摘 要：水庫(kù)溢洪道科學(xué)與合理的設(shè)計(jì)是降低水庫(kù)工程造價(jià)和安全使用的關(guān)鍵。通常中小型溢洪道的工程造價(jià)在整個(gè)水庫(kù)工程中占據(jù)25%～30%的比例，因此在中小水庫(kù)的建設(shè)中溢洪道的合理設(shè)計(jì)，是一個(gè)必須給予足夠重視的環(huán)節(jié)。

關(guān)鍵詞：水庫(kù)溢洪道 工程造價(jià) 對(duì)策

中圖分類號(hào)：TV2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）01（b）-0070-02

所謂溢洪道，就是為保證水庫(kù)等建筑物的防洪能力而建造的槽形建筑物，通常位于水利建筑物的一側(cè)，他可以使水庫(kù)有效的控制水位，如果水庫(kù)水位上升至安全水位后，就會(huì)沿溢洪道排出至下游，從而保證水壩的安全使用。他的主要結(jié)構(gòu)包括進(jìn)水渠、控制段、泄槽、出水渠等。溢洪道科學(xué)與合理的設(shè)計(jì)是降低水庫(kù)工程造價(jià)和安全使用的關(guān)鍵，必須要高度重視溢洪道的設(shè)計(jì)，使之能夠達(dá)到應(yīng)有功能標(biāo)準(zhǔn)。

1 設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

1.1 盲目壓縮投資

在中小型水庫(kù)的建設(shè)當(dāng)中，可能會(huì)過(guò)多的考慮工程造價(jià)的控制，而在溢洪道的設(shè)計(jì)中設(shè)法降低對(duì)其的建筑投入，如降低洪水標(biāo)準(zhǔn)、選取數(shù)據(jù)過(guò)低，由此就最終導(dǎo)致溢洪道體積偏小，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用后，兩邊的巖石受到風(fēng)化的影響而發(fā)生脫落對(duì)溢洪道更加造成阻塞，降低了其排洪能力，最終造成安全隱患。

1.2 不合理布置

在溢洪道的設(shè)計(jì)中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生布置不當(dāng)?shù)那闆r，如將溢洪道的入口處設(shè)計(jì)得與水庫(kù)大壩過(guò)近，使其在溢洪道之間僅有狹窄的一段山脊作為隔斷。如果入口位置沒(méi)有相對(duì)堅(jiān)固的砌筑，就非常容易在泄洪過(guò)程中對(duì)其產(chǎn)生沖刷破壞，此時(shí)必將會(huì)對(duì)水庫(kù)壩體產(chǎn)生威脅和破壞，還有的陡槽末端緊密相連壩腳，在橫流沖刷的情況下，會(huì)直接降低壩腳的安全水平。

1.3 不合理設(shè)計(jì)

（1）在實(shí)際的溢洪道建設(shè)中，經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)以下的一些錯(cuò)誤，如平面彎道半徑過(guò)大或收縮過(guò)度，影響泄流水平。尤其在溢洪道陡坡段的彎道處會(huì)發(fā)生流態(tài)和流勢(shì)的起伏，會(huì)在兩岸形成水面差，使凹岸水面壅高，同時(shí)，相接的下流平直段發(fā)生折沖水流，使消能、泄洪水平大幅下降。

（2）有的水庫(kù)施工中，溢洪道的橫剖面存在設(shè)計(jì)失當(dāng)?shù)膯?wèn)題，經(jīng)常發(fā)生的有陡坡過(guò)陡，將一些溢洪道設(shè)計(jì)于非巖性基礎(chǔ)，且不作反濾襯砌，導(dǎo)致滑坡的現(xiàn)象。還有的工程對(duì)雙側(cè)山體開(kāi)挖不合理，使坡度過(guò)陡難以穩(wěn)定抗滑抗傾性差，最后形成坍塌。平面設(shè)計(jì)如果斷面不能完美連接，使斷面縮小，也會(huì)影響功能。有溢洪道出水口高度大于河岸，或不作良好砌筑，長(zhǎng)年使用后會(huì)形成逐漸漫延的沖刷，最后造成整個(gè)溢洪設(shè)施的破壞。

（3）現(xiàn)有的設(shè)計(jì)技術(shù)有待完善，較多體現(xiàn)的包括有以下幾種現(xiàn)象，有的設(shè)計(jì)對(duì)于建筑消能水平不夠重視，或選型失當(dāng)，使消力墻的消能水平不足，導(dǎo)致沖刷。或者在進(jìn)行側(cè)槽溢洪道的設(shè)計(jì)時(shí)，以往一直利用“扎馬林法”進(jìn)行運(yùn)算。然而通過(guò)長(zhǎng)年的工程經(jīng)驗(yàn)和有關(guān)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，此方法進(jìn)行運(yùn)算的結(jié)果會(huì)使水面的坡降不夠，側(cè)槽深度過(guò)淺，流量壓縮，造成一些位置淹沒(méi)出流，使建筑物存在隱患。

