干渠渠首工程溢流坝设计实例剖析

曲洪雷，兰朝臣，李严坤

(1. 黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨150080;2. 黑龙江省引嫩工程管理处，黑龙江 大庆163316)

1 工程概况

营城子干渠渠首工程位于龙凤山水库下游50 km、牤牛河93 km铁路桥下游1.3 km处。

营城子灌区设计灌溉面积6 467 hm2，设计毛灌溉定额为819 m3/666.7 m2，设计用水量0.80 亿m3。在全灌溉期只有5月中旬区间来水不满足用水需求，因此在5月中旬需由龙凤山水库供水423.36 万m3。

原渠首包括进水闸、溢流坝其中溢流坝原坝长130 m，堆石结构，坝高3.0 m，1973年对坝体进行了整修加固，采用坝顶混凝土罩面护砌。现坝体块石脱落严重，坝顶沉陷，现坝顶高程163.30 m，已经不能安全运行，本次设计新建永久性溢流坝工程。

2 溢流坝设计

2.1 坝线选择

本次设计新建永久性溢流坝工程，原坝线处堆石坝无利用价值。在原坝线新建溢流坝、泄洪冲砂闸施工难度较大，因坝体需要全部拆除，同时需要满足正常引水要求，故不作为比选坝线。

根据渠首工程地形地貌、渠首总体布置、引水灌溉等要求，布置两条坝轴线。上坝线在原坝线上游60 m，下坝线在原坝线下游150 m。2 条坝线布设建筑物: 左侧拦河溢流坝、右侧泄洪冲沙闸。

经比较，上坝线方案工程投资960 万元。下坝线方案工程投资1 105万元。上坝线比下坝线省145 万元，经过比较，选用上坝线方案。

2.2 结构布置和材料

溢流坝由进口段、控制段、消力池段及海漫段组成，总长91 m。设计泄流量585 m3/s。

进口段前部渠底高程160.00 m。采用0.4 m厚雷诺护垫干砌石护砌，长10 m。进口段导墙为悬臂式，控制段前渠底采用厚度0.6 m 的钢筋混凝土板，护砌长度8 m。底高程160 m。

控制段现状溢流坝坝顶高程为163.30 m，经多年运用，水流顺畅，高度合适。本次设计堰顶高程163.30 m。长10 m，堰体为WES 堰，泄流宽度为90 m，每10 m设一伸缩缝，净宽90 m。堰体底板上下游均设齿墙。

消能选择底流消能形式。消力池长度18 m，底高程159.20 m，净宽度90 m。采用分离式，底板为1.2 m厚的钢筋混凝土结构。左、右侧采用悬臂式边墙。

海漫段采用雷诺护垫护砌长33 m，厚度0.4 m。下设0.15 m厚砂砾石，无纺布反滤。末端设抛石结构防冲槽。海漫段两侧护坡坡比为1∶2.5，采用0.4 m厚雷诺护垫干砌石，下设0.15 m厚砂砾石，无纺布反滤。固脚采用混凝土梯型结构，下底宽1 m，上底宽0.9 m，高1.0 m。

2.3 设计计算

2.3.1 水利计算

采用开敞式WES 型实用堰，堰面曲线方程为:

式中:k 为上游堰高及坡面的影响系数;n 为与上游堰坡有关的指数;Hd为堰面曲线定型设计水头m。

取上游垂直布置，则k =2，n =1.85，Hd=2.4 m，则堰面曲线方程为

双圆弧曲线参数为: R1=0.5Hd=1.2 m; a =0.175Hd=0.42;R2=0.2Hd=0.48; b =0.282Hd=0.68。幂曲线在堰顶下游处与半径为3.04 m，圆心角51°的反弧段相切，反弧段在159.20 m高程处与消力池底板相切。

2.3.2 泄流能力计算

采用《溢洪道设计规范》( SL253－2000) 中开敞式WES型实用堰的泄流能力公式:

式中:Q 为设计流量，m3/s;ε 为侧收缩系数，设计0.968，校核0.997;σm为淹没系数;m 为流量系数0.5;b 为过流净宽，m;H0为计入行近流速水头的堰上水头。

按以上公式进行验算，当溢流坝宽度90 m，上设人行桥，净过流宽度B=79.2 m时，溢流坝过流能力计算见下表1。

表1 溢流坝90 m过流能力计算表

满足设计流量要求。

2.3.3 消能计算

计算采用《水闸设计规范》( SL 265－2001) 附录B 的相关公式，根据上游设计水位，下游设计水位，经计算消力池深度为0.8 m，消力池长度为18 m，消力池底板厚度为1.2 m。经计算得到海漫长度22.98 m，设计与冲砂闸海漫段末端相衔接，取长度33 m。

2.3.4 稳定计算

2.3.4.1 挡土墙稳定分析计算

进、出口挡土墙均为悬臂式结构形式。进、出口挡土墙的高度不同，取最不利断面分别计算挡土墙稳定。挡土墙稳定计算公式采用《水闸设计规范》( SL265－2001) 中的计算公式，计算结果见下表2、表3。

表2 挡土墙抗滑稳定计算结果

表3 挡土墙基底应力计算结果

［σ］=200 kN/m2，经过计算，满足稳定要求。

2.3.4.2 渗透稳定计算坝基允许渗径系数为5，上下游最大水头差为3.3 m。

允许渗径长度L=C ×ΔH =5 ×3.3 =16.5 m，而防渗长度为32 m，大于允许渗径长度，满足防渗要求。

3 结 语

在溢流坝设计工作中还要充分考虑以下因素的影响:

1) 有足够的溢流前沿长度和泄流能力以满足防洪要求。

2) 水流平顺，坝面无不利的负压或振动。

3) 结构除应满足强度、刚度、稳定性外，还应根据部位所在的工作条件、地区气候和环境等情况，分别满足抗渗、抗冻、抗侵蚀、抗冲刷等耐久性要求。

［1］陈德亮. 取水输水建筑物丛书:取水工程［M］. 北京:中国水利水电出版社，2003.

［2］黑龙江省水利水电勘测设计研究院. 营城子渠首工程实施方案［R］. 哈尔滨:黑龙江省水利水电勘测设计研究院，2009.