某水库溢洪道除险加固设计分析.docx

          某水库溢洪道除险加固设计分析                    摘要：水库溢洪道边墙及底板因为长年失修，具有砂浆开裂和脱落现象；淤积在泄槽内十分严重，导致杂草灌木丛生；由于洪水多次淘刷下游消能跌坎基础呈现垮塌变形现象，并且两侧边墙出现倾斜开裂本次设计通过计算溢洪道下泄流量，泄洪能力安全复核，计算泄槽水面线复核溢洪道、泄流能力复核、溢洪道水力复核、消能设施复核来对溢洪道所存在的问题进行除险加固设计，同时对放水设施存在的病险问题进行分析并提出具有针对性和可行性的整治方案关键词：坝顶加高 溢洪道 除险加固1 工程概况磨滩河水库坝址坐落于资阳市安岳县周礼镇荷花村境内，地处于蒙溪河左支流上游，东经105°10′41″，北纬29°54′35″，大坝距离安岳城区约62km，距周礼镇约6km主要以农业灌溉为基础，同时具有统括性的防洪和养殖等特点的小（2）型水利工程，结合规模得5级主要建筑物和次要建筑物项目由大坝、溢洪道和排水设施三部分装置而成，大坝建设为均质土石坝，大坝右肩有溢洪道和放水建筑物工程大坝占地面积0.687km2，317.00m的校核洪水位，总蓄水容量达到34.16万m3；316.69m的设计洪水位，其库容达到31.64万m3；309.73m的死水位，死库容只有0.95万m3。

水库的建设从1966年8月开始到1971年8月竣工验收完成河道主流长度为0.972km，平均河道坡降为30.8‰，设计灌溉面积555亩，当前已实现有效灌溉面积185亩2 工程存在的主要危害经过多年运行，磨滩河水库主要存在以下危害：（1）水库的抗洪能力达不到国家《水库工程水工建筑物的防洪标准》[2]防洪要求，坝顶超高不满足土石坝的规范设计2）由于溢洪道的底板和边墙长年失修，导致砂浆开裂脱落，且泄槽内淤积相当严重，覆盖着杂草灌木洪水淘刷使下游消能跌坎基础垮塌变形，周围两侧边墙开裂倾斜3泄水建筑物除险加固设计3.1溢洪道加固方案设计由于溢洪道的底板和边墙长年失修，导致砂浆开裂脱落，且泄槽内淤积相当严重，覆盖着杂草灌木洪水淘刷使下游消能跌坎基础垮塌变形，周围两侧边墙开裂倾斜根据溢洪道现状，提出相应整治措施：（1）对溢洪道底板和边墙进行勾缝加固处理2）清除泄槽内的杂草灌木，拆除陡槽段混凝土结构，用C25混凝土进行重建[7]3）对消力池进行清淤后拆除，再重建消力池，设计消力池边墙高度为1.50m，消力池长度为6.00m，用C25混凝土填筑规划库容不能容纳洪水通过溢洪道进行宣泄，所以必须复核它的泄水能力，复核其能否满足设计要求的泄流能力。

安全复核时，计算过程应取最不利断面进行计算磨滩河水库溢洪道属于开敞式无闸正槽泄洪，因此可以按明渠的泄流公式计算，明渠泄流能力公式如下：（3）（4）（5）式中：Q—下泄泄量（m3/s）； n—相应的粗糙系数,取n=0.015；A—断面面积（m2）；C—相应的谢齐系数（m0.5/s）；i—底坡坡降；χ—湿周长度（m）3.2水面线计算表2临界水深和临界底坡计算表陡坡交界处断面与溢洪道堰顶的临界水深的计算公式如下：（6）式中：hk—堰顶与陡坡交界处断面临界水深（m）；Q—溢洪道的下泄流量（m3/s）；—流速系数，取1.05；B—该断面处净宽（m）表2临界水深和临界底坡计算表工况Q（m3/s）Qk（m3/s）Hk（m）Ak（m2）Χ（m）C（m0.5/s）ik校核29.969.600.422.526.8456.490.0035设计15.315.500.201.206.4050.550.0041i=0.0067>ik，故溢洪道水流为陡坡急流可以通过《溢洪道设计规范》（SL253-2000），计算泄槽的水面线时选择分段求和法进行计算，其公式如下：（7）（8）式中：△L1-2—分段对应长度（m）；h1、h2—分段始、末对应的断面水深（m）；u1、u2—分段始、末断面对应的平均流速（m/s）；1、2—流速对应的分布不均匀系数，均取1.05；θ—泄槽底坡相应的角度（º）；i —槽底坡度，（i=tanθ）；—分段内对应的平均摩阻坡降；—泄槽身相应的糙率系数，取0.015；—分段对应的平均流速（m）；—分段对应的平均水力半经（m）。

表3 校核洪水位下泄槽水面线计算3.3 边墙高度计算溢洪道泄槽边墙的高度的确定应根据校核洪水位和设计洪水位两种情况的最大值，由以上可知校核洪水位比设计洪水位各断面高，因此溢洪道边墙高度计算选择校核洪水位其计算公式如下：（9） 式中：H —边墙高度（m）；h—在不掺气条件下的水深（m）；hb—当流速大于10m/s条件下掺气时增加水深（m）；△—相应安全超高，本次取0.510）式中：v—不掺气情况下断面的平均流速（m/s）；—修正系数，一般只取1.0～1.4s/m，随流速增大而大断面水深h（m）断面距离槽首段距离（m）流速V（m/s）h（m）10.4203.810.500.9220.403.394.000.500.9030.3513.654.570.500.8540.3026.835.330.500.8050.2538.736.400.500.7560.20048.888.000.500.703.4 出口消能计算溢洪道所在地势比较平坦，河谷比较宽阔且离大坝较近，本次设计经过分析决定采用底流消能方式采用20年一遇的设计洪水标准，其下泄流量为5.50m/s再用迭代法算出收缩断面水深，再算出其共轭水深，最后算出消力池的池深和池长。

矩形收缩断面计算公式如下：（11） 式中：E0—堰前总比能；q—对应单宽流量（m/s）；ψ—相应流速系数，取1.00；hc—对应收缩断面水深（m）；运用试算迭代法其计算结果如下：共轭水深计算公式如下：（12）（13）式中：Fr1—收缩断面计算的弗劳德数；h—收缩断面对应的水深（m）；v—收缩断面对应的流速（m/s）水跃长度的计算公式：（14）消力池池深和池长公式如下：（15）（16）（17）根据表格结果，取设计消力池边墙高度为1.50m，消力池长度为6.00m4总结对溢洪道的底板和边墙砂浆开裂脱落，洪水淘刷使下游消能跌坎基础垮塌变形，周围两侧边墙开裂倾斜现状，提出需要重建边墙高度为1.50m，长为6.00m消力池，再将溢洪道底板和边墙进行勾缝加固处理对磨滩河水库进行溢洪道复核计算，得到水库加固设计后的溢洪道满足泄流要求参考文献（References）[1] 沈长松，刘晓青. 水工建筑物（第二版）. 北京：中国建筑工业出版社，2015.[2] 中华人民共和国水利部. 中华人民共和国国家标准防洪标准：GB 50201-2014[S]. 北京：中国水利水电出版社，2014.  -全文完-。