楊灣橋水庫溢洪道設(shè)計(jì)的不利因素及應(yīng)對(duì)措施

陳 睿

(畢節(jié)市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州 畢節(jié) 551700)

楊灣橋水庫溢洪道設(shè)計(jì)的不利因素及應(yīng)對(duì)措施

陳 睿

(畢節(jié)市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州 畢節(jié) 551700)

水利工程設(shè)計(jì)需要結(jié)合工程地質(zhì)情況、功能設(shè)置等進(jìn)行綜合考量，對(duì)水工建筑進(jìn)行合理布設(shè)。文章以楊灣橋水庫溢洪道設(shè)計(jì)為例進(jìn)行分析，明確設(shè)計(jì)中存在的不利因素，然后結(jié)合現(xiàn)存的不利因素提出應(yīng)對(duì)措施，為相關(guān)工程設(shè)計(jì)提供借鑒。

水庫；溢洪道；設(shè)計(jì)；地質(zhì)評(píng)價(jià)

1 工程概況

楊灣橋水庫位于威寧縣城以西14km的草海鎮(zhèn)和雙龍鄉(xiāng)交界處的卯關(guān)村，是國家水利部在“七五”期間的扶貧項(xiàng)目。水庫樞紐工程建筑物主要由大壩、溢洪道、放水設(shè)施等組成。大壩為均質(zhì)土壩，壩頂高程2191.80m，最大壩高13.6m，壩頂長(zhǎng)375m，壩頂寬5.0m，壩底寬62.4m，上、下游壩坡坡比分別為1∶2.13、1∶2.1；壩頂設(shè)置C15鋼筋混凝土防浪墻，高1.55m；大壩迎水面采用現(xiàn)澆混凝土板護(hù)坡；背水面設(shè)置縱、橫排水溝，壩坡采用草皮護(hù)坡；壩腳為干砌塊石反濾體。溢洪道布置于大壩右岸，總長(zhǎng)98.2m，溢流堰為側(cè)堰式，溢流堰寬度44.2m，堰頂高程2189.98m，側(cè)槽段底寬3-10.4m，底坡坡降i=0.075，泄槽段底寬12-12.2m，底坡坡降i=0.127。放水設(shè)施位于右岸端，緊靠溢洪道，為壩下式φ800mm鋼筋混凝土埋管，進(jìn)口處設(shè)置一道1.0×1.0m的平板鋼閘門，末端設(shè)置一消力池。

2 工程地質(zhì)評(píng)價(jià)及溢洪道設(shè)計(jì)的不利因素

2.1 大壩工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

2.1.1 基本地質(zhì)條件

壩址左岸出露地層為石炭系下統(tǒng)大塘組上司段(C1d2)，巖性為厚層塊狀灰?guī)r，巖層產(chǎn)狀傾向?yàn)镹72°W，傾角為15°；壩址右岸出露地層為石炭系中統(tǒng)黃龍群(C2hn)，巖性為厚層灰?guī)r及白云質(zhì)灰?guī)r，巖層產(chǎn)狀傾向?yàn)镾68°W，傾角為10°。壩址處有兩條斷層構(gòu)造通過，均為區(qū)域性次級(jí)小斷層，兩條斷層均呈NNW展布；F2斷層通過水庫及大壩中部偏右岸，F(xiàn)3斷層從左壩肩通過，根據(jù)調(diào)查及查詢水庫前期資料，兩條斷層影響帶深度均在100m以上，斷層帶巖石破碎，伴生節(jié)理發(fā)育，但斷裂破碎帶均呈閉合狀態(tài)，庫水不會(huì)沿?cái)嗔褞Мa(chǎn)生滲漏。壩區(qū)巖溶發(fā)育，巖溶形態(tài)多種多樣，有溶槽、溶洞、溶溝、溶蝕裂隙等。楊灣橋水庫地下水與庫水的補(bǔ)給關(guān)系為：水庫庫區(qū)為該區(qū)地下水最低排泄基準(zhǔn)面，由地下水補(bǔ)給庫區(qū)。楊灣橋水庫滲漏主要與淺層基巖的強(qiáng)風(fēng)化帶有關(guān)，其壩基滲漏及右壩肩繞壩滲漏均為淺層基巖的風(fēng)化裂隙性滲漏。

