楊傳義，王國(guó)輝（吉林市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，吉林 吉林市 132013）

碾子溝水庫(kù)溢流壩設(shè)計(jì)

楊傳義，王國(guó)輝
（吉林市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，吉林 吉林市 132013）

文中介紹了水庫(kù)的概況和水毀情況，根據(jù)水庫(kù)的洪水標(biāo)準(zhǔn)和調(diào)洪原則，通過(guò)對(duì)調(diào)洪方案的分析比較，確定了水庫(kù)泄流方案，在大壩右端增設(shè)了一座混凝土溢流壩，并進(jìn)行了溢流壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)也總結(jié)了溢流壩下游消能設(shè)施及壩下排滲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。

碾子溝水庫(kù)；溢流壩；調(diào)洪；設(shè)計(jì)

1　工程概況

碾子溝水庫(kù)位于吉林省永吉縣一拉溪鎮(zhèn)吉長(zhǎng)公路南約7 km處。水庫(kù)壩址在一拉溪河上游，集雨面積78.5 km2，是一座以灌溉為主，結(jié)合防洪和養(yǎng)魚等綜合利用的中型水庫(kù)。水庫(kù)樞紐由土壩和泄洪洞組成。

土壩為粘土心墻壩，全長(zhǎng)880 m，壩頂高程309.38 m，壩頂寬6.0 m，鋪0.2 m厚混凝土路面，上游壩坡采用干砌塊石護(hù)坡，厚度0.25 m，下游壩坡采用碎石護(hù)坡，厚度0.2 m。

泄洪洞為原有建筑物，位于左壩端，共6孔，單孔孔徑1.3×2.6 m（寬×高），底板高程296.5 m。

2　水毀情況

2010年7月28日，受強(qiáng)降雨影響，碾子溝水庫(kù)水位驟然上升，發(fā)生漫頂現(xiàn)象，壩后坡壩殼及心墻遭到嚴(yán)重破壞，多部位成懸崖狀，極易造成潰壩。一旦潰壩，將會(huì)嚴(yán)重威脅水庫(kù)下游一拉溪、太平、樺皮廠3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、9萬(wàn)間民房、10萬(wàn)人口生命財(cái)產(chǎn)安全，還將沖毀1 500 hm2農(nóng)田，同時(shí)也對(duì)吉長(zhǎng)南線、北線高速公路、吉長(zhǎng)鐵路、引松入長(zhǎng)輸水管線、通往大連的輸油管線、軍用通訊光纜和兩條高壓輸電線路構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

為避免潰壩，需要盡快降低庫(kù)水位，本著盡量降低損失，便于操作的原則，在大壩右端炸開一道豁口，集中宣泄洪水。洪峰過(guò)后，壩體形成一個(gè)底寬約50 m，頂寬70 m的豁口?；砜谟覀?cè)巖石基礎(chǔ)裸露，為強(qiáng)風(fēng)化巖。

3　洪水復(fù)核

碾子溝水庫(kù)原設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇洪水設(shè)計(jì)，千年一遇洪水校核。50年一遇洪峰流量225 m3/s，千年一遇洪峰流量511 m3/s，24 h洪量1 470萬(wàn)m3。

通過(guò)對(duì)2010年7月28日洪水（以下簡(jiǎn)稱7.28洪水）過(guò)程進(jìn)行調(diào)查，依據(jù)部分觀測(cè)資料及水文復(fù)核，7.28洪水洪峰流量為913 m3/s，24 h洪量1 560萬(wàn)m3。

復(fù)核后洪峰及洪量均大于原設(shè)計(jì)洪水成果，這次采用復(fù)合后洪水成果做為千年一遇洪水過(guò)程進(jìn)行洪水校核。

4　調(diào)洪方案的選擇

4.1原設(shè)計(jì)特征水位

汛限水位306.00 m，相應(yīng)庫(kù)容為1035萬(wàn)m3；正常蓄水位307.00 m，相應(yīng)庫(kù)容為1278萬(wàn)m3；設(shè)計(jì)洪水位306.73 m，相應(yīng)庫(kù)容為1200萬(wàn)m3，下泄流量210.8 m3/s；校核洪水位307.88 m，相應(yīng)庫(kù)容為1 475萬(wàn)m3，下泄流量226.5 m3/s。

