窄沖水庫工程岸邊分層取水塔設(shè)計(jì)

龍祥能

(貴州省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，貴陽550002)

窄沖水庫工程岸邊分層取水塔設(shè)計(jì)

龍祥能

(貴州省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，貴陽550002)

水庫取水塔為岸塔式分層取水建筑物，位于大壩右岸、取水隧洞前部。取水塔在水庫工程中占有重要地位，它在水庫工程建設(shè)中發(fā)揮著不可替代的作用。文章以龍里縣窄沖水庫工程為例分析了岸邊分層取水塔結(jié)構(gòu)計(jì)算及設(shè)計(jì)，希望對(duì)于類似的工程能夠起到一定的借鑒和參考作用。

龍里縣窄沖水庫工程;岸邊分層取水塔;結(jié)構(gòu)計(jì)算

0 引言

龍里縣窄沖水庫工程主要建筑物由攔河大壩、溢洪道、岸邊取水塔、交通橋、取水兼放空隧洞、輸水管道組成。其中分層取水塔設(shè)計(jì)是工程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是本文研究的重點(diǎn)。

1 龍里縣窄沖水庫工程概況

窄沖水庫工程位于龍里縣城西南面草原鄉(xiāng)朵花村的朵花河上，是具縣城供水、下游灌溉和灌區(qū)人畜飲水為一體的綜合利用水利工程。

大壩壩型為鋼筋混凝土面板堆石壩，最大壩高69.7 m;水庫校核洪水位1 222.42 m，總庫容1 608萬m3，正常蓄水位11 220 m，正常蓄水位以下庫容1 487 m3，死水位1 175.00 m，死庫容96.3萬 m3，興利庫容1390.7 m3，年總供水量1 089.8萬m3，工程規(guī)模為中型，工程等別為Ⅲ等。

本工程正常蓄水位1 220.00 m，死水位為1 175.00 m，其消落深度為45 m;經(jīng)環(huán)評(píng)分析計(jì)算，死水位處的水溫為11.81℃，水稻是喜溫作物，根據(jù)貴州山區(qū)的實(shí)際情況，一般水溫在12～35℃即可灌溉農(nóng)田。

為不使引水水溫過低，影響作物生長，擬塔身上設(shè)置3個(gè)進(jìn)水口分層取水，庫水經(jīng)進(jìn)水口流入集水井后進(jìn)入隧洞［1］。

每個(gè)進(jìn)水口孔口設(shè)置高程分別為1 170.00 m、1 190.00 m、1 205.00 m。每個(gè)進(jìn)水口上分別設(shè)置有攔污柵和隔水閘門各一扇及相應(yīng)啟閉設(shè)備，最底層進(jìn)水口的引水與放空共用。取水塔高56.5 m，寬15.2 m，長12.5 m，為C20鋼筋混凝土矩形井筒式結(jié)構(gòu)，頂部高程1 224.50 m，與岸邊采用交通橋連接。

取水塔處自然邊坡為斜向坡，坡度25°～35°，坡體穩(wěn)定?；鶐r裸露，為泥盆系上統(tǒng)高坡場組第二段第三層的淺灰、灰白色的中厚層白云巖夾灰質(zhì)白云巖，巖層產(chǎn)狀30°∠5°，垂直強(qiáng)風(fēng)化層厚2～3 m。開挖邊坡主要為斜向巖質(zhì)邊坡，最大坡高達(dá)22 m，巖層平緩，開挖邊坡總體穩(wěn)定性較好，局部節(jié)理裂隙密集帶，巖體較破碎，邊坡穩(wěn)定性較差，易發(fā)生掉塊或垮塌。

2 龍里縣窄沖水庫工程分層取水塔結(jié)構(gòu)計(jì)算

2.1 荷載計(jì)算及荷載組合

混凝土容重取25 kN/m3。靜水壓力按三角形分布計(jì)算，Pw=0.5γwH2，γw=9.81 kN/m3。揚(yáng)壓力不計(jì)滲透壓力、浮托力按基底面積乘以各計(jì)算工況下的水頭和容重。

波浪要素按官廳水庫公式計(jì)算，計(jì)算設(shè)計(jì)洪水位、正常蓄水位情況時(shí)計(jì)算風(fēng)速取18 m3/s、校核情況時(shí)取12 m3/s，風(fēng)區(qū)長度取2 500 m。浪壓力按下式計(jì)算:

2.2 計(jì)算參數(shù)

進(jìn)水口建基面置于弱風(fēng)化巖體中下部，混凝土與基巖接觸面的抗剪斷強(qiáng)度參數(shù):巖石f'=0.6，C'=0.5 MPa;混凝土/巖石 f'=0.6～0.65，C'=0.5～0.55 MPa;地基允許承載力［K］=1 200～1 500 kPa。進(jìn)水口作用荷載組合見表1。

表1 進(jìn)水口作用荷載組合表

2.3 抗滑穩(wěn)定計(jì)算

按抗剪斷強(qiáng)度公式計(jì)算:

抗滑穩(wěn)定安全計(jì)算成果見表2。

表2 進(jìn)水口抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算成果表

進(jìn)水口各計(jì)算工況下的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足要求，且富裕較大。

2.4 抗浮穩(wěn)定計(jì)算

進(jìn)水口抗浮穩(wěn)定公式計(jì)算:

抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算成果見表3。

表3 進(jìn)水口抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算成果表

進(jìn)水口各計(jì)算工況下的抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足要求。

2.5 抗傾穩(wěn)定計(jì)算

由于進(jìn)水塔底部呈矩形，在水庫建成未蓄水時(shí)，對(duì)進(jìn)水口作抗傾覆復(fù)核，此時(shí)進(jìn)水口只受風(fēng)荷載的水平力，豎向力為井筒自重［2］。傾覆彎矩為風(fēng)荷載所產(chǎn)生彎矩(最大值);抗傾彎矩為塔體重力所產(chǎn)生的彎矩。K=抗傾彎矩/傾覆彎矩=183 730 kN· m/3 896 kN· m=47.16＞1.4，滿足規(guī)范要求。

2.6 地基應(yīng)力計(jì)算

進(jìn)水口建基面上的垂直正應(yīng)力按下式計(jì)算:

計(jì)算成果見表4。

表4 進(jìn)水口建基面應(yīng)力計(jì)算成果表 MPa

以上各工況進(jìn)水口基底應(yīng)力均小于地基容許承載力1 200～1 500 kPa(灰質(zhì)白云巖)，所以進(jìn)水口地基滿足應(yīng)力要求。

根據(jù)地質(zhì)參數(shù)弱風(fēng)化灰質(zhì)白云巖承載力為1 200～1 500 kPa，滿足地基承載力要求，從基礎(chǔ)的完整性考慮，采用固結(jié)灌漿對(duì)取水塔基礎(chǔ)處理，灌漿孔間距3 m、排距3.0 m，梅花型布置，孔深5 m。

3 取水塔開挖邊坡處理措施

為了防止開挖邊坡長期暴露風(fēng)化和滿足整體美觀的要求，邊坡處理措施;采取長度L=3 m，間排距為1.5 m的φ22系統(tǒng)錨桿，掛φ8@25×25 cm網(wǎng)和噴C20厚10 cm混凝土進(jìn)行支護(hù)，并在邊坡上設(shè)置Φ50排水孔，間排距3 m，L=0.5 m，邊坡開挖議值:覆蓋層1∶1;強(qiáng)風(fēng)化巖體1∶0.75;強(qiáng)風(fēng)化巖體1∶0.5。

4 結(jié)語

通過對(duì)龍里縣窄沖工程中岸邊分層取水塔設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的荷載計(jì)算、抗壓力穩(wěn)定計(jì)算、抗傾斜計(jì)算等問題的分析，找出了合適的設(shè)計(jì)方案。鑒于取水塔設(shè)計(jì)對(duì)于龍里縣窄沖水庫工程的重要性，因此本文研究這個(gè)課題具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義，希望對(duì)于類似的工程起到一定的借鑒作用。

［1］姜躍良，何濤，田華.溪洛渡水電站進(jìn)水口分層取水措施設(shè)計(jì)［J］.水電站設(shè)計(jì)，2012(04):71-75.

［2］夏在森，喬國龍，李非.隔流墩在青草沙輸水干線進(jìn)水口工程中的應(yīng)用研究［J］.甘肅水利水電技術(shù)，2013(03):20-23，46.

TV671

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1007-7596(2014)06-0115-02

2013-12-07

龍祥能 (1987-)，男，貴州惠水人，助理工程師，從事水利工程設(shè)計(jì)。