大井水库除险加固工程溢洪道方案设计

徐忠军

（寿县瓦东灌区管理所 寿县 232200）

1 工程概况

大井水库位于安徽省寿县东部与长丰县交界，是淠史杭工程中淠河灌区瓦东干渠上的一座中型反调节水库，该水库主要利用瓦东干渠引水冲库，原设计总库容5040 万m3，集水面积33.60km3，设计灌溉面积13.07 万亩。水库始建于1958年冬，至1972年春建成开始蓄水，在建成后的四十多年运行中，一般年份春灌前库水位达到40.00m（废黄高程系，以下高程皆同）以上，但仍不能满足灌区用水的需要。

大井水库设计水位（50年一遇）为42.20m，校核洪水位（1000年一遇）为42.64m，总库容为5040m3，本次复核设计水位（50年一遇）为42.26m，相应库容为4659.8 万m3，校核洪水位（1000年一遇）为42.64m，总库容为5054.9 万m3.

水库枢纽工程主要包括：均质土坝、泄洪灌溉两用涵、两座灌溉涵、溢洪道和进水闸等。水库大坝全长2829m，最大坝高15m，顶宽4m；迎水坡1∶2.5，背水坡平台以上1∶2.5，平台以下1∶3，平台高程39.00m，平台宽4m；大坝为均质土坝，坝基及坝体填土主要为粉质粘土。上游坡临水段位干砌石坡面，下游为草皮护坡，坝顶现为沥青路面。

由于水库大坝建于特定的年代，施工跨度长，施工质量差，经安全鉴定，大坝安全类别评定结果为三类坝。

2 溢洪道现状及存在问题

现状溢洪道位于右坝头的山坡下，由上游引渠段、闸室控制段、陡坡段、一、二级消力池、弯道段及泄槽段组成，全长560m。

泄洪闸基位于右岸坝肩斜坡上，属半挖半填地基。右侧部分坐落于弱风化石英砂岩夹微薄层页岩之上，岩石坚硬，较完整，左侧为粉质粘土和含泥卵石，清除上覆盖层后岩面高程不够，采用四周浇混凝土，中间垫砂处理。据勘探资料，闸基岩体强度不均。

对溢洪道的安全鉴定结论为：溢洪道工程存在严重隐患，影响泄洪安全，水库防洪安全性为C 级；溢洪道混凝土浇筑质量差，破损严重，工程质量不合格；溢洪道闸室控制段局部拉应力超过规范要求，闸室、岸墙、陡坡段、溢流面多处裂缝，左岸翼墙倾斜错位，陡坡段及泄槽岸墙多次被冲毁，牛腿多处钢筋露筋，锈蚀，消能设施不完善，结构安全性为C 级；闸坝结合部位存在接触渗流隐患，渗流安全性为B 级。

3 溢洪道工程安全复核

根据溢洪道过流能力复核计算成果，1000年一遇校核洪水42.64m 时，泄量为3172m3/s，与原模型试验值一致，说明其泄流能力满足原设计要求。

大井水库为中型水库，溢洪道按3 级建筑物进行消能防冲设计，该溢洪道共设有两级消力池，一级消力池为消力坎式消能，二级消力池为深挖式消力池。

经计算，50年一遇洪水时，一级消力池长需57.5m，坎高需2.13m，1000年一遇洪水时，一级消力池长需67m，坎高需5.9m，而实际消力池长60m，坎高5.0m，不满足校核洪水消能要求。

二级消力池为深挖式消力池，消力池深度采用《溢洪道设计规范》（SL253-2000）中的计算。经计算，二级消力池计算池深为1.5m，池长34.0m，而实际池深1.9m，池长30m。二级消力池长度不满足要求。

根据复核结果，消力池抗浮稳定满足规范要求。一、二级消力池长度和一级消力池的消力坎高度均不满足消能防冲要求。因受当时经济条件限制，原设计在尾水渠末端建三级消力池没有施工，因而现状尾水渠末端冲刷严重。

4 溢洪道除险加固设计

溢洪道控制闸仍选在现状闸址处，根据方案比选，将老溢洪道拆除重建。

4.1 闸室控制段除险加固方案比选

根据闸室控制段的实际情况，现选取以下几个方案进行比选：

方案一：将原溢洪道全部拆除重建，新建闸室控制段与原闸室结构一样，闸室长21.5m，溢流堰顶高程为147.0m，堰面由R=14.48m 的圆弧段及曲线方程y=0.05x2两段组成。

