窄冲水库工程岸边分层取水塔设计

2014-01-21龙祥能

黑龙江水利科技 2014年6期

关键词：龙里县水塔进水口

龙祥能

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵阳550002)

窄冲水库工程岸边分层取水塔设计

龙祥能

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵阳550002)

水库取水塔为岸塔式分层取水建筑物，位于大坝右岸、取水隧洞前部。取水塔在水库工程中占有重要地位，它在水库工程建设中发挥着不可替代的作用。文章以龙里县窄冲水库工程为例分析了岸边分层取水塔结构计算及设计，希望对于类似的工程能够起到一定的借鉴和参考作用。

龙里县窄冲水库工程;岸边分层取水塔;结构计算

0 引言

龙里县窄冲水库工程主要建筑物由拦河大坝、溢洪道、岸边取水塔、交通桥、取水兼放空隧洞、输水管道组成。其中分层取水塔设计是工程的关键环节，也是本文研究的重点。

1 龙里县窄冲水库工程概况

窄冲水库工程位于龙里县城西南面草原乡朵花村的朵花河上，是具县城供水、下游灌溉和灌区人畜饮水为一体的综合利用水利工程。

大坝坝型为钢筋混凝土面板堆石坝，最大坝高69.7 m;水库校核洪水位1 222.42 m，总库容1 608万m3，正常蓄水位11 220 m，正常蓄水位以下库容1 487 m3，死水位1 175.00 m，死库容96.3万 m3，兴利库容1390.7 m3，年总供水量1 089.8万m3，工程规模为中型，工程等别为Ⅲ等。

本工程正常蓄水位1 220.00 m，死水位为1 175.00 m，其消落深度为45 m;经环评分析计算，死水位处的水温为11.81℃，水稻是喜温作物，根据贵州山区的实际情况，一般水温在12～35℃即可灌溉农田。

为不使引水水温过低，影响作物生长，拟塔身上设置3个进水口分层取水，库水经进水口流入集水井后进入隧洞［1］。

每个进水口孔口设置高程分别为1 170.00 m、1 190.00 m、1 205.00 m。每个进水口上分别设置有拦污栅和隔水闸门各一扇及相应启闭设备，最底层进水口的引水与放空共用。取水塔高56.5 m，宽15.2 m，长12.5 m，为C20钢筋混凝土矩形井筒式结构，顶部高程1 224.50 m，与岸边采用交通桥连接。

取水塔处自然边坡为斜向坡，坡度25°～35°，坡体稳定。基岩裸露，为泥盆系上统高坡场组第二段第三层的浅灰、灰白色的中厚层白云岩夹灰质白云岩，岩层产状30°∠5°，垂直强风化层厚2～3 m。开挖边坡主要为斜向岩质边坡，最大坡高达22 m，岩层平缓，开挖边坡总体稳定性较好，局部节理裂隙密集带，岩体较破碎，边坡稳定性较差，易发生掉块或垮塌。

2 龙里县窄冲水库工程分层取水塔结构计算

2.1 荷载计算及荷载组合

混凝土容重取25 kN/m3。静水压力按三角形分布计算，Pw=0.5γwH2，γw=9.81 kN/m3。扬压力不计渗透压力、浮托力按基底面积乘以各计算工况下的水头和容重。

波浪要素按官厅水库公式计算，计算设计洪水位、正常蓄水位情况时计算风速取18 m3/s、校核情况时取12 m3/s，风区长度取2 500 m。浪压力按下式计算:

2.2 计算参数

进水口建基面置于弱风化岩体中下部，混凝土与基岩接触面的抗剪断强度参数:岩石f'=0.6，C'=0.5 MPa;混凝土/岩石 f'=0.6～0.65，C'=0.5～0.55 MPa;地基允许承载力［K］=1 200～1 500 kPa。进水口作用荷载组合见表1。

表1 进水口作用荷载组合表

2.3 抗滑稳定计算

按抗剪断强度公式计算:

抗滑稳定安全计算成果见表2。

表2 进水口抗滑稳定安全系数计算成果表

进水口各计算工况下的抗滑稳定安全系数均满足要求，且富裕较大。

2.4 抗浮稳定计算

进水口抗浮稳定公式计算:

抗浮稳定安全系数计算成果见表3。

表3 进水口抗浮稳定安全系数计算成果表

进水口各计算工况下的抗浮稳定安全系数均满足要求。

2.5 抗倾稳定计算

由于进水塔底部呈矩形，在水库建成未蓄水时，对进水口作抗倾覆复核，此时进水口只受风荷载的水平力，竖向力为井筒自重［2］。倾覆弯矩为风荷载所产生弯矩(最大值);抗倾弯矩为塔体重力所产生的弯矩。K=抗倾弯矩/倾覆弯矩=183 730 kN· m/3 896 kN· m=47.16＞1.4，满足规范要求。

2.6 地基应力计算

进水口建基面上的垂直正应力按下式计算:

计算成果见表4。

表4 进水口建基面应力计算成果表 MPa

以上各工况进水口基底应力均小于地基容许承载力1 200～1 500 kPa(灰质白云岩)，所以进水口地基满足应力要求。

根据地质参数弱风化灰质白云岩承载力为1 200～1 500 kPa，满足地基承载力要求，从基础的完整性考虑，采用固结灌浆对取水塔基础处理，灌浆孔间距3 m、排距3.0 m，梅花型布置，孔深5 m。

3 取水塔开挖边坡处理措施

为了防止开挖边坡长期暴露风化和满足整体美观的要求，边坡处理措施;采取长度L=3 m，间排距为1.5 m的φ22系统锚杆，挂φ8@25×25 cm网和喷C20厚10 cm混凝土进行支护，并在边坡上设置Φ50排水孔，间排距3 m，L=0.5 m，边坡开挖议值:覆盖层1∶1;强风化岩体1∶0.75;强风化岩体1∶0.5。