘等。水庫(kù)大壩全長(zhǎng)2829m，最大壩高15m，頂寬4m；迎水坡1∶2.5，背水坡平臺(tái)以上1∶2.5，平臺(tái)以下1∶3，平臺(tái)高程39.00m，平臺(tái)寬4m；大壩為均質(zhì)土壩，壩基及壩體填土主要為粉質(zhì)粘土。上游坡臨水段位干砌石坡面，下游為草皮護(hù)坡，壩頂現(xiàn)為瀝青路面。

由于水庫(kù)大壩建于特定的年代，施工跨度長(zhǎng)，施工質(zhì)量差，經(jīng)安全鑒定，大壩安全類別評(píng)定結(jié)果為三類壩。

2 溢洪道現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

現(xiàn)狀溢洪道位于右壩頭的山坡下，由上游引渠段、閘室控制段、陡坡段、一、二級(jí)消力池、彎道段及泄槽段組成，全長(zhǎng)560m。

泄洪閘基位于右岸壩肩斜坡上，屬半挖半填地基。右側(cè)部分坐落于弱風(fēng)化石英砂巖夾微薄層頁(yè)巖之上，巖石堅(jiān)硬，較完整，左側(cè)為粉質(zhì)粘土和含泥卵石，清除上覆蓋層后巖面高程不夠，采用四周澆混凝土，中間墊砂處理。據(jù)勘探資料，閘基巖體強(qiáng)度不均。

對(duì)溢洪道的安全鑒定結(jié)論為：溢洪道工程存在嚴(yán)重隱患，影響泄洪安全，水庫(kù)防洪安全性為C 級(jí)；溢洪道混凝土澆筑質(zhì)量差，破損嚴(yán)重，工程質(zhì)量不合格；溢洪道閘室控制段局部拉應(yīng)力超過(guò)規(guī)范要求，閘室、岸墻、陡坡段、溢流面多處裂縫，左岸翼墻傾斜錯(cuò)位，陡坡段及泄槽岸墻多次被沖毀，牛腿多處鋼筋露筋，銹蝕，消能設(shè)施不完善，結(jié)構(gòu)安全性為C 級(jí)；閘壩結(jié)合部位存在接觸滲流隱患，滲流安全性為B 級(jí)。

3 溢洪道工程安全復(fù)核

根據(jù)溢洪道過(guò)流能力復(fù)核計(jì)算成果，1000年一遇校核洪水42.64m 時(shí)，泄量為3172m3/s，與原模型試驗(yàn)值一致，說(shuō)明其泄流能力滿足原設(shè)計(jì)要求。

大井水庫(kù)為中型水庫(kù)，溢洪道按3 級(jí)建筑物進(jìn)行消能防沖設(shè)計(jì)，該溢洪道共設(shè)有兩級(jí)消力池，一級(jí)消力池為消力坎式消能，二級(jí)消力池為深挖式消力池。

經(jīng)計(jì)算，50年一遇洪水時(shí)，一級(jí)消力池長(zhǎng)需57.5m，坎高需2.13m，1000年一遇洪水時(shí)，一級(jí)消力池長(zhǎng)需67m，坎高需5.9m，而實(shí)際消力池長(zhǎng)60m，坎高5.0m，不滿足校核洪水消能要求。

二級(jí)消力池為深挖式消力池，消力池深度采用《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL253-2000）中的計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，二級(jí)消力池計(jì)算池深為1.5m，池長(zhǎng)34.0m，而實(shí)際池深1.9m，池長(zhǎng)30m。二級(jí)消力池長(zhǎng)度不滿足要求。

根據(jù)復(fù)核結(jié)果，消力池抗浮穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。一、二級(jí)消力池長(zhǎng)度和一級(jí)消力池的消力坎高度均不滿足消能防沖要求。因受當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)條件限制，原設(shè)計(jì)在尾水渠末端建三級(jí)消力池沒(méi)有施工，因而現(xiàn)狀尾水渠末端沖刷嚴(yán)重。

