溢洪道除险加固设计

5.3.2溢洪道除险加固设计

5.3.2.1 溢洪道除险加固布置

根据大坝安全评价报告的结论：溢洪道边墙高度不满足规范，边墙抗滑、抗倾覆系数及基底应力均满足规范要求。底板有多处裂缝，无泄槽和消能设施。为了保证溢洪道泄洪畅通，确保大坝的安全，拟对溢洪道进行修整加固，新建控制段、泄槽段、消力池及尾水渠段。

溢洪道除险加固按30年一遇洪水标准设计，300年一遇洪水标准校核。其水位分别为157.63m和158.31m,相应溢洪道最大下泄流量分别为7.45m3/s和14.03m3/s。

溢洪道由进水渠、控制段、泄槽段、消力池及尾水渠段组成。溢洪道总长115.797m，其中进口段40.067m，控制段10.0m，泄槽段45.73m，消力池段长10.0m，尾水渠段10.0m。本次加固对原溢洪道进水渠边墙加高，墙顶高程159.15m，拟对原进水渠底板进行修补，拆除下游进水渠约4.0m的风化石，在进水渠端部设一道齿墙，齿墙深1.5m。新建控制段长10.0m，宽3.0m，墙顶高程159.15m，底板高程为156.35m，齿墙深0.8m，底板采用C25砼400厚，新建泄槽45.728m，坡降为1：3.59，泄槽底部高程为144.08m，底板采用C25钢筋砼300厚，新建消力池，消力池池长10.0m，消力坎高0.5m，消力池底高程144.08m，消力坎顶高程144.58m，消力池底板下铺一层厚500mm的C25钢筋混凝土，消力池边墙为M7.5浆砌石边墙，为重力式挡土墙，挡土墙高2.0m，顶宽500mm，临水侧垂直，背水坡1：0.4；消力池后接尾水渠，底板及边墙为M7.5浆砌石。

5.3.2.2溢洪道水力计算

（1）进口段

进口段水力设计应使本段内水流平顺、稳定，水面波动及横向水面比降小，应避免回流和漩涡。 （2）控制段 1、计算公式：

采用《溢洪道设计规范》（SL253-2000）中宽顶堰流计算公式计算，公式为：

Q =εm B

2

/30

2H g

式中：Q ——流量，m 3/s ；

B — 溢洪道净宽，3m ；

H 0 —计入行进流速的堰上总水头； m — 流量系数，查表得0.85； ε — 闸墩侧收缩系数，ε=1；

2、计算结果 （1）设计水位情况:

Q =εm B

2

/30

2H g

=1×0.385×3×（2×10）0.5 ×1.541.5 =7.48 m 3/s

计算求出的Q 1＝9.78m 3/s ＞Q 设＝4.89 m 3/s ，满足泄流能力要求。 （2）校核水位情况:

Q =εm B

2

/30

2H g

=1×0.385×3×（2×10）0.5 ×2.51.5 =14.17m 3/s

计算求出的Q 2＝14.17m 3/s ＞Q 校＝14.03 m 3/s ，满足泄流能力要求。 根据《溢洪道设计规范》（SL253-2000）规定，开敞式溢洪道控

制段墙顶高程，要求在下泄校核洪水时不低于校核洪水位加安全超高值；挡水时不应低于设计洪水位或正常蓄水位加波浪的计算高度和安全超高值。

校核洪水+安全超高=158.85m+0.3m ＝159.15m

现状溢洪道控制段边墙顶部高程为158.54m ，边墙顶高程不满足规范要求。现拟拆除原控制堰边墙，新建控制堰边墙顶高程为159.15m ，可满足规范要求。 （3）泄槽

泄槽采用直线、等宽、对称布臵。泄槽宽度选择与控制段宽度一致，净宽均为3.0m ，坡比为1：3.59。

泄槽的水面线根据能量方程用分段求和法计算。

水流从水库经宽顶堰排至泄槽中，必然经过临界水深断面，这个断面可近似的认为是宽顶堰的最后一个断面。 临界水深h k =3

2

2

gB Q

式中：Q —相应水位下溢洪道下泄流量，m 3

/s ； B —溢洪道宽度， m ；

断面1 - 1的水深h 1=h k cosθ，θ为泄槽底板与水平面的夹角。 根据能量方程ΔL=ΔEs/(i - J ) =(Es 1 - Es 2)/(i - J ) 式中：Es 2 — 下游断面的断面单位能量，即 (h 2+α2v 22)

Es 1 — 上游断面的断面单位能量，即 (h 2+α1v 12) i — 底坡坡度

J

— 平均水力坡降

Δ L — 分段长

泄槽水流掺气水深按下式计算，以泄槽起始断面为0+000桩号，泄槽水流渗气水深计算结果见表5-4-1。

h b ＝h v ⎪⎭

⎫

⎝

⎛+100.1ξ

式中：h b －计算断面渗气水深；

h －泄槽计算断面的水深； ξ－修整系数；

v －不渗气情况下泄槽计算断面的流速，m/s 。

依据规范，溢洪道泄槽边墙高度应根据计入掺气后的水面线加上0.5～1.5m 的超高，本工程超高选用1.0m 。边墙高度计算结果见表。

表5-3-2-2-1 泄槽水力计算成果表

由上表计算结果可知，溢洪道边墙取2m ，高度满足要求。 （4）消能防冲

1、消力池池深、池长计算

根据建筑物的布臵以及现场的地形地质情况，本工程的消能采用底流水跃消能，消力池形式选用消力坎消能。依据《溢洪道设计规范》（SL253-2000）， 消力坎高度及消力池长度采用如下计算公式：

d ＝σh 2-h t –△Z

△Z =

⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛-222222

2

h

1h 12ζφεgb Q

L k ＝0.8L h 2=

)181(2

211

-+r F h F r1=V 1/1gh

式中：d －消力坎高度，m ； L k －消力池长度，m ；

σ－安全系数，取σ＝1.05；

h 2－跃后水深，m ； h 1－收缩断面水深，m ；

h t －消力池出口下游水深，h t =1.0m ； Q －流量，m 3/s ； b －消力坎宽度，m ；

φ－消力池出口的流量系数，取φ＝0.95；

L －自由水跃的长度，m ； v 1－收缩断面平均流速，m/s; F r1－收缩断面弗劳德数。

本工程计算工况为300年一遇洪水(P=0.33%)，相应的泄洪流量为9.08m 3

/s ，经计算，消力坎计算坎高△Z ＝0.451m ，池长L k ＝12.645m 。消力坎坎高采用0.5m ，池长采用13.0m 。 5.3.2.3溢洪道结构安全计算

（1）堰体稳定计算 1、计算工况

（1）设计洪水位工况； （2）校核洪水位工况；