方案二：将原溢洪道全部拆除重建，堰顶高程降低至145.0m，堰面型式为WES 实用堰型。

方案三：将原溢洪道全部拆除重建，堰顶高程为145.0m，堰面型式为拆线型实用堰型。

现对三个方案进行比选如下：

以上三个方案均为折除重建方案，方案一是对老闸拆除后按原结构进行重建，不改变原溢洪道的泄流曲线。但该方案因风速系列延长，需对大坝加高，投资较大。

方案二、方案三均将堰顶高程降低至145.0m，加大溢洪道的泄量，两方案只是堰面型式不同。方案二为WES 型式，该堰型优点为流量系数大，为《溢洪道设计规范》中推荐优先采用的堰型，其缺点为堰顶较窄，不利于闸门检修。方案三为拆线型实用堰，其过流能力介于宽顶堰与WES 型实用堰之间，特别是在水位较高时，其过流能力更接近于WES 堰型，其优点是堰顶相对较宽，工作闸门和检修闸门布置时较为灵活，在工程投资方面，两方案工程部分投资相差不大。

综上，方案一投资最大，溢洪道控制闸需拆除重建，同时大坝坝顶也需加高，工程投资大，施工工期长；方案二、方案三泄流能力和工程投资相差不大，方案二虽为规范中推荐优先采用的堰型，但就该工程而言，方案三在工程布置方面优于方案二。因此推荐采用方案三，即闸室部分拆除重建，采用折线型实用堰方案。

4.2 消能方式方案比选

4.2.1 比选五个方案

根据该工程的特点，结合现场的地形、地质情况，该溢洪道消能方式布置采用以下五个方案进行比选：

方案一：全部拆除重建，采用三级消能，一、二级消力池泄槽位置基本在原位置，在泄槽末端设三级消力池。

方案二：在方案一基础上调整，仍采用三级消能，调整泄槽弯道半径，二级消力池布置在1 号弯道下游，泄槽末端建三级消力池，消力池和泄槽均采用矩形断面。

方案三：采用二级消能，一级消力池与陡坡段相连，二级消力池位于1 号弯道下游，二级消力池下游尾水水渠纵向底坡采用缓坡，二级消力池出口以上消能工及泄槽均采用矩形断面，尾水渠采用梯形断面。

方案四：采用二级消能，一级消力池与陡坡段相连，二级消力池位于泄槽段的末端，消力池及泄槽段断面型式为矩形。

方案五：采用二级消能，一级消力池与陡坡段相连，二级消力池位于泄槽段的末端，1 号弯道以上泄槽段为矩形断面，1 号弯道以下泄槽段为梯形断面。

4.2.2 五个消能方案比较

方案一、方案二是采用三级消能方式，方案三、方案四、方案五是采用二级消能方式，其中方案一基本按照现状消力池及泄槽段平面布置和结构型式进行拆除重建，并增加了三级消力池，该方案泄槽段石方开挖方量少，工程投资小，但该方案在工程布置上弯道段的弯道半径不满足《溢洪道设计规范》要求，二级消力池及尾水渠均采用梯形断面，水流流态复杂。

方案二是在方案一的基础上进行优化处理，仍采用三级消能，将二级消力池移至1 号弯道下游，并将二级消力池及泄槽段断面形式改为矩形断面，同时对弯道半径进行调整，三级消力池仍设在泄槽的末端。该方案水流流态相对较好，但工程投资较大。

方案三是在方案二的基础上，减去三级消力池，一级消力池仍设在陡坡段的末端，二级消力池设在1 号弯道下游，将原泄槽变为二级消力池的尾水渠，由陡坡变为缓坡，将二级消力池的底板高程和其后尾水渠段的底板高程降低，以减小水流对下游河道的冲刷。在工程布置方面，二级消力池布置在弯道后面，二级消力池后为尾水渠，水流流态较好。该方案尾水渠的断面形式为梯形，尽量利用现状尾水渠，减少开挖量，因而工程投资小。

方案四是在方案二的基础上，将三级消能调整为二级消能，因少了一级消能，故该方案的二级消力池深度较大，虽然减少了土石方开挖方量，但两侧需采用挡土墙，混凝土方量较大，因而工程投资大。

方案五是在方案四的基础上，将一、二级消力池间的泄槽断面由矩形变为梯形，尽量利用现状泄槽断面，以减少石方开挖量和混凝土的方量，该方案虽然工程投资较省，但一级消力池及弯道段为矩形断面，通过扭面后变为梯形断面，然后又通过扭面变为矩形断面与二级消力池相连，因而水流流态较为复杂。

综合考虑多种因素，推荐采用方案三，即采用二级消能，一级消力池与陡坡段相连，二级消力池位于1 号弯道下游，调整二级消力池下游泄槽的渠底坡降，将原陡坡变为缓坡，消力池断面为矩形断面，尾水渠段尽量利用现状断面形式，下部为梯形断面，上部为挡墙。

5 结语

大井水库除险加固工程通过采用推荐的设计方案进行施工，并按期通过工程竣工验收，目前水库按设计要求正常运行。各项除险加固措施均达到处理病险的目的，有效解决了水库安全问题，恢复并改善了水库的功能。该项目设计成果经验可为类似工程提供参考■