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摘要：病险水库溢洪道普遍存在设计不满足规范要求、过流能力低、泄洪设施老化，不具备安全泄洪条件等问题。文章以乌金塘水库溢洪道除险加固为例，介绍了解决上诉问题采取的技术设计工程措施。该工程于2010年竣工，经过近几年汛期运行，溢洪道泄洪稳定，无渗漏现象，水利工程设备运行正常。
关键词：乌金塘水库；除险加固；溢洪道；设计
1工程概况
乌金塘水库位于辽宁省葫芦岛市女儿河的中下游，是以防洪、城市供水为主，兼顾发电、灌溉、养鱼等综合利用水库。该工程于1958年动工兴建，1960年下半年停建。1970年2月开始复建，并于1973年主体工程竣工。水库枢纽工程主要建筑物包括主坝、泄洪输水洞、一副坝、非常溢洪道及其上游侧自溃坝、主溢洪道和二副坝。水库投入运行后近几年多次出现险情，属病险水库。溢洪道的设计是该工程进行除险加固设计的重点和难点。
2溢洪道现状、存在的主要问题及建设意见
2.1溢洪道现状情况
原主溢洪道位于大坝左岸分水岭一鞍部，与输水洞进口相聚440m，出口与主坝坝脚相距500m，全部工程包括进口引渠、控制段、水平段、陡槽扩散段、挑坎段、检修桥、工作桥及交通橋等组成。
2.1.1进口引渠
进口引渠段的桩号0+000.000～0+308.000这段是石灰岩，其中0+000.000至0+237.000底宽56.0m，0+237.000～0+308.000底宽52.0m，底高程为80.4m，边坡1：0.5～1：0.75。
2.1.2引水段
引水段桩号0+308.000～0+318.000，两侧为扭曲面组成的浆砌石导流墙，墙顶高程为94.5m，底板为钢筋混凝土衬砌厚0.4m、宽52.2m、底板顶面高程80.4m。底板按地质条件和构造要求分块。伸缩缝设沥青木板止水。
2.1.3控制段
闸室段自桩号0+318.000～0+335.000，堰型为曲线型实用堰，堰体为将砌石外包钢筋混凝土结构，堰顶高程为82.5m，共5孔，每孔净宽9m，每孔设9×6m弧形闸门一扇，4个中墩、2个边墩为钢筋混凝土结构，闸墩桩号0+313.437～0+335.000，闸墩厚度为1.8m。弧形闸门在提高标准时，位置及尺寸均未做改动，弧门顶高程仍为88.5m、支铰高程为88.0m。堰体与闸墩分缝连接处设紫铜板止水。墩顶设有检修桥、工作桥及交通桥。
2.1.4水平段
水平段0+335.000～0+375.000m，底宽52.2m，底板为0.15m～0.20m厚的钢筋混凝土板，下设厚度为0.25～0.6m的浆砌石做垫层，底板高程79.4～79.3m。两侧山体以护坡形式保护，坡比1：1.0、护坡在1.0m以下为混凝土，以上为浆砌石衬砌。实际施工由于基础岩石破碎普遍超挖，底板厚一般在0.6m～0.8m。
2.1.5陡槽扩散段
陡槽扩散段0+375.000～0+410.000m，总宽度由52.2m扩散到56.0m，底板高程自79.3m～75.5m，底板与护坡情况同水平段。
2.1.6挑流段
挑流段0+410.00～0+425.000m。反弧半径R=24.0m、坝顶高程为77.5m、反弧半径30°、底板宽度56m～63.2m，这段底板构造与前两段一致，只是边坡采用钢筋混凝土护坡。挑坎型式为连续挑流，末端两侧设有插入墙，各深入混凝土护坡内1.0m。为防止水流回淘，挑坎下设齿墙，齿墙底部坐落于岩石上，高程为70m。
2.2存在的主要问题
