凤升水库溢洪道工程优化设计

夏淑容，陈雨田

(重庆市水利电力建筑勘测设计研究院，重庆市■401120)

0　引　言

溢洪道作为保障水库工程安全的重要组成部分，合理的设计是使其发挥应用功能的基础，但初步设计受勘查精度等不同因素的影响，在实施时无法满足实际要求，这就需要进行系统而有效的优化设计。凤升水库溢洪道在工程实施时，根据实际情况进行了优化设计。

1　工程概况

凤升水库位于重庆市彭水县北部龙射乡境内转溪沟流域，坝址控制集雨面积13.5 km2，主河道长5.11 km，河道比降47.5‰，是1座以城乡供水为主，兼有农业灌溉及发电等综合效益的Ⅲ等中型水利工程；主要由大坝枢纽工程、调水工程、灌溉供水工程及电站工程4部分组成。

凤升水库总库容1 132.0万m3，大坝、溢洪道及取放水建筑为3级建筑物，洪水标准采用50年一遇洪水设计、1 000年一遇洪水校核，消能防冲建筑采用30年一遇洪水设计。

大坝为混凝土面板堆石坝，溢洪道布置于大坝右岸，为有闸控制正堰溢洪道。洪水标准采用50年一遇洪水设计、1 000年一遇洪水校核，消能防冲建筑采用30年一遇洪水设计。渲泄设计洪水(P=2%)时下泄流量194 m3/s，渲泄校核洪水(P=0.1%)时下泄流量260 m3/s，溢洪道总长度为231.53 m。

2　水库溢洪道工程初步设计方案

溢洪道布置于水库右岸坝肩，属有闸控制开敞式溢洪道，主要由五大部分构成，分别为进水渠、控制段、泄槽、挑流鼻坎与下游护坦，轴线总长为231.53 m；其中，控制段轴线和水库大坝轴线斜交，夹角为20.95°。

(1)进水渠。通过开挖施工而成，渠底高程为829.91～830.00 m，全长85.33 m。渠底宽度从28.1 m变化至16.0 m。

(2)控制段。总长19.7 m，控制段溢流堰为WES实用堰，其顶部上游面主要为三圆弧，下部接有幂曲线，后部接有坡度为1∶1.4的直线，堰顶高程为834.0 m，前缘净宽12.0 m。控制方式为有闸控制，所设闸门有(3.0～4.0×4.0)m的孔口，同时设置平板工作门，共3扇，闸门的启闭由卷扬式启闭机完成。

(3)泄槽(桩号溢0+016.50～溢0+126.80)。水平方向上的轴线长126.5 m，是矩形断面的直线段。桩号溢0+016.50～溢0+022.80段是长度为6.3 m的反弧段，底板半径为20.0 m，和下游泄槽良好衔接；桩号溢0+022.80～溢0+066.80为节省开挖，采用收缩段，使溢洪道的宽度能从16.0 m变为9.0 m，收缩角4.55°，底部纵坡比1∶3；桩号溢0+066.80 m～溢0+126.80 m是宽度为9.0 m的陡槽段，底部纵坡比1∶3。

(4)挑流鼻坎(桩号溢0+126.80～溢0+143.00)。轴线总长为16.2 m，主要运用挑流消能的方式，矩形断面，顶部高程785.16 m，成25°挑流角，反弧半径15.0 m。在挑流鼻坎的后部增设裙板，避免基脚遭到冲刷，其厚度和长度分别为1.0、29 m。下游右岸陡坡会受到挑射水流的冲刷，需对右岸进行60 m左右的护岸。

(5)下游护坦。为削弱河床受低频率洪水的影响，裙板的后方还设置了格宾块石护坦，其厚度与长度分别为2.0、31 m。

为满足交通需要，公路经过坝顶之后沿控制段左边墩与进水渠左导布置，利用交通桥使进水渠的首端和右岸公路连接，左边墩和左导墙的顶部宽度为5 m，桥宽也为5 m，共设2跨(15 m/跨)，桥面高程为840.50 m。

