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        中小水庫溢洪道設(shè)計中的問題及其措施

        2015-05-07 20:53:47李萍萍
        科技創(chuàng)新與應用 2015年14期
        關(guān)鍵詞:溢洪道設(shè)計

        李萍萍

        摘 要:溢洪道是水庫常見的水工建筑物,主要是用于宣泄水庫所容不下的洪水。溢洪道只是在汛期洪水流量較大時,水量超過水庫的容積,對水庫的量調(diào)節(jié),保證水庫的安全運行起著重要的作用,所以溢洪道是水庫中的重要建筑物,溢洪道的泄洪安全十分關(guān)鍵。文章針對其設(shè)計中存在的問題進行分析,并提出了一些相應對策。

        關(guān)鍵詞:中小型水庫;溢洪道;設(shè)計

        引言

        溢洪道設(shè)計是中小型水庫設(shè)計中的重要內(nèi)容之一,要防止洪水溢出、泄露,最行之有效的辦法就是為中小型水庫修筑溢洪道。所以,在設(shè)計施工溢水道時要謹慎、細致,消除可能存在的施工隱患,切實提高水庫安全性能。同時,整個工程造價問題也在一定程度上受制于溢洪道設(shè)計是否科學合理,中小型水庫的石壩溢洪道大約占總勞力的20%、整個工程造價的20%-25%,由此可見,在水利工程設(shè)計環(huán)節(jié)中,溢洪道設(shè)計是不可忽視的重要一環(huán)。

        1 當前中小型水庫溢洪道設(shè)計中的問題

        1.1 溢洪道的選址不恰當

        在進行水利施工時,在工程中要對溢洪道進行預期的設(shè)計,在設(shè)計過程中由于一些工程師的疏忽,并沒有考慮到溢洪道設(shè)置的位置是非常關(guān)鍵的,所以溢洪道的選址出現(xiàn)了很大的問題,在建設(shè)過程中一些溢洪道的進口和出口與大壩的壩身緊緊相連,而壩肩與溢洪道之間所隔山脊非常的單薄,這種現(xiàn)象如果再沒有實施更好的護砌,在水庫投入使用后,如果一旦出現(xiàn)洪水的情況,就造成很大的不利因素,特別是壩身的安全性將受到威脅。除此以外,在一些設(shè)計中將壩腳連接到了抖槽的末端,這樣如果出現(xiàn)橫流,就會使壩腳的穩(wěn)固遭到破壞,最終造成不良因素的發(fā)生。

        1.2 溢洪道的設(shè)計尺寸較小

        在進行中小型水庫設(shè)計時需要考慮到造價問題,在設(shè)計達到標準的前提下,考慮資金問題,在二者雙重壓力之下,許多設(shè)計師往往會采用修改設(shè)計尺寸,縮小尺寸的方法來降低費用,因而導致洪峰與洪量的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)異常變化,建筑巖體發(fā)生風化坍落問題,進而導致泄洪渠淤積的概率大幅增加,使水庫泄流難以進行。

        1.3 溢洪道平面以及縱橫剖面設(shè)計出現(xiàn)問題

        在該設(shè)計環(huán)節(jié)中,最突出的問題就是比降過陡,在設(shè)計溢洪道平面時,上下游斷面未能有效匹配和銜接,從而限制了溢洪道的泄洪能力。河道和溢洪道尾部沒有有效銜接,造成河床明顯低于溢洪道尾部,假若尾部砌護處理存在顯著問題,那么會加大沖刷侵蝕風險,一旦危及整個大壩,其造成的損失將是無法估算的。還有一些溢洪道被布置在非巖性坡上,反濾襯砌缺乏,結(jié)構(gòu)不穩(wěn)固,從而加劇了滲水滑坡的可能性。除此之外,在工程橫斷面設(shè)計過程中,山坡兩側(cè)的開挖坡度不合理也會造成整個坡度過于陡峭,如果這時未做好襯砌工作,那么就很難滿足抗傾抗滑的標準,塌方和滑坡等災害將隨時發(fā)生。

        1.4 目前的水力設(shè)計不夠完善

        在過去的溢洪道側(cè)槽式設(shè)計中,“扎馬林法”是最常見的水力計算方法。但是實踐表明,“扎馬林法”所計算出的水面坡降偏小,從而導致側(cè)槽深度不夠,流量系數(shù)也相應減小,側(cè)堰局部淹沒的現(xiàn)象時有出現(xiàn),設(shè)計流量和實際泄洪流量間存在誤差,這嚴重影響了整體工程質(zhì)量和安全。平流段進口水位的壅高沒有進行水力計算,然而在溢洪道進口中若布置了引洪平流段,常出現(xiàn)實際壅高較大的情況,這一問題不容忽視。還有一部分設(shè)計忽視了消能工且類型選擇存在失誤,導致消力池的長度和深度都無法滿足正常的需求,難以充分消能,這會進一步加劇下游河段的沖刷。

