长龙水库溢洪道的加固设计

彭小云

（赣州市水利电力勘测设计研究院，江西 赣州 341000）

1 工程概况

长龙水库位于江西省兴国县北郊的高兴镇长迳村境内，距县城17 km，坝址座落在赣江水系平江二级支流茶园水峡谷处（坝址距“京九”铁路300 m左右，距319国道500 m左右）。坝址控制流域面积116 km2，水库总库容 1700万 m3，设计灌溉面积 2466.66 hm2，电站装机2×500 kW，是一座以灌溉为主，兼有发电、养殖等综合效益的中型水利枢纽工程。

根据《防洪标准》（GB50201－94）和《水利水电等级划分及洪水标准》（SL252－2000）的规定，长龙水库枢纽工程等别为Ⅲ等，大坝、溢洪道等建筑物为3级建筑物，灌溉和发电引水系统、发电厂房为4级建筑物，渠系工程为Ⅳ等工程，建筑物为4级建筑物。枢纽建筑物由大坝、溢洪道、灌溉和发电引水隧洞、发电厂房、渠系建筑物等组成。

2 溢洪道存在的主要问题

长龙水库溢洪道位于大坝左岸的垭口处，为河岸开敞式无闸控制克—奥实用堰，堰顶高程210.94 m，堰底高程 203.0 m，堰宽 65 m，堰前堆渣 208.74 m，堰顶宽1m，底宽9 m，堰后接缩窄型消力池过渡段，过渡段底高程 206.61 m，池深 1 m，池长 24 m，陡槽段首端高程207.21 m，长 122.6 m，纵坡 i＝0.02799，宽 34 m。 末端采用差动式挑坎消能，尾水渠长270 m，净宽33 m，纵坡1%。长龙水库溢洪道平面布置图、溢洪道纵剖面图分别见图 1、图 2。

长龙水库溢洪道存在的主要问题有：溢流堰堰体砌筑质量差，稳定不满足规范要求；溢洪道过流能力不足；陡槽段边墙高度不足，底板水毁严重；消力池底板不满足抗浮稳定要求。

图1 溢洪道平面布置图

图2 溢洪道纵剖面图

3 原设计方案

针对长龙水库溢洪道存在的主要问题，初设批复方案为：①拆除重建溢流堰堰体及其两侧边墙；②溢流堰堰后过渡调整段进行重新布置；③拆除重建陡槽底板；④对陡槽边墙进行加高；⑤维持差动式挑坎鼻坎现状。

4 水工模型试验

长龙水库溢洪道为河岸开敞式无闸控制克—奥实用堰，溢流堰堰后接缩窄型消力池过渡段（以下简称：堰后过渡段），堰后过渡段的收缩角为30.572°，消力池池深1 m，池长24 m，消力池后接陡槽段。堰后过渡段，过堰水流通过水跃（小流量时）或竖向的突然扩散，转变为缓流，再经收缩流入下游陡槽。随着过堰流量的变化，过渡段内会出现各种流态：①小流量时，过堰水流在过渡段形成水跃；②流量增大，过渡段出现淹没水跃和潜没水流，当下游水位超过堰顶时，溢流堰开始被淹没，过渡段开始影响泄流能力；③流量再增大，溢流堰淹没度增大，逐渐失去控释作用，泄流受过渡段下断面控制。

由于溢洪道布置形式特殊，边界及水力条件比较复杂，现无理论公式对其进行水力计算和验证各部位形式、尺寸的合理性，建议业主对长龙水库溢洪道进行水工模型试验，以确定堰后过渡调整段是否维持现状，并为水库除险加固提供技术依据。

2009年11月，兴国县水利局委托武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室进行了长龙水库溢洪道水工模型试验。为了使模型能更好地反映溢洪道的泄流条件，长度比尺采用1∶60；模型范围溢洪道进口至陡槽以下及库区河床（其中溢洪道进口至陡槽以上部分采用正态模拟，陡槽以下及库区河床采用概化途径进行模拟）。实验的内容如下：

1）观测不同水位情况下溢洪道的泄流能力。

2）特征流量条件下，溢洪道进口流态与水位变化情况。

3）观测溢洪道边墙修改后的泄流能力及流态、水位变化情况（不研究下游河床冲刷）。

随后，武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室编制了《兴国县长龙水库溢洪道模型试验研究报告》，报告中指出：①现有溢洪道布置形式完全能满足设计洪水标准要求，在下泄校核洪水Q＝1485 m3/s（千年一遇）时，水库校核洪水位仅比设计值高2 cm，也能基本满足设计要求；②溢洪道（尤其是陡槽段）底部和表面流速均较大，大部分超过了浆砌块石的抗冲流速，应对溢洪道底板进行防冲加固处理；③消力池出口处的狭口对下泄水流具有阻碍作用，此处前壅后跌，水流水位变化急剧。消力池侧墙高度不能完全满足千年一遇洪水要求，应对消力池侧墙进行适当加高。

