者山河水库取水兼放空建筑物布置及结构设计计算

水库混凝土面板堆石坝建筑结构优化设计发表时间：2017-10-20T14:11:45.203Z 来源：《防护工程》2017年第15期作者：唐芝红[导读] 经设计方案的优化调整，水库枢纽总体布置方案为：混凝土面板堆石坝+岸边溢洪道+取水兼放空管（利用导流洞，洞内穿管）。

湟中县水务局青海西宁 810012摘要：水库工程为农村安全饮水重点水源工程，为提供村镇供水、工业园区供水和灌溉用水的综合型水库。

为提高水库工程质量，从分析该类型坝容易出现面板裂缝问题入手，以避免水库大坝面板出现裂缝问题。

关键词：水库；混凝土面板堆石坝；防止；裂缝1.工程概况某水库是以发电、农业灌溉和城镇供水为主，兼有农村人畜饮水等功能的一项综合性水利工程，坝址以上集雨面积101.65km2，水库正常蓄水位1416.00m，死水位1376.50，设计洪水位1416.36，校核洪水位1418.32m，总库容1995×104m3，兴利库容1345×104m3，死库容425×104m3，最大坝高95m，坝顶高程1419.80m。

工程等别Ⅲ等，工程规模为中等，其永久性建筑物大坝按2级设计，坝型为砼面板堆石坝，建设工期29个月。

2.混凝土面板易产生裂缝问题水库工程挡水建筑物为混凝土面板堆石坝，坝顶高程699m，河床段趾板建基面高程629.00m，最大坝高70m。

混凝土面板堆石坝技术发展迅速，在中国已有30多年的历史，该坝型具有安全性强、施工简便、经济性好、运行维护方便、坝体填筑施工不受雨季影响等优点。

但是防渗面板在施工期、蓄水前及蓄水后常产生裂缝一直是该坝型容易发生的问题。

例如，位于南盘江干流的天生桥一级坝的面板在施工期、蓄水期共发现了4537条裂缝，水布垭二期面板坝共发生12条裂缝。

针对面板堆石坝面板容易产生裂缝的问题，所以在设计时就应分析面板发生裂缝的原因，并在设计中提出防裂措施并运用到施工中，以使面板在施工期、蓄水前及蓄水后避免裂缝的发生。

水工建筑物的荷载计算水工建筑物上的作用有：重力、水作用、渗透作用力、风及波浪作用、冰及冰冻作用、温度、土及泥沙作用、地震作用等。

一、自重W=V γ一般素砼取23.5~24kN/m 3，钢筋砼取24.5~25kN/m 3，浆砌石取21.5~23kN/m 3，对土石坝的材料重度应根据具体性能及不同部位，分别取湿重度、干重度、饱和重度、浮重度等几种情况计算。

水工建筑物上永久固定设备，如闸门、启闭机等，其自重标准值采用设备标牌重量 作用分项系数：大体积混凝土、土石坝取1.0；对普通水工混凝土、金属结构（设备）取1.05，当自重对结构有利时取0.95。

地下工程的混凝土衬砌取1.1，其对结构有利时取0.9。

二、水压力水体对各种水工结构均发生作用，作用结果是对结构产生水压力，其可分为静水压力和动水压力。

1．静水压力水体静止状态下对某结构表面的作用力称为静水压力（1）作用在坝、闸等结构面上的水压力P H =221H w γ P V =w w V γ（2）管道及地下结构上的水压力计算。

内水压力：作用在管道内壁上的静水压力； 外水压力：作用于管道或衬砌外侧的水压力。

对内水压力，为计算方便，常将其分解成均匀内水压力和非均匀内水压力两部分。

h p w wr γ=')cos 1(''θγ-=i w wr r p对有压隧洞的砼衬砌的外水压强标准值可按式（2-6）计算。

e e ek H p ωγβ= （2-6）式中：ek p ——作用于衬砌上的外水压强标准值（KN/m 2）；e β——外水压力折减系数，可按表2-1采用；e H ——作用水头(m)，按设计采用的地下水位线与隧洞中心线的高差确定。

