浅谈新陂水库除险加固工程输水涵管改建设计

浅谈新陂水库除险加固工程输水涵管改建设计

案例分析浅谈新陂水库除险加固工程输水涵管改建设计张磊（广州市宏涛水利水电勘测设计有限公司，广东广州510405）摘要：通过对新陂水库输水涵管现场调查，发现现状输水涵管存在严重安全隐患，为保证水库安全运行，亟需对现有输水涵管进行改建。关键词：新陂水库；输水涵管；改建；设计中图分类号：TV697.3文献标识码：A文章编号：1674―3024（2016）09―89―021工程概况8gλ=2C新陂水库位于广州市白云区钟落潭镇新陂村，水库集雨面2积2.28km，按50年一遇洪水标准设计，500年一遇洪水标准11C=R6校核。水库死水位40.00m（珠基高程，下同），死库容2.85万n33m，正常蓄水位47.61m，相应库容131.94万m，设计洪水位348.56m，相应库容171.89万m，校核洪水位48.90m，相应库μ3式中：c——管道系统流量系数，本工程为0.407；容187.13万m。是一座以灌溉为主，结合防洪、养殖、生态等综合利用的小（1）型水库。新陂水库输水涵管位于大坝左侧，建于1956年，为矩形拱λ——沿程水头损失系数，本工程为0.024；涵，孔口尺寸为0.6m（高）×0.4m（宽），进水口高程40m，3总长为57m，最大输水流量0.5m/s。由资料查得，输水涵管两侧墙为底宽0.8m的浆砌块石，涵顶为宽1.1m，厚0.3m钢筋混l——管道计算段长度，本工程为62.6m；凝土盖板。d——管道内径，本工程为1.0m；2存在问题2A——管道断面面积，本工程为0.785m；∑ζ——局部水头损失系数之和，本工程为3.5；现输水涵管进水口闸门采用拉杆控制，启闭拉杆锈蚀严重，启闭困难，出水口段挡墙状况较差，涵顶盖板混凝土保护层脱H——进出口水位差；落，下游无消能防冲设施。n——管壁粗糙系数，本工程为0.014；据现场检查，在库水位并不高、闸门关闭情况下涵洞内仍有15cm积水，通过现场检测发现涵管内有漏水部位，闸门存R——圆管水利半径，本工程为0.25；3在止水老化问题。由于当时设计及施工标准较低，运行多年而根据以上公式，算得正常蓄水位时Q=3.72m/s，设计洪水33未曾加固过，隐患很大，若突遇大洪水可能引发安全事故，水位下Q=3.97m/s，校核洪水位下Q=4.05m/s。库下游为人口密集区，因此，需对输水涵管进行改建，以消除3.2消能工设计安全隐患。放水涵采用底流消能形式，消力池按30年一遇洪水标准设计，参照《水闸设计规范》(SL_265-2001)，计算公式如下：3输水涵管设计"d=σh−h−ΔZ0cs0.25新建竖井式放水塔，进口段由闸室控制段、上部竖井启闭机h⎛8αq2⎞⎛b⎞h"=c⎜1+−1⎟⎜1⎟室、工作桥等部分组成。采用平板混凝土闸门和手电两用启闭机，c2⎜gh3⎟⎜b⎟⎝c⎠⎝2⎠施工时需对放水塔基础彻底清基，由于基础位于粉质粘土层，采aq2用200mm厚C15素混凝土作为垫层，再浇筑C25砼塔基。h3−Th2+=0c0c22ghφ22αqαqΔZ=−2'2"22gφh2ghscL=L+βLsjsj3.1过流能力计算Lj=6.9(hc"−hc)改建后输水涵管全长约60m，为方便检修，本工程涵管内式中，d为消力池深度，m；σ为水跃淹没系数，可采用0径选为1.0m，进口底板高程40.00m，出口高程39.70m。