浅述中小型水库溢洪道设计中存在问题分析

摘要：溢洪道在水库工程中的作用是防止设计标准下的洪水漫顶。工程设计者应从实际出发，根据工程现状及工程的地质构造、水文资料的收集，在规划布局、水力计算及结构计算层层把关，既要保证工程安全运行，又要确保经济合理。

关键词：溢洪道；问题；设计

1设计中存在的问题

（1）溢洪道是发洪水期间保证水库安全的重要设施，中小型水库由于受工程造价的限制，其设计采用的洪水标准往往偏低、选用洪水数据（洪峰、洪量）偏小，因而必然带来溢洪道设计尺寸偏小，再加上周边岩体风化坍落，泄洪渠淤积，造成泄流能力不足.

（2）在布置上，某些工程设计的溢洪道其进出口段离坝身太近，坝肩与溢洪道之间仅有单薄的山脊相隔，进口段若未进行有效的护砌，泄洪时一旦发生冲刷，将危及坝肩安全，有些设计的陡槽末端与坝脚紧贴，如果发生横流冲刷，便危及坝脚安全，因此这两种情况均对大坝的运行安全十分不利。

（3）溢洪道设计的平面弯道半径过大和收缩过剧，对泄流十分不利。特别在溢洪道陡坡段布置有弯道时，由于弯道流态、流势剧烈变化，导致两岸产生了水面差，这时凹岸水面壅高，并在下游衔接的平直段内产生折冲水流，大大影响了泄流能力和消能效果。

（4）溢洪道在设计中比较突出的问题是陡坡比降过陡部分溢洪道布置在非岩性山坡上，其底部未做有效的反滤衬砌，致使渗水后易产生滑坡；结构上也不稳定。如过陡、加上衬砌厚度偏薄，不能满足抗滑抗倾稳定，也易造成崩塌或滑坡。

（5）一般水力设计方法尚不够完善，如果在溢洪道进口布置有引洪平流段的情况下，由于水力计算中忽略了平流段进口水位的壅高（即水头损失）。而实际壅高有时较大，不可忽视。有些设计对溢洪道的消能工的设计考虑不够充分，或者型式选择不当，导致消力池长度和深度均不能满足需要，消能不够充分，致使下游河段发生严重冲刷。

（6）有些工程在结构设计中对泄洪的特点和基础特性考虑不周，溢洪道下泄的高速水流具有很强的冲击力，由于急流的掺气和脉动现象十分显著常会产生剧烈的震动；有些溢洪道采用低标号的浆砌石或混凝土砌护，且砌护厚度与边坡砌护高度都不能适应结构稳定要求，因而不能抵御高流速的冲刷；有些非岩基上的溢洪道设计时，底部几乎没有反滤排水设备，极易发生崩陷；有些大面积圬工混凝土衬砌由于未设伸缩沉降缝，致使溢洪道衬砌发生裂缝。这些都使工程安全受到影响。

2 设计中的应对措施

溢洪道设计中掌握的基本资料是否充分与完善，选用的设计标准是否恰当，均直接影响到整个工程的安全及经济。

2.1规划布局

溢洪道工程的规划布局应尽量利用有利地形地貌，即要经济合理又要保证安全。如大坝附近有天然山坳可以布设溢洪道则最为理想，如主坝口子狭窄无法布置正堰则可考虑选择侧槽式溢洪道。其规划布置的主要原则是：基础坚硬均匀，线路短，无弯道，出口远离坝体；工程严禁布置在滑坡或崩塌体地上。溢洪道通常由4个主要部分组成：进口段、控制段、泄槽段、消能工及海漫。

（1）进口段

为引流平顺其进口形状应为喇叭口，为减小损失其长度不宜过长。如因地形所限须在该段内设置弯道时，则应使弯曲段尽量平缓外、还应使弯道与下游衔接段和出口段尽量远离坝脚，以免冲刷坝脚。

（2）控制段

为使泄流均匀，可使近口水流垂直于控制段建筑物；根据地形条件和泄流需要必需设置宽顶堰或实用断面堰，堰宽度可按允许单宽流量选定，岩基上单宽流量为40～70m3/S，非岩基上为20～40m3/S，土基上为20m3/S。除进口段设有引流段外，一般应使堰顶宽度≤3h堰（h堰为堰上水头）。

