水库溢洪道结构设计存在的常见问题及处理措施

作为水库的三大建筑物之一的溢洪道,在水库的运行中,发挥着必不可少的作用,具有十分重要的意义。本文作者依照自己的工作经验,又结合相关资料,首先详细分析了中小型水库溢洪道结构设计中存在的一些常见问题,然后又针对这些问题分析给出了相应的对措,希望能够保证工程安全、经济的运行。

一、中小型水库溢洪道结构设计中存在的常见问题分析

1、在洪水期间,溢洪道能够及时的排水,缓解水库大坝的压力,保证水库安全。但是,中小型水库在工程造价方面存在限制,使得设计采用的洪水标准不规范,偏低,同时,选用的洪水数据也偏小,最终导致溢洪道设计尺寸偏小。而且由于溢洪道周边岩体容易风化坍落,降低了溢洪道的泄流能力。另一方面,溢洪道在布置上,因为工程设计的进出口距离坝身太近,导致进口段没有护砌,而且坝肩和溢洪道之间的间隔薄弱,在泄洪时容易发生冲蚀现象,威胁坝肩的安全。还有的溢洪道设计中,徒槽末端紧贴坝脚,这样在发生横流冲刷时,对坝脚的威胁更严重,不利于大坝的安全运行[1]。

2、在对溢洪道平面弯道进行设计的时候,避免出现半径过大或者收缩过度的情况,不利于泄流。因为弯道处,洪水的流态以及流势变化剧烈,不容易控制,容易形成两岸水面差,最终产生折冲水流,降低泄流能力和效果。同时,弯道处也容易发生壅水以及流态变化,冲击溢洪道。另外,在对溢洪道的纵横剖面进行设计的时候,陡坡设计比降过陡,同时一些溢洪道处在非岩性山坡上,而且在溢洪道底部也没有有效的反滤衬砌,这样在遇见大雨的时候,容易因为渗水产生滑坡,降低结构的稳定性。在对溢洪道的横断面进行设计的时候,由于没有注意两侧山坡开挖坡度,导致陡坡设计比降过陡,而且由于衬砌太薄,容易出现坍方和滑坡。在对溢洪道的平面布置时,因为上下游断面的连接不当,出现“瓶颈”现象,也能够降低泄洪能力[2]。除此之外,如果不注意溢洪道末端的高低情况以及与河道衔接部分的砌护处理,则很容易造成严重冲刷,并且随着时间的推移向上延伸,最终破坏整个建筑物。

3、现阶段,我国的水力设计方法仍不完善。例如:在溢洪道的进口处布置引洪平流段的时候,水力计算没有关注水头损失,而且在水头损失较大的情况下,这部分损失也要在计算的范围之内。还有,对溢洪道的消能工设计不恰当,忽视型式选择,造成消力墙的长度和深度不够,降低消能力度,导致下游河段冲刷严重。另外,一些工程设计没有考虑溢洪道在泄洪时的工程特性,泄洪时的高速水流具有强大的冲击力,会产生剧烈的震动;还有一些溢洪道因为使用的浆砌石强度低,导致砌护的厚度以及高度不能够抵御高流速的冲刷,降低了结构稳定性;还有一些溢洪道设计在非岩基上,因为底部没有反滤排水设备,容易造成塌滑[3]。总之,这些问题都将严重影响工程质量。

二、针对中小型水库溢洪道结构中存在问题,采用的具体方法对措

在溢洪道的设计中,首先要充分掌握各种资料,同时结合工程安全以及经济效益,检测设计标准的规范性。下面是作者依照自己的工作实践和经验,总结出来的具体的应对措施。

1、 合理、科学的规划布局

在对溢洪道的布局进行规划时,要充分利用地形地貌,尽可能的使设计经济合理又安全。例如:当主坝口子狭窄时,可以布置侧槽式溢洪道;在天然山坳中布置溢洪道等。关于溢洪道的规划布局要遵从以下原则:线路短且没有弯道,同时保证基础坚硬均匀,溢洪道的出口不能够距离坝体太近;在滑坡或者是崩塌地段,由于容易发生灾害,严格禁止布置工程。关于溢洪道主要有四大部分组成,各部分的要求如下所示:

