水库溢洪道泄洪闸设计

水库溢洪道泄洪闸设计1工程概况51.1 水库建设过程 71.2水库目前存在问题 72水文82.1流域概况82.2年径流复核成果 92.3设计洪水复核成果 102.4非汛期设计洪水 113工程地质114除险加固任务和规模 124.1除险加固任务 124.2除险加固洪水标准 135.溢洪道泄洪闸设计 135.1方案的说明 135.2方案比较145.3设计基本资料 155.4溢洪道轴线选择 165.5 溢洪道工程布置 165.6水力设计185.7溢洪道防渗与排水设计 225.8稳定计算236施工组织设计 286.1施工条件286.2施工导流286.3主体工程施工 296.4施工交通运输 306.5施工工厂设施 306.6施工总布置 31结论331工程概况白沙水库位于淮河流域沙颖河上游，坝址位于河南省禹州市与登封市交界的白 沙村以北300m处。是50年代初治淮早期我省兴建的大型水库之一，当时水库的 设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为1000年一遇。设计水位233.8m,校 核水位235.3m,总库容2.95亿nl水库控制流域面积为985km,占颖河流域面积 7230km的13.6%，占颖河山丘区流域面积1900km的51.8%，是以防洪灌溉为主， 兼顾工业供水、水产养殖、旅游等综合利用的大型枢纽工程。 水库位置见图1.1-1。1978年水电部颁发了水利水电枢纽工程等级划分及设计标准（山区、丘 陵区部分）SDJ12-78,根据该规定白沙水库正常运用洪水标准应为500100年一遇，非常运用洪水标准如失事后对下游不致造成较大灾害的其下限值为2000年一遇，如果失事后对下游将造成较大灾害的大型水库应以可能最大洪水作为非常 运用洪水标准。1990年水利、能源部对SDJ12-78又颁发了补充规定，根据该规 定将白沙水库的校核洪水标准由可能最大洪水改为2000年一遇。1994年建设部发布国家标准防洪标准（GB502094）作为强制性国家标准，根据该标准白沙 水库设计洪水标准应为500100年一遇，校核洪水标准应为 50002000年一遇。 我省大部分大型水库，根据以上国家颁发的洪水标准、结合各水库的具体情况， 经历20余年基本进行了除险加固，提高了水库安全标准。已完成的有鸭河口、宿 鸭湖、鲇鱼山、孤石滩、彰武、南海等水库，正在实施的有白龟山水库和昭平台 水库。该工程1951年开工，1953年竣工。由于当时形势的需要和各方面条件的限制， 存在诸多问题。1956年进行了扩建加固。2001年3月对水库安全标准进行复核，1000年一遇洪水位为235.51m, 2000 年一遇洪水位为236.29m,而目前白沙水库允许的最高水位 235.13m。因此，白沙 水库现有安全标准不足1000年一遇，尚未达到国家防洪标准（GB50201-94 5000年2000年一遇的下限。由于白沙水库在沙颖河流域防洪调度中的作用非常 重要，事关禹州市、京广铁路和京深公路的安危，一旦失事，将对禹州市、襄城、 临颖、许昌和郾城等县市造成严重的洪水灾害。因此急需除险加固。2001年3月河南省水利厅组织水利部、淮委、黄委和水库管理局等单位组成 专家组，对白沙水库进行安全鉴定，鉴定意见为：“白沙水库大坝现有防洪标准 不足千年，属危险水库，急需进行除险加固。建议采取工程措施提高抗御洪水标 准以满足国标防洪标准要求，对溢洪道混凝土建筑物和金属结构进一步进行 检测。进一步补充完善观测设施，加强观测工作。在未进行除险加固前，水库管 理单位应加强工程管理和工程监测，并做好超标准洪水的安全保坝措施。”2001年7月水利部大坝安全管理中心对白沙水库安全鉴定成果进行核查，核 查意见为：“大坝存在的主要问题是水库大坝防洪标准不满足部颁近期标准， 同意三类坝鉴定结论意见。”另委托河南省水利科学研究所水利水电工程质量检测中心对白沙水库溢洪道（土建部分）进行工程质量检测，并于 2002年2月提出白沙水库溢洪道（土建 部分）工程质量检测报告和检测描绘图集。据现场测绘各个闸墩闸墙在高 程6.0m处有一条水平缝，缝宽较大且多为通缝；各个闸墩闸墙在中部区域，均有 一条自下而上的裂缝，分别达到或超出6m处的水平缝高度，缝宽0.210.80mm超声波检测1#、3#、4#、5#墩为贯穿缝，2#、6#、7#墩未贯穿，两边墙部位是否贯穿 尚未查明；闸墩在上游墩尖，下游墩尾及墩身各部位，存在多条裂缝，缝宽多在 0.101.35mm之间，其中上游墩尖处大部分为水平缝，其余多为不规则裂缝，超声 波检测缝深在65164mr之间，大小裂缝总计有570余条。闸底板共有裂缝38 条, 在每孔闸底板中部，均有 12条垂直水流方向的裂缝，缝宽一般在0.220.71mm之间，经超声检测，缝深在 30283mr之间。主要结论为：“闸室结构砼的强度、 钢筋的配置均不能满足现行设计规范的要求，裂缝普遍存在，一些受力部位的裂 缝已经贯穿，碳化值普遍较高，土建部分维修加固方案的优势已经失去，建议考 虑其它解决方案。”查阅白沙水库暨灌区志的记载和工程竣工图，发现泄洪闸建基面位于强风 化石英砂岩上，岩石破碎，施工中有多处坍塌；闸室结构强度不足，限于工程建 设期的经济环境和技术水平，闸室墩墙和底板砼标号太低，原设计为140号，施工中为节约水泥，加入15%勺粉沙掺和料，实际上不足140号，一些部位仅有90 号，且闸墩配筋率仅为（0.020.03 ） %小于钢筋砼的最小配筋率，实为少筋砼， 而水工建筑物的挡水受力结构不宜采用少筋砼；工程竣工时已发现墩墙出现裂缝， 运行数十年，现在闸室裂缝普遍存在，七个中墩有四个中墩的裂缝已贯穿，其余 裂缝深度为65164mm右边墙倾斜13cm消力池边墙也发生变形。