4.2調(diào)洪原則

1）該水庫(kù)承擔(dān)下游防洪除澇任務(wù)，下游防洪標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇，下游河道安全泄量為20 m3/s。

2）由汛限水位起調(diào)，利用泄洪洞閘門調(diào)整開啟度來(lái)控制泄量，保證泄量不大于來(lái)水量，且不超過(guò)20 m3/s；當(dāng)庫(kù)水位超過(guò)10年一遇洪水位時(shí)，泄洪洞全部開啟按全孔泄流能力泄流。

3）當(dāng)水位超過(guò)校核洪水位307.88 m時(shí)，溢流壩參與泄洪。

4.3調(diào)洪方案

由于復(fù)核后洪峰及洪量均大于原設(shè)計(jì)洪水成果，這次對(duì)需對(duì)現(xiàn)有壩高及泄洪建筑物泄流能力進(jìn)行重新復(fù)核，并提出新的調(diào)洪方案。

主要有以下兩種情況：

1）在維持現(xiàn)有壩高不變的情況下，提高泄流能力，研究增設(shè)泄流建筑物的可能。

2）在不提高現(xiàn)有泄流建筑物泄流能力的情況下，增加壩高。

針對(duì)以上兩種情況，在調(diào)洪方案的選擇上，選取了三個(gè)方案進(jìn)行比較。

方案一：維持現(xiàn)有壩高不變，仍以現(xiàn)有泄洪洞泄洪為主，同時(shí)在大壩右端水毀豁口處增設(shè)溢流壩輔助泄洪，凈寬5.0 m，以正常蓄水位307.00 m做為溢流壩壩頂高程，壩頂設(shè)置子堤。

方案二：維持現(xiàn)有壩高不變，仍以現(xiàn)有泄洪洞泄洪為主，同時(shí)在大壩右端水毀豁口處增設(shè)溢流壩，凈寬4.0 m，以汛限水位306.00 m做為溢流壩壩頂高程，壩頂設(shè)置防洪閘門方案。

方案三：維持現(xiàn)有泄洪洞泄洪方式，不增設(shè)其它泄洪設(shè)施，壩頂加高。

從壩頂高程、泄流能力、消能設(shè)施、設(shè)備維護(hù)與檢修、運(yùn)行管理、總體投資等方面對(duì)三個(gè)方案進(jìn)行了比較，見表1。

從表1中可以看出，從新增泄流能力方面來(lái)看，方案一較方案三高，但低于方案二。從消能防沖方面來(lái)看，方案三無(wú)需增設(shè)消能設(shè)施。方案一：由于單寬流量較小，僅為1.33 m2/s，結(jié)合溢流壩下游抗沖刷情況，可以不設(shè)消力池，而方案二由于單寬流量較大，4.14 m2/s，通過(guò)消能計(jì)算，必須設(shè)消力池，單就消能防沖方面來(lái)講，方案二新增投資最高。從設(shè)備維護(hù)與檢修方面，由于方案二新增設(shè)了閘門，設(shè)備費(fèi)用增加，維護(hù)與檢修費(fèi)用也增加，且閘門需要啟閉，運(yùn)行管理不方便，從這兩方面看，方案二最不合理；在新增投資方面，方案二由于增加了閘門設(shè)備及消能設(shè)施，加上運(yùn)行管理費(fèi)用，投資比方案一高了46.68萬(wàn)元，而方案三無(wú)需增設(shè)其它設(shè)施，在運(yùn)行管理方面也更方便，但方案三由于壩頂加高，壩頂混凝土路面需要拆除重建，壩體也需要加高培厚，新增投資最高，較方案一高出144.54萬(wàn)元，投資造價(jià)最不合理。

綜合考慮，選擇方案一做為水庫(kù)調(diào)洪方案，即維持現(xiàn)有壩高不變，仍以現(xiàn)有泄洪洞泄洪為主，同時(shí)在大壩右端水毀豁口處增設(shè)溢流壩輔助泄洪，凈寬5.0 m，以正常蓄水位307.00 m做為溢流壩壩頂高程，壩頂設(shè)置子堤。

表1調(diào)洪方案比較表

5　溢流壩設(shè)計(jì)

