小型水庫溢洪道除險加固工程設計

1、<p>　　小型水庫溢洪道除險加固工程設計</p><p>　　中圖分類號：TU2文獻標識碼： A 文章編號： </p><p>　　摘要:水庫除險加固工程中，溢洪道加固設計方案合理與否，是檢驗病險水庫除險加固成功與否的重要標準。本文結合工程實例，通過對溢洪道的除險加固設計，采取原址重建方案，消除隱患，確保水庫安全運行，以供參考。 </p><p>　　關

2、鍵詞：小型水庫；溢洪道；工程布置；工程設計 </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>　　某水庫位于西江下游右岸，肇慶市鼎湖區(qū)沙浦鎮(zhèn)境內，是

5、以農業(yè)灌溉為主、兼顧防洪、養(yǎng)魚的小型水庫，控制集雨面積6.8ｋｍ2，正常庫容24萬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（均質土壩）、壩內輸水涵、溢洪道（開敞式溢流，挑流消能）。設計洪水標準為二十年一遇，最大泄量為64.2m3/s；校核洪水標準為二百年一遇，最大泄量為97.8m3/s。溢洪道加固初步設計方案為：在原溢洪道左岸擴寬，擴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>　　本次設計采取原址重建方案。 </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，在工程管理方面相對薄弱，并且水庫集水面積小、匯

7、流時間短、洪水來得急，從安全調度和防洪安全、啟閉設備易丟失和損壞、沒有自動預報系統(tǒng)配合調度，沒有提前預泄能力，安全難以保證。因此，溢洪道本次設計采用無閘控制。 </p><p>　　2.3 溢洪道工程布置 </p><p>　　溢洪道位于土壩右岸，樁號為0+568處。采用無閘開敞式溢洪道。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）進口段 </b></p><p>　　由進口護砌段和進口鋼筋混凝土“U”槽段組成。進口段全長12.46m，進口高程12.162ｍ，出口高程12.70ｍ。 </p><p><b>　　2）進口護砌段 </b></p><p>　　進口兩側采

9、用懸臂式擋土墻。單側圓弧墻長7.70m，半徑為4.90m，圓心角為90°，進口底板長4.46m，護砌型式為干砌塊石厚30cm；下設砂卵石墊層15cm及無紡布一層。 </p><p>　　3）進口鋼筋混凝土“U”槽段 </p><p>　　該段與閘室段連接，長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”型槽結構，長6.0m，1孔，孔凈寬10m，底板厚1.5m，寬頂堰結構，堰頂高程12.70ｍ，邊墩頂寬1.0m，為無閘控制，交通橋寬4.0m。控制段兩側刺墻長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”型槽結構

11、，長16.20m，分2節(jié)，第1節(jié)長8.0m，第2節(jié)長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”型槽結構，消力池挖深1.2m，底寬10m，池長14.5m，底板頂高程92.10m，厚1.2m，出口兩側接懸臂式擋土墻，單側墻長4.92m。 </p&

12、gt;<p><b>　　3 工程設計 </b></p><p><b>　　3.1 水力計算 </b></p><p><b>　　1）泄流能力計算 </b></p><p>　　采用《溢洪道設計規(guī)范》(SL253－2000)中寬頂堰泄流能力計算公式: </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）波浪要素計算 </b></p><p>　　本土壩工程為5級，按《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL274―2001）規(guī)定，計算波浪高

14、度時，設計洪水風速采用庫面平均最大風速的1.5倍。校核洪水位條件下，采用庫面多年平均最大風速。 </p><p>　　壩前水域的平均水深：由于水庫地形圖不詳，壩前水域的平均水深，參考壩基高程與各種復核情況水庫水位之差采用，根據(jù)建庫時壩址處的勘測地質斷面圖，壩基近似取5.50m高程。 </p><p>　　平均波高按以下試計算： </p><p>　　式中――平均波高

15、（m）； </p><p>　　V――設計風速，設計和正常情況當取1.5倍多年平均最大庫面風速時，V=1.5×16.5=24.75m/s；校核情況取多年平均最大風速為16.5m/s。 </p><p>　　H――壩前水域的平均水深（m）； </p><p>　　D――壩前水域的風區(qū)長度（吹程）（m）,D=550m； </p><p>

