分析宽顶式实用堰在水库除险加固工程中的应用

【摘要】随着水利工程的不断发展，对水库的应用越来越多，因此如何做好水库的除险加固工作就变得十分重要。目前的施工方式都是通过宽顶式实用堰的方式进行，因为这种施工方式不受施工环境的影响，而且能很好地实现对水库的加固作用。笔者通过对工程的概况进行介绍，提出宽顶式实用堰在水库加固中的作用，仅供参考。

【关键词】宽顶式实用堰；水库加固；应用

要想保证工程的有效运行，必须要对水库进行加固处理，一方面是为了使用功能的正常进行，另一方面是为了抵抗自然灾害做好防护工作的需要，而且对于灌溉工程也有一定的帮助，特别是对一些施工环境比较特殊的水库，更要采取相应的加固措施对其进行保护。

1、工程概况

某的主要功能位为防洪控制工程，整个水库的流域面积为3030km，总体的容量为14亿m'；左右。水库除了防洪之外，还用于发电和养殖。正常的水位为176m，在具体的设计中，水位可以达到180m。在这一水库中主要分为两个溢洪道，其这两个溢洪道建立的时间不同，位置也不同。主要分为进水渠道、控制段以及陡坡段等等。水库的堰型结构主要为混凝土材料，其外壳部分的厚度相对较大，底部的厚度可以达到0.5m，在加固工程进行的过程中主要是针对1号溢洪道。

2、存在的问题

由于1号溢洪道建成的时间比较久远，所以在使用的过程中不可避免的要出现老化的现象，特别是在表面和内部的一些地方都出现了裂缝的现象，这是混凝土结构中最常见的问题，而且错位现象也标胶明显，在对水库进行施工建设时，由于其自身的工程量较小，所以在资金的投放上也不是十分充足，在材料的选择上就没有达到实际的施工要求标准，钢筋的含量也没有达到一定的强度，近而使得工程施工的质量不达标，为了保证其运行过程中的安全，就需要对其进行加固处理。

3、加固设计方案。在对水库进行加固的过程中，要先根据实际的施工情况设计出施工的方案，这时要有设计人员进行设计，一种是对老闸进行拆除，在原位置进行重建，另一种是对老闸进行改造和优化处理。在对这两方面进行设计时，设计人员要充分考量水库的实际施工需求，要值得注意的是对水库进行改造时，要把水位降低到相应的位置，显然如果选择对老闸进行拆除重建的方式，不仅浪费了原有的资源，而且还会增加工程的施工成本，进行再建时还要对水下的工程进行填筑。如果选择的是对老闸进行改造，则仅仅需要把闸门的部位进行拆除，只需要改动底板和闸墩的结构，而且通过建立新闸其施工的方法非常简单，还不会对工程成本造成浪费的现象。再具体的施工中应按照如下步骤进行：要把闸墩以上的部分予以拆除，把闸堰和闸墩的部位进行保留，在原有老闸的下游位置建立新闸，其主要建筑结构采用的是钢筋混凝土的结构模式，然后通过设计人员进行设计，把老闸和新闸连接在一起使用，近而就形成一种宽顶式实用堰的形式。

4、堰流流态判别与泄流能力分析

4.1水力学方法计算。在对溢洪道进行设计时，设计人员要对堰顶的高度和水位进行严格把控，通过相应的计算，使得水流在下游的部分形成三种流态形式。第一种是明渠水流，在施工的过程中如果水库的水位在170m以下，要想掌握其水流的情况，就要通过相应的计算来完成，在计算时，要把水流量和水流的系数计算出来，因为二者是影响流量的重要因素。第二种是宽顶堰流，在水库的水位达到170m时，这是就不能在按照水流量来计算，要按照水库的泄洪能力来计算，要把流量系数和闸堰的收缩系数都计算在内，这样才能更准确的计算。第三种是实用堰流，这是水位就是超过170m，因为相应泄流能力最主要的因素就是闸孔的数量和净宽，其次才是堰前水头和侧面的收缩系数。无论是哪一种形态都要根据水位的实际变化情况和水位的高低进行设计计算，通过相应的实验得出在对溢洪道进行加固处理后，符合了溢洪道的泄洪标准。

4.2数学模型分析法。在利用数学模型进行分析时，首先要用到的就是计算的方法，在进行数学计算时采用的是PISO的计算方法，这种方法的精密度很高，而且在CPU的运行时间也大幅度减少，这种计算方法对于水流动速度的计算是非常适合的，其计算的精度是非常准确的。其次是计算域和网络划分，首先要对单孔进行计算，在上游起算的位置是距离堰顶100m的地方，下游要到消力坎后，这样取值的目的就是为了计算的结果更加准确，最后是边界的条件，具体要把握好以下几种边界，一种是固壁的边界，另一种是上游入口边界，在计算的时候要着重把握。相应的数学计算表明，在对溢洪道进行加固后，其泄洪能力与开始的泄洪能力并无差别。在对过流能力计算时，数学模型计算结果表明，1号溢洪道加固后最大过流能力为29993m3/s，比加固前小300m3/s，变化为-9.2%，也说明1号溢洪道采用宽顶式溢流堰加固后，其最大泄流能力与原闸设计流量相差不大。由于该溢流堰泄流时对闸前水位产生影响的距离不大，该堰堰高较大，水流过堰顶后，水面线很快降落，消力池后下游水位不会影响溢流堰的过流能力，因此计算域至消力池后陡坡能够满足要求

4.3水工模型验证。在对其进行加固后，通过相应的实验表明，加固后的泄洪能力与原有的泄洪能力并无差别，而且宽顶式实用堰在水位较高的情况下，其泄洪的能力和正常的实用堰的泄洪能力基本相同。通过采用水力学法、数学模型分析和水工模型验证3种方法，对水库1号溢洪道泄流能力进行计算分析后得出结论，采用宽顶式溢流堰改造加固后，其最大泄量与原ICJ设计最大泄量相差不大，满足水库泄洪要求。有些水库溢洪道因受地形、地质条件限制，除险加固时原控制闸拆除重建难度较大，因此在某种特定条件下，采用宽顶式实用堰型式，可减少施工难度，节约工程投资成本。

5、结论

由于我国许多大中型水库建于上个世纪五、六十年代，溢洪道控制ICJ使用实用堰型较多，在长期使用的情况下有些水库溢洪道因受地形、地质条件限制，除险加固时原控制ICJ拆除重建难度较大，因此在某种特定条件，采用宽顶式实用堰型式，可减少施工难度，节约工程投资成本，更好地促进水库工作的安全，在同类工程建设中具有一定的借鉴意义。

参考文献

[1]王金余，陈月妹.洋河水库除险加固工程综述[J].河北水利，2011（4）.

[2]骆辛磊，刘卡波，钟吕云.堤防汛中除险加固技术研究[J].湖南水利水电，2011（3）.

作者简介

娄汉宇，出生年月：1977年2月20日。民族：汉族。现任职称：水利工程工程师。拟进职称：水利工程高级工程师。