2001年12月2002年3月，河南省水利勘测总队受河南省水利厅委托，对溢 洪道进行了地质勘探，揭露地层表明，老溢洪道闸室建基面在强风化带上，风化 层厚度为0.56.1m，其中有薄层泥岩，岩体破碎，含泥量高，承载力低，抗剪强 度低，高水位时，闸室存在稳定问题。右岸翼墙地基断层发育，强风化厚度在18m以上，右岸翼墙存在稳定问题。闸基 78%勺岩体具有中等透水性，闸基存在渗漏问 题。并于2002年4月完成了河南省白沙水库除险加固溢洪道工程地质勘察报告。河南省水利勘测设计院于2001年3月对溢洪道泄洪闸进行水力计算和稳定复 核，认为下游消力池边墙高度比允许值低 2.2m，整体稳定安全系数小于规范允许 值。由于溢洪道建成至今，没有高水位运行过，掩盖了其存在的安全隐患。白沙水库溢洪道泄洪闸应根据水库规划指标，进行加固或重建1.1水库建设过程1950年10月中央人民政府政务院发布”关于治理淮河的决定”后，省治淮总部于1951年元月组织力量对白沙水库进行勘测设计，1951年3月开始施工至1953 年8月建成。工程包括：拦河坝，长1214m坝型为均质土坝，坝顶高程231.72m, 最大坝高42.5m。溢洪道为无控制开敞式溢洪道，宽100m底高225.92m,最大泄量572nVs ;输水洞为无压洞，横断面为 R=2.03m的标准马蹄形洞，进水口为上下 双层四孔1.75 X 1.75的油压直升平板钢闸门，进口底高195.92m，出口底高194.86m，洞长337.0m,最大泄量230卅/s。水库设计最高洪水位 228.42m，总库 容1.88亿m。此外尚有东付坝一座。由于1950年设计时没有进行流域规划，设计洪水计算偏小，经1954年洪水考 验后，发现水库规划库容偏小，溢洪道设计的溢洪断面不够大，水库的安全标准 偏低，水库的效益未能充分发挥。为此于1956年2月1957年12月进行了水库扩建。扩建后的大坝坝顶长1316m顶宽6.6m，最大坝高47.88m,坝型由均质土 坝变为复式断面，坝顶高程 235.8m，防浪墙顶高程237.0m。改原无控制的溢洪道 为新建8孔（12X 8）弧形钢闸门控制的泄洪闸，闸顶高程225.92m,最大泄量4280 nVs。但1958年元月溢洪道泄洪闸8扇弧形门安装完毕后，4月为支援三义寨引黄工 程，拆走边孔6扇建块石滚水坝，坝顶高程231.0m,直到1964年10月才恢复拆除 的6孔闸门。建时除主坝及东付坝相应加高外，又增建一座西付坝及在主溢洪道东第一缺口 处修建了付溢洪道，底宽180n,底部高程234.0m,最大泄量427nVs。1975年汛后，为增强水库抗洪能力，在东付坝坝顶建爆破药室17个，以应急需。1997年底又对输水洞进行了较全面的加固处理。在出口新建了弧形工作门及 引水岔管，输水洞由无压隧洞改为压力洞，洞身由马蹄形断面改为直径3.3m的圆形断面。1.2水库目前存在问题白沙水库坝顶咼程 235.8m,防浪墙顶咼程 237m,水库现状允许最咼静水位 235.13m,调洪演算成果1000年一遇洪水位 235.51m, 2000年一遇洪水236.29m, 均超过水库现状允许最高静水位 235.13m,由此说明白沙水库的现有安全标准不足 1000年一遇，远低于国家防洪标准（BG50201-94 50002000年一遇标准的 下限，实属险库。其中溢洪道存在问题（1）溢洪道1956年曾做过水工模型试验，试验结果表明：泄洪闸上下游流态 不好，影响东付坝安全，降低了水库的安全标准。（2）泄洪闸闸室建在强风化的石英砂岩地基上， 且右边孔跨在断层破碎带上， 闸基极不均匀。（3） 闸墩单薄，砼质量不好，碳化严重，普遍存在裂缝，右边墩及1、3、4、 5中墩存在上下贯通裂缝，左、右岸下游翼墙明显向内倾斜，其中右岸翼墙倾斜达 13cm。（4）溢洪道没有尾水渠，不能做正常溢洪道使用。（5）溢洪道闸门启闭机已经运行四十年，有的已超过四十年，闸门埋件锈蚀 严重。闸门制作外观质量差，弧型闸门底部和右下角存在变形。所有一、二类焊 缝严重未焊透属于不合格焊缝。（6）八台启闭机运行基本正常，其中4、5号两台启闭机为开放式减速器，起升速度慢，齿轮磨损严重，大部分齿轮被拉伤，形成内槽，7号机开式齿轮存在局部裂纹，未扩展，减速器存在异常响声，3号机开式齿轮存在大面积蜂窝状铸造缺 陷。2水文白沙水库建设初期，因水文资料短缺，故只能采用有限的降雨资料推求设计洪 水，并依此进行工程规划，此后，多次进行过水文复核。1986年和1998年我院先后对白沙水库进行了水文复核且均编制有白沙水库水文复核报告。2.1流域概况白沙水库位于淮河支流沙颍河流域颍河上游，坝址地理位置为东经113 15，北纬34 20。坝址以上控制流域面积985km。颍河源于登封嵩山山脉，自西向东流经禹县、临颍、西华等县市，于周口以上 3km附近的孙咀注入沙河。颍河全长约350km，水库以上长56km,流域面积7230km, 水库以上985km,占全流域的13.6%,占颍河山区面积的51.8%。颍河白沙以上至 禹县属山区，坡陡流急，禹县至颍桥进入丘陵区，颍桥以下进入平原，始有堤防。 水库以上有少林河，石冲河、鱼洞河、马峪河等支流，下游较大支流有吴公渠， 清淠河、清流河、柳塔河等。