彭小云

（贛州市水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院，江西 贛州 341000）

1 工程概況

長龍水庫位于江西省興國縣北郊的高興鎮(zhèn)長逕村境內(nèi)，距縣城17 km，壩址座落在贛江水系平江二級支流茶園水峽谷處（壩址距“京九”鐵路300 m左右，距319國道500 m左右）。壩址控制流域面積116 km2，水庫總庫容 1700萬 m3，設(shè)計(jì)灌溉面積 2466.66 hm2，電站裝機(jī)2×500 kW，是一座以灌溉為主，兼有發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合效益的中型水利樞紐工程。

根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201－94）和《水利水電等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252－2000）的規(guī)定，長龍水庫樞紐工程等別為Ⅲ等，大壩、溢洪道等建筑物為3級建筑物，灌溉和發(fā)電引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房為4級建筑物，渠系工程為Ⅳ等工程，建筑物為4級建筑物。樞紐建筑物由大壩、溢洪道、灌溉和發(fā)電引水隧洞、發(fā)電廠房、渠系建筑物等組成。

2 溢洪道存在的主要問題

長龍水庫溢洪道位于大壩左岸的埡口處，為河岸開敞式無閘控制克—奧實(shí)用堰，堰頂高程210.94 m，堰底高程 203.0 m，堰寬 65 m，堰前堆渣 208.74 m，堰頂寬1m，底寬9 m，堰后接縮窄型消力池過渡段，過渡段底高程 206.61 m，池深 1 m，池長 24 m，陡槽段首端高程207.21 m，長 122.6 m，縱坡 i＝0.02799，寬 34 m。 末端采用差動式挑坎消能，尾水渠長270 m，凈寬33 m，縱坡1%。長龍水庫溢洪道平面布置圖、溢洪道縱剖面圖分別見圖 1、圖 2。

長龍水庫溢洪道存在的主要問題有：溢流堰堰體砌筑質(zhì)量差，穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求；溢洪道過流能力不足；陡槽段邊墻高度不足，底板水毀嚴(yán)重；消力池底板不滿足抗浮穩(wěn)定要求。

圖1 溢洪道平面布置圖

圖2 溢洪道縱剖面圖

3 原設(shè)計(jì)方案

針對長龍水庫溢洪道存在的主要問題，初設(shè)批復(fù)方案為：①拆除重建溢流堰堰體及其兩側(cè)邊墻；②溢流堰堰后過渡調(diào)整段進(jìn)行重新布置；③拆除重建陡槽底板；④對陡槽邊墻進(jìn)行加高；⑤維持差動式挑坎鼻坎現(xiàn)狀。

4 水工模型試驗(yàn)

長龍水庫溢洪道為河岸開敞式無閘控制克—奧實(shí)用堰，溢流堰堰后接縮窄型消力池過渡段（以下簡稱：堰后過渡段），堰后過渡段的收縮角為30.572°，消力池池深1 m，池長24 m，消力池后接陡槽段。堰后過渡段，過堰水流通過水躍（小流量時）或豎向的突然擴(kuò)散，轉(zhuǎn)變?yōu)榫徚?，再?jīng)收縮流入下游陡槽。隨著過堰流量的變化，過渡段內(nèi)會出現(xiàn)各種流態(tài)：①小流量時，過堰水流在過渡段形成水躍；②流量增大，過渡段出現(xiàn)淹沒水躍和潛沒水流，當(dāng)下游水位超過堰頂時，溢流堰開始被淹沒，過渡段開始影響泄流能力；③流量再增大，溢流堰淹沒度增大，逐漸失去控釋作用，泄流受過渡段下斷面控制。

由于溢洪道布置形式特殊，邊界及水力條件比較復(fù)雜，現(xiàn)無理論公式對其進(jìn)行水力計(jì)算和驗(yàn)證各部位形式、尺寸的合理性，建議業(yè)主對長龍水庫溢洪道進(jìn)行水工模型試驗(yàn)，以確定堰后過渡調(diào)整段是否維持現(xiàn)狀，并為水庫除險加固提供技術(shù)依據(jù)。

2009年11月，興國縣水利局委托武漢大學(xué)水資源與水電工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了長龍水庫溢洪道水工模型試驗(yàn)。為了使模型能更好地反映溢洪道的泄流條件，長度比尺采用1∶60；模型范圍溢洪道進(jìn)口至陡槽以下及庫區(qū)河床（其中溢洪道進(jìn)口至陡槽以上部分采用正態(tài)模擬，陡槽以下及庫區(qū)河床采用概化途徑進(jìn)行模擬）。實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容如下：

1）觀測不同水位情況下溢洪道的泄流能力。

2）特征流量條件下，溢洪道進(jìn)口流態(tài)與水位變化情況。

3）觀測溢洪道邊墻修改后的泄流能力及流態(tài)、水位變化情況（不研究下游河床沖刷）。

隨后，武漢大學(xué)水資源與水電工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室編制了《興國縣長龍水庫溢洪道模型試驗(yàn)研究報告》，報告中指出：①現(xiàn)有溢洪道布置形式完全能滿足設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)要求，在下泄校核洪水Q＝1485 m3/s（千年一遇）時，水庫校核洪水位僅比設(shè)計(jì)值高2 cm，也能基本滿足設(shè)計(jì)要求；②溢洪道（尤其是陡槽段）底部和表面流速均較大，大部分超過了漿砌塊石的抗沖流速，應(yīng)對溢洪道底板進(jìn)行防沖加固處理；③消力池出口處的狹口對下泄水流具有阻礙作用，此處前壅后跌，水流水位變化急劇。消力池側(cè)墻高度不能完全滿足千年一遇洪水要求，應(yīng)對消力池側(cè)墻進(jìn)行適當(dāng)加高。

