淺析岸邊溢洪道設(shè)計(jì)中的常見問題處理

1、    淺析岸邊溢洪道設(shè)計(jì)中的常見問題處理    張旭 昌志敏摘要：溢洪道是水庫樞紐中的主要建筑物之一，在壩體以外的河岸上修建稱為岸邊溢洪道。岸邊溢洪道泄流能力大，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行安全可靠，適用于各種水頭和流量，被廣泛應(yīng)用于土石壩水庫泄洪溢洪道的選型和布置合理與否，不僅直接影響到水庫大壩的安全，而且關(guān)系到整個(gè)工程的造價(jià)。本文筆者就岸邊溢洪道設(shè)計(jì)中幾個(gè)常見的問題展開了探討，并提出自己的見解。關(guān)鍵詞：河岸溢洪道；設(shè)計(jì)；問題處理0前言溢洪道是水庫樞紐中的主要建筑物之一，它承擔(dān)著宣泄洪水，保護(hù)工程安全的重要作用。溢洪道在壩體以外的河岸上修建稱為岸邊溢洪道。岸邊溢洪

2、道泄流能力大，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行安全可靠，適用于各種水頭和流量，被廣泛應(yīng)用于土石壩水庫泄洪。在溢洪道的選型和布置時(shí)，若攔河壩是土石重力壩，應(yīng)優(yōu)先采用岸邊溢洪道；若攔河壩是薄拱壩或輕型支墩壩，當(dāng)水頭高、流量大時(shí)，宜采用河岸溢洪道；若攔河壩是混凝土重力壩，當(dāng)河谷狹窄，布置河床壩頂溢流與壩后電站有矛盾，而河岸又有適于修建溢洪道的條件時(shí)，也可采用河岸溢洪道。溢洪道是洪水期間保證水庫安全運(yùn)行的重要設(shè)施。溢洪道的選型和布置合理與否，不僅直接影響到水庫大壩的安全，而且關(guān)系到整個(gè)工程的造價(jià)。一般土石壩水庫的溢洪道，約占水庫樞紐工程造價(jià)的2025%及勞動(dòng)力的20，故在水庫樞紐布置設(shè)計(jì)中，溢洪道的合理選型和布置，是一

3、個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)，是整個(gè)水庫樞紐布置的關(guān)鍵。在岸邊溢洪道設(shè)計(jì)中，我們可能會(huì)出現(xiàn)一些失誤和問題，下面筆者就岸邊溢洪道設(shè)計(jì)中幾個(gè)常見的問題與大家探討。1常見問題（1）將溢洪道布置在大斷層、滑坡體等不良地質(zhì)段。在布置溢洪道時(shí)，未考慮當(dāng)水庫蓄滿以后，在其近處岸坡的穩(wěn)定性，甚至將其布置大斷層、滑坡體等不良地質(zhì)段，從而出現(xiàn)山坡坍塌，溢洪道堵塞、跨塌等現(xiàn)象，降低溢洪道泄水能力或不能泄水。這就必然要求作大量的邊坡處理，延長工程工期，增加工程投資。（2）設(shè)計(jì)采用的洪水標(biāo)準(zhǔn)偏小，溢洪道設(shè)計(jì)尺寸偏小，或溢流堰的型式和尺寸選擇不合理，導(dǎo)致實(shí)際泄水能力不能滿足水庫安全泄洪要求。溢洪道是洪水期間保證水庫大壩安全運(yùn)行的重要

4、泄洪設(shè)施，但我們往往在設(shè)計(jì)時(shí)，為降低工程造價(jià)，使工程投資最少，片面追求投資效益最大化，從而采用較低的洪水標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致選用的洪水參數(shù)（如洪水流量、設(shè)計(jì)最大泄流量等）偏小，這必然帶來溢洪道設(shè)計(jì)尺寸偏小，使實(shí)際泄水能力不能滿足汛期水庫安全泄洪要求。溢流堰段是溢洪道的控制段，是水庫下泄洪水的口門，是控制溢洪道泄水能力的關(guān)鍵部位。（3）溢洪道進(jìn)口布置不合理，危及大壩或其他建筑物安全。在布置溢洪道進(jìn)口時(shí)，將其緊接土壩壩體布置，且未考慮導(dǎo)流墻將兩者隔開，臨近壩坡也未作保護(hù)、防滲連接，泄洪時(shí)由于進(jìn)口附近的橫向水流沖刷上游壩坡，導(dǎo)致上游壩坡失穩(wěn)，發(fā)生事故。在布置溢洪道下游出口時(shí)，將其緊靠壩腳或其他建筑物布置，泄洪

