1、浅析岸边溢洪道设计中的常见问题处理 摘要：溢洪道是水库枢纽中的主要建筑物之一，在坝体以外的河岸上修建称为岸边溢洪道。岸边溢洪道泄流能力大，结构简单，运行安全可靠，适用于各种水头和流量，被广泛应用于土石坝水库泄洪溢洪道的选型和布置合理与否，不仅直接影响到水库大坝的安全，而且关系到整个工程的造价。本文笔者就岸边溢洪道设计中几个常见的问题展开了探讨，并提出自己的见解。 关键词：河岸溢洪道；设计；问题处理 0 前言 溢洪道是水库枢纽中的主要建筑物之一，它承担着宣泄洪水，保护工程安全的重要作用。溢洪道在坝体以外的河岸上 修建称为岸边溢洪道。岸边溢洪道泄流能力大，结构简单，运行安全可靠，适用于各种水头和流
2、量，被广泛应用于土石坝水库泄洪。在溢洪道的选型和布置时，若拦河坝是土石重力坝，应优先采用岸边溢洪道；若拦河坝是薄拱坝或轻型支墩坝，当水头高、流量大时，宜采用河岸溢洪道；若拦河坝是混凝土重力坝，当河谷狭窄，布置河床坝顶溢流与坝后电站有矛盾，而河岸又有适于修建溢洪道的条件时，也可采用河岸溢洪道。 溢洪道是洪水期间保证水库安全运行的重要设施。溢洪道的选型和布置合理与否，不仅直接影响到水库大坝的安全，而且关系到整个工程的造 价。一般土石坝水库的溢洪道，约占水库枢纽工程造价的 20 25%及劳动力的20，故在水库枢纽布置设计中，溢洪道的合理选型和布置，是一个十分重要的环节，是整个水库枢纽布置的关键。在岸
3、边溢洪道设计中，我们可能会出现一些失误和问题，下面笔者就岸边溢洪道设计中几个常见的问题与大家探讨。 1 常见问题 （ 1）将溢洪道布置在大断层、滑坡体等不良地质段。 在布置溢洪道时，未考虑当水库蓄满以后，在其近处岸坡的稳定性，甚至将其布置大断层、滑坡体等不良地质段，从而出现山坡坍塌，溢洪道堵塞、跨塌等现象 ，降低溢洪道泄水能力或不能泄水。这就必然要求作大量的边坡处理，延长工程工期，增加工程投资。 （ 2）设计采用的洪水标准偏小，溢洪道设计尺寸偏小，或溢流堰的型式和尺寸选择不合理，导致实际泄水能力不能满足水库安全泄洪要求。 溢洪道是洪水期间保证水库大坝安全运行的重要泄洪设施，但我们往往在设计时，
4、为降低工程造价，使工程投资最少，片面追求投资效益最大化，从而采用较低的洪水标准，导致选用的洪水参数（如洪水流量、设计最大泄流量等）偏小，这必然带来溢洪道设计尺寸偏小，使实际泄水能力不能满足汛期水库安全泄 洪要求。溢流堰段是溢洪道的控制段，是水库下泄洪水的口门，是控制溢洪道泄水能力的关键部位。 （ 3）溢洪道进口布置不合理，危及大坝或其他建筑物安全。 在布置溢洪道进口时，将其紧接土坝坝体布置，且未考虑导流墙将两者隔开，临近坝坡也未作保护、防渗连接，泄洪时由于进口附近的横向水流冲刷上游坝坡，导致上游坝坡失稳，发生事故。在布置溢洪道下游出口时，将其紧靠坝脚或其他建筑物布置，泄洪时强大的水流或回流冲刷
5、坝脚或其他建筑物，危及大坝或其他建筑物安全。 （ 4）收缩段、扩散段或弯曲段设计不合理，水 流扰动过大，产生较大的冲击波，影响泄流能力，甚至危及溢洪道自身安全。 众所周知，由于边墙改变方向，水流受到扰动，就会产生冲击波。收缩段的侧墙偏转角设计取值过大，即收缩过剧，或扩散段的扩散角设计取值过大，即扩散过剧，或弯曲段的设计半径过小，即弯道曲率过大、转弯急，均会增加对水流的扰动，产生很强的冲击波，使冲击波的波高增大，传播范围延伸很远，从而增加溢洪道边墙墙高，增加溢洪道工程量和造价，同时也使溢洪道内水流流态更加复杂，水流不平稳，严重影响泄流能力，甚至危及溢洪道自身安全。 （ 5）设计计算 时，考虑不够
