碾子沟水库溢流坝设计

杨传义，王国辉（吉林市水利水电勘测设计研究院，吉林 吉林市 132013）

碾子沟水库溢流坝设计

杨传义，王国辉
（吉林市水利水电勘测设计研究院，吉林 吉林市 132013）

文中介绍了水库的概况和水毁情况，根据水库的洪水标准和调洪原则，通过对调洪方案的分析比较，确定了水库泄流方案，在大坝右端增设了一座混凝土溢流坝，并进行了溢流坝结构设计，同时也总结了溢流坝下游消能设施及坝下排渗系统的设计特点。

碾子沟水库；溢流坝；调洪；设计

1　工程概况

碾子沟水库位于吉林省永吉县一拉溪镇吉长公路南约7 km处。水库坝址在一拉溪河上游，集雨面积78.5 km2，是一座以灌溉为主，结合防洪和养鱼等综合利用的中型水库。水库枢纽由土坝和泄洪洞组成。

土坝为粘土心墙坝，全长880 m，坝顶高程309.38 m，坝顶宽6.0 m，铺0.2 m厚混凝土路面，上游坝坡采用干砌块石护坡，厚度0.25 m，下游坝坡采用碎石护坡，厚度0.2 m。

泄洪洞为原有建筑物，位于左坝端，共6孔，单孔孔径1.3×2.6 m（宽×高），底板高程296.5 m。

2　水毁情况

2010年7月28日，受强降雨影响，碾子沟水库水位骤然上升，发生漫顶现象，坝后坡坝壳及心墙遭到严重破坏，多部位成悬崖状，极易造成溃坝。一旦溃坝，将会严重威胁水库下游一拉溪、太平、桦皮厂3个乡镇、9万间民房、10万人口生命财产安全，还将冲毁1 500 hm2农田，同时也对吉长南线、北线高速公路、吉长铁路、引松入长输水管线、通往大连的输油管线、军用通讯光缆和两条高压输电线路构成严重威胁。

为避免溃坝，需要尽快降低库水位，本着尽量降低损失，便于操作的原则，在大坝右端炸开一道豁口，集中宣泄洪水。洪峰过后，坝体形成一个底宽约50 m，顶宽70 m的豁口。豁口右侧岩石基础裸露，为强风化岩。

3　洪水复核

碾子沟水库原设计洪水标准为50年一遇洪水设计，千年一遇洪水校核。50年一遇洪峰流量225 m3/s，千年一遇洪峰流量511 m3/s，24 h洪量1 470万m3。

通过对2010年7月28日洪水（以下简称7.28洪水）过程进行调查，依据部分观测资料及水文复核，7.28洪水洪峰流量为913 m3/s，24 h洪量1 560万m3。

复核后洪峰及洪量均大于原设计洪水成果，这次采用复合后洪水成果做为千年一遇洪水过程进行洪水校核。

4　调洪方案的选择

4.1原设计特征水位

汛限水位306.00 m，相应库容为1035万m3；正常蓄水位307.00 m，相应库容为1278万m3；设计洪水位306.73 m，相应库容为1200万m3，下泄流量210.8 m3/s；校核洪水位307.88 m，相应库容为1 475万m3，下泄流量226.5 m3/s。

4.2调洪原则

1）该水库承担下游防洪除涝任务，下游防洪标准为10年一遇，下游河道安全泄量为20 m3/s。

2）由汛限水位起调，利用泄洪洞闸门调整开启度来控制泄量，保证泄量不大于来水量，且不超过20 m3/s；当库水位超过10年一遇洪水位时，泄洪洞全部开启按全孔泄流能力泄流。

3）当水位超过校核洪水位307.88 m时，溢流坝参与泄洪。

4.3调洪方案

由于复核后洪峰及洪量均大于原设计洪水成果，这次对需对现有坝高及泄洪建筑物泄流能力进行重新复核，并提出新的调洪方案。

主要有以下两种情况：

1）在维持现有坝高不变的情况下，提高泄流能力，研究增设泄流建筑物的可能。

2）在不提高现有泄流建筑物泄流能力的情况下，增加坝高。

针对以上两种情况，在调洪方案的选择上，选取了三个方案进行比较。

方案一：维持现有坝高不变，仍以现有泄洪洞泄洪为主，同时在大坝右端水毁豁口处增设溢流坝辅助泄洪，净宽5.0 m，以正常蓄水位307.00 m做为溢流坝坝顶高程，坝顶设置子堤。

方案二：维持现有坝高不变，仍以现有泄洪洞泄洪为主，同时在大坝右端水毁豁口处增设溢流坝，净宽4.0 m，以汛限水位306.00 m做为溢流坝坝顶高程，坝顶设置防洪闸门方案。

