杨湾桥水库溢洪道设计的不利因素及应对措施

2017-03-02陈睿

黑龙江水利科技 2017年10期

关键词：溢洪道基岩溢流

陈睿

(毕节市勘测设计研究院，贵州毕节 551700)

杨湾桥水库溢洪道设计的不利因素及应对措施

陈睿

(毕节市勘测设计研究院，贵州毕节 551700)

水利工程设计需要结合工程地质情况、功能设置等进行综合考量，对水工建筑进行合理布设。文章以杨湾桥水库溢洪道设计为例进行分析，明确设计中存在的不利因素，然后结合现存的不利因素提出应对措施，为相关工程设计提供借鉴。

水库；溢洪道；设计；地质评价

1 工程概况

杨湾桥水库位于威宁县城以西14km的草海镇和双龙乡交界处的卯关村，是国家水利部在“七五”期间的扶贫项目。水库枢纽工程建筑物主要由大坝、溢洪道、放水设施等组成。大坝为均质土坝，坝顶高程2191.80m，最大坝高13.6m，坝顶长375m，坝顶宽5.0m，坝底宽62.4m，上、下游坝坡坡比分别为1∶2.13、1∶2.1；坝顶设置C15钢筋混凝土防浪墙，高1.55m；大坝迎水面采用现浇混凝土板护坡；背水面设置纵、横排水沟，坝坡采用草皮护坡；坝脚为干砌块石反滤体。溢洪道布置于大坝右岸，总长98.2m，溢流堰为侧堰式，溢流堰宽度44.2m，堰顶高程2189.98m，侧槽段底宽3-10.4m，底坡坡降i=0.075，泄槽段底宽12-12.2m，底坡坡降i=0.127。放水设施位于右岸端，紧靠溢洪道，为坝下式φ800mm钢筋混凝土埋管，进口处设置一道1.0×1.0m的平板钢闸门，末端设置一消力池。

2 工程地质评价及溢洪道设计的不利因素

2.1 大坝工程地质评价

2.1.1 基本地质条件

坝址左岸出露地层为石炭系下统大塘组上司段(C1d2)，岩性为厚层块状灰岩，岩层产状倾向为N72°W，倾角为15°；坝址右岸出露地层为石炭系中统黄龙群(C2hn)，岩性为厚层灰岩及白云质灰岩，岩层产状倾向为S68°W，倾角为10°。坝址处有两条断层构造通过，均为区域性次级小断层，两条断层均呈NNW展布；F2断层通过水库及大坝中部偏右岸，F3断层从左坝肩通过，根据调查及查询水库前期资料，两条断层影响带深度均在100m以上，断层带岩石破碎，伴生节理发育，但断裂破碎带均呈闭合状态，库水不会沿断裂带产生渗漏。坝区岩溶发育，岩溶形态多种多样，有溶槽、溶洞、溶沟、溶蚀裂隙等。杨湾桥水库地下水与库水的补给关系为：水库库区为该区地下水最低排泄基准面，由地下水补给库区。杨湾桥水库渗漏主要与浅层基岩的强风化带有关，其坝基渗漏及右坝肩绕坝渗漏均为浅层基岩的风化裂隙性渗漏。

2.1.2 坝址渗漏

1987年防渗灌浆处理前坝基渗漏集中于坝右岸下游10m处S1泉流出，当库水位在2183.71m时，渗流量约10.0l/s，坝基渗漏主要是通过浅层基岩的强风化带产生渗漏。右坝肩绕坝渗漏集中于坝右岸旁边坡脚60-80m处S2泉群流出，当库水位在2183.71m时，渗流量约10.0l/s，右坝肩绕坝渗漏也是通过浅层基岩的强风化带产生渗漏。1987年对坝体作过劈裂灌浆处理，对坝基接触带及右坝肩渗漏严重部位作过帷幕灌浆，其大坝部位帷幕线及劈裂灌浆孔布置于坝体中部，右岸帷幕经溢洪道沿公路至管理所，在溢流堰修建完成后，对溢流堰部位作过防渗帷幕处理；经过1987年的防渗灌浆处理，右岸至今未发现库外集中漏水现象，说明右岸绕坝渗漏防渗处理效果较好；1987年灌浆工程由于资金问题未按设计施工完，同时基岩与土体接触带帷幕老化，故出现基岩与土体接触带渗透系数较大，产生渗漏现象。

