李團(tuán)部

摘 要：該文先分析了河畔水庫工程的現(xiàn)狀和除險加固必要性，之后闡述了塔式進(jìn)水口設(shè)計任務(wù)和指導(dǎo)思想，最后詳細(xì)分析了塔式進(jìn)水口的設(shè)計要點和運行工況。旨在水利工程設(shè)計人員進(jìn)水口設(shè)計中對設(shè)計方案進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化提供參考。

關(guān)鍵詞：水庫除險加固 塔式進(jìn)水口 要點分析

中圖分類號：TV222 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（c）-0039-02

新中國成立以來，我國在水庫樞紐建設(shè)領(lǐng)域取得了巨大的成就，水庫的興建提高了下游的防洪安全，為農(nóng)業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了條件，提高了河道通航條件，水力發(fā)電量也與日俱增，保障居民生產(chǎn)生活用水，水庫樞紐帶動了我國經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展。大壩、溢洪道、放水洞通常稱為水庫三大件。

1 工程概況和除險加固必要性

河畔水庫位于蘆河支流東蘆河上游，水庫大壩位于靖邊縣楊米澗鄉(xiāng)河畔村，距靖邊縣城46 km。水庫是以防洪、攔沙為主的中型Ⅲ等水利樞紐，水庫原設(shè)計總庫容2 010萬m3，水庫工程由大壩和放水建筑物組成，大壩原設(shè)計為水墜均質(zhì)土壩，泄水洞于1980年建成，位于大壩右岸，進(jìn)口無控制設(shè)施，洞壁無任何襯砌，出口無消能設(shè)施。1999年7月原泄水洞中部塌方，阻斷庫水下泄，當(dāng)年10月當(dāng)?shù)卮逦M織群眾在原泄水洞塌方段右側(cè)重新開了一條土質(zhì)旁洞，其進(jìn)出口段仍利用原泄水洞，暫時保證了庫水下泄，但仍未對洞內(nèi)斷面進(jìn)行襯砌。遂洞圍巖為黃土狀壤土，因長期的風(fēng)化、水流沖刷和圍巖壓力作用使原斷面不斷塌落擴(kuò)大，有時因土洞塌落而阻斷下泄水流，威脅大壩安全，難以滿足防洪泄水要求。為確保河畔水庫大壩安全運行和下游庫壩群的防洪安全，充分發(fā)揮水庫的效益和科學(xué)管理水庫，對水庫除險加固十分必要。

2 塔式進(jìn)水口設(shè)計任務(wù)和指導(dǎo)思想

從放水建筑物的塔式進(jìn)水口曲線段到進(jìn)水口末端與放水洞連接處止的設(shè)計，設(shè)計的內(nèi)容包含設(shè)計參數(shù)選擇、進(jìn)水口總體布置、水力計算、細(xì)部構(gòu)造設(shè)計、施工技術(shù)要求、工程量計算以及其他輔助設(shè)施的設(shè)計。

塔式進(jìn)水口是建造不依靠岸坡的塔，常用于岸坡巖石較差，覆蓋層較厚，不宜采用靠岸設(shè)進(jìn)水口的情況。塔底設(shè)閘門，塔頂設(shè)操作平臺和啟閉機(jī)室，通過工作橋與壩頂或岸坡相連。塔身采用封閉式塔，水平斷面采用圓形；封閉式塔可在不同的高程設(shè)進(jìn)水口，可進(jìn)行“分層取水”，圓形斷面的受力條件較好，在實際工程中采用較多，根據(jù)該工程特點和地質(zhì)條件，選用封閉式塔式進(jìn)水口最合理。

3 塔式進(jìn)水口設(shè)計要點和工況

根據(jù)該工程規(guī)模，按照水利水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，河畔水庫屬中型水庫三等工程，進(jìn)水口為該工程之重要建筑，應(yīng)按3級建筑物設(shè)計，次要建筑物級別為4級，臨時建筑物按5級建筑物設(shè)計。洪水標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)流量見表1。

放水塔地基土表層有薄層全新統(tǒng)崩、坡積物，厚度2～3 m，下部為中更新統(tǒng)風(fēng)洪積黃土狀壤土（Q2 eol+pl），其承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk=150～160 kPa，建議清除表層崩、坡積物及疏松黃土狀壤土，基礎(chǔ)置于中密的黃土狀壤土上。