5、時(shí)強(qiáng)大的水流或回流沖刷壩腳或其他建筑物，危及大壩或其他建筑物安全。（4）收縮段、擴(kuò)散段或彎曲段設(shè)計(jì)不合理，水流擾動(dòng)過大，產(chǎn)生較大的沖擊波，影響泄流能力，甚至危及溢洪道自身安全。眾所周知，由于邊墻改變方向，水流受到擾動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生沖擊波。收縮段的側(cè)墻偏轉(zhuǎn)角設(shè)計(jì)取值過大，即收縮過劇，或擴(kuò)散段的擴(kuò)散角設(shè)計(jì)取值過大，即擴(kuò)散過劇，或彎曲段的設(shè)計(jì)半徑過小，即彎道曲率過大、轉(zhuǎn)彎急，均會(huì)增加對水流的擾動(dòng)，產(chǎn)生很強(qiáng)的沖擊波，使沖擊波的波高增大，傳播范圍延伸很遠(yuǎn)，從而增加溢洪道邊墻墻高，增加溢洪道工程量和造價(jià)，同時(shí)也使溢洪道內(nèi)水流流態(tài)更加復(fù)雜，水流不平穩(wěn)，嚴(yán)重影響泄流能力，甚至危及溢洪道自身安全。（5）設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，

6、考慮不夠充分，造成設(shè)計(jì)方案不合理。如溢洪道進(jìn)口布置有引洪平流段的情況下，水力計(jì)算中通?？珊雎云搅鞫芜M(jìn)口水位的壅高（即水頭損失）。而實(shí)際壅高有時(shí)較大，不可忽略。又如對溢洪道出口消能工的設(shè)計(jì)計(jì)算考慮不夠充分，導(dǎo)致消力墻長度和深度均不能滿足需要消能不夠充分，致使下游河段發(fā)生嚴(yán)重沖刷。（6）對溢洪道泄槽的襯砌設(shè)計(jì)重視不夠，襯砌形式選擇不合里，忽視反濾排水等設(shè)施設(shè)計(jì)。為保護(hù)泄槽底部不受沖刷和巖石風(fēng)化，防止高速水流將巖石掀起，我們必須重視溢洪道泄槽的襯砌設(shè)計(jì)。由于高速水流會(huì)對泄槽表面和低面產(chǎn)生脈動(dòng)壓力作用，在某一瞬間可能合成最大的上舉力，這個(gè)上舉力可能導(dǎo)致溢洪道泄槽底板失穩(wěn)破壞，這就要求我們必須作好底板止

7、水設(shè)計(jì)。但有時(shí)設(shè)計(jì)人員為減少工作難度，未針對不同的地基、氣候、水流和施工條件等因素選用不同的襯砌形式，并采取相應(yīng)的構(gòu)造措施，而是采用相對簡單的漿砌石護(hù)砌，同時(shí)忽視反濾排水等設(shè)施設(shè)計(jì)。2處理措施2.1充分收集基本資料，合理規(guī)劃布置在溢洪道設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)不同設(shè)計(jì)階段所需資料的廣度和深度進(jìn)行必要的勘測，廣泛收集自然地理、地質(zhì)、水文、氣象、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、與溢洪道設(shè)計(jì)相關(guān)的各總規(guī)程規(guī)范等基本資料，細(xì)心整理收集到的第一手資料，認(rèn)真分析，盡量利用有利地形、地質(zhì)條件，選用恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，綜合考慮樞紐總體布置、運(yùn)行管理、施工條件等，合理選擇溢洪道的形式，合理布置。如：當(dāng)壩址附近有天然馬鞍形山口，山口高程接近水庫正常

8、蓄水位，其下游山溝能使下泄洪水很快回歸河槽時(shí)，選擇布設(shè)正槽式溢洪道則最為理想；當(dāng)岸邊平緩或有階梯狀臺地時(shí)，也宜采用正槽式溢洪道；當(dāng)壩址處地形狹窄，兩岸山高坡陡，溢洪道布置在一岸開挖方量特別大時(shí)，可考慮選擇側(cè)槽式溢洪道或?qū)⑵浞衷O(shè)兩岸；當(dāng)設(shè)計(jì)洪水和校核洪水相差較大時(shí)，不宜選擇布置井式溢洪道和虹吸式溢洪道，可考慮設(shè)置非常溢洪道；當(dāng)需要隨時(shí)調(diào)節(jié)下泄流量且?guī)焖蛔兓淮髸r(shí)，則最理想的是采用虹吸式溢洪道；當(dāng)山坡覆蓋層不厚時(shí)，應(yīng)考慮將溢洪道布置于巖基上；當(dāng)山體穩(wěn)定性較差時(shí)，應(yīng)盡量避開布置?？傊?，規(guī)劃布置溢洪道的原則是既要保證安全又要經(jīng)濟(jì)合理：避開大斷層、滑坡體等不良地質(zhì)段；選擇有利地形、地質(zhì)條件；考慮全局，

