北引渠首工程溢流坝设计

李 军 ，倪万胜

(黑龙江省引嫩工程管理处，黑龙江大庆 163000)

北引渠首工程溢流坝设计

李 军 ，倪万胜

(黑龙江省引嫩工程管理处，黑龙江大庆 163000)

北引渠首为嫩江干流上的引水枢纽工程，不但具有引水功能也具有一定的防洪功能，因此溢流坝的设计十分重要，文章阐述了坝顶高程的确定以及设计计算要素，并提出了溢流坝设计中应考虑的一些因素。

北引;水利工程;溢流坝;设计计算

1 概述

北引渠首工程是尼尔基水利枢纽配套项目黑龙江省引嫩扩建骨干一期工程中的“龙头”工程，位于讷河市拉哈镇西北约7.0 km处，尼尔基水库下游28 km的嫩江干流上。

为了保证松嫩平原国家商品粮基地粮食安全、促进农村经济发展、调整改造大庆等东北老工业基地、促进生态环境良性发展保证生态省和生态市、充分发挥尼尔基水利枢纽工程综合效益，作为其配套项目的“龙头”工程，应该首先修建。渠首工程修建后，将大大提高和改善现有的北部引嫩工程的引水条件，增加引水量，为城市和农业灌溉供水，为松嫩平原建设提供了引水保证。渠首建成后能够更快更好的带动并促进引嫩骨干一期工程其他项目的全面实施，加快以大庆为中心的周围市县工业、牧业、生态环境建设，更好地满足黑龙江省经济持续、快速、健康发展，提供水资源支撑和保障。

2 溢流坝设计

2.1 坝顶高程的确定

溢流坝既要满足宣泄洪水的要求，还要满足正常蓄水位时的坝顶交通要求，以免在正常引水水位时，江水漫过坝顶，对交通安全造成隐患。综合以上因素确定溢流坝在正常引水水位情况下的坝顶高程，计算数据见表1。

2.2 溢流坝结构设计

根据溢流坝高程的计算结果，结合枢纽工程的总体布置，对于泄洪闸右侧坝轴线方向现状地面线高程低于177.00 m的地段布置溢流坝。据此溢流坝供需布设3段：一段在主河槽紧靠泄洪闸右侧;一段位于过水路面处;另一段团结桥下，3段溢流坝总长度为839.5 m。

表1 坝顶高程计算成果表 m

所有溢流坝断面形式均为混凝土埋石外包钢筋混凝土壳的重力式，混凝土埋石与坝壳接触面设插筋。

坝顶宽度除团结桥下没有交通要求定为2 m外，其余两端坝顶宽度与土坝及泄洪闸交通桥统一，均为7 m。考虑泄洪闸侧涵桥衔接段下溢流坝水流条件较为复杂，上游铺盖采用格宾与混凝土相结合的形式，其余坝段上游均采用单一格宾铺盖形式，格宾下设0.1 m砂砾石垫层，下铺400 g/m2无纺布一层，溢流坝下游均设格宾石笼海漫，海漫布置高度的原则为尽量减小开挖量，格宾下设0.1 m砂砾石垫层，下铺400 g/m2无纺布一层，海漫末端设防冲槽，防冲槽底宽1.5 m，深1.6 m。

溢流坝各分块之间以及混凝土铺盖与溢流坝之间均采用紫铜片止水，溢流坝与固滩交界处上下游均采用挡土墙连接。

2.3 设计计算

2.3.1 过流计算

式中：B为总净宽，m;Q为流量，m3/s;g为重力加速度，采用9.81 m/s2;H0为计入行近流速水头的堰上水深，m;m为堰流流量系数;ε为侧收缩系数;σ0为泾深系数。

计算成果见表2。

依据运用条件选用宽顶堰计算过流能力，其理论公式可按下式计算：

表2 溢流坝过流计算成果表

2.3.2 消能防冲计算

计算采用《水闸设计规范》(SL 265-2001)附录B的相关公式，由于溢流坝开始泄流时，泄洪闸已开启，下游水位已抬高，因此，溢流坝泄洪均为淹没出流。

从计算结果看不需要设置消力池，考虑溢流坝在整个溢流过程中上，下游水头差很小，基本不存在动能突然增大的情况，因此，拟不设消力池，但为防止冲刷需设置海漫。由于下游滩地土质按级配良好的细砾，经验算需要海漫长度为17.95 m，但根据地形及总体布置需求，结合消力池计算，海漫设计长度取25 m。

2.3.3 稳定计算

溢流坝正常引水水位为176.20 m，当嫩江来水水位达到177.00 m时，溢流坝开始溢流，而此前泄洪闸闸门早已全部打开泄洪，此时下游水位达到176.94 m，溢流坝上下游水头差为0.06 m，随着上游来量增大，水位升高逐渐逼近设计和校核状态，但这两种工况下的水头差都＜0.2 m，对于稳定计算不起控制作用。

当上游水位为正常引水水位176.2 m，而主河槽为生态流量35 m3/s时，对应的下游水位为171.05 m，江水集中在主河槽，溢流坝下游无江水，此时对于溢流坝稳定属最不利工况，据此进行渗透，抗滑稳定计算。选择泄洪闸侧溢流坝断面尺寸最大且没有混凝土铺盖处作为典型断面进行计算。

2.3.3.1 渗透稳定计算

在上述最不利工况下，经验证得出出口段渗流比降J处=0.13，水平段渗流比降J水平=0.1满足要求。

2.3.3.2 抗滑稳定计算

在上述最不利水况下，按下式计算的抗滑稳定安全系数为5.4，满足《砌石坝设计规范》(SL25-2006)要求。

2.3.3.3 基底应力分析

在基本荷载组合情况下，坝基面所承受的最大垂直正应力均小于坝基允许压应力，最大与最小应力比值＜2.0，满足规范要求。计算成果见表3。

表3 溢流坝应力计算成果表

3 结语

在溢流坝设计工作中还要充分考虑以下因素的影响：

1)有足够的溢流前沿长度和泄流能力以满足防洪要求。

2)水流平顺，坝面无不利的负压或振动。

3)下泄水流不造成危害性冲刷。高水头溢流坝泄水流速可达30～40 m/s或更大，下游河床单宽消能功率可达几万甚至几十万千瓦。从溢流或泄水段到下游消能工设计要解决好：空蚀和磨蚀、掺气和雾化、轻型结构的振动、河床和岸坡的冲刷等一系列高速水流问题。要选择合适的坝顶和堰面曲线形式：既要有较大泄流能力，又要有稳定的水流形态和免遭空蚀破坏、容易施工的体型。较好的消能工形式和尺寸对枢纽各建筑物的安全运行具有重要意义。

［1］王文婷，董玉涛.溢流坝设计存在的主要问题［J］.河南水利与南水北调，2009(6)：62-63.

［2］夏毓常.关于溢流坝坝面流速系数的计算［J］.水利学报，1980(4)：89-91.

［3］黑龙江省水利水电勘测设计研究院.北引渠首初步设计报告［R］.哈尔滨：黑龙江省水利水电勘测设计研究院，2009：211-214.

TV652.1

B

1007-7596(2011)06-0126-02

2011-06-16;

2011-11-12

李军(1981-)，男，黑龙江讷河人，助理工程师;倪万胜(1966-)，男，黑龙江讷河人，助理工程师。