劉家水庫側(cè)堰式溢洪道除險加固設(shè)計

郭 麗

（撫順市水利勘測設(shè)計研究院 遼寧 撫順 113008）

側(cè)槽溢洪道是依據(jù)山體開挖的由溢流堰、側(cè)槽、陡槽和消能設(shè)施等組成的泄水建筑物，現(xiàn)以劉家水庫除險加固工程為例，具體分析和研究側(cè)槽式溢洪道除險加固設(shè)計的相關(guān)問題。

1 溢洪道現(xiàn)狀

劉家水庫位于新賓鎮(zhèn)西北2km處，蘇子河支流上，壩址以上集水面積6.4km2，河道長度4.6km，河道平均比降18.0‰，是一座防洪、灌溉為主的小（2）型水利樞紐工程。

溢洪道位于左壩端，為開敞式側(cè)槽溢洪道，由溢流堰、側(cè)槽、泄槽、消力池組成。堰型式為寬頂堰，堰頂高程為53.10m，堰高1.0m，堰體凈寬22.0m。側(cè)槽段平均寬度3m，下游泄槽段泄流斷面狹窄，平均寬度2.0m，兩側(cè)和泄槽底均無護砌。左側(cè)山體坡度陡，巖石破碎風(fēng)化嚴重，塊石塌落于側(cè)槽和泄槽中，影響泄洪，消力池底板破損，邊墻基礎(chǔ)沖刷嚴重。

2 溢洪道存在問題及復(fù)核情況

2010年11月，有關(guān)水利專家對本水庫樞紐建筑物進行全面的安全和質(zhì)量核查，經(jīng)分析，溢洪道現(xiàn)狀存在的主要問題是：

（1）溢洪道泄流斷面狹窄，泄洪能力不夠。

（2）左側(cè)山體坡度陡，巖石破碎風(fēng)化嚴重，巖石脫落影響行洪。

（3）泄槽兩側(cè)及底板無防護。

（4）消力池底板局部破損，邊墻基礎(chǔ)沖刷嚴重。

3 溢洪道加固設(shè)計

3.1 溢洪道布置

本次溢洪道加固設(shè)計方案為溢洪道位于左壩端，為開敞式側(cè)槽溢洪道，由進口段、溢流堰、側(cè)槽、泄槽、消能段組成。堰型式為實用堰，堰頂高程為53.10m，堰高1.0m，控制段堰體凈寬24.0m。

樁號0+000.00～0+023.81為側(cè)槽段，寬度由3.0m漸變至6.0m，底部為300mm厚鋼筋混凝土底板，槽底坡降i=0.088，左側(cè)修貼坡式鋼筋混凝土邊墻，邊墻與山體間采用錨桿加固，錨桿長度3m。

樁號0+023.81～0+066.80為泄槽段，底寬6m，底部為300mm厚鋼筋混凝土底板，槽底坡降i=0.06，左右兩側(cè)修貼坡式鋼筋混凝土邊墻。邊墻與山體間采用錨桿加固，錨桿長度3m。

樁號0+066.80～0+078.80為消能段，采用擴散式綜合消力池消能，底寬由6m漸變 8m，池長12m，池深 0.8m，坎高 0.2m，消力池為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

3.2 溢洪道水利計算

3.2.1 泄流能力計算

劉家水庫溢洪道為實用堰，凈寬24.0m，堰頂高程53.10m，泄流能力按《溢洪道設(shè)計規(guī)范》（SL253-2000）中的A.2.3泄流公式計算：

由上式求得溢流堰泄流能力曲線見表1。

3.2.2 側(cè)槽水力計算

（1）控制斷面確定

側(cè)槽水面線計算先確定控制斷面，按《水利計算手冊》（第一版）中側(cè)槽水流控制斷面確定的計算方法，設(shè)一定底坡i，使其臨界水深發(fā)生在側(cè)槽末端斷面位置，則控制斷面為側(cè)槽出口斷面。計算方法和步驟如下：

①在側(cè)槽中選定若干斷面，各斷面距槽首的距離為 s1、s2……sn；

②計算上述各斷面的流量Q1、Q2……Qn及相應(yīng)的臨界水深 hk1、hk2……h(huán)kn；

③計算上述各斷面相應(yīng)于臨界水深的過水斷面面積ωk1、ωk2……ωkn，水面寬度Bk1、Bk2……Bkn；

④以s為橫坐標，以ωkBk為縱坐標，畫s～ωkBk的關(guān)系曲線；

⑤由s～ωkBk關(guān)系曲線上取ωkBk=（αQ0/（g0.5i0L））2，此值對應(yīng)的距離 sk為臨界水深發(fā)生斷面的位置。式中Q0為側(cè)槽出口斷面的流量，L為槽長，i0為側(cè)槽的底坡。

由以上步驟計算；當 i0=0.088，hk=1.646m（P＝5%）時，sk=23.81m，正好位于側(cè)槽出口斷面。由此斷面作為控制斷面向上向下推求水面線。

（2）起始斷面水深計算

側(cè)槽末端斷面為0+023.81，該處水深hk，按《水利計算手冊》（第二版）明槽恒定漸變流臨界水深計算：

表1 水庫水位～泄量關(guān)系

表2 側(cè)槽段水面線成果表

表3 陡槽段水面線成果表

式中，Q,а——流量和動能修正系數(shù)，а=1；

Bk、Ak——hk時的水面寬和過水斷面面積；

經(jīng)計算得hk=1.646m（P＝5%），hk=1.467m（P＝10%）。

（3）側(cè)槽水面線計算

把側(cè)槽分為5個斷面，水面線按《水利計算手冊》（第二版）側(cè)槽內(nèi)水面線公式分段計算：

通過試算得出側(cè)槽段不同頻率水面線結(jié)果如表2。

3.2.3 陡槽水力計算

（1）起始斷面水深計算

陡槽起始斷面為0+023.81，該處水深h與側(cè)槽起始斷面臨界水深一致，hk=1.646m（P＝5%），hk=1.467m（P＝10%）。

（2）陡槽水面線計算

陡槽水面線根據(jù)能量方程，采用規(guī)范SL253-2000中的公式，用分段求和法計算。

（3）陡槽段水流摻氣水深按

（4）溢洪道陡槽邊墻

安全加高按公式：H=hb+Δh

陡槽段不同頻率水面線計算結(jié)果見表3。

4 結(jié)語

本次溢洪道除險加固設(shè)計經(jīng)過多次調(diào)整、計算和比較，確定合理除險加固方案。對于側(cè)槽溢洪道的除險加固設(shè)計，主要是找出溢流堰、側(cè)槽、陡槽之間的相互關(guān)聯(lián)和制約關(guān)系，確定三者之間的水面線銜接，保證安全泄洪，合理利用地形、地質(zhì)條件布置溢洪道，既控制工程量節(jié)約投資又減少對環(huán)境的破壞。陜西水利

[1]武漢水利電力學(xué)院水力學(xué)教研室編.水力計算手冊（第二版）[M]，北京：水利電力出版社，1983.

[2]水利部天津水利水電勘測設(shè)計研究院.溢洪道設(shè)計規(guī)范（SL253—2000）[S]，北京：中國水利水電出版社，2000.

[3]水利電力部水利水電規(guī)劃設(shè)計院.水工設(shè)計手冊[M]，北京：水利電力出版社，1987.