浅谈水库溢流堰加固工程的设计

赵秋子 黄斌克

【摘要】文章对某水库溢流堰存在的主要问题，溢流坝设计计算得出相关数据，最后对加固工程中所采取的相应处理措施进行探讨，可供参考。

【关键词】水库；溢流堰；设计

近年来，我国的水库工程建设正逐步增多，当前，在水库溢流堰的建设过程中还存在着诸多问题，仍需做进一步改善。本文结合工程实际，分析了目前水库溢流堰工程存在的一些问题，并着重介绍了某水库溢流堰的加固设计。

一、工程概况

某水库是一座以防洪为主，兼顾旅游、供水和水产养殖等综合利用的小型水利枢纽工程。水库坝址以上控制流域面积6.98 km，主干流长5.03 km。水库设计防洪标准为50年一遇设计，500年一遇校核。水库枢纽工程由非溢流坝、溢流坝、输水管道三部分组成。

1. 非溢流坝

大坝坝顶宽3.50m、坝顶高程是219.10 m、坝底宽33.50 m、最大坝高是34.10 m、坝顶全长132.00m（含溢流段26.80m）、下游坡比是1 ：0.80、上游坡比是1 ：0.25、防浪墙顶高程是220.30 m，是一个浆砌石重力坝。设置纵向排水廊道在沿坝体上游188.00 m位置，并分别设置横向廊道在各不同高程，以方便对坝体进行检查或排水使用；设置纵向交通廊道在205.50 m位置处，使其连接在排水廊道；在坝上游设置钢筋混凝土防渗面板，并在坝体与面板之间设伸缩缝，缝内设比水。

2. 溢流坝

溢流坝全长26.80 m，堰顶高程是215.50 m，溢流面是剖面，最大泄洪能力是148 m3/s，通常以开敞式无闸控制设置在大坝中段。设置一个高3.20 m、宽3m的廊道在挑流鼻坎下，以便于人们观赏水帘。

3. 输水管道

在大坝右岸高程195.50m处，设置输水管道，其钢管选择DN500，以实现向县城供水。另外，将检修闸阀和工作阀控制安装在廊道内，并沿横向廊道在钢管进口位置安装拦污栅。

二、溢流堰现状问题分析

溢流坝为开敞式结构，堰型为实用堰，堰顶高程215.50 m，在溢流面205.30 m高程处预埋DN200的多孔钢管，为防比泄洪时发生气蚀现象，在该处混凝土面上埋设有钢板。挑流鼻坎两侧设有混凝土导流墙，下方设有一纵向观赏廊道，廊道底宽为3.00 m，高为3.20 m，为上圆下方的城门洞形C25钢筋混凝土结构。挑流鼻坎下游处的设有横向排水管，能够将坝体和坝基内的渗水排到坝体下游。

堰顶交通桥桥板及桥墩局部露筋、蜂窝麻面，存在安全隐患，影响日常管理及防汛要求。

原设计溢流面板和挑流鼻坎为C20混凝土，根据《水工混凝土结构设计规范》中要求“有抗冲耐磨要求的部位，应进行专门研究确定，且混凝土强度等级不应低于C25”，因此，不满足规范要求。

有一条大概长2.30m，宽是0.20一0.30 mm的裂缝存在于溢流坝面中部，其方向是沿水流方向；在溢流面205.30 m位置，多孔钢管埋设出现渗水现象，且有杂草繁生； 在溢流坝挑流鼻坎下部两侧的挡墙结构以及观赏廊道支撑都有损坏情况；下游挑流鼻坎外观没有破损，但护面有损坏情况，局部出现漏水现象；以上情况使其泄洪功能大幅降低。另外，现行规范中，溢流面混凝土强度要求必须在C25以上，但实际只有C20，低于其规范要求，从而降低了挑流鼻坎结构的稳定性，所以，这次主要是针对上述问题进行加固设计，同时结合溢流坝顶交通桥拆除重建和坝体灌浆对溢流堰、观赏廊道、挑流鼻坎、溢流面板进行拆除重建。

三、溢流坝水利计算

1. 泄流能力计算

溢流坝控制段为实用堰，溢流堰净宽24 m，泄流计算公式：

经计算50 a一遇設计泄量为148.20 m3/s，设计水位208.63m；500 a一遇校核泄量224.50 m3/s，校核水位209.23m；30a一遇泄量129.00 m3/s，水位208.47 m。

2. 泄槽水力计算

2.1 临界水深计算

计算得：hk校=2.13m，hk设=1.64m。

2.2 控制断面确定

先计算临界底坡，基本公式为：

经计算得：水校=0.002，，k设=0.002

泄槽坡降l： 0.80，底坡i > }ik，为陡坡。水流从缓流过渡到急流必然经过临界水深，则近似以底坡突变处的水深作为临界水深。

由上述分析确定控制断面为实用堰曲线段和直线段连接处，控制水深分别为：hk校=-2.13 m ，hk设=1.64 m。

3、消能防冲设计

根据采用30 a一遇洪水下泄流量 m3/s进行设计。挑流消能工的挑距和水垫深度计算公式如下：

同时，鼻坎平均流速V的计算公式如下：

采用上述公式求得30 a设计情况下，挑距L=47.86 m，最大水垫深度T=6.20 m，冲坑深度4.70 m，冲刷坑坡度i=1/0.19，在规范规定的不大于1/6范围内。

四、溢流堰加固工程设计

将现有的溢流坝段面板进行拆除，并与上游实用堰位置的调整相结合，再次进行溢流面钢筋混凝土浇筑，其厚度为40cm，重建两侧钢筋混凝土挡墙，其厚度为50cm。溢流坝段在加固完成后，全长26.80m，堰顶高程是215.50m、坡度是1： 0.80、挑流鼻坎高程是192.52 m、采用挑流消能，由反弧段、曲线段以及直线段组成溢流堰的实用剖面，反弧半径是5m、挑设角是250，下游直线段起点高213.00 m，y=0.4105964x 1.85是下游堰面曲线方程；观赏廊道高2.50 m、底宽2m，由C25钢筋混凝土构成上圆下方的城门洞形结构。

将耐冲刷的钢筋混凝土以及钢筋直径为12 mm的构造钢筋设置在溢流面上，且钢筋之间在纵向、横向上都要保持20cm距离，以防止高速水流的冲刷。

堰顶交通桥拆除重建，设计荷载标准为公路二级，共分三跨，每跨8.80 m，中墩厚0.80 m，桥面高程219.10 m，桥面宽4.00 m。

五、结论

本工程结束后，实用堰、溢流面、鼻坎结构整体性较好，满足结构要求，可有效避免水流流经新老混凝土产生的水流危害，且外观形象较好，为水库增光添彩。

参考文献：

[1]高恩波.禾山水库溢流堰施工方案浅析[J].河南水利与南水北调.2014（02）

[2]李志，赵振威.谈引兰入汤工程溢流堰加高的必要性[J].中国科技信息. 2010（01）