1、1小型水库溢洪道除险加固工程设计中图分类号：TU2 文献标识码： A 文章编号： 摘要:水库除险加固工程中，溢洪道加固设计方案合理与否，是检验病险水库除险加固成功与否的重要标准。本文结合工程实例，通过对溢洪道的除险加固设计，采取原址重建方案，消除隐患，确保水库安全运行，以供参考。 关键词：小型水库；溢洪道；工程布置；工程设计 Abstract: the problems of reinforcement project, spillway reinforcement design scheme reasonable or not, is dilapidated inspection of th
2、e success of the important problems reinforcement standard. Combining with the project examples, through to the problems of the spillway reinforcement design, take the site of the recovery plan, eliminate hidden dangers and to ensure the safe operation of the reservoir, for reference. Keywords: smal
3、l reservoirs; Spillway; Project layout; Engineering design 1 工程概况 某水库位于西江下游右岸，肇庆市鼎湖区沙浦镇境内，是以农业灌2溉为主、兼顾防洪、养鱼的小型水库，控制集雨面积 6.82，正常库容 24 万3。建于 1968 年 9 月，1970 年 2 月建成并投入使用，主要建筑物有：大坝（均质土坝） 、坝内输水涵、溢洪道（开敞式溢流，挑流消能）。设计洪水标准为二十年一遇，最大泄量为 64.2m3/s；校核洪水标准为二百年一遇，最大泄量为 97.8m3/s。溢洪道加固初步设计方案为：在原溢洪道左岸扩宽，扩宽后溢洪道闸室控制段宽度为
4、 22，泄槽宽度为26.5，消能方式为挑流消能。 2 工程布置 2.1 溢洪道加固方案 本次设计采取原址重建方案。 2.2 溢洪道规模方案比较 由于本工程属于小型水库，在工程管理方面相对薄弱，并且水库集水面积小、汇流时间短、洪水来得急，从安全调度和防洪安全、启闭设备易丢失和损坏、没有自动预报系统配合调度，没有提前预泄能力，安全难以保证。因此，溢洪道本次设计采用无闸控制。 2.3 溢洪道工程布置 溢洪道位于土坝右岸，桩号为 0+568 处。采用无闸开敞式溢洪道。溢洪道为 1 孔，孔净宽 10.0m，堰型为宽顶堰，堰顶高程 12.70，主要由进口段、控制段、泄槽段、消力池段及海漫段等部分组成。 1
5、）进口段 由进口护砌段和进口钢筋混凝土“U”槽段组成。进口段全长12.46m，进口高程 12.162，出口高程 12.70。 32）进口护砌段 进口两侧采用悬臂式挡土墙。单侧圆弧墙长 7.70m，半径为 4.90m，圆心角为 90，进口底板长 4.46m，护砌型式为干砌块石厚 30cm；下设砂卵石垫层 15cm 及无纺布一层。 3）进口钢筋混凝土“U”槽段 该段与闸室段连接，长 8m，底宽 10m，底板厚 1.2m。 4）控制段 采用钢筋混凝土“U”型槽结构，长 6.0m，1 孔，孔净宽 10m，底板厚 1.5m，宽顶堰结构，堰顶高程 12.70，边墩顶宽 1.0m，为无闸控制，交通桥宽 4.
6、0m。控制段两侧刺墙长 5.0m，顶宽 0.4m，底宽 0.8m。 5）泄槽段 采用钢筋混凝土“U”型槽结构，长 16.20m，分 2 节，第 1 节长8.0m，第 2 节长 8.20m，底宽 10m，泄槽段底板纵坡坡比为 13，底板厚1.2m。 6）消力池段 采用钢筋混凝土“U”型槽结构，消力池挖深 1.2m，底宽 10m，池长14.5m，底板顶高程 92.10m，厚 1.2m，出口两侧接悬臂式挡土墙，单侧墙长 4.92m。 3 工程设计 3.1 水力计算 1）泄流能力计算 采用溢洪道设计规范(SL2532000)中宽顶堰泄流能力计算公式: 4(1) 式中:Q 为流量，m3/s；B 为溢流堰
7、总净宽，m；H0 为堰上水头，m；m 为流量系数； 为收缩影响系数。 1）波浪要素计算 本土坝工程为 5 级，按碾压式土石坝设计规范 （SL2742001）规定，计算波浪高度时，设计洪水风速采用库面平均最大风速的 1.5 倍。校核洪水位条件下，采用库面多年平均最大风速。 坝前水域的平均水深：由于水库地形图不详，坝前水域的平均水深，参考坝基高程与各种复核情况水库水位之差采用，根据建库时坝址处的勘测地质断面图，坝基近似取 5.50m 高程。 平均波高按以下试计算： 式中平均波高（m） ； V设计风速，设计和正常情况当取 1.5 倍多年平均最大库面风速时，V=1.516.5=24.75m/s；校核情