颍桥以上为山丘区，面积约占全流域的 26.3%，平原区约为73.7%。地势西北 高，东南低，海拨高程一般为500550m最高峰高程为1512.4m。山区除少林寺、 中岳庙有少量松树复盖较好外，一般为灌木丛林，高程在8001000m以上，植被较差；丘陵区为黄土地带，多为梯田，冲沟发育，复盖较厚，流域内土壤类别， 京广铁路以西为重、中粉质壤土，以东为中、轻粉质壤土，适宜于种植旱作物， 如：小麦、玉米等，兼作杂粮及经济作物。颍河流域属于温带地区，气象特征为半干旱气候，春冬季节空气干燥少雨。夏 末秋初空气湿润，雨水较多，多年平均降水量为650mm年内分配很不均匀，汛期69月降水量约占全年的65%，年际分配也不均匀，实测年最大降水量为多年平 均的1.6倍。颍河上游多山，地形起伏，每年夏季含有大量水汽，受地形阻隔被 迫上升，温度下降，遇冷空气而凝结，产生地形雨；此外，局部性的空气对流产 生的雷阵雨也较多见。气旋雨在本流域也经常出现，主要是北来的寒流和南来的 暖流，即高压与副高压在本地区形成相持的局面，停滞不前形成大暴雨，如 1954、 1956年就是此种成因产生的大暴雨。流域内多年平均降雨为650mm最大一日降雨量为226mm多年平均蒸发量为 1823mm最大月蒸发量为 285mm最小为15.4mm多年平均气温为14.4 C,极端 最高气温为42.9 C,极端最低气温为-13.9 C;多年平均相对湿度为 68% 一日最 小相对湿度为1%多年平均风速为2.7ms，最大风速为19ms;最多风向为北东风； 多年平均气压为1002.6毫巴；最大积雪厚度为21cm多年平均霜降期为59.4天。白沙水库下游河道标准较低，繁城吴公渠口段，于 1957年治理过，除涝标 准仍为老二年一遇，设计流量184 nVs,防洪标准约10年一遇，平槽泄量500 m/s; 吴公渠口至柳塔河口段于1970年治理过，除涝标准为3年一遇，设计流量430 m/s， 防洪标准为20年一遇，平槽泄量900 m3/s，颍河公路桥过水流量为1500 m3/s， 化行闸至繁城段平槽泄量约 700800 m3/s。2.2年径流复核成果白沙水库年径流自建库以来已计算过多次，1986年河南省水利勘测设计院在 白沙水库水文复核报告中将年径流系列从1953年1976年延长到1984年共31年系列，计算得天然年径流均值为 1.64亿m，G=0.60，Cs=2.0Cvo本次年径流 复核，在1986年复核的基础上，将1953年1 984年的实测年径流和天然年径流 系列进行了复核并把系列延长到1997年。实测年径流按水文年 65月统计，经计算，实测年径流均值为124.79 X 106m。经还原计算，白沙水库19531997水文 年天然年径流量均值为153.79 X 106m。经验频率计算采用数学期望公式： P=m/(n+1);理论频率曲线采用 P-川型适 线，用矩法计算统计参数；均值采用计算值，Cv值在适线时作适当的调整，经适线 Cv=0.60，Cs=2CV白沙水库天然年径流量统计参数成果如表 1。表1白沙水库天然年径流统计参数成果表年径流量参数各种保证率p的年径流量(10m)均值（10m）变差系数（Cv）偏差系数（Q=2GV）25%50%75%95%153.790.601.2020013786402.3设计洪水复核成果本次设计洪水复核亦采用了两种方法：一是根据雨量资料计算设计洪水，二是根据流量资料计算设计洪水，经过分析（原因同上），最后选定的是根据雨量资 料计算设计洪水成果。水利水电工程设计洪水计算规范（SL44-93）在条文说明中指出：“用暴雨资料推算设计洪水，中间环节比较多，资料条件和计算方法都 会给计算成果带来影响，因此在综合考虑各方面因素后，认为校核标准的成果有 偏小的可能时应加安全修正值。”通过与临近流域大型水库10000年一遇洪峰和洪量模数的比较，认为选定的校核标准的洪水有偏小的可能，而尤以设计洪量的 偏小比较突出。综合考虑，白沙水库校核标准 （2000年一遇）洪水其洪量加20滋 全修正值。白沙水库设计洪水采用成果如表 1。表2白沙水库设计洪水采用成果重现 期（年）洪峰流量（张）1天洪量（万 m3天洪量（万 m7天洪量 （万 m521405004615564052043489480114861249150582112295150211676010070311439117671199595009592192462376027054100010403211962626429996200011176279313460439670注：2000年一遇洪量已加20滋全修正值2.4非汛期设计洪水统计白沙水库10月初至次年5月末的历年最大旬径流量，得到19531997年 共45年非汛期最大旬径流量系列，据此进行频率计算，得出白沙水库非汛期最大 旬径流量多年平均值为850万吊，经适线Cv=1.25, Cs:Cv=2.5。白沙水库非汛期洪水过程线采用典型过程线放大法计算。1984年10月上表3白沙水库非汛期设计洪水成果表重现期洪峰流量1天洪量3天洪量7天洪量10天洪量放大系数（年）(m3/s)（万m）（万吊）（万m）（万m）10735191252184820740.392201047451797265229750.563典型年(1984)1851323319147115288北汝河紫罗山旬径流量介于10年、20年一遇洪水之间，作为典型过程。