小型水庫(kù)溢洪道除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)

1、<p>　　小型水庫(kù)溢洪道除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)</p><p>　　中圖分類(lèi)號(hào)：TU2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： </p><p>　　摘要:水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中，溢洪道加固設(shè)計(jì)方案合理與否，是檢驗(yàn)病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固成功與否的重要標(biāo)準(zhǔn)。本文結(jié)合工程實(shí)例，通過(guò)對(duì)溢洪道的除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)，采取原址重建方案，消除隱患，確保水庫(kù)安全運(yùn)行，以供參考。 </p><p>　　關(guān)

2、鍵詞：小型水庫(kù)；溢洪道；工程布置；工程設(shè)計(jì) </p><p>　　Abstract: the problems of reinforcement project, spillway reinforcement design scheme reasonable or not, is dilapidated inspection of the success of the important problems rei

3、nforcement standard. Combining with the project examples, through to the problems of the spillway reinforcement design, take the site of the recovery plan, eliminate hidden dangers and to ensure the safe operation of the

4、 reservoir, for reference. </p><p>　　Keywords: small reservoirs; Spillway; Project layout; Engineering design </p><p><b>　　1 工程概況 </b></p><p>　　某水庫(kù)位于西江下游右岸，肇慶市鼎湖區(qū)沙浦鎮(zhèn)境內(nèi)，是

5、以農(nóng)業(yè)灌溉為主、兼顧防洪、養(yǎng)魚(yú)的小型水庫(kù)，控制集雨面積6.8ｋｍ2，正常庫(kù)容24萬(wàn)ｍ3。建于1968年9月，1970年2月建成并投入使用，主要建筑物有：大壩（均質(zhì)土壩）、壩內(nèi)輸水涵、溢洪道（開(kāi)敞式溢流，挑流消能）。設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為二十年一遇，最大泄量為64.2m3/s；校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為二百年一遇，最大泄量為97.8m3/s。溢洪道加固初步設(shè)計(jì)方案為：在原溢洪道左岸擴(kuò)寬，擴(kuò)寬后溢洪道閘室控制段寬度為22ｍ，泄槽寬度為26.5ｍ，消能方式為挑流

6、消能。 </p><p><b>　　2 工程布置 </b></p><p>　　2.1 溢洪道加固方案 </p><p>　　本次設(shè)計(jì)采取原址重建方案。 </p><p>　　2.2 溢洪道規(guī)模方案比較 </p><p>　　由于本工程屬于小型水庫(kù)，在工程管理方面相對(duì)薄弱，并且水庫(kù)集水面積小、匯

7、流時(shí)間短、洪水來(lái)得急，從安全調(diào)度和防洪安全、啟閉設(shè)備易丟失和損壞、沒(méi)有自動(dòng)預(yù)報(bào)系統(tǒng)配合調(diào)度，沒(méi)有提前預(yù)泄能力，安全難以保證。因此，溢洪道本次設(shè)計(jì)采用無(wú)閘控制。 </p><p>　　2.3 溢洪道工程布置 </p><p>　　溢洪道位于土壩右岸，樁號(hào)為0+568處。采用無(wú)閘開(kāi)敞式溢洪道。溢洪道為1孔，孔凈寬10.0m，堰型為寬頂堰，堰頂高程12.70ｍ，主要由進(jìn)口段、控制段、泄槽段、消力

8、池段及海漫段等部分組成。 </p><p><b>　　1）進(jìn)口段 </b></p><p>　　由進(jìn)口護(hù)砌段和進(jìn)口鋼筋混凝土“U”槽段組成。進(jìn)口段全長(zhǎng)12.46m，進(jìn)口高程12.162ｍ，出口高程12.70ｍ。 </p><p><b>　　2）進(jìn)口護(hù)砌段 </b></p><p>　　進(jìn)口兩側(cè)采

9、用懸臂式擋土墻。單側(cè)圓弧墻長(zhǎng)7.70m，半徑為4.90m，圓心角為90°，進(jìn)口底板長(zhǎng)4.46m，護(hù)砌型式為干砌塊石厚30cm；下設(shè)砂卵石墊層15cm及無(wú)紡布一層。 </p><p>　　3）進(jìn)口鋼筋混凝土“U”槽段 </p><p>　　該段與閘室段連接，長(zhǎng)8m，底寬10m，底板厚1.2m。 </p><p><b>　　4）控制段 </b

10、></p><p>　　采用鋼筋混凝土“U”型槽結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)6.0m，1孔，孔凈寬10m，底板厚1.5m，寬頂堰結(jié)構(gòu)，堰頂高程12.70ｍ，邊墩頂寬1.0m，為無(wú)閘控制，交通橋?qū)?.0m。控制段兩側(cè)刺墻長(zhǎng)5.0m，頂寬0.4m，底寬0.8m。 </p><p><b>　　5）泄槽段 </b></p><p>　　采用鋼筋混凝土“U”型槽結(jié)構(gòu)

