【摘　要】　 南水北调排洪渡槽由于受地形限制，进出口布置比较复杂。通过对南水北调中线应急供水工程排洪渡槽设计，对进出口渐变段（喇叭口）
布置、排洪渡槽纵坡确定和槽身多纵梁、多侧墙结构型式的适用条件等分析，为同类建筑物设计提供参考。
【关键词】　渐变段；纵坡；多纵梁；多侧墙；南水北调工程；排洪渡槽
中图分类号： TV653（222）               文献标识码：B           文章编号：1000-0860（2005）04-0070-02
                             
                            Optimum design for improvement of stilling basin revetment: 
                                 normal spillway of Huangbizhuang Reservoir
                              				           ZHAO Yun-shu
          (Hebei Research Institute of Investigation and Design of Water Conservancy and Hydropower, Tianjin 300250, China)
Abstract:    The improvement plan for the right bank revetment of the first-step stilling basin for the normal spillway of  Huangbi-
zhuang Reservoir is optimized for many times, which has met the requirements to save the investment, shorten the construction  period,
guarantee the continuity of the boundary and satisfy the operation of the project at last.
Key words: stilling basin; revetment; optimum design; Huangbizhuang Reservoir; Hebei Province

1  工程概况
    黄壁庄水库正常溢洪道介于河北省马鞍山北侧与主坝之间，始建于1958年，全长891.87m,由闸室段、陡槽段、一级消力池、尾渠和二级挑坎段组成。
闸室段长29m，设8孔表孔溢洪道和2个底孔泄水孔；陡槽段断面为梯形,长400m，底宽129.4m，底高程由107.00m降至104.61m，两侧设浆砌石挡墙，基本对
称；一级消力池段长110m，前部为抛物线，中部为池身，下部为反坡段，中部池深5m，底长66m，底高程95.00m，消力池护坦共4排，上游第一排护坦厚2.
5m，第二排护坦厚2.0m，均设置消力墩，第三、四排护坦厚1.0m,纵缝间距11.4m,横缝间距16.5m。左岸为直立式混凝土挡土墙，右岸为1：2钢筋混凝土护
坡；尾渠段长278.87m，底宽129.4m，底高程为100.30m，在桩号1+725处尾渠段轴线向左侧转10°，底宽逐渐增到145.91m，左岸为重力式浆砌石挡土墙，
右岸为1：2浆砌石护坡； 二级消能挑坎段长50m， 前25m为混凝土防渗阻滑板，底高程100.80m，后25m为反弧挑坎段，坎顶高程94.50m，两侧为重力式挡
土墙。
2  一级消力池右岸躺坡改建的必要性
    正常溢洪道建成后，经历了“63.8”和“96.8”两次特大洪水。两次洪水泄洪期间，经现场观察发现，在一级消力池右岸尾部均形成了较大旋涡，尾
渠段主流向左岸偏转，水面存在较大横向比降，水流进入河床形成强烈涌浪，下游河床和两岸边坡冲刷严重。为此，采用二维数学模型方法，对正常溢洪
