上石水库溢洪道除险整治方案研究

易松德

(宜春市袁州区飞剑潭水库管理局，江西 宜春 336013)

1 概况

上石水库位于宜春市袁州区辽市镇上石村，属赣江三级支流辽市河。是一座中型水库。主要建筑物包括：大坝、溢洪道、放空及发电隧洞、西干灌溉涵管及电站等。工程等别为Ⅲ等，主要建筑物级别为3级，次要建筑物为4级。设计洪水位146.27 m，校核洪水位146.84 m，正常蓄水位144.50 m，死水位142.00 m，总库容1261万m3。

水库下游有宜春市、分宜县和新余市，并有沪昆高速铁路、沪昆高速公路、302国道等重要交通线以及江口水库(大型，又称仙女湖)，地理位置十分重要。

2 溢洪道存在的主要问题及安全鉴定结论

溢洪道位于大坝左岸约70 m处，沿线走向由近东西向转向为南北向，由进水渠、控制段、泄槽段、一级消力池、挑流鼻坎和二级消力池等组成。控制段堰型为实用堰，堰顶宽35.0 m，高程144.50 m，中心轴线全长约325.6 m。溢流堰堰体为C15钢筋混凝土结构，一级泄槽段全长约50.0 m，坡比为0.22。一级泄槽下设一级消力池，消力池底高程为131.00 m、宽22 m、长26 m，底板厚度为1.0 m。

一级消力池后接泄洪渠，泄洪渠分上、下两段，中间为一跌坎。上段泄洪渠长度为66.0 m，底板高程为133.30 m，底宽25 m；下段泄洪渠长为106.0 m，宽25.0 m。

泄洪渠后接挑流鼻坎，挑流鼻坎及两侧边墙均为C15混凝土结构。挑流鼻坎下设二级消力池，二级消力池底板为C15混凝土结构，长16.8 m，宽25 m。

存在的主要问题：

1)溢洪道进口两侧边墙存在局部破损和裂缝现象；进水渠设有拦鱼栅，拦鱼栅锈蚀严重，部分结构受重物冲撞，扭曲变形，存在阻水现象，对溢洪道泄洪造成安全隐患。

2)堰体、泄槽底板、挑流坎和交通桥等部位混凝土结构老化、破损，局部存在裂缝；进水渠左右侧边墙出现局部破损，裂缝等现象；泄洪渠上部人行便桥混凝土老化、破损、断裂，浆砌石边墙局部坍塌；尾部挑流坎及以下混凝土底板及边墙表面有裂缝分布。

3)泄流流态较差，下游出口排洪渠未衬护，淘刷塌陷较严重，行洪时洪水出槽淹没两岸农田和村庄等。

4)下游出水渠上部交通桥两侧栏杆存在破损、缺失，混凝土桥面面板破损。

5)根据本次混凝土检测结果，溢洪道控制段堰体底板冲刷严重，麻面，边墙麻面露石，局部混凝土脱落；一级泄槽底板蜂窝麻面、冲刷露石，脱壳破损面积1.20 m×1.50 m，底板混凝土多处隆起、裂缝，边墙混凝土老化，麻面露石，局部混凝土脱落；二级泄槽右侧边坡混凝土老化，麻面。挑坎底板开裂、鼓起，错位变形，边墙麻面露石，局部混凝土脱落，伸缩缝均有胀开；泄洪渠底板麻面露石，冲刷、剥蚀严重。

3 上石水库溢洪道除险整治方案研究

现状溢洪道从结构、水力学等方面来看，存在的问题较多，如采取对现状溢洪道结构进行加固，不能从根本上消除溢洪道存在的安全隐患问题，故本次除险加固将溢洪道拆除重建。

根据现状溢洪道布置，新建溢洪道设计初拟采用两种方案进行比选。

方案一：溢洪道采用两级消能，总长度为294.77 m，堰顶高程144.50 m，宽度为35.0 m，一级泄槽段宽度从进口处的35.0 m渐变至末端的25.00 m。一级消力池底板高程131.0 m，结构尺寸为26.0 m×25.0 m(长×宽)。二级泄槽段宽度为25.0 m，新建的二级消力池底板高程为121.50 m，结构尺寸为20.0 m×25.0 m。一级消力池与二级泄槽进口设泄洪渠，分上下两段，长度分别为66.0 m和70.12 m，宽度均为25.0 m。渠底高程分别为133.30 m和132.50 m，之间设跌坎衔接。