3 溢洪道设计应对措施

3.1 设计方案

3.1.1 引流道设计

引流道设计时需保证水流流动顺畅，速度平稳。所以，可将引流道的进口设计为喇叭状，与此同时需要依据水利工程的实际情况对引流道的长度进行合理设置，降低损失。但是引流道运行会受到地形地貌的影响，在设计过程中，需注重弯道设计，保证弯道内的水流平稳，且对坝脚与弯道、下游衔接段与出口段之间的距离进行严格控制，避免水流对坝脚反复冲刷，造成坝脚失稳。引流段的截面可以设计为矩形或者是梯形，并且依据现场的水流速度开展防护设计工作[1]。若水流流速为2m/s，则无需进行砌护设计。若坝端和紧接控制建筑物的范围内可以适当加长砌护的长度，同时，弯道两侧的凹岸需要进行砌护设计，若基岩的强度足够则无需砌护。

3.1.2 堰流段设计

堰流端的主要作用就是排水，在设计过程中，需要保证进入的水流和堰流段建筑保持垂直管理。作为设计人员，也需要依据现场的地形地势、地质条件和实际泄流条件进行宽顶堰设计，保证尺寸适宜。为了保证顶堰宽度适宜，符合单宽流量的要求，通常岩基上单宽流量控制在40-70m3/s范围内，非岩基上单宽流量相对较小，一般在20-40m3/s左右，土基上单宽流量为20m3/s[2]。为了避免形成湍流，在该工程的上流的引流段以及堰扣之间的交接部位需采用渐变线设计方法，将收缩角控制在12°左右。若堰体的宽度较大，则需要在横向侧每间隔10-15m的位置设置沉陷缝以及温度缝，从而为堰体变形预留一定的空间。

3.1.3 泄流段设计

通常泄流端平面需要保持平整，控制水流，该工程采用直线型设计方案保证泄流段内的水流平稳，应尽量减少弧形线路数量。与此同时，需要在重要位置合理设计扭坡，从而控制水流流态的变化，避免因为水流流态的巨大变化造成水流的迅速变化。泄流端的纵断面上合计需要结合工程实际、现场地形、地质条件等采用陡坡或者是缓坡的设计方案。对于陡坡设计路段，需要保持陡坡端整体采用统一的比降。需要注意的是，泄流段的流速较大，因此需要在岩基上布设陡坡段。岩基砌护需要依据岩基的实际情况进行合理设置，若岩体强度足够，则无需进行砌护设计。若岩体强度不足，岩体风华严重，质地松软，则需要进行砌护设计，保证结构的稳固。该工程砌护设计选用的使0.3-0.5m的浆砌石，并采用锚固筋进行加固[3]。对于面积较大的混凝土衬砌作业，需要依据地质情况进行设计，并针对伸缩缝以及沉陷缝等配套设计进行合理设计，保证其可以应对外部环境的温度变化，然后控制相互距离，控制在8-12m左右，并且砌体两侧的边坡上合理设置恒丰，并且底部设置纵横缝，其衬砌的底部需要设置反排水设施。

3.2 运行效果

溢洪道设于大坝右岸，型式为正堰式，总长58.82m，进口堰顶高程2184.00m，驼峰堰长度7.68m，分两孔溢流，每孔宽8m，泄槽宽15m，最大下泄量242m3/s，溢洪道上设交通桥一座。溢洪道部位尾部20m有约厚1m的第四系覆盖层，其余部位出露地层为石炭系中统黄龙群(C2hn)，岩层倾向上游偏左岸，岩层产状为倾向S68°W，倾角10°，岩性为厚层浅灰色白云质灰岩。

溢洪道全段无破坏性构造和严重不良物理地质现象，无地下水出露。溢流堰部位基础为强风化白云质灰岩，厚度在1-2.0m，建议将溢流堰基础置于弱风化基岩上，以避免库水沿溢流堰与强风化岩石接触部位渗漏。溢洪道边坡为岩质边坡，岩体构成为弱风化白云质灰岩，稳定条件较好。