溢洪道設(shè)計(jì)中的問題及其措施

1、    溢洪道設(shè)計(jì)中的問題及其措施    祁玉蘭 朱磊【摘要】溢洪道是水庫工程最重要的泄水建筑物，其設(shè)計(jì)成功與否直接其自身乃至整個樞紐及其上游庫區(qū)、下游河床、岸坡和相關(guān)區(qū)域的安全。溢洪道主要用來排泄水庫的洪峰流量，從而達(dá)到水庫的容量平衡，保證水庫的正常運(yùn)行。本文重點(diǎn)研究溢洪道在設(shè)計(jì)中常出現(xiàn)的問題，并提出合理措施?！娟P(guān)鍵詞】水庫；溢洪道；設(shè)計(jì)；工程造價引言溢洪道從上游至下游主要由引渠段、控制段、泄槽段和消能段四部分組成。按照泄洪標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)用情況，分為正常溢洪道和非常溢洪道兩大類，前者用于宣泄設(shè)計(jì)洪水，后者用于下泄非常洪水；主要是提高水庫的防洪能力，有效控制水

2、庫的水位，一旦水庫的水位上升至正常蓄水位以上，洪水從溢洪道排泄，從而保證水庫在汛期處于安全運(yùn)行狀態(tài)，因此溢洪道的設(shè)立一方面提高了水庫在汛期的安全運(yùn)行，另一方面降低了壩高從而減少了工程投資。1、溢洪道設(shè)計(jì)的常見問題1.1 溢洪道布置不當(dāng)。對溢洪道進(jìn)行合理選址是實(shí)施水庫工程的關(guān)鍵性因素。在實(shí)際設(shè)計(jì)、施工過程中，往往由于疏忽與認(rèn)識不到位，導(dǎo)致溢洪道的選址問題出現(xiàn)分歧，因此要對溢洪道進(jìn)行預(yù)期設(shè)計(jì)，排除不確定性因素及安全隱患。在現(xiàn)場勘測中，溢洪道的進(jìn)出口位置緊密連接大壩的主要部位壩身，兩者之間山脊較薄，如果護(hù)砌設(shè)備裝置不到位，一旦發(fā)生洪水災(zāi)難，便會嚴(yán)重威脅到水庫的安全使用。1.2 尺寸不符。中小型水庫溢

3、洪道的工程量約占總量的20%，工程造價約占整體預(yù)算的25%，因此，整個水庫工程的造價受制于溢洪道的設(shè)計(jì)是否合理及是否符合標(biāo)準(zhǔn)。基于溢洪道科學(xué)設(shè)計(jì)的前提下，要想節(jié)約資金成本，工程設(shè)計(jì)時一般采用較小的尺寸來減少工程投資，從而導(dǎo)致溢洪道的洪峰與洪量數(shù)據(jù)發(fā)生異常，影響建筑巖體的穩(wěn)固性，造成溢洪道泄洪能力減小。1.3 斷面誤差。溢洪道平面設(shè)計(jì)及橫縱剖面設(shè)計(jì)不合理也是水庫工程較為常見的問題之一，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中最為突出的問題是比降過陡。在設(shè)計(jì)水庫工程的橫縱斷面過程中，如果忽略山坡兩側(cè)的挖掘坡度與深度，設(shè)計(jì)坡度過陡難以支撐坡面的傾斜與抗滑，如果沒有提前做好襯砌等工作，塌方及滑坡等危害將會時刻威脅水庫的安全。在設(shè)

4、計(jì)溢洪道的平面工作時，上游斷面不能完全銜接下游斷面，導(dǎo)致溢洪道的泄洪能力出現(xiàn)問題。如果溢洪道的底板設(shè)計(jì)在非巖性基礎(chǔ)上，反濾襯砌工作未及時布置，巖體穩(wěn)固性差，從而增大了水庫溢洪道滲水滑坡的可能性?？紤]到水庫河道未段與溢洪道尾部緊密銜接，導(dǎo)致河床明顯低于溢洪道末端，如果不及時采取末端護(hù)砌措施，容易造成水庫沖刷、遭侵蝕破壞得可能，一旦危及到整個水庫工程，其損失將是不可估量的。1.4 水力影響。通過近幾年的實(shí)踐證明，計(jì)算程序或軟件在計(jì)算過程中存在一定的弊端。除此之外，溢洪道的設(shè)計(jì)流量與實(shí)際的泄洪流量系數(shù)存在誤差，偶爾出現(xiàn)側(cè)槽淹沒現(xiàn)象，從而影響整個水庫的安全施工。在進(jìn)行水力計(jì)算時易忽略溢洪道平流段進(jìn)口水

