溢洪道除险加固工程处理分析_陈忠润.pdf

安 全 与 防 灾 2023 NO.4 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯溢洪道除险加固工程处理分析陈忠润 1 李英 1 梅德波 2(1.云南能源职业技术学院 云南曲靖 655001;2.云南省水利水电勘测设计研究院 云南昆明 655000)摘要：溢洪道是水工构筑物，有了溢洪道就可以有效避免大坝被洪水冲毁，是一种防洪设备，多数情况下溢洪道修建在水坝的一侧，就如一个比较大的水槽，当洪水期流量很大，使大坝的水位升高，超过防洪设计水位时，水就通过溢洪道向下游流出。溢洪道常见的问题有：进口左右边墙产生裂缝；进口引渠左右侧边墙产生倒塌；泥沙淤积严重；溢洪道宽度不足，左右岸山体风化；左右岸导流墙单薄，平面布置不符合规范要求；浆砌石溢流堰砌筑质量差，左右岸与山体相接处渗水；溢洪道下游无消能设施；水库泄洪量较大时下游回水极易冲刷坝脚，危及坝体安全等问题。基于此，该文以东洱河水库为例分析溢洪道除险加固。关键词：溢洪道 大坝 除险加固 泄洪量中图分类号：TV698.23文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2023)04-0137-04Analysis on the Treatment of Danger Removal and Reinforcement Projects for SpillwaysCHEN Zhongrun1 LI Ying1 MEI Debo2(1.Yunnan Vocational Institute of Energy Technology,Qujing,Yunnan Province,655001 China;2.Yunnan Water Resources and Hydropower Survey,Design and Research Institute,Kunming,Yunnan Province,655000 China)Abstract:The spillway is a hydraulic structure,with which the dam can be effectively prevented from being destroyed by the flood,and it is a kind of flood control equipment.In most cases,the spillway is built on the side of the dam,as if it were a relatively large water tank.When the flow is large during the flood period,raising the water level of the dam beyond the design water level of flood control,the water flows downstream through the spillway.The common problems of the spillway include that there are cracks on the left and right side walls of the inlet,the left and right side walls of the inlet approach channel collapse,sedimentation is serious,the width of the spillway is insufficient and the mountains on the left and right banks are weathered,the diversion walls on the left and right banks are thin and the plane layout does not meet the specification requirements,the masonry quality of the masonry overflow weir is poor and there is water seepage at the junction between the left and right banks and the mountain,there are no energy dissipation facilities at the downstream of the spillway,and that the downstream backwater is very easy to scour the dam toe and endanger the safety of the dam body when the flood discharge of the reservoir is large.Based on this,taking the Donger River reservoir as an example,this paper analyzes the danger removal and reinforcement of the spillway.Key Words:Spillway;Dam;Danger removal and reinforcement;Flood dischargeDOI：10.16661/ki.1672-3791.2207-5042-3263基金项目：2021 年云南能源职业技术学院科学研究基金项目 溢洪道加固设计问题分析（项目编号：2021JSLG04）。