4 溢洪道除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

溢洪道控制閘仍選在現(xiàn)狀閘址處，根據(jù)方案比選，將老溢洪道拆除重建。

4.1 閘室控制段除險(xiǎn)加固方案比選

根據(jù)閘室控制段的實(shí)際情況，現(xiàn)選取以下幾個(gè)方案進(jìn)行比選：

方案一：將原溢洪道全部拆除重建，新建閘室控制段與原閘室結(jié)構(gòu)一樣，閘室長(zhǎng)21.5m，溢流堰頂高程為147.0m，堰面由R=14.48m 的圓弧段及曲線方程y=0.05x2兩段組成。

方案二：將原溢洪道全部拆除重建，堰頂高程降低至145.0m，堰面型式為WES 實(shí)用堰型。

方案三：將原溢洪道全部拆除重建，堰頂高程為145.0m，堰面型式為拆線型實(shí)用堰型。

現(xiàn)對(duì)三個(gè)方案進(jìn)行比選如下：

以上三個(gè)方案均為折除重建方案，方案一是對(duì)老閘拆除后按原結(jié)構(gòu)進(jìn)行重建，不改變?cè)绾榈赖男沽髑€。但該方案因風(fēng)速系列延長(zhǎng)，需對(duì)大壩加高，投資較大。

方案二、方案三均將堰頂高程降低至145.0m，加大溢洪道的泄量，兩方案只是堰面型式不同。方案二為WES 型式，該堰型優(yōu)點(diǎn)為流量系數(shù)大，為《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》中推薦優(yōu)先采用的堰型，其缺點(diǎn)為堰頂較窄，不利于閘門(mén)檢修。方案三為拆線型實(shí)用堰，其過(guò)流能力介于寬頂堰與WES 型實(shí)用堰之間，特別是在水位較高時(shí)，其過(guò)流能力更接近于WES 堰型，其優(yōu)點(diǎn)是堰頂相對(duì)較寬，工作閘門(mén)和檢修閘門(mén)布置時(shí)較為靈活，在工程投資方面，兩方案工程部分投資相差不大。

綜上，方案一投資最大，溢洪道控制閘需拆除重建，同時(shí)大壩壩頂也需加高，工程投資大，施工工期長(zhǎng)；方案二、方案三泄流能力和工程投資相差不大，方案二雖為規(guī)范中推薦優(yōu)先采用的堰型，但就該工程而言，方案三在工程布置方面優(yōu)于方案二。因此推薦采用方案三，即閘室部分拆除重建，采用折線型實(shí)用堰方案。

4.2 消能方式方案比選

4.2.1 比選五個(gè)方案

根據(jù)該工程的特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的地形、地質(zhì)情況，該溢洪道消能方式布置采用以下五個(gè)方案進(jìn)行比選：

方案一：全部拆除重建，采用三級(jí)消能，一、二級(jí)消力池泄槽位置基本在原位置，在泄槽末端設(shè)三級(jí)消力池。

方案二：在方案一基礎(chǔ)上調(diào)整，仍采用三級(jí)消能，調(diào)整泄槽彎道半徑，二級(jí)消力池布置在1 號(hào)彎道下游，泄槽末端建三級(jí)消力池，消力池和泄槽均采用矩形斷面。

方案三：采用二級(jí)消能，一級(jí)消力池與陡坡段相連，二級(jí)消力池位于1 號(hào)彎道下游，二級(jí)消力池下游尾水水渠縱向底坡采用緩坡，二級(jí)消力池出口以上消能工及泄槽均采用矩形斷面，尾水渠采用梯形斷面。

