淺析靖邊縣河畔水庫除險加固工程塔式進水口設計要點

李團部

摘 要：該文先分析了河畔水庫工程的現狀和除險加固必要性，之后闡述了塔式進水口設計任務和指導思想，最后詳細分析了塔式進水口的設計要點和運行工況。旨在水利工程設計人員進水口設計中對設計方案進行進一步優化提供參考。

關鍵詞：水庫除險加固 塔式進水口 要點分析

中圖分類號：TV222 文獻標識碼：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領域取得了巨大的成就，水庫的興建提高了下游的防洪安全，為農業的發展創造了條件，提高了河道通航條件，水力發電量也與日俱增，保障居民生產生活用水，水庫樞紐帶動了我國經濟和社會的發展。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，大壩原設計為水墜均質土壩，泄水洞于1980年建成，位于大壩右岸，進口無控制設施，洞壁無任何襯砌，出口無消能設施。1999年7月原泄水洞中部塌方，阻斷庫水下泄，當年10月當地村委組織群眾在原泄水洞塌方段右側重新開了一條土質旁洞，其進出口段仍利用原泄水洞，暫時保證了庫水下泄，但仍未對洞內斷面進行襯砌。遂洞圍巖為黃土狀壤土，因長期的風化、水流沖刷和圍巖壓力作用使原斷面不斷塌落擴大，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，充分發揮水庫的效益和科學管理水庫，對水庫除險加固十分必要。

2 塔式進水口設計任務和指導思想

從放水建筑物的塔式進水口曲線段到進水口末端與放水洞連接處止的設計，設計的內容包含設計參數選擇、進水口總體布置、水力計算、細部構造設計、施工技術要求、工程量計算以及其他輔助設施的設計。

塔式進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，不宜采用靠岸設進水口的情況。塔底設閘門，塔頂設操作平臺和啟閉機室，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進水口，可進行“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，根據該工程特點和地質條件，選用封閉式塔式進水口最合理。

3 塔式進水口設計要點和工況

根據該工程規模，按照水利水電樞紐工程等級劃分及設計標準，河畔水庫屬中型水庫三等工程，進水口為該工程之重要建筑，應按3級建筑物設計，次要建筑物級別為4級，臨時建筑物按5級建筑物設計。洪水標準及相應流量見表1。

放水塔地基土表層有薄層全新統崩、坡積物，厚度2～3 m，下部為中更新統風洪積黃土狀壤土（Q2 eol+pl），其承載力標準值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：該放水建筑物進水口為塔式進水，放水塔底孔進口高程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，內徑3.0 m。考慮到水庫的主要功能為攔泥，淤積面將逐年抬高，設三層進口和一個出口，進口孔口尺寸為1.2 m×1.2 m，三層進口之間間距為6 m，下層進口底部高程為1 448.0 m，中層進口底部高程為1 455.2 m，上層進口底部高程為1 462.4 m。在使用年限內，按淤積的不同程度，淤積面與上一層進口底齊平時，廢棄下一層進口，在放水塔運行時，考慮到放水洞的過流要求，下一層進口運行時，應將相臨上一層進口封堵，以免放水流量過大，破壞放水建筑物。

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

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

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

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，出現在運用底孔時，上游淤積面達到中孔，遇校核洪水，此時開度0.3 m。考慮閘門安全運行，根據實際需要合理開啟閘門，流量控制在3 m3/s以內，以免對放水建筑物造成破壞。

放水塔內徑為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《水利水電工程鋼閘門設計規范》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。

經計算閉門力為13.51 T，啟門力18.22 T，根據計算結果選用20 T手電兩用螺桿式啟閉機。

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，設計時應計算其浮托力，如果塔體自重小于浮托力，塔體將極為不穩定，故大多放水塔都在設計中有灌注樁基礎，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，應計算其地基承載力，一般塔身坐落在放大基礎承臺上，如果承臺計算尺寸過大，也可在承臺下再增加灌注樁基礎，以端承樁最好，如基巖埋藏太深，則應計算出摩擦樁的根數（灌注樁根數不少于3根）、直徑和長度，以滿足塔基安全穩定要求。

4 結語

根據目前已建成的水庫，大部分放水建筑物進口應用的是塔式進水口。20世紀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水口，提高了水庫取水效率和安全性。

參考文獻

[1] 楊永忠.龍洞水庫工程設計及方案優化[J].甘肅農業，2006（7）：247.

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

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