2.2.1两侧边墩在1993年进行检修闸墩施工过程中、均出现裂缝。经当时现场检查，左侧边墩属贯穿性裂缝，并且两侧边墩向中间倾斜，影响闸门的正常运行，危及边墩及溢洪道稳定。
2.2.2溢洪道控制段底板、第二孔闸门堰顶及陡坡段混凝土面层大面积脱落，露筋现象严重，底板有贯穿裂缝。
2.2.3泄槽及颜面凹凸不平，且有不同深度的冻融破坏。
2.2.4计算结果表明，在各种工况下控制段的稳定安全系数满足规范要求；但在设计和校核水位时基底出现拉应力，不满足规范要求。堰体底面有大于规范要求的拉应力产生，很容易导致裂缝的产生及结构的不稳定。
2.2.5溢洪道中墩抗滑稳定安全系数在设计洪水位时不满足规范要求，其余工况时基本满足要求。在设计洪水位情况，中墩墩底出现拉应力。在检修期时，中墩及边墩底出现拉应力，不满足规范要求（规范规定在特殊组合情况下，可允许出现不大于0.2Mpa的拉应力）。
2.2.6溢洪道在设计及校核水位情况下泄洪时产生的冲刷坑，危及溢洪道的稳定。
2.2.7溢洪道墩顶及岸墙顶高程不满足规范要求，造成闸顶过水、阻水及洪水外溢现象，对整个溢洪道的稳定造成极大威胁。
2.2.8溢洪道上游两侧山体和河底石方按设计要求还有部分欠挖，造成阻水，使溢洪道泄洪量不足，进口尚有近30000m?石方欠挖。
2.3建议意见
从安全评价阶段的结论看，出于主溢洪道存在太多问题，已完全没有利用价值，建议拆除现有主溢洪道，并在原有位置进行合理设计建造新的溢洪道。根据安全评价阶段的工作及本次的方案设计，认为拆除原结构是必要可行的，所以，本次设计将原溢洪道全部拆除、重建。
3溢洪道设计方案比较
3.1溢洪道堰宽度比较
新建溢洪道结构型式及尺寸直接影响整个枢纽上的结构物，为了使新建溢洪道布置经济合理，本次设计对溢洪道净宽进行了三个堰宽方案的比较，即净宽分别为45.0m、40.0m、65.0m方案。
以上三个方案进行了调洪演算，方案的比较对于水库运用方式、闸门运用方式、溢洪道堰顶高程（同现状堰顶高程）相同；水库规模发生变化，即：设计、校核水位变化，本工程溢洪道及坝顶高程均由校核水位控制， 方案Ⅰ：净宽45.0m方案，为保持与原结构净宽相同而确定的方案；
方案Ⅱ：净宽40.0m方案，为避免大范围的开挖，溢洪道的总宽度基本与原结构总宽度相同55.0m；
方案Ⅲ：净宽65.0m方案，考虑加大泄洪流量不加高坝体，开挖两侧山体加宽溢洪道。
溢洪道布置及结构说明如下：
方案布置：三个方案溢洪道中心（顺水流方向）及0+000.000桩号（垂直水流方向）的位置均与原主溢洪道相应方向的轴线位置相同；包括进口引渠、控制段、陡槽扩散段、挑坎段、护坦、检修桥及交通桥，纵横向结构布置及结构均一样，各个部位宽度及顶高程作相应的变化。
方案布置结构：堰型均为驼峰堰，堰顶高程仍保持原高程82.5m不变，闸墩厚2.5m，设有进口引渠、导墙、闸门、控制段、陡槽扩散段、挑坎段、护坦、检修桥及交通桥等，两岸上体开挖边坡为1：0.75。
表3.1 方案比较特性表
方案 净宽 孔数 孔径 墩数 墩厚 总宽 校核水位 闸顶高程 坝顶高程
Ⅰ 45 5 9 6 2.5 60 97.13 97.53 99.00
Ⅱ 40 5 5 6 2.5 55 97.56 97.96 99.50
Ⅲ 65 5 13 6 2.5 80 95.86 96.26 97.70
3.2溢洪道堰型比较
在溢洪道净宽（40m）相同的情况下，对溢洪道进行了堰型比较，即平底宽顶堰和驼峰堰，堰顶高程分别为80.4m和82.5m。两方案调洪演算计算成果见下表。