① 引流段。 引流段也就是近口段,喇叭口的进口形状可以促进引流平顺,同时长短不能够太长,这样可以降低损失。尽可能的避免设置弯道,如果受到地形限制,不可避免时,则要保证弯道的设置远离坝脚,同时设置的弯曲段要平缓,这样就能够防止坝脚被冲刷。另外,在引流段要采用矩形或者是梯形的截面。

② 控制段。 控制段也就是堰流段,一方面要让近口水流和控制段的建筑物相垂直,同时也要依照地形条件以及设计要求,设置控制段,这样才能够保证水流平稳。一段情况下,堰顶宽度不能低于三倍的堰上水头,在堰口处要利用渐变段连接的方式连接上流引流段,保证收缩角在12°左右;在堰体较宽的情况下,温度缝和沉陷缝之间的间距在10---15m之内[4]。

③ 泄流段。 泄流段也就是陡坡或者是急流段。在进行工程设计时,这一部分的平面要利用直线布置,避免出现因为流态的变化而形成的负压;另外,纵断面的设计要结合低地理形势采用多种方式;在陡坡段的设计要有统一的比降;泄水段因为流速高,为了保证安全,可以布置在岩基上,对于新鲜岩基上的泄水道,不需要进行砌护。

④ 消能工。 消能工一般情况下设置在泄水段末端,但是关于它具体的型式选择则要考虑到各种因素条件,采用多级跃水,同时保证末端的跃流段距离坝脚100---150m。如果对于非岩基,则要利用底流消能,同时在末端要设置消力池。关于消力槛的形式主要运用在泄流量不大的情况下,例如在远驱式水跃上的应用[5]。

⑤ 侧槽段。 一般的工程设计中,侧槽段的布置要垂直于水流向,同时,侧槽段的长度依照具体情况而定。

2、 正确的水力计算方法以及结构计算

在中小型水库的溢洪道结构设计中,水力计算关系着工程设计的精确性,直接影响着工程的质量。对于溢洪道不同的部分,都有规定的计算方式,在选择的时候一定要结合实际情况,按照规定要求进行选择。例如,关于引流段的水力计算,要利用查尔诺门斯基方法。

结构计算关系着建筑物的安全稳定性能。对于一般的护坡或者是挡土墙可以利用一般的方法进行计算其稳定性,但是关于陡坡面的砌护厚度在进行结构计算的时候,一定要满足滑动安全,关于滑动稳定的控制十分重要,这时就要计算护面上的滑动力,主要包括水流静压力,渗透压力等。在进行消力池底板厚度的结构计算时,一定要满足抗浮稳定性的要求。因为,消力池的底板四周受到了边界的约束,不存在滑动问题,这时就需要关注其抗浮稳定性的计算。抗浮力主要有底板水重以及浮重这两种力量,安全系数在1.3---1.5之间。

3、 有效监控施工质量,保证工程运行维护和管理

溢洪道的主要功能就是泄洪,因此,必须保证溢洪道能够安全排泄各种洪水。在设计施工的时候,业主一

定要遵守国家相关法规和制度,选择实力和质量信誉高的施工单位,同时施工单位在设计施工的时候,一定要有完善的内部监控管理方法,实行施工现场监理,避免出现上文中的各种质量缺陷。另外,关于溢洪道工程在运行的过程中,要加强维修和管理。在泄洪之后要及时的检查建筑物和相关设施的运行状况,及时处理各种问题,做好维护工作,保证工程安全运行。

综上所述,本文主要分析了中小型水库溢洪道的结构设计中存在的问题,同时也提出了具体的方法对措,希望能够保证工程运行安全、经济。但是关于溢洪道结构设计仍有一些问题,需要设计者和施工者不断的研究探索。

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