中小型水庫(kù)溢洪道設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題及其對(duì)策44883

1、中小型水庫(kù)溢洪道設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題及其對(duì)策中小型水庫(kù)溢洪道設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題及其對(duì)策摘要：要：溢洪道的設(shè)計(jì)和布置合理與否，不僅直接到水庫(kù)的安全，而且關(guān)系到整個(gè)工程造價(jià)。土石壩一般中小型溢洪道，約占水庫(kù)樞紐工程造價(jià)的25~30%及勞動(dòng)力的25%，故溢洪道合理的布局和選型，在水庫(kù)工程設(shè)計(jì)中是一個(gè)比較重要的環(huán)節(jié)。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：土石壩中小型水庫(kù)溢洪道常見(jiàn)對(duì)策溢洪道的設(shè)計(jì)和布置合理與否，不僅直接影響到水庫(kù)的安全，而且關(guān)系到整個(gè)工程造價(jià)。土石壩一般中

2、小型溢洪道，約占水庫(kù)樞紐工程造價(jià)的25~30%及勞動(dòng)力的25%，故溢洪道合理的布局和選型，在水庫(kù)工程設(shè)計(jì)中是一個(gè)比較重要的環(huán)節(jié)。1常見(jiàn)問(wèn)題1.1溢洪道是洪水期間保證水庫(kù)安全的重要設(shè)施，中小型水庫(kù)由于受工程造價(jià)的限制，其設(shè)計(jì)采用的洪水標(biāo)準(zhǔn)往往偏低、選用洪水?dāng)?shù)據(jù)（洪峰、洪量）偏小，因而必然帶來(lái)溢洪道設(shè)計(jì)尺寸偏小，再加上周邊巖體風(fēng)化坍落，往往造成泄流能力不足，因而不能保證安全泄洪。1.2在布置上，某些工程設(shè)計(jì)的溢洪道其進(jìn)出口段離壩身太近，壩肩

3、與溢洪道之間僅有單薄的山脊相隔。進(jìn)口段如未進(jìn)行有效的護(hù)砌，泄洪時(shí)一旦發(fā)生沖蝕現(xiàn)象，將危及壩肩安全，有些設(shè)計(jì)的陡槽末端與壩腳緊貼，如果發(fā)生橫流沖刷，更易危及壩腳安全，因此這二種情況均對(duì)大壩的運(yùn)行安全十分不利。1.3溢洪道設(shè)計(jì)的平面彎道半徑過(guò)大和收縮過(guò)劇，對(duì)泄流十分不利。特別在溢洪道陡坡段布置有彎道時(shí)，由于彎道流態(tài)、流勢(shì)劇烈變化，導(dǎo)致二岸產(chǎn)生了水面差，這時(shí)凹岸水面壅高，并在下游銜接的平直段內(nèi)產(chǎn)生折沖水流，大大影響了泄流能力和消能效果。另外陡

4、坡段或緩流段的過(guò)劇收縮，也會(huì)發(fā)生顯著的壅水和流態(tài)變化，并對(duì)溢洪道襯砌造成沖擊，如砌護(hù)過(guò)高會(huì)增加投資，砌護(hù)過(guò)低了又不安全。1.4溢洪道縱橫剖面及平面布置設(shè)計(jì)不當(dāng)，比較突出的問(wèn)題是陡坡設(shè)計(jì)比降過(guò)陡。部分溢洪道布置在非巖性山坡上，其底部未做有效的反濾襯砌，致使?jié)B水后易產(chǎn)生滑坡；結(jié)構(gòu)上也不穩(wěn)定。在橫斷面設(shè)計(jì)中，有些工程對(duì)兩側(cè)山坡開(kāi)挖坡度注意不夠，有的過(guò)陡，加上襯砌厚度偏薄，不能滿足抗滑抗傾穩(wěn)定，也易造成坍方和滑坡；平面布置上，存在著上下游斷面連

