２０１４年第８期 黑龙江水利科技 ＮＯ．８．２０１４ （第４２卷） Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ （Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．４２） 文章编号：１００７—７５９６（２０１４）０８－０１０３—０２ 某水库输水洞出口消力池底板厚度计算及稳定分析 于海洋 ，姚忠天 （１．辽宁润中供水有限责任公司，沈阳１ｌＯＯＯＯ；２．辽宁省大伙房水库管理局，辽宁抚顺１１３０００） 摘要：文章针对某水库输水洞改造工程，对其出口处消力池闸底板的受力情况进行了分析， 在综合考虑底板所受的扬压力、静水压力、重力以及脉动压力等因素下，对底板厚度进行计算 并对稳定性进行了分析，为输水洞改造工程中消力池底板加固的设计和施工提供了依据。 关键词：输水洞改造；消力池底板；厚度计算；稳定分析 中图分类号：ＴＶ６５３．１ 文献标识码：Ｂ １ 工程概况 门水封漏水，金属结构锈蚀，启闭机室混凝土结构破 坏等诸多问题。 某水库总库容为２２．６８×１０ １ＴＩ ，为大（１）型水 ２）通过复核计算，输水洞现状泄流能力不能满 库，工程等别为Ｉ等，水库枢纽主要由挡水建筑物主 足主汛期和后汛期洪水调度方案中输水洞设计泄量 坝、一副坝、二副坝、三副坝和泄水建筑物主溢洪道、 的要求。 非常溢洪道和输水洞组成。 ３）水库通过输水洞排放生态环境水量和灌溉水 设计洪水标准为１ ０００ ａ一遇，校核洪水标准为 量时，需要对下泄流量进行调节控制，输水洞泄洪出 可能最大洪水（ＰＭＦ）。水库正常蓄水位为１３１．５ １ＴＩ， 口由于下游水位差较大，只能采用潜孔式平面滑动 防洪水位为１２６．４ ｉｎ，设计洪水位为１３６．６３ ｉｎ， 钢闸门，不能调节下泄流量，无法满足上述要求¨ｊ。 校核洪水位为１３９．３２ ｍ。 ４）２０１０年７月下旬，流域中上游连降大到暴雨， 输水洞位于主坝和一副坝之间的主坝左端，主 该水库库水位达到１２８．２９ ｍ，已超过防洪水位 要功能是排泄洪水、引水发电、灌溉和先期施工 １２６．４ ｍ和控制水位１２８．２２ １１３，此时，输水洞按洪水 导流。 调度方案应开启泄洪并达到设计泄量４ＯＯ １ＴＩ ／ｓ，但实 输水洞主要由进水渠、进口控制段、主洞段、支洞 际情况是，支｝同１由于机组故障关闭检修闸门，未能 １和支洞２共５部分组成。主洞段长度２３６．４８６ Ｉｎ，洞 及时参与泄洪，输水洞洪水全部通过支洞２下泄，造 径６．５ ｍ，末端分岔为支洞１和支洞２。其中支洞１长 成支洞２洞身、下游消力池及尾水渠均产生不同程 度为１３６．６９４ Ｉｎ，洞径６．５ ｍ，设计为电站支洞，设计泄 度的损毁，更为严重的是延误了洪水的及时下泄，给 量为１８０ ｍ ／ｓ；支洞２长度为１４８．４ ｎｌ，原设计为泄洪 水库枢纽的安全带来了极其不利的影响。 支洞，分岔前洞径为５．５ Ｉｎ，后部分岔为支洞２—１和支 本次输水洞改造工程将支洞２洞径扩至６．５ ｍ， 洞２—２，洞径均为４．０ ｉｎ，设计泄量为２２０ ｍ ／ｓ。 支洞２—１和支洞２—２洞径扩至５ Ｉｎ。改造后，输水 ２存在问题 洞在库水位为１２８．２２ ｉｎ时，支洞２设计泄量可达到 ４０９．４ ｉｎ ／ｓ，满足汛期防洪调度下泄流量的要求。