東溝水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程溢洪道設(shè)計(jì)

李楊

撫順市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，遼寧撫順 113000

東溝水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程溢洪道設(shè)計(jì)

李楊

撫順市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，遼寧撫順 113000

首先確定了溢洪道工程總布置，并分別從溢洪道水力計(jì)算、控制段結(jié)構(gòu)計(jì)算、陡槽邊墻穩(wěn)定計(jì)算等方面進(jìn)行水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)。

水庫(kù)除險(xiǎn)加固；溢洪道；工程設(shè)計(jì)

reservoir reinforcement; spillway; designing

東溝河屬太子河流域，馬圈子河支流，東溝水庫(kù)位于東溝河上，距撫順縣馬圈子鄉(xiāng)東溝村0.8公里，是一座小（1）型水庫(kù)，水庫(kù)總庫(kù)容149.43萬(wàn)m3，東溝水庫(kù)工程等別為Ⅳ等，溢洪道等級(jí)為4級(jí)。

1 溢洪道布置

溢洪道位于大壩右側(cè)，為開敞式正堰溢洪道。溢洪道由進(jìn)口段、控制段、收縮段、泄槽段、消能段組成。

樁號(hào)0+000～0+015.31是進(jìn)口段，底板高程為335.00m，為漿砌石結(jié)構(gòu)，兩岸導(dǎo)流墻維持現(xiàn)狀不變。

樁號(hào)0+015.31～0+025.50為堰體控制段，堰長(zhǎng)10.19m，堰頂寬度為18.0m。原溢流堰堰型為梯形堰，堰頂高程336.40m，堰體為漿砌石結(jié)構(gòu)，外包混凝土，堰體剝蝕嚴(yán)重，形狀不規(guī)則，過(guò)流能力差。故本次加固設(shè)計(jì)將原溢流堰全部拆除。新建溢流堰堰型為WES實(shí)用堰，結(jié)構(gòu)采用整體式，堰頂高程336.40m，溢洪道寬18.0m。

樁號(hào)0+025.50～0+033.50為收縮段，寬度由18.0m收縮到16.0m，底高程從331.40m降到329.00m。

樁號(hào)0+033.50～0+064.50為陡坡段，總長(zhǎng)度31.0m，底寬16.0m。底高程從329.90m降到322.80m，比降為i＝0.221，由于水流流態(tài)不好和施工質(zhì)量較差，在高速水流的作用，混凝土產(chǎn)生氣蝕破壞，本次加固設(shè)計(jì)將原有底板全部拆除，澆筑400mm厚鋼筋混凝土底板，邊墻表面200mm混凝土拆除，澆筑200mm厚鋼筋混凝土。

樁號(hào)0+064.50～0+070.50為消能段，原挑坎由于氣蝕和施工質(zhì)量差，底板全部沖毀，消能效果不明顯，入河余能較大，沖刷嚴(yán)重。本次設(shè)計(jì)消能方式仍采用挑流消能，消能段結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土，消能段長(zhǎng)為6.0m，底寬為16.0m，挑坎反弧半徑為9.0m，挑角26°，坎頂高程323.51m；挑坎末端設(shè)齒墻。邊墻表面混凝土脫落較嚴(yán)重，本次設(shè)計(jì)將原表面作0.2m厚的混凝土護(hù)砌。

2 溢洪道水力計(jì)算

2.1 溢流堰堰面曲線計(jì)算

溢流堰下游堰面采用WES冪曲線，其后為直線段，后接R=9m的反弧段。

將上述各值代入公式得曲線方程為：x1.85=4.287y，其中0≤X≤2.2。堰面曲線計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 溢流堰堰面曲線計(jì)算成果表 單位：m

上游堰頭采用雙圓弧曲線，R1、R2、a、b取值按《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》SL253-2000中表A.1.1選取，R1＝0.5Hd＝1.226m，R2＝0.2Hd＝0.491m，a＝0.175Hd＝0.429m，b＝0.282Hd＝0.692m。

