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      野豬坑水庫結(jié)構(gòu)及大壩設(shè)計計算分析

      2022-02-05 07:31:24肖天禮
      黑龍江水利科技 2022年11期
      關(guān)鍵詞:溢流壩山塘重力壩

      肖天禮

      (江西省贛州市贛縣區(qū)水利局,江西 贛州 341100)

      根據(jù)防洪相關(guān)規(guī)定可以得知:山區(qū)、丘陵區(qū)水庫工程5級建筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)為:設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)50~30a一遇,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)500~200a一遇(混凝土壩)。由于野豬坑水庫大壩庫容在工程等別分類中處于下限,因此,需要在設(shè)計過程中,首先針對洪水情況,對其上限進(jìn)行判斷。在本研究中,假設(shè)30a一遇為洪水的主要標(biāo)準(zhǔn),而校核洪水假設(shè)200a一遇。溢流壩消能防沖設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn):10a一遇。由于大壩(船底窩)屬于山塘,設(shè)計確定各大建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)的下限數(shù)值,與野豬坑水庫大壩存在一定差異,洪水以及校核洪水的兩項假設(shè)指標(biāo)數(shù)值可以設(shè)計為20a以及100a。整體上比前者的年限要短。溢流壩消能防沖設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn):10a一遇。

      1 大壩工程結(jié)構(gòu)

      新建野豬坑小(2)型水庫一座,其中建設(shè)野豬坑78m長重力壩一座、船底窩40.5長重力壩一座,野豬坑水庫由野豬坑水庫大壩和船底窩山塘大壩組成,野豬坑水庫大壩和船底窩山塘大壩由連通管相連。

      1.1 野豬坑水庫大壩結(jié)構(gòu)

      大壩采用重力壩,由左、右岸非溢流壩、溢流壩組成。大壩總長76.00m,成“一”字型布置。

      按《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》要求“非溢流壩段的壩頂寬度≥3.0m”。結(jié)合非溢流壩壩體穩(wěn)定計算結(jié)構(gòu)要求,取壩頂寬5.0m。左、右岸重力壩段長分別為36.0m、27.0m,壩頂高程189.9m,壩頂寬5.0m,左、右岸重力壩最大壩高均為29.4m。重力壩上游面179.0m高程以上為鉛直面,以下為1:0.1的斜坡面;下游184.5m高程以上為鉛直面,以下為1:0.75的斜坡面。

      重力壩壩基設(shè)1.0m厚C25混凝土底板,臨水面設(shè)1.0m厚C25混凝土防滲面板,壩體采用C15埋石混凝土澆筑[1]。

      根據(jù)布置情況左岸非溢流壩長36m,溢流壩長13m,右岸非溢流壩長27m。大壩共設(shè)4條橫縫,左岸非溢流壩分為2段,長度均為18.0m,右岸非溢流壩分為2段,長度分別為14.0、13.0m,分縫縫寬均為20mm,縫間上游設(shè)紫銅片止水,縫間用瀝青杉板嵌縫。

      1.2 船底窩山塘大壩結(jié)構(gòu)

      大壩采用重力壩,由左、右岸非溢流壩、溢流壩組成。大壩總長40.5m,成“一”字型布置。

      按《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》要求,結(jié)合非溢流壩壩體穩(wěn)定計算,左、右岸重力壩段長分別為13.16m、20.34m,壩頂高程189.9m,壩頂寬4.0m,左、右岸重力壩最大壩高均為14.9。重力壩上游面181.0m高程以上為鉛直面,以下為1:0.1的斜坡面;下游185.0m高程以上為鉛直面,以下為1:0.65的斜坡面。

      重力壩壩基設(shè)1.0m厚C25混凝土底板,臨水面設(shè)1.0m厚C25混凝土防滲面板,壩體采用C15埋石混凝土澆筑。

      根據(jù)布置情況大壩全長40.5m,溢流壩長7m,左岸非溢流壩長13.16m,右岸非溢流壩長20.34m。大壩設(shè)1條橫縫,右岸非溢流壩分為1段,長度分別為20.34m;左岸非溢流壩和溢流壩為1段,長20.16m。分縫縫寬為20mm,縫間上游設(shè)紫銅片止水,縫間用瀝青杉板嵌縫。

      野豬坑水庫為供水水源,野豬坑水庫大壩由壩式取水口取水,引水鋼管從取水口壩后引出,在距左岸非溢流壩壩腳約20m處與原PE管相接。

      1.3 溢流壩消能方式選擇

      本工程上、下游水位差較大,可考慮采用挑流消能或底流消能。采用底流消能方式,會使溢流壩斷面加大,且消力池較長,土石方開挖及混凝土方量大,造價較高。挑流消能結(jié)構(gòu)簡單,造價相對底流消能較少,并且溢流壩下游巖石條件能滿足挑流消能的要求,因此推薦采用挑流消能方式。

      2 大壩設(shè)計計算

      2.1 壩頂高程計算

      壩頂高程計算采用《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的公式計算:

      計算公式:水庫大壩最低點到大壩頂端高度=水庫抽水前的地下水位+Δh

      Δh=h1%+hz+hC

      (1)

      式中:Δh為壩頂距水庫靜水位的高差,m;h1%為波高,m;hz為波浪中心線位置至至水庫靜水位高度,m;hC為各建筑物頂部超出標(biāo)準(zhǔn)水位的高度,m。

