上石水庫溢洪道除險整治方案研究

易松德

(宜春市袁州區飛劍潭水庫管理局，江西 宜春 336013)

1 概況

上石水庫位于宜春市袁州區遼市鎮上石村，屬贛江三級支流遼市河。是一座中型水庫。主要建筑物包括：大壩、溢洪道、放空及發電隧洞、西干灌溉涵管及電站等。工程等別為Ⅲ等，主要建筑物級別為3級，次要建筑物為4級。設計洪水位146.27 m，校核洪水位146.84 m，正常蓄水位144.50 m，死水位142.00 m，總庫容1261萬m3。

水庫下游有宜春市、分宜縣和新余市，并有滬昆高速鐵路、滬昆高速公路、302國道等重要交通線以及江口水庫(大型，又稱仙女湖)，地理位置十分重要。

2 溢洪道存在的主要問題及安全鑒定結論

溢洪道位于大壩左岸約70 m處，沿線走向由近東西向轉向為南北向，由進水渠、控制段、泄槽段、一級消力池、挑流鼻坎和二級消力池等組成。控制段堰型為實用堰，堰頂寬35.0 m，高程144.50 m，中心軸線全長約325.6 m。溢流堰堰體為C15鋼筋混凝土結構，一級泄槽段全長約50.0 m，坡比為0.22。一級泄槽下設一級消力池，消力池底高程為131.00 m、寬22 m、長26 m，底板厚度為1.0 m。

一級消力池后接泄洪渠，泄洪渠分上、下兩段，中間為一跌坎。上段泄洪渠長度為66.0 m，底板高程為133.30 m，底寬25 m；下段泄洪渠長為106.0 m，寬25.0 m。

泄洪渠后接挑流鼻坎，挑流鼻坎及兩側邊墻均為C15混凝土結構。挑流鼻坎下設二級消力池，二級消力池底板為C15混凝土結構，長16.8 m，寬25 m。

存在的主要問題：

1)溢洪道進口兩側邊墻存在局部破損和裂縫現象；進水渠設有攔魚柵，攔魚柵銹蝕嚴重，部分結構受重物沖撞，扭曲變形，存在阻水現象，對溢洪道泄洪造成安全隱患。

2)堰體、泄槽底板、挑流坎和交通橋等部位混凝土結構老化、破損，局部存在裂縫；進水渠左右側邊墻出現局部破損，裂縫等現象；泄洪渠上部人行便橋混凝土老化、破損、斷裂，漿砌石邊墻局部坍塌；尾部挑流坎及以下混凝土底板及邊墻表面有裂縫分布。

3)泄流流態較差，下游出口排洪渠未襯護，淘刷塌陷較嚴重，行洪時洪水出槽淹沒兩岸農田和村莊等。

4)下游出水渠上部交通橋兩側欄桿存在破損、缺失，混凝土橋面面板破損。

5)根據本次混凝土檢測結果，溢洪道控制段堰體底板沖刷嚴重，麻面，邊墻麻面露石，局部混凝土脫落；一級泄槽底板蜂窩麻面、沖刷露石，脫殼破損面積1.20 m×1.50 m，底板混凝土多處隆起、裂縫，邊墻混凝土老化，麻面露石，局部混凝土脫落；二級泄槽右側邊坡混凝土老化，麻面。挑坎底板開裂、鼓起，錯位變形，邊墻麻面露石，局部混凝土脫落，伸縮縫均有脹開；泄洪渠底板麻面露石，沖刷、剝蝕嚴重。

3 上石水庫溢洪道除險整治方案研究

現狀溢洪道從結構、水力學等方面來看，存在的問題較多，如采取對現狀溢洪道結構進行加固，不能從根本上消除溢洪道存在的安全隱患問題，故本次除險加固將溢洪道拆除重建。

根據現狀溢洪道布置，新建溢洪道設計初擬采用兩種方案進行比選。

方案一：溢洪道采用兩級消能，總長度為294.77 m，堰頂高程144.50 m，寬度為35.0 m，一級泄槽段寬度從進口處的35.0 m漸變至末端的25.00 m。一級消力池底板高程131.0 m，結構尺寸為26.0 m×25.0 m(長×寬)。二級泄槽段寬度為25.0 m，新建的二級消力池底板高程為121.50 m，結構尺寸為20.0 m×25.0 m。一級消力池與二級泄槽進口設泄洪渠，分上下兩段，長度分別為66.0 m和70.12 m，寬度均為25.0 m。渠底高程分別為133.30 m和132.50 m，之間設跌坎銜接。

