溢洪道泄槽邊墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)淺析

張奉華

(重慶市水利電力建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，重慶 401121)

0 引 言

泄槽屬于水利工程溢洪道的主體結(jié)構(gòu)之一，在泄槽設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要綜合考慮泄洪流量、水流條件、地質(zhì)地形等因素。泄槽內(nèi)水流一般處于急流狀態(tài)，由于水流速度比較大，因此會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的沖擊波，這就要求泄槽邊墻具有良好的使用性能，因此，對(duì)泄槽邊墻設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)進(jìn)行詳細(xì)探究至關(guān)重要。

1 溢洪道布置及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)

在水利工程施工中，溢洪道指的是布設(shè)在山坡位置的泄水水工建筑，由于受到地質(zhì)地形以及其他環(huán)境因素的影響，溢洪道在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中具有一定的安全隱患，因此，溢洪道結(jié)構(gòu)型式選擇、布置形式、邊墻設(shè)計(jì)形式等都是水利工程樞紐設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。在進(jìn)行溢洪道布置以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要的設(shè)計(jì)難點(diǎn)主要包括以下3點(diǎn)：①在進(jìn)行溢洪道軸線布置和設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅需要考慮地質(zhì)地形條件，而且還應(yīng)該注意避免水工建筑基礎(chǔ)懸空，增加基礎(chǔ)施工難度，另外，還應(yīng)該注意避免軸線過(guò)多的移向山體方向，導(dǎo)致邊坡開(kāi)挖以及支護(hù)施工難度增加。②綜合考慮溢洪道泄槽實(shí)際寬度，合理選擇其結(jié)構(gòu)型式，盡量減少基礎(chǔ)開(kāi)挖量。③溢洪道的沖刷能力比較差，因此，需要合理選擇消能形式[1]。

2 工程概況

彭水縣鳳升水庫(kù)工程《可研報(bào)告》擬定了左岸與右岸布置、洞式與開(kāi)敞式泄洪、有閘與無(wú)閘控制、正槽與側(cè)槽多方案比較，右岸有閘控制正槽溢洪道避開(kāi)了左岸馬武正斷層，且水庫(kù)淹沒(méi)損失相對(duì)較小，工程投資較省，所以推薦右岸有閘控制正槽溢洪道布置方案[2]。結(jié)合泄洪建筑物所處地形地質(zhì)條件，本階段主要對(duì)溢洪道消能型式，溢洪道軸線、溢流堰型式、堰頂高程、溢流凈寬以及孔數(shù)作進(jìn)一步比選。

3 溢洪道泄槽邊墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

溢洪道底板與邊墻基礎(chǔ)均置于弱風(fēng)化基巖上。

進(jìn)水渠底板采用C15混凝土襯砌，厚30cm。左側(cè)為開(kāi)挖而成的高邊坡，坡比1∶0.5，高程839.50m以下采用C20混凝土衡重式擋墻兼作上壩公路路肩擋墻，內(nèi)坡鉛直，外側(cè)開(kāi)挖邊坡為1∶0.3，并設(shè)置間排距為2.5m的φ22錨桿(L=5.0m)與基巖錨固，墻頂外側(cè)設(shè)C20鋼筋混凝土防浪墻，墻后采用石渣回填，公路內(nèi)側(cè)設(shè)置排水溝，公路基礎(chǔ)為0.4m碎石穩(wěn)定墊層，路面為C30混凝土。高程839.50m以上為開(kāi)挖的永久邊坡，分級(jí)設(shè)置馬道，分級(jí)高度為10m，每級(jí)馬道寬1.5m，邊坡噴護(hù)10cm厚C20混凝土，并設(shè)置間排距為2.5m的φ22系統(tǒng)錨桿(L=5.0m)，同時(shí)設(shè)置φ50PVC排水管。右側(cè)導(dǎo)水墻采用重力式C20混凝土擋墻，墻頂高程839.50m，墻頂寬度1.5m，內(nèi)坡鉛直，外坡比1∶0.3，直線段導(dǎo)墻外墻背結(jié)合壩體的上升布置臺(tái)階與鋼筋混凝土面板搭接。進(jìn)水渠分縫長(zhǎng)度根據(jù)具體情況為12-15m，縫間采用瀝青杉木板填縫。