方案三：维持现有泄洪洞泄洪方式，不增设其它泄洪设施，坝顶加高。

从坝顶高程、泄流能力、消能设施、设备维护与检修、运行管理、总体投资等方面对三个方案进行了比较，见表1。

从表1中可以看出，从新增泄流能力方面来看，方案一较方案三高，但低于方案二。从消能防冲方面来看，方案三无需增设消能设施。方案一：由于单宽流量较小，仅为1.33 m2/s，结合溢流坝下游抗冲刷情况，可以不设消力池，而方案二由于单宽流量较大，4.14 m2/s，通过消能计算，必须设消力池，单就消能防冲方面来讲，方案二新增投资最高。从设备维护与检修方面，由于方案二新增设了闸门，设备费用增加，维护与检修费用也增加，且闸门需要启闭，运行管理不方便，从这两方面看，方案二最不合理；在新增投资方面，方案二由于增加了闸门设备及消能设施，加上运行管理费用，投资比方案一高了46.68万元，而方案三无需增设其它设施，在运行管理方面也更方便，但方案三由于坝顶加高，坝顶混凝土路面需要拆除重建，坝体也需要加高培厚，新增投资最高，较方案一高出144.54万元，投资造价最不合理。

综合考虑，选择方案一做为水库调洪方案，即维持现有坝高不变，仍以现有泄洪洞泄洪为主，同时在大坝右端水毁豁口处增设溢流坝辅助泄洪，净宽5.0 m，以正常蓄水位307.00 m做为溢流坝坝顶高程，坝顶设置子堤。

表1调洪方案比较表

5　溢流坝设计

5.1溢流坝结构设计

溢流坝采用混凝土重力坝式结构形式，净宽5.0 m，顶高程307.00 m，坝面采用C25钢筋混凝土结构，厚度0.5 m，坝体为毛石混凝土，强度标号C20，块石含量不超过30%。考虑到坝体顺水流方向较长，坝体段设置两道纵缝，缝间设铜片止水。为防止发生绕渗破坏，溢流坝两侧各设置一道刺墙，长度5.0 m，顶宽0.5 m。为了能够和土坝粘土心墙接触面更好的结合，溢流坝坝体两侧坡度设为1∶0.1。

子堤采用粘性土回填，迎水面采用干砌石护

砌，厚度0.25 m，下铺0.15 m厚碎石垫层。子堤顶高程307.88 m，顶宽2.0 m，前后边坡均为1∶1.5。

溢流坝上设交通桥，为简支板结构，一跨，净宽5.0 m，桥面顶高程309.38 m。

5.2溢流坝下游消能设计

溢流坝属非常溢流建筑物，并不经常过水。根据溢流坝防洪标准，只有当水库发生超千年一遇洪水时，子堤才能溃堤泄洪，如果坝下设置消能防冲设施，其使用频率将是千年一遇，作用不大。

况且洪水过后，溢流坝下游已经形成天然排洪渠道，将来也要做为排洪渠道予以保留，渠道基础条件较好，靠近坝脚处为岩基，抗冲能力较强，因此，设计时只按保护坝脚，防止回淘考虑，在溢流坝脚设浆砌石导流墙，底部设500 mm厚铅丝石笼护底，下设200 mm厚碎石垫层，末端设2.0 m深齿槽，两端设4.0 m长翼墙。

5.3坝下排渗系统设计

溢流坝在浇筑过程中，发现左侧岩石基础有两处渗漏点，为不影响大坝心墙填筑，以及发生集中渗漏危害大坝安全，对这两处渗漏点进行排渗处理。

在两处渗漏点处各凿设一个集水坑，集水坑尺寸为1.5 m×1.5 m×1.0 m（长×宽×深），坑内用透水料填充，上铺100 mm厚C20混凝土盖板，用排水管将水引到下游集水井，排水管沿溢流坝坝体外侧布置，每处设置一道排水管，为适应岩基不平整度以及坝体碾压要求，排水管采用UPVC塑料管，每道管长50 m。集水井位于坝脚以外，深2.0 m，直径2.0 m，集水井采用透水料填充，上铺100 mm厚C20混凝土盖板。当排水管铺设在岩基上时，外包裹C20素混凝土，管外砼厚度不小于200 mm；当排水管铺设在粘土基础时，挖500 mm×400 mm槽，埋管后上部浇筑C20素混凝土，管外混凝土厚度不小于200 mm。

6　结论

碾子沟水库溢流坝为水毁后新增泄洪建筑物，是一个主要用来削峰的溢流建筑物，它不经常过水，只有当水库发生超千年一遇洪水时，才能发挥作用。介绍了碾子沟水库的水毁情况及洪水复核成果，按照新的洪水成果重新进行调洪演算，并进行了调洪方案比较，最终确定了新增溢流坝的方案，在溢流坝结构设计方面，也提出了其独有的设计特点，并结合施工期遇到的设计隐患，采取了相应的措施，希望能够为类似工程提供借鉴。

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