方案二：溢洪道采用一級消能，總長度為124.67 m，堰頂高程為144.50 m，寬度為35.0 m，泄槽段寬度從進口處的35.0 m漸變至末端的15.00 m。消力池底板高程為121.50 m，結構尺寸為27.0 m×15.0 m(長×寬)。消力池下游設出水渠，出水渠長184.11 m，寬15.0 m。渠底高程為121.50 m，出口與排洪渠銜接。

兩個方案比選如下：

①方案一和方案二均可以滿足溢洪道的水力學及結構計算要求。

②從造價方面比較，方案一相比方案二投資節省260.2 萬元。

③方案一開挖量較少，對溢洪道兩岸的影響最小，方案二開挖量較大，開挖時會占用一部分道路的位置，涉及防汛道路改道以及拆遷占地等，對兩岸的影響較大。

綜上所述，方案一投資較少，對周邊影響較小，且可以滿足溢洪道的功能需要。本次加固推薦方案一作為溢洪道加固方案。

4 上石水庫溢洪道除險整治工程布置

(1)進水渠

進水渠左、右岸坡上部為殘坡積粉質粘土，黃色，可塑-硬塑狀態，土質均勻；下部巖性為強風化鈣質砂巖，灰黃色，巖體較破碎，節理裂隙較發育。左側岸坡較陡，坡比約為1∶1.0，右側岸坡較緩，坡比約為1∶2.0。渠底末段(樁號Y0-010～Y0+000)基礎為弱風化鈣質砂巖，巖體較完整，具弱透水性。現狀右岸邊坡局部為混凝土預制塊護坡，左側未進行襯護。右岸混凝土護坡碳化嚴重，局部存在破損和裂縫等現象，渠底為粉質粘土。

根據兩岸地形、現狀及地質情況，將右側混凝土預制塊護坡拆除，兩岸均采用衡重式擋墻進行加固，擋墻頂部高程為147.00 m，擋墻底部高程為142.00 m，高度為5.0 m，頂部寬度為0.5 m，混凝土強度等級為C25。擋墻上按2.0 m×2.0 m的間、排距設PVC排水管，管徑50 mm。

進水渠渠底采用C25現澆混凝土護底，厚0.4 m，下設10 cm厚C10混凝土墊層，渠底寬度為35 m。因前段(樁號Y0-075～Y0-015)渠底現狀高程基本在142.00 m左右，襯砌后的渠底高程仍為142.00 m。渠底末段(樁號Y0-010～Y0+000)襯砌后的底板高程為143.00 m。中間(樁號Y0-015～Y0-010段)采用1∶5.0的斜坡進行銜接。

因攔魚柵銹蝕嚴重，部分結構受扭曲變形，存在阻水現象，影響行洪，對溢洪道泄洪造成安全隱患，將其拆除。

(2)控制段

控制段(樁號Y0+000～Y0+006)基礎為弱風化鈣質砂巖，巖體較完整，具弱透水性。

本次加固將原溢流堰拆除重建，新建溢流堰為鋼筋混凝土結構，混凝土強度等級為C25，結構尺寸同原溢流堰。溢流堰頂寬35.0 m，頂高程144.50 m，底高程141.50 m，堰體上、下游底部設齒墻，齒墻深1.50 m，寬0.75 m，堰體采用 WES曲線，堰體上游鉛直。控制段邊墻采用C25砼衡重式擋墻，墻頂高程148.00 m，墻高6.5 m，頂寬0.5 m。擋墻設直徑50 mmPVC排水管，排水管孔距、排距均為2.0 m。

(3)泄槽段

泄槽段(樁號Y0+005.44～Y0+055.44)總長度為50.00 m，底板寬度從35 m漸變至25.0 m，坡率為1∶0.22，泄槽段兩側邊墻為衡重式擋墻，墻頂高程為144.87 m，高度為3.0 m，頂部寬度為0.5 m，混凝土強度等級為C25。擋墻墻面設置一排PVC排水管，間距2.0 m，管徑50 mm。底板和擋墻沿縱向分為5段，每段長度為10.0 m，縫內設銅片止水，縫內采用閉孔泡沫板填充；混凝土底板厚0.6 m，混凝土底板中部設一條縱向縫，縫內設銅片止水，縫內采用閉孔泡沫板填充。

(4)一級消力池段

一級消力池(樁號Y0+055.44～Y0+081.44)池長26.0 m，池深2.3 m，底板寬25.0 m、厚1.0 m，底板上、下游端部設齒墻，齒墻深1.0 m、寬1.0 m。消力池底板設直徑50 mmPVC排水管，排水管孔距、排距均為3.0 m。消力池兩側設25砼衡重式擋墻，邊墻設計高度取5.5 m。墻頂高程135.00 m，頂寬0.5 m。擋墻墻面設置一排PVC排水管，間距2.0 m，管徑50 mm。

