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 110000；2.辽宁省大伙房水库管理局，辽宁抚顺 113000）

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1，姚忠天2

（1.辽宁润中供水有限责任公司，沈阳 110000；2.辽宁省大伙房水库管理局，辽宁抚顺 113000）

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。

输水洞改造；消力池底板；厚度计算；稳定分析

1 工程概况

某水库总库容为22.68×108m3，为大（1）型水库，工程等别为Ⅰ等，水库枢纽主要由挡水建筑物主坝、一副坝、二副坝、三副坝和泄水建筑物主溢洪道、非常溢洪道和输水洞组成。

设计洪水标准为1000a一遇，校核洪水标准为可能最大洪水（PMF）。水库正常蓄水位为131.5m，防洪限制水位为126.4m，设计洪水位为136.63m，校核洪水位为139.32m。

输水洞位于主坝和一副坝之间的主坝左端，主要功能是排泄洪水、引水发电、灌溉和先期施工导流。

输水洞主要由进水渠、进口控制段、主洞段、支洞1和支洞2共5部分组成。主洞段长度236.486m，洞径6.5m，末端分岔为支洞1和支洞2。其中支洞1长度为136.694m，洞径6.5m，设计为电站支洞，设计泄量为180m3／s；支洞2长度为148.4m，原设计为泄洪支洞，分岔前洞径为5.5m，后部分岔为支洞2－1和支洞2－2，洞径均为4.0m，设计泄量为220m3／s。

2 存在问题

某水库经过多年运行，存在以下问题：

1）输水洞进口拦污栅、闸门及启闭机室已运行多年，少有检修，2010年汛后，通过检查发现存在闸门水封漏水，金属结构锈蚀，启闭机室混凝土结构破坏等诸多问题。

2）通过复核计算，输水洞现状泄流能力不能满足主汛期和后汛期洪水调度方案中输水洞设计泄量的要求。

3）水库通过输水洞排放生态环境水量和灌溉水量时，需要对下泄流量进行调节控制，输水洞泄洪出口由于下游水位差较大，只能采用潜孔式平面滑动钢闸门，不能调节下泄流量，无法满足上述要求［1］。

4）2010年7月下旬，流域中上游连降大到暴雨，该水库库水位达到128.29m，已超过防洪限制水位126.4m和控制水位128.22m，此时，输水洞按洪水调度方案应开启泄洪并达到设计泄量400m3／s，但实际情况是，支洞1由于机组故障关闭检修闸门，未能及时参与泄洪，输水洞洪水全部通过支洞2下泄，造成支洞2洞身、下游消力池及尾水渠均产生不同程度的损毁，更为严重的是延误了洪水的及时下泄，给水库枢纽的安全带来了极其不利的影响。

本次输水洞改造工程将支洞2洞径扩至6.5m，支洞2－1和支洞2－2洞径扩至5m。改造后，输水洞在库水位为128.22m时，支洞2设计泄量可达到409.4m3／s，满足汛期防洪调度下泄流量的要求。根据改造后的下泄流量标准，使之为工程安全提供保障，需要对下游消能防冲设施重新进行设计与校核。

3 消力池底板厚度计算

依据《水闸设计规范》SL265—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：

抗浮：

式中：t为消力池底板始端厚度，m；ΔH＇为闸孔泄水时的上、下游水位差，m；k1为消力池底板计算系数，可采用0.15～0.20；k2为消力池底板安全系数，可采用1.1～1.3；U为作用在消力池底板底面的扬压力，kPa；W为作用在消力池底板顶面的水重，kPa；Pm为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“－”号；γb为消力池底板的饱和重度，kN／m3［2］。

因为是淹没式水跃，故Pm根据“溢洪道设计规范”（SL253—2000），Pm可用下式计算：

式中：Kp为脉动压强系数，取kp＝0.020；βm为面积均化系数，取βm＝0.30（实际上，βm和护坦上水深等因素有关）；ρw为水的密度。

分别采用校核标准，设计标准计算成果见表1：

表1 设计标准计算成果表

根据上述结果，取t＝2.0m

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。

图1 消力池底板受力示意图

消力池底板受力情况如下：

底板底边的单宽扬压力U1计算：

底板面上的单宽静水压力P1计算：

底板单宽重力P2计算：

底板面的脉动压力U2计算：

抗浮安全系数kf计算：

取L＝14m，γc＝25kN／m3，t＝2.0m

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kf＝1.0～1.2，故消力池底板厚度t＝2m满足要求。

5 结 语

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。

［1］江苏省水利勘测设计研究院.SL265—2001水闸设计规范［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溢洪道设计规范［S］.北京：中国水利水电出版社，2000.

TV653.1

B

1007－7596（2014）08－0103－02

2014－04－12

于海洋（1975－），男，辽宁抚顺人，助理工程师；姚忠天（1990－），男，辽宁抚顺人，助理工程师。