1、1淌泉子水库泄洪洞工程设计【摘要】 淌泉子水库大坝为均质土坝，运行至今已有 50 多年，原施工质量较差，后期管理不善，泄洪洞老化严重，泄洪存在较大的安全隐患。通过实地考察和理论计算，泄洪洞不能安全泄洪，本次设计将泄洪洞洞径确定为 1.81.8 米、竖井前为有压洞，竖井后采用无压洞，同时完善消能设施，清除了泄洪洞的安全隐患。 【关键词】泄洪洞洞径选择消能计算安全泄洪 【 abstract 】 drip spring son for homogeneous earth dam, dam of a reservoir operation has been more than 50 years, th
2、e construction quality is poorer, the late mismanagement, aging is serious, the tunnel, the water there is a big security hidden danger. Through on-the-spot investigation and theoretical calculation, the tunnel cannot safely discharge, the design flood discharge tunnel will determine the hole diamet
3、er is 1.8 * 1.8 m, well before there was pressure hole, shaft adopted after pressureless, energy dissipation facilities at the same time, the discharge of the tunnel cleared security hidden danger. 【 key words 】 the tunnel hole diameter selection energy 2dissipation calculation flood safety 中图分类号: F
4、407.9 文献标识码 A 文章编号 1 概述 淌泉子水库位于长春市双阳区山河街道办事处，坝址距双阳城区40km，水库上游为半山区地形，地理位置为东经 12555，北纬 4321，集雨面积 8.7km2。水库总库容 132.98 万 m3，正常蓄水库容 91.62万 m3，死库容 2.49 万 m3。设计灌溉面积 2580 亩，淌泉子水库保护下游1 个乡镇 19 个村屯 6500 口人、197 公顷耕地及双阳-烟筒山公路安全。是一座以防洪、灌溉为主，兼有养殖等综合利用效益的小(1)型水利工程。水库枢纽工程由大坝、泄洪洞、输水洞组成。 2 泄洪洞工程地质条件评价 泄洪洞位于大坝右端（0+252）
5、 ，洞轴线与坝轴线正交，其建筑物地基主要由粉质粘土、安山岩组成，地基承载力特征值 fak=150kPa，其强度可满足建筑物设计要求。根据工程地质剖面图按其岩性特征由上而下分述如下： 粉质粘土：黄褐色、灰黄色，可塑状态，下部硬塑状态，渗透系数K=5.910-5，属微弱透水层。钻进厚度 3.65.6m。 泄洪洞进口段和竖井段内外表面砼剥蚀严重，闸室段裂缝漏水，洞身第二段轻微裂缝砼剥蚀，陡坡段和消力池段砼剥蚀露筋，闸门启闭机已不能正常开启。按病险类型划分属于涵、洞渗漏问题和输水涵管损坏3问题，建议采取工程处理措施。如拆除重建，基础坐落在粉质粘土层上可满足要求。 3 泄洪洞断面尺寸确定 3.1 竖井前
6、有压洞断面尺寸 原泄洪洞轴线桩号 0+252，本次设计轴线位置不变，泄洪洞轴线与坝轴线正交，竖井段前采用有压洞，洞进出口底高程均为 248.80m，洞长5.5m，根据过流能力验算及调洪验算成果，确定泄洪洞断面尺寸1.81.8m。 3.2 竖井后无压洞断面尺寸 竖井后采用无压洞，洞进口底高程为 248.8m，纵坡坡比 1:100，洞出口底高程为 248.65m，无压洞长 13.5m。 无压洞其断面尺寸的拟定遵循以下原则： 一、为便于与竖井闸室衔接，无压洞仍采用矩形涵洞，且其底宽不变； 二、确保下泄上游来水量，即有压洞所泄流量； 三、确保该洞为无压洞，防止泄流时产生震动及空蚀现象， 水工隧洞设计规