根 某水库经过多年运行，存在以下问题： 据改造后的下泄流量标准，使之为工程安全提供保 １）输水洞进口拦污栅、闸门及启闭机室已运行 障，需要对下游消能防冲设施重新进行设计与校核。 多年，少有检修，２０１０年汛后，通过检查发现存在闸 ［收稿日期］２０１４—０４—１２ ［作者简介］于海洋（１９７５一），男，辽宁抚顺人，助理工程师；姚忠天（１９９０一），男，辽宁抚顺人，助理工 程师。 －－－——１０３－－－—— ２０１４年第８期 （第４２卷） 黑龙江水利科技 Ｎｏ．８．２０１４ Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ （ＴｏｔＭ Ｎｏ．４２） ３消力池底板厚度计算 依据《水闸设计规范》ＳＬ ２６５－－２００１，消力池底 板厚度可根据抗冲和抗浮要求，分别按公式（１）和 （２）计算，并取其大值。 抗冲： 作用在消力池底板上的脉动压力，ｋＰａ，其值可取跃 前收缩断面流速水头值的５％；通常计算消力池底板 前半部的脉动压力时取“＋”号，计算消力池底板后 半部的脉动压力时取“一”号；Ｔ 为消力池底板的饱 和重度，ｋＮ／ｍ 。 ｔ＝ｋ ４ｑ △Ｈ 抗浮： ｆ： ‘ （１） 消力池末端厚度，可采用÷，但ｔ＞０．５ ｉｎ。 二 因为是淹没式水跃，故Ｐ 根据“溢洪道设计规 （２） ｙ６ 范”（ＳＬ２５３－－２０００），Ｐ 可用下式计算： ２ ｎ口１式中：ｔ为消力池底板始端厚度，ｉｎ；ＡＨ 为闸孔泄水 Ｐ ＝３ｋｐ／３ 厶 （３） 为脉动压强系数，取ｋ ＝０．０２０； 为面积 时的上、下游水位差，Ｉｎ；ｋ 为消力池底板计算系数， 式中： 和护坦上水深 可采用０．１５～０．２０；ｋ 为消力池底板安全系数，可采 均化系数，取卢 ＝０．３０（实际上，用１．１～１．３；Ｕ为作用在消力池底板底面的扬压力， 等因素有关）；Ｐ 为水的密度。 分别采用校核标准，设计标准计算成果见表１： ｋＰａ；Ｗ为作用在消力池底板顶面的水重，ｋＰａ；Ｐ 为 表１ 设计标准计算成果表 根据上述结果，取ｔ＝２．０ｍ ＝Ｐ１＋Ｐ２／Ｕ１＋Ｕ２ ＝２５ ｋＮ／ｍ ，ｔ：２．０ｍ （８） ４消力池底板稳定分析： 根据图１进行消力池底板的稳定性分析。 取Ｌ＝１４ｍ， 根据设计标准和校核标准计算结果见表２。 表２设计标准和校核标准计算结果 规范规定ｋ，＝１．０～１．２，故消力池底板厚度ｔ： ２ ｍ满足要求。 ｌ— ５ 结语 图１ 消力池底板受力示意图 本文结合某水库输水洞改造工程，对其出口处 消力池闸底板的受力情况进行了分析，对底板厚度 进行计算并对稳定性进行了分析研究，确定了消力 （４） 消力池底板受力情况如下： 底板底边的单宽扬压力 计算： Ｕｌ＝ （ｄ＋ｈ２） 池底板加固后的厚度，并经验证证明方案满足要求， 为输水洞改造工程中消力池底板的加固设计和施工 提供了理论依据和参考价值。 底板面上的单宽静水压力Ｐ 计算： Ｐｌ ｈ２Ｌ （５） （６） 底板单宽重力Ｐ：计算： Ｐ２＝ 。Ｌｄ 参考文献： ［１］江苏省水利勘测设计研究院．ＳＬ２６５－－２００１水闸设计规 底板面的脉动压力 计算： ：范［Ｓ］．北京：中国水利水电出版社，２００１． ［２］水利部天津水利水电勘测设计研究院．ＳＬ２５３－－２０００溢 ３ （７） 洪道设计规范［Ｓ］．北京：中国水利水电出版社，２０００． 抗浮安全系数 ，计算： 一ｌ０４一