11、，長(zhǎng)16.20m，分2節(jié)，第1節(jié)長(zhǎng)8.0m，第2節(jié)長(zhǎng)8.20m，底寬10m，泄槽段底板縱坡坡比為1∶3，底板厚1.2m。 </p><p><b>　　6）消力池段 </b></p><p>　　采用鋼筋混凝土“U”型槽結(jié)構(gòu)，消力池挖深1.2m，底寬10m，池長(zhǎng)14.5m，底板頂高程92.10m，厚1.2m，出口兩側(cè)接懸臂式擋土墻，單側(cè)墻長(zhǎng)4.92m。 </p&

12、gt;<p><b>　　3 工程設(shè)計(jì) </b></p><p><b>　　3.1 水力計(jì)算 </b></p><p><b>　　1）泄流能力計(jì)算 </b></p><p>　　采用《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL253－2000)中寬頂堰泄流能力計(jì)算公式: </p><

13、p><b>　　(1) </b></p><p>　　式中:Q為流量，m3/s；B為溢流堰總凈寬，m；H0為堰上水頭，m；m為流量系數(shù)；ε為收縮影響系數(shù)。 </p><p><b>　　1）波浪要素計(jì)算 </b></p><p>　　本土壩工程為5級(jí)，按《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274―2001）規(guī)定，計(jì)算波浪高

14、度時(shí)，設(shè)計(jì)洪水風(fēng)速采用庫(kù)面平均最大風(fēng)速的1.5倍。校核洪水位條件下，采用庫(kù)面多年平均最大風(fēng)速。 </p><p>　　壩前水域的平均水深：由于水庫(kù)地形圖不詳，壩前水域的平均水深，參考?jí)位叱膛c各種復(fù)核情況水庫(kù)水位之差采用，根據(jù)建庫(kù)時(shí)壩址處的勘測(cè)地質(zhì)斷面圖，壩基近似取5.50m高程。 </p><p>　　平均波高按以下試計(jì)算： </p><p>　　式中――平均波高

15、（m）； </p><p>　　V――設(shè)計(jì)風(fēng)速，設(shè)計(jì)和正常情況當(dāng)取1.5倍多年平均最大庫(kù)面風(fēng)速時(shí)，V=1.5×16.5=24.75m/s；校核情況取多年平均最大風(fēng)速為16.5m/s。 </p><p>　　H――壩前水域的平均水深（m）； </p><p>　　D――壩前水域的風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度（吹程）（m）,D=550m； </p><p>

16、;　　G――重力加速度，g=9.81。 </p><p>　　根據(jù)各項(xiàng)的風(fēng)區(qū)要素代入上式中，計(jì)算得各項(xiàng)壩前水域的平均波高h(yuǎn)。波浪的平均周期值按下式計(jì)算； </p><p>　　式中――平均波高，m； </p><p>　　――平均波周期，s； </p><p>　　平均波長(zhǎng)按下式計(jì)算： </p><p>　　3）陡坡段

17、水面線(xiàn)計(jì)算 </p><p>　　陡坡段水面線(xiàn)根據(jù)能量方程，用分段求和法計(jì)算泄槽水面線(xiàn)，計(jì)算公式為: </p><p><b>　　) (2) </b></p><p><b>　　= (3) </b></p><p>　　式中:Δl1－2為分段長(zhǎng)度，m；h1為泄槽起始斷面水深，m；h2為泄槽末端斷

18、面水深，m，經(jīng)試算得；a1、a2分別為流速分布不均勻系數(shù)，取1.05；i為泄槽底坡，i=1/3；θ為泄槽底坡角度，θ=18.43°；為泄槽平均摩阻坡降；n為泄槽槽身糟率系數(shù)，n=0.012；為槽內(nèi)平均流速，，m/s；為泄槽內(nèi)平均水力半徑，，m。 </p><p>　　對(duì)于矩形斷面泄槽的臨界水深計(jì)算公式為: </p><p><b>　　(4) </b><

19、;/p><p>　　式中:q為泄槽的單寬流量，m3/s?m；α為動(dòng)能修正系數(shù)，可近似地取為1.05；g為重力加速度，取9.8m/s2。 </p><p>　　泄槽上接寬頂堰，水深h1選用泄槽首端斷面計(jì)算的臨界水深hk，設(shè)計(jì)和校核情況下臨界水深分別為0.714m和164m。 </p><p><b>　　4）消能計(jì)算 </b></p>

20、<p>　　根據(jù)水庫(kù)的地形及地質(zhì)條件，適宜做底流消能，確定消能方式采用底流消能。 </p><p><b>　?、畔Τ厣疃扔?jì)算 </b></p><p>　?、偈湛s水深計(jì)算公式為: </p><p><b>　　(5) </b></p><p>　　式中:hc為收縮水深，m；T0為總勢(shì)能

21、，m；q為過(guò)閘單寬流量，m3/s/m；σ為水流動(dòng)能校正系數(shù)，取1.0值；?為流速系數(shù)，取0.95值。 </p><p>　　②躍后水深計(jì)算公式為: </p><p><b>　　(6) </b></p><p>　?、鄢龀芈洳钣?jì)算公式為: </p><p><b>　　(7) </b></p&