控制段堰體采用C25鋼筋混凝土襯砌，堰面采用C35抗沖耐磨混凝土襯砌，厚度為2.5-5.0m，經(jīng)計(jì)算，其抗滑穩(wěn)定滿足要求。閘墩頂高程839.50m，采用C25鋼筋混凝土襯砌，其中：中墩寬2.0m，內(nèi)外邊坡鉛直；右邊墩采用衡重式擋墻，頂寬1.5m，上墻背坡比1∶0.3，下墻背坡比1∶0.3，底寬2.9m，并設(shè)置間排距為2.5m的φ22錨桿(L=5.0m)與基巖錨固；右邊墩采用重力式擋墻，頂寬1.5m，內(nèi)坡鉛直，外邊坡為1∶0.5，外墻背結(jié)合壩體的上升布置臺(tái)階與鋼筋混凝土面面板搭接。

泄槽底板采用C35HF抗沖耐磨混凝土襯砌，厚0.8m，經(jīng)計(jì)算，底板抗傾穩(wěn)定滿足要求，僅設(shè)置構(gòu)造錨桿，間排距為2.5m的φ22錨桿(L=5.0m)。底板下設(shè)置縱橫向排水盲溝，0.3m×0.3m(b×h)。右側(cè)為開(kāi)挖而成的永久邊坡，邊坡高度坡比1∶0.5，邊坡高度最高14.0m，采用10cm厚C20混凝土噴護(hù)，并設(shè)置間排距為2.5m的φ22系統(tǒng)錨桿(L=5.0m)，同時(shí)設(shè)置φ50PVC排水管。右邊墻采用C20混凝土重力式擋墻，最大墻高5.0m，墻頂高程為計(jì)算所得邊墻高程，頂寬1.5m，內(nèi)坡鉛直，外坡鉛直，并設(shè)置間排距為2.5m的φ22錨桿(L=5.0m)與基巖錨固，墻頂內(nèi)側(cè)結(jié)合邊坡支護(hù)設(shè)置排水溝。左邊墻采用C20混凝土重力式擋墻，樁號(hào)溢0+012.50-溢0+078.80段為結(jié)合壩體修建擋墻，墻頂高程為所擋壩體高程，墻高17.0-5.0m，內(nèi)坡鉛直，外坡比1∶0.5，并設(shè)置后趾(b×h=0.5×1.0m)。樁號(hào)溢0+078.80-溢0+123.80m段墻高3.76m，墻頂高程為計(jì)算所得邊墻高程，頂寬1.0m，內(nèi)坡鉛直，外坡1∶0.3，并設(shè)置后趾(b×h=0.3×0.5m)。泄槽分縫長(zhǎng)度根據(jù)具體情況為10-15m，縫間采用瀝青杉木板填縫，并設(shè)置橡膠止水帶(厚度≥8mm，寬≥300mm)止水。

挑流鼻坎底板采用C35HF抗沖耐磨混凝土，鼻坎左右岸邊墻結(jié)構(gòu)型式同泄槽邊墻，底板與邊墻結(jié)合處布置L=1.0m的φ16插筋(間排距0.5m，梅花形布置)，右岸邊坡同泄槽邊坡。

挑流鼻坎后的裙板，采用C20鋼筋混凝土，厚1.0m，長(zhǎng)29m，裙板基礎(chǔ)置于基巖上。

下游右岸的陡坡處護(hù)岸長(zhǎng)約60m，采用厚10cm的C20混凝土襯砌，坡比1∶0.5，并設(shè)置間排距2.5m的φ22錨桿(L=5.0m)，同時(shí)設(shè)置φ50PVC排水管。裙板后接格賓石籠護(hù)坦，護(hù)坦厚2.0m，長(zhǎng)31m，格賓籠采用2.0m×1.0m×1.0m(長(zhǎng)×寬×高)的鉛絲網(wǎng)，內(nèi)部每間隔1m采用橫隔板隔成獨(dú)立的單元。格賓網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)，內(nèi)裝粒徑100mm-150mm的卵石或砂巖塊石[3]。

