迷家河水库溢洪道设计方案比选

2018-06-13汪李艳王春娟何小敏

陕西水利 2018年3期

汪李艳，王春娟，何小敏

1 工程概况

迷家河水库位于槐理河一级支流迷家河沟道沟口。坝址以上控制流域面积33.4 km2，沟道总长13.8 km，多年平均径流量126.9万m3。水库正常蓄水位为1153.00 m，相应库容531.5万m3，最大坝高44 m，属Ⅳ等小（1）型水库。水库枢纽包括均质土坝、溢洪道、导流泄洪洞及放水建筑物。水库建设主要任务为生活用水及镇区工业用水供水，兼顾农田灌溉。

2 工程地质条件

工程所在区域从地貌上属黄土梁卯状丘陵沟壑区，海拔1100 m～1400 m，梁卯起伏大于250 m，地形切割强烈，梁卯边坡缓坡段，坡度15°～25°，主要出露第四系黄土，沟坡陡坡段为陡壁，多已切入第三系红层及下伏砂岩，陡壁侵蚀严重，易滑塌，黄土覆盖区，水土流失严重。

溢洪道布置于坝址右岸，溢流堰及泄槽段位于粘土岩（N2-Cr）中，该岩体允许不冲流速为2 m/s，遇水存在膨胀变形和失水崩解的特性。消能段下伏地层为冲洪积粉质粘土（Q3al+pl-③），为微透水层，承载力特征值为280 kPa。

3 方案初拟分析

溢洪道设计应满足宣泄各级洪水要求，基本设计原则[1]如下：

1）要紧密结合坝址地形地貌、地质条件，使其直短，以改善水流条件。充分考虑下游消能和原有河道的衔接，确保行洪安全，减小对河道两岸边坡稳定的影响。

2）本工程大坝为当地材料坝，泄洪建筑物应有一定超泄能力。考虑泄洪安全，泄洪洞不参与泄洪。

3）溢洪道靠山一侧开挖应尽量避免高边坡，减少造价，确保运行安全与可靠。

4）枢纽建筑物布置应紧凑、合理、顺畅。同时，应与施工导流相结合，控制施工进度，减少工程造价。

迷家河水库正常蓄水位1153.00 m，按《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL5180-2000）规定，溢洪道为4级建筑物，设计洪水标准为50年一遇，校核洪水标准为1000年一遇，相应洪峰流量分别为401 m3/s和881 m3/s。

制约本工程溢洪道设计方案[2][3]的因素主要有水库运行方式（泄洪洞受泥沙淤积影响不参与泄洪）、泄洪规模、地形地质条件（沿线地形较陡，应避免形成高边坡）及工程投资等。根据分析，拟对开敞正槽式方案、有闸控制正槽式方案及无闸控制侧槽式方案进行比选，最终确定相对合理的设计方案。

4 方案设计

4.1 开敞正槽式方案

本方案[4]溢洪道纵剖面布置见图1，调洪计算成果及见表1，考虑所有洪水全部从表孔下泄。方案具体设计如下：

图1 开敞正槽式方案纵剖面图

表1 开敞正槽式方案调洪计算结果

溢洪道为岸边正槽式，布置于右岸紧靠坝肩，由引渠段、控制段、泄槽段、消能段及海曼防护段组成，总长229.3 m，末端采取底流消能。溢洪道轴线方位角SW187°35′14"，与坝轴线的交角为6.85°。

引渠段长55.7 m，底宽12～25 m，底坡i=0，底板高程1142.50 m,衬砌厚0.5 m，采用C25W6F250混凝土衬砌。右岸结合边坡开挖及公路的布置采用斜坡式衬砌，坡度1∶0.75，墙厚0.5 m；左岸挡墙与坝体紧密结合，采用重力式结构。

控制段长16.9 m，溢流堰为WES实用堰，堰顶高程1153.0 m，堰宽12 m。溢流堰上游堰头采用三圆弧曲线，下游采用y=0.127x1.85幂曲线接1∶1.0斜坡。溢流堰采用C25W6F250混凝土浇筑。

