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        劉家水庫側(cè)堰式溢洪道除險加固設(shè)計

        2014-07-25 09:16:02
        陜西水利 2014年2期
        關(guān)鍵詞:消力池邊墻溢洪道

        郭 麗

        (撫順市水利勘測設(shè)計研究院 遼寧 撫順 113008)

        側(cè)槽溢洪道是依據(jù)山體開挖的由溢流堰、側(cè)槽、陡槽和消能設(shè)施等組成的泄水建筑物,現(xiàn)以劉家水庫除險加固工程為例,具體分析和研究側(cè)槽式溢洪道除險加固設(shè)計的相關(guān)問題。

        1 溢洪道現(xiàn)狀

        劉家水庫位于新賓鎮(zhèn)西北2km處,蘇子河支流上,壩址以上集水面積6.4km2,河道長度4.6km,河道平均比降18.0‰,是一座防洪、灌溉為主的?。?)型水利樞紐工程。

        溢洪道位于左壩端,為開敞式側(cè)槽溢洪道,由溢流堰、側(cè)槽、泄槽、消力池組成。堰型式為寬頂堰,堰頂高程為53.10m,堰高1.0m,堰體凈寬22.0m。側(cè)槽段平均寬度3m,下游泄槽段泄流斷面狹窄,平均寬度2.0m,兩側(cè)和泄槽底均無護(hù)砌。左側(cè)山體坡度陡,巖石破碎風(fēng)化嚴(yán)重,塊石塌落于側(cè)槽和泄槽中,影響泄洪,消力池底板破損,邊墻基礎(chǔ)沖刷嚴(yán)重。

        2 溢洪道存在問題及復(fù)核情況

        2010年11月,有關(guān)水利專家對本水庫樞紐建筑物進(jìn)行全面的安全和質(zhì)量核查,經(jīng)分析,溢洪道現(xiàn)狀存在的主要問題是:

        (1)溢洪道泄流斷面狹窄,泄洪能力不夠。

        (2)左側(cè)山體坡度陡,巖石破碎風(fēng)化嚴(yán)重,巖石脫落影響行洪。

        (3)泄槽兩側(cè)及底板無防護(hù)。

        (4)消力池底板局部破損,邊墻基礎(chǔ)沖刷嚴(yán)重。

        3 溢洪道加固設(shè)計

        3.1 溢洪道布置

        本次溢洪道加固設(shè)計方案為溢洪道位于左壩端,為開敞式側(cè)槽溢洪道,由進(jìn)口段、溢流堰、側(cè)槽、泄槽、消能段組成。堰型式為實用堰,堰頂高程為53.10m,堰高1.0m,控制段堰體凈寬24.0m。

        樁號0+000.00~0+023.81為側(cè)槽段,寬度由3.0m漸變至6.0m,底部為300mm厚鋼筋混凝土底板,槽底坡降i=0.088,左側(cè)修貼坡式鋼筋混凝土邊墻,邊墻與山體間采用錨桿加固,錨桿長度3m。

        樁號0+023.81~0+066.80為泄槽段,底寬6m,底部為300mm厚鋼筋混凝土底板,槽底坡降i=0.06,左右兩側(cè)修貼坡式鋼筋混凝土邊墻。邊墻與山體間采用錨桿加固,錨桿長度3m。

        樁號0+066.80~0+078.80為消能段,采用擴散式綜合消力池消能,底寬由6m漸變 8m,池長12m,池深 0.8m,坎高 0.2m,消力池為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

        3.2 溢洪道水利計算

        3.2.1 泄流能力計算

        劉家水庫溢洪道為實用堰,凈寬24.0m,堰頂高程53.10m,泄流能力按《溢洪道設(shè)計規(guī)范》(SL253-2000)中的A.2.3泄流公式計算:

        由上式求得溢流堰泄流能力曲線見表1。

        3.2.2 側(cè)槽水力計算

        (1)控制斷面確定

        側(cè)槽水面線計算先確定控制斷面,按《水利計算手冊》(第一版)中側(cè)槽水流控制斷面確定的計算方法,設(shè)一定底坡i,使其臨界水深發(fā)生在側(cè)槽末端斷面位置,則控制斷面為側(cè)槽出口斷面。計算方法和步驟如下:

        ①在側(cè)槽中選定若干斷面,各斷面距槽首的距離為 s1、s2……sn;

        ②計算上述各斷面的流量Q1、Q2……Qn及相應(yīng)的臨界水深 hk1、hk2……h(huán)kn;

        ③計算上述各斷面相應(yīng)于臨界水深的過水?dāng)嗝婷娣eωk1、ωk2……ωkn,水面寬度Bk1、Bk2……Bkn;

        ④以s為橫坐標(biāo),以ωkBk為縱坐標(biāo),畫s~ωkBk的關(guān)系曲線;

        ⑤由s~ωkBk關(guān)系曲線上取ωkBk=(αQ0/(g0.5i0L))2,此值對應(yīng)的距離 sk為臨界水深發(fā)生斷面的位置。式中Q0為側(cè)槽出口斷面的流量,L為槽長,i0為側(cè)槽的底坡。

        由以上步驟計算;當(dāng) i0=0.088,hk=1.646m(P=5%)時,sk=23.81m,正好位于側(cè)槽出口斷面。由此斷面作為控制斷面向上向下推求水面線。

        (2)起始斷面水深計算

        側(cè)槽末端斷面為0+023.81,該處水深hk,按《水利計算手冊》(第二版)明槽恒定漸變流臨界水深計算:

        表1 水庫水位~泄量關(guān)系

        表2 側(cè)槽段水面線成果表

        表3 陡槽段水面線成果表

        式中,Q,а——流量和動能修正系數(shù),а=1;

        Bk、Ak——hk時的水面寬和過水?dāng)嗝婷娣e;

        經(jīng)計算得hk=1.646m(P=5%),hk=1.467m(P=10%)。

        (3)側(cè)槽水面線計算

        把側(cè)槽分為5個斷面,水面線按《水利計算手冊》(第二版)側(cè)槽內(nèi)水面線公式分段計算:

        通過試算得出側(cè)槽段不同頻率水面線結(jié)果如表2。

        3.2.3 陡槽水力計算

        (1)起始斷面水深計算

        陡槽起始斷面為0+023.81,該處水深h與側(cè)槽起始斷面臨界水深一致,hk=1.646m(P=5%),hk=1.467m(P=10%)。

        (2)陡槽水面線計算

        陡槽水面線根據(jù)能量方程,采用規(guī)范SL253-2000中的公式,用分段求和法計算。

        (3)陡槽段水流摻氣水深按

        (4)溢洪道陡槽邊墻

        安全加高按公式:H=hb+Δh

        陡槽段不同頻率水面線計算結(jié)果見表3。

        4 結(jié)語

        本次溢洪道除險加固設(shè)計經(jīng)過多次調(diào)整、計算和比較,確定合理除險加固方案。對于側(cè)槽溢洪道的除險加固設(shè)計,主要是找出溢流堰、側(cè)槽、陡槽之間的相互關(guān)聯(lián)和制約關(guān)系,確定三者之間的水面線銜接,保證安全泄洪,合理利用地形、地質(zhì)條件布置溢洪道,既控制工程量節(jié)約投資又減少對環(huán)境的破壞。陜西水利

        [1]武漢水利電力學(xué)院水力學(xué)教研室編.水力計算手冊(第二版)[M],北京:水利電力出版社,1983.

        [2]水利部天津水利水電勘測設(shè)計研究院.溢洪道設(shè)計規(guī)范(SL253—2000)[S],北京:中國水利水電出版社,2000.

        [3]水利電力部水利水電規(guī)劃設(shè)計院.水工設(shè)計手冊[M],北京:水利電力出版社,1987.

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