5、接不配套，形成“瓶頸”現(xiàn)象，從而影響了泄洪能力；此外溢洪道末端與河道銜接部分注意不夠，導(dǎo)致有的末端高出河床很多，有的末端未做砌護(hù)處理，常造成嚴(yán)重沖刷，并向上延伸，直至整個(gè)建筑物破壞。1.5現(xiàn)有水力設(shè)計(jì)尚不夠完善，如溢洪道進(jìn)口布置有引洪平流段的情況下，由于水力中忽略了平流段時(shí)進(jìn)口水位的壅高（即水頭損失）。而實(shí)際壅高有時(shí)較大，不可忽視。有些設(shè)計(jì)對(duì)溢洪道的消能工的設(shè)計(jì)考慮不夠充分，或者型式選擇不當(dāng)，導(dǎo)致消力墻長(zhǎng)度和深度均不能滿足需要，消能不夠

6、充分，致使下游河段發(fā)生嚴(yán)重沖刷。另在側(cè)槽式溢洪道設(shè)計(jì)中，過(guò)去大多采用“扎馬林法”進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)多年實(shí)踐及水工模型試驗(yàn)證明：使用該法計(jì)算所確定的水面坡降偏小，導(dǎo)致側(cè)槽深度不夠，流量系數(shù)減小，使側(cè)堰局部呈現(xiàn)淹沒(méi)出流，其實(shí)際泄洪流量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的泄量，因而對(duì)工程是不安全的。1.6有些工程在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)泄洪的特點(diǎn)和基礎(chǔ)特性考慮不周，溢洪道下泄的高速水流具有很強(qiáng)的沖出力、由于急流的摻氣和脈動(dòng)現(xiàn)象十分顯著常會(huì)產(chǎn)生劇烈的震動(dòng)；有些溢洪道采用低標(biāo)號(hào)的漿

7、砌石或砼砌護(hù)，且砌護(hù)厚度與邊坡砌護(hù)高度都不能適應(yīng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定要求，因而不能抵御高流速的沖刷；有些非巖基上的溢洪道設(shè)計(jì)時(shí)，底部幾乎沒(méi)有反濾排水設(shè)備，極易發(fā)生塌滑；有些大面積圬工砼襯砌由于未設(shè)伸縮沉陷縫，致使溢洪道襯砌發(fā)生一些裂縫，總之這些都使工程安全受至影響。2設(shè)計(jì)對(duì)策溢洪道設(shè)計(jì)中掌握的基本資料是否充分與完善，選用的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是否恰當(dāng)，均直接影響到整個(gè)工程的安全及，現(xiàn)就有關(guān)問(wèn)題談一些看法：2.1規(guī)劃布局2.2.2控制段的匯流計(jì)算：可根據(jù)“溢流堰

8、水力計(jì)算設(shè)計(jì)規(guī)范”建議的方法計(jì)算，同時(shí)正確選用流量系數(shù)時(shí)并使其與選用的堰型相一致。2.2.3泄流段陡槽水力計(jì)算：推求陡槽段水面曲線的方法較多，如陡槽底寬固定不變時(shí)，可采用BⅡ型降水曲線或用查爾諾門(mén)斯基方法計(jì)算；對(duì)底寬漸變的陡槽段則可用查氏方法分段詳算。2.2.4消能設(shè)施的水力計(jì)算：采取底流式消能可以采用AC:巴什基洛娃圖表計(jì)算。由于巴氏對(duì)各種消能設(shè)備的計(jì)算方法與步驟均較明確、詳細(xì)，計(jì)算省時(shí)又能保證精度；但是我們?cè)谶x定消能設(shè)施的尺寸時(shí)應(yīng)該

9、留有余地，對(duì)于一些重要的中型水庫(kù)其水力計(jì)算成果還應(yīng)通過(guò)模型試驗(yàn)加以驗(yàn)證；至于挑射消能計(jì)算，還未找到一種比較成熟適用的計(jì)算方法。2.2.5側(cè)槽段的水力計(jì)算：過(guò)去采用的“扎馬林法”由于計(jì)算時(shí)采用了均勻流假定，而實(shí)際水流狀態(tài)是沿程變量流，故不符合適用于均勻流的謝才公式，因而與實(shí)際泄流情況有較大出入。近年來(lái)有些水利工作者根據(jù)水流動(dòng)量或能量關(guān)系而建議采用的水面曲線推算的公式比較符合實(shí)際泄流情況，如“西南水工所在《中小型水庫(kù)側(cè)槽式溢洪道的設(shè)計(jì)》一書(shū)