表3.2 调洪演算计算成果 净宽40m
堰型 频率 入库洪峰（m?/s） 最高水位 相应库容（104m?） 水库泄量 原设计成果
（%） （m） （m?/s） （m）
宽顶堰 1 4200 91.56 15427 2414
0.02 9480 97.19 28073 4429
驼峰堰 1 4200 91.93 16108 2195 92.5
0.02 9480 97.56 29068 4222
3.3设计方案的确定
3.3.1溢洪道净宽确定
3.3.1.1结构设计技术比较
三个方案设计在技术上均为可行，差别不大；但方案Ⅰ，方案Ⅲ对两岸现状交通道路影响较大，需改建现状溢洪道段的道路。
3.3.1.2经济比较
上述方案由于金属结构、电气、观测、道路改建等项目方案相同（方案Ⅱ工程量最少），工程量差别较小，投资差别对方案比较不起控制作用。本次设计只对水工结构相应土建部分进行综合经济比较，经比较方案Ⅰ投资为11121.3万元，方案Ⅱ投资10147.95万元，方案Ⅲ投资14904.9万元，方案Ⅱ投资最少。
表3.3 各方案投资对比表
编号 工程项目名称 净宽45m方案 净宽40m方案 净宽65m方案
溢洪道投资
（1） 拆除工程 99.27 99.27 99.27
（2） 新建工程 4559.81 4053.16 6586.39
1 土石方工程 1020.28 906.92 1473.74
2 混凝土工程 3299.12 2932.55 4765.40
3 基础处理工程 172.39 153.24 249.01
4 其他工程 68.01 60.45 98.23
合计（万元） 4659.08 4152.43 6685.66
3.3.1.3施工比较
溢洪道施工强度较大，同时对整个工程的工期起着控制作用。方案Ⅱ溢洪道工程量最少，该方案对工程的工期控制和度汛安全有力。
3.3.1.4结论意见
通过以上几个方面的比较，推荐方案Ⅱ，即溢洪道净宽40m方案为本次设计的实施方案。
3.3.2堰型确定
根据调洪演算计算成果，对溢洪道进行了总体布置。经水利计算，在控制段上平底宽顶堰上水面线无明显降落，而驼峰堰上的水面线在经过堰顶后有明显的水位降落，虽然经过调洪演算宽顶堰的水位低于驼峰堰水位近37m，但泄流后控制段上宽顶堰的水面线明显高于驼峰堰上的水面线。本次设计推荐驼峰堰方案。
3.3.2.1工程结构
溢洪道水流流态及消能驼峰堰明显好于宽顶堰，宽顶堰方案闸门教之驼峰堰加高2.1m，由于水面线太高闸室段需加长4.0m，对交通和消能工的布置不理；溢洪道顶及坝顶减低37cm，对结构影响不大。
3.3.2.2运行管理
宽顶堰方案闸门较之驼峰堰加高约30%，加大了运行管理难度和费用；辽西地区泥沙较大，宽顶堰方案泥沙淤积对闸门底脚、底梁及止水产生潜在危害，对水库运行管理不理。
3.3.2.2经济
虽然宽顶堰的方案能降低库水位，部分节省了主副坝工程量，但其大大增加了溢洪道的工程量（水工、金属、电气、交通），宽顶堰的方案经济意义不大。
4结论
通过以上几个方面的比较，确定方案：即溢洪道净宽40m驼峰堰方案为本次除险加固工程的实施方案。经过工程运行实践证明，该溢洪道除险加固设计科学合理经济，能够满足水库汛期泄洪要求，可以作为解决溢洪道存在类似问题的有益参考。
参考文献
[1]中华人民共和国.SL253-2000溢洪道设计规范[G/B].北京：外语教学与研究出版社，2000.
[2]祈庆和.水工建筑物[M].北京：中国水利水电出版社，1996.