同内水压力一样，外水压力也可分解成均匀外水压力和非均匀外水压力。

非均匀外水压力的合力方向垂直向上，合力的大小应等于单位洞长排开水体的重量。

2．动水压力（1）渐变流时的时均压强：θρcos gh p w tr =式中：tr p ——过流面上计算点的时均压强代表值（N/m 2）；w ρ——水的密度（kg/m 3）； g ——重力加速度(m/s 2)；h ——计算点A 的水深(m)；θ——结构物底面与平面的夹角。

——麟鍪鎏鹣莲醚蓊黧麟卜———————————————一《湖南水利水电》２００１年第２期◆黧◆羹瓣何贤梓（郴州市山河水库引水工程建设指挥部郴州市４２３０００）【摘要】山河水库引水工程是一个利用重力实现城市免动力供水的典型。

也是一个具有供水、发电、防洪、灌溉等综合效益的工程。

水库大坝为细石混凝土砌块石空腹重力坝，坝高６５ｍ，供水主管长２０ｋｍ，日供水能力１３万ｔ／ｄ。

【关键词】水库城市供水免动力规划设计施工质量控制１工程概况山河水库引水工程是郴州市城市供水系统中的一个骨干水源工程，它以城市供水为主，兼有发电、灌溉、防洪等综合效益。

工程总体由水库枢纽、引水隧洞及压力钢管、电站、尾水调节系统、原水供水管道、水处理厂、净水供水管道（主管）、输电线路、灌溉系统（待建）等部分组成。

山河水库枢纽位于苏仙区塘溪乡山河村。

水库拦截耒水一级支流雷溪河，集雨面积６７ｋｉｎ２。

枢纽工程由空腹重力大坝、副坝（重力坝）及隧洞进口启闭塔组成。

水库正常蓄水位４１８．５ｍ，相应库容２３２０万ｍ３。

坝顶高程４２０．Ｏｍ，最大坝高６５ｍ。

水库淹没耕地４０．５３ｈｍ２，迁移人口５４５人。

引水隧洞长１８９５ｍ，最小洞径２．Ｏｍ（成洞）；压力钢管长４１０ｍ，内径１６００ｍｍ；电站设计水头１３６ｒｎ，装有３台混流式水轮发电机，单机容量为２．５ＭＷ，年均发电总量为３１００万ｋＷ・ｈ；尾水隧洞长１２００ｍ；调节水库正常水位为２５６．５ｍ，相应库容２２．９万ｍ３；原水供水管两根，近期铺设一根，内径１２００ｒｎｍ，输水能力１３万ｍ３／ｄ（１．５ｍ３／ｓ），管道长度１ｌｋｍ，远期铺设另一根，计划内径１０００ｍｍ，输水能力１０万ｍ３／ｄ；水处理厂日处理能力为２３万ｍ３／ｄ，近期开发１３万ｍ３／ｄ；净水供水管道长９ｋｉｎ，近期一根内径１２００ｍｍ；３５ｋＶ输电线路５．４ｋｍ。

山河引水工程总投资约１．８亿元，年产值可达４０００万元以上，同时极大地改善了郴州市区供水质量。

山区水库取水构筑物结构设计方案分析摘要：本文介绍了山区水库取水构筑物的结构设计要点，重点分析、研究了取水构筑物方案选择的要点及方案比较、取水构筑物水力计算及结构计算的要点等。

关键词：山区水库；取水；构筑物；水力计算1.1取水构筑物选择取水口与泵站相隔约500m，中间山体高程在75.0m左右，输水管道采用明渠、埋管等均不具备施工条件，只有采用隧洞方式输水。

该山区水库取水限制水位为24.18m，取水口附近库底最低高程为15.0m，该水位线以上山体较陡，以下山体则较为平缓，岩塞爆破主爆方向向上，爆破后大量石碴仍将下落至取水口及周围，影响取水口运行。

而取水口施工时无法降低水库水位。

根据库岸地形条件，取水口可采用岸塔式和竖井式两种结构。

方案一：竖井式取水口，该结构取水口布置在水库河床上，为水中竖井结构，采用竖井与隧洞连接，竖井浇筑至43.2m高程，高于校核洪水位0.99m，竖井在23.0m和30.0m高程设置两层取水口，实现分层取水，保证源水质量，每层取水口由4孔组成，90°角等分布置，设旋转式闸门/拦污栅。