控制段和泄槽的基础都处在弱风化基岩及换填基础之上。其中，基础高程属强风化基岩的，在开挖到弱风化基岩之后，由C15埋石混凝土实施换填。

3　水库溢洪道工程优化方案

3.1　水库溢洪道工程初步设计方案调整原因

工程岸坡陡度较大，且山体以砂质页岩为主，容易被风化，通过开挖所得料很难利用，基础处理和边坡开挖形成矛盾。如果基础都选在弱风化基岩之上，则不仅开挖工程量较大，而且边坡较高；而想要减少开挖，就必须对基础实施换填。原方案为减少边坡开挖和支护的工程量，将基础处理选定为混凝土换填。通过地质勘探可知，控制段及泄槽所在位置的弱风化基岩具有埋藏深且卸荷发育的特点，地形条件也较为陡峭，施工中难免要面对开挖量或换填量不同程度增加的情况，对工程造价控制十分不利。基于此，需将大部分基础设在弱风化基岩之上，以减少换填量。工程的优化设计在确保安全的基础上，试图找到基础处理和边坡开挖之间的平衡节点，并通过比对，选出最佳方案。

3.2　优化方案

优化内容为：溢洪道控制段与其下游轴线都向右岸方向水平移动6.75 m；对进水渠的导墙进行优化，将取水塔的进场公路调整到右岸坡脚；采用2孔控制段，净宽从12 m变为8 m，堰顶部的高程从834.00 m降到832.60 m，改用C30钢筋混凝土灌注桩对基础实施处理；泄槽与挑流消能段的宽度均从9 m变为6 m，增高边墙。

在满足安全要求的基础上，优化设计溢洪道，减小控制段宽度的同时向右岸水平移动，并将大部分基础设在弱风化基岩之上，而外侧局部设在强风化基岩之上。经计算，对于强风化基岩，其承载能力可以达到设计要求，为避免发生不均匀沉降，需增设灌注桩。同样对泄槽进行缩窄，再向山体水平移动以后，将基础设在弱风化基岩之上，符合设计要求。原方案、优化后溢洪道控制段典型断面如下所示(见图1)。

原方案将取水塔进场公路设计为经溢洪道左导墙后通向上游，工程量相对较大，故优化调整到右岸坡脚，以此减少工程量。原方案、优化后进水渠典型断面如下所示(见图2)。

原设计泄槽基础进行换填，优化后将基础设在弱风化基岩之上。原方案、优化后泄槽典型断面如下所示(见图3)。

(1)原方案

(2)优化后

(1)原方案

(2)优化后

(1)原方案

(2)优化后

图3泄槽典型断面

优化后：进水渠(溢0-093.282～溢0-003.20 m)渠底高程为829.91～830.00 m，全长为96.482 m；控制段(溢0-003.200～溢0+016.500)净宽为8 m，浇筑C25钢筋混凝土，共设2孔，宽4.0 m，在两孔之间设厚度为1.5 m的中墩。

泄槽(溢0+016.500～溢0+126.800)：收缩段(溢0+016.500～溢0+031.500)，其宽度从9.5 m逐渐收缩至6.0 m；宽度为6 m的等宽泄槽(溢0+031.500～溢0+126.800)。消能段(溢0+126.800～溢0+191.000)，其中溢0+126.800～溢0+143.000为挑流鼻坎段，溢0+143.000～溢0+161.000为裙板段，溢0+161.000～溢0+191.000为干砌块石护坦段。

4　结　语

溢洪道在保障水库安全中有重要作用，在设计过程中必须使其有良好的下泄水能力。在此次优化设计中，拟定了多种方案，对不同方案的泄洪能力与调洪实施了演算，并通过技术经济对比，选定最佳方案。

边坡也对工程安全有重要影响，由于本工程溢洪道设在右岸坝肩，所以保障右岸边坡安全至关重要。按照相关技术规范的要求，右岸边坡级别应和建筑物一致。根据工程地质条件，边坡主要为逆向坡，在对其进行设计时必须注重支护与排水，以保障安全。此外，页岩极易风化，施工过程中应在开挖之后立即封闭，避免长时间暴露。

经系统的优化设计，使浇筑工程量明显减少，尽管支护工程量增加，但造价有所降低。如果建筑物向山体方向发生平面移动，则会使边坡的开挖及支护工程量明显增加。基岩整体强度不大，开挖施

工难度较低，成本省，所以通过对开挖的适量增加，以及对混凝土量的有效减少，能起到有效控制造价的重要作用；并且优化设计中对建筑物的宽度进行了缩窄，能进一步减少开挖工程量。

经本次分析，对于中小型工程，基础处理和边坡开挖必须通过严格的技术经济对比，并做整体考虑。从本工程看，尽管边坡高度优化后增加，但造价依然合理。

参考文献：

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