夏淑容，陳雨田

(重慶市水利電力建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，重慶市■401120)

0　引　言

溢洪道作為保障水庫工程安全的重要組成部分，合理的設(shè)計(jì)是使其發(fā)揮應(yīng)用功能的基礎(chǔ)，但初步設(shè)計(jì)受勘查精度等不同因素的影響，在實(shí)施時(shí)無法滿足實(shí)際要求，這就需要進(jìn)行系統(tǒng)而有效的優(yōu)化設(shè)計(jì)。鳳升水庫溢洪道在工程實(shí)施時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1　工程概況

鳳升水庫位于重慶市彭水縣北部龍射鄉(xiāng)境內(nèi)轉(zhuǎn)溪溝流域，壩址控制集雨面積13.5 km2，主河道長5.11 km，河道比降47.5‰，是1座以城鄉(xiāng)供水為主，兼有農(nóng)業(yè)灌溉及發(fā)電等綜合效益的Ⅲ等中型水利工程；主要由大壩樞紐工程、調(diào)水工程、灌溉供水工程及電站工程4部分組成。

鳳升水庫總庫容1 132.0萬m3，大壩、溢洪道及取放水建筑為3級(jí)建筑物，洪水標(biāo)準(zhǔn)采用50年一遇洪水設(shè)計(jì)、1 000年一遇洪水校核，消能防沖建筑采用30年一遇洪水設(shè)計(jì)。

大壩為混凝土面板堆石壩，溢洪道布置于大壩右岸，為有閘控制正堰溢洪道。洪水標(biāo)準(zhǔn)采用50年一遇洪水設(shè)計(jì)、1 000年一遇洪水校核，消能防沖建筑采用30年一遇洪水設(shè)計(jì)。渲泄設(shè)計(jì)洪水(P=2%)時(shí)下泄流量194 m3/s，渲泄校核洪水(P=0.1%)時(shí)下泄流量260 m3/s，溢洪道總長度為231.53 m。

2　水庫溢洪道工程初步設(shè)計(jì)方案

溢洪道布置于水庫右岸壩肩，屬有閘控制開敞式溢洪道，主要由五大部分構(gòu)成，分別為進(jìn)水渠、控制段、泄槽、挑流鼻坎與下游護(hù)坦，軸線總長為231.53 m；其中，控制段軸線和水庫大壩軸線斜交，夾角為20.95°。

(1)進(jìn)水渠。通過開挖施工而成，渠底高程為829.91～830.00 m，全長85.33 m。渠底寬度從28.1 m變化至16.0 m。

(2)控制段?？傞L19.7 m，控制段溢流堰為WES實(shí)用堰，其頂部上游面主要為三圓弧，下部接有冪曲線，后部接有坡度為1∶1.4的直線，堰頂高程為834.0 m，前緣凈寬12.0 m。控制方式為有閘控制，所設(shè)閘門有(3.0～4.0×4.0)m的孔口，同時(shí)設(shè)置平板工作門，共3扇，閘門的啟閉由卷揚(yáng)式啟閉機(jī)完成。

(3)泄槽(樁號(hào)溢0+016.50～溢0+126.80)。水平方向上的軸線長126.5 m，是矩形斷面的直線段。樁號(hào)溢0+016.50～溢0+022.80段是長度為6.3 m的反弧段，底板半徑為20.0 m，和下游泄槽良好銜接；樁號(hào)溢0+022.80～溢0+066.80為節(jié)省開挖，采用收縮段，使溢洪道的寬度能從16.0 m變?yōu)?.0 m，收縮角4.55°，底部縱坡比1∶3；樁號(hào)溢0+066.80 m～溢0+126.80 m是寬度為9.0 m的陡槽段，底部縱坡比1∶3。

(4)挑流鼻坎(樁號(hào)溢0+126.80～溢0+143.00)。軸線總長為16.2 m，主要運(yùn)用挑流消能的方式，矩形斷面，頂部高程785.16 m，成25°挑流角，反弧半徑15.0 m。在挑流鼻坎的后部增設(shè)裙板，避免基腳遭到?jīng)_刷，其厚度和長度分別為1.0、29 m。下游右岸陡坡會(huì)受到挑射水流的沖刷，需對(duì)右岸進(jìn)行60 m左右的護(hù)岸。

(5)下游護(hù)坦。為削弱河床受低頻率洪水的影響，裙板的后方還設(shè)置了格賓塊石護(hù)坦，其厚度與長度分別為2.0、31 m。

為滿足交通需要，公路經(jīng)過壩頂之后沿控制段左邊墩與進(jìn)水渠左導(dǎo)布置，利用交通橋使進(jìn)水渠的首端和右岸公路連接，左邊墩和左導(dǎo)墻的頂部寬度為5 m，橋?qū)捯矠? m，共設(shè)2跨(15 m/跨)，橋面高程為840.50 m。

控制段和泄槽的基礎(chǔ)都處在弱風(fēng)化基巖及換填基礎(chǔ)之上。其中，基礎(chǔ)高程屬強(qiáng)風(fēng)化基巖的，在開挖到弱風(fēng)化基巖之后，由C15埋石混凝土實(shí)施換填。

