土石坝泄水建筑物布置及体型设计

土石坝泄水建筑物布置及体型设计

石金福

石金福

元江县水利灌区管理局

摘要:通过分析某大中型土石坝水库的泄水建筑物工程特点，我们从工程所在区自然环境、地形特征、泄水建筑物水力因素等着手分析，对该过程泄水建筑物的布置及体型设计做了系统的论述与完善，妥善的处理了泄水建筑物布置及泄洪问题，能够达到枢纽所要求的各种项目内容。

关键词:土石坝;水工模型试验;泄水建筑物;布置;设计

前言

这些年来，由于我国水库工程的逐渐发展进步，水库大坝工程对于我国的防灾减患和国民经济发展有着极大的影响。然而还是有部分水库在发展期间，也存在着很多问题，如泄水建筑物设计不合理，防洪性能差等，只要出现问题，不仅会影响到人们的生产生活，还会制约我国水利工程的发展。以下我们来对土石坝泄水建筑物的布置设计相关因素进行详细探讨：

1工程概况

某土石坝水库属红河水系，水库径流面积5.8k㎡，距县城7㎞。是一座以灌溉为主，兼顾人畜饮水及下游防洪综合利用的中水库工程。工程总投资105万元。水库在1992年10月进行投建，1993年8月完工。拦河坝工程都是均质坝，设计灌溉面积12.22万亩，总库容为1280万m3，兴利库容1266万m3，校核洪水位1193.7m,设计洪水位1193.2m，正常蓄水位1193.0m，死水位1176.0m，输水建筑物设立在左岸，为有压涵洞，坝下埋管，坝后放水，溢洪道布置于右岸，为开敞式正槽溢洪道，进口设有闸墩和闸板，必要时可以供水，增加蓄水量，水库主要灌溉周边1250万亩农田地，承担供给约3000人、2000头大牲畜的饮用水。水库各建筑物抗震程度在Ⅶ度。大坝设计洪水重现期为50年(P=2%)，相应洪峰流量275m3/s;校核洪水重现期为1000年(P=0.1%)，相应洪峰流量478m3/s;消能防冲设计洪水重现期为30年一遇，相应洪峰流量242m3/s。

在水库除险加固项目中，水文资料的收集和整理是很重要的环节，一般内容就是对水库实施防护标准复核，复核原设计的堤坝防洪要求和设计洪水是否要调整，水库大坝的抗洪性是否符合我国当前的标准规定，设计的最大下泄量能否安全下泄。

2、大石坝泄水建筑物布置与设计原则

2.1设计原则

在对大石坝泄水建筑物进行规划设计时，要根据当地的国土整治情况、对水、田、林、路进行综合考虑，还要关注到其他用水部门如发电、人畜饮水的需求，集中安排，统筹规划，实现科学设计，利于管理控制，借助丰富的水土资源，扩大灌溉领域，实现经济和社会的最佳效益。规划设计通常按照以下原则：

①大石坝泄水建筑物工程在设计期间要确保灌溉用水的单位水量能达到最佳效益，也即要增强单位水量的灌溉范围和灌溉效果。

②大石坝泄水建筑物工程的建设要考虑到防洪、抗涝、排渍、交通航运、水电和城市地区的工业建设、居民生活用水等，顺应时代发展需求，在一定程度上改善旱灾和洪灾。

③大石坝泄水建筑物工程设计要在确保灌溉区水资源到位的前提下，综合分析灌溉效益，进而制定科学的水库输水隧洞设计措施。

④对灌溉区域的水源加以利用要达到灌区地带的水利规划方案，要在确保不破坏生态环境的基础上，结合当地具体情况，对灌区地表水地下水实施全面利用；实现蓄水、饮水和排水一体，渠道、沟渠、水塘等储水设施的综合利用，提高灌区水源利用率。

2.2前期准备

在以往的水库除险加固设计中，设计人员往往会忽视勘察阶段，仅靠经验施工，使得设计方案与实际情况不一致的情况总是发生，为除险加固工程带来更多难题，因此实地勘察很关键。

①实地勘察要明确几点：来水情况、水库梯度调水、引水途径是否畅通、布局设置是否科学、涵洞闸门是否合理、渠道宽度及用材是否符合要求等。

②之前的水库除险加固项目的数据资料，注重大坝的除险加固措施，水位上涨的时长和流量情况。

③对溢洪道的分析，其中溢洪道的材质种类、闸门高度规格、孔数要求、底板高程等。

对于洪水处理问题，在工程设计期间，要明确水库泄流对附近居民的生命安全威胁、经济制约及工程抗洪性，水库蓄水情况的调节、各水位间的高度差，利于调整完善，实现好洪水防范措施。