涵管1.05~1.10；h"为跃后水深，m；h为收缩水深，m；α为水流cc过流采用简单管道自由出流的流量公式进行计算：动能校正系数，可采用1.0~1.05；q为过闸单宽流量，[m³/（s·m）]；Q=μA2gHcbb1为消力池首端宽度，m；2为消力池末端宽度，m；T01μc=为由消力池底板顶面算起的总势能，m；ΔZ为出池落差，m；l1+λ+Σξ'dh为出池河床水深，m；φ为流速系数，取0.95；L为消力ssj建筑建材装饰89n案例分析池长度，m；Ls为消力池斜坡段水平投影长度，m；L为水跃根据以上公式，计算成果见下表1-1：j长度，m；β为水跃长度校正系数,可采用0.7~0.8。表1-1放水涵消能工计算成果表qT"'Lj（m）(m3/s*m)0(m)hc(m)hc(m)hs(m)ΔZ（m）d（m）Ls（m）Lsj（m）3.0543.6640.4021.9840.80.4240.8594.510.91712.688根据上表计算成果，确定本工程消力池长为13m，池深为高程为38.90m，根据地质报告，闸室基础处为粉质粘土层，该0.9m。层承载力特征值为160kpa，故无需基础处理可满足设计要求。3.3闸室基础处理3.4施工方案选择根据设计图纸，计算闸室基础以上建筑物的自重、设备荷本次涵管加改建可选用大开挖和顶管两种施工方案，具体载及活载所产生的基础最大承载力为80.87kPa，闸室基础设计优缺点见下表：表1-2施工方案对比表方案优点缺点顶管方案：在现有涵管旁采用顶管施工方1.不阻断交通，不破坏现有大坝道路和植1.造价较高，对施工技术和施工质量要求案新建一条输水涵管，新涵管建成后将现被，对周边居民生活和交通干扰较小较高，且工作井施工难度大有涵管封堵。2.土方工程量较小，对周边环境及噪音影2.施工速度慢，工期较长响较小3.施工过程中容易产生偏差大开挖方案：在现有涵管位置采用机械开1.施工方法简单易行，可采用多机械联合1.破坏现有大坝道路及植被，对周边居民挖的方式将现有涵管挖除，铺设新涵管，作业，施工速度较快生活和交通影响相对较大新涵管铺设完成后将开挖坝面按规范回2.对于高度不大的大坝工程造价较低2.土方工程量较大，噪音较大填并压实。考虑到本工程旧涵管破损严重，即使封堵后仍存安全隐患，经综合比较，本工程采用大开挖方案进行施工。3.5开挖边坡稳定计算根据规范要求，选取最危险断面进行边坡稳定计算，本工程最危险开挖断面为坝顶处开挖断面，现以此断面为例进行边坡稳定计算，开挖断面见下图：计算成果:最不利滑动面：滑动圆心=(5.880,13.920)(m)滑动半径=10.316(m)滑动安全系数=1.301根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)，本工程施工期综上，最不利滑动面安全系数1.301>1.15，满足规范要求。（非常运用条件Ⅰ时）抗滑稳定最小安全系数值为1.15，采用4结语《理正挡土墙计算程序》进行计算。计算条件：通过对新陂水库输水涵管改建，消除了原涵管存在的安全圆弧稳定分析方法：简化Bishop法隐患，为水库的安全运行和下游居民生产生活安全提供了保障。土条重切向分力与滑动方向反向时:当下滑力对待参考文献：稳定计算目标:自动搜索最危险滑裂面[1]SL274-2001碾压式土石坝设计规范[S]条分法的土条宽度:0.500(m)[2]SL265-2001水闸设计规范[S]搜索时的圆心步长:1.000(m)[3]熊启钧.涵洞[M].北京：中国水利水电出版社，2006搜索时的半径步长:0.500(m)[4]陈宝华，张世儒.水闸[M].北京：中国水利水电出版社，计算参数：根据本工程地质报告，区域①为素填土，32003γ=18.2kN/m，C=27.65，Φ=19.38；区域②为粉质粘土，γ=18.3kN/m3，C=21.60，Φ=13.15；荷载等级为汽车-10级，分[5]吕中海，李琳等.广州市白云区新陂水库大坝安全鉴定报布宽度为2.3m，路肩宽度为0.5m。告[R].广东省水利水电科学研究院，2010计算成果图：90建筑建材装饰