6、充分，造成设计方案不合理。 如溢洪道进口布置有引洪平流段的情况下，水力计算中通常可忽略平流段进口水位的壅高（即水头损失）。而实际壅高有时较大，不可忽略。又如对溢洪道出口消能工的设计计算考虑不够充分，导致消力墙长度和深度均不能满足需要消能不够充分，致使下游河段发生严重冲刷。 （ 6）对溢洪道泄槽的衬砌设计重视不够，衬砌形式选择不合里，忽视反滤排水等设施设计。 为保护泄槽底部不受冲刷和岩石风化，防止高速水流将岩石掀起，我们必须重视溢洪道泄槽的衬砌设计。由于高速水流会对泄槽 表面和低面产生脉动压力作用，在某一瞬间可能合成最大的上举力，这个上举力可能导致溢洪道泄槽底板失稳破坏，这就要求我们必须作好底板
7、止水设计。但有时设计人员为减少工作难度，未针对不同的地基、气候、水流和施工条件等因素选用不同的衬砌形式，并采取相应的构造措施，而是采用相对简单的浆砌石护砌，同时忽视反滤排水等设施设计。 2 处理措施 2.1 充分收集基本资料，合理规划布置 在溢洪道设计中，应根据不同设计阶段所需资料的广度和深度进行必要的勘测，广泛收集自然地理、地质、水文、气象、社会经济、与溢 洪道设计相关的各总规程规范等基本资料，细心整理收集到的第一手资料，认真分析，尽量利用有利地形、地质条件，选用恰当的设计标准，综合考虑枢纽总体布置、运行管理、施工条件等，合理选择溢洪道的形式，合理布置。如：当坝址附近有天然马鞍形山口，山口高
8、程接近水库正常蓄水位，其下游山沟能使下泄洪水很快回归河槽时，选择布设正槽式溢洪道则最为理想；当岸边平缓或有阶梯状台地时，也宜采用正槽式溢洪道；当坝址处地形狭窄，两岸山高坡陡，溢洪道布置在一岸开挖方量特别大时，可考虑选择侧槽式溢洪道或将其分设两岸；当设计洪水和校核洪水相差较大 时，不宜选择布置井式溢洪道和虹吸式溢洪道，可考虑设置非常溢洪道；当需要随时调节下泄流量且库水位变化不大时，则最理想的是采用虹吸式溢洪道；当山坡覆盖层不厚时，应考虑将溢洪道布置于岩基上；当山体稳定性较差时，应尽量避开布置。总之，规划布置溢洪道的原则是既要保证安全又要经济合理： 避开大断层、滑坡体等不良地质段； 选择有利地形、
9、地质条件； 考虑全局，精心布置，相互协调，避免干扰。 2.2 结合实际，高标准做好结构设计 正槽式溢洪道通常由引水渠、控制段、泄槽、出口消能段及尾水渠等部分组成。侧槽式溢 洪道常由溢流堰、侧槽、泄水道和出口消能段及尾水渠等部分组成。 （ 1）引水渠 引水渠的作用是将库水平顺地引至控制堰前为提高泄流能力，使水流平顺、均匀，在合理的开挖方量前提下要尽量减小水流流速，以减少水头损失，但流速应保证不冲不淤，一般不大于 4.Om/s，宜控制在 1 2m/s；引水渠段不应设计太长，应避免断面突然变化和水流流向的急剧变化。为防止泄洪时引水渠两侧产生不对称的回流或立轴旋涡，小转向惯性力引起的堰前横向坡降，导致
