中小型水库溢洪道设计中的问题及其应采取措施
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摘要：溢洪道设计的是否合理直接关系到整个工程的造价，而且也影响到水库的安全问题。中小型溢洪道的造价占水库枢纽工程总造价的比例较大，所以溢洪道的设计在整个水库工程设计中是一个比较重要的环节。本文结合现有中小型水库溢洪道布局设计中存在问题及其在实际工作中经验，对其进行探讨及其研究，以便以后具有借鉴之意义。
关键词：中小型水库；溢洪道；问题；措施
Abstract: The spillway design is reasonable is directly related to the cost of the whole project, but also affect the safety of reservoirs. The cost of small and medium-sized spillway accounts for a larger proportion of the total cost of the Reservoir Project, the spillway design is an important part in the entire reservoir engineering. In this paper, existing small and medium-sized reservoir spillway layout design problems in practical work experience, to explore and research, in order to draw the meaning later.
Keywords: small and medium-sized reservoirs; spillway; problem; measures
中图分类号：TV651.1文献标识码： A 文章编号：
引言
溢洪道设计具有非常重要的作用，它直接影响着整个工程的是否能够用到现实中，充分发挥它的防洪减压作用，溢洪道合理的设计能够提高施工的效率，降低成本，这样就能控制投资成本，按照预算的资金进行施工。土石坝一般中小型溢洪道，约占水库枢纽工程造价的30%，故溢洪道合理的布局和选型，在水库工程设计中是一个比较重要的环节。如果能够有效地控制成本，这将会是很大一部分收益，所以坚决把好设计大关。笔者结合现有中小型水库溢洪道布局设计中存在问题及其在实际工作中经验，对其进行探讨及其研究，以便以后具有借鉴之意义。
2.1 溢洪道实际设计中所采用的标准较低
溢洪道是保证水库在洪水期间安全的重要设施，由于受工程造价的限制, 中小型水库的设计所采取的标准往往偏低，如洪水的洪峰、洪量偏小，必然带来溢洪道设计尺寸偏小，造成泄流能力不足，在汛期不能保证水库的安全。
2.2 溢洪道设计的进出口布置不合理
布置上溢洪道设计其进、出口段距坝身太近，溢洪道和坝肩间仅有单薄的山脊相隔，进口段也没有进行有效地护砌，泄洪时一旦发生冲蚀的现象，将危及坝肩的安全；而有些溢洪道的设计其陡槽末端和坝脚紧贴，如发生横流的冲刷，更加易于危及坝脚的安全，所以这两种情况都对大坝运行的安全很不利。
2.3 溢洪道弯道半径设计过大
溢洪道设计的弯道半径过大及其收缩过剧，对溢洪道的泄流十分不利，尤其在溢洪道陡坡段布置有弯道时，流势剧烈变化、弯道流态导致两岸产生了水面差，凹岸水面壅高，并在下游衔接的平直段内产生折冲水流，直接影响着泄流能力和效果。陡坡段过剧收缩，也会发生壅水与流态变化，并对溢洪道衬砌造成冲击。
2.4 溢洪道平面布置及其纵横剖面设计不当
溢洪道纵横剖面及平面布置设计不当，陡坡设计比降过陡，部分溢洪道布置在非岩性山坡上，其底部们没有做有效反滤的衬砌，导致渗水后易于产生滑坡。在横断面设计中，有些工程对两侧山坡开挖坡度注意不够，加上衬砌厚度偏薄，未满足抗滑抗倾的稳定，也易造成坍方与滑坡；平面布置上存在着上与下游断面连接不配套，形成瓶颈现象，从而影响泄洪的能力；
2.4水利设计及其计算存在问题
现有水力设计方法尚不够完善，如溢洪道进口布置有引洪平流段的情况下，水力计算中忽略了平流段进口水位的壅高，产生水头损失。而实际壅高有时较大，不可忽视。其设计对溢洪道的消能工设计考虑不够，或者型式选择不当，导致消力墙长度和深度均不能满足需要，消能不够充分，致使下游河段发生严重冲刷。
2.5 结构设计时未充分考虑基础特点