(5)泄洪渠

泄洪渠總長度為136.12 m，寬度為25.0 m，分上、下兩段，中間設一跌坎。上段(樁號Y0+81.44～Y0+147.44)總長度為66.00 m，底板頂高程為133.30 m，底板厚0.5 m，采用C25混凝土護底。兩側邊墻設計高度取為4.0 m。墻頂高程為137.30 m，頂部寬度為0.5 m。擋墻墻面設置一排PVC排水管，間距2.0 m，管徑50 mm。跌坎(樁號Y0+147.44～Y0+149.44)長度為2.0 m，落差為0.8 m，底坡坡比為1∶2.6，采用C25混凝土護底，底板厚0.4 m。下段(樁號Y0+149.44～Y0+219.56)總長度為70.12 m，底板頂高程為132.50 m，底板厚0.5 m，采用C25混凝土護底。兩側邊墻設計高度取為3.5 m。墻頂高程為136.50 m，頂部寬度為0.5 m。擋墻墻面設置一排PVC排水管，間距2.0 m，管徑50 mm。

(6)二級泄槽段

二級泄槽段(樁號Y0+219.56～Y0+274.77)總長度為55.2 m，底板寬度為25.0 m，坡率為1∶0.20，二級泄槽段兩側邊墻為衡重式擋墻，高3.5 m，頂寬0.5 m，混凝土強度等級為C25。擋墻墻面設置一排PVC排水管，間距2.0 m，管徑50 mm。底板和擋墻沿縱向分為5段，每段長度為11.0 m，縫內設銅片止水，縫內采用閉孔泡沫板填充；混凝土底板厚0.6 m，混凝土底板中部設一條縱向縫，縫內設銅片止水，縫內采用閉孔泡沫板填充[1]。

(7)二級消力池段

二級消力池(樁號Y0+274.77～Y0+294.77)池長20.0 m，池深2.0 m，寬25.0 m、底板厚度1.0 m，底板上、下游端部設有齒墻，齒墻深1.0 m、寬1.0 m。消力池底板面按3.0 m×3.0 m的孔、排距設排水孔，排水孔孔徑50 mm。

二級消力池兩側設C25砼衡重式擋墻，擋墻設計高度5.5 m。墻頂高程125.50 m，頂寬0.5 m。擋墻墻面設置一排PVC排水管，間距2.0 m，管徑50 mm。

5 上石水庫溢洪道除險整治方案相關計算

5.1 水力計算

5.1.1 過流能力計算

溢流堰為實用堰，堰頂高程144.50 m，堰頂寬35.00 m，過流能力計算[2]結果見表1。

表1 泄流能力計算成果表

5.1.2 水面線計算

根據規范規定，校核洪水位工況，下泄流量248.0 m3/s，采用分段求和法進行水面線計算，根據水面線計算[3]結果以及加上安全超高，最終確定一級泄槽邊墻高度3.0 m，泄洪渠上段和下段邊墻高度4.0 m，二級泄槽段邊墻高度3.5 m。

5.1.3 消力池消能防沖計算

溢洪道為3級建筑物，消力池消能防沖設計洪水標準為30 a一遇洪水，相應的下泄流量為104 m3/s,經過計算確定，一級消力池池長26.0 m，池深2.3 m；二級消力池池長20.0 m，池深2.0 m[4]。

5.2 結構計算

1)計算斷面

根據有關資料及本次地勘情況，控制段堰體頂高程144.50 m，底高程142.0 m，堰體長5.44 m，寬35 m，為開敞式實用堰，堰體座落在弱風化鈣質砂巖夾炭質頁巖基礎上。

2)計算工況及荷載組合

根據規范規定，溢洪道控制段計算工況與荷載組合表見表2[5]。

表2 控制段堰體抗滑穩定計算及荷載組合表

3)計算參數

溢洪道控制段基礎為弱風化鈣質砂巖夾炭質頁巖，堰體基礎和地基巖體接觸面抗剪斷摩擦系數f’=0.75，堰體基底面與地基間抗剪斷粘結力c’=0.45 MPa，基礎允許承載力取800 kPa。

4)計算結果

由表3可知，控制段堰體抗滑穩定及基底應力計算結果均滿足規范要求。

表3 控制段堰體抗滑穩定及基底應力計算成果表

6 結語

溢洪道是水利樞紐工程中的重要泄水建筑物，其除險整治方案是否合理決定了整個水庫樞紐建筑物的安全與否，本文結合多年來中小型水庫溢洪道的除險整治經驗，總結了一套完整的溢洪道除險整治方案，為今后從事水工設計工作的設計人員給予借鑒。