因白沙水库观测时 段较长(10天只有8个点据)，只能借用邻近水文站的过程线，北汝河紫罗山水文站与白沙水库同属沙颍河流域，借用其流量过程作为典型过程线。N=10年、20年的设计洪水值如表3。3工程地质白沙水库位于禹州与登封交界处，地貌单元属低山丘陵区，山顶多呈平顶和浑 园状，属构造剥蚀地貌，库区河道弯曲，河谷开阔，两侧发育有一、二级阶地和 河漫滩。库区出露古生界寒武系、奥陶系、石炭系、二迭系及新生界第四系地层。寒武 系中统下部以紫红色砂页岩为主要特征，上部以厚层鲕状灰岩、豹皮灰岩为主， 上统主要为厚层状白云岩；奥陶系出露中统马家沟组地层，岩性为薄层状泥质灰 岩和厚层角砾状灰岩；石炭系出露中上统地层，中统本溪组为杂色铝土矿和铝土 页岩，上统太原组为灰色厚层含燧石团块灰岩夹煤层；二迭系上下统地层在库区 均有出露，下统主要为灰黄色泥质页岩及石英砂岩夹煤层，上统以紫红色厚层石 英砂岩为特征；第四系上更新统地层分布在河流二级阶地，岩性为褐黄色黄土状 中粉质壤土和褐红色重粉质壤土，全新统下段分布在河流一级阶地，主要为卵石。库区控制性构造为白沙向斜，其轴向320330 ，发育在古生界地层中，核部多为第四系地层所覆盖，延伸长度约 30km向东南方向倾伏，两翼产状平缓， 发育有一系列小型次级褶皱。发育的断层主要有东西北西和北北东北东向两 组，前者多为压性、压扭性，后者多为张扭性。库区周围山体宽厚，所测地下水位均在设计水位以上，虽有较大的断层存在， 但多为第四系土层所覆盖，出露高程均在230m以上，不存在水库渗漏的地质条件， 建库50年来亦未发现库区渗漏问题；石炭系铝土矿层分布在250m高程以上，不存在淹没问题。1987年对左岸废弃的煤井进行调查，井内及附近地下水位高程为 236245.5m,均在最高库水位以上，且高出当时库水位16.5926.09m,矿井涌水 与水库蓄水关系不大。水库周围岸坡低缓，除局部有小规模坍塌外，库岸基本稳 定。水库周围及上游有大面积的页岩、黄土状土分布，植被不好，水土流失严重， 水库存在着较为严重的淤积问题；库区地震烈度切度，区域稳定性较好，库区虽 有大的断裂存在，但在水体以下多为第四系土层覆盖，阻断了库水沿断层下渗的 途径，不存在水库诱发地震的条件，建库 50年来未出现水库诱发地震。主溢洪道：泄洪闸座落在强风化石英砂岩上，裂隙发育，岩体呈中等至强透水, 工程地质条件差，存在闸基渗漏、抗滑稳定和不均匀沉陷问题，应对闸基稳定性 进行复核，并采取必要的处理措施。如建新闸，溢洪道中心线须左移25m以上,基础降低置于弱风化岩石上，但存在闸基渗漏问题，应采用帷幕灌浆处理，闸室 左岸与东付坝连接处边坡高20m左右，应采取必要的处理措施。4除险加固任务和规模4.1除险加固任务白沙水库是建国初期治淮第一批兴建的大(II )型水库，是以防洪灌溉为主， 兼顾工业供水、水产养殖、旅游等综合利用的大型水利枢纽工程。白沙水库目前的现状为坝顶咼程235.8m,防浪墙顶咼程 237.0m，坝顶超咼1.873m,水库现状允许最高水位为 235.13m。白沙水库总库容大于1.0亿m，属II等工程，其校核洪水标准根据GB502094防洪标准规定应为 50002000年一遇，根据1998年复核的设计 洪水成果、现状工程和目前水库的调度运用方式进行调洪演算，其结果1000年一遇洪水位为235.51m, 2000年一遇洪水位为236.29m,因此，白沙水库的安全标准 不足1000年一遇，尚不能满足其下限2000年一遇。根据2001年3月河南省水利 勘测设计院编制的河南省白沙水库大坝安全论证报告，其鉴定结论为白沙水 库的抗洪安全性为 C级，属险库。因此，除险加固的首要任务是提高水库的安全 标准。此外，水库已运行40余年，也存在一些急需解决的问题，因此，本次除险 加固的任务是：在维持原规划的建库任务及效益的前提下，提高水库安全标准， 解决水库存在的遗留冋题。4.2除险加固洪水标准按照中华人民共和国国家标准 GB502094防洪标准，白沙水库总库容界于10 1.0亿m3工程等别属II等，工程规模为大(2)型。II等工程的永久性主要水工 建筑物级别为2级，其防洪标准，设计500100年一遇，校核50002000年一 遇。根据白沙水库的现状和地形、地质条件，设计和校核标准均选其下限，亦即 正常运用洪水标准为100年一遇，非常运用洪水标为 2000年一遇。5.溢洪道泄洪闸设计5.1方案的说明方案1：老闸拆除，新建七孔新闸从上述两种老闸加固的方案可明显看出，老闸加固存在不少问题。拟将八孔老 闸拆除，在原闸址新建七孔泄洪闸。新闸堰顶高程223.0m,七孔，每孔净宽12m总净宽84m调洪演算成果100年洪水位231.97m,泄量1000nVs，2000年洪水位 235.25m,下泄量7048riVs。泄洪闸按100年一遇洪水设计，2000年一遇洪水校核。 下游消能按50年一遇洪水设计，100年一遇洪水校核。见附图5.3-5及方案比较 图集。新泄洪闸工程布置泄洪闸工程包括上游引渠段、上游铺盖段、闸室控制段、下游消能段、下游 海漫段和尾水渠段。以闸室底板前沿做为溢洪道的0+000桩号，溢洪道中心线位于勘探中心线左边4m处。0-211.850+000 为上游引渠段，长211.85m。前181.85m底部不做护砌，两 岸边坡为1:0. 5，底宽为99m渠底高程为219.5m；闸前30m为铺盖段，护底为 0 .2m厚的砼，两岸为圆弧型翼墙，圆弧半径为 45m墙顶高程为236.1m,采用半 重力式挡土墙。