土石坝中小型水库溢洪道加固设计
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[摘 要]溢洪道设计是中小型水库设计中的重要内容之一，中小型水库溢洪道是防止洪水泄露、溢出的关键，因此要保证溢洪道在设计阶段不出现重大差错，防止因设计出现施工隐患，保障水库的安全。文章对土石坝中小型水库溢洪道加固设计进行了讨论。
[关键词]土石坝；中小型水库；溢洪道加固设计
中图分类号：TU522 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）08-0151-01
土石坝中小型水库溢洪道加固设计方案不仅直接影响到水库的安全，而且关系到整个工程造价，合理的溢洪道加固设计方案是中小型水库除险加固设计中一个重要的环节。
一、中小型水库溢洪道设计中存在的问题
1、盲目压缩投资
许多负责人员没有认识到溢洪道设计对于水库设计的重要性，因此，容易压缩该阶段的投资。在中小型水库的建设当中，可能会过多的考虑工程造价的控制，而在溢洪道的设计中设法降低对其的建筑投入，如降低洪水标准、选取数据过低，由此就最终导致溢洪道体积偏小。
2、溢洪道的位置出现问题
一些水利工程在设计溢洪道时没有充分考虑到位置的重要性，有些溢洪道进出口紧连坝身，溢洪道和坝肩相隔的山脊十分单薄，如未对进口段实施有效护砌，一旦在泄洪时出现冲蚀情况，坝身的安全直接受到威胁。另外，有些设计将坝脚位置与陡槽末端位置相连，一旦出现横流冲刷，没有距离进行缓冲，将直接危及到坝脚的安全。
3、溢洪道设计尺寸较小
许多时候，为了节约工程资金，设计人员会缩小溢洪道设计的尺寸，在设计小型水库时常常要考虑到工程的资金消耗，而又必须要使得设计达到建筑工程的标准，在资金和标准的双重压力下，很多设计师常常会将设计尺寸进行改动，缩短尺寸大小，随之引起参考的洪峰与洪量等洪水数据发生异常变化。
二、中小型水库溢洪道的解决方法
1、溢洪道的规划布局
溢洪道工程的规划布局应选择有利的地理位置，兼顾投资与安全。规划布局的原则主要包括几点：基础坚硬均一，流道平直无阻，线路短，出口与坝体保持安全距离；工程避开崩塌或滑坡体。溢洪道通常由引流段、控制段、泄流段和消能工四个部分组成。
（1）引流段
为实现平顺引流，减小损失，引流段的进口形状应为喇叭口且长度不能过长。受地形限制必须建立弯道的引流段，弯道与下游的衔接处与出口端应远离坝脚，且尽量平缓，避免水流冲刷拔脚。矩形或者梯形截面一般是引流段截面的首选，紧接控制建筑物和坝端邻近的范围内要砌护一定长度，一般当水流速度小于1―2m/s时则不需要砌护，除坚硬的基石外，弯道两侧的凹岸也应砌护。
（2）控制段
近口水流应与控制段建筑物垂直，再根据地形条件设置实用断面堰或宽顶堰，以满足泄洪需要。可根据允许单宽流量选定堰宽度，应使堰顶宽度小于或等于3h堰（除近口段布置有引流段外），以达到泄流均匀的目的。为了使水流平顺，应使用渐变段进行堰口和上游引流段的连接，收缩角应控制在12b左右。较宽的堰体可在横向设置沉陷缝和温度缝，可按10m―15m间距布设。
（3）泄流段
泄流段纵断面设计应根据实际的地理条件选择多级跃水、陡坡或缓坡或者等形式；泄流段平面均采用直线布置，并避免设置扭坡与弯道随着流态急骤变化，甚至造成负压；陡坡段则应使用均一比降；泄流段尽量设计在岩基之上，避免高流速冲刷，新岩基可不砌护。布置在非岩基上的泄洪道则应根据地质条件以及允许流速进行衬砌。若布置在松软风化岩石上必须采用0.2m厚的砼或者0.3m―0.5m的浆砌石作砌护，并且加设锚固筋。大面积的混凝土衬砌沉陷缝与伸缩缝则应根据地质条件与温度变化来布置，可在两侧边坡设置横缝，在底部则设置纵横缝，一般间距为8―12m，并在衬砌底部设排水反滤料。边坡砌护的高度应适当增加，防止高速水流出现渗水后产生的冲击。
（4）消能工
消能工一般设置在泄洪段的末端，根据水利条件和地理条件选择型式。溢洪道尾部的跃流段最好能使其泄流方向距离坝脚100m―150m。一般对设置在非岩基上的溢洪道采用底流消能，并在尾部设置消力池。若是远驱式水跃一般使用差动式消力槛形式，消力槛形式则适用于泄洪量较小的情况。