（3）泄槽段

该段平面一般采用直线布置，并尽量避免弯道和设置扭坡，以适应流态的急骤变化，避免产生负压；其纵断面设计应因地制宜地根据地形、地质而选用缓坡、陡坡或多级跃水等多种形式；陡坡段应采用均一比降；由于泄水段流速很高，故应尽量布置在岩基上，如为非岩基则该段衬砌厚度应按允许流速与地质条件选择进行设计，一般浆砌石用0.5～1.0，混凝土设0.2～0.5m，钢筋混凝土0.15～0.30（混凝土与钢筋混凝土基部还应设0.3～0.5m厚的浆砌石底砌护），其坡度一般以≤1/2.5为宜。

（4）消能工

在泄水段末端需设置消能工，其具体选择型式可根据地形、地质和水力条件的要求而定，采用多级跃水或溢洪道末端的跃流段应使其泄流方向远离坝脚≥100～150m。对于非岩基上一般均采用底流消能，并在末端设置消力池。如泄流量不大，亦可考虑消力槛形式；如为远驱式水跃，由于极易造成冲刷，应采用消力槛形式；在岩基上，如溢洪道尾端有较陡边坎时，采用挑射消能较为有利，由于这种形式可省去消力池、护坦与海漫等工程，由于其工程量小、造价低，因而常被采用。鼻坎以上陡坡应为矩形断面，不可作成梯形断面以免需用扭坡 与鼻坎衔接。

2.2水力计算

为使水力计算与工程特性相一致，故正确选用计算方法十分重要

（1）进口段的水力计算。可采取自下游控制断面向上游反推求水面曲线的方法进行（如查尔诺门斯基方法），引流段进口处端须先计算水位壅高，才能求得泄洪时的正确库水位。

（2）控制段的汇流计算。可根据“溢流堰水力计算设计规范”建议的方法计算，同时正确选用流量系数并使其与选用的堰型相一致。

（3）泄槽段陡槽水力计算。推求陡槽段水面曲线的方法较多，如陡槽底宽固定不变时，可采用BⅡ型降水曲线或用查尔诺门斯基方法计算；对底宽渐变的陡槽段则可用查氏方法分段详算。

（4）消能设施的水力计算。采取底流式消能可以采用巴什基洛娃图表计算。由于巴氏对各种消能设备的计算方法与步骤均较明确、详细，计算省时又能保证精度；但是在选定消能设施的尺寸时应该留有余地，对于一些重要的中型水库其水力计算成果还应通过模型试验加以验证。

2.3结构计算

为保证建筑物安全稳定的结构计算是不可缺少的，除一些护坡及挡土墙的稳定可按一般方法计算外，必须进行陡坡面砌护厚度与消力池底板的稳定分析，而对挑射消能则应进行鼻坎的稳定与基础应力计算。

（1）陡坡的护砌厚度应满足滑动安全，设置伸缩缝沉陷缝以后，坡面砌护类似大面积薄板，故对基础应力以及倾复稳定一般可不须计算，其主要控制条件是滑动稳定，作用在护面上的滑动力主要有水流拖泄力、砌体自重顺坡方向的分力及护面凸体（如伸缩缝）产生的阻力；抗滑力则包括砌体自重垂直坡面的分力和水流静压力（需扣除高速水流的脉动压力）、护面的上举力和渗透压力，其抗滑安全系数应≥1.3～1.5。

（2）消力池底板厚度应满足抗浮稳定要求，由于底板四周边界的约束作用，一般没有滑动问题，因此仅需对其抗浮要求进行稳定计算。作用在底板上的上浮力包括渗透压力、脉动压力、底板上凸出体产生的上举力，以及消力池下游水深与水跃段内压力差。抗浮力包括底板的浮重和底板上的水重，其抗浮安全系数≥1.3～1.5。

（3）挑流鼻坎的尺寸应满足滑动稳定、倾复稳定和允许的基础应力。作用于鼻坎上的向下的垂直力包括鼻坎自重、鼻坎上的水重，挑流曲面离心力的垂直分力；向上的垂直力包括脉动力、渗透压力、鼻坎下游尾部形成的上浮力、以及鼻坎上凸出体产生的上举力。作用于鼻坎的水平推力包括水流的拖泄力，挑流时其鼻坝曲面离心力的水平分力，以及鼻坎上凸出体产生的水平分力。按一般力学方法计算鼻坎的滑动与倾复稳定时其要求抗滑安全系数≥1.3～1.5，抗倾安全系数≥1.5，同时计算上述各力的合力，其作用点应位于基础面中三分点之内，且基础最大与最小应力比值，≤3～5以避免发生不均匀沉陷。

3结语

综上所述；溢洪道在坝体以外的河岸上修建称为河岸溢洪道，当拦河坝是土石坝时，几乎都采用河岸溢洪道。但是，溢洪道的设计和布置合理与否，直接影响到水库的安全。故溢洪道合理的布局和选型，在水库工程设计中十分重要。