2.1.2 壩址滲漏

1987年防滲灌漿處理前壩基滲漏集中于壩右岸下游10m處S1泉流出，當(dāng)庫水位在2183.71m時(shí)，滲流量約10.0l/s，壩基滲漏主要是通過淺層基巖的強(qiáng)風(fēng)化帶產(chǎn)生滲漏。右壩肩繞壩滲漏集中于壩右岸旁邊坡腳60-80m處S2泉群流出，當(dāng)庫水位在2183.71m時(shí)，滲流量約10.0l/s，右壩肩繞壩滲漏也是通過淺層基巖的強(qiáng)風(fēng)化帶產(chǎn)生滲漏。1987年對(duì)壩體作過劈裂灌漿處理，對(duì)壩基接觸帶及右壩肩滲漏嚴(yán)重部位作過帷幕灌漿，其大壩部位帷幕線及劈裂灌漿孔布置于壩體中部，右岸帷幕經(jīng)溢洪道沿公路至管理所，在溢流堰修建完成后，對(duì)溢流堰部位作過防滲帷幕處理；經(jīng)過1987年的防滲灌漿處理，右岸至今未發(fā)現(xiàn)庫外集中漏水現(xiàn)象，說明右岸繞壩滲漏防滲處理效果較好；1987年灌漿工程由于資金問題未按設(shè)計(jì)施工完，同時(shí)基巖與土體接觸帶帷幕老化，故出現(xiàn)基巖與土體接觸帶滲透系數(shù)較大，產(chǎn)生滲漏現(xiàn)象。

3 溢洪道設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)措施

3.1 設(shè)計(jì)方案

3.1.1 引流道設(shè)計(jì)

引流道設(shè)計(jì)時(shí)需保證水流流動(dòng)順暢，速度平穩(wěn)。所以，可將引流道的進(jìn)口設(shè)計(jì)為喇叭狀，與此同時(shí)需要依據(jù)水利工程的實(shí)際情況對(duì)引流道的長(zhǎng)度進(jìn)行合理設(shè)置，降低損失。但是引流道運(yùn)行會(huì)受到地形地貌的影響，在設(shè)計(jì)過程中，需注重彎道設(shè)計(jì)，保證彎道內(nèi)的水流平穩(wěn)，且對(duì)壩腳與彎道、下游銜接段與出口段之間的距離進(jìn)行嚴(yán)格控制，避免水流對(duì)壩腳反復(fù)沖刷，造成壩腳失穩(wěn)。引流段的截面可以設(shè)計(jì)為矩形或者是梯形，并且依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的水流速度開展防護(hù)設(shè)計(jì)工作[1]。若水流流速為2m/s，則無需進(jìn)行砌護(hù)設(shè)計(jì)。若壩端和緊接控制建筑物的范圍內(nèi)可以適當(dāng)加長(zhǎng)砌護(hù)的長(zhǎng)度，同時(shí)，彎道兩側(cè)的凹岸需要進(jìn)行砌護(hù)設(shè)計(jì)，若基巖的強(qiáng)度足夠則無需砌護(hù)。

3.1.2 堰流段設(shè)計(jì)

堰流端的主要作用就是排水，在設(shè)計(jì)過程中，需要保證進(jìn)入的水流和堰流段建筑保持垂直管理。作為設(shè)計(jì)人員，也需要依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地形地勢(shì)、地質(zhì)條件和實(shí)際泄流條件進(jìn)行寬頂堰設(shè)計(jì)，保證尺寸適宜。為了保證頂堰寬度適宜，符合單寬流量的要求，通常巖基上單寬流量控制在40-70m3/s范圍內(nèi)，非巖基上單寬流量相對(duì)較小，一般在20-40m3/s左右，土基上單寬流量為20m3/s[2]。為了避免形成湍流，在該工程的上流的引流段以及堰扣之間的交接部位需采用漸變線設(shè)計(jì)方法，將收縮角控制在12°左右。若堰體的寬度較大，則需要在橫向側(cè)每間隔10-15m的位置設(shè)置沉陷縫以及溫度縫，從而為堰體變形預(yù)留一定的空間。

3.1.3 泄流段設(shè)計(jì)

