鄭紅英
(遼寧省朝陽(yáng)市水利規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院,遼寧 朝陽(yáng) 122000)
雙石橋水庫(kù)溢洪道除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)分析
鄭紅英
(遼寧省朝陽(yáng)市水利規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院,遼寧 朝陽(yáng) 122000)
雙石橋水庫(kù)是一座以灌溉為主、兼有養(yǎng)魚(yú)等綜合功能的小(2)型水庫(kù)。溢洪道進(jìn)口段、控制段、陡槽段都沒(méi)有襯砌工程,沒(méi)有消能措施,成為威脅水庫(kù)安全的一個(gè)重要因素。且對(duì)下游農(nóng)田多次沖刷破壞。通過(guò)對(duì)溢洪道堰體、邊墻計(jì)算分析,確定溢洪道設(shè)計(jì)內(nèi)容。
溢洪道;泄量;邊墻;陡槽;消能
雙石橋水庫(kù)位于安縣花荄鎮(zhèn)馬鞍村,距花荄鎮(zhèn)6km,距安縣縣城7km。該水庫(kù)是一座以灌溉為主、兼有養(yǎng)魚(yú)等綜合功能的小(2)型水庫(kù)。水庫(kù)建在涪江水系安縣河的支流上。壩址以上流域面積0.89km2,壩址以上主河道長(zhǎng)0.85km,河槽比降20‰。
水庫(kù)樞紐工程由土壩、溢洪道,放水設(shè)施等組成[1]。
雙石橋水庫(kù)溢洪道位于大壩左岸,進(jìn)口屬于正槽開(kāi)敞式自由出流,進(jìn)口底高程為543.7m,堰頂凈寬4.0m,最大泄量6.345m3/s,溢洪道無(wú)消能設(shè)施,且未進(jìn)行襯砌。
溢洪道進(jìn)口段、控制段、陡槽段都沒(méi)有襯砌工程,沒(méi)有消能措施,成為威脅水庫(kù)安全的一個(gè)重要因素[2]。且對(duì)下游農(nóng)田多次沖刷破壞。
溢洪道位于大壩左岸,進(jìn)口段長(zhǎng) 5m,由 10m漸縮至 4m。堰長(zhǎng) 8m,底寬 4m,堰頂高程 543.7m。
3.1 本次設(shè)計(jì)采用有坎寬頂堰自由溢流的基本公式進(jìn)行計(jì)算
坎寬頂堰自由溢流的基本計(jì)算公式為:
(1)
計(jì)算庫(kù)水位—泄流量關(guān)系成果見(jiàn)表1。
表1 水位—泄流量關(guān)系表
3.2 根據(jù)能量方程式算出流量
計(jì)算公式為:
(2)
計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。
表2 庫(kù)水位—泄流量計(jì)算表
通過(guò)調(diào)洪演算,得出頻率P=5%的設(shè)計(jì)洪水位為544.93m,相應(yīng)庫(kù)容為25.43萬(wàn) m3,泄量為8.47m3/s;頻率P=0.5%的最高洪水位為545.37m,相應(yīng)庫(kù)容為28.71萬(wàn) m3,最大泄量為13.6m3/s。
3.3 溢洪道陡槽段不同頻率的水面線計(jì)算
利用公式求出陡槽起點(diǎn)水深,作為起點(diǎn)控制斷面水深[3]。計(jì)算公式為:
(3)
P=5%,q=2.118m3/s/m,g=9.81,hk=0.77m,P=0.5%,q=3.400m3/s/ m,g=9.81,hk=1.056m
利用公式計(jì)算臨界坡判斷陡槽流態(tài),計(jì)算公式為:
(4)
P=5%,ik=0.0048
水面線根據(jù)能量方程,用分段求和法計(jì)算,計(jì)算公式為:
(5)
計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。
表3 陡槽水面線計(jì)算結(jié)果
3.4 陡槽段水流摻氣水深計(jì)算
計(jì)算公式為:
(6)
陡槽摻氣水深見(jiàn)表4。
表4 陡槽摻氣水深計(jì)算結(jié)果
3.5 挑流消能水力計(jì)算
挑流水舌外緣挑距計(jì)算公式為:
(7)
挑流水舌外緣挑距計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。