作者简历：魏宏伟，男 1981年2月出生，水利工程师，长春工程学院水利水电工程专业毕业，现主要从事水库工程设施维护管理与水情预报监测工作。邮编125028 ，地址：辽宁省葫芦岛市南票区黄土坎乡乌金塘水庫管理局，电话15566477202，邮箱：37303860@qq.com.
关键词：乌金塘水库；除险加固；溢洪道；设计
1工程概况
乌金塘水库位于辽宁省葫芦岛市女儿河的中下游，是以防洪、城市供水为主，兼顾发电、灌溉、养鱼等综合利用水库。该工程于1958年动工兴建，1960年下半年停建。1970年2月开始复建，并于1973年主体工程竣工。水库枢纽工程主要建筑物包括主坝、泄洪输水洞、一副坝、非常溢洪道及其上游侧自溃坝、主溢洪道和二副坝。水库投入运行后近几年多次出现险情，属病险水库。溢洪道的设计是该工程进行除险加固设计的重点和难点。
2溢洪道现状、存在的主要问题及建设意见
2.1溢洪道现状情况
原主溢洪道位于大坝左岸分水岭一鞍部，与输水洞进口相聚440m，出口与主坝坝脚相距500m，全部工程包括进口引渠、控制段、水平段、陡槽扩散段、挑坎段、检修桥、工作桥及交通橋等组成。
2.1.1进口引渠
进口引渠段的桩号0+000.000～0+308.000这段是石灰岩，其中0+000.000至0+237.000底宽56.0m，0+237.000～0+308.000底宽52.0m，底高程为80.4m，边坡1：0.5～1：0.75。
2.1.2引水段
引水段桩号0+308.000～0+318.000，两侧为扭曲面组成的浆砌石导流墙，墙顶高程为94.5m，底板为钢筋混凝土衬砌厚0.4m、宽52.2m、底板顶面高程80.4m。底板按地质条件和构造要求分块。伸缩缝设沥青木板止水。
2.1.3控制段
闸室段自桩号0+318.000～0+335.000，堰型为曲线型实用堰，堰体为将砌石外包钢筋混凝土结构，堰顶高程为82.5m，共5孔，每孔净宽9m，每孔设9×6m弧形闸门一扇，4个中墩、2个边墩为钢筋混凝土结构，闸墩桩号0+313.437～0+335.000，闸墩厚度为1.8m。弧形闸门在提高标准时，位置及尺寸均未做改动，弧门顶高程仍为88.5m、支铰高程为88.0m。堰体与闸墩分缝连接处设紫铜板止水。墩顶设有检修桥、工作桥及交通桥。
2.1.4水平段
水平段0+335.000～0+375.000m，底宽52.2m，底板为0.15m～0.20m厚的钢筋混凝土板，下设厚度为0.25～0.6m的浆砌石做垫层，底板高程79.4～79.3m。两侧山体以护坡形式保护，坡比1：1.0、护坡在1.0m以下为混凝土，以上为浆砌石衬砌。实际施工由于基础岩石破碎普遍超挖，底板厚一般在0.6m～0.8m。
2.1.5陡槽扩散段
陡槽扩散段0+375.000～0+410.000m，总宽度由52.2m扩散到56.0m，底板高程自79.3m～75.5m，底板与护坡情况同水平段。
2.1.6挑流段
挑流段0+410.00～0+425.000m。反弧半径R=24.0m、坝顶高程为77.5m、反弧半径30°、底板宽度56m～63.2m，这段底板构造与前两段一致，只是边坡采用钢筋混凝土护坡。挑坎型式为连续挑流，末端两侧设有插入墙，各深入混凝土护坡内1.0m。为防止水流回淘，挑坎下设齿墙，齿墙底部坐落于岩石上，高程为70m。
2.2存在的主要问题
2.2.1两侧边墩在1993年进行检修闸墩施工过程中、均出现裂缝。经当时现场检查，左侧边墩属贯穿性裂缝，并且两侧边墩向中间倾斜，影响闸门的正常运行，危及边墩及溢洪道稳定。