通常泄流端平面需要保持平整，控制水流，該工程采用直線型設(shè)計(jì)方案保證泄流段內(nèi)的水流平穩(wěn)，應(yīng)盡量減少弧形線路數(shù)量。與此同時(shí)，需要在重要位置合理設(shè)計(jì)扭坡，從而控制水流流態(tài)的變化，避免因?yàn)樗髁鲬B(tài)的巨大變化造成水流的迅速變化。泄流端的縱斷面上合計(jì)需要結(jié)合工程實(shí)際、現(xiàn)場(chǎng)地形、地質(zhì)條件等采用陡坡或者是緩坡的設(shè)計(jì)方案。對(duì)于陡坡設(shè)計(jì)路段，需要保持陡坡端整體采用統(tǒng)一的比降。需要注意的是，泄流段的流速較大，因此需要在巖基上布設(shè)陡坡段。巖基砌護(hù)需要依據(jù)巖基的實(shí)際情況進(jìn)行合理設(shè)置，若巖體強(qiáng)度足夠，則無需進(jìn)行砌護(hù)設(shè)計(jì)。若巖體強(qiáng)度不足，巖體風(fēng)華嚴(yán)重，質(zhì)地松軟，則需要進(jìn)行砌護(hù)設(shè)計(jì)，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固。該工程砌護(hù)設(shè)計(jì)選用的使0.3-0.5m的漿砌石，并采用錨固筋進(jìn)行加固[3]。對(duì)于面積較大的混凝土襯砌作業(yè)，需要依據(jù)地質(zhì)情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，并針對(duì)伸縮縫以及沉陷縫等配套設(shè)計(jì)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，保證其可以應(yīng)對(duì)外部環(huán)境的溫度變化，然后控制相互距離，控制在8-12m左右，并且砌體兩側(cè)的邊坡上合理設(shè)置恒豐，并且底部設(shè)置縱橫縫，其襯砌的底部需要設(shè)置反排水設(shè)施。

3.2 運(yùn)行效果

溢洪道設(shè)于大壩右岸，型式為正堰式，總長(zhǎng)58.82m，進(jìn)口堰頂高程2184.00m，駝峰堰長(zhǎng)度7.68m，分兩孔溢流，每孔寬8m，泄槽寬15m，最大下泄量242m3/s，溢洪道上設(shè)交通橋一座。溢洪道部位尾部20m有約厚1m的第四系覆蓋層，其余部位出露地層為石炭系中統(tǒng)黃龍群(C2hn)，巖層傾向上游偏左岸，巖層產(chǎn)狀為傾向S68°W，傾角10°，巖性為厚層淺灰色白云質(zhì)灰?guī)r。

溢洪道全段無破壞性構(gòu)造和嚴(yán)重不良物理地質(zhì)現(xiàn)象，無地下水出露。溢流堰部位基礎(chǔ)為強(qiáng)風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r，厚度在1-2.0m，建議將溢流堰基礎(chǔ)置于弱風(fēng)化基巖上，以避免庫水沿溢流堰與強(qiáng)風(fēng)化巖石接觸部位滲漏。溢洪道邊坡為巖質(zhì)邊坡，巖體構(gòu)成為弱風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r，穩(wěn)定條件較好。

4 結(jié) 語

綜上所述，該水庫溢洪道出露為石炭系中統(tǒng)黃龍群(C2hn)，巖性為厚層灰?guī)r及白云質(zhì)灰?guī)r，地層產(chǎn)狀為傾向S20°W，傾角10°-20°。無地下水出露。溢洪道邊坡為巖質(zhì)邊坡，巖體構(gòu)成為弱風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r，穩(wěn)定條件較好。溢流堰基礎(chǔ)置于弱風(fēng)化基巖上，溢洪道基礎(chǔ)不存在滲漏問題，安全性較高。

[1]彭齊林.中小型水庫溢洪道設(shè)計(jì)的研究[J].中國水運(yùn)月刊，2013，13(08)：179-180.

[2]井德泉，劉佳佳.吉林省柳河時(shí)家店水庫溢洪道的設(shè)計(jì)[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2013，12(21)：83-84.

[3]蘭紹華，龍明星.水庫工程中溢洪道設(shè)計(jì)的思考總結(jié)[J].黑龍江水利科技，2012，40(07)：87-88.

1007-7596(2017)10-0069-02

TV651.1

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2017-09-16

陳睿(1973-)，男，貴州金沙人，高級(jí)工程師，從事水文地質(zhì)及工程地質(zhì)方面工作。