道泄洪水流流态进行了模拟计算；在现状躺坡条件下，模型计算了50年一遇，100年一遇及设计洪水和校核洪水4个洪水频率。 4种工况的流场特性基本一
致，泄量大小只对流场各段的流速大小、脉动幅度以及回流区域等造成影响。其流场特性表现为：受一级消力池右岸躺坡的影响，在一级消力池右岸末端
均形成较大水流旋滚，挤压主流向尾渠左岸偏转，尾渠段形成较大横比降，水流由二级挑坎入河道后，由于主流偏转和摆动，形成幅度较大的涌浪和出口
右岸的回流，对出口右岸形成严重侵蚀，危及右岸横挡墙和二级挑坎的工程运用安全。为此，采取工程措施改善正常溢洪道一级消力池水流流态是非常必
要的，以达到减轻由于躺坡造成的主流偏转、水流紊乱、出口涌浪等危害。
3  一级消力池躺坡改建方案优化
    针对一级消力池现状躺坡存在问题，对改建方案进行了多次优化。
3.1 躺坡改直墙方案
    本方案将一级消力池右岸躺坡改建为重力式直墙，其优点是躺坡改建成重力式挡土墙后，保证了两岸边坡对称，能改善一级消力池池内流态，但是该
方案尚存在以下缺点：⑴一级消力池躺坡改直墙后，与尾渠右边岸1：2护坡的连接仍然存在不连续性，水流在该位置也形成较大旋涡，对尾渠浆砌石护坡
的安全运用影响较大。⑵由于重力式直墙高度达到23m，断面较大，躺坡位置基础为全风化千枚岩,地基承载力差，需增加两排灌注桩以增强基础承载力，
因此躺坡改直墙方案工程量较大，工程直接费达1012.34万元。 ⑶由于涉及灌注桩施工、边坡开挖、混凝土浇筑以及温控等措施，施工较为复杂，相应施
工工期也较长，鉴于上述原因，对改建方案再次进行优化。
3.2 混凝土填坡锚索方案
    从二维数模计算结果看一级消力池右岸躺坡与上下游右岸边坡形成较大程度的突变，是导致泄洪水流在一级消力池右岸下游形成较大漩涡根本原因。
为改善水流条件，考虑在一级消力池右岸用混凝土填坡，使溢洪道一级消力池右岸边坡与下游尾渠段右岸边坡保持平顺连接。混凝土填坡以溢洪道右岸边
坡坡脚线为基线,以尾渠段右岸边坡断面为基面，将一级消力池护坡用混凝土回填至高程100.00m,再按1：2向右岸起坡，起坡顶高程按100年一遇洪水时相
应一级消力池水位107.0m控制。混凝土回填分区进行，面层50cm采用C25F150混凝土，内部采用C10混凝土。回填混凝土时将原护坡面层混凝土凿除至新鲜
混凝土面，为加强新老混凝土的结合，在新老混凝土接触面布设间距1.0m、直径20mm、长80cm的锚筋。为加强填坡的整体性，填坡纵向不设分缝，横向分
缝按原面板分缝位置控制，间距16.5m。
    由于单独采用混凝土填坡时，抗滑稳定安全系数不满足规范要求，因此，考虑对混凝土填坡施加预应力锚索，用增加滑动面的垂直力来提高混凝土填
坡的安全度。经计算，混凝土填坡单位宽度需施加2599kN的预应力锚索，整块护坡需施加42884kN的预应力锚索。需布置锚索194束，单根锚索施加预应力
1000kN，锚索平均长度25m。该方案直接工程投资466.95万元。
    混凝土填坡方案基本满足设计要求，但由于锚索施工与混凝土施工相互干扰，影响工程工期，因此设计次对该方案进行优化，即采用混凝土填坡空腔
方案。
3.3 混凝土填坡空腔方案
    该方案边界条件与上述方案相同，取消预应力锚索，将填坡实体混凝土改为空腔混凝土,即在填坡内部设置4.0m×4.0m空腔,空腔顶部设半径2.5m、矢
高比4：1圆拱，以改善应力条件；空腔之间以厚1.25m立墙间隔。立墙与老混凝土面连接时,选将原护坡面层混凝土凿除至新鲜混凝土面，并布设间距1m、
直径20cm、长80cm的锚筋。为加强填坡的整体性，填坡纵向不设分缝，横向分缝按原面板分缝位置控制，间距16.5m。
    经计算空腔的躺坡结构在各种工况下的抗滑稳定安全系数均满足规范要求，同时该方案直接费用，仅199.40万元。
    经过多次设计优化，黄壁庄水库正常溢洪道一级消力池右岸躺坡改建最终选用混凝土填坡空腔方案作为加固实施方案。