許春波，宋 妍

( 黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱150080)

前進(jìn)水庫(kù)位于黑龍江省賓縣民和鄉(xiāng)的東北部，距賓縣縣城28 km，地理坐標(biāo)為北緯45°42'，東經(jīng)127°35'，屬于大通河上游的一級(jí)支流，是一座以楊家崗溝為主要水源，以灌溉為主，結(jié)合防洪、養(yǎng)魚(yú)等多種經(jīng)營(yíng)的小(1) 型水庫(kù)。前進(jìn)水庫(kù)壩址以上集水面積17 km2。

1 工程現(xiàn)狀

前進(jìn)水庫(kù)始建于1958年，1967年續(xù)建，1975年水庫(kù)3 項(xiàng)主體工程基本竣工。水庫(kù)經(jīng)20 多年運(yùn)行，發(fā)揮了顯著效益，原灌溉水田116 hm2，養(yǎng)魚(yú)15 萬(wàn)尾，年平均捕魚(yú)2 000 kg;防洪保護(hù)5個(gè)村屯，人口2 200人，農(nóng)田1 000 hm2。

前進(jìn)水庫(kù)位于山丘區(qū)，但大壩擋水高度低于15 m，且上下游水頭差＜10 m，洪水標(biāo)準(zhǔn)按平原區(qū)確定，本次復(fù)核按《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》( SL252－2000) ，水庫(kù)等級(jí)為Ⅳ等，水庫(kù)最大庫(kù)容大于100 ×104m3，按平原區(qū)小(1) 型水庫(kù)下限10 a一遇洪水設(shè)計(jì)，50 a一遇洪水校核。設(shè)計(jì)洪水位為134.97 m，相 應(yīng) 庫(kù) 容 為180.64 ×104m3，相 應(yīng) 泄 量 為7.83 m3/s; 校核洪水位為135.64 m，相應(yīng)庫(kù)容為236.36 ×104m3，相應(yīng)泄量為22.38 m3/s。

前進(jìn)水庫(kù)為Ⅳ等工程，主要建筑物為4 級(jí)，主體工程由土壩、溢洪道和輸水洞3 部分組成。

輸水洞位于土壩右端，底高程131.50 m，為壩下埋管，洞長(zhǎng)20 m，管徑100 cm，為水泥管連接，基礎(chǔ)為漿砌石。2008年對(duì)進(jìn)出口進(jìn)行維修，進(jìn)口為混凝土啟閉臺(tái)，平板鋼閘門(mén)，出口重新修建了消力池，但水泥管洞身未做處理，目前洞身水泥管斷裂，接縫處漏水嚴(yán)重。

2 工程布置

本次除險(xiǎn)設(shè)計(jì)對(duì)原有輸水洞進(jìn)行拆除重建。

輸水洞位于土壩右岸，土壩樁號(hào)0 +395 處，采用鋼筋混凝土方涵。按死水位過(guò)灌溉流量計(jì)算確定進(jìn)口底高程為131.00 m。

輸水洞主要由進(jìn)口段、閘室段、洞身段、消力池、海漫段等組成。

進(jìn)口段:采用鋼筋混凝土U 型槽結(jié)構(gòu)，底寬1.2 m，長(zhǎng)度為7.00 m，底板頂高程為131.00 m，底板厚0.6 m。

閘室段:由2.5 m閘室及3.0 m涵洞組成，全長(zhǎng)5.50 m，閘室段凈寬1.2 m，底板頂高程為131.00 m，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，閘室邊墩頂高程為134.80 m，邊墩寬0.8 m，底板厚1.0 m。涵洞結(jié)構(gòu)尺寸為1.2 m×1.6 m×1( 寬× 高× 孔) 。閘室設(shè)一扇工作門(mén)，一扇檢修門(mén)，上部設(shè)有排架及工作橋。

洞身段: 為鋼筋混凝土方涵，結(jié)構(gòu)尺寸為1.2 m×1.6 m×1( 高×寬×孔) ，共分2 節(jié)，每節(jié)9.0 m，總長(zhǎng)為18.0 m。洞壁厚0.4 m，進(jìn)口底高程為131.00 m，出口底高程為130.82 m。