0+0000+23.5为闸室控制段，泄洪闸采用 7孔闸，每孔净宽12m采用流量 系数较大的实用堰型闸底板，堰顶高程 223m上游堰高3.5m，下游堰高6.5m，闸 孔总净宽7X 12=84m闸室长度23.5m,中墩厚.5m，墩顶高程为236.1m,边墩为 衡重式。闸室堰上设12X 8m弧型钢闸门7扇。0+023.50+103.5为闸后消能段。0+023.50+073.5为闸后斜坡段，底部坡降 为1:40，墙顶高程由230m渐变至223.05m；之后接消力池，池深2.0m,池底高程 213.25m，池长22m两岸为衡重式挡土墙。0+103.50+173.5为海漫段。海漫底部高程215.25m,护底厚度为 0.4m,0+143.50+173.5m为30m长的扭曲渐变段，之后与下游地面自然连接。溢洪道做 工程段全长485.45m。方案2:,老闸拆除，新建五孔新闸新闸堰顶高程222.0m,五孔，每孔净宽12m总净宽60m调洪演算成果： 100年一遇洪水位231.85m,下泄流量1000nVs , 2000年一遇洪水位235.56m,下 泄流量5922riVs。泄洪闸按100年一遇洪水标准设计，2000年一遇洪水标准校核， 下游消能按50年一遇洪水设计，100年一遇洪水校核。工程布置见附图 5.3-7及 方案比较图集。新泄洪闸工程布置根据最新地质勘探资料建议，溢洪道泄洪闸中心线较原中心线向左平移17.75m,以闸室底板前沿做为0+000桩号0-2050+000为上游引渠段，长205m前175m底部不做护砌，两岸边坡为1: 0.5，底宽为70m渠底高程为218.5m；闸前30m为铺盖段，护底为0.2m厚的砼， 两岸为圆弧型翼墙，圆弧半径为 45m墙顶高程为236.6m,采用半重力式挡土墙。0+0000+026为闸室控制段，泄洪闸采用5孑L,每孔净宽12m堰顶高程222m 闸孔总净宽为60m闸室长度26m闸室采用上游堰高3.5m,下游堰高6.5m的实 用堰。中墩厚2.5m，墩顶高程236.6m,闸室总宽70m堰上设12X 9.5m的弧形钢 闸门5扇。0+0260+113为闸后消能段。0+0260+076为闸后斜坡段，底部坡降为1:40， 墙顶高程由230m渐变至223.8m；之后接1:4的陡坡段；0+0860+113为消力池段， 池深2.5m，池底高程211.75m,池长27m两岸为衡重式挡土墙。0+1130+183为海漫段。海漫底部高程214.25m,护底厚度为0.4m, 0+1530+183m为30m长的扭曲渐变段，之后与下游地面自然连接。溢洪道做工程 段全长485.45m。5.2方案比较从调洪演算和工程布置来看，方案I需新建七孔泄洪闸，闸室较宽，闸室堰 顶高程223.0m。由于闸址区地质条件复杂，右边岩石破碎，位于断层影响带，岩 质软弱，易产生不均匀沉陷，需进行地基处理，但处理难度较大，为使进流顺畅， 右岸山包需进行削坡处理。由于尾水渠偏向右侧，闸室不宜向左偏移太多，且向 左偏移需挖东副坝，建堵坝，投资增加，闸坝接头处理费用较高。此方案闸室宽 度大，尾水渠宽度大，增加了征地的难度。从工程投资进行比较，方案I的工程 投资比建新闸的方案IV增加约16%因此，方案II亦不是最优方案。从调洪演算结果来看，方案U需建五孔闸，闸室堰顶高程222.0m。由于闸址区左岸约85m范围地质条件较好，右边位于断层影响带，岩石破碎，岩质软弱， 五孔闸闸基总宽度75m可充分利用左岸良好的地质条件，闸底板适当降低后，使 其位于较好的弱风化地基上，闸室受力均匀，结构稳定性好，工程安全可靠。溢洪道中心线左移以后，工程总体布置较为合理，进出口水流条件较好，五 孔闸过水断面的总宽度为70m是经方案比较尾水渠规模最小的。大坝结合上游坝坡翻修，坝顶防浪墙加固和坝顶路面翻修加高0.5m,使大坝面貌焕然一新，结合观测设施布设，使坝体状况更为完善。从工程投资比较分析，方案II投资最省。综上所述，从工程布置、调洪演算、投资比较、施工方便和工程的安全可靠度 诸方面进行综合分析，方案II的优势是显而易见的，因此推荐方案为方案II O5.3设计基本资料5.3.1 基本资料531.1 工程等别和建筑物级别按国标防洪标准规定，白沙水库工程等别应为大（2）型，泄洪闸为2级 建筑物。5.3.1.2 洪水标准白沙水库总库容2.78亿mi，属大U型水库，泄洪闸设计标准为 100年一遇， 校核标准为2000年一遇。据溢洪道设计规范（SL253-2000）闸下消能防冲 设计标准按50年一遇，校核标准100年一遇。表4水库规划指标表20年泄水流量（m/s）20020年设计库水位（m）229.4350年泄水流量（nVs ）50050年设计库水位（m）230.96100年泄水流量（ml/s ）1000100年设计库水位（m）231.85续表42000年泄水流量（m/s）66302000年设计库水位（m）235.56闸室堰顶咼程（m）222.0孔数（孔）5闸孔口尺寸（m）（宽x高）12X 9.55.3.1.4 设计参数（1）水库规划指标（2）地质参数泄洪闸建基面位于P2Sh5弱风化石英砂岩上，根据白沙水库溢洪道2002年3月 地质资料，闸室稳定计算采用力学参数如下：摩擦系数f=0.55粘结力c=0.2MPa承载力标准值fk=2.0MPa5.4溢洪道轴线选择原泄洪闸为开敞式平底板闸，闸轴线与东副坝交角2.93 。溢洪道中心线基本呈倒“ S型，闸室段垂直于闸轴线。