5 加固方案

由于溢洪道布置形式特殊，邊界及水力條件比較復(fù)雜，現(xiàn)無理論公式對其進(jìn)行水力計(jì)算和驗(yàn)證各部位形式、尺寸的合理性，因此本次在長龍水庫溢洪道水工模型試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了長龍水庫溢洪道加固設(shè)計(jì)方案，加固方案分別如下：

1）拆除重建溢流堰堰體及其兩側(cè)邊墻。

2）維持溢流堰堰后過渡調(diào)整段布置，對其底板進(jìn)行拆除重建。

3）拆除重建陡槽底板。

4）對陡槽邊墻進(jìn)行加高。

5.1 溢流堰及其邊墻

對原溢流堰拆除重建。新建溢流堰堰頂高程210.94 m，堰面曲線采用克－奧I型實(shí)用堰曲線，曲線后接1∶1直線段，直線段通過R＝3000 mm的反弧段平滑地與堰后過渡段相銜接，堰后過渡調(diào)整段底板高程206.21 m，堰前迎水面垂直。 建基面高程 204.0 m，齒槽高程203.0 m，為防止堰基滲漏，在堰軸線上游0.7 m處布設(shè)一排防滲帷幕，灌漿孔按3序逐序加密進(jìn)行，最終孔距2.0 m；灌漿孔深入不透水頂板線以下5.0 m。溢流堰面采用C25混凝土澆筑，厚1 m；堰基面及堰上游面1 m范圍內(nèi)為C15混凝土，其余為C15埋石混凝土；整個溢流堰全長69 m，溢流凈寬65 m；溢流堰兩側(cè)設(shè)置厚 2.0 m 的邊墻，邊墻頂高程 216.63 m；堰體底寬 8.929 m；為防止堰體發(fā)生不均勻沉降，垂直堰軸線方向設(shè)置5條沉降縫，縫寬10 mm，縫間設(shè)置橡膠止水帶。

5.2 堰后過渡調(diào)整段

維持堰后過渡調(diào)整段布置形式。針對堰后消力池底板不滿足抗浮穩(wěn)定要求，因此本次加固對消力池底板進(jìn)行拆除重建，新建底板采用C25鋼筋混凝土澆筑，底板厚0.5 m；在底板與基巖之間采用Φ25錨筋連接，錨筋縱橫間距2 m，梅花型布置，并深入基巖2 m；底板設(shè)置伸縮縫，縫間設(shè)置橡膠止水帶。

5.3 陡槽底板及邊墻加固設(shè)計(jì)

將原陡槽底板全部拆除，采用C25混凝土重新澆筑，底板設(shè)置縱、橫向伸縮縫，縫寬10 mm，縫間設(shè)置橡膠止水帶，澆筑后陡槽底板長 81.461 m，底高程為207.21～204.93 m，底板厚 0.3m。底板下部設(shè)置兩道縱向排水溝，排水溝斷面尺寸為500 mm×400 mm（寬×高）；按魚刺形布置橫向排水溝16道，排水溝斷面尺寸為300 mm×300 mm；溝內(nèi)以碎石充填（見圖3）。

由于陡槽邊墻內(nèi)側(cè)均為巖體，呈弱風(fēng)化，因此針對陡槽邊墻高度不足，結(jié)合現(xiàn)狀墻體結(jié)構(gòu)，按原斷面尺寸加高。加高邊墻采用M7.5漿砌石砌筑，擋墻形式為仰斜式，墻內(nèi)設(shè)置排水孔（見圖4）。

5.4 挑坎消能段

長龍水庫溢洪道陡槽末端采用差動式挑坎消能，挑流鼻坎高程183.66 m，挑射角25°。經(jīng)現(xiàn)場檢查及消能防沖復(fù)核，挑坎鼻坎質(zhì)量較好且挑流消能滿足防沖要求，因此維持挑坎鼻坎現(xiàn)狀。

圖3 陡槽底板構(gòu)造及排水溝圖

圖4 加高邊墻設(shè)計(jì)斷面圖

6 結(jié)語

長龍水庫除險加固于2008年9月竣工驗(yàn)收并開始蓄水，溢洪道運(yùn)行良好。溢洪道單位工程竣工結(jié)算費(fèi)用為367.25萬元，與初設(shè)批復(fù)方案投資相比，節(jié)約費(fèi)用為87.41萬元。由于溢洪道布置形式特殊，邊界及水力條件比較復(fù)雜，現(xiàn)無理論公式對其進(jìn)行水力計(jì)算和驗(yàn)證各部位形式、尺寸的合理性，在長龍水庫溢洪道進(jìn)行水工模型試驗(yàn)基礎(chǔ)上提出了加固設(shè)計(jì)方案，既解決了溢洪道存在的問題，又節(jié)約了國家資金，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］李 煒，等.水力計(jì)算手冊（第2版）［S］.北京：中國水利水電出版社，2006.

［2］SL253－2000，溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.