（4）有些不足體現(xiàn)在整個(gè)工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，缺少對(duì)環(huán)境因素的全面考慮，對(duì)泄洪要求和特點(diǎn)等基礎(chǔ)特性不能全面思考，而是照搬其它的設(shè)計(jì)成果。溢洪道的水流速度快，沖出力大，在摻氣和脈動(dòng)等共同作用下，會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的振動(dòng)蕩，有的工程中不能考慮實(shí)際要求，而選擇材料時(shí)壓低成本，或者作標(biāo)號(hào)與實(shí)際要求不附的砌筑。使之在實(shí)際的使用過(guò)程中，難以抵抗強(qiáng)力沖刷。特別是有的溢洪道沒(méi)有建筑在牢固基礎(chǔ)之上，但是其底部也不作足夠的反濾排水設(shè)施，在高強(qiáng)力沖刷下，也會(huì)造成建筑破壞坍塌。一些工程圬工砼襯砌過(guò)大，但是不作伸縮處理，使建筑的襯砌形成開(kāi)裂，影響工程的質(zhì)量。

2 完善溢洪道設(shè)計(jì)的對(duì)策

2.1 整體布局

在溢洪道的設(shè)計(jì)中要充分考慮到工程所在地的具體情況，基于實(shí)際的地理環(huán)境進(jìn)行考慮，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行造價(jià)合理的設(shè)計(jì)，如果在壩體周圍有cnJ09Io7Uzt1nUSaThvKrg==可以利用的自然環(huán)境，如山坳等可以有效的使用作為溢洪道的布置，如出口過(guò)小不能布置正堰，在此情況下，應(yīng)該采取側(cè)槽溢洪道，要絕對(duì)掌控好設(shè)計(jì)原則，包括基礎(chǔ)堅(jiān)牢，保證線路最短，彎路最少，出水口處無(wú)主要建筑物，避免于滑坡基礎(chǔ)上進(jìn)行建筑，盡量選擇牢固基礎(chǔ)。

2.2 近口段設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)使出水平順的目標(biāo)，應(yīng)將出口處設(shè)置成喇叭狀，不必過(guò)長(zhǎng)以減少造價(jià)，有時(shí)因建筑地形的原因必須于出口處設(shè)計(jì)彎道時(shí)，必須要盡可能作到平緩，同時(shí)其要保證與壩體的合理距離，以免影響壩體。引流段的橫斷面要采取梯形設(shè)計(jì)，如果水流速度≤1～2 m/s不必砌護(hù)，只在接近壩體或控制建筑物的區(qū)域作砌護(hù)。

2.3 堰流段設(shè)計(jì)

近口水流應(yīng)該與控制建筑物垂直，以保證泄洪的均勻，以實(shí)際的工程地勢(shì)為依據(jù)和出水要求一定要采取實(shí)用斷面堰的設(shè)計(jì)，其寬度可以依照單寬流量來(lái)確定，單寬流量的標(biāo)準(zhǔn)為巖基40～70 m3/s，非巖基20～40 m3/s，土基20 m3/s。為實(shí)現(xiàn)水流的平順可以用漸變式的方式對(duì)堰口和上游引流段進(jìn)行設(shè)計(jì)，最佳角度為12度。

2.4 泄流段設(shè)計(jì)

泄流段的設(shè)計(jì)要選擇直線布置，減少因彎道和扭坡順引流態(tài)的突然變化產(chǎn)生負(fù)壓，處于陡坡段時(shí)，選用均一比降。因?yàn)樾购槎瘟魉俅?，所以必須要設(shè)計(jì)在堅(jiān)固的巖基之上，如果沒(méi)有足夠條件，就必須要合理運(yùn)算此處的砌筑厚度，通常漿砌石為0.5～1.0 m，混凝土0.2～0.5 m，鋼筋混凝土0.15～0.3 m，坡度≤1/2.5最佳。

新鮮的巖基泄水道不必作砌筑，風(fēng)化巖石則要以0.3～0.5 m漿砌石，同時(shí)配合以錨固筋，當(dāng)需要進(jìn)行大面積的砌筑時(shí)，要研究地質(zhì)狀態(tài)和溫度情況進(jìn)行伸縮縫的設(shè)置，底部以9～11 m的間距進(jìn)行縱橫縫的安置，并且于砌筑底部鋪置排水反濾料。

2.5 消能工設(shè)計(jì)