10、中介紹的公式”、“美國(guó)《小壩設(shè)計(jì)》一書(shū)中用的公式”、以及“浙江省《水利科技情報(bào)》77年第三期介紹的南斯拉夫哈丁公式”等均與水工模型試驗(yàn)吻合。其中南斯拉夫的哈丁公式又可結(jié)合實(shí)際驗(yàn)算，計(jì)算方法簡(jiǎn)便、省時(shí)，故可供設(shè)計(jì)。由于側(cè)槽內(nèi)實(shí)際的流態(tài)十分復(fù)雜，故在堰頂對(duì)面的岸坡水面要比平均水位抬高5~20%，因此其設(shè)計(jì)的襯砌的高度、厚度要要考慮上述影響。由于側(cè)槽式溢洪道在側(cè)向進(jìn)流時(shí)，水流的沖擊、摻氣和槽內(nèi)水流波動(dòng)很大，流態(tài)十分復(fù)雜，故精確計(jì)算十分困難，因

11、此對(duì)于重要的大中型水庫(kù)其側(cè)槽式溢洪道設(shè)計(jì)需依據(jù)水工模型試驗(yàn)來(lái)確定其相應(yīng)尺寸。2.3結(jié)構(gòu)計(jì)算為保證建筑物安全穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)計(jì)算是不可缺少的，除一些護(hù)坡及擋土墻的穩(wěn)定可按一般方法計(jì)算外，必須進(jìn)行陡坡面砌護(hù)厚度與消力池底板的穩(wěn)定，而對(duì)挑射消能則應(yīng)進(jìn)行鼻坎的穩(wěn)定與基礎(chǔ)應(yīng)力計(jì)算。2.3.1陡坡的護(hù)砌厚度應(yīng)滿足滑動(dòng)安全，設(shè)置伸縮縫沉陷縫以后，坡面砌護(hù)類(lèi)似大面積薄板，故對(duì)基礎(chǔ)應(yīng)力以及傾復(fù)穩(wěn)定一般可不須計(jì)算，其主要控制條件是滑動(dòng)穩(wěn)定，作用在護(hù)面上的滑動(dòng)力主

12、要有水流拖泄力、砌體自重順坡方向的分力及護(hù)面凸體（如伸縮縫）產(chǎn)生的阻力；抗滑力則包括砌體自重垂直坡面的分力和水流靜壓力（需扣除高速水流的脈動(dòng)壓力）、護(hù)面上的上舉力和滲透壓力，其抗滑安全系數(shù)應(yīng)≥1.3~1.5即為安全。2.3.2消力池底板厚度應(yīng)滿足抗浮穩(wěn)定要求，由于底板四周邊界的約束作用，一般沒(méi)有滑動(dòng)，因此僅需對(duì)其抗浮要求進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算。作用在底板上的上浮力包括滲透壓力、脈動(dòng)壓力、底板上凸出體產(chǎn)生的上舉力，以及下游消力池水深與水躍段內(nèi)壓力差

13、?？垢×Πǖ装宓母≈睾偷装迳系乃兀淇垢“踩禂?shù)≥1.3~1.5即為安全。2.3.3挑流鼻坎的尺寸應(yīng)滿足滑動(dòng)穩(wěn)定、傾復(fù)穩(wěn)定和允許的基礎(chǔ)應(yīng)力。作用于鼻坎上的向下的垂直力包括鼻坎自重、鼻坎上的水重，挑流曲面離心力的垂直分力；向上的垂直力包括脈動(dòng)力、滲透壓力、鼻坎下游尾部形成的上浮力、以及鼻坎上凸出體產(chǎn)生的上舉力。作用于鼻坎的水平推力包括水流的拖泄力，挑流時(shí)其鼻壩曲面離心力的水平分力，以及鼻坎上凸出體產(chǎn)生的水平分力。按一般力學(xué)方法計(jì)算鼻坎