10、过堰水流不均，减小泄流能力，规范规定引渠底宽可为等宽或顺水流方向收缩， 在与控制段连接处应与溢流前沿等宽。引水渠段断面一般选用梯形或矩形，当流速 1 2m/s 时一般可不砌护，但与坝端邻近和紧接控制建筑物的范围内应砌护一定长度，同时在弯道两侧的凹岸亦应砌护。如为坚硬的岩基则可不考虑，但应开挖整齐。 （ 2）控制段（溢流堰段） 控制段控制水库的水位和下泄流量，是溢洪道的咽喉，其常用的堰型有宽顶堰、实用堰，有时也用驼峰堰。宽顶堰结构简单，施工方便。但流量系数较低，在相同条件下，其所需要的溢流前缘要比实用堰长，上石挖方较大。一般多用于泄洪量不大或附近地形平缓，高程适宜 的中小型水库中。实用堰由于流量
11、系数大，当岸坡较陡时，采用实用堰可以减少开挖方量，多用于大中型工程。在溢洪道上经常采用的实用堰型有 WES 型和克 -奥 I 型，WES 型堰的流量系数较大，堰体较克 -奥 I 型瘦，工程量较小，造价低，投资省，推荐优先采用。驼峰堰的堰面是由几个半径不同的圆孤组成，施工简单，地基应力分布比较均匀，整体稳定性较好，适用于软弱地基条件，其流量系数要比宽顶堰大。 溢流孔口尺寸的拟定包括溢流堰定高程和溢流前沿长度两个方面。溢流孔口尺寸应结合水库泄洪要求、闸门和启闭机械、枢纽布置、下游水流条件等 因素确定。由于岸边溢洪道出口一般力坝脚较远，因而其单宽流量可采用较大的值。 （ 3）泄槽段（泄水道陡坡、急流
12、段） 应因地制宜确定泄槽段平面布置形式。该段在平面上要尽可能采用直线、等宽、对称布置，使水流平顺、结构简单、施工方便。但在实际工程中，由于地形、地质条件限制，为减少开挖、处理洪水归河、利于消能等，常设置收缩段、扩散段或弯曲段。在作泄槽段纵断面设计时，应根据实际地形、地质条件决定纵坡。纵坡有缓坡、陡坡或多级跌水等多种形式。纵坡必须大于临界坡度，以确保溢流堰自由泄流和槽中不发生水跃，使水 流始终处于急流状态。为减小工程量，泄槽沿程可随地形、地质变坡，但变坡次数不宜过多，且要求变坡处采用平滑曲线连接，以免发生负压或空蚀。 （ 4）消能工 在泄水段末端需设置消能工，其具体选择型式可根据地形、地质和水力
13、条件的要求而定。在非岩基上，一般均采用底流消能，并在末端设置消力池。在岩基上，当溢洪道尾端有较陡边坎时，采用挑射消能较为有利，因而常被采用。根据工程实践鼻坎形式以矩形差动式最好，但鼻坎以上陡坡最好做成矩形断面，千万不可作成梯形断面，避免采用扭坡与鼻坎衔接。 （ 5）侧槽段（ 指侧堰深槽式溢洪道） 该段布置应垂直于来水流向，其长度可根据等高线向上游延伸，水流特点是侧向进流，纵向泄流。侧堰与深槽连接的渐变过渡段，其收缩角应控制在 12 左右，其长度一般为槽内水深的 3 5 倍，其主要作用是避免槽内波动和横向旋滚的水流直接进入陡坡段。 2.3 合理选用计算公式、参数，认真作好水力计算和结构计算，重视衬砌设计 为保证建筑物安全稳定，水力计算和结构计算是不可缺少的，同时应重视对溢洪道的衬砌设计。为使计算成果符合工程实际，合理选用计算公式、参数十分重要。在岸边溢洪道设 计中，最重要的计算是泄水能力计算，边坡稳定分析，边墙、底板的稳定分析等。 3 结语 在岸边溢洪道设计中，会遇到各种困难和问题，会出现一些失误，但只要我们积极应对，结合实际，认真分析，找出问题的关键，那困难是可以克服的，问题是可以解决的，失误是可以避免的。
