淺析靖邊縣河畔水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程塔式進(jìn)水口設(shè)計(jì)要點(diǎn)

李團(tuán)部

摘 要：該文先分析了河畔水庫(kù)工程的現(xiàn)狀和除險(xiǎn)加固必要性，之后闡述了塔式進(jìn)水口設(shè)計(jì)任務(wù)和指導(dǎo)思想，最后詳細(xì)分析了塔式進(jìn)水口的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和運(yùn)行工況。旨在水利工程設(shè)計(jì)人員進(jìn)水口設(shè)計(jì)中對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化提供參考。

關(guān)鍵詞：水庫(kù)除險(xiǎn)加固 塔式進(jìn)水口 要點(diǎn)分析

中圖分類號(hào)：TV222 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）06（c）-0039-02

新中國(guó)成立以來(lái)，我國(guó)在水庫(kù)樞紐建設(shè)領(lǐng)域取得了巨大的成就，水庫(kù)的興建提高了下游的防洪安全，為農(nóng)業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了條件，提高了河道通航條件，水力發(fā)電量也與日俱增，保障居民生產(chǎn)生活用水，水庫(kù)樞紐帶動(dòng)了我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展。大壩、溢洪道、放水洞通常稱為水庫(kù)三大件。

1 工程概況和除險(xiǎn)加固必要性

河畔水庫(kù)位于蘆河支流東蘆河上游，水庫(kù)大壩位于靖邊縣楊米澗鄉(xiāng)河畔村，距靖邊縣城46 km。水庫(kù)是以防洪、攔沙為主的中型Ⅲ等水利樞紐，水庫(kù)原設(shè)計(jì)總庫(kù)容2 010萬(wàn)m3，水庫(kù)工程由大壩和放水建筑物組成，大壩原設(shè)計(jì)為水墜均質(zhì)土壩，泄水洞于1980年建成，位于大壩右岸，進(jìn)口無(wú)控制設(shè)施，洞壁無(wú)任何襯砌，出口無(wú)消能設(shè)施。1999年7月原泄水洞中部塌方，阻斷庫(kù)水下泄，當(dāng)年10月當(dāng)?shù)卮逦M織群眾在原泄水洞塌方段右側(cè)重新開了一條土質(zhì)旁洞，其進(jìn)出口段仍利用原泄水洞，暫時(shí)保證了庫(kù)水下泄，但仍未對(duì)洞內(nèi)斷面進(jìn)行襯砌。遂洞圍巖為黃土狀壤土，因長(zhǎng)期的風(fēng)化、水流沖刷和圍巖壓力作用使原斷面不斷塌落擴(kuò)大，有時(shí)因土洞塌落而阻斷下泄水流，威脅大壩安全，難以滿足防洪泄水要求。為確保河畔水庫(kù)大壩安全運(yùn)行和下游庫(kù)壩群的防洪安全，充分發(fā)揮水庫(kù)的效益和科學(xué)管理水庫(kù)，對(duì)水庫(kù)除險(xiǎn)加固十分必要。

2 塔式進(jìn)水口設(shè)計(jì)任務(wù)和指導(dǎo)思想

從放水建筑物的塔式進(jìn)水口曲線段到進(jìn)水口末端與放水洞連接處止的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的內(nèi)容包含設(shè)計(jì)參數(shù)選擇、進(jìn)水口總體布置、水力計(jì)算、細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)、施工技術(shù)要求、工程量計(jì)算以及其他輔助設(shè)施的設(shè)計(jì)。

塔式進(jìn)水口是建造不依靠岸坡的塔，常用于岸坡巖石較差，覆蓋層較厚，不宜采用靠岸設(shè)進(jìn)水口的情況。塔底設(shè)閘門，塔頂設(shè)操作平臺(tái)和啟閉機(jī)室，通過(guò)工作橋與壩頂或岸坡相連。塔身采用封閉式塔，水平斷面采用圓形；封閉式塔可在不同的高程設(shè)進(jìn)水口，可進(jìn)行“分層取水”，圓形斷面的受力條件較好，在實(shí)際工程中采用較多，根據(jù)該工程特點(diǎn)和地質(zhì)條件，選用封閉式塔式進(jìn)水口最合理。

3 塔式進(jìn)水口設(shè)計(jì)要點(diǎn)和工況

根據(jù)該工程規(guī)模，按照水利水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，河畔水庫(kù)屬中型水庫(kù)三等工程，進(jìn)水口為該工程之重要建筑，應(yīng)按3級(jí)建筑物設(shè)計(jì)，次要建筑物級(jí)別為4級(jí)，臨時(shí)建筑物按5級(jí)建筑物設(shè)計(jì)。洪水標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)流量見表1。

放水塔地基土表層有薄層全新統(tǒng)崩、坡積物，厚度2～3 m，下部為中更新統(tǒng)風(fēng)洪積黃土狀壤土（Q2 eol+pl），其承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk=150～160 kPa，建議清除表層崩、坡積物及疏松黃土狀壤土，基礎(chǔ)置于中密的黃土狀壤土上。