2.2.2溢洪道控制段底板、第二孔闸门堰顶及陡坡段混凝土面层大面积脱落，露筋现象严重，底板有贯穿裂缝。
2.2.3泄槽及颜面凹凸不平，且有不同深度的冻融破坏。
2.2.4计算结果表明，在各种工况下控制段的稳定安全系数满足规范要求；但在设计和校核水位时基底出现拉应力，不满足规范要求。堰体底面有大于规范要求的拉应力产生，很容易导致裂缝的产生及结构的不稳定。
2.2.5溢洪道中墩抗滑稳定安全系数在设计洪水位时不满足规范要求，其余工况时基本满足要求。在设计洪水位情况，中墩墩底出现拉应力。在检修期时，中墩及边墩底出现拉应力，不满足规范要求（规范规定在特殊组合情况下，可允许出现不大于0.2Mpa的拉应力）。
2.2.6溢洪道在设计及校核水位情况下泄洪时产生的冲刷坑，危及溢洪道的稳定。
2.2.7溢洪道墩顶及岸墙顶高程不满足规范要求，造成闸顶过水、阻水及洪水外溢现象，对整个溢洪道的稳定造成极大威胁。
2.2.8溢洪道上游两侧山体和河底石方按设计要求还有部分欠挖，造成阻水，使溢洪道泄洪量不足，进口尚有近30000m?石方欠挖。
2.3建议意见
从安全评价阶段的结论看，出于主溢洪道存在太多问题，已完全没有利用价值，建议拆除现有主溢洪道，并在原有位置进行合理设计建造新的溢洪道。根据安全评价阶段的工作及本次的方案设计，认为拆除原结构是必要可行的，所以，本次设计将原溢洪道全部拆除、重建。
3溢洪道设计方案比较
3.1溢洪道堰宽度比较
新建溢洪道结构型式及尺寸直接影响整个枢纽上的结构物，为了使新建溢洪道布置经济合理，本次设计对溢洪道净宽进行了三个堰宽方案的比较，即净宽分别为45.0m、40.0m、65.0m方案。
以上三个方案进行了调洪演算，方案的比较对于水库运用方式、闸门运用方式、溢洪道堰顶高程（同现状堰顶高程）相同；水库规模发生变化，即：设计、校核水位变化，本工程溢洪道及坝顶高程均由校核水位控制， 方案Ⅰ：净宽45.0m方案，为保持与原结构净宽相同而确定的方案；
方案Ⅱ：净宽40.0m方案，为避免大范围的开挖，溢洪道的总宽度基本与原结构总宽度相同55.0m；
方案Ⅲ：净宽65.0m方案，考虑加大泄洪流量不加高坝体，开挖两侧山体加宽溢洪道。
溢洪道布置及结构说明如下：
方案布置：三个方案溢洪道中心（顺水流方向）及0+000.000桩号（垂直水流方向）的位置均与原主溢洪道相应方向的轴线位置相同；包括进口引渠、控制段、陡槽扩散段、挑坎段、护坦、检修桥及交通桥，纵横向结构布置及结构均一样，各个部位宽度及顶高程作相应的变化。
方案布置结构：堰型均为驼峰堰，堰顶高程仍保持原高程82.5m不变，闸墩厚2.5m，设有进口引渠、导墙、闸门、控制段、陡槽扩散段、挑坎段、护坦、检修桥及交通桥等，两岸上体开挖边坡为1：0.75。
表3.1 方案比较特性表
方案 净宽 孔数 孔径 墩数 墩厚 总宽 校核水位 闸顶高程 坝顶高程
Ⅰ 45 5 9 6 2.5 60 97.13 97.53 99.00
Ⅱ 40 5 5 6 2.5 55 97.56 97.96 99.50
Ⅲ 65 5 13 6 2.5 80 95.86 96.26 97.70
3.2溢洪道堰型比较
在溢洪道净宽（40m）相同的情况下，对溢洪道进行了堰型比较，即平底宽顶堰和驼峰堰，堰顶高程分别为80.4m和82.5m。两方案调洪演算计算成果见下表。
表3.2 调洪演算计算成果 净宽40m
堰型 频率 入库洪峰（m?/s） 最高水位 相应库容（104m?） 水库泄量 原设计成果
（%） （m） （m?/s） （m）
宽顶堰 1 4200 91.56 15427 2414