22、gt;<p>　　式中:ΔE為出池落差，m；為出池河床水深，m。 </p><p>　?、芟Τ厣疃扔?jì)算公式為: </p><p><b>　　(8) </b></p><p>　　式中:σ0為水躍淹沒(méi)系數(shù)，可采用1.05～1.10。 </p><p><b>　?、葡Τ亻L(zhǎng)度計(jì)算 </b&

23、gt;</p><p>　　①水躍長(zhǎng)度計(jì)算公式為: </p><p><b>　　(9) </b></p><p>　　式中:Lj為水躍長(zhǎng)度，m。 </p><p>　?、谙Τ亻L(zhǎng)度計(jì)算公式為: </p><p><b>　　(10) </b></p><

24、p>　　式中:Lsj為消力池長(zhǎng)度，m；Ls為消力池斜坡段投影長(zhǎng)度，m；β為水躍長(zhǎng)度校正系數(shù)，可采用0.7～0.8。 </p><p><b>　　③海漫長(zhǎng)度計(jì)算 </b></p><p><b>　　計(jì)算公式為: </b></p><p><b>　　(11) </b></p>&

25、lt;p>　　式中:Lp為海漫長(zhǎng)度，m；為消力池末端單寬流量，m3/s/m；ks為海漫長(zhǎng)度計(jì)算系數(shù)。經(jīng)計(jì)算消力池池深、池長(zhǎng)由校核情況控制。 </p><p><b>　　3.2 穩(wěn)定驗(yàn)算 </b></p><p>　　溢洪道的主要結(jié)構(gòu)計(jì)算包括閘室段及擋土墻的穩(wěn)定計(jì)算及應(yīng)力分析。 </p><p><b>　　1）閘室穩(wěn)定計(jì)算 &

26、lt;/b></p><p>　　抗滑穩(wěn)定計(jì)算采用抗剪斷強(qiáng)度公式，計(jì)算公式為: </p><p><b>　　(12) </b></p><p>　　式中:Kc為沿閘室基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；ΣG為作用在閘室上的全部豎向荷載(包括閘室基礎(chǔ)底面上的揚(yáng)壓力在內(nèi))，kN；ΣH為作用在閘室上的全部水平向荷載，kN；［Kc］―閘室沿基礎(chǔ)底面的容許

27、抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f為閘基底面與巖基接觸面的抗剪斷摩擦系數(shù)，f=0.30。 </p><p>　　2)閘室段地基應(yīng)力分析 </p><p><b>　　計(jì)算公式為: </b></p><p><b>　　(13) </b></p><p><b>　　(14) </b><

28、/p><p><b>　　(15) </b></p><p>　　式中:B為閘室段長(zhǎng)，m；e為偏心距，m；σmax、σmin為最大最小應(yīng)力，kPa；ΣG為作用于堰體上的全部豎向荷載，kN；ΣM為作用于堰體上的全部豎向荷載和水平荷載對(duì)地基面垂直水流方向的形心力矩，kN?m；η為不均勻系數(shù)。 </p><p>　　經(jīng)計(jì)算，基底垂直正應(yīng)力均為壓應(yīng)力，正應(yīng)

29、力值均在本次地質(zhì)報(bào)告中給出的基礎(chǔ)低液限黏土的承載力閘室段［σ］=120kPa，出口擋土墻段［σ］=160kPa，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿(mǎn)足規(guī)范要求。 </p><p><b>　　3.3 滲流分析 </b></p><p>　　溢洪道上、下游水位差H設(shè)為3.35m、H校為3.52m，基礎(chǔ)為黏土。滲徑系數(shù)C=3～4，取C=4。 </p><p>　　

30、為滿(mǎn)足滲流穩(wěn)定要求，防滲長(zhǎng)度必須滿(mǎn)足以下公式: </p><p>　　L=CΔH(16) </p><p>　　式中:L為防滲長(zhǎng)度，m；C為滲徑系數(shù)，取4；ΔH為上下游水頭差，m。經(jīng)計(jì)算滲徑長(zhǎng)度L=3.52×4=14.08m。本次設(shè)計(jì)溢洪道的防滲長(zhǎng)度為64.66m大于滲徑長(zhǎng)度，滲流穩(wěn)定。 </p><p><b>　　4 結(jié)束語(yǔ) </b&g

31、t;</p><p>　　綜上所述，溢洪道的合理布局與選型，不但直接關(guān)系到小型水庫(kù)的安全，而且關(guān)系到整個(gè)工程的造價(jià)，同時(shí)還影響著水庫(kù)建成投入使用后的運(yùn)行狀況。本水庫(kù)溢洪道除險(xiǎn)加固后，從根本上解除水患，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，增強(qiáng)抗御水旱災(zāi)害的能力，促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展，增加農(nóng)民收入，保護(hù)和改善了水庫(kù)下游防洪安全，為促進(jìn)社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展、提高種植業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，加快區(qū)域地方政治、經(jīng)濟(jì)、文化等發(fā)展起到積極的作用。 </p>