结构设计中对泄洪的特点与基础特点考虑不合理，溢洪道下泄的高速水流具有很强的冲击力, 急流掺气与脉动现象十分显著，常会产生剧烈震动；有些溢洪道用低强度的浆砌石砌护，砌护厚度和高度均不能适应结构稳定的要求，不能抵抗高流速的冲刷；有些非岩基的溢洪道设计，底部没有反滤排水设备，易于发生塌滑；有些大面积砼衬砌未设伸缩沉陷缝，导致溢洪道衬砌发生一些裂缝，导致工程安全受到影响。
溢洪道设计中应该采取的措施
溢洪道设计中的基本资料是否充分与完善，选用的设计标准是否合理，都影响到整个工程的安全和经济效益。对规划及其布局、水力及其结构计算方面存在的问题进行提出了处理方法及其对策。
3.1规划及其布局
溢洪道工程的规划布局应尽量利用有利地形地貌，保证工程安全同时取得经济效益，如主坝口子狭窄无法布置正堰则可考虑选择侧槽式溢洪道。其规划布置的主要原则: 基础坚硬且均匀，无弯道，出口远离坝体；工程严禁布置在崩塌体或滑坡地段。溢洪道通常由四个主要部分组成: 引流段、控制段、泄流段和消能工。
引流段：为引流的平顺，其进口形状一般做成喇叭口；为减小损失，其长度不能过长。引流段截面一般选用矩形或梯形，当流速是1-2m/s时可不砌护，与坝端邻近和紧接控制建筑物的范围内应砌护。
控制段：为使泄流均匀，可使近口水流垂直于控制段建筑物，根据地形条件及其泄流需要来设置宽顶堰，堰宽度可按允许单宽流量选定。应使堰顶宽度是3h( h是为堰上水头，单位m)；为使水流平顺，堰口与其上游引流段可用渐变段连接，其收缩角在12%左右。
泄流段：该段平面均应用直线布置，并尽量避免设置弯道，以免引起流态的急骤变化；其纵断面设计应因地制宜，根据地质、地形而选用缓坡、多级跃水等多种形式；陡坡段应采用均一比降；由于泄水段流速很高，故应尽量布置在岩基上，如为非岩基则该段衬砌厚度应按允许流速与地质条件选择进行设计。如需大面积砼衬砌则应按地质情况，结合温度变化布置沉陷缝和伸缩缝，两侧边坡可仅设横缝，底部则应设纵横缝，间距宜为8~12 m，在衬砌底部需敷设排水反滤料；考虑高速水流掺气特点，边坡砌护高度应有适当的超高。
消能工：在泄水段末端需设置消能工，具体选择型式要根据地质、地形及其水力条件而定，宜采用多级跃水。在非岩基上一般都采用底流消能，并在末端设置消力池。如为远驱式水跃, 由于极易造成冲刷，此时可考虑采用差动式消力的槛形式；在岩基上如溢洪道尾端有较陡边坎时，宜采用挑射消能较好。
3. 2 水力计算
为使水力计算与工程特性相一致，故正确选用计算公式十分重要。关于引流段的水力计算，可采取自下游控制断面向上游反推求水面曲线的方法进行，引流段进口处端须先计算水位壅高，才能求得泄洪时正确的库水位。关于控制段汇流的计算，可根据《溢流堰水力计算设计规范》建议的方法计算，正确采用流量系数的同时和选用的堰型相一致。
3.3 结构计算
为保证建筑物安全稳定，结构计算是必须的。除了护坡及挡土墙的稳定可按一般方法计算外，必须进行陡坡面砌护厚度和消力池底板稳定的分析，对挑射消能要对鼻坎的稳定和基础应力进行计算校核。
陡坡护砌的厚度应满足滑动安全，设置伸缩缝沉陷缝的同时，坡面砌护类似大面积薄板，对基础应力和倾复稳定可不必进行计算，其控制条件是滑动稳定，作用在护面上的滑动力主要有水流拖泄力、砌体自重顺坡方向的分力及护面凸体产生的阻力；抗滑力则包括砌体自重垂直坡面的分力和水流静压力、护面上的渗透压力和上举力，其抗滑安全系数宜为1/5~ 1/3。
消力池底板厚度应满足抗浮稳定要求，由于底板四周边界的约束作用比较稳定，所以仅需对其抗浮要求进行稳定计算。其底板上的上浮力主要包括渗透压力、底板上凸出体产生的上举力、脉动压力，抗浮力包括底板上的水重和底板的浮重，其抗浮安全系数宜为1/5~ 1/3。
挑流鼻坎的尺寸应满足滑动稳定、倾覆稳定和允许的基础应力。作用于鼻坎的水平推力包括水流的拖泄力，其鼻坝曲面离心力的水平分力和鼻坎上凸出体产生的水平分力。计算鼻坎的滑动和倾覆稳定时其要求抗滑安全系数是1/5~ 1/3，抗倾安全系数是1/5，计算上述各力的合力，为了避免发生不均匀沉陷，其作用点应位于基础面中三分点之内，基础最大和最小应力比值宜为3~5。
结论
本文结合现有中小型水库溢洪道布局设计中存在问题及其在实际工作中经验对其进行了探讨，对规划及其布局、水力及其结构计算方面存在的问题提出了相应的处理方法及其对策。以便以后具有借鉴之意义。
参考文献：
[1] 夏连富,江新春.小型水库溢洪道基础抗冻措施[J].水利科技与经济,2008(6):493.
[2] 陈 芳. 水库溢洪道设计计算的探讨[J].水利科技与经济,2009(7):568-569.
[3] 华东水利学院主编.《水工设计手册》第六卷泄水与过坝建筑物.水利电力出版社.