      大壩為4級建筑物,設(shè)計波高采用累積頻率為1%的波高h(yuǎn)1%。波浪的波高和平均波長采用官廳水庫公式計算:

      (2)

      波浪中心線至計算水位的高差按下式計算。

      (3)

      式中:H為擋水建筑物迎水面前的水深,m。

      壩頂高程分別計算正常蓄水位及校核洪水位兩種情況。野豬坑水庫大壩壩頂高程計算成果表,見表1;船底窩山塘大壩壩頂高程計算成果表,見表2。

      表1 野豬坑水庫大壩壩頂高程計算成果表

      表2 船底窩山塘大壩壩頂高程計算成果表

      根據(jù)表1、表2中計算結(jié)果,壩頂高程由校核洪水位控制,確定壩頂高程為189.90m。

      2.2 溢流壩泄流能力計算

      溢流壩布置在河床中部,溢流堰為WES堰,無閘控制,其泄流能力計算公式為:

      (4)

      式中:Q為泄流流量,m3/s;σs為淹沒系數(shù),取為1.0;ε為側(cè)收縮系數(shù);m為流量系數(shù);n為孔數(shù);b為單孔凈寬,m;H0為計入行近流速水頭的堰上水頭,m。

      溢流壩泄流能力計算結(jié)果,野豬坑水庫大壩溢流壩泄流曲線表,見表3;船底窩山塘大壩溢流壩泄流曲線表,見表4。

      表3 野豬坑水庫大壩溢流壩泄流曲線表

      表4 船底窩山塘大壩溢流壩泄流曲線表

      2.3 溢流壩和非溢流壩穩(wěn)定以及應(yīng)力分析

      由大壩的具體分布特點和各個切面的實際設(shè)計可知,野豬坑水庫大壩溢流壩選取整個壩段;非溢流壩選擇1個計算斷面,為最大壩高斷面(取單寬)。船底窩山塘大壩溢流壩選取整個壩段及左岸非溢流壩;右非溢流壩選擇1個計算斷面,為最大壩高斷面(取單寬)。

      壩基面穩(wěn)定和應(yīng)力計算應(yīng)采用《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的公式計算[1]。

      基于相應(yīng)規(guī)范進(jìn)行計算后,得到如下結(jié)果:

      巖體物理力學(xué)指標(biāo):弱風(fēng)化變質(zhì)砂巖抗剪系數(shù)f=0.52,抗剪斷系數(shù)f′=0.72,凝聚力c′=450KPa。考慮排水有效時滲透壓力強(qiáng)度系數(shù)河床壩段0.25,岸坡壩段0.35;考慮排水無效時滲透壓力強(qiáng)度系數(shù)0.6。野豬坑水庫大壩穩(wěn)定應(yīng)力計算成果,見表5;大壩穩(wěn)定應(yīng)力計算成果表,見表6。

      表5 野豬坑水庫大壩穩(wěn)定應(yīng)力計算成果表

      表6 大壩穩(wěn)定應(yīng)力計算成果表

      根據(jù)表5、表6中計算結(jié)果表明,大壩各壩段壩基面穩(wěn)定和應(yīng)力均滿足要求。

      2.4 下游消能防沖計算

      為了明確下游消能防沖情況,需要首先掌握挑距以及沖刷坑最大深度兩項指標(biāo)。在此基礎(chǔ)上,沖刷坑上游坡度計算公示為:

      i=t/L

      (5)

      式中:i為沖刷坑上游坡度。

      當(dāng)基本上每10a遭遇一次的泄水泄洪事件發(fā)生時,野豬坑水庫大壩i=1.93/20.65=1/10.65,船底窩水庫大壩i=1.18/22.70=1/19.23。沖刷坑許可的最大后坡iK=1/2.5~1/5。由于均i

      3 大壩安全監(jiān)測設(shè)計

      3.1 變形監(jiān)測

      垂直位移觀測采用精密水準(zhǔn)儀法,水平位移觀測采用視準(zhǔn)線法,具體布置為:在壩頂靠近上游側(cè)設(shè)置1條視準(zhǔn)線,視準(zhǔn)線上設(shè)置位移標(biāo)點、兩岸壩肩設(shè)置各1個工作基點和1個校核基點。

      3.2 壩基揚壓力及壩肩滲漏監(jiān)測

      大壩壩基揚壓力及壩肩繞壩滲漏采用埋設(shè)測壓管進(jìn)行監(jiān)測。

      3.3 大壩水位觀測采用水尺測量。

      1)大壩上游的水位觀測,在離大壩上游約50m處設(shè)置水尺。

      2)主要檢查項目為:①大壩頂端是否存在裂痕、與正常不符合的變形狀況、存有積水或者植物生長影響大壩使用等現(xiàn)象;②大壩的各個坡面以及大壩地基是否存在裂縫或者積水滲水現(xiàn)象。

      4 結(jié) 語

      文章介紹了該項工程在促進(jìn)資源綜合利用方面的重要作用。通常情況下,可以通過水庫選擇較高蓄水水位,進(jìn)而對天然水能源進(jìn)行充分利用,切實提升自然資源的利用效率,避免造成資源浪費等不當(dāng)行為。投入到建設(shè)當(dāng)中的新工程不會對天然水源的水質(zhì)造成直接影響。因此,下放環(huán)境水的水源仍然可以在下游其他用水中使用,并且滿足用水需求,促進(jìn)綜合利用價值的有效提升。

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