连接隧洞在水库下应降坡至13.45m高程。

该取水口可采用钢板桩围堰施工，钢板桩围堰维护后可以将围堰内水抽干进行竖井施工。

钢板桩围堰定型的拉森钢板桩插打而成，直径6.0m，顶高程39.0m，采用作业船水中插打，围堰总耗钢量9.5t，围堰直接费用约50.0万元。

竖井内径2.0m，壁厚0.4m，C25钢筋混凝土结构。

竖井底部0.5m深沉砂池。

顶部悬挑1.2m，保证旋转启闭闸门空间，上设复合不锈钢栏杆，井筒外壁设爬梯上下。

该方案优点是取水口位于水库主河道，且分层取水，能保证取水质量。

闸门/拦污栅交替布置，结构简单，启门力小，人工旋转启闭，不需设置启闭机。

钢板桩围堰施工方便，拉森钢板桩可以租赁使用。

缺点是竖井交通不便，平时维护、管理依靠船只进行。

方案二：岸塔式取水口，岸塔式结构进水口底高程根据供水限制水位（24.18m）确定为22.50m，进水口最小水深1.68m。

河床式取水构筑物1. 工程资料1.1 河流自然条件（1）河流水位取P=1 %的设计洪水位为35.40m，取水保证率为97%的设计最低水位为20.50m。

（2）河流流量最大流量：27000 3/m sm s。

最小流量：320 3/（3）河流流速m s；最大流速：2．48 /m s。

最小流速：0．32 /（4）含砂量kg/m；最大含砂量：0.473kg/m。

最小含砂量；00153（5）水中其他悬浮物有一定效量的水草及青苔，无冰絮。

（6）河流主流及河床情况河流岸坡平缓，主流离岸边约90m处，最小水深为3.80m。

（7）水泵所需扬程26m。

1.2 设计任务设计一座河床式取水构筑物，，采用箱式取水头部，自流管进水。

计算书一份，图纸两张，包括取水头部平面图与剖面图，泵房平面布置图。

2 河床式取水构筑物简介河床式取水构筑物适用于河床稳定，岸坡平缓，主流离岸较远，岸边水深不够或水质不好，而河中具有足够水深或较好水质时。

其构成是：取水头部、进水管、吸水间和泵站。

（1）取水头部其要求是：①避免吸入泥沙；②不引起附近河床的冲刷；③避免其进水口被水内冰堵塞；④不被船只、木排及流冰撞击；⑤便于清洗。

其设计要求：①具有合理的外形；②取水头部进水口的位置适当，其上缘在最低水位以下0.5~1.0，冰盖底面以下0.2~0.5m，其下缘高出河底1.0~1.5m；③进口水流速度适当。

其类型有：喇叭管、蘑菇型、鱼型罩、箱式、墩式、斜板式、活动式。

设计中采用箱式取水头部。

箱式取水头部由周边开设进水孔的钢筋砼箱和设在箱内的喇叭管组成。

进水孔总面积较大，能减少冰渍和泥沙进入量。

适用于冬季冰凌较多或含沙量不大，水深较小的河流上采用，中小型取水工程用得较多。

中南地区含沙量较小的河流上箱的平面形状：圆形、矩形、棱形。

（2）进水管进水管有自流管与虹吸管之分，其自流管取水：自流管淹没在水中，河水靠重力自流，工作较可靠，水中含沙量较高时，为取得含沙少的水可在集水间壁上开设进水孔，可设置高位自流管。

者山河水库工程金属结构布置和优化设计金属结构布置和选型的合理性，对金属结构工程的投资及水工建筑物枢纽的布置等至关重要。

者山河水库金属结构的合理布置和优化选型设计，有效地改善了水库枢纽建筑物的总体布置，成功地解决了多功能取水兼放空孔的合理调度运用技术难题，设计方案能够满足水库蓄水和安全运用等功能要求。

标签：者山河水库；金属结构；拦污栅；闸门1 工程概况安龙县者山河水库位于黔西南布依族苗族自治州安龙县龙广镇纳万村，所在河流龙广河为珠江流域南盘江水系白水河一级支流。