0.02 9480 97.19 28073 4429
驼峰堰 1 4200 91.93 16108 2195 92.5
0.02 9480 97.56 29068 4222
3.3设计方案的确定
3.3.1溢洪道净宽确定
3.3.1.1结构设计技术比较
三个方案设计在技术上均为可行，差别不大；但方案Ⅰ，方案Ⅲ对两岸现状交通道路影响较大，需改建现状溢洪道段的道路。
3.3.1.2经济比较
上述方案由于金属结构、电气、观测、道路改建等项目方案相同（方案Ⅱ工程量最少），工程量差别较小，投资差别对方案比较不起控制作用。本次设计只对水工结构相应土建部分进行综合经济比较，经比较方案Ⅰ投资为11121.3万元，方案Ⅱ投资10147.95万元，方案Ⅲ投资14904.9万元，方案Ⅱ投资最少。
表3.3 各方案投资对比表
编号 工程项目名称 净宽45m方案 净宽40m方案 净宽65m方案
溢洪道投资
（1） 拆除工程 99.27 99.27 99.27
（2） 新建工程 4559.81 4053.16 6586.39
1 土石方工程 1020.28 906.92 1473.74
2 混凝土工程 3299.12 2932.55 4765.40
3 基础处理工程 172.39 153.24 249.01
4 其他工程 68.01 60.45 98.23
合计（万元） 4659.08 4152.43 6685.66
3.3.1.3施工比较
溢洪道施工强度较大，同时对整个工程的工期起着控制作用。方案Ⅱ溢洪道工程量最少，该方案对工程的工期控制和度汛安全有力。
3.3.1.4结论意见
通过以上几个方面的比较，推荐方案Ⅱ，即溢洪道净宽40m方案为本次设计的实施方案。
3.3.2堰型确定
根据调洪演算计算成果，对溢洪道进行了总体布置。经水利计算，在控制段上平底宽顶堰上水面线无明显降落，而驼峰堰上的水面线在经过堰顶后有明显的水位降落，虽然经过调洪演算宽顶堰的水位低于驼峰堰水位近37m，但泄流后控制段上宽顶堰的水面线明显高于驼峰堰上的水面线。本次设计推荐驼峰堰方案。
3.3.2.1工程结构
溢洪道水流流态及消能驼峰堰明显好于宽顶堰，宽顶堰方案闸门教之驼峰堰加高2.1m，由于水面线太高闸室段需加长4.0m，对交通和消能工的布置不理；溢洪道顶及坝顶减低37cm，对结构影响不大。
3.3.2.2运行管理
宽顶堰方案闸门较之驼峰堰加高约30%，加大了运行管理难度和费用；辽西地区泥沙较大，宽顶堰方案泥沙淤积对闸门底脚、底梁及止水产生潜在危害，对水库运行管理不理。
3.3.2.2经济
虽然宽顶堰的方案能降低库水位，部分节省了主副坝工程量，但其大大增加了溢洪道的工程量（水工、金属、电气、交通），宽顶堰的方案经济意义不大。
4结论
通过以上几个方面的比较，确定方案：即溢洪道净宽40m驼峰堰方案为本次除险加固工程的实施方案。经过工程运行实践证明，该溢洪道除险加固设计科学合理经济，能够满足水库汛期泄洪要求，可以作为解决溢洪道存在类似问题的有益参考。
参考文献
[1]中华人民共和国.SL253-2000溢洪道设计规范[G/B].北京：外语教学与研究出版社，2000.
[2]祈庆和.水工建筑物[M].北京：中国水利水电出版社，1996.
作者简历：魏宏伟，男 1981年2月出生，水利工程师，长春工程学院水利水电工程专业毕业，现主要从事水库工程设施维护管理与水情预报监测工作。邮编125028 ，地址：辽宁省葫芦岛市南票区黄土坎乡乌金塘水庫管理局，电话15566477202，邮箱：37303860@qq.com.