原闸自建成后由于种种原因 40多年来并未过水，但根据原水工模型试验，由于受进口右岸山包影响，且左岸导水墙长度及高度不足，闸室进流条件较差，导致闸前产生很大横比降，影响到闸室边孔的 过流能力。另外，从地质勘探情况看，老闸闸基中左边地质条件较好，基岩为硅 质胶结或铁泥质胶结石英砂岩，岩芯采取率高，完整性好；闸室右边孔附近有f81断层穿过，基岩为P2Sh3泥质粉砂岩，岩芯采取率低，强风化深度大，透水性强。本次除险加固考虑地形、地质及水流条件，将中心线沿溢洪道地质勘探中心线向左岸偏移17.75米。轴线上 O点（桩号0-205.5 ）大地坐标x=3801848.061、y= 38432153.679 ； Q点（桩号 0+163.8 ）大地坐标 x=3801592.458、y=38432416.060。 溢洪道尾水渠依据地形布置，轴线向左偏转，同 O、O2两点连线夹角为83.17 ， 末端Q点（桩号0+285.8）大地坐标x=3801515.964、y=38432516.049。闸轴线垂 直于溢洪道中心线，同东副坝中心线平行。闸室前沿桩号确定为 0+000,与勘探闸 室横剖面II II （对应桩号0+004.8）的水平距4.8米。5.5溢洪道工程布置溢洪道建筑物总长491.3 m，分上游引渠段、进口圆弧墙段、闸室控制段、闸 后陡坡及消力池段和出口尾水渠段共五部分。5.5.1 上游引渠段（0-205.5 0-030）进口引渠段桩号0-205.50-030，中心长度175.5米。引渠呈梯形断面，渠 底宽度70.0m,渠底高程218.5m,两岸边坡1: 0.75与原地面相连，进口表层覆 盖层部分可放缓至1: 1.5。引渠两侧边坡以10厘米厚喷混凝土防护，引渠底部不 做护砌。5.5.2 进口圆弧墙段（0-0300+000）桩号0-0300+000,中心线长度30米。两岸为半径R=45m圆心角42的圆 弧翼墙，左右岸对称布置，圆弧翼墙末端与闸室边墙平顺连接。圆弧墙根据地形 布置，分成两部分，前端0-0300-020采用半重力混凝土墙，建基面高程223.5m, 墙顶高程236.3m。0-0200+000两侧采用衡重墙，墙底高程 217.0m,基础宽度 3.0m,墙背坡度1: 0.3，衡重台高程225.5m,墙顶高程236.3m。圆弧墙混凝土标 号C15 o0-030至闸室前沿引渠底板采用20cm厚混凝土护底，混凝土标号C15,两 侧边坡1: 0.75，与圆弧翼墙呈弧线连接。闸室控制段（0+0000+025.5 ）通过水力计算和堰面曲线计算，堰体 采用低实用堰，堰顶高程 222.0m。堰面曲线拟定参照溢洪道设计规范附录 A 之规定，上游由三圆弧组成，圆弧半径从前至后分别为R=0.368m、R=1.84m、R=4.6m。三圆弧末端为堰轴线位置，相对桩号0+007.094。堰面下游采用 WES幂曲线型式，曲线方程y=0.0758x1.85，后接半径为16.5m、圆心角38.0。的反弧和长 0.946m平段。堰体上游高3.5m，下游堰高6.5m，堰体总长21.0m。堰体表面0.8m 厚采用C20钢筋砼，堰体内部采用C15素砼填筑。闸室共五孔，单孔净宽12m总宽度70.0m,闸室长25.5米，闸底板前沿桩号 0+000,末端桩号0+025.5。闸墩顶高程 236.3m,高于水库2000年校核洪水位 235.56m,同东副坝顶平。闸室为开敞式实用堰结构，设五扇弧型钢闸门，闸门高 9.5m，门顶高程231.33m,采用卷扬启闭机控制。中墩厚度2.5m，底部和两侧堰体浇筑成一体，单孔基础总宽度14.5m,建基面高程215.5m,闸室前趾处设2.5m宽齿槽，齿槽底高程215.0m,闸基在0+012.5处为斜坡段，末端高程213.0m,后 接3m长水平后趾。边墩为衡重式侧墙，和边孔堰体整体连接，墩顶宽度1.5m,底宽3.25m,墙背坡度1： 0.3，衡重台高程225.0m,边墩底部型式同中墩。闸墩牛 腿轴线同水平线夹角为14,牛腿总长3.0m,宽1.6m,牛腿外悬厚度1.4m，闸 门轴高程为227.83m,门轴距闸室后趾水平距为6.522m。闸墩混凝土标号为C25, 牛腿及周围应力集中部位采用C30砼。闸室每孔堰体中间设沉降缝，分缝处以止水带和混凝土塞与防渗帷幕封闭连接，边墩后侧设刺墙一道，深入东副坝及右侧 堵坝心墙内部组成侧向防渗体。闸顶上游设汽一10级交通桥连接两岸交通，桥宽5.0米，交通桥中心线桩号0+006.2。交通桥后墩顶抬高，上部设启闭机操纵室， 宽6.0米，底板高程241.9m。操纵室两侧设桥头堡。操纵室后墩顶设 2.5米宽平 台，通过钢爬梯与操纵室侧门相连，平台以后墩顶以1： 1坡度由236.3m高程渐变至233.5m高程，上设防护栏杆。牛腿上方设爬梯至墩顶。溢洪道闸室总宽度较老溢洪道有所缩窄，缩窄部分以粘土心墙堵坝和右岸山包 相连。堵坝有关设计详见5.4节。5.5.4 陡坡及消力池段（0+025.50+145.3）桩号0+025.50+105.5为直线泄槽，泄槽宽度70.0m,底坡1: 40,起端底板 高程215.5m。桩号0+025.50+045.5墙高由14.7m渐变至8.8m，其它部位墙高 均为8.8m。泄槽边墙采用混凝土衡重墙结构，衡重台根部设一排水孔，墙体混凝 土标号为C2d衡重台以上用石渣回填至墙顶，顶部宽度 2.0m,外侧以1: 1.5坡 度与原地面相连。泄槽底部采用C20混凝土护底，0+025.50+60.5护底厚度为80厘米，其后 护底厚度为50厘米，末端0+105.5处设深2.5m的混凝土齿槽，以C10素混凝土 回填。