清渡河水库侧槽式溢洪道设计

□包芬芬 □何 楠（黄河勘测规划设计有限公司）

清渡河水库侧槽式溢洪道设计

□包芬芬 □何 楠（黄河勘测规划设计有限公司）

清渡河水库工程位于贵州省铜仁市印江自治县境内的乌江右岸一级支流清渡河上，工程区属中山～低山地貌。坝址区左坝肩基岩裸露，坡度较陡，右坝肩边坡坡度一般为28～30°，倾向左岸偏下游，边坡为斜顺向坡，岩层倾角略大于坡度。水库工程布置由沥青混凝土心墙坝、溢洪道和引水钢管组成，溢洪道布置于右坝肩，采用侧槽式溢洪道，由于边坡为顺向坡，需考虑溢洪道边坡稳定问题。

清渡河；侧槽式溢洪道；结构设计；边坡稳定

0 工程概述

清渡河水库工程位于贵州省铜仁市印江自治县境内的乌江右岸一级支流清渡河上。水库坝址位于印江自治县罗场乡螺丝田村附近，坝址以上流域面积32.84 km2。清渡河水库的开发任务是农田灌溉、工业供水及农村人畜饮水。主要是为解决印江自治县罗场镇、缠溪镇和新寨乡的生活供水和灌溉用水，以及绿色食品轻工业集聚区的用水。工程包括水库枢纽工程和供水工程两部分。设计最大坝高58.50 m，正常蓄水位774.00 m，总库容780.00万m3，库区回水主河流长约4.82 km。供水最大输水流量0.27 m3/s，灌溉最大输水流量1.63 m3/s；灌溉及供水工程渠道最大引水流量为1.90 m3/s，水库枢纽工程为Ⅳ等工程，工程规模为小（1）型，供水和灌溉工程规模属于Ⅴ等小（2）型。

1 坝址工程地质条件

库坝区河流流向大致为自南向北。河流两岸低山环绕，河谷深切，库区属低山峡谷地貌。河谷多呈“V”字型，河谷两岸坡度较陡，一般20～50°，局部为70～85°的陡壁。水库两岸山顶高程977～1253 m，河床高程722～775 m，河床宽约3～25 m，相对高差200～500 m。库区冲沟较发育，多与水库河床近垂直。库区出露地层为寒武系和第四系地层。第四系沉积物按成因类型主要有冲积、洪积、坡积、残积及滑坡体堆积物等。左坝肩岸坡陡峻，边坡为斜逆向坡，边坡整体稳定，但局部结构面不利组合可能形成不稳定块体，对边坡局部稳定不利，在边坡开挖过程中应引起重视，应采取相应支护措施。右坝肩边坡倾向左岸偏下游，为斜顺向坡，边坡坡度一般为28～30°，边坡岩层倾角略大于坡度，目前天然状态下边坡整体基本稳定。一旦边坡出现临空面边坡将不稳定。因此在施工过程时，应重视坝肩开挖的边坡稳定性，在开挖过程中采取必要的工程处理措施以确保边坡稳定。

2 溢洪道型式选择

根据右岸的地形地质条件，溢洪道可布置成无闸门控制的侧槽式溢洪道，也可布置成带闸门的正槽溢洪道。无闸门控制的侧槽式溢洪道，堰顶高程774 m，侧堰宽40 m。有闸门控制的正槽溢洪道，堰顶高程767 m，低于正常蓄水位7 m，闸室宽8 m。经调洪演算，有闸门方案计算出的坝顶高程为776.50，比无闸门方案计算的坝顶高程777.50 m低1.00 m，两种方案溢洪道从主要工程量、大坝投资、金属结构、电气投资和库区淹没投资等方面进行比较，无闸方案较有闸方案投资少401万元，考虑到无闸门方案运行方便，并有利于确保大坝安全，推荐无闸门控制的侧槽式溢洪道方案。

3 溢洪道布置

溢洪道位于大坝右岸，采用河岸侧槽式开敞泄流，泄槽采用直线布置，侧堰轴线与泄槽轴线平行，由引水渠、控制侧堰、泄槽和挑流鼻坎组成。

引水渠采用等宽布置，与侧堰宽度相同为40 m，进口高程771.50 m。侧堰采用实用堰，堰高2.50 m，宽40 m，堰顶高程774 m，无闸门控制自由泄流。泄槽分为侧堰段、调整段和泄槽段3部分。侧槽段长40 m，由首端的6 m宽渐变到末端的12 m宽，底坡i=0.04，砌护顶高程777.50 m；调整段长12 m，底坡水平，砌护顶高度与侧槽段相同，为777.50 m；泄槽段长 105 m，纵坡1：4.50，前20 m宽12 m，后55 m宽8 m，过渡段长30 m。泄槽段末端接长20m的挑流鼻坎，采用挑流消能，鼻坎高程为743.50m，挑角26°。溢洪道总长度177 m。

4 溢洪道结构设计

溢洪道建筑物由进水渠、控制侧堰、调整段、泄槽、消能防冲和尾水渠6部分组成。

进水渠：由于侧堰溢洪道的侧堰进口与泄槽垂直，且平行于地形等高线，所以，进水渠采用与侧堰相同的宽度，即40 m宽的矩形断面。底板高程771.50 m，边墙与底板采用混凝土衬砌，混凝土标号C25，厚度1 m。