3　水庫溢洪道工程優(yōu)化方案

3.1　水庫溢洪道工程初步設(shè)計(jì)方案調(diào)整原因

工程岸坡陡度較大，且山體以砂質(zhì)頁巖為主，容易被風(fēng)化，通過開挖所得料很難利用，基礎(chǔ)處理和邊坡開挖形成矛盾。如果基礎(chǔ)都選在弱風(fēng)化基巖之上，則不僅開挖工程量較大，而且邊坡較高；而想要減少開挖，就必須對(duì)基礎(chǔ)實(shí)施換填。原方案為減少邊坡開挖和支護(hù)的工程量，將基礎(chǔ)處理選定為混凝土換填。通過地質(zhì)勘探可知，控制段及泄槽所在位置的弱風(fēng)化基巖具有埋藏深且卸荷發(fā)育的特點(diǎn)，地形條件也較為陡峭，施工中難免要面對(duì)開挖量或換填量不同程度增加的情況，對(duì)工程造價(jià)控制十分不利?；诖耍鑼⒋蟛糠只A(chǔ)設(shè)在弱風(fēng)化基巖之上，以減少換填量。工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)在確保安全的基礎(chǔ)上，試圖找到基礎(chǔ)處理和邊坡開挖之間的平衡節(jié)點(diǎn)，并通過比對(duì)，選出最佳方案。

3.2　優(yōu)化方案

優(yōu)化內(nèi)容為：溢洪道控制段與其下游軸線都向右岸方向水平移動(dòng)6.75 m；對(duì)進(jìn)水渠的導(dǎo)墻進(jìn)行優(yōu)化，將取水塔的進(jìn)場(chǎng)公路調(diào)整到右岸坡腳；采用2孔控制段，凈寬從12 m變?yōu)? m，堰頂部的高程從834.00 m降到832.60 m，改用C30鋼筋混凝土灌注樁對(duì)基礎(chǔ)實(shí)施處理；泄槽與挑流消能段的寬度均從9 m變?yōu)? m，增高邊墻。

在滿足安全要求的基礎(chǔ)上，優(yōu)化設(shè)計(jì)溢洪道，減小控制段寬度的同時(shí)向右岸水平移動(dòng)，并將大部分基礎(chǔ)設(shè)在弱風(fēng)化基巖之上，而外側(cè)局部設(shè)在強(qiáng)風(fēng)化基巖之上。經(jīng)計(jì)算，對(duì)于強(qiáng)風(fēng)化基巖，其承載能力可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，為避免發(fā)生不均勻沉降，需增設(shè)灌注樁。同樣對(duì)泄槽進(jìn)行縮窄，再向山體水平移動(dòng)以后，將基礎(chǔ)設(shè)在弱風(fēng)化基巖之上，符合設(shè)計(jì)要求。原方案、優(yōu)化后溢洪道控制段典型斷面如下所示(見圖1)。

原方案將取水塔進(jìn)場(chǎng)公路設(shè)計(jì)為經(jīng)溢洪道左導(dǎo)墻后通向上游，工程量相對(duì)較大，故優(yōu)化調(diào)整到右岸坡腳，以此減少工程量。原方案、優(yōu)化后進(jìn)水渠典型斷面如下所示(見圖2)。

原設(shè)計(jì)泄槽基礎(chǔ)進(jìn)行換填，優(yōu)化后將基礎(chǔ)設(shè)在弱風(fēng)化基巖之上。原方案、優(yōu)化后泄槽典型斷面如下所示(見圖3)。

(1)原方案

(2)優(yōu)化后

(1)原方案

(2)優(yōu)化后

(1)原方案

(2)優(yōu)化后

圖3泄槽典型斷面

優(yōu)化后：進(jìn)水渠(溢0-093.282～溢0-003.20 m)渠底高程為829.91～830.00 m，全長為96.482 m；控制段(溢0-003.200～溢0+016.500)凈寬為8 m，澆筑C25鋼筋混凝土，共設(shè)2孔，寬4.0 m，在兩孔之間設(shè)厚度為1.5 m的中墩。

泄槽(溢0+016.500～溢0+126.800)：收縮段(溢0+016.500～溢0+031.500)，其寬度從9.5 m逐漸收縮至6.0 m；寬度為6 m的等寬泄槽(溢0+031.500～溢0+126.800)。消能段(溢0+126.800～溢0+191.000)，其中溢0+126.800～溢0+143.000為挑流鼻坎段，溢0+143.000～溢0+161.000為裙板段，溢0+161.000～溢0+191.000為干砌塊石護(hù)坦段。

4　結(jié)　語

溢洪道在保障水庫安全中有重要作用，在設(shè)計(jì)過程中必須使其有良好的下泄水能力。在此次優(yōu)化設(shè)計(jì)中，擬定了多種方案，對(duì)不同方案的泄洪能力與調(diào)洪實(shí)施了演算，并通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比，選定最佳方案。

邊坡也對(duì)工程安全有重要影響，由于本工程溢洪道設(shè)在右岸壩肩，所以保障右岸邊坡安全至關(guān)重要。按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求，右岸邊坡級(jí)別應(yīng)和建筑物一致。根據(jù)工程地質(zhì)條件，邊坡主要為逆向坡，在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)必須注重支護(hù)與排水，以保障安全。此外，頁巖極易風(fēng)化，施工過程中應(yīng)在開挖之后立即封閉，避免長時(shí)間暴露。

經(jīng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使?jié)仓こ塘棵黠@減少，盡管支護(hù)工程量增加，但造價(jià)有所降低。如果建筑物向山體方向發(fā)生平面移動(dòng)，則會(huì)使邊坡的開挖及支護(hù)工程量明顯增加?；鶐r整體強(qiáng)度不大，開挖施

工難度較低，成本省，所以通過對(duì)開挖的適量增加，以及對(duì)混凝土量的有效減少，能起到有效控制造價(jià)的重要作用；并且優(yōu)化設(shè)計(jì)中對(duì)建筑物的寬度進(jìn)行了縮窄，能進(jìn)一步減少開挖工程量。

經(jīng)本次分析，對(duì)于中小型工程，基礎(chǔ)處理和邊坡開挖必須通過嚴(yán)格的技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比，并做整體考慮。從本工程看，盡管邊坡高度優(yōu)化后增加，但造價(jià)依然合理。

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