8、况取多年平均最大风速为 16.5m/s。 H坝前水域的平均水深（m） ； D坝前水域的风区长度（吹程） （m）,D=550m； G重力加速度，g=9.81。 根据各项的风区要素代入上式中，计算得各项坝前水域的平均波高5h。波浪的平均周期值按下式计算； 式中平均波高，m； 平均波周期，s； 平均波长按下式计算： 3）陡坡段水面线计算 陡坡段水面线根据能量方程，用分段求和法计算泄槽水面线，计算公式为: ) (2) = (3) 式中:l12 为分段长度，m；h1 为泄槽起始断面水深，m；h2 为泄槽末端断面水深，m，经试算得；a1、a2 分别为流速分布不均匀系数，取1.05；i 为泄槽底坡，i=1/
9、3； 为泄槽底坡角度，=18.43；为泄槽平均摩阻坡降；n 为泄槽槽身糟率系数，n=0.012；为槽内平均流速，m/s；为泄槽内平均水力半径， ，m。 对于矩形断面泄槽的临界水深计算公式为: (4) 6式中:q 为泄槽的单宽流量，m3/s?m； 为动能修正系数，可近似地取为 1.05；g 为重力加速度，取 9.8m/s2。 泄槽上接宽顶堰，水深 h1 选用泄槽首端断面计算的临界水深 hk，设计和校核情况下临界水深分别为 0.714m 和 164m。 4）消能计算 根据水库的地形及地质条件，适宜做底流消能，确定消能方式采用底流消能。 消力池深度计算 收缩水深计算公式为: (5) 式中:hc 为收
10、缩水深，m；T0 为总势能，m；q 为过闸单宽流量，m3/s/m； 为水流动能校正系数，取 1.0 值；?为流速系数，取 0.95 值。跃后水深计算公式为: (6) 出池落差计算公式为: (7) 式中:E 为出池落差，m；为出池河床水深，m。 消力池深度计算公式为: 7(8) 式中:0 为水跃淹没系数，可采用 1.051.10。 消力池长度计算 水跃长度计算公式为: (9) 式中:Lj 为水跃长度，m。 消力池长度计算公式为: (10) 式中:Lsj 为消力池长度，m；Ls 为消力池斜坡段投影长度，m； 为水跃长度校正系数，可采用 0.70.8。 海漫长度计算 计算公式为: (11) 式中:L
11、p 为海漫长度，m；为消力池末端单宽流量，m3/s/m；ks 为海漫长度计算系数。经计算消力池池深、池长由校核情况控制。 3.2 稳定验算 溢洪道的主要结构计算包括闸室段及挡土墙的稳定计算及应力分析。81）闸室稳定计算 抗滑稳定计算采用抗剪断强度公式，计算公式为: (12) 式中:Kc 为沿闸室基底面的抗滑稳定安全系数；G 为作用在闸室上的全部竖向荷载(包括闸室基础底面上的扬压力在内)，kN；H 为作用在闸室上的全部水平向荷载，kN；Kc闸室沿基础底面的容许抗滑稳定安全系数；f 为闸基底面与岩基接触面的抗剪断摩擦系数，f=0.30。 2)闸室段地基应力分析 计算公式为: (13) (14) (
12、15) 式中:B 为闸室段长，m；e 为偏心距，m；max、min 为最大最小应力，kPa；G 为作用于堰体上的全部竖向荷载，kN；M 为作用于堰体上的全部竖向荷载和水平荷载对地基面垂直水流方向的形心力矩，kN?m； 为不均匀系数。 经计算，基底垂直正应力均为压应力，正应力值均在本次地质报告中给出的基础低液限黏土的承载力闸室段=120kPa，出口挡土墙段9=160kPa，抗滑稳定安全系数均满足规范要求。 3.3 渗流分析 溢洪道上、下游水位差 H 设为 3.35m、H 校为 3.52m，基础为黏土。渗径系数 C=34，取 C=4。 为满足渗流稳定要求，防渗长度必须满足以下公式: L=CH(16
13、) 式中:L 为防渗长度，m；C 为渗径系数，取 4；H 为上下游水头差，m。经计算渗径长度 L=3.524=14.08m。本次设计溢洪道的防渗长度为64.66m 大于渗径长度，渗流稳定。 4 结束语 综上所述，溢洪道的合理布局与选型，不但直接关系到小型水库的安全，而且关系到整个工程的造价，同时还影响着水库建成投入使用后的运行状况。本水库溢洪道除险加固后，从根本上解除水患，改善农业生产条件，增强抗御水旱灾害的能力，促进农村经济发展，增加农民收入，保护和改善了水库下游防洪安全，为促进社会稳定发展、提高种植业经济效益，加快区域地方政治、经济、文化等发展起到积极的作用。 参考文献 1 李启振 小型水库溢洪道除险加固工程设计J安徽水利水电职业技术学院学报，2010.9 2 SL253-2000，溢洪道设计规范，中华人民共和国水利部，2000