作者简介：陈忠润（1982），女，硕士，讲师，研究方向为水电站方向。李英（1981），女，硕士，讲师，研究方向为自动化方向。梅德波（1980），男，硕士，高级工程师，研究方向为水利方向。137 2023 NO.4科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION 安 全 与 防 灾SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯1 东洱河水库溢洪道的基本情况及存在的主要问题东洱河水库溢洪道位于大坝东南向1 km处，首部横穿213国道，建有首部闸门室，设有2 m2 m平面钢闸门3套。溢洪道进口底板为1 337.575 m，为有闸控制宽顶堰。闸后为深1.2 m，长15.2 m的消力池，池后130 m为一跌坎，向南延伸900 m后，交汇于金鸡河。断面呈梯形，由于该工程在除险加固时仅对闸室和消力池段做了处理，以下部分仅开挖出断面而未做衬砌处理，影响了溢洪道的泄洪。溢洪道最大泄流量为60 m3/s。低位输水涵洞为加固配套工程，位于坝左肩52.5 m的坝下，埋管为钢管，内径为0.6 m，长度为120.4 m，进口底板高程1 328.00 m，进口设事故检修闸门，闸井启闭塔操作平台高程1 350.50 m，用交通桥与坝顶连接。闸孔尺寸为0.6 m0.6 m（宽高），原设计最大出流量3 m3/s。溢洪道闸门已经运行了多年，因受当时技术限制导致闸门维护困难，该闸门锈蚀和漏水严重，给工程使用带来了隐患，其启闭机设备也锈蚀严重，电气控制元件老化缺损严重，零部件缺损变形严重，因此，对原进口3道闸门进行改建。闸门门槽结构不变，只是拆除原二期混凝土后重新浇筑二期混凝土，闸门更换后仍为2 m2 m的平板钢门。启闭机设备也由原来的螺杆机更换为卷扬机。垮塌的边墙及水库下游行洪渠道4+040 m处右岸路基向渠内滑塌已列入应急处理设计方案中。由于原溢洪道控制段结构仅闸墩墩头及墩尾为浆砌石结构，其余结构均为钢筋混凝土。地震后经过现场检查，闸墩墩头及墩尾未见明显裂缝，结构基本完好，因此此次除险加固未对其进行处理1-2。2 溢洪道泄流能力复核及加固处理东洱河水库溢洪道仍采用开敞式，根据实际情况，溢洪道可分为进口段、控制段、泄槽段、消能段、陡槽段等部分。2.1 溢洪道泄流能力复核溢洪道为有闸控制宽顶堰，首部闸室为3孔2 m2 m平面钢闸门，堰顶高程1 337.575 m。当水位低于1 339.575 m时，属于堰流，采用堰流流量计算公式计算3：Q=scmnb2g H3 20（1）式（1）中：b为每孔净宽；n为每孔净宽；H0为包括行进流速水头的堰前水头；v0为行进流速；c为侧收缩系数；s为淹没系数；m为自由溢流的流量系数，它与堰型、堰高等边界条件有关。当水位高于1 339.575 m时，属于闸孔出流，采用闸孔出流计算公式计算4：Q=s0enb2gH0（2）式（2）中：e为闸门开启高度；0为闸孔自由出流的流量系数。根据以上两种计算溢洪道泄流量成果具体如表1所示。溢洪道设计最大泄量为60 m3/s时，校核洪水位是1 343.59 m，此次复核结果在校核洪水位时泄量为58.06 m3/s，溢洪道泄流能力不能满足设计要求，需要进行加固处理5-8。2.2 溢洪道加固改造施工土方开挖：由2.0 m3挖掘机开挖，扣除回填所需的土方外，其余由10 t自卸汽车运至弃碴场弃碴。混凝土凿毛由人工进行；混凝土的拆除基本上由人工进行，部分可采用Y30型手风钻钻孔密集浅孔爆破拆除，人工集碴，开挖碴料由2.0 m3挖掘机挖装，10 t自卸汽车运至下游公路边碴场弃碴9。混凝土浇筑由JZC350型混凝土搅拌机拌制，由1T机动翻斗车运至工作面，人工入仓，防浪墙由2.2 kW插入式振捣器振捣密实，钢模施工。浆砌石施工：所用块石由宁洱县附近已有砂石加表1 洪道泄流能力复核表上游水位/m1 338.581 339.5751 340.581 342.581 343.59流量系数0.3580.3580.3580.5280.545泄流量/(m3/s)6.5120.9141.4453.7658.06备注闸孔出流138安 全 与 防 灾 2023 NO.4 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATIONSCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯科技资讯工厂购买，人工装5 t自卸汽车运至工作面附近，砂浆由JZC350型混凝土搅拌机拌制，1 t机动翻斗车运至工作面附近，人工砌筑。2.2.1 进口段进口段桩号0+130.00 m0+152.00m段，平距30 m，上游宽40 m，顺水流方向渐收缩至25 m，渠底坡为反坡，右岸山体幵挖，边坡稳定达到规范要求，左岸新建浆砌石挡土墙，底坡为i=0.131 5，起始底板高程1 337.394 m，末端高程1 334.500 m。断面形式为矩形，边墙高2.5 m，底宽6 m，用M8.0浆砌石砌筑。2.2.2 控制段控制段桩号0+152.00 m0+748.30 m段，溢流堰拆除重建，底坡为i=0.010 4，起始底板高程1 334.500 m，末端高程1 328.300 m。断面形式为矩形，边墙高2.5 m，底宽6 m，用M8.0浆砌石砌筑，溢流堰堰体内部采用M10水泥砂浆砌筑，表面采用C25现浇砼，厚30 cm。堰前、堰顶及堰后均用M10水泥砂浆勾凸缝。