挑射消能一般使用在于设置在岩基上的溢洪道尾部有较为陡峭的边坎，这种消能形式能够省去海漫、护坦以及消力池等工程，并且具有造价低廉、工程量少等优势，在水利建设中被广泛使用。
（5）侧槽段
侧槽段的布置可根据等高线将长度延伸至上游，垂直于来水方向，有侧向进流、纵向泄洪的水流特点，深槽与侧堰连接的渐变过渡段，一般收缩角度以10―15b为宜，长度为槽内水深的3―5倍。起到避免槽内横向旋滚与波动的水流直接流入陡坡段的作用。
2、结构设计
对不同情况，结构设计内容与方法如下：有些中小型水库现状溢洪道存在较大转角的弯道和横向宽度收缩过剧，对泄流十分不利，受限于工程投资，又不能较大地改变现有溢洪道平面布置，但弯道流态、流势剧烈变化，导致二岸产生了水面差，这时凹岸水面壅高，并在下游衔接的平直段内产生折冲水流，大大影响了泄流能力和消能效果；另外陡坡段或缓流段的过剧收缩，也会发生显著的壅水和流态变化，并对溢洪道衬砌造成冲击。因此，在设计两岸边墙时，需进行弯道水面壅高及收缩断面的冲击波计算，合理确定边墙高度。非岩性基础上陡坡护砌，底部需做有效的反滤及排水设施，否则渗水后易产生滑坡，结构上也不稳定。消能型式常采用底流消能，若下泄单宽流量较大，受限于地形条件，可在消力池中增加T型墩，有效减少消力池长度，或在消力池陡坡上增设台阶式消能工。在结构设计中应对泄洪的特点和基础特性考虑周全。溢洪道下泄的高速水流具有很强的冲出力，急流的掺气和脉动现象十分显著，常会产生剧烈的震动，因此，需采用较高标号的浆砌石或砼护砌，以抵御高流速的冲刷。导流段进口形状最好做成喇叭口，为减小损失其长度不宜过长，当流速≤1―2m/s时一般可不砌护。控制段与上游导流段宜采用渐变段连接，收缩角以12°左右为宜。非岩基上泄槽段护砌厚度应按允许流速与地质条件选择进行设计，一般浆砌石0.5m―1m，混凝土0.2m―0.5m，钢筋混凝土0.15m―0.3m。新鲜岩基上的泄槽段，可不护砌；松软风化岩石仍须采用0.3m―0.5m的浆砌石或0.2m的混凝土护砌。
3、加固措施选择
土石坝中小型水库溢洪道存在问题较多，按新建标准进行设计，投资较大，因此，只能对影响泄洪安全的部位进行加固，常见的加固措施如下：
没有导流程。中小型水库溢洪道一般没有导流段，根据实际需要确定是否增加导流段。坝肩式溢洪道常在控制段前增设导流段，底板高程稍低于控制段，临坝侧边墙采用圆弧或椭圆型式，墙顶高程沿坝坡变化；山坳式溢洪道一般不另外增加导流段。增加溢流宽度。按照泄洪标准复核控制段规模，若现状溢洪道泄洪能力不满足要求，则需拓宽溢洪道，增加溢流宽度。进口无控制段。对此需增加控制堰。常用的堰型有宽顶堰与实用堰，控制段上、下游地面高程相差不多时，可采用平底宽顶堰；上、下游地面高程相差1―2m时，可采用驼峰堰；上、下游地面高程相差超过2m时，可采用WES型实用堰。坝肩式溢洪道。若临坝侧边墙破损，则必须拆除重建，为控制绕坝渗流，新建边墙可采用扶壁式挡土墙。增设护砌。土基或风化岩基上底板及两岸边坡需增设护砌，局部破损的护砌需修复。少数溢洪道岩石边坡坍塌。可结合地质情况，分别采取喷锚、钻排水孔或修建挡渣墙等处理措施。泄槽底坡变化较多的溢洪道。若单宽流量不大，可维持现有底坡不变，避免较大的土石方开挖；若单宽流量较大，则尽量采用单一底坡。无消能设施的溢洪道。对此种溢洪道若末端为岩石，则无需另建消能设施；若末端为土质冲坑，则需新建消能设施，一般采用底流消能型式。
三、结语
水库溢洪道设计是一项复杂的工程，水库的溢洪道设计直接影响着整个工程在现实使用中是否能达到预期效果，保证其防洪泄洪的作用能够充分发挥，是整个水库设计建设十分重要的一个环节，因此，工程在进行规划设计时，一定要充分投入时间与资金并严格把关。
参考文献
[1] 梁颜红。中小型水库溢洪道设计探讨[J].珠江现代建设，2010.
[2] 张沁生。浅谈小型水库溢洪道设计[J].科技资讯，2011.