【摘要】本文以鐵門代水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中應(yīng)用虹吸式放水涵管為例，對(duì)施工中重點(diǎn)作出了分析，希望能為同類工程壩下涵管改造提供成功的經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】鐵門代水庫(kù) 虹吸式 放水涵管 除險(xiǎn)加固

前言

徐聞縣的小型水庫(kù)，大多建于上世紀(jì)的五、六十年代，放水涵管有的采用瓦管連接，外包水泥石灰砂漿，有的為漿砌石拱涵或砼圓涵；放水涵管的斷面小，難以進(jìn)入檢查維修。不少涵管及其進(jìn)水口建筑物出現(xiàn)漏水問(wèn)題，經(jīng)反復(fù)維修，都有不能徹底解決問(wèn)題，導(dǎo)致水庫(kù)不能正常蓄水運(yùn)用，大大降低了效益。近年來(lái)，我們結(jié)合工程實(shí)際，在多宗小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中運(yùn)用了虹吸式放水涵管的方案，下面就鐵門代水庫(kù)放水涵管更新改造實(shí)踐介紹該技術(shù)的應(yīng)用情況。

1 工程概況

鐵門代水庫(kù)位于廣東省徐聞縣龍?zhí)伶?zhèn)西南部，座落于黃定河下游，距離龍?zhí)伶?zhèn)鎮(zhèn)約6公里，距離徐聞縣城約22公里。鐵門代水庫(kù)樞紐工程于1957年10月動(dòng)工興建，1959年11月水庫(kù)基本建成，同年12月全面發(fā)揮效益。鐵門代水庫(kù)是一宗以灌溉為主，兼顧防洪、養(yǎng)殖及多種經(jīng)營(yíng)等綜合利用的?。ㄒ唬┬退畮?kù)。水庫(kù)設(shè)計(jì)灌溉面積0.21萬(wàn)畝，現(xiàn)實(shí)際僅灌0.15萬(wàn)畝。由于年久失修， 涵管多處開裂， 不僅影響工程效益， 而且危及大壩安全。經(jīng)多方案比較后，設(shè)計(jì)選用虹吸式放水涵管代替埋在壩內(nèi)涵管對(duì)水庫(kù)放水。

2 虹吸式放水涵管設(shè)計(jì)

2. 1 虹吸式放水涵管工作原理

虹吸式放水涵管工作時(shí)， 必須先排除管內(nèi)空氣，使管內(nèi)形成真空， 涵管起虹吸作用， 使水庫(kù)的水從涵管進(jìn)口上升到涵管的頂部， 從而源源不斷向下游涵管出口流出。

2. 2 虹吸式放水涵管設(shè)計(jì)

虹吸式放水涵管設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是計(jì)算虹吸式放水涵管的過(guò)水流量和校核虹吸式放水涵管頂部最大真空度。鐵門代水庫(kù)虹吸式放水涵管總長(zhǎng)58m， 內(nèi)徑30cm，采用6mm厚的A3 鋼板焊制而成。其中上游段長(zhǎng)16cm，下游段長(zhǎng)25m，貫穿上部壩體的駝峰段長(zhǎng)17m，駝峰段為水平段。

2.3 虹吸式放水涵管的布置

鐵門代水庫(kù)虹吸式放水涵管主要包括鋼管、進(jìn)口底閥、進(jìn)出水池、充水管、排氣管、放水閘閥及鎮(zhèn)墩、支墩等，進(jìn)水口高程為48.3m， 較水庫(kù)原死水位低0.7m， 充水管徑 Φ60， 排氣管徑Φ40， 兩者均設(shè)于駝峰段上游一側(cè)，兩管管頂高程56.25m， 較正常高水位高0.75m；出水口高程為46.3m，較引水渠渠底低0.2m，放水閘閥設(shè)于壩后平段，以利操作；吸水鋼管上游段設(shè)一法蘭，以便進(jìn)水底閥拆卸維修，下游段兩鎮(zhèn)墩之間亦設(shè)一法蘭，作伸縮節(jié)使用；放水閘閥附近幾米鋼管不固封，以便閘閥能夠拆卸維修；駝峰段鋼管中心高程55.50m，較原水庫(kù)死水位高6.5m，并與水庫(kù)正常高水位持平，破壩最大深度2.8m。

2.4水力計(jì)算

（1）流量計(jì)算

虹吸式放水涵管為淹沒(méi)出流，采用有壓管（短管）計(jì)算公式：

在上式中，W為鋼管截面，H 為上下游水位差，U為流量系數(shù)， 為虹吸管沿程水頭損失系數(shù)，L為管長(zhǎng)，d為管徑， 為虹吸管局部水頭損失系數(shù)總和。根據(jù)鐵門代水庫(kù)虹吸管徑D=0.3M，管長(zhǎng) L=0.3m，水庫(kù)處于死水位時(shí)虹吸管上下游水位差H=2.2m，查算虹吸管的沿程和局部水頭損失系數(shù)，計(jì)算得水庫(kù)處于死水位時(shí)虹吸式放水涵管放水流量為0.4m3/s，滿足要求放水流量大于0.11m3/s的要求。