4 溢洪道邊墻結(jié)構(gòu)計(jì)算

4.1 荷載組合及計(jì)算工況

本工程溢洪道邊墻置于砂巖和砂質(zhì)頁(yè)巖互層巖基上，根據(jù)規(guī)范規(guī)定，按基本組合和特殊組合分別計(jì)算其抗滑和基底應(yīng)力?；窘M合按下泄設(shè)計(jì)洪水所對(duì)應(yīng)的荷載組合，特殊組合按下泄校核洪水所對(duì)應(yīng)的荷載組合。

4.2 計(jì)算參數(shù)

本溢洪道邊墻工程級(jí)別為3級(jí)，根據(jù)規(guī)范規(guī)定，按抗剪公式計(jì)算，抗滑穩(wěn)定計(jì)算允許值：基本組合時(shí)K=1.05；特殊組合時(shí)K=1.00；邊墻基底允許地基承載力為：弱風(fēng)化砂質(zhì)頁(yè)巖取1800kPa，抗剪摩擦系數(shù)：弱風(fēng)化砂質(zhì)頁(yè)巖f=0.45。

4.3 計(jì)算公式

計(jì)算方法采用材料力學(xué)法，采用抗剪公式計(jì)算：

(1)

式中：∑W為作用在邊墻上的全部荷載(包括揚(yáng)壓力)對(duì)滑動(dòng)面的法向分值；∑P為作用在邊墻上全部荷載對(duì)計(jì)算滑動(dòng)面的切向分值；f為邊墻混凝土與基巖接觸面的抗剪摩擦系數(shù)；Kc為按抗剪強(qiáng)度計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。

4.4 計(jì)算結(jié)果

本工程中溢洪道邊墻有如下4種：①溢洪道進(jìn)水渠右岸為邊坡開(kāi)挖而得，右邊墻墻兼路肩墻采用衡重式，頂寬1.5m，高為10.1-11.00m；②進(jìn)水渠左邊墻較高，其型式采用重力式，頂寬1.5m，內(nèi)坡鉛直，外坡為1∶0.5、1∶0.5，高為10.1-14.50m；③泄槽段右邊墻相對(duì)較矮，高為3.60-5.00m，采用重力式擋墻，頂寬1.5m，內(nèi)坡鉛直，外坡鉛直；④泄槽段左邊墻采用重力式擋墻，高為3.40-17.00m，采用重力式擋墻，頂寬1.5、1m，內(nèi)坡鉛直，外坡比1∶0.5、1∶0.3。

溢洪道邊墻各典型斷面按規(guī)范作了各種工況的結(jié)構(gòu)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明各標(biāo)準(zhǔn)斷面設(shè)計(jì)合理，滿足抗滑穩(wěn)定及基底應(yīng)力要求。擋墻穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算成果見(jiàn)表1。

經(jīng)計(jì)算，在校核洪水位情況下，溢洪道沿程各段面最大水深見(jiàn)表1。

表1 泄槽水面線計(jì)算成果表

溢洪道邊墻高度按摻氣水深加安全超高0.5-1.0m確定，與壩體結(jié)合處，墻頂高程結(jié)合面板高程確定。由上表可以看出，泄槽段設(shè)計(jì)邊墻高度滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，文章主要對(duì)溢洪道泄槽邊墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)闡述，彭水縣鳳升水庫(kù)工程溢洪道底板與邊墻基礎(chǔ)均處于弱風(fēng)化基巖上，左邊墻、右邊墻均采用C20混凝土重力式擋墻，通過(guò)對(duì)溢洪道泄槽邊墻結(jié)構(gòu)工況進(jìn)行計(jì)算分析，泄槽段設(shè)計(jì)邊墻高度滿足設(shè)計(jì)要求。

[1]林賽.云南犁地坪水庫(kù)溢洪道泄槽設(shè)計(jì)與邊坡處理[J].人民長(zhǎng)江，2015，46(08)：64-66.

[2]劉文華，劉煥芳，宗全利，等.溢洪道泄槽水面線特性分析[J].人民黃河，2011，33(01)：110-111.

[3]馬新平，劉新云.巴家嘴水庫(kù)除險(xiǎn)加固溢洪道泄槽體型優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].甘肅水利水電技術(shù)，2010，46(10)：10-11.