方案二：溢洪道采用一级消能，总长度为124.67 m，堰顶高程为144.50 m，宽度为35.0 m，泄槽段宽度从进口处的35.0 m渐变至末端的15.00 m。消力池底板高程为121.50 m，结构尺寸为27.0 m×15.0 m(长×宽)。消力池下游设出水渠，出水渠长184.11 m，宽15.0 m。渠底高程为121.50 m，出口与排洪渠衔接。

两个方案比选如下：

①方案一和方案二均可以满足溢洪道的水力学及结构计算要求。

②从造价方面比较，方案一相比方案二投资节省260.2 万元。

③方案一开挖量较少，对溢洪道两岸的影响最小，方案二开挖量较大，开挖时会占用一部分道路的位置，涉及防汛道路改道以及拆迁占地等，对两岸的影响较大。

综上所述，方案一投资较少，对周边影响较小，且可以满足溢洪道的功能需要。本次加固推荐方案一作为溢洪道加固方案。

4 上石水库溢洪道除险整治工程布置

(1)进水渠

进水渠左、右岸坡上部为残坡积粉质粘土，黄色，可塑-硬塑状态，土质均匀；下部岩性为强风化钙质砂岩，灰黄色，岩体较破碎，节理裂隙较发育。左侧岸坡较陡，坡比约为1∶1.0，右侧岸坡较缓，坡比约为1∶2.0。渠底末段(桩号Y0-010～Y0+000)基础为弱风化钙质砂岩，岩体较完整，具弱透水性。现状右岸边坡局部为混凝土预制块护坡，左侧未进行衬护。右岸混凝土护坡碳化严重，局部存在破损和裂缝等现象，渠底为粉质粘土。

根据两岸地形、现状及地质情况，将右侧混凝土预制块护坡拆除，两岸均采用衡重式挡墙进行加固，挡墙顶部高程为147.00 m，挡墙底部高程为142.00 m，高度为5.0 m，顶部宽度为0.5 m，混凝土强度等级为C25。挡墙上按2.0 m×2.0 m的间、排距设PVC排水管，管径50 mm。

进水渠渠底采用C25现浇混凝土护底，厚0.4 m，下设10 cm厚C10混凝土垫层，渠底宽度为35 m。因前段(桩号Y0-075～Y0-015)渠底现状高程基本在142.00 m左右，衬砌后的渠底高程仍为142.00 m。渠底末段(桩号Y0-010～Y0+000)衬砌后的底板高程为143.00 m。中间(桩号Y0-015～Y0-010段)采用1∶5.0的斜坡进行衔接。

因拦鱼栅锈蚀严重，部分结构受扭曲变形，存在阻水现象，影响行洪，对溢洪道泄洪造成安全隐患，将其拆除。

(2)控制段

控制段(桩号Y0+000～Y0+006)基础为弱风化钙质砂岩，岩体较完整，具弱透水性。

本次加固将原溢流堰拆除重建，新建溢流堰为钢筋混凝土结构，混凝土强度等级为C25，结构尺寸同原溢流堰。溢流堰顶宽35.0 m，顶高程144.50 m，底高程141.50 m，堰体上、下游底部设齿墙，齿墙深1.50 m，宽0.75 m，堰体采用 WES曲线，堰体上游铅直。控制段边墙采用C25砼衡重式挡墙，墙顶高程148.00 m，墙高6.5 m，顶宽0.5 m。挡墙设直径50 mmPVC排水管，排水管孔距、排距均为2.0 m。

(3)泄槽段

泄槽段(桩号Y0+005.44～Y0+055.44)总长度为50.00 m，底板宽度从35 m渐变至25.0 m，坡率为1∶0.22，泄槽段两侧边墙为衡重式挡墙，墙顶高程为144.87 m，高度为3.0 m，顶部宽度为0.5 m，混凝土强度等级为C25。挡墙墙面设置一排PVC排水管，间距2.0 m，管径50 mm。底板和挡墙沿纵向分为5段，每段长度为10.0 m，缝内设铜片止水，缝内采用闭孔泡沫板填充；混凝土底板厚0.6 m，混凝土底板中部设一条纵向缝，缝内设铜片止水，缝内采用闭孔泡沫板填充。

(4)一级消力池段

一级消力池(桩号Y0+055.44～Y0+081.44)池长26.0 m，池深2.3 m，底板宽25.0 m、厚1.0 m，底板上、下游端部设齿墙，齿墙深1.0 m、宽1.0 m。消力池底板设直径50 mmPVC排水管，排水管孔距、排距均为3.0 m。消力池两侧设25砼衡重式挡墙，边墙设计高度取5.5 m。墙顶高程135.00 m，顶宽0.5 m。挡墙墙面设置一排PVC排水管，间距2.0 m，管径50 mm。