7、范 （SL279-2002）建议，净空断面面积要求大于等于隧洞断面面积的 15%，同时，净空高度大于等于 0.4m。 （1）临界水深及临界坡比计算 临界水深及临界坡比计算公式： hk= ik= 4式中：hk-临界水深（m） ； -动能修正系数，取 1； 单宽流量（m3/s） ； 流量，m3/s） ； 临界水深时过水断面面积（m2） ； 临界水深时谢才系数（m） ； 临界水深时水力半径（m） ； 临界水深及临界坡比计算详见下表。 临界水深及临界坡比计算表 从上述计算可知，泄洪洞底坡按 i=0.01 确定，大于临界坡度，为陡坡，洞内将不能形成水跃。 （2）无压洞水深 h0 计算 设计泄洪洞 i=0
8、.01，大于临界坡度，为陡坡。复核下泄量，计算校核洪水流量时洞内水深 h0。无压洞内水流按明渠均匀流计算。 当无压段泄流量为 18.54m3/s 时，无压洞内水深为 2.0m。 本次设计取无压段涵洞高度为 2.4m，宽度 1.8m，纵向比降 0.01。满足要求。 淌泉子水库无压洞水力计算成果表 5表中洞身混凝土糙率 n=0.014，纵向比降 i=0.01 从上表计算可知：当泄洪洞通过最大泄量 18.54m3/s 时，洞内水深2.0m，根据规范要求，取安全净空高度 0.4m，因此竖井后无压洞尺寸采用 1.82.4m。 4 泄洪洞消能防冲设计 本次设计消能方式采用底流消能。计算公式如下： =0 =
9、 Fr= Z = S=Z 式中：跃前断面水深（m） ； 跃后断面水深（m） ； 跃前断面水流的平均流速； 以消力池底板为基准的上游总水头（m） ； 过闸单宽流量（m3/s） ； 流速系数，取 0.8； Z出池落差（m） ； 出池下游渠道水深（m） ； 水跃淹没系数，查水力计算手册取 1.05； 消能池出流的流速系数，=0.90； 池深。 6（1）消力池池深计算 分三种情况进行计算，采用试算法，各种情况下的消力池池深计算见下表。 消力池池深计算成果表 （2）消力池长度计算 Lsj=Ls+Lj 式中：Ls消力池斜坡段投影长度，本工程消力池斜坡投影长度为12.0m。 水跃长度校正系数，取 0.75；
10、 Lj水跃长度，取 6.9（hchc） 消力池池长计算成果表 （3）消力池底板厚度计算 t= 式中，消力池底板计算系数，可采用 0.1750.20； 泄水时上下游水位差， 消能池出口单宽流量，m3/s.m 消力池底板厚度计算成果见表 5.4.6。 消力池底板厚度计算成果表表 5.4.6 7(4)海漫长度 Lp 计算 Lp=Ksq0.5H0.25（水闸设计规范附 2.11 式） 公式中：Ks计算系数，壤土取 10 q消力池末端单宽流量 m3/sm H泄水时上下游水头差 m 海漫长度计算成果表 (5)海漫末端冲坑深度计算 d=1.1 公式中：V0河床土质不冲流速，取 1.0m/s。 q1海漫末端单
11、宽流量为 m3/sm。 hs海漫末端河床水深 m 海漫段末端冲刷深度计算成果表 经过以上计算：消力池长度取 24.0m，消力池深取 1.2m，海漫段总长度取 30.0m，海漫段末端冲坑护砌厚度取 2.0m。 5 泄洪洞结构总体布置 8（1）进口导流段 进口导流段长 5.5m，宽度由 3.8m 变为 1.8m，耳墙长 2m，采用“U”型槽结构。 （2）有压洞身段 有压洞身段总长 5.5m。断面尺寸为：底板厚 40cm。顶板厚 30cm，侧墙顶宽度 30cm，侧墙底宽度 50cm，洞底板下设 10cm 厚素砼垫层。 （3）竖井段 竖井段长 5.5m。竖井段布置工作闸门及检修闸门，均采用PGZ1.8
12、1.8m 拱型铸铁闸门，闸门间距 1.5m。选用 2 台 LQC-100 型手电两用启闭机。竖井底板下设 10cm 厚素砼垫层。底板厚 0.6