控制侧堰段：溢洪道堰型选用过流能力较大的实用堰，堰高2.50 m，宽40.00 m，堰顶高程同正常蓄水位为774.00 m，无闸门控制自由泄流，混凝土标号C25。

泄槽段：泄槽段分为侧堰后侧槽段、调整段和陡槽段3部分。堰后侧槽段与侧堰长度相同，为40 m。为了减少侧槽段开挖量，侧槽采用变宽度，根据规范SL253-2000要求，侧槽首、末端断面底宽比bu/be可采用0.50～1.00，设计侧槽宽度由首端的6 m，随着流量的增加，逐步增加到末端的12 m。侧槽内水流为非淹没出流，侧槽段靠山一侧水面壅高，同时考虑安全超高。为了使侧槽内水流流态平稳，水流可以较好的掺混，将底坡设计为缓流。经计算，侧槽首端底高程取768 m，底坡4%，靠山一侧侧槽防护高程为777.50 m。侧槽与侧堰连为一体，边坡1：0.75，均位于强风化岩石上，采用混凝土衬砌，衬砌厚度1 m。

侧槽末端与泄槽之间，设置调整段，以改善水流流态。调整段长度12 m，底坡水平。调整段断面由梯形渐变为直墙，底宽与侧槽末端宽度相同，为12 m，采用混凝土衬砌，衬砌厚度1 m，衬砌高程与侧槽衬砌高程相同，为777.50 m。

陡槽段桩号0+052～0+157m，全长105 m，矩形断面。桩号0+052～0+072段宽12 m，0+072～0+102段为收缩段，宽度由12 m收缩为8 m，后55 m宽度均为8 m。桩号0+052～0+122段泄槽边墙高5.50m，0+122～0+157段泄槽边墙高4.50m。泄槽底坡 1：4.20。全断面采用钢筋混凝土衬砌，边墙采用重力式挡土墙。

泄槽底部和边墙均采用锚杆加固：Φ25@2.00 m×2.00 m，L=4.00 m。泄槽采用C30抗冲耐磨混凝土。

挑流鼻坎段：考虑到挑流冲坑对下游滑坡体稳定存在一定威胁，设计中采用扭曲扩散鼻坎，一方面充分扩散射流、减轻河床冲刷；另一方面使得冲坑尽量远离下游滑坡体。鼻坎左右边墙自泄槽直线段段分别接直径40、100 m的圆弧进行扭转，鼻坎宽度自首部8 m逐渐扩散至12 m。挑流鼻坎段桩号0+157～0+177，中心线全长20 m，反弧半径20 m，挑角26°，鼻坎顶高程735.50 m。挑流鼻坎采用C30抗冲耐磨混凝土。

护坦段：为减轻小流量时泄流对鼻坎下游的冲刷，鼻坎后接约13 m长混凝土护坦，护坦高程741 m，衬砌厚度0.50 m，采用C25混凝土。

5 边坡稳定计算

5.1 计算参数

稳定计算参数见表1。其中岩石层面的参数是综合考虑泥化夹层的分布和连续性的综合参数。

5.2 计算工况：稳定分析包括正常运用条件和非常运用条件Ⅰ两种不同工况。

正常运用条件：正常蓄水位、设计洪水位。

表1 边坡稳定计算参数表

非常运用条件Ⅰ：校核洪水位、施工期。

5.3 计算剖面

计算断面选取溢洪道侧槽首段（Y0+000.00）断面，此断面为溢洪道开挖的最大断面，分别计算不同深度的层面滑动，可代表不同开挖高度的情况。根据泥化夹层的综合参数，将边坡分为5个滑裂面分别计算。

5.4 计算方法

计算方法采用考虑条间力的摩根斯顿法。

5.5 计算结果

经计算，5个滑裂面的稳定安全系数均小于规范要求（具体结果见表2）。

5.6 处理措施

锚索布置和长度同时考虑满足滑裂面2～5的要求，布置在开挖边坡的上部，穿过滑裂面2～5，每个断面布置3根1500 kN锚索，间距4 m，可满足滑裂面2～5的要求。计算结果见表2。锚索长度为35 m、40 m 2种长度，梅花形交叉布置。未加锚索部位边坡采取系统锚杆加固，锚杆Φ25@2 m×2 m，L=4 m，喷10 cm厚混凝土并设排水设施。

表2 加锚索后开挖边坡稳定计算结果表

6 结语

侧槽式溢洪道傍山开挖，其特点是溢流堰大体沿等高线布置，过堰水流流入一个大致平行于溢流堰的侧堰内，再经泄水道泄向下游，适于修建于山坡陡峻的岸边。溢流前缘比侧槽和泄水道较为窄深，从而减少开挖量。清渡河岸坡陡峻，溢洪道边坡为顺向坡，对其进行处理后，大大减少工程开挖量，降低工程造价，保证工程安全经济。

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1673-8853（2016）11-0051-02

2016-08-22

（责任编辑：韦诗佳）

包芬芬（1980-），女，工程师，主要从事水利水电工程设计、研究工作。