泄槽段总长86.7 m，底坡i=1/3.3，为矩形结构，底宽12 m，底板厚0.8 m墙高3.0 m，采用重力式结构；泄槽末端采用反弧段连接消能段，R=10 m。泄槽采用C35W6F250钢筋混凝土浇筑。

消能段长50 m，采用底流消能，与泄洪洞消力池联合布置，池深4.0 m，池底宽12.0 m。消力池底板高程1115.0 m，底板厚2 m，采用C35W6F250钢筋混凝土浇筑。底板下设碎石垫层，厚1.2 m。

4.2 有闸控制正槽式方案

本方案[5]溢洪道纵剖面布置见图2，调洪计算成果及见表2，考虑所有洪水全部从表孔下泄。方案具体设计如下：

图2 带闸门正槽式方案纵剖面图

表2 带闸门正槽式方案调洪计算结果

溢洪道为岸边正槽式，布置于右岸紧靠坝肩，由引渠段、控制段、泄槽段、消能段及海曼防护段组成，总长237.1 m，末端采取底流消能。溢洪道轴线方位角SW187°35′14"，与坝轴线的交角为6.85°。

引渠段长58 m，底宽12～25 m，底坡i=0，底板高程1142.50 m,衬砌厚0.5 m，采用C25W6F250混凝土衬砌。右岸结合边坡开挖及公路的布置采用斜坡式衬砌，坡度1∶0.75，墙厚0.5 m；左岸挡墙与坝体紧密结合，采用重力式结构。

控制段长12.4 m，溢流堰为WES实用堰，堰顶高程1148.50 m，堰宽12 m。溢流堰上游堰头采用三圆弧曲线，下游采用y=0.127x1.85幂曲线接1∶1.0斜坡。溢流堰采用C25W6F250混凝土浇筑。

溢流堰顶部布置检修平板钢闸门及弧形工作钢闸门各一道。孔口尺寸宽12 m，高4.5 m。

消能段长60 m，采用底流消能，与泄洪洞消力池联合布置，池深4.0 m，池底宽12.0 m。消力池底板高程1115.0 m，底板厚2 m，采用C35W6F250钢筋混凝土浇筑。底板下设碎石垫层，厚1.2 m。

4.3 无闸控制侧槽式方案

本方案[6]溢洪道纵剖面布置见图3，调洪计算成果及见表3，考虑所有洪水全部从表孔下泄。方案具体设计如下：

图3 侧槽式方案纵剖面图

表3 侧槽式方案调洪计算结果

溢洪道为岸边侧槽式，由侧槽段、调整段、泄槽段、消能段及海漫防护段组成，总长227.60 m，末端采取底流消能。

溢流堰为WES实用堰，堰顶高程1153.0 m，侧槽长（堰宽）32 m。侧槽宽6～12 m，底坡i=0.02，底板首端高程1149.64 m，末端高程1149.0 m。山体内侧结合边坡开挖及公路的布置采用斜坡式衬砌，坡度1∶0.75。调整段长23m，底宽12 m，底板高程1149.0 m。

泄槽段总长89.1 m，底坡i=1/2.7，底宽12 m。调整段末端与泄槽段首端采用抛物线衔接，泄槽末端采用反弧段连接消能段，R=10 m，θ=30°。

消能段长60 m，采用底流消能，池深4.0 m，池底宽12.0 m。消力池底板高程1116.0m，底板厚2m，底板下设碎石垫层，厚1.2m。

5 方案比选

针对以上三种设计方案，分别从工程布置、工程施工及工程投资三个方面进行比较分析，结论见表4。

表4 各种设计方案比较分析统计表

通过表4的比较分析，开敞侧槽式方案水流条件较正槽式复杂，但基础置于粘土岩上，地质条件较好，运行安全相对有保障。与开敞正槽式方案相比，侧槽式方案边坡最大高度较低，岸坡开挖量及边坡处理量较省；同时最大坝高较小，大坝填筑量较省；最终工程造价较开敞正槽式方案节省123.54万元。与带闸正槽式方案相比，侧槽式方案底板挖深较小，混凝土浇筑量较省；无需闸门控制水位，运行管理相对方便，减少闸门检修和维护费用；最终工程造价带闸正槽式方案节省205.78万元。

综合技术经济比较，迷家河溢洪道布置方案推荐采用开敞侧槽式方案。