大伙房水庫主溢洪道改建設計

周 敏，郭 鋒

(遼寧省水利水電勘測設計研究院，沈陽110006)

1 工程概況

大伙房水庫是渾河干流上一座以防洪、灌溉、供水為主，兼顧養(yǎng)魚和發(fā)電等綜合利用的大型控制性水利樞紐工程，控制流域面積5 437.00 km2，占渾河流域面積的47.40%，總庫容22.68 ×108m3。為大(1)型水庫，按1 000 a 一遇洪水設計，設計水位136.63 m，可能最大洪水校核，校核水位139.32 m。

樞紐工程主要由主壩、一副壩、二副壩、輸水洞、主溢洪道、第一非常溢洪道、第二非常溢洪道、(本次加固設計改建成擋水副壩)、電站及城市供水取水口組成。主溢洪道位于主壩右岸，為5 孔直泄陡槽式溢洪道，每孔凈寬10.4 m，溢流總凈寬52.0 m。堰頂高程125.0m，堰高3.0m。溢流堰面為克－奧非真空實用堰。閘門尺寸10.4 m×7.0 m(本次改建設計為10.4 m×8.7 m)［1］。

2 主溢洪道現(xiàn)存問題

本次除險加固設計對主溢洪道泄流能力重新進行了復核，并通過水工模型試驗加以驗證，經(jīng)本次設計復核，現(xiàn)主溢洪道工作橋面高程、翼墻及陡槽段邊墻頂高程;閘門最大開度時門緣底高程、閘門支鉸高程及閘門高度和啟閉機均不滿足新洪水條件下的設計要求。分析成果如下:

2.1 主溢洪道堰上水面線復核

水工試驗結(jié)論表明，在高水位泄流時，堰下形成淹沒出流，流量系數(shù)明顯降低;而且理論公式計算與查表法所得泄流曲線都不能反映實際情況，故本次設計堰面水舌曲線采用水工模型試驗結(jié)果。

1)從試驗曲線可以看出:在校核洪水情況下，閘門底緣和門支鉸均淹沒在水面線以下，故不滿足《水利水電工程鋼閘門設計規(guī)范》SL74—95 中關(guān)于:閘門底緣及閘門支鉸應避開水面漂浮物撞擊”影響的要求。

2)經(jīng)對溢洪道控制段、收縮段及陡槽段水面線復核，現(xiàn)有翼墻結(jié)構(gòu)的高度和泄流斷面的抗沖刷能力均不能滿足主溢洪道安全運行的設計要求。

3)本次加固設計方案的水庫調(diào)度方式要求主溢洪道必須錯峰運用。錯峰水位為133.0m，比原閘門擋水位高1.5m。因此閘門高度不能滿足設計要求。

2.2 主溢洪道水工結(jié)構(gòu)檢測結(jié)論

1)閘墩、邊墻普遍存在著貫穿性的水平施工縫。

2)閘墩、邊墻及溢流堰混凝土抗壓強度達到20 MPa，但混凝土含氣量較低，氣泡間距系數(shù)大，不滿足嚴寒地區(qū)抗凍要求，使得水位變化區(qū)存在著明顯的凍融破壞，表面出現(xiàn)剝蝕、骨料外露現(xiàn)象。

3 主溢洪道加固改建設計

3.1 主溢洪道改建工程布置

主溢洪道原軸線布置不變。原有溢流堰體和進水渠段、控制段、收縮段、陡槽段的邊墻與底板均保留不動，僅對其進行加高處理。即對4個中墩及上部結(jié)構(gòu)全部拆除重建。對控制段邊墻和陡槽段邊墻進行加高處理。

改建后的主溢洪道，堰頂高程仍為125.0 m，堰高3.0 m。泄流總凈寬52.0 m，閘墩厚2.0 m，堰體總寬度為60.0 m。檢修橋頂高程為141.5 m，橋?qū)?.88 m，左端與主壩壩頂交通路連接，右端通過連接段與第一非常溢洪道檢修橋連接。工作橋設在閘墩下游側(cè)，工作橋頂高程140.0 m，橋?qū)?.5 m。門支鉸高程131.5 m。閘門最大開啟高度時門緣底高程137.0 m。主溢洪道仍設5個溢流孔，工作閘門型式為液壓式弧形鋼閘門，閘門尺寸10.4 m ×8.7 m。在工作門前設檢修門，其型式為疊梁式平板鋼閘門。

3.2 水力計算與加固設計

3.2.1 主溢洪道水位—泄量關(guān)系曲線

主溢洪道防洪標準為1 000 a一遇洪水設計，可能最大洪水校核。設計洪水總泄量為3 693.0 m3/s(試驗值);相應庫水位為136.63 m，校核洪水總泄量為4 511.0 m3/s(試驗值)，相應庫水位為139.32 m。主溢洪道水位與泄量關(guān)系見表1。

表1 大伙房水庫主溢洪道水位—泄量關(guān)系

3.2.2 主溢洪道溢流堰水面曲線

依據(jù)大連理工大學《大伙房水庫除險加固工程水工模型試驗報告》，主溢洪道堰上水面曲線見圖1 所示。

圖1 主溢洪道堰上水面曲線

本次設計確保設計洪水、PMF 洪水水流漂浮物不沖門鉸;在PMF 洪水時保證水流不淹閘門底緣。

3.2.3 主溢洪道收縮段水面曲線

收縮段位于0 +20 ～0 +70 樁號，斷面寬度由始端60.0 m收縮至未端25.0 m，邊墻收縮角較大(Φ =19.3°)。因此，在此收縮段內(nèi)，水流受沖擊波和水流摻氣的影響，流態(tài)復雜。主溢洪道收縮段水面曲線坐標見表2。

表2 主溢洪道收縮段水面曲線 m

根據(jù)上表試驗結(jié)果，考慮水面曲線加摻氣超高，收縮段邊墻需加高4.0 ～7.6 m。

3.2.4 陡槽段水面曲線

陡槽段加固改建按側(cè)墻加高方案設計實施。故陡槽段過流斷面為矩形截面，根據(jù)水流流態(tài)判別為非均勻流。采用水工模型實驗結(jié)果作為依據(jù)來設計陡槽段邊墻加高部分，墻頂高程為PMF 洪水摻氣水面線高程加安全超高，安全超高1.0 m。主溢洪道邊墻加高見表3。

表3 主溢洪道邊墻加高計算成果表 m

3.3 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及應力計算

主溢洪道控制段穩(wěn)定計算、應力計算、墻加高后抗滑與抗傾穩(wěn)定計算均滿足規(guī)范及設計要求。

［1］佟曉娜，周慶東，魏長勇，王婷. 大伙房水庫主溢洪道加固原因分析及方案確定［J］. 安徽農(nóng)業(yè)科學，2007(24):348 －349.