张家界坝水库非常溢洪道设计

张家界坝水库非常溢洪道设计

1水库及水泵排放张家水库水库位于云南省昆明安宁县明峪河支流青水河的源头。水库距离昆明约37公里，距离宁宁县约5公里。该交通便利。这是云南省磷工业基地的一个特别水库，为国家“十二五”重点项目提供生产用水。大坝为一座以泥岩为坝壳,风化泥岩与粘土混合料为心墙的堆石坝,坝高36.5m,总库容1349.4万m3。由于坝址区内控制径流面积甚小,仅有3.7km2,故本区径流量不能满足水库库容要求,只能采取抽水方式蓄水,主要由大汉营抽水站抽水,通过2.6km长,内径为90cm的钢管输送至张家坝水库,通过多年调节的方式向云南磷肥基地供水。该工程主要由大坝、拦河闸、抽水站、输水管道和非常溢洪道五个部分组成。2关于大坝加固溢洪道情况张家坝水库,正常蓄水位1883.0m,设计洪水位1883.4m(p=1%),校核洪水位1883.6m(p=0.1%),大坝坝顶高程1884.7m,正常蓄水位与坝顶高程仅差1.7m,为确保大坝安全,要求建一非常溢洪道,在非常情况时,作排水之用。根据自然地形条件,非常溢洪道布置在左岸山垭口处。3泥岩和粉砂质泥岩坝址区岩性比较单一,主要是二迭系紫红色泥岩和粉砂质泥岩,局部夹有少量砂岩,透水性弱,ω值一般小于0.05L/min·m·m,故基础不必进行防渗处理。4反弧段的水质、高高层叠粱结构非常溢洪道全长19.4m,宽16.8m,溢流净宽16m,分为铺盖段、溢流堰段和海漫段。铺盖段长5m,高3m,底宽16.8m,边墙坡比为1∶1的梯形断面,采用80号浆砌块石护砌,衬砌厚度见图1。铺盖段的布置确保了溢流堰不受水流淘刷。溢流堰段长8.4m,最大高度9.15m,溢流堰面采用克-奥Ⅰ型实用堰曲线,相连的直线段坡比为1∶0.437,反弧段半径为3.6m,园心角为65.52°,溢流净宽16m,分为两孔,中间是0.8m的桥墩;堰顶高程为正常蓄水位1883.0m,为了尽可能拦蓄雨水,堰顶设了三块0.2m高的叠粱闸门,闸门顶高程为1883.6m,即可使库水位蓄到校核洪水位,若遇特殊情况可将叠粱拿掉,让溢流堰泄洪。溢流堰采用100号埋石混凝土浇筑,为确保溢流面的光洁度,用厚2cm的200号细骨料混凝土抹面;叠粱用250号钢筋混凝土浇筑。溢流堰右接大坝坝顶,左接改建后的公路,为连接坝顶与公路,在堰上设一座250号钢筋混凝土交通桥,桥面高程与坝顶高程一致,即1884.7m,桥为单车道,净宽4.2m,净跨8.0m,中间设一宽0.8m的150号混凝土桥墩,两岸为150号埋石混凝土U型桥台,溢流堰与桥台、桥墩之间用沉陷缝分开。右桥台后填土与大坝填土相接,左桥台与公路相接。海漫段长6m,宽16.8m,高度由4.15m的矩形断面变为高度为1.3m的梯形断面,以扭面结构形式连接,采用80号浆砌石护砌,海漫段以后不作护砌,将来泄出的洪水顺着地形向下流淌进入清水河;铺盖和海漫两岸边墙与大坝护坡及公路平顺连接。非常溢流道纵剖面见图1。5过流设计云南磷肥工业基地要求水库均匀供水,有压钢管最小过流量不得小于0.69m3/s,最大过流量可达7.57m3/s,为保证水库的安全,非常溢洪道的泄流量必须大于输水钢管的最大过流量。泄流量计算公式:Q=mb2g−−√H03/2式中:m——采用克-奥实用堰剖面的流量系数,取m=0.49;b——溢流堰净宽,b=16m;H0——堰上水头,略去行近流速,H0=H。计算结果:设计水位1883.4m时,Q=8.78m3/s;校核水位1883.6m时,Q=16.13m3/s;均大于7.57m3/s,满足泄洪要求。6水库稳定性计算6.1载荷计算考虑的荷载为:自重、叠粱重、水压力、扬压力、地震动水压力、水平向地震惯性力(考虑地震烈度为7度)。6.2特殊组合基本组合Ⅰ:自重+正常蓄水位时水压力+扬压力+上、下游土压力。特殊组合Ⅱ:自重+校核洪水位时水压力+扬压力+上、下游土压力。特殊组合Ⅲ:自重+正常蓄水位时水压力+扬压力+上、下游地震压力+地震动水压力+水平地震惯性力。6.3滑动面的计算结合荷载组合情况,主要做了堰基底面的抗滑稳定计算。计算公式:式中:K——按抗滑强度计算的抗滑稳定安全系数;f——堰混凝土与坝基接触面的抗剪摩擦系数,根据岩石试验资料,综合分析试验成果,选取f=0.4;ΣW——作用于堰体上的全部荷载对计算滑动面的法向分量;ΣP作用于堰体上的全部荷载对计算滑动面的切向分量。计算结果见表1。计算结果,抗滑稳定安全系数均大于《规范》规定的抗滑稳定安全系数,故溢流堰稳定满足要求。7堰基底面应力考虑的荷载和荷载组合同坝体稳定计算,计算公式为:бmax=∑WLB+6∑MLB2бmin=∑WLB−6∑MLB2e=B2−∑M∑W式中:ΣW-截面上垂直力总和;ΣM-所有垂直力和水平力对截面底面中心的力矩总和;L-截面的长度(垂直水流方向);B-截面的宽度(顺水流方向);e-所有垂直力对堰基底面的偏心距。计算结果见表2。根据地质试验资料,堰基基岩的允许压应力为[б]=27t/m2。上述计算结果,堰基底面上的最大垂直正应力[бmax]均未超过允许应力[б]=27t/m2,而最小正应力[бmin]均大于零,即不会出现拉应力;同时,合理作用点不超过坝基断面的三分点,即e小于等于B/6,故堰基应力满足要求。8计算坝体的应力计算选最危险截面:A-A截面及C-C截面,截面位置见图1,考虑的荷载和荷载组合同坝体稳定计算,只是忽略基本组合Ⅰ。8.1垂直正电压计算计算公式同堰基应力计算公式,计算结果见表3。8.2直接剪应力的计算结构简化为按悬臂梁计算,计算公式:бjmax=∑QA式中:ΣQ——作用于所选截面的切力;A——所选截面的面积。8.3应力计算结果在数值上主拉应力就等于直接剪应力,即бLmax=бjmax垂直正应力、直接剪应力和主拉应力的计算结果见表3。查得100号混凝土允许强度为:抗压应力[б]=35kg/cm2直接剪应力=[бj]=5.5kg/cm2主拉应力[бL]=3kg/cm2计算结果表明,两危险截面的应力值均小于相应的容许应力值,故溢流堰断面设计合理。9运行效果及效率该非常溢洪道的设计,从整体布置、体形结构选取都达到了最优化的结果,使它显得“