于泄洪段未端進(jìn)行消能工的設(shè)計(jì)，可以用多級(jí)躍水和溢洪道末端的躍流段設(shè)計(jì)時(shí)，一定控制其泄水方向與壩體間隔開(kāi)≥100～150 m的距離。非巖石基礎(chǔ)通常以底流消能，于尾端進(jìn)行消能池的設(shè)計(jì)。遠(yuǎn)驅(qū)水躍，容易形成沖刷，應(yīng)該對(duì)其使用差動(dòng)式消力檻的設(shè)計(jì)。而在巖石基礎(chǔ)時(shí)，如其未端出現(xiàn)陡坡就要進(jìn)行挑射消能設(shè)計(jì)，就可以起到節(jié)省消能池及護(hù)坦等設(shè)計(jì)的作用，因?yàn)檫@種方式的特點(diǎn)是造價(jià)小，工作量低，在實(shí)踐中被大量使用。

2.6 側(cè)槽段的設(shè)計(jì)

側(cè)槽段的設(shè)計(jì)應(yīng)該采取垂直來(lái)水流向的原則。以等高線的延伸確定其長(zhǎng)度，側(cè)向進(jìn)流，縱向泄流。側(cè)堰同深槽連接階段的角度要掌握在12°。長(zhǎng)度確定為水深的4倍左右，寬產(chǎn)生的功能是不使槽內(nèi)波動(dòng)及橫向旋滾水流直接進(jìn)入陡坡段。

3 與設(shè)計(jì)有關(guān)的水力運(yùn)算

3.1 引流段水力運(yùn)算

引流段的入口位置，只有首先進(jìn)行水位壅高的運(yùn)算，才會(huì)使庫(kù)水位在泄洪時(shí)的水位得到確定。可以利用包括查爾諾門斯基法在內(nèi)的由下游控制面向上游反求的方法運(yùn)算，

3.2 泄流段運(yùn)算

可以得出陡槽段水面曲線的計(jì)算方式很多，包括當(dāng)陡槽的底寬為固定值時(shí)，就可以以BⅡ型降水曲線的方式進(jìn)行運(yùn)算。而當(dāng)陡槽的底寬會(huì)發(fā)生一定變化時(shí)，就可以利用查爾諾門斯基方式進(jìn)行運(yùn)算。

3.3 側(cè)槽段水力計(jì)算

在以往的經(jīng)驗(yàn)中，通常以扎馬林法進(jìn)行針對(duì)側(cè)槽段水力的運(yùn)算，在計(jì)算一般會(huì)以均勻流進(jìn)行假定，可以在實(shí)際當(dāng)中，水流的形式是沿程變量流，因此會(huì)與實(shí)際的泄流狀況產(chǎn)生一些差距，最近一段時(shí)期，有的水利方面的學(xué)者依據(jù)水的流動(dòng)量而提出以水面曲線推導(dǎo)的方式來(lái)進(jìn)行運(yùn)算，這樣就會(huì)使結(jié)果得到與實(shí)際泄流狀況之間的最大吻合。特別是南斯拉夫的哈丁公式中的計(jì)算簡(jiǎn)便、節(jié)省時(shí)間，已在水力運(yùn)算中得到廣泛運(yùn)用。因?yàn)閭?cè)槽內(nèi)的水流形態(tài)較為多變，堰頂相對(duì)的岸坡水平面的高度較平均水位加高6%～21%，因此應(yīng)該在設(shè)計(jì)中的砌筑高度要充分考慮的以上原因。

3.4 護(hù)砌運(yùn)算

對(duì)于陡坡的護(hù)砌要滿足滑動(dòng)安全的原則，進(jìn)行伸縮縫的安置之后，陡坡外表的砌筑就像面積很大的薄板，因此對(duì)基礎(chǔ)的應(yīng)力和傾復(fù)穩(wěn)定可以不必計(jì)算，其實(shí)現(xiàn)良好控制的條件就要滑動(dòng)穩(wěn)定，而在陡坡的砌筑表面上的主要滑動(dòng)力包括水流的拖泄、砌體自重順坡方向的分力及護(hù)面凸體的阻力；而抗滑力則是砌體自重垂直坡面的分力及水流靜壓力和砌護(hù)表面的滲透壓力，抗滑安全系數(shù)為≥1.3～1.5即可。

4 結(jié)論

水庫(kù)溢洪道的設(shè)計(jì)質(zhì)量高低，左右著水庫(kù)工程的工程造價(jià)和安全使用水平。是一項(xiàng)必須要給予足夠重視的工作。為了避免在溢洪道的設(shè)計(jì)中出現(xiàn)問(wèn)題，就要仔細(xì)研究在設(shè)計(jì)中可能會(huì)出現(xiàn)的情況，之后才能做到有針對(duì)性的收集資料，研究對(duì)策，從溢洪道設(shè)計(jì)中的規(guī)劃布局直到水利計(jì)算的整個(gè)過(guò)程中進(jìn)行全面控制，使設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)取得最佳的效果。

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