1、中小型水庫溢洪道設(shè)計中的常見問題及其對策中小型水庫溢洪道設(shè)計中的常見問題及其對策摘要：要：溢洪道的設(shè)計和布置合理與否，不僅直接到水庫的安全，而且關(guān)系到整個工程造價。土石壩一般中小型溢洪道，約占水庫樞紐工程造價的25~30%及勞動力的25%，故溢洪道合理的布局和選型，在水庫工程設(shè)計中是一個比較重要的環(huán)節(jié)。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：土石壩中小型水庫溢洪道常見對策溢洪道的設(shè)計和布置合理與否，不僅直接影響到水庫的安全，而且關(guān)系到整個工程造價。土石壩一般中

2、小型溢洪道，約占水庫樞紐工程造價的25~30%及勞動力的25%，故溢洪道合理的布局和選型，在水庫工程設(shè)計中是一個比較重要的環(huán)節(jié)。1常見問題1.1溢洪道是洪水期間保證水庫安全的重要設(shè)施，中小型水庫由于受工程造價的限制，其設(shè)計采用的洪水標(biāo)準(zhǔn)往往偏低、選用洪水?dāng)?shù)據(jù)（洪峰、洪量）偏小，因而必然帶來溢洪道設(shè)計尺寸偏小，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)計的溢洪道其進出口段離壩身太近，壩肩

3、與溢洪道之間僅有單薄的山脊相隔。進口段如未進行有效的護砌，泄洪時一旦發(fā)生沖蝕現(xiàn)象，將危及壩肩安全，有些設(shè)計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大壩的運行安全十分不利。1.3溢洪道設(shè)計的平面彎道半徑過大和收縮過劇，對泄流十分不利。特別在溢洪道陡坡段布置有彎道時，由于彎道流態(tài)、流勢劇烈變化，導(dǎo)致二岸產(chǎn)生了水面差，這時凹岸水面壅高，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、坡段或緩流段的過劇收縮，也會發(fā)生顯著的壅水和流態(tài)變化，并對溢洪道襯砌造成沖擊，如砌護過高會增加投資，砌護過低了又不安全。1.4溢洪道縱橫剖面及平面布置設(shè)計不當(dāng)，比較突出的問題是陡坡設(shè)計比降過陡。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)計中，有些工程對兩側(cè)山坡開挖坡度注意不夠，有的過陡，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，有的末端未做砌護處理，常造成嚴(yán)重沖刷，并向上延伸，直至整個建筑物破壞。1.5現(xiàn)有水力設(shè)計尚不夠完善，如溢洪道進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進口水位的壅高（即水頭損失）。而實際壅高有時較大，不可忽視。有些設(shè)計對溢洪道的消能工的設(shè)計考慮不夠充分，或者型式選擇不當(dāng)，導(dǎo)致消力墻長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)計中，過去大多采用“扎馬林法”進行計算。經(jīng)多年實踐及水工模型試驗證明：使用該法計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)淹沒出流，其實際泄洪流量達不到設(shè)計要求的泄量，因而對工程是不安全的。1.6有些工程在結(jié)構(gòu)設(shè)計中對泄洪的特點和基礎(chǔ)特性考慮不周，溢洪道下泄的高速水流具有很強的沖出力、由于急流的摻氣和脈動現(xiàn)象十分顯著常會產(chǎn)生劇烈的震動；有些溢洪道采用低標(biāo)號的漿

7、砌石或砼砌護，且砌護厚度與邊坡砌護高度都不能適應(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)計時，底部幾乎沒有反濾排水設(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)計對策溢洪道設(shè)計中掌握的基本資料是否充分與完善，選用的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)是否恰當(dāng)，均直接影響到整個工程的安全及，現(xiàn)就有關(guān)問題談一些看法：2.1規(guī)劃布局2.2.2控制段的匯流計算：可根據(jù)“溢流堰

8、水力計算設(shè)計規(guī)范”建議的方法計算，同時正確選用流量系數(shù)時并使其與選用的堰型相一致。2.2.3泄流段陡槽水力計算：推求陡槽段水面曲線的方法較多，如陡槽底寬固定不變時，可采用BⅡ型降水曲線或用查爾諾門斯基方法計算；對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)施的水力計算：采取底流式消能可以采用AC:巴什基洛娃圖表計算。由于巴氏對各種消能設(shè)備的計算方法與步驟均較明確、詳細(xì)，計算省時又能保證精度；但是我們在選定消能設(shè)施的尺寸時應(yīng)該

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

10、中介紹的公式”、“美國《小壩設(shè)計》一書中用的公式”、以及“浙江省《水利科技情報》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吻合。其中南斯拉夫的哈丁公式又可結(jié)合實際驗算，計算方法簡便、省時，故可供設(shè)計。由于側(cè)槽內(nèi)實際的流態(tài)十分復(fù)雜，故在堰頂對面的岸坡水面要比平均水位抬高5~20%，因此其設(shè)計的襯砌的高度、厚度要要考慮上述影響。由于側(cè)槽式溢洪道在側(cè)向進流時，水流的沖擊、摻氣和槽內(nèi)水流波動很大，流態(tài)十分復(fù)雜，故精確計算十分困難，因

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

12、要有水流拖泄力、砌體自重順坡方向的分力及護面凸體（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壓力）、護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，一般沒有滑動，因此僅需對其抗浮要求進行穩(wěn)定計算。作用在底板上的上浮力包括滲透壓力、脈動壓力、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?，其抗浮安全系數(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)方法計算鼻坎