9、精心布置，相互協(xié)調(diào)，避免干擾。2.2結(jié)合實(shí)際，高標(biāo)準(zhǔn)做好結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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組成。側(cè)槽式溢洪道常由溢流堰、側(cè)槽、泄水道和出口消能段及尾水渠等部分組成。（1）引水渠引水渠的作用是將庫水平順地引至控制堰前為提高泄流能力，使水流平順、均勻，在合理的開挖方量前提下要盡量減小水流流速，以減少水頭損失，但流速應(yīng)保證不沖不淤，一般不大于4.om/s，宜控制在12m/s；引水渠段不應(yīng)設(shè)計(jì)太長，應(yīng)避免斷面突然變化和水流流向的急劇變化。為防止泄洪時(shí)引水渠兩側(cè)產(chǎn)生不對稱的回流或立軸旋渦，小轉(zhuǎn)向慣性力引起的堰前橫向坡降，導(dǎo)致過堰水流不均，減小泄流能力，規(guī)范規(guī)定引渠底

10、寬可為等寬或順?biāo)鞣较蚴湛s，在與控制段連接處應(yīng)與溢流前沿等寬。引水渠段斷面一般選用梯形或矩形，當(dāng)流速12m/s時(shí)一般可不砌護(hù)，但與壩端鄰近和緊接控制建筑物的范圍內(nèi)應(yīng)砌護(hù)一定長度，同時(shí)在彎道兩側(cè)的凹岸亦應(yīng)砌護(hù)。如為堅(jiān)硬的巖基則可不考慮，但應(yīng)開挖整齊。（2）控制段（溢流堰段）控制段控制水庫的水位和下泄流量，是溢洪道的咽喉，其常用的堰型有寬頂堰、實(shí)用堰，有時(shí)也用駝峰堰。寬頂堰結(jié)構(gòu)簡單，施工方便。但流量系數(shù)較低，在相同條件下，其所需要的溢流前緣要比實(shí)用堰長，上石挖方較大。一般多用于泄洪量不大或附近地形平緩，高程適宜的中小型水庫中。實(shí)用堰由于流量系數(shù)大，當(dāng)岸坡較陡時(shí)，采用實(shí)用堰可以減少開挖方量，多用于大

11、中型工程。在溢洪道上經(jīng)常采用的實(shí)用堰型有wes型和克-奧i型，wes型堰的流量系數(shù)較大，堰體較克-奧i型瘦，工程量較小，造價(jià)低，投資省，推薦優(yōu)先采用。駝峰堰的堰面是由幾個(gè)半徑不同的圓孤組成，施工簡單，地基應(yīng)力分布比較均勻，整體穩(wěn)定性較好，適用于軟弱地基條件，其流量系數(shù)要比寬頂堰大。溢流孔口尺寸的擬定包括溢流堰定高程和溢流前沿長度兩個(gè)方面。溢流孔口尺寸應(yīng)結(jié)合水庫泄洪要求、閘門和啟閉機(jī)械、樞紐布置、下游水流條件等因素確定。由于岸邊溢洪道出口一般力壩腳較遠(yuǎn)，因而其單寬流量可采用較大的值。（3）泄槽段（泄水道陡坡、急流段）應(yīng)因地制宜確定泄槽段平面布置形式。該段在平面上要盡可能采用直線、等寬、對稱布置，

12、使水流平順、結(jié)構(gòu)簡單、施工方便。但在實(shí)際工程中，由于地形、地質(zhì)條件限制，為減少開挖、處理洪水歸河、利于消能等，常設(shè)置收縮段、擴(kuò)散段或彎曲段。在作泄槽段縱斷面設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際地形、地質(zhì)條件決定縱坡?？v坡有緩坡、陡坡或多級跌水等多種形式。縱坡必須大于臨界坡度，以確保溢流堰自由泄流和槽中不發(fā)生水躍，使水流始終處于急流狀態(tài)。為減小工程量，泄槽沿程可隨地形、地質(zhì)變坡，但變坡次數(shù)不宜過多，且要求變坡處采用平滑曲線連接，以免發(fā)生負(fù)壓或空蝕。（4）消能工在泄水段末端需設(shè)置消能工，其具體選擇型式可根據(jù)地形、地質(zhì)和水力條件的要求而定。在非巖基上，一般均采用底流消能，并在末端設(shè)置消力池。在巖基上，當(dāng)溢洪道尾端有較陡邊坎時(shí)，采用挑射消能較為有利，因而常被采用。根據(jù)工程實(shí)踐鼻坎形式以矩形差動(dòng)式最好，但鼻坎以上陡坡最好做成矩形斷面，千萬不可作成梯形斷面，避免采用扭坡與鼻坎銜接。（5）側(cè)槽段（指側(cè)堰深槽式溢洪道）該段布置應(yīng)垂直于來水流向，其長度可根據(jù)等高線向上游延伸，水流特點(diǎn)是側(cè)向進(jìn)流，縱向泄流。側(cè)堰與深槽連接的漸變過渡段，其收縮角應(yīng)控制在12°左右，其長度一般為槽內(nèi)水深的35倍，其主要作用是避免槽內(nèi)波動(dòng)和橫向旋滾的水流直接進(jìn)入陡坡段。2.3合理選用計(jì)算公式、參數(shù)，認(rèn)真作好水力計(jì)算和結(jié)構(gòu)計(jì)算，重視襯砌設(shè)計(jì)為保證建筑物安全穩(wěn)定，