消力池段:采用鋼筋混凝土U 型槽結(jié)構(gòu)，凈寬1.2 m，長(zhǎng)度為12.0 m，池深0.7 m，底板頂高程為129.80 m，底板厚0.6 m。

海漫段: 海漫段長(zhǎng)20.0 m，底寬為1.2 m，渠底高程為130.50 m。護(hù)砌采用厚30 cm干砌塊石護(hù)砌，下設(shè)15 cm砂礫石墊層及無(wú)紡布一層。海漫段后接灌溉渠道，邊坡1∶2.0。

3 工程設(shè)計(jì)

3.1 水力計(jì)算

輸水洞不參與泄洪，灌溉期為控制泄流。輸水洞過(guò)流能力計(jì)算，復(fù)核興利情況及枯水期情況輸水洞過(guò)流能力及結(jié)構(gòu)尺寸是否滿足設(shè)計(jì)要求。

3.1.1 水力設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)水位與流量見(jiàn)表1。

表1 水力參數(shù)表

3.1.2 過(guò)流能力計(jì)算

涵洞的過(guò)流能力按無(wú)壓涵公式計(jì)算:

式中:Q 為涵洞過(guò)流量，m3/s; B 為洞寬，m，取1.2 m; H0為包括行進(jìn)流速水頭在內(nèi)的進(jìn)口水深，m; g 為重力加速度，g =9.81 m/s2;hs為洞進(jìn)口內(nèi)水深，m，對(duì)短洞可按hs=h－iL 計(jì)算求得，對(duì)長(zhǎng)洞需以出口水深為控制水深，從出口斷面向上游推算水面線以確定洞進(jìn)口內(nèi)水深; m 為流量系數(shù)，可近似采用m=0.36;ε 為側(cè)收縮系數(shù)，可近似采用ε=0.95;σ 為淹沒(méi)系數(shù); v 為上游行進(jìn)流速，m/s; 經(jīng)計(jì)算: Q =0.72 m3/s ＞0.70 m3/s，洞高1.6 m滿足凈空要求。灌溉最低水位時(shí)，灌溉洞能放出灌溉流量即滿足要求。

3.1.3 消能計(jì)算

根據(jù)前進(jìn)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。

1) 收縮水深可按下式計(jì)算:

式中:hc為收縮水深，m;T0為總勢(shì)能，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;φ 為流速系數(shù)，取0.95 值。

2) 躍后水深可按下式計(jì)算:

3) 出池落差可按下式計(jì)算:

式中:ΔE 為出池落差，m;h'

s 為出池河床水深，m。

4) 消力池深度可按下式計(jì)算:

濕式電除塵器的結(jié)構(gòu)與干式電除塵器相類似，均有相應(yīng)的進(jìn)出口喇叭、殼體、灰斗、電場(chǎng)陰陽(yáng)極等基本的結(jié)構(gòu)，其主要區(qū)別在于，干式除塵器采用機(jī)械振打清灰，而濕式除塵器采用水沖洗清灰。金屬板式濕電通常采用臥式，煙氣水平進(jìn)風(fēng)水平出風(fēng)；而導(dǎo)電玻璃鋼管式濕電采用立式布置，煙氣方向?yàn)樯线M(jìn)下出或下進(jìn)上出。目前，燃煤電廠濕式除塵器的布置形式主要有以下2種類型：

式中:σ0為水躍淹沒(méi)系數(shù)，可采用1.05 ～1.10。

3.1.3.2 消力池長(zhǎng)度計(jì)算

1) 水躍長(zhǎng)度計(jì)算:

式中:Lj為水躍長(zhǎng)度，m。

2) 消力池長(zhǎng)度可按下式計(jì)算:

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。

3.1.3.3 海漫長(zhǎng)度計(jì)算

式中:Lp為海漫長(zhǎng)度，m;q'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: 消力池深0.25 m，水躍長(zhǎng)度為3.08 m，海漫長(zhǎng)8.78 m;取消力池深為0.8 m，池長(zhǎng)9.0 m，海漫長(zhǎng)15.0 m。