5.1溢流壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

溢流壩采用混凝土重力壩式結(jié)構(gòu)形式，凈寬5.0 m，頂高程307.00 m，壩面采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚度0.5 m，壩體為毛石混凝土，強(qiáng)度標(biāo)號(hào)C20，塊石含量不超過(guò)30%?？紤]到壩體順?biāo)鞣较蜉^長(zhǎng)，壩體段設(shè)置兩道縱縫，縫間設(shè)銅片止水。為防止發(fā)生繞滲破壞，溢流壩兩側(cè)各設(shè)置一道刺墻，長(zhǎng)度5.0 m，頂寬0.5 m。為了能夠和土壩粘土心墻接觸面更好的結(jié)合，溢流壩壩體兩側(cè)坡度設(shè)為1∶0.1。

子堤采用粘性土回填，迎水面采用干砌石護(hù)

砌，厚度0.25 m，下鋪0.15 m厚碎石墊層。子堤頂高程307.88 m，頂寬2.0 m，前后邊坡均為1∶1.5。

溢流壩上設(shè)交通橋，為簡(jiǎn)支板結(jié)構(gòu)，一跨，凈寬5.0 m，橋面頂高程309.38 m。

5.2溢流壩下游消能設(shè)計(jì)

溢流壩屬非常溢流建筑物，并不經(jīng)常過(guò)水。根據(jù)溢流壩防洪標(biāo)準(zhǔn)，只有當(dāng)水庫(kù)發(fā)生超千年一遇洪水時(shí)，子堤才能潰堤泄洪，如果壩下設(shè)置消能防沖設(shè)施，其使用頻率將是千年一遇，作用不大。

況且洪水過(guò)后，溢流壩下游已經(jīng)形成天然排洪渠道，將來(lái)也要做為排洪渠道予以保留，渠道基礎(chǔ)條件較好，靠近壩腳處為巖基，抗沖能力較強(qiáng)，因此，設(shè)計(jì)時(shí)只按保護(hù)壩腳，防止回淘考慮，在溢流壩腳設(shè)漿砌石導(dǎo)流墻，底部設(shè)500 mm厚鉛絲石籠護(hù)底，下設(shè)200 mm厚碎石墊層，末端設(shè)2.0 m深齒槽，兩端設(shè)4.0 m長(zhǎng)翼墻。

5.3壩下排滲系統(tǒng)設(shè)計(jì)

溢流壩在澆筑過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)左側(cè)巖石基礎(chǔ)有兩處滲漏點(diǎn)，為不影響大壩心墻填筑，以及發(fā)生集中滲漏危害大壩安全，對(duì)這兩處滲漏點(diǎn)進(jìn)行排滲處理。

在兩處滲漏點(diǎn)處各鑿設(shè)一個(gè)集水坑，集水坑尺寸為1.5 m×1.5 m×1.0 m（長(zhǎng)×寬×深），坑內(nèi)用透水料填充，上鋪100 mm厚C20混凝土蓋板，用排水管將水引到下游集水井，排水管沿溢流壩壩體外側(cè)布置，每處設(shè)置一道排水管，為適應(yīng)巖基不平整度以及壩體碾壓要求，排水管采用UPVC塑料管，每道管長(zhǎng)50 m。集水井位于壩腳以外，深2.0 m，直徑2.0 m，集水井采用透水料填充，上鋪100 mm厚C20混凝土蓋板。當(dāng)排水管鋪設(shè)在巖基上時(shí)，外包裹C20素混凝土，管外砼厚度不小于200 mm；當(dāng)排水管鋪設(shè)在粘土基礎(chǔ)時(shí)，挖500 mm×400 mm槽，埋管后上部澆筑C20素混凝土，管外混凝土厚度不小于200 mm。

6　結(jié)論

碾子溝水庫(kù)溢流壩為水毀后新增泄洪建筑物，是一個(gè)主要用來(lái)削峰的溢流建筑物，它不經(jīng)常過(guò)水，只有當(dāng)水庫(kù)發(fā)生超千年一遇洪水時(shí)，才能發(fā)揮作用。介紹了碾子溝水庫(kù)的水毀情況及洪水復(fù)核成果，按照新的洪水成果重新進(jìn)行調(diào)洪演算，并進(jìn)行了調(diào)洪方案比較，最終確定了新增溢流壩的方案，在溢流壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，也提出了其獨(dú)有的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，并結(jié)合施工期遇到的設(shè)計(jì)隱患，采取了相應(yīng)的措施，希望能夠?yàn)轭愃乒こ烫峁┙梃b。

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