者山河水庫取水兼放空建筑物布置及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算

摘 要：者山河水庫是一座具有農(nóng)村生活飲水和灌溉用水供水的綜合性水庫，在工程優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，結(jié)合工程特性、壩址區(qū)地形、地質(zhì)等情況，綜合考慮工程整體布置、施工難度及工程投資等因素，優(yōu)選“三孔合一多用途孔”從水庫取水。經(jīng)詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)算，優(yōu)化后的取水兼放空建筑物設(shè)計(jì)方案，具有較高的技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)合理性。

關(guān)鍵詞：者山河水庫；取水兼放空建筑物；進(jìn)口底板；設(shè)計(jì)計(jì)算

1 工程概況

安龍縣者山河水庫工程位于黔西南布依族苗族自治州安龍縣龍廣鎮(zhèn)納萬村，距離龍廣鎮(zhèn)政府6km。者山河水庫工程任務(wù)是為聯(lián)新村及轄區(qū)內(nèi)的7個(gè)村組共4789人及4311頭大小牲畜提供生活飲水以及解決下游3100畝農(nóng)田的灌溉用水問題。水庫壩址控制流域面積5.42km2，校核洪水位1261.70m，總庫容107.0萬m3；正常蓄水位1260.00m，相應(yīng)庫容93.0萬m3；死水位1245.50m，相應(yīng)庫容13.4萬m3，興利庫容79.6萬m3。壩型為混凝土重力壩方案，其樞紐布置為：混凝土重力壩+壩身溢洪道+左岸取水兼放空管+供水管線。工程為Ⅳ等小（1）型工程，擋水、泄水、取水兼放空建筑物為4級(jí)建筑物，次要建筑物為5級(jí)建筑物。

2 取水兼放空建筑物布置

可研階段審查意見：基本同意右壩段取水兼放空鋼管的設(shè)計(jì)布置。進(jìn)水口底高程為1242.50m，閘門井內(nèi)設(shè)2.0m×2.0m（寬×高）檢修閘門各一道，后接φ800壩內(nèi)埋管。

但在初步設(shè)計(jì)過程中，結(jié)合工程區(qū)地形條件，考慮到右岸為順向坡，取水兼放空建筑物布置在右岸會(huì)導(dǎo)致順向開挖邊坡的高度較高，為了減少工程開挖量，考慮將取水兼放空建筑物布置在左岸。在實(shí)施施工導(dǎo)流時(shí)，分期導(dǎo)流中的導(dǎo)流建筑物從地形條件上看[1]，宜布置在較平緩的左岸，避開較陡峭的右岸順向坡，導(dǎo)流需要的孔口尺寸為2.2×1.5m（寬×高）。為了減少導(dǎo)流洞與取水兼放空建筑物的干擾，考慮將取水兼放空孔與導(dǎo)流孔合為一體，故取水兼放空建筑物的空口尺寸需要擴(kuò)大為2.2×1.5m（寬×高），滿足導(dǎo)流需要。

取水兼放空建筑物布置在大壩左岸，取水口進(jìn)口底板高程為1242.50m，高于淤沙高程1242.10m。進(jìn)口為三面收縮的喇叭型，孔口尺寸為2.2×1.5m（寬×高）；攔污柵尺寸為2.2×2.0m（寬×高）攔污柵后設(shè)置1扇檢修閘門，檢修閘門尺寸為2.2×1.5m（寬×高），孔口尺寸為2.2×1.5m（寬×高）；壩身取水兼放空孔（施工期導(dǎo)流孔兼用）尺寸為2.2×1.5m（寬×高），孔口比降為1.5%，后接φ800的壓力鋼管，鋼管中心線高程1243.90m，管長10.0m，引水至大壩下游閘閥室，與輸水鋼管相連。

活塞閥室采用磚混結(jié)構(gòu)，閥室尺寸4.98m×7.00m，室內(nèi)凈空3.9m，室內(nèi)底板高程1262.35m，閥門中心線高程1243.90m，閥門進(jìn)口處設(shè)置φ800mm伸縮節(jié)。

