窄沖水庫工程岸邊分層取水塔設計

龍祥能

(貴州省水利水電勘測設計研究院，貴陽550002)

窄沖水庫工程岸邊分層取水塔設計

龍祥能

(貴州省水利水電勘測設計研究院，貴陽550002)

水庫取水塔為岸塔式分層取水建筑物，位于大壩右岸、取水隧洞前部。取水塔在水庫工程中占有重要地位，它在水庫工程建設中發揮著不可替代的作用。文章以龍里縣窄沖水庫工程為例分析了岸邊分層取水塔結構計算及設計，希望對于類似的工程能夠起到一定的借鑒和參考作用。

龍里縣窄沖水庫工程;岸邊分層取水塔;結構計算

0 引言

龍里縣窄沖水庫工程主要建筑物由攔河大壩、溢洪道、岸邊取水塔、交通橋、取水兼放空隧洞、輸水管道組成。其中分層取水塔設計是工程的關鍵環節，也是本文研究的重點。

1 龍里縣窄沖水庫工程概況

窄沖水庫工程位于龍里縣城西南面草原鄉朵花村的朵花河上，是具縣城供水、下游灌溉和灌區人畜飲水為一體的綜合利用水利工程。

大壩壩型為鋼筋混凝土面板堆石壩，最大壩高69.7 m;水庫校核洪水位1 222.42 m，總庫容1 608萬m3，正常蓄水位11 220 m，正常蓄水位以下庫容1 487 m3，死水位1 175.00 m，死庫容96.3萬 m3，興利庫容1390.7 m3，年總供水量1 089.8萬m3，工程規模為中型，工程等別為Ⅲ等。

本工程正常蓄水位1 220.00 m，死水位為1 175.00 m，其消落深度為45 m;經環評分析計算，死水位處的水溫為11.81℃，水稻是喜溫作物，根據貴州山區的實際情況，一般水溫在12～35℃即可灌溉農田。

為不使引水水溫過低，影響作物生長，擬塔身上設置3個進水口分層取水，庫水經進水口流入集水井后進入隧洞［1］。

每個進水口孔口設置高程分別為1 170.00 m、1 190.00 m、1 205.00 m。每個進水口上分別設置有攔污柵和隔水閘門各一扇及相應啟閉設備，最底層進水口的引水與放空共用。取水塔高56.5 m，寬15.2 m，長12.5 m，為C20鋼筋混凝土矩形井筒式結構，頂部高程1 224.50 m，與岸邊采用交通橋連接。

取水塔處自然邊坡為斜向坡，坡度25°～35°，坡體穩定。基巖裸露，為泥盆系上統高坡場組第二段第三層的淺灰、灰白色的中厚層白云巖夾灰質白云巖，巖層產狀30°∠5°，垂直強風化層厚2～3 m。開挖邊坡主要為斜向巖質邊坡，最大坡高達22 m，巖層平緩，開挖邊坡總體穩定性較好，局部節理裂隙密集帶，巖體較破碎，邊坡穩定性較差，易發生掉塊或垮塌。

2 龍里縣窄沖水庫工程分層取水塔結構計算

2.1 荷載計算及荷載組合

混凝土容重取25 kN/m3。靜水壓力按三角形分布計算，Pw=0.5γwH2，γw=9.81 kN/m3。揚壓力不計滲透壓力、浮托力按基底面積乘以各計算工況下的水頭和容重。

波浪要素按官廳水庫公式計算，計算設計洪水位、正常蓄水位情況時計算風速取18 m3/s、校核情況時取12 m3/s，風區長度取2 500 m。浪壓力按下式計算:

2.2 計算參數

進水口建基面置于弱風化巖體中下部，混凝土與基巖接觸面的抗剪斷強度參數:巖石f'=0.6，C'=0.5 MPa;混凝土/巖石 f'=0.6～0.65，C'=0.5～0.55 MPa;地基允許承載力［K］=1 200～1 500 kPa。進水口作用荷載組合見表1。

表1 進水口作用荷載組合表

2.3 抗滑穩定計算

按抗剪斷強度公式計算:

抗滑穩定安全計算成果見表2。

表2 進水口抗滑穩定安全系數計算成果表

進水口各計算工況下的抗滑穩定安全系數均滿足要求，且富裕較大。

2.4 抗浮穩定計算

進水口抗浮穩定公式計算:

抗浮穩定安全系數計算成果見表3。

表3 進水口抗浮穩定安全系數計算成果表

進水口各計算工況下的抗浮穩定安全系數均滿足要求。

2.5 抗傾穩定計算

由于進水塔底部呈矩形，在水庫建成未蓄水時，對進水口作抗傾覆復核，此時進水口只受風荷載的水平力，豎向力為井筒自重［2］。傾覆彎矩為風荷載所產生彎矩(最大值);抗傾彎矩為塔體重力所產生的彎矩。K=抗傾彎矩/傾覆彎矩=183 730 kN· m/3 896 kN· m=47.16＞1.4，滿足規范要求。

2.6 地基應力計算

進水口建基面上的垂直正應力按下式計算:

計算成果見表4。

表4 進水口建基面應力計算成果表 MPa

以上各工況進水口基底應力均小于地基容許承載力1 200～1 500 kPa(灰質白云巖)，所以進水口地基滿足應力要求。

根據地質參數弱風化灰質白云巖承載力為1 200～1 500 kPa，滿足地基承載力要求，從基礎的完整性考慮，采用固結灌漿對取水塔基礎處理，灌漿孔間距3 m、排距3.0 m，梅花型布置，孔深5 m。

3 取水塔開挖邊坡處理措施

為了防止開挖邊坡長期暴露風化和滿足整體美觀的要求，邊坡處理措施;采取長度L=3 m，間排距為1.5 m的φ22系統錨桿，掛φ8@25×25 cm網和噴C20厚10 cm混凝土進行支護，并在邊坡上設置Φ50排水孔，間排距3 m，L=0.5 m，邊坡開挖議值:覆蓋層1∶1;強風化巖體1∶0.75;強風化巖體1∶0.5。

4 結語

通過對龍里縣窄沖工程中岸邊分層取水塔設計結構的荷載計算、抗壓力穩定計算、抗傾斜計算等問題的分析，找出了合適的設計方案。鑒于取水塔設計對于龍里縣窄沖水庫工程的重要性，因此本文研究這個課題具有非常重要的現實意義，希望對于類似的工程起到一定的借鑒作用。

［1］姜躍良，何濤，田華.溪洛渡水電站進水口分層取水措施設計［J］.水電站設計，2012(04):71-75.

［2］夏在森，喬國龍，李非.隔流墩在青草沙輸水干線進水口工程中的應用研究［J］.甘肅水利水電技術，2013(03):20-23，46.

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1007-7596(2014)06-0115-02

2013-12-07

龍祥能 (1987-)，男，貴州惠水人，助理工程師，從事水利工程設計。