        2 中小型水庫溢洪道設(shè)計要點

        2.1 進口段

        進口段的進口形狀一般都做成喇叭口,這樣可以減小損失,所以不易做的過長,如果在建設(shè)溢洪道時要受地形因素的限制,必須在段內(nèi)設(shè)置彎道。那么這條彎道一定要盡量平緩,并且在上下游銜接處與出口處遠離壩尾,以免沖刷。溢洪道的壩面一般都成四邊形和梯形,當水流速度小于1~2s/h,砌護墻是可以不用的。但如果它與附近的建筑物在一定范圍上是連接的話,就要相應的切戶一定的長度,如果有彎道則要加強兩旁的切和厚度。

        2.2 控制段

        要使得洪水期間泄流段的水流速度均勻,就要使進口的水流與建筑物呈垂直狀態(tài),也可根據(jù)地形條件和洪水泄流的需要設(shè)置相應的控制斷面,并要按照斷面的寬度選定洪流值,一般的巖基單寬流量都在50~0m3/s,工基為30m3/s。除了在小型水庫的進水口處設(shè)置水流的引流外,一般的水庫溢洪道的寬度也≤3h。因為堰口與上、下游的引流處采用的是變化鏈接,所以為了使水流平穩(wěn)≤的收縮角最好是≤12度為最佳。如果,它的斷面比較寬,那么它的布設(shè)間距在10~15m為宜。

        2.3 泄流段

        在陡坡、急流段這兩部分采用的布設(shè)方式為直線法,并且要盡量避免坡體或彎道所產(chǎn)生的流態(tài)負壓現(xiàn)象。所以,在溢洪道設(shè)計的時候要因地而異,根據(jù)所選地勢的地形、地質(zhì)決定建設(shè)的引流形式,坡體也可采用均一比降的方式。由于洪流的速度非常的快,所以在設(shè)置巖基上要加厚砌護的寬度,一般砌石的漿液在0.5~1.0m,混凝土0.2~0.6m,坡度在1/3m厚最好。

        2.4 消能段

        在急流段的尾端要設(shè)置一個消能的工具,而其選擇型號就要根據(jù)溢洪道選擇的地形、地質(zhì)和水利條件而定。并且,在溢流道的末端多采用多級躍流形式,使水庫的泄流方向離壩角100~150m不等。然而,對于非巖基上的消能工具,一般采用的是底流消能,并且還要在最尾端處放置一個消能池。如果在水庫的洪流期間,池流量不大,那么可以考慮使用消能檻的形式。如果水庫的洪流是遠驅(qū)式的就特別容易造成對砌護的沖刷。在這樣的情況下,就要采用差動式的消能檻模式了。如果水庫的溢流道尾端有陡坡時,挑射效能的模式就比較有利了。還可以省去對消能池的使用,并且這種方式會減少工程的工作量和投資資金。

        3 中小型水庫溢洪道平面設(shè)計

        3.1 正槽溢洪道

        由于地形、地質(zhì)條件限制,正槽溢洪道往往不能緊靠大壩,需在溢流堰前開挖引水渠,將庫水平順引向溢流堰,引水渠進口多為喇叭口型式,底板高程為正常蓄水位。進口段后接控制段,控制段包括溢流堰及兩側(cè)連接建筑物,溢流堰堰型主要有寬頂堰、實用堰、拆線型低堰、駝峰堰,這幾種型式在工程中都可采用。其中,以無坎寬頂堰型式最為簡單,在工程中為首選堰型,寬頂堰長度和寬度根據(jù)水力計算結(jié)果選取。為減少開挖,溢流堰后先接漸變段(即收縮段),再接等寬泄槽,漸變段擴散角一般不宜超過6-8度。泄槽段在平面上盡可能采取直線、等寬、對稱布置,一般位于挖方地段。根據(jù)地形、地質(zhì)條件和洪水情況,工程中常用消能方式為消力池消能和挑流消能,當出口距大壩壩角較遠,泄槽段離河床較遠時,為減少開挖,多選挑流消能。

        3.2 側(cè)槽溢洪道

        側(cè)槽溢洪道進口即為溢流堰,溢流堰大致沿河岸等高線布置,水流經(jīng)過溢流堰泄入與堰大致平行的側(cè)槽后,在槽內(nèi)轉(zhuǎn)向約90°經(jīng)泄槽泄入下游。溢流堰多采用實用堰,實用堰頂高程一般為正常蓄水位,水流從堰頂泄入側(cè)槽內(nèi),在工程中,側(cè)槽多為窄深式梯形斷面,縱坡多為0.1~0.2。側(cè)槽段后接漸變段、泄槽段、消能段,布置型式與正槽溢洪道一致。

        4 結(jié)束語

        水庫的溢洪道布置與設(shè)計的合理性將直接影響水庫的安全性,所以它的布置和選型都非常重要,也是水庫工程設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)。在設(shè)計工作開始前就要收集完備可靠的資料,合理規(guī)劃整體布局,并進行嚴謹?shù)乃τ嬎愫徒Y(jié)構(gòu)計算,從而保證它的可行性和安全性。

        參考文獻

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        [3]張秀錦.小型水庫溢洪道設(shè)計問題探究[J].中國水運(下半月),2010,3:110-111.

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