3 取水兼放空建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 進(jìn)口底板高程的確定

3.2 井筒抗滑穩(wěn)定計(jì)算

底孔井筒頂高程1262.50m，建基面高程1241.00m，高21.5m，鋼筋混凝土容重25kN/m3，加上啟閉機(jī)室排架及啟閉機(jī)重量，計(jì)算基底應(yīng)力0.25MPa，遠(yuǎn)小于地基容許承載力3MPa，故井筒尺寸不受承載力控制。

3.3 進(jìn)口啟閉機(jī)室結(jié)構(gòu)

底孔進(jìn)口啟閉機(jī)室為框架結(jié)構(gòu)，共分為兩層，其中檢修平臺(tái)高程為1262.50m，啟閉平臺(tái)高程為1266.00m，屋頂高程為1269.60m。啟閉機(jī)室板梁柱均采用C25混凝土。啟閉機(jī)室設(shè)計(jì)荷載為：平板事故閘門作用于板梁柱上的啟閉力、人群荷載、自重。經(jīng)計(jì)算，確定：屋頂板厚度為120mm、啟閉平臺(tái)板厚度為200mm；屋頂排架橫梁斷面為600×700mm、啟閉平臺(tái)排架橫梁斷面為600×800mm；檢修平臺(tái)、啟閉平臺(tái)排架柱斷面分別為600×800mm、600×800mm。

3.4 出口閘閥室結(jié)構(gòu)

底孔出口閘閥室采用磚混結(jié)構(gòu)，閘閥室底板高程為1242.20m，屋頂高程為1246.10m。閘閥室采用M7.5磚砌墻，板梁柱均采用C25混凝土。閘閥室設(shè)計(jì)荷載為：3tU型吊鉤，板、梁自重。經(jīng)計(jì)算，確定：屋頂板厚度為120mm、屋頂橫梁斷面為300×400mm、屋頂圈梁斷面為240×400mm。

3.5 取水流量復(fù)核

根據(jù)簡單管道自由出流計(jì)算公式，考慮水庫運(yùn)行至死水位時(shí)仍需向下游供水，復(fù)核其取水流量是否滿足要求。管長30m，管徑0.8m，糙率0.012。經(jīng)計(jì)算，當(dāng)水庫運(yùn)行至死水位1245.50m時(shí)，作用水頭H0=1245.50-（1242.50+0.75）=2.25m，φ800鋼管引水流量為1.89m3/s>0.245m3/s最大一日引水流量，故滿足取水要求。

3.6 水庫放空時(shí)間計(jì)算

放空時(shí)間為：水庫從正常水位1260.00m起放，降至放空管中心線高程1243.90m時(shí)所需時(shí)間。在水位1260.00～1243.90m之間，每隔2m分一層。根據(jù)簡單管道自由出流計(jì)算，計(jì)算公式同取水流量復(fù)核公式[3]。計(jì)算結(jié)果表明：以水庫正常水位1262.00m至死水位高程1245.50m之間的庫容為放空庫容，初步計(jì)算得水庫放空時(shí)管道內(nèi)的水流流速在10.88m/s～2.30m/s之間，水庫放空時(shí)間為82.34h（3.4d）。

4 結(jié)束語

在對者山河水庫取水兼放空建筑物進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，充分結(jié)合壩址區(qū)地形地質(zhì)條件和工程開挖量等因素，科學(xué)合理進(jìn)行取水方案規(guī)劃設(shè)計(jì)。優(yōu)選將取水兼放空建筑物布置在較平緩的左岸的設(shè)計(jì)方案，有效避開較陡峭的右岸順向坡，起到減少工程開挖工程量，提高工程施工安全和項(xiàng)目投資經(jīng)濟(jì)效益的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]吳春占.舊院水庫工程導(dǎo)流 放空兼取水隧洞設(shè)計(jì)[J].中國水運(yùn)（下半月），2014，14（06）：187-188，287.

[2]李曉梅，王鵬飛.麻溝水庫導(dǎo)流兼放空隧洞設(shè)計(jì)與研究[J].河南水利與南水北調(diào)，2013（12）：46-47.

[3]胡 .六枝特區(qū)舊院水庫導(dǎo)流、放空兼取水隧洞設(shè)計(jì)[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011（12）：100.

作者簡介：謝文強(qiáng)（1989-），男，廣西省南寧市人，大學(xué)本科，助理工程師，主要從事水利水電工程水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。