刘家水库侧堰式溢洪道除险加固设计

郭 丽

（抚顺市水利勘测设计研究院 辽宁 抚顺 113008）

侧槽溢洪道是依据山体开挖的由溢流堰、侧槽、陡槽和消能设施等组成的泄水建筑物，现以刘家水库除险加固工程为例，具体分析和研究侧槽式溢洪道除险加固设计的相关问题。

1 溢洪道现状

刘家水库位于新宾镇西北2km处，苏子河支流上，坝址以上集水面积6.4km2，河道长度4.6km，河道平均比降18.0‰，是一座防洪、灌溉为主的小（2）型水利枢纽工程。

溢洪道位于左坝端，为开敞式侧槽溢洪道，由溢流堰、侧槽、泄槽、消力池组成。堰型式为宽顶堰，堰顶高程为53.10m，堰高1.0m，堰体净宽22.0m。侧槽段平均宽度3m，下游泄槽段泄流断面狭窄，平均宽度2.0m，两侧和泄槽底均无护砌。左侧山体坡度陡，岩石破碎风化严重，块石塌落于侧槽和泄槽中，影响泄洪，消力池底板破损，边墙基础冲刷严重。

2 溢洪道存在问题及复核情况

2010年11月，有关水利专家对本水库枢纽建筑物进行全面的安全和质量核查，经分析，溢洪道现状存在的主要问题是：

（1）溢洪道泄流断面狭窄，泄洪能力不够。

（2）左侧山体坡度陡，岩石破碎风化严重，岩石脱落影响行洪。

（3）泄槽两侧及底板无防护。

（4）消力池底板局部破损，边墙基础冲刷严重。

3 溢洪道加固设计

3.1 溢洪道布置

本次溢洪道加固设计方案为溢洪道位于左坝端，为开敞式侧槽溢洪道，由进口段、溢流堰、侧槽、泄槽、消能段组成。堰型式为实用堰，堰顶高程为53.10m，堰高1.0m，控制段堰体净宽24.0m。

桩号0+000.00～0+023.81为侧槽段，宽度由3.0m渐变至6.0m，底部为300mm厚钢筋混凝土底板，槽底坡降i=0.088，左侧修贴坡式钢筋混凝土边墙，边墙与山体间采用锚杆加固，锚杆长度3m。

桩号0+023.81～0+066.80为泄槽段，底宽6m，底部为300mm厚钢筋混凝土底板，槽底坡降i=0.06，左右两侧修贴坡式钢筋混凝土边墙。边墙与山体间采用锚杆加固，锚杆长度3m。

桩号0+066.80～0+078.80为消能段，采用扩散式综合消力池消能，底宽由6m渐变 8m，池长12m，池深 0.8m，坎高 0.2m，消力池为钢筋混凝土结构。

3.2 溢洪道水利计算

3.2.1 泄流能力计算

刘家水库溢洪道为实用堰，净宽24.0m，堰顶高程53.10m，泄流能力按《溢洪道设计规范》（SL253-2000）中的A.2.3泄流公式计算：

由上式求得溢流堰泄流能力曲线见表1。

3.2.2 侧槽水力计算

（1）控制断面确定

侧槽水面线计算先确定控制断面，按《水利计算手册》（第一版）中侧槽水流控制断面确定的计算方法，设一定底坡i，使其临界水深发生在侧槽末端断面位置，则控制断面为侧槽出口断面。计算方法和步骤如下：

①在侧槽中选定若干断面，各断面距槽首的距离为 s1、s2……sn；

②计算上述各断面的流量Q1、Q2……Qn及相应的临界水深 hk1、hk2……hkn；

③计算上述各断面相应于临界水深的过水断面面积ωk1、ωk2……ωkn，水面宽度Bk1、Bk2……Bkn；

④以s为横坐标，以ωkBk为纵坐标，画s～ωkBk的关系曲线；

⑤由s～ωkBk关系曲线上取ωkBk=（αQ0/（g0.5i0L））2，此值对应的距离 sk为临界水深发生断面的位置。式中Q0为侧槽出口断面的流量，L为槽长，i0为侧槽的底坡。

由以上步骤计算；当 i0=0.088，hk=1.646m（P＝5%）时，sk=23.81m，正好位于侧槽出口断面。由此断面作为控制断面向上向下推求水面线。

（2）起始断面水深计算

侧槽末端断面为0+023.81，该处水深hk，按《水利计算手册》（第二版）明槽恒定渐变流临界水深计算：

表1 水库水位～泄量关系

表2 侧槽段水面线成果表

表3 陡槽段水面线成果表

式中，Q,а——流量和动能修正系数，а=1；

Bk、Ak——hk时的水面宽和过水断面面积；

经计算得hk=1.646m（P＝5%），hk=1.467m（P＝10%）。

（3）侧槽水面线计算

把侧槽分为5个断面，水面线按《水利计算手册》（第二版）侧槽内水面线公式分段计算：

通过试算得出侧槽段不同频率水面线结果如表2。

3.2.3 陡槽水力计算

（1）起始断面水深计算

陡槽起始断面为0+023.81，该处水深h与侧槽起始断面临界水深一致，hk=1.646m（P＝5%），hk=1.467m（P＝10%）。

（2）陡槽水面线计算

陡槽水面线根据能量方程，采用规范SL253-2000中的公式，用分段求和法计算。

（3）陡槽段水流掺气水深按

（4）溢洪道陡槽边墙

安全加高按公式：H=hb+Δh

陡槽段不同频率水面线计算结果见表3。

4 结语

本次溢洪道除险加固设计经过多次调整、计算和比较，确定合理除险加固方案。对于侧槽溢洪道的除险加固设计，主要是找出溢流堰、侧槽、陡槽之间的相互关联和制约关系，确定三者之间的水面线衔接，保证安全泄洪，合理利用地形、地质条件布置溢洪道，既控制工程量节约投资又减少对环境的破坏。陕西水利

[1]武汉水利电力学院水力学教研室编.水力计算手册（第二版）[M]，北京：水利电力出版社，1983.

[2]水利部天津水利水电勘测设计研究院.溢洪道设计规范（SL253—2000）[S]，北京：中国水利水电出版社，2000.

[3]水利电力部水利水电规划设计院.水工设计手册[M]，北京：水利电力出版社，1987.