者山河水库取水兼放空建筑物布置及结构设计计算

摘 要：者山河水库是一座具有农村生活饮水和灌溉用水供水的综合性水库，在工程优化设计过程中，结合工程特性、坝址区地形、地质等情况，综合考虑工程整体布置、施工难度及工程投资等因素，优选“三孔合一多用途孔”从水库取水。经详细结构设计结算，优化后的取水兼放空建筑物设计方案，具有较高的技术可行性和经济合理性。

关键词：者山河水库；取水兼放空建筑物；进口底板；设计计算

1 工程概况

安龙县者山河水库工程位于黔西南布依族苗族自治州安龙县龙广镇纳万村，距离龙广镇政府6km。者山河水库工程任务是为联新村及辖区内的7个村组共4789人及4311头大小牲畜提供生活饮水以及解决下游3100亩农田的灌溉用水问题。水库坝址控制流域面积5.42km2，校核洪水位1261.70m，总库容107.0万m3；正常蓄水位1260.00m，相应库容93.0万m3；死水位1245.50m，相应库容13.4万m3，兴利库容79.6万m3。坝型为混凝土重力坝方案，其枢纽布置为：混凝土重力坝+坝身溢洪道+左岸取水兼放空管+供水管线。工程为Ⅳ等小（1）型工程，挡水、泄水、取水兼放空建筑物为4级建筑物，次要建筑物为5级建筑物。

2 取水兼放空建筑物布置

可研阶段审查意见：基本同意右坝段取水兼放空钢管的设计布置。进水口底高程为1242.50m，闸门井内设2.0m×2.0m（宽×高）检修闸门各一道，后接φ800坝内埋管。

但在初步设计过程中，结合工程区地形条件，考虑到右岸为顺向坡，取水兼放空建筑物布置在右岸会导致顺向开挖边坡的高度较高，为了减少工程开挖量，考虑将取水兼放空建筑物布置在左岸。在实施施工导流时，分期导流中的导流建筑物从地形条件上看[1]，宜布置在较平缓的左岸，避开较陡峭的右岸顺向坡，导流需要的孔口尺寸为2.2×1.5m（宽×高）。为了减少导流洞与取水兼放空建筑物的干扰，考虑将取水兼放空孔与导流孔合为一体，故取水兼放空建筑物的空口尺寸需要扩大为2.2×1.5m（宽×高），满足导流需要。

取水兼放空建筑物布置在大坝左岸，取水口进口底板高程为1242.50m，高于淤沙高程1242.10m。进口为三面收缩的喇叭型，孔口尺寸为2.2×1.5m（宽×高）；拦污栅尺寸为2.2×2.0m（宽×高）拦污栅后设置1扇检修闸门，检修闸门尺寸为2.2×1.5m（宽×高），孔口尺寸为2.2×1.5m（宽×高）；坝身取水兼放空孔（施工期导流孔兼用）尺寸为2.2×1.5m（宽×高），孔口比降为1.5%，后接φ800的压力钢管，钢管中心线高程1243.90m，管长10.0m，引水至大坝下游闸阀室，与输水钢管相连。

活塞阀室采用砖混结构，阀室尺寸4.98m×7.00m，室内净空3.9m，室内底板高程1262.35m，阀门中心线高程1243.90m，阀门进口处设置φ800mm伸缩节。

3 取水兼放空建筑物结构设计计算

3.1 进口底板高程的确定

3.2 井筒抗滑稳定计算

底孔井筒顶高程1262.50m，建基面高程1241.00m，高21.5m，钢筋混凝土容重25kN/m3，加上启闭机室排架及启闭机重量，计算基底应力0.25MPa，远小于地基容许承载力3MPa，故井筒尺寸不受承载力控制。

3.3 进口启闭机室结构

底孔进口启闭机室为框架结构，共分为两层，其中检修平台高程为1262.50m，启闭平台高程为1266.00m，屋顶高程为1269.60m。启闭机室板梁柱均采用C25混凝土。启闭机室设计荷载为：平板事故闸门作用于板梁柱上的启闭力、人群荷载、自重。经计算，确定：屋顶板厚度为120mm、启闭平台板厚度为200mm；屋顶排架横梁断面为600×700mm、启闭平台排架横梁断面为600×800mm；检修平台、启闭平台排架柱断面分别为600×800mm、600×800mm。

3.4 出口闸阀室结构

底孔出口闸阀室采用砖混结构，闸阀室底板高程为1242.20m，屋顶高程为1246.10m。闸阀室采用M7.5砖砌墙，板梁柱均采用C25混凝土。闸阀室设计荷载为：3tU型吊钩，板、梁自重。经计算，确定：屋顶板厚度为120mm、屋顶横梁断面为300×400mm、屋顶圈梁断面为240×400mm。

3.5 取水流量复核

根据简单管道自由出流计算公式，考虑水库运行至死水位时仍需向下游供水，复核其取水流量是否满足要求。管长30m，管径0.8m，糙率0.012。经计算，当水库运行至死水位1245.50m时，作用水头H0=1245.50-（1242.50+0.75）=2.25m，φ800钢管引水流量为1.89m3/s>0.245m3/s最大一日引水流量，故满足取水要求。

3.6 水库放空时间计算

放空时间为：水库从正常水位1260.00m起放，降至放空管中心线高程1243.90m时所需时间。在水位1260.00～1243.90m之间，每隔2m分一层。根据简单管道自由出流计算，计算公式同取水流量复核公式[3]。计算结果表明：以水库正常水位1262.00m至死水位高程1245.50m之间的库容为放空库容，初步计算得水库放空时管道内的水流流速在10.88m/s～2.30m/s之间，水库放空时间为82.34h（3.4d）。

4 结束语

在对者山河水库取水兼放空建筑物进行优化设计时，充分结合坝址区地形地质条件和工程开挖量等因素，科学合理进行取水方案规划设计。优选将取水兼放空建筑物布置在较平缓的左岸的设计方案，有效避开较陡峭的右岸顺向坡，起到减少工程开挖工程量，提高工程施工安全和项目投资经济效益的作用。

参考文献

[1]吴春占.旧院水库工程导流 放空兼取水隧洞设计[J].中国水运（下半月），2014，14（06）：187-188，287.

[2]李晓梅，王鹏飞.麻沟水库导流兼放空隧洞设计与研究[J].河南水利与南水北调，2013（12）：46-47.

[3]胡 .六枝特区旧院水库导流、放空兼取水隧洞设计[J].中国新技术新产品，2011（12）：100.

作者简介：谢文强（1989-），男，广西省南宁市人，大学本科，助理工程师，主要从事水利水电工程水工结构设计工作。