溢流堰中段设伸缩缝1道，内设橡胶止水，止水前后用橡塑板填缝。2.2.3 泄槽段泄槽段桩号0+393.5 m0+508.5 m段，底宽25 m，总长90 m，底坡为i=0.0104，起始底板高程1 331.983 m，末端高程1 330.793 m。断面形式为梯形，面坡为1 1，底宽6 m，用M8.0浆砌石砌筑。左岸导流墙拆除重建，采用M10重力式浆砌石挡土墙结构，根据溢洪道水力计算，确定边墙高度为2.5 m。右岸山体进行拓宽开挖，边坡坡比达到1 1，确保山体稳定。2.3 消力池复核闸后消力池宽为 8.0 m，深度为 1.2 m，边墙高度为2.5 m，长度为15.2 m。消力池按照最大下泄流量为60 m3/s时，校核洪水位在1 343.59 m，对其进行复核计算，溢洪道进口高程为1 337.575 m，消力池底高程为1 336.375 m10-12。2.3.1 收缩水深计算E0=hc+q22g2h2c（3）式（3）中：hc为收缩水深；q为单宽流量，q=60/8=7.5 m2/s；为流速系数，取=0.8；E0为总能头，不计上游行进流速，E0=1343.59-1336.575=7.215 m。根据公式计算得闸后收缩水深为0.84 m。2.3.2 跃后水深计算计算公式如下：hc=hc2(1+8Fr2c-1)（4）式（4）中：hc为收缩水深；hc为跃后水深；Frc为收缩断面弗汝德数，Frc=qhcghc=3.12。根据公式计算得，跃后水深为3.304 m，消力池边墙总高为3.7 m，边墙高度满足要求。2.3.3 消力池深度计算计算公式如下：h=ht+S+Z（5）式（5）中：ht为下游水深1.655 m（根据明渠均匀流计算）；hc为跃后水深3.304；S为消力池深；为安全系数，取1.1。Z=Q22gb2(1h2t-12h2c)=0.886根据公式计算得消力池深S=1.09 m，现消力池深为1.2 m，满足要求。2.3.4 消力池长度计算消力池长度计算采用水力学计算手册经验公式如下：Lk=(0.70.8)Lj（6）式（6）中：Lj为只有水跃的跃长，根据弗汝德数Frc=3.12，1.7Frc9。Lj/h=9.5(Frc-1)（7）计算得到Lj=17.8 m，Lk=13.4 m，原消力池长度为15.2 m，满足要求。2.3.5 消能段的改造施工根据地形条件，东洱河水库溢洪道消能采用挑流形式，消能段桩号 0+628.300 m0+703.300 m 段，底坡为i=0.010 4，起始底板高程1 329.548 m，末端高程1 328.768 m。断面形式为梯形，面坡为1 1，边墙高2.5 m，底宽6 m，用M8.0浆砌石砌筑。（1）挑坎高程确定。洪水经挑流鼻坎消能后，进入下游出水渠。根据溢洪道设计规范（SL 253-2018）规定，在保证能形成自由挑流的情况下，挑坎高程齐平或略低于下游最高水位，经比较确定坎顶高程。139 2023 NO.4科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION 安 全 与 防 灾SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯（2）挑坎参数确定。设计挑坎为连续等宽式，根据 溢洪道设计规范（SL 253-2018）规定：挑流鼻坎反弧半径R为反弧最低点最大水深的612倍。经比较确定挑坎反弧半径为4.95 m，挑射角37.69，反弧最低点高程1 327.56 m，反弧段上游与泄槽底板切线连接。根据工程地质报告，溢洪道下游基岩出露，岩石完整且较坚硬，抗冲刷能力强，据此，下游河床内不再采取工程措施。为防止溢洪道内洪水回流冲刷坝后，在大坝主河槽段坝后新建浆砌石挡土墙，墙体釆用重力式挡土墙结构，高2.5 m13。2.4 陡槽段水力计算水面线计算按30年一遇洪水（P=3.33%）泄流量（Q）以56 m3/s计算，断面水深计算公式如下6：h=q2g(H0-h1cos)（8）式（8）中：q为计算断面单宽流量；为陡坡底板与水平面的夹角；为流速系数，取=0.95；H0为以起始计算断面渠底为基础的上游来流总水头。计算结果如表2所示。根据表中计算结果，最大水深为2.07 m，选择边墙高度为2.5 m14。3 设计处理措施对原进口3道闸门进行改建。闸门门槽结构不变，只是拆除原二期混凝土后重新浇筑二期混凝土，闸门更换后仍为2 m2 m的平板钢门。启闭机设备也由原来的螺杆机更换为卷扬机。原溢洪道里程 0+000.00 m0+130.00 m 与 0+748.30 m0+951.00 m（交金鸡河）段已进行浆砌块石衬砌，其余地段均为土渠。此次除险加固对土渠段进行浆砌石衬砌。在应急处理项目中已安排，此次除险加固未考虑。应急处理方案分别为将垮塌的边墙拆除重新用浆砌石支砌、在未垮塌的边墙外支砌浆砌石挡墙以保护原来的边墙。下游河道4+040 m处滑塌的挡墙急处理设计方案是将滑塌的挡墙及已经变形的渠道底板浆砌石拆除，用浆砌石支砌挡墙及渠道底板，处理长度60 m。参考文献1 林继镛,张社荣.水工建筑物M.6版.北京:中国水利水电出版社,2019.2 四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室.水力学M.5版.北京:高等教育出版社,2017.3 麦家煊.水工建筑物M.北京:清华大学出版社,20194 中国水利发电工程学会施工专业委员会.水利水电施工M.北京:中国水利水电出版社,20205 夏富洲.水工建筑物M.北京:中国水利水电出版社,2019.6 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