5、位的壅高現(xiàn)象，如果盲目在泄洪道位置增加引洪平流段，實(shí)際增大了水位壅高的情況。2、中小型水庫溢洪道設(shè)計(jì)要點(diǎn)2.1 引渠段設(shè)計(jì)。在進(jìn)行水庫施工的過程中，要時刻考慮溢洪道的設(shè)置受地形的影響，為了減少工程損失，必須在進(jìn)口道段內(nèi)設(shè)置引渠段，盡可能順直，并遠(yuǎn)離大壩設(shè)計(jì)，避免受沖刷的影響，進(jìn)口形狀一般設(shè)計(jì)成喇叭形，且控制在一定長度，不宜過長。為了保持適宜的渠中流速，水庫溢洪道的壩面主要呈現(xiàn)梯形和四邊形，此時可以省略布置邊墻的襯砌；如果溢洪道與附近的建筑物相連接，要控制好襯砌的長度以及厚度，尤其是在設(shè)置彎道時，增加彎道兩旁邊墻的厚度。2.2 控制段設(shè)計(jì)。溢洪道的主要目的是排泄超蓄洪水，有效促進(jìn)水庫工程的安全運(yùn)

6、行。為了保證汛期洪水的泄流段水流速度正常，就要使進(jìn)口道段的水流與周圍建筑物呈垂直分布，此時可以根據(jù)地形以及泄流的實(shí)際情況設(shè)置合理的控制斷面，并根據(jù)斷面的寬度控制洪水的流速，常見的巖基單寬流量值控制在每秒50立方米，土基流量值控制在每秒30立方米。在中小型水庫的進(jìn)口位置設(shè)置漸變段是有效控制水流平穩(wěn)的措施之一，由于水庫堰口與上游、下游的渠道的平順連接，保證水流均勻，其收縮角控制在12度左右。2.3 泄槽段設(shè)計(jì)。泄槽段是水庫溢洪道的主要泄流段，其緩坡段與陡坡段的連接一般采用拋物線連接，盡量避免坡體、彎道發(fā)生流態(tài)負(fù)壓現(xiàn)象，要充分考慮到水庫周圍地形的影響因素，因地形、地勢以及地質(zhì)的不同而采取相應(yīng)的引流方

7、式，對于溢洪道的坡體可以采用單一比降的方式。在汛期泄洪期間，洪水流速較快，因此要在巖基設(shè)置的周圍加大護(hù)砌厚度，砌石的漿液控制在0.5-1.0米，坡體厚度控制在1-3米，混凝土厚度控制在0.2-0.6米。2.4 消能段設(shè)計(jì)。根據(jù)溢洪道周圍的地形及水利條件，在泄槽段的末端設(shè)置合適型式的消能設(shè)施，對于溢洪道末端非巖基基礎(chǔ)的消能設(shè)施，一般采用底流消能，在末端處設(shè)置一個合適長度的消力池來消能。對于地形起伏較大的常常用多級躍流形式，使得水庫的泄流方向偏離大壩壩腳100-150米。如果汛期洪水流速均勻，泄流量較小，可以采用消能坎模式，起到坎坎消能的作用；如果末端的水流可以形成遠(yuǎn)驅(qū)水流，護(hù)砌設(shè)置極易被沖刷，則考慮采用差動式消能坎形式；如果水庫溢洪道尾端存在陡坡，并且基巖出露，可以采用挑射消能形式，能縮短溢洪道的長度，從而降低溢洪道的投資成本。3、結(jié)語綜上所述，中小型水庫溢洪道設(shè)計(jì)與布置的科學(xué)性與合理性直接影響到其安全運(yùn)行狀況，同時也是降低水庫工程造價的重要環(huán)節(jié)，為了有效避免溢洪道的設(shè)計(jì)出現(xiàn)問題，要提前考慮工程會出現(xiàn)的所有安全隱患，包括提前做好地質(zhì)構(gòu)造、水文環(huán)境的處理、水力及結(jié)構(gòu)計(jì)算，從而規(guī)劃好溢洪道整體設(shè)計(jì)的布局以及全面控制整個水庫的運(yùn)行，才能做到有針對性地研究設(shè)計(jì)方案，發(fā)揮