2.2 泄流能力計(jì)算

東溝水庫(kù)溢洪道溢流堰堰型為WES標(biāo)準(zhǔn)型堰，凈寬18.0m，堰頂高程336.40m，堰上無(wú)閘門。

溢流堰為堰型為WES標(biāo)準(zhǔn)型堰，泄流能力按《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》SL253-2000中的A.2.1-1泄流公式計(jì)算：

式中：Q—泄流量，m3/s；B—總凈寬，B=18.0m；

H0=H＋V2近/2g；g—重力加速度，g=9.81m/s2；m—流量系數(shù)；ε—閘墩側(cè)收縮系數(shù)；ζk—邊墩形狀系數(shù)，取0；ζ0—中墩形狀系數(shù)，取0；σs—淹沒(méi)系數(shù)，可由《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》A.2.1-3表得。

由上式求得溢流堰泄流能力曲線見表2。

表2 水庫(kù)水位～泄量關(guān)系

2.3 陡槽水力計(jì)算

①起始斷面水深計(jì)算

陡槽起始斷面為0+25.50，按規(guī)范SL253-2000式A.3.1-3計(jì)算該處水深h1=0.965m。

②陡槽水面線計(jì)算

陡槽水面線根據(jù)能量方程，采用規(guī)范SL253-2000中的公式，用分段求和法計(jì)算，并考慮摻氣水深。

③溢洪道陡槽邊墻安全加高按公式：

H＝hb+Δh

式中：△h為安全加高值，取0.5m（P=0.33%）和1.5m（P=3.33%）。

陡槽段不同頻率水面線計(jì)算結(jié)果見表3、4。

表3300 年一遇洪水Q=191.61m3/s計(jì)算結(jié)果

表430 年一遇洪水Q=114.88m3/s計(jì)算結(jié)果

根據(jù)《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》SL253-2000的規(guī)定以及溢洪道水面線成果表，陡槽段邊墻高程確定為30年一遇洪水設(shè)計(jì)水面線（含波動(dòng)及摻氣水深）加1.5m的超高，可以滿足300年一遇校核洪水安全泄流。

④消能防沖設(shè)計(jì)

本工程溢洪道消能防沖設(shè)計(jì)采用連續(xù)式挑流消能方式。挑射角θ=26°，鼻坎反弧半徑R=9.0m，挑坎段長(zhǎng)6.0m?？岔敻叱?23.51m，可以保證自由挑流。

沖刷坑最大水墊深度計(jì)算公式為：

式中：T—自下游水面至坑底最大小墊深度，m；q—鼻坎末端斷面單寬流量，m3/（s!m）；Z—上、下游水位差，m；k—綜合沖刷系數(shù)，由表A.4.2查得，k=1.0。計(jì)算結(jié)果見表5。

表5 沖刷坑深度計(jì)算表

挑流水舌外緣挑距計(jì)算依據(jù)規(guī)范SL253-2000A.4.1條，挑距計(jì)算結(jié)果見表6。

表6 挑流水舌外緣（挑距計(jì)算）

3 陡槽邊墻穩(wěn)定

本次加固設(shè)計(jì)堰體結(jié)構(gòu)型式為整體式，故不需要進(jìn)行溢洪道控制段結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計(jì)算。

溢洪道陡槽段左右邊墻為漿砌石擋墻，外包混凝土，經(jīng)多年風(fēng)化邊墻表面混凝土脫落，鋼筋外露，本次加固設(shè)計(jì)將原陡槽段邊墻表面200mm混凝土拆除，重新護(hù)砌表面混凝土，斷面型式與原來(lái)一致，結(jié)構(gòu)滿足穩(wěn)定要求。

Designing for Donggou Reservoir Reinforcement

Li Yang
(Water Resource Investigation and Design Institute of Fushun City, Fushun 113000, Liaoning, China）

First the General layout of spillway was determined. And then, this paper do the designing of the reservoir reinforcement project according to the calculation of hydraulic calculation of spillway, control structures, steep tank side wall stability and so on.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.08.045