江秀蘭
(重慶市水利電力建筑勘測設(shè)計研究院,重慶 401121)
在水庫工程中,溢洪道主要承擔(dān)著泄洪任務(wù),是水庫不可或缺的建筑物。溢洪道設(shè)計是水庫除險加固的主要內(nèi)容,在制定除險加固設(shè)計方案時,需結(jié)合工程造價、施工難度等因素制定技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計方案。在設(shè)計方案實施的過程中,針對水庫溢洪道當(dāng)前存在的問題進(jìn)行有效處理,消除其中影響水庫運行安全的因素或隱患,不僅有利于保證水庫工程的安全運行,同時還關(guān)系到下游居民群眾的生命財產(chǎn)安全,故應(yīng)對溢洪道除險加固方案的實施予以重視,以確保溢洪道功能的充分發(fā)揮。
在地形地質(zhì)、資金投入、施工技術(shù)等條件的制約下,水庫溢洪道在設(shè)計中多會采取急流陡坡、急流交叉等布置方案,導(dǎo)致洪水泄流能力下降的同時,還會導(dǎo)致未襯砌的土質(zhì)溢洪道出現(xiàn)塌方事故,大大降低了溢洪道的抗沖能力,進(jìn)而對水庫工程的安全、穩(wěn)定運行造成負(fù)面影響。
在溢洪道布置過程中,受到當(dāng)時施工技術(shù)、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、資金投入等因素的影響,設(shè)計人員多憑借著自身工作經(jīng)驗按照地形進(jìn)行布置,未對地質(zhì)條件、下游建筑等因素進(jìn)行考慮,多將溢洪道布設(shè)在土質(zhì)山坡上,這種情況下,若溢洪道底板基礎(chǔ)之間未做好反濾結(jié)構(gòu)的施工工作,溢洪道滲水和地表水滲入后,不僅會反濾結(jié)構(gòu)失穩(wěn),還會增加山體滑坡現(xiàn)象發(fā)生的可能。
在社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的形勢下,水庫功能逐漸由農(nóng)業(yè)灌溉、發(fā)電等轉(zhuǎn)變?yōu)楣I(yè)供水、水產(chǎn)養(yǎng)殖及旅游業(yè)發(fā)展等,這就大大增加了水的需求量,而用水戶為了達(dá)到增加蓄水量的目的,在未經(jīng)水行政主管部門許可的情況下,擅自加高溢洪道堰頂高層,導(dǎo)致水庫運行工況的改變及水庫調(diào)洪庫容的減少,不利于水庫調(diào)洪、滯洪等作用的發(fā)揮。
同時,水庫運行管理方面還存在嚴(yán)重的重建輕管現(xiàn)象,水庫管理人員由于工資或維護(hù)資金未落實等原因,比較消極的對待水庫運行管理工作,導(dǎo)致溢洪道內(nèi)淤積嚴(yán)重,不利于保證溢洪道的正常行洪。
針對水庫設(shè)計洪水通常采用暴雨推求洪水和推理公式進(jìn)行計算,在計算前需注意對之前水庫溢洪道設(shè)計所涉及的暴雨資料進(jìn)行檢查,以判斷溢洪道控制段處堰型的合理性與準(zhǔn)確性,同時選擇相應(yīng)的出流公式對洪水流量、態(tài)勢等進(jìn)行計算,并根據(jù)計算結(jié)果對洪水設(shè)計方案進(jìn)行調(diào)整。
結(jié)合水庫平面圖、剖面圖等對當(dāng)前溢洪道平面布置中存在的不合理之處進(jìn)行調(diào)整,并在調(diào)整過程中注意控制轉(zhuǎn)彎處的坡度,盡量將坡度控制在合理范圍內(nèi);確保溢洪道進(jìn)出口在平面上處于一條直線的同時,并確保其能分別與壩肩、壩腳等保持合理距離;在設(shè)計溢洪道縱斷面的過程中,將緩坡、多級躍水形式等考慮在內(nèi)。
水庫功能在朝著多樣化發(fā)展的趨勢下,應(yīng)重新對水庫設(shè)計功能定位和水庫任務(wù)進(jìn)行復(fù)核、調(diào)整。結(jié)合水利部、省水利廳所推行的水庫除險加固工作,初步設(shè)計為在保證堰頂高程不變的情況下,實現(xiàn)水庫供水范圍擴(kuò)大和擴(kuò)容的同步實施,通過培厚加高、庫容擴(kuò)大等措施實現(xiàn)這一目標(biāo),以最大程度上保證水庫汛期運行的安全性和可靠性。