泄槽段边墙及护底每1520 m设一道结构缝。桩号0+105.50+142.3为消力池段。消力池底宽70m采用深挖式结构，经 计算消力池深2.7m,池长28.5m,消力池墙高9.2m。消力池段前部为1:4斜坡段， 水平投影长度6.8m,底部以80厘米厚C20混凝土护底。消力池底高程 211.8m, 护底厚度1.2m，底板设竖向排水孔，梅花型布置。消力池底板末端设1.5m宽混凝土齿坎，齿坎高度2.7m,顶部与出口尾水渠底平，高程 214.5m。消力池两侧边墙采用衡重式结构，建基面高程210.8m,墙顶高程221.0m,墙后回填石渣与墙顶平。消力池护底及两侧边墙混凝土标号均为C2d5.5.5 出口尾水渠段(0+142.30+285.8)接消力池为出口尾水渠段，始端桩号0+142.30，底高程214.5m,坡降1： 1000,底宽70m 尾水渠前端0+142.3 0+160.8设18.5m长缓冲段，呈矩形槽结构，底板采用 40厘米C20混凝土护砌， 两岸采用衡重墙结构，墙高6.5m。接矩形槽末端设30m长扭曲渐变段，底部以40厘米厚C20混凝土护砌，两岸 为浆砌石直线扭曲面，末端桩号0+190.8，底高程214.45m。扭曲面末端底部设2.5m 深齿槽，以C10素混凝土回填。0+190.80+285.8段为梯形渠道，渠底宽度70m两岸开挖边坡1： 0.75。渠 道底部采用15厘米厚标号C15素混凝土护底，两岸采用10厘米厚喷混凝土护坡。5.6水力设计堰面曲线设计参照溢洪道设计规范(SL253-2000)附录A,泄洪闸闸室采用开敞式实 用堰结构，堰顶上游采用三圆弧曲线，堰顶下游采用 WES型幕曲线，幕曲线末端 直接与反弧连接。5.6.1.1 上游堰面曲线设计上游三圆弧半径及圆弧起点至堰顶水平距分别为：R1=0.5Hd, 0.175Hd(1)F2=0.2Hd，0.276HdR=0.04Hd，0.282Hd式中r、艮、r三圆弧半径(m ；H堰面曲线定型设计水头，取 H=0.75Hmax ( m)；fa-校核流量下的堰上水头(m5.6.1.2 下游堰面曲线设计下游WES?曲线设计米用公式：xn=kHn-1y(2)式中：H堰面曲线定型设计水头，取 Hd=0.75Hmax (m ；x、y原点下游堰面曲线横、纵坐标；n-与上游堰坡有关的指数，取n=1.85 ;k R/Hd1.0，取 k=2.05.6.1.3 反弧段设计反弧前端与上游幕曲线平顺连接，接点处二者斜率相等。根据溢洪道设计规 范，取反弧半径R= (36)倍反弧最低点最大水深。泄流能力计算闸室总净宽60m溢洪道设计标准为100年一遇洪水，相应水位为231.85m, 控泄泄量1000m/s。校核标准为2000年一遇洪水，校核洪水位 235.56m,根据调 洪演算计算结果，溢洪道敞泄泄量 7258nVs。Q=CLH 0-水工设计手册基础理论P1-481（ 3-12-27）（3）H =H+M2gL=B-2（ NK中+K边）上各式中 H 堰上水头（米）；V 0行进流速（米/秒）；B溢流堰前缘总宽度减去所有的中墩厚度（米）；B=60N 中墩个数；N=4c流量系数（米0.5/秒）；K淹一一堰因淹没影响而致的流量减少百分数；K 中, K边一一分别为中墩收缩系数和边墩收缩系数。K边=0.1 经计算库水位与流量计算成果见表 4。5.5.4.3 闸后陡坡段水面线计算A堰后反弧末端水深计算堰后反弧末端水深为控制水深，用能量方程试算得到，按水力学表5库水位流量计算成果表库水位（m泄量 （m/s）库水位（m泄量（m/s）库水位（m泄量 （m/s）222.00.00227.51716.37233.06833.88222.536.80228.01953.8233.57440.57223.087.95228.52333.90234.08153.29223.5197.53229.02700.22234.58861.99224.0310.22229.53030.13235.09630.64224.5444.39230.03494.25235.510499.4225.0596.61230.5355.21236.011519.4225.5771.65231.04415.02236.513217.8226.0970.02231.55013.91237.013790.2226.51192.13232.05588.00237.514394.0227.01441.98232.56137.18238.014998.7公式计算：2 2 2Eo= hc+q/ (2gX X hc )(4)式中：q计算断面单宽流量(m3/s-m);E 。一计算断面渠底以上的总水头(m)；l泄槽底板与水平面的夹角；hc反弧最底点水深(m)；考虑从进口到计算起始断面间沿程和局部阻力损失的流速系数。取=0.95各控制标准情况下反弧末端水深计算结果见表6。表6闸后收缩水深计算成果表标准2000年一遇敞泄100年一遇控泄50年一遇控泄流量(m/s)58051500500反弧水深(m)4.91.3210.492B陡坡段水面线推算水面线按溢洪道设计规范(SL253-2000)用分段求和法计算各段水面线,其计算公式为：丄二：Es/(i- J)(5)式中: L分段长度； Es断面单位能量差；J平均水力比降； -2 2 J 二v /C Rv 断面平均流速(m/s);R 断面平均水力半径(m):11/6C Rn糙率 n=0.014堰后水位及各控制断面水位计 算成果见表7。