金属结构设备设置在取水兼放空系统和输水系统相关建筑物上，将取水管和放空管合二为一，即取水兼放空管。

取水兼放空系统包含取水兼放空管进口拦污栅1道（含1套固定式卷扬机QPQ）、事故闸门1扇（含1套高扬程固定式卷扬机QPG），取水兼放空管出口放空偏心半球阀1套、供水检修闸阀1套、供水多功能活塞阀1套、生态放水检修闸阀1套及生态放水工作闸阀1套。

输水系统金属结构设备包括管道各类管径检修闸阀、放空排泥闸阀、复合式排气阀、浮球阀共30套。

设拦污栅、闸（阀）门共37扇（套），总工程量约35.0t。

2 金属结构设备布置取水兼放空系统布置在大坝左岸，利用导流隧洞改造而成，主要功能是取水和放空[1]。

从取水兼放空管进口开始依次设置进口拦污栅和事故闸门，出口放空偏心半球阀、供水检修闸阀、供水多功能活塞阀、生态放水检修闸阀和生态放水工作闸阀，保证工程正常取水和放空。

2.1 取水兼放空管进口拦污栅拦污栅设置在取水兼放空管进口段喇叭口处，孔口尺寸为2.2×2.0-3.0m（宽×高-设计水头，下同），1孔，底槛高程1242.50m，泥沙淤积高程1242.10m，设计引用流量0.256m3/s，平均过栅流速约0.083m/s，设计水头3.0m，型式为平面滑动式拦污栅，主支承采用增强四氟滑块，运行方式为静水启闭，栅体重1.5t，拉杆重2.5t，合计重4.0t，栅槽埋件重6.0t。

收稿日期:2019－01－18作者简介:张琳(1992－)，男，工程师，主要从事水工结构设计工作。

E －mail :zysjyzl@风光水库堆石混凝土重力坝枢纽布置及结构计算张琳，夏晓敏(遵义水利水电勘测设计研究院，贵州遵义563000)摘要:针对风光水库坝址区河谷狭窄、两岸地形陡峭等地形特点，结合地质勘探成果，综合考虑坝型适应性、筑坝材料、施工条件及工程投资等因素，选择布置简明、施工技术成熟和综合造价较优的堆石混凝土重力坝方案。

大坝中段设置溢流坝能有效解决坝址区陡坡岸边溢洪道布置困难问题，枢纽布置经济合理。

抗滑稳定及结构应力分析表明，坝体应力分布均匀，抗滑稳定安全系数及最大压(拉)应力均满足规范要求，大坝整体安全稳定。

图2幅，表4个。

关键词:堆石混凝土重力坝;筑坝材料;枢纽布置;稳定计算1工程概况风光水库坝址地处贵州省正安县格林镇风光村境内，距格林集镇0.5km ，距正安县城16km ，距遵义市区200km ，现有通村公路从坝址经过。

水库位于芙蓉江右岸支流曹溪沟上游，曹溪沟属于乌江水系芙蓉江右岸一级支流，全流域面积9.34km 2，河长4.90km ，河道加权平均比降63.2ɢ，多年平均径流量607万m 3。

水库工程任务为村镇供水及农田灌溉，设计年供水量为204万m 3，多年平均供水量176万m 3。

大坝枢纽主要由堆石混凝土重力坝、坝顶溢流表孔、右岸取水兼放空建筑物等组成。

水库正常蓄水位688.00m ，相应库容131万m 3，总库容155万m 3，为小(1)型Ⅳ等工程。

2坝址区工程地质条件坝址位于格林桥与张村沟汇口之间狭谷河段，两岸地形对称性好，河谷宽高比约2ʒ1。

两岸基岩多裸露，局部为第四系残坡积覆盖，河床多为第四系冲洪积物覆盖。

坝址区岩层产状为N3ʎ 5ʎW /NE ∠41ʎ 46ʎ，整体倾上游微偏左岸，地形狭窄为基本对称的“V ”型横向河谷结构，两岸阶地不发育。

出露地层主要为寒武系中上统娄山关群中段(∈2－3ls 2)、上段(∈2－3ls 3)、奥陶系下统桐梓组第一层(O 1t 1)、第二层(O 1t 2)及第四系(Q )地层。