(5)泄洪渠

泄洪渠总长度为136.12 m，宽度为25.0 m，分上、下两段，中间设一跌坎。上段(桩号Y0+81.44～Y0+147.44)总长度为66.00 m，底板顶高程为133.30 m，底板厚0.5 m，采用C25混凝土护底。两侧边墙设计高度取为4.0 m。墙顶高程为137.30 m，顶部宽度为0.5 m。挡墙墙面设置一排PVC排水管，间距2.0 m，管径50 mm。跌坎(桩号Y0+147.44～Y0+149.44)长度为2.0 m，落差为0.8 m，底坡坡比为1∶2.6，采用C25混凝土护底，底板厚0.4 m。下段(桩号Y0+149.44～Y0+219.56)总长度为70.12 m，底板顶高程为132.50 m，底板厚0.5 m，采用C25混凝土护底。两侧边墙设计高度取为3.5 m。墙顶高程为136.50 m，顶部宽度为0.5 m。挡墙墙面设置一排PVC排水管，间距2.0 m，管径50 mm。

(6)二级泄槽段

二级泄槽段(桩号Y0+219.56～Y0+274.77)总长度为55.2 m，底板宽度为25.0 m，坡率为1∶0.20，二级泄槽段两侧边墙为衡重式挡墙，高3.5 m，顶宽0.5 m，混凝土强度等级为C25。挡墙墙面设置一排PVC排水管，间距2.0 m，管径50 mm。底板和挡墙沿纵向分为5段，每段长度为11.0 m，缝内设铜片止水，缝内采用闭孔泡沫板填充；混凝土底板厚0.6 m，混凝土底板中部设一条纵向缝，缝内设铜片止水，缝内采用闭孔泡沫板填充[1]。

(7)二级消力池段

二级消力池(桩号Y0+274.77～Y0+294.77)池长20.0 m，池深2.0 m，宽25.0 m、底板厚度1.0 m，底板上、下游端部设有齿墙，齿墙深1.0 m、宽1.0 m。消力池底板面按3.0 m×3.0 m的孔、排距设排水孔，排水孔孔径50 mm。

二级消力池两侧设C25砼衡重式挡墙，挡墙设计高度5.5 m。墙顶高程125.50 m，顶宽0.5 m。挡墙墙面设置一排PVC排水管，间距2.0 m，管径50 mm。

5 上石水库溢洪道除险整治方案相关计算

5.1 水力计算

5.1.1 过流能力计算

溢流堰为实用堰，堰顶高程144.50 m，堰顶宽35.00 m，过流能力计算[2]结果见表1。

表1 泄流能力计算成果表

5.1.2 水面线计算

根据规范规定，校核洪水位工况，下泄流量248.0 m3/s，采用分段求和法进行水面线计算，根据水面线计算[3]结果以及加上安全超高，最终确定一级泄槽边墙高度3.0 m，泄洪渠上段和下段边墙高度4.0 m，二级泄槽段边墙高度3.5 m。

5.1.3 消力池消能防冲计算

溢洪道为3级建筑物，消力池消能防冲设计洪水标准为30 a一遇洪水，相应的下泄流量为104 m3/s,经过计算确定，一级消力池池长26.0 m，池深2.3 m；二级消力池池长20.0 m，池深2.0 m[4]。

5.2 结构计算

1)计算断面

根据有关资料及本次地勘情况，控制段堰体顶高程144.50 m，底高程142.0 m，堰体长5.44 m，宽35 m，为开敞式实用堰，堰体座落在弱风化钙质砂岩夹炭质页岩基础上。

2)计算工况及荷载组合

根据规范规定，溢洪道控制段计算工况与荷载组合表见表2[5]。

表2 控制段堰体抗滑稳定计算及荷载组合表

3)计算参数

溢洪道控制段基础为弱风化钙质砂岩夹炭质页岩，堰体基础和地基岩体接触面抗剪断摩擦系数f’=0.75，堰体基底面与地基间抗剪断粘结力c’=0.45 MPa，基础允许承载力取800 kPa。

4)计算结果

由表3可知，控制段堰体抗滑稳定及基底应力计算结果均满足规范要求。

表3 控制段堰体抗滑稳定及基底应力计算成果表

6 结语

溢洪道是水利枢纽工程中的重要泄水建筑物，其除险整治方案是否合理决定了整个水库枢纽建筑物的安全与否，本文结合多年来中小型水库溢洪道的除险整治经验，总结了一套完整的溢洪道除险整治方案，为今后从事水工设计工作的设计人员给予借鉴。