表7闸后陡坡段水面线推算成果表桩标准、0+025.5泄槽起端0+045.50+075.5+0105.52000年敞泄5805 (nVs )4.94.8254.7234.631100年控泄1500 (nVs )1.3211.3341.3511.33650年控泄500( m/s)0.4920.5300.5800.62C掺气水深及两岸墙高计算：闸后陡坡段墙高由2000年最大泄量控制。掺气水深按溢洪道设计规范SL253-2000公式（）公式估算：h b=（1 + -）h（6）100式中：h不计入波动及掺气的水深（m）;hb计入波动及掺气的水深（m）;不计入波动及掺气的计算断面上的平均流速（m/s）;修正系数：选取1.11.4（s/m）。闸后消力池前陡坡段墙高按 100年控泄1000riVs流量设计，2000年敞泄 5922nVs流量校核。消力池及尾水渠墙高按 50年控泄500riVs流量设计，100年 控泄1000nVs流量标准校核。墙咼=掺气水深+安全超咼（其中安全超高取1.5m）陡坡段掺气水深及墙高计算成果见表 &表8堰后陡坡段水位计算成果表控制断面桩号0+025.50+045.50+075.50+105.5控制断面水深（m6.346.055.735.49掺气水深（m7.447.156.836.60墙咼（m）8.948.658.338.09消能计算查溢洪道设计规范2级建筑物消能设计标准为 50年一遇洪水，根据建筑 物重要程度确定其校核标准为 100年一遇。参照第四章白沙水库调度运用方式： 50年控泄500nVs，库水位230.96m;100控泄1000nVs，水位231.85m。消力池采 用深挖式消力池，消力池斜坡始端水力参数可参照表 6计算得到，出消力池为梯形 缓坡渠道，尾水深度按均匀流水深计算。结果见表 9。确定消力池设计长度取28.5m,消力池深2.7m。消力池墙高暂按跃后最大水深 加安全超高确定，待水工模型试验后予以修正。表9消力池消能计算成果表标准收缩水深(m跃后水深(m消力池长(m消力池深(m)50年一遇泄量500m/s0.5863.9517.441.59100年一遇泄量1000nVs1.36.1226.72.415.7溢洪道防渗与排水设计闸基防渗处理：溢洪道地质勘探在闸室段11个钻孔做压水试验64段。试验表明，现闸基有5%勺岩体具有强透水性，78%勺岩体具中等透水性，因此存在闸基 渗漏问题，需进行防渗处理。结合闸室稳定，在闸前趾设2.5m宽，0.5深齿槽，齿槽内设帷幕灌浆孔一排，帷幕灌浆孔深度10m孔距1.5m。帷幕左右岸与东副坝和堵坝的截渗槽相接，形成完整的防渗体系。闸后排水布置：桩号0+006处设一排横向排水沟，排水沟内设竖向排水孔，间 距2.0m0+025.50+105.5设4排横向排水沟，0+0000+105.5设5条纵向排水沟， 纵横排水沟贯通，排水沟内埋设 100软式透水管，周围回填碎石，并在护坦底板 设置 80明排水管，部分竖向排水管与下面纵横排水管相通，使基岩渗水顺利排 向下游，确保主体建筑物安全。5.8稳定计算5.8.1 闸室稳定计算闸室为跨中分缝，稳定计算分别考虑边墩双向稳定和中墩顺水流向的稳定计 算。2.8.1.1 计算参数砼与岩石综合摩擦系数f=0.55，地基允许承载力2.0MPQ回填石渣干容重取 1.90t/m3,湿容重2.0 t/m 3,饱和容重2.1 t/m 3,回填料可用强、弱风化石渣，采 用综合摩擦角：水上 =35，水下=33 。根据水工建筑物抗震设计规范(SL203- 97)，白沙库区地震基本烈度为 6度，泄洪闸为2级非壅水建筑物，不再进行抗震计算。2.8.1.2 计算工况各断面均按基本荷载组合和特殊荷载组合进行计算。基本组合1:完建期：自重+ 土压力+ 土重+风荷载；基本组合2 : 50年关门挡水：自重+水重+水压力+ 土重+ 土压力 +扬压力基本组合3 : 100年控泄工况：自重+水重+水压力+ 土重+ 土压力 +扬压力特殊组合1 :关门挡水、排水失效：自重+水重+水压力+土重 +土压力+扬压力281.3 计算公式(1) 抗剪断强度计算公式f T W +cA K =Z P式中：K按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；f 堰体混凝土与基岩接触面的抗剪断摩擦系数，采用f =0.55; c堰体混凝土与基岩接触面的抗剪断凝聚力，c =0.2MpaXV作用于堰体上的全部荷载对计算滑动面的法向分量(kN);XP作用于堰体上的全部荷载对计算滑动面的切向分量(kN);A 堰体于基岩接触面的截面积。(2) 闸室基底压力计算公式：2 GA(8)式中：X G作用在基底上的全部竖向荷载;(T 基底压力(kN/m);A基底面积(m2);e偏心距(m)(x向，y向)B 基底宽度(m)(x向，y向)(3) 基底压力不均匀系数(9)= (y max (T min式中：n不均匀系数T ma， T min最大及最小压力值(kPa)闸室稳定计算荷载组合见表10。闸室稳定计算成果见表 9、表10,各项指标 均满足规范要求。表10闸室稳定计算荷载组合荷载组合结构自 重水重静水 压力扬 压力土压力基本荷载组合完建期50年关门挡水VVVA100年设计、控泄VVV特殊荷载组合50年关门挡水 排水失效VV表11闸室中墩稳定计算成果表荷载组合基本组合特殊组合组合1组合2组合3组合1抗剪断稳定安全系数K5.8