表5 挑流水舌外緣挑距計(jì)算結(jié)果
沖刷坑最大水墊深度計(jì)算公式為:
(8)
計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6。
表6 沖刷坑最大的墊深度計(jì)算結(jié)果
3.6 溢洪道堰體及邊墻穩(wěn)定計(jì)算分析
本次設(shè)計(jì)溢洪道矩形槽底寬4m、邊墻采用變截面形式,頂寬40cm,底寬50cm,板厚30cm,槽身采用C25混凝土、Ⅱ級(jí)鋼筋。由計(jì)算得K=3.7>2.5,堰體是穩(wěn)定[4]。
引渠及陡槽邊墻為混凝土重力式擋土墻,擋土墻的結(jié)構(gòu)尺寸為墻高1.0~2.5m,頂寬0.4m,趾高0.4m,趾寬0.4m,踵高0.4m,踵寬0.4m,防滑凸榫高0.2m,寬0.65m,墻底寬1.6~2.2m[5-6]。
計(jì)算采用理正擋土墻計(jì)算軟件,計(jì)算成果見(jiàn)表7、表8。
表7 溢洪道引渠段邊墻穩(wěn)定計(jì)算成果表
表8 溢洪道陡槽段邊墻穩(wěn)定計(jì)算成果表
溢洪道邊墻各工況的穩(wěn)定計(jì)算均滿足規(guī)范要求。以上計(jì)算結(jié)果表明,邊墻抗滑穩(wěn)定計(jì)算滿足設(shè)計(jì)要求。
3.7 溢洪道陡槽邊墻高程的確定
陡槽邊墻高程計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表9。
表9 陡槽邊墻高程計(jì)算結(jié)果表
注:P=0.5%
根據(jù)上面計(jì)算表格,陡槽起點(diǎn)斷面邊墻高程為545.3m,而寬頂堰兩側(cè)邊墻頂高程為545.70m,考慮到工程的整體性,陡槽起點(diǎn)斷面兩側(cè)邊墻高程取545.70m,陡槽終點(diǎn)斷面兩側(cè)邊墻頂高程取539.90m。
本次溢洪道位置不變,位于大壩左岸,進(jìn)口段長(zhǎng)5m,底寬由10m縮窄到4m,邊墻C25鋼筋混凝土重力式,底板為40cm厚漿砌石襯砌。控制段長(zhǎng)8m,寬4m,寬頂堰堰頂高程543.7m。堰與邊墻為整體式C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),寬頂堰底板厚度0.4m。陡槽段底寬為4m,坡長(zhǎng)40m,陡坡坡比為1∶8.33,底板為0.4m厚C25鋼筋混凝土,邊墻為C25鋼筋混凝土重力式擋墻。消能措施采用挑流消能,C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。
[1]陳卓英,黃智敏,鐘勇明.潮安縣官塘橋閘除險(xiǎn)加固工程水工模型試驗(yàn)研究[J].廣東水利水電,2009(05):14-16.
[2]劉越.烏金塘水庫(kù)溢洪道除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)[J].東北水利水電,2010(07):01-03.
[3]李啟振.小型水庫(kù)溢洪道除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)[J].安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2010,13(03):37-39.
[4]于寧,馬秀鳳,尹志勤.側(cè)槽式溢洪道除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)研究[J].黑龍江水利科技,2008,36(05):24-25.
[5]李中澤,賈躍東.桐柏縣趙莊水庫(kù)溢洪道除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)[J].河南水利與南水北調(diào),2012(04):47-48.
[6]劉智慧,張偉瑩.依蘭縣西湖景水庫(kù)溢洪道除險(xiǎn)加固工程[J].黑龍江水利科技,2012,40(08):146.
1007-7596(2014)01-0111-03
2013-12-12
鄭紅英(1976-),女,河北唐山人,工程師。
TV651.1
B