某水庫位于大壩的右側(cè),長度為60m,屬于開敞式寬頂堰;溢洪道側(cè)墻砌筑材料為漿砌石,表面未使用水泥砂漿進(jìn)行保護(hù),透過整體而言,其建筑質(zhì)量不符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn);經(jīng)過對溢洪道洪峰流量進(jìn)行計算后發(fā)現(xiàn),其過流寬度和側(cè)墻高度不足,在防洪擋洪方面所起到的作用并不理想,甚至?xí)捎谝绾閴毫^大而造成側(cè)墻倒塌事故的出現(xiàn),對水庫的泄洪安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。
該水庫為Ⅴ等小(2)型水庫,設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)和校核洪水標(biāo)準(zhǔn)分別為5%、0.5級;有關(guān)溢洪道設(shè)計規(guī)范中明確指出,基于溢洪道在水庫中的重要地位,其泄洪能力校核洪水標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為5%,消能防沖設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)達(dá)到10%。故為了達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn),決定對該水庫工程的溢洪道進(jìn)行重新設(shè)計與建設(shè)。
本工程設(shè)計最大泄洪流量為每秒56.1m3,為了保證水庫的泄洪安全,需對本工程溢洪道進(jìn)行重新設(shè)計,決定其重建后仍屬于開敞式寬頂堰,長度增加了36.25m,共分為以下5個部分:
①引水段,長7.746m,進(jìn)口寬12.0m,出口寬8.0m;②控制段,長6.5m,采用M7.5漿砌石側(cè)墻;③陡槽段,長38.0m,陡槽段側(cè)墻采用M7.5漿砌石砌筑;④消力池,長18.0m,深2.0m,側(cè)墻用M7.5漿砌石砌筑;⑤海漫段,長25.0m,用0.3m厚干砌石鋪設(shè)。
1)溢洪道陡坡水面線。
陡坡的明槽長度為38.0m,坡比為1∶5,結(jié)合水利水電工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),本工程主要采用“恒定非均勻漸變流水面曲線計算程序D-7”計算模式,具體結(jié)果見表1。
表1 溢洪道陡坡水面線計算表
2)側(cè)墻高度計算。
水庫中溢洪道側(cè)墻的主要作用在于對槽內(nèi)的水流狀態(tài)及方向進(jìn)行約束,確保水流不會對兩側(cè)山坡造成大面積沖刷。水深、安全超高等指標(biāo)決定了邊墻的高度,具體計算公式為:
(1)
式中:h1、h分別表示摻氣后的水深和未摻氣的水深;V為未摻氣時斷面上的水流平均速度;ζ為修正系數(shù),通常水流流速較低的話,可取其最大值為1.0。
3)消力池段計算。
消力池的消能防沖設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)通常為每秒40.5m3,具體的計算結(jié)果如表2所示。
表2 消力池長度和深度計算結(jié)果
總而言之,溢洪道作為保障水庫運行安全與穩(wěn)定的重要基礎(chǔ)設(shè)施,在一定程度上與水庫加固設(shè)計與優(yōu)化之間存在著相互制約、相互影響的關(guān)系。由于溢洪道除險加固設(shè)計直接關(guān)系到水庫工程的加固效果和運營效益,故應(yīng)針對水庫工程溢洪道工程的特點,要多方案綜合比較后選擇最佳的除險加固設(shè)計方案,以保證水庫的泄洪能力。
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