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

17、水面線計算 </p><p>　　陡坡段水面線根據(jù)能量方程，用分段求和法計算泄槽水面線，計算公式為: </p><p><b>　　) (2) </b></p><p><b>　　= (3) </b></p><p>　　式中:Δl1－2為分段長度，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；為槽內平均流速，，m/s；為泄槽內平均水力半徑，，m。 </p><p>　　對于矩形斷面泄槽的臨界水深計算公式為: </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算的臨界水深hk，設計和校核情況下臨界水深分別為0.714m和164m。 </p><p><b>　　4）消能計算 </b></p>

20、<p>　　根據(jù)水庫的地形及地質條件，適宜做底流消能，確定消能方式采用底流消能。 </p><p><b>　?、畔Τ厣疃扔嬎?</b></p><p>　　①收縮水深計算公式為: </p><p><b>　　(5) </b></p><p>　　式中:hc為收縮水深，m；T0為總勢能

21、，m；q為過閘單寬流量，m3/s/m；σ為水流動能校正系數(shù)，取1.0值；?為流速系數(shù)，取0.95值。 </p><p>　　②躍后水深計算公式為: </p><p><b>　　(6) </b></p><p>　?、鄢龀芈洳钣嬎愎綖? </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厣疃扔嬎愎綖? </p><p><b>　　(8) </b></p><p>　　式中:σ0為水躍淹沒系數(shù)，可采用1.05～1.10。 </p><p><b>　?、葡Τ亻L度計算 </b&

23、gt;</p><p>　?、偎S長度計算公式為: </p><p><b>　　(9) </b></p><p>　　式中:Lj為水躍長度，m。 </p><p>　?、谙Τ亻L度計算公式為: </p><p><b>　　(10) </b></p><

24、p>　　式中:Lsj為消力池長度，m；Ls為消力池斜坡段投影長度，m；β為水躍長度校正系數(shù)，可采用0.7～0.8。 </p><p><b>　?、酆ＢL度計算 </b></p><p><b>　　計算公式為: </b></p><p><b>　　(11) </b></p>&

25、lt;p>　　式中:Lp為海漫長度，m；為消力池末端單寬流量，m3/s/m；ks為海漫長度計算系數(shù)。經計算消力池池深、池長由校核情況控制。 </p><p><b>　　3.2 穩(wěn)定驗算 </b></p><p>　　溢洪道的主要結構計算包括閘室段及擋土墻的穩(wěn)定計算及應力分析。 </p><p><b>　　1）閘室穩(wěn)定計算 &

26、lt;/b></p><p>　　抗滑穩(wěn)定計算采用抗剪斷強度公式，計算公式為: </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(包括閘室基礎底面上的揚壓力在內)，kN；ΣH為作用在閘室上的全部水平向荷載，kN；［Kc］―閘室沿基礎底面的容許

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)閘室段地基應力分析 </p><p><b>　　計算公式為: </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，m；e為偏心距，m；σmax、σmin為最大最小應力，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>　　經計算，基底垂直正應力均為壓應力，正應

29、力值均在本次地質報告中給出的基礎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設為3.35m、H校為3.52m，基礎為黏土。滲徑系數(shù)C=3～4，取C=4。 </p><p>　　

30、為滿足滲流穩(wěn)定要求，防滲長度必須滿足以下公式: </p><p>　　L=CΔH(16) </p><p>　　式中:L為防滲長度，m；C為滲徑系數(shù)，取4；ΔH為上下游水頭差，m。經計算滲徑長度L=3.52×4=14.08m。本次設計溢洪道的防滲長度為64.66m大于滲徑長度，滲流穩(wěn)定。 </p><p><b>　　4 結束語 </b&g

31、t;</p><p>　　綜上所述，溢洪道的合理布局與選型，不但直接關系到小型水庫的安全，而且關系到整個工程的造價，同時還影響著水庫建成投入使用后的運行狀況。本水庫溢洪道除險加固后，從根本上解除水患，改善農業(yè)生產條件，增強抗御水旱災害的能力，促進農村經濟發(fā)展，增加農民收入，保護和改善了水庫下游防洪安全，為促進社會穩(wěn)定發(fā)展、提高種植業(yè)經濟效益，加快區(qū)域地方政治、經濟、文化等發(fā)展起到積極的作用。 </p>