（2） 虹吸式放水涵管頂部最大真空度校核

虹吸式放水涵管最大真空發(fā)生在管頂最高管段內(nèi)， 最低壓強(qiáng)在管段末端的彎頭斷面， 包括彎頭水頭損失， 而在下游管段部位能轉(zhuǎn)為壓能， 壓強(qiáng)沿程增加， 所以最大真空度核算斷面選在鐵門代水庫(kù)虹吸式放水涵管。

虹吸式放水涵管頂部的理論最大真空值等于1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，即10 m 水柱高度， 實(shí)際上， 虹吸式放水涵管頂部無(wú)法達(dá)到這種完全真空狀態(tài)， 當(dāng)虹吸式放水涵管的壓強(qiáng)接近該溫度下的汽化壓強(qiáng)時(shí)， 液體就會(huì)產(chǎn)生汽化， 破壞水的連續(xù)性， 因此虹吸式放水涵管頂部最大真空值不能超過(guò)當(dāng)?shù)卮髿鈮号c水飽和蒸汽壓強(qiáng)之差， 水在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下， 不同溫度下蒸汽壓強(qiáng)值在0.06-4.98 m 水柱高度，而縣最高氣溫為 40。C； 其次考慮一定安全值1m水柱高度左右， 所以鐵門代水庫(kù)虹吸式放水涵管的真空值采用8m水柱高度。

3 優(yōu)越性評(píng)價(jià)

（1）避免了涵管漏水隱患，提高了安全性由于虹吸式放水涵管要求具有較高的氣密性，一旦涵管漏水，管內(nèi)真空現(xiàn)象即被破壞，涵管將不能正常工作，故無(wú)論涵管正常運(yùn)行與否，均不會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)涵管漏水危及大壩安全的隱患。另外，由于駝峰段安裝高程較高穿壩涵管處水壓較小，出現(xiàn)填土與管壁接觸面漏水的機(jī)會(huì)較低，故虹吸式放水涵管與傳統(tǒng)的壩底埋涵相比，避免了底涵的漏水隱患，提高了土壩與涵管運(yùn)行的安全性能。

（2）運(yùn)行管理方便

由于虹吸式放水涵管除駝峰段外均沿壩面架設(shè)，放水閘閥設(shè)在背水坡腳操作方便，進(jìn)水底閥可在上游管道法蘭處拆卸維修，故具有操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行觀測(cè)容易，維護(hù)檢修方便等優(yōu)點(diǎn)。鐵門代水庫(kù)虹吸式放水涵管于2000 年4月建成，經(jīng)過(guò)兩年的運(yùn)行考驗(yàn)，工程運(yùn)行狀況良好，相隔一個(gè)月放水，只需在充水管處加水10kg 即可正常運(yùn)行。

（3）縮短工期

由于虹吸式放水涵管可在工廠卷制好再運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)拼裝，因而具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便、節(jié)約工期的優(yōu)點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，合門水庫(kù)虹吸式放水涵管現(xiàn)場(chǎng)施工工期僅為20d；比傳統(tǒng)的破壩重建底涵可節(jié)省工期2/3。

4 個(gè)人經(jīng)驗(yàn)

（ 1） 在滿足最大真空度的前提下， 充分利用庫(kù)容， 盡可能降低進(jìn)水口高程。

（ 2） 為延長(zhǎng)管道的壽命， 減少管道漏氣， 除埋壩管段做好防腐外， 其余管道均安裝距壩坡面30 cm左右， 并進(jìn)行防腐處理；

（ 3） 為避免上游進(jìn)水口底閥被垃圾卡住， 進(jìn)水口設(shè)置進(jìn)水池及攔污設(shè)施；

（ 4） 為減少充水時(shí)間及勞動(dòng)強(qiáng)度， 配備移動(dòng)式抽水設(shè)備用于充水， 通電的水庫(kù)配備一套單相抽水泵， 沒(méi)有通電的水庫(kù)可配備一套農(nóng)用柴油抽水機(jī)；

（ 5） 為減少管道漏氣， 全部管道最好采用無(wú)縫鋼管；

（ 6） 虹吸式放水涵管安裝連接要密封， 確保管道不漏氣、不漏水， 特別是在鋼管連接以及閥門安裝等環(huán)節(jié)時(shí)應(yīng)注意施工質(zhì)量；

（ 7） 為了充分發(fā)揮水庫(kù)效益， 在設(shè)計(jì)及施工時(shí)， 應(yīng)注意虹吸式放水涵管進(jìn)口安裝高程及埋壩段安裝高程方案比選。

5 結(jié)語(yǔ)

鐵門代水庫(kù)放水涵管改建竣工后運(yùn)用至今 2 年多，工況正常，工程效果良好，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。該水庫(kù)虹吸式放水涵管的運(yùn)用實(shí)踐證明：虹吸式放水涵管具有施工容易，工期短，便于渡汛；節(jié)省投資，操作、維護(hù)和運(yùn)行管理方便；改變傳統(tǒng)的底涵取水方式為虹吸管放水，較好地解決了壩內(nèi)涵管普遍存在的滲漏問(wèn)題。該技術(shù)值得在小型水庫(kù)放水涵管更新改造中推廣應(yīng)用。

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