工作運(yùn)行狀況及分析：該放水建筑物進(jìn)水口為塔式進(jìn)水，放水塔底孔進(jìn)口高程1 448.0 m，工作平臺(tái)高程取1 469.0 m，承臺(tái)高程1 446.8 m，塔高22.2 m；放水塔形狀為圓形，內(nèi)徑3.0 m?？紤]到水庫(kù)的主要功能為攔泥，淤積面將逐年抬高，設(shè)三層進(jìn)口和一個(gè)出口，進(jìn)口孔口尺寸為1.2 m×1.2 m，三層進(jìn)口之間間距為6 m，下層進(jìn)口底部高程為1 448.0 m，中層進(jìn)口底部高程為1 455.2 m，上層進(jìn)口底部高程為1 462.4 m。在使用年限內(nèi)，按淤積的不同程度，淤積面與上一層進(jìn)口底齊平時(shí)，廢棄下一層進(jìn)口，在放水塔運(yùn)行時(shí)，考慮到放水洞的過(guò)流要求，下一層進(jìn)口運(yùn)行時(shí)，應(yīng)將相臨上一層進(jìn)口封堵，以免放水流量過(guò)大，破壞放水建筑物。

通過(guò)查庫(kù)容曲線，考慮設(shè)計(jì)和校核情況下的洪水總量，計(jì)算出上、中、下層進(jìn)口的設(shè)計(jì)和校核洪水位。采用公式Q=σSцenb[2g（HO-εe）]0.5計(jì)算設(shè)計(jì)和校核情況下各層進(jìn)口最大水頭時(shí)過(guò)流流量。見表2。

閘門泄水規(guī)模復(fù)核：閘門泄水規(guī)模按最不利情況下（最上層進(jìn)水）30天泄完壩址以上流域設(shè)計(jì)三日總洪量的要求計(jì)算，壩址以上設(shè)計(jì)三日總洪量294萬(wàn)m3（河畔水庫(kù)設(shè)計(jì)三日洪量），30天泄完。

平均每秒泄量=2 940 000/（30×24×60×60）=1.14 m3/s。

由于泄水的過(guò)程是一個(gè)逐漸變小的過(guò)程，經(jīng)計(jì)算，放水塔泄水是流量隨水位降低而變小的一個(gè)下凹曲線，故保守期間，取2倍的平均泄量為泄水規(guī)模：

Q泄水規(guī)模=2×1.14=2.28 m3/s，取3 m3/s。泄水規(guī)模小于設(shè)計(jì)洪水時(shí)上層進(jìn)口的泄量，故進(jìn)口尺寸滿足泄水規(guī)模的要求。

放水能力按照閘孔出流水力計(jì)算公式計(jì)算，計(jì)算公式如為：

Q=μbe

閘門運(yùn)行中，最大水頭為11.52 m，出現(xiàn)在運(yùn)用底孔時(shí)，上游淤積面達(dá)到中孔，遇校核洪水，此時(shí)開度0.3 m?？紤]閘門安全運(yùn)行，根據(jù)實(shí)際需要合理開啟閘門，流量控制在3 m3/s以內(nèi)，以免對(duì)放水建筑物造成破壞。

放水塔內(nèi)徑為3 m，故采用一些工程措施來(lái)減小水流對(duì)塔壁、塔底的破壞，措施是增大塔壁厚度為50 cm，增大保護(hù)層厚度為8 cm，取跌坑深度為1.2 m，承臺(tái)厚1.5 m。

閘門啟閉力計(jì)算：根據(jù)《水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范》選用公式如下。

閉門力計(jì)算公式：Fw=nT（Tzd+Tzs）-nGG+Pt；

啟門力計(jì)算公式：FQ=nT（Tzd+Tzs）+PZ+nGG+Gj+Ws。

經(jīng)計(jì)算閉門力為13.51 T，啟門力18.22 T，根據(jù)計(jì)算結(jié)果選用20 T手電兩用螺桿式啟閉機(jī)。

水庫(kù)正常運(yùn)行時(shí)塔外有水，塔身猶如殼體，承受了很大的浮托力，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)計(jì)算其浮托力，如果塔體自重小于浮托力，塔體將極為不穩(wěn)定，故大多放水塔都在設(shè)計(jì)中有灌注樁基礎(chǔ)，不但增加自重，而且具有一定的抗拔摩擦力。

放水塔剛建成或放空水庫(kù)后塔外無(wú)水，塔身自重全部由地基承擔(dān)，應(yīng)計(jì)算其地基承載力，一般塔身坐落在放大基礎(chǔ)承臺(tái)上，如果承臺(tái)計(jì)算尺寸過(guò)大，也可在承臺(tái)下再增加灌注樁基礎(chǔ)，以端承樁最好，如基巖埋藏太深，則應(yīng)計(jì)算出摩擦樁的根數(shù)（灌注樁根數(shù)不少于3根）、直徑和長(zhǎng)度，以滿足塔基安全穩(wěn)定要求。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)目前已建成的水庫(kù)，大部分放水建筑物進(jìn)口應(yīng)用的是塔式進(jìn)水口。20世紀(jì)50、60年代建成的許多水庫(kù)工程用的是臥管取水，取水不便，存在安全隱患，在水庫(kù)除險(xiǎn)加固中大多都改建成塔式進(jìn)水口，提高了水庫(kù)取水效率和安全性。

參考文獻(xiàn)

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