5 加固方案

由于溢洪道布置形式特殊，边界及水力条件比较复杂，现无理论公式对其进行水力计算和验证各部位形式、尺寸的合理性，因此本次在长龙水库溢洪道水工模型试验的基础上，提出了长龙水库溢洪道加固设计方案，加固方案分别如下：

1）拆除重建溢流堰堰体及其两侧边墙。

2）维持溢流堰堰后过渡调整段布置，对其底板进行拆除重建。

3）拆除重建陡槽底板。

4）对陡槽边墙进行加高。

5.1 溢流堰及其边墙

对原溢流堰拆除重建。新建溢流堰堰顶高程210.94 m，堰面曲线采用克－奥I型实用堰曲线，曲线后接1∶1直线段，直线段通过R＝3000 mm的反弧段平滑地与堰后过渡段相衔接，堰后过渡调整段底板高程206.21 m，堰前迎水面垂直。 建基面高程 204.0 m，齿槽高程203.0 m，为防止堰基渗漏，在堰轴线上游0.7 m处布设一排防渗帷幕，灌浆孔按3序逐序加密进行，最终孔距2.0 m；灌浆孔深入不透水顶板线以下5.0 m。溢流堰面采用C25混凝土浇筑，厚1 m；堰基面及堰上游面1 m范围内为C15混凝土，其余为C15埋石混凝土；整个溢流堰全长69 m，溢流净宽65 m；溢流堰两侧设置厚 2.0 m 的边墙，边墙顶高程 216.63 m；堰体底宽 8.929 m；为防止堰体发生不均匀沉降，垂直堰轴线方向设置5条沉降缝，缝宽10 mm，缝间设置橡胶止水带。

5.2 堰后过渡调整段

维持堰后过渡调整段布置形式。针对堰后消力池底板不满足抗浮稳定要求，因此本次加固对消力池底板进行拆除重建，新建底板采用C25钢筋混凝土浇筑，底板厚0.5 m；在底板与基岩之间采用Φ25锚筋连接，锚筋纵横间距2 m，梅花型布置，并深入基岩2 m；底板设置伸缩缝，缝间设置橡胶止水带。

5.3 陡槽底板及边墙加固设计

将原陡槽底板全部拆除，采用C25混凝土重新浇筑，底板设置纵、横向伸缩缝，缝宽10 mm，缝间设置橡胶止水带，浇筑后陡槽底板长 81.461 m，底高程为207.21～204.93 m，底板厚 0.3m。底板下部设置两道纵向排水沟，排水沟断面尺寸为500 mm×400 mm（宽×高）；按鱼刺形布置横向排水沟16道，排水沟断面尺寸为300 mm×300 mm；沟内以碎石充填（见图3）。

由于陡槽边墙内侧均为岩体，呈弱风化，因此针对陡槽边墙高度不足，结合现状墙体结构，按原断面尺寸加高。加高边墙采用M7.5浆砌石砌筑，挡墙形式为仰斜式，墙内设置排水孔（见图4）。

5.4 挑坎消能段

长龙水库溢洪道陡槽末端采用差动式挑坎消能，挑流鼻坎高程183.66 m，挑射角25°。经现场检查及消能防冲复核，挑坎鼻坎质量较好且挑流消能满足防冲要求，因此维持挑坎鼻坎现状。

图3 陡槽底板构造及排水沟图

图4 加高边墙设计断面图

6 结语

长龙水库除险加固于2008年9月竣工验收并开始蓄水，溢洪道运行良好。溢洪道单位工程竣工结算费用为367.25万元，与初设批复方案投资相比，节约费用为87.41万元。由于溢洪道布置形式特殊，边界及水力条件比较复杂，现无理论公式对其进行水力计算和验证各部位形式、尺寸的合理性，在长龙水库溢洪道进行水工模型试验基础上提出了加固设计方案，既解决了溢洪道存在的问题，又节约了国家资金，取得了良好的经济效益。

［1］李 炜，等.水力计算手册（第2版）［S］.北京：中国水利水电出版社，2006.

［2］SL253－2000，溢洪道设计规范［S］.