3.2 穩(wěn)定驗(yàn)算

主要是對(duì)選定的輸水建筑物工程的閘室、洞身等主要工程部件進(jìn)行抗滑、抗傾覆穩(wěn)定計(jì)算及地基承載力復(fù)核。

輸水洞基礎(chǔ)坐落在黏土地基上，地基容許承載力為［σ］=180 kPa。

3.2.1 閘室穩(wěn)定計(jì)算

抗滑穩(wěn)定計(jì)算采用抗剪斷強(qiáng)度公式，計(jì)算公式如下:

式中:Kc 為沿閘室基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù); ∑G 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;∑H 為作用在閘室上的全部水平向荷載，kN; ［Kc］為閘室沿基礎(chǔ)底面的容許抗滑穩(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。

3.2.2 閘室段地基應(yīng)力分析

計(jì)算公式:

式中:B 為閘室段長(zhǎng)，m;e 為偏心距，m; σmax、σmin分別為最大最小應(yīng)力，kPa;

∑G 為作用于堰體上的全部豎向荷載，kN; ∑M 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)。輸水洞穩(wěn)定計(jì)算成果詳見(jiàn)表2。

表2 輸水洞穩(wěn)定計(jì)算表

經(jīng)計(jì)算，基底垂直正應(yīng)力均為壓應(yīng)力，正應(yīng)力值均在本次地質(zhì)報(bào)告中給出的基礎(chǔ)低液限黏土［σ］=180 kPa范圍內(nèi)，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

3.2.3 洞身穩(wěn)定計(jì)算

經(jīng)計(jì)算輸水洞洞身段地基承載力=91.1 kPa ＜［σ］=180 kPa，滿足規(guī)范要求。

3.3 滲流分析

輸水洞上、下游水位差H=3.72 m，基礎(chǔ)為黏土。滲徑系數(shù)C=3 ～4，取C=4。

為滿足滲流穩(wěn)定要求，防滲長(zhǎng)度必須滿足以下公式:

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=3.72 ×4 =14.88m。本次設(shè)計(jì)輸水洞的防滲長(zhǎng)度為54.40 長(zhǎng)度，滲流穩(wěn)定。

3.4 抗凍設(shè)計(jì)

為防止凍脹破壞，輸水洞閘室基礎(chǔ)和側(cè)墻、洞身四周均采取防凍措施，保溫板鋪設(shè)及砂礫石回填均按《水工建筑物抗冰凍設(shè)計(jì)規(guī)范》( SL211－2006) 有關(guān)條款設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)在輸水洞閘室基礎(chǔ)及側(cè)面、洞身四周及擋土墻基礎(chǔ)及側(cè)面鋪設(shè)一層厚度為10 cm的擠塑保溫板。

根據(jù)《水工建筑物抗冰凍設(shè)計(jì)規(guī)范》( SL211－2006) ，保溫板的厚度可按下式計(jì)算:

式中:δx為保溫材料厚度，m; α 為系數(shù)，取α =0.33; ψd為－日照及遮蔭程度影響系數(shù)，ψd=1.03; ψi為典型斷面某部位的日照及遮陰程度修正系數(shù)，ψi=1.05; λx為保溫材料在自然狀態(tài)下的導(dǎo)熱系數(shù)，W/( m·℃) ，取λx=0.03; R0為工程保溫基礎(chǔ)設(shè)計(jì)熱阻值，m2·℃/W) ，取R0=3.07;δc為基礎(chǔ)材料厚度，m;δc=0.4;λc為基礎(chǔ)材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/( m·℃) ，對(duì)于混凝土板，取λc=2.94;K 為安全系數(shù)，取K=1.1。經(jīng)計(jì)算，需要的保溫板厚度為10 cm，設(shè)計(jì)保溫板厚度10 cm滿足要求。

4 結(jié) 語(yǔ)

水庫(kù)除險(xiǎn)加固后，可以從根本上解除水患，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。

［1］中華人民共和國(guó)水利部. GB50201－94 防洪標(biāo)準(zhǔn)［S］. 北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，1994.

［2］江蘇省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院. SL379－2007 水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范［S］. 北京:中國(guó)水利水電出版社，2007.

［3］江蘇省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院. SL265－2001 水閘設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2001.

［4］水利部東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院. SL211－98 水工建筑物抗凍設(shè)計(jì)規(guī)范［S］. 北京:中國(guó)水利水電出版社，1998.

［5］中華人民共和國(guó)水利部. GB50288－99 灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范［S］. 北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，1999.