3泄水建筑物结构设计

3.1溢洪道结构设计

深入研究我国的大中型水库溢洪道工程，其中溢洪道建设最为普遍的结构就是砌石结构，闸门通常使用的是混凝土。然而在由砌石建成的溢洪道工程中，由于长期的环境影响，洪水冲刷浸泡，损害程度较深；由混凝土建成的闸门来说，裂缝和碳化情况也总会出现，因此要加大力度的对大中型水库溢洪道工程的加固和保护。对于大中型水库溢洪道工程的除险加固期间，要进行全方面的监测，采取合理实用的规划方案，以实际出发，选择合适的措施。

3.2放空泄洪(导流)隧洞结构设计

结合地形特征和入选的坝型布置，通常防空隧洞坐落于左岸溢洪道与大坝间，隧洞一般包括进口段、闸门竖井、城门型无压段和出口消能段等，隧洞总有366.06米。其中进水段属于有压段，进口底板长度在951米。运用矩形断面操作，断面规格在2.40×3.00m(宽×高)，边墙则由厚度在40cm的混凝土进行衬砌而成，有压段距离是120米。

闸门竖井一般布局在泥质灰岩中，闸底板通常长度是9米，底板厚度是1米。竖井的挖设规格在9.00m×5.90m(长×宽)，增设必要的工作闸门和检修闸门。井底通常高程是951米，竖井平台的高程则是993米，平台顶有相应的闸门启闭机房，且公路与左坝肩连接。竖井后端一般设有通气孔。洞身通常是城门洞型无压洞，断面大小是2.60m×3.90m(宽×高)，直墙段高2.60m，形状是半圆型拱，半径是1.30m。洞身总距离是160.00m，底坡i=1/22，底板、边墙和顶拱都是厚度在40cm的混凝土进行衬砌。

3.3护坡

尽可能的保持原有的坝基，若是损伤较小，可作微调或者修整，从而保证护坡的安全稳定性。若是大坝高度低于20米，那么砼六方预制块厚度要保持在10cm，若是大坝高度超过20米，预制块厚度保持在13cm，大坝下游位置使用草皮护坡即可。

3.4对水库增容和恢复库容问题

对于泄水建筑物的布置设计方面要重视水库增容与恢复库容问题。一些水库，因安全隐患，在汛期通常利用降低水位的措施，时间一长，水库调蓄能力会逐渐减弱，或者在运行多年后，库底淤泥加剧，极大的降低了水库容量，基于此，在适量增加资金投入的基础上，对于土石坝泄水建筑物的布置规划，可对水库容量进行扩增和恢复，提高水库经济社会效益，若是任务量过重，可分次进行。

3.2隧洞导流与涵管导流

（下转第381页）

这种方式适用于地势崎岖的河流，根据河流的地势特点、土层情况来选择。通常而言对坝址河床窄、导流水流量下地势崎岖的河流地段较适宜。并且，隧道导流的施工成本高泄水性却较差，因此，施工期间通常要采取淹没坑基的措施或者另辟渠道来进行施工，只有在环境较恶劣的情况下才会采取隧洞导流，尽可能的与永久隧道结合，能够在一定程度上减少施工经费和任务量。

涵管导流通常适用于土坝或堆石坝工程中，如水流量小或者在枯水期时要进行导流，则适用该方式。由于该技术一般是利用的钢筋混凝土结构，能够增强工程施工质量和性能水平，能够取得良好的成果。然而，在施工期间一定要明确钢筋混凝土的特性，确保混凝土的质量性能达标。

4结语

总的来说，在社会经济的优化发展下，大型水库土石坝工程有了一定程度的发展，对泄水建筑物的优化布置及合理设计，对工程施工质量、成本支出、工期进度有重要影响。所以，施工方要结合具体情况，制定合理的泄水建筑物的布置与体型设计方案，保证水库土石坝的施工质量，实现水利工程的社会与经济效益的协调，确保水利工程的正常运行并达到一定的使用周期。

参考文献:

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［2］张帆．坪底水库泄水建筑物布置方法及设计［J］．山西水利，2014，30(10):32－33．

［3］益波，任苇，高月仙等．积石峡水电站泄水建筑物设计［J］．水力发电，2011，37(11):33－35．