工作運行狀況及分析：該放水建筑物進(jìn)水口為塔式進(jìn)水，放水塔底孔進(jìn)口高程1 448.0 m，工作平臺高程取1 469.0 m，承臺高程1 446.8 m，塔高22.2 m；放水塔形狀為圓形，內(nèi)徑3.0 m?？紤]到水庫的主要功能為攔泥，淤積面將逐年抬高，設(shè)三層進(jìn)口和一個出口，進(jìn)口孔口尺寸為1.2 m×1.2 m，三層進(jìn)口之間間距為6 m，下層進(jìn)口底部高程為1 448.0 m，中層進(jìn)口底部高程為1 455.2 m，上層進(jìn)口底部高程為1 462.4 m。在使用年限內(nèi)，按淤積的不同程度，淤積面與上一層進(jìn)口底齊平時，廢棄下一層進(jìn)口，在放水塔運行時，考慮到放水洞的過流要求，下一層進(jìn)口運行時，應(yīng)將相臨上一層進(jìn)口封堵，以免放水流量過大，破壞放水建筑物。

通過查庫容曲線，考慮設(shè)計和校核情況下的洪水總量，計算出上、中、下層進(jìn)口的設(shè)計和校核洪水位。采用公式Q=σSцenb[2g（HO-εe）]0.5計算設(shè)計和校核情況下各層進(jìn)口最大水頭時過流流量。見表2。

閘門泄水規(guī)模復(fù)核：閘門泄水規(guī)模按最不利情況下（最上層進(jìn)水）30天泄完壩址以上流域設(shè)計三日總洪量的要求計算，壩址以上設(shè)計三日總洪量294萬m3（河畔水庫設(shè)計三日洪量），30天泄完。

平均每秒泄量=2 940 000/（30×24×60×60）=1.14 m3/s。

由于泄水的過程是一個逐漸變小的過程，經(jīng)計算，放水塔泄水是流量隨水位降低而變小的一個下凹曲線，故保守期間，取2倍的平均泄量為泄水規(guī)模：

Q泄水規(guī)模=2×1.14=2.28 m3/s，取3 m3/s。泄水規(guī)模小于設(shè)計洪水時上層進(jìn)口的泄量，故進(jìn)口尺寸滿足泄水規(guī)模的要求。

放水能力按照閘孔出流水力計算公式計算，計算公式如為：

Q=μbe

閘門運行中，最大水頭為11.52 m，出現(xiàn)在運用底孔時，上游淤積面達(dá)到中孔，遇校核洪水，此時開度0.3 m?？紤]閘門安全運行，根據(jù)實際需要合理開啟閘門，流量控制在3 m3/s以內(nèi)，以免對放水建筑物造成破壞。

放水塔內(nèi)徑為3 m，故采用一些工程措施來減小水流對塔壁、塔底的破壞，措施是增大塔壁厚度為50 cm，增大保護(hù)層厚度為8 cm，取跌坑深度為1.2 m，承臺厚1.5 m。

閘門啟閉力計算：根據(jù)《水利水電工程鋼閘門設(shè)計規(guī)范》選用公式如下。

閉門力計算公式：Fw=nT（Tzd+Tzs）-nGG+Pt；

啟門力計算公式：FQ=nT（Tzd+Tzs）+PZ+nGG+Gj+Ws。

經(jīng)計算閉門力為13.51 T，啟門力18.22 T，根據(jù)計算結(jié)果選用20 T手電兩用螺桿式啟閉機(jī)。

水庫正常運行時塔外有水，塔身猶如殼體，承受了很大的浮托力，設(shè)計時應(yīng)計算其浮托力，如果塔體自重小于浮托力，塔體將極為不穩(wěn)定，故大多放水塔都在設(shè)計中有灌注樁基礎(chǔ)，不但增加自重，而且具有一定的抗拔摩擦力。

放水塔剛建成或放空水庫后塔外無水，塔身自重全部由地基承擔(dān)，應(yīng)計算其地基承載力，一般塔身坐落在放大基礎(chǔ)承臺上，如果承臺計算尺寸過大，也可在承臺下再增加灌注樁基礎(chǔ)，以端承樁最好，如基巖埋藏太深，則應(yīng)計算出摩擦樁的根數(shù)（灌注樁根數(shù)不少于3根）、直徑和長度，以滿足塔基安全穩(wěn)定要求。

4 結(jié)語

根據(jù)目前已建成的水庫，大部分放水建筑物進(jìn)口應(yīng)用的是塔式進(jìn)水口。20世紀(jì)50、60年代建成的許多水庫工程用的是臥管取水，取水不便，存在安全隱患，在水庫除險加固中大多都改建成塔式進(jìn)水口，提高了水庫取水效率和安全性。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊永忠.龍洞水庫工程設(shè)計及方案優(yōu)化[J].甘肅農(nóng)業(yè)，2006（7）：247.

[2] 張曉，時鐵城，阮建飛，等.嶗山水庫除險加固工程設(shè)計[J].中國水利，2011（20）：43-45.

[3] 刁偉偉.胡莊水庫應(yīng)急專項除險加固工程設(shè)計簡述[J].山西水利，2013（12）：30-31.endprint