方案四：采用二級(jí)消能，一級(jí)消力池與陡坡段相連，二級(jí)消力池位于泄槽段的末端，消力池及泄槽段斷面型式為矩形。

方案五：采用二級(jí)消能，一級(jí)消力池與陡坡段相連，二級(jí)消力池位于泄槽段的末端，1 號(hào)彎道以上泄槽段為矩形斷面，1 號(hào)彎道以下泄槽段為梯形斷面。

4.2.2 五個(gè)消能方案比較

方案一、方案二是采用三級(jí)消能方式，方案三、方案四、方案五是采用二級(jí)消能方式，其中方案一基本按照現(xiàn)狀消力池及泄槽段平面布置和結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行拆除重建，并增加了三級(jí)消力池，該方案泄槽段石方開(kāi)挖方量少，工程投資小，但該方案在工程布置上彎道段的彎道半徑不滿足《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，二級(jí)消力池及尾水渠均采用梯形斷面，水流流態(tài)復(fù)雜。

方案二是在方案一的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化處理，仍采用三級(jí)消能，將二級(jí)消力池移至1 號(hào)彎道下游，并將二級(jí)消力池及泄槽段斷面形式改為矩形斷面，同時(shí)對(duì)彎道半徑進(jìn)行調(diào)整，三級(jí)消力池仍設(shè)在泄槽的末端。該方案水流流態(tài)相對(duì)較好，但工程投資較大。

方案三是在方案二的基礎(chǔ)上，減去三級(jí)消力池，一級(jí)消力池仍設(shè)在陡坡段的末端，二級(jí)消力池設(shè)在1 號(hào)彎道下游，將原泄槽變?yōu)槎?jí)消力池的尾水渠，由陡坡變?yōu)榫徠?，將二?jí)消力池的底板高程和其后尾水渠段的底板高程降低，以減小水流對(duì)下游河道的沖刷。在工程布置方面，二級(jí)消力池布置在彎道后面，二級(jí)消力池后為尾水渠，水流流態(tài)較好。該方案尾水渠的斷面形式為梯形，盡量利用現(xiàn)狀尾水渠，減少開(kāi)挖量，因而工程投資小。

方案四是在方案二的基礎(chǔ)上，將三級(jí)消能調(diào)整為二級(jí)消能，因少了一級(jí)消能，故該方案的二級(jí)消力池深度較大，雖然減少了土石方開(kāi)挖方量，但兩側(cè)需采用擋土墻，混凝土方量較大，因而工程投資大。

方案五是在方案四的基礎(chǔ)上，將一、二級(jí)消力池間的泄槽斷面由矩形變?yōu)樘菪?，盡量利用現(xiàn)狀泄槽斷面，以減少石方開(kāi)挖量和混凝土的方量，該方案雖然工程投資較省，但一級(jí)消力池及彎道段為矩形斷面，通過(guò)扭面后變?yōu)樘菪螖嗝?，然后又通過(guò)扭面變?yōu)榫匦螖嗝媾c二級(jí)消力池相連，因而水流流態(tài)較為復(fù)雜。

綜合考慮多種因素，推薦采用方案三，即采用二級(jí)消能，一級(jí)消力池與陡坡段相連，二級(jí)消力池位于1 號(hào)彎道下游，調(diào)整二級(jí)消力池下游泄槽的渠底坡降，將原陡坡變?yōu)榫徠?，消力池?cái)嗝鏋榫匦螖嗝?，尾水渠段盡量利用現(xiàn)狀斷面形式，下部為梯形斷面，上部為擋墻。

5 結(jié)語(yǔ)

大井水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程通過(guò)采用推薦的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行施工，并按期通過(guò)工程竣工驗(yàn)收，目前水庫(kù)按設(shè)計(jì)要求正常運(yùn)行。各項(xiàng)除險(xiǎn)加固措施均達(dá)到處理病險(xiǎn)的目的，有效解決了水庫(kù)安全問(wèn)題，恢復(fù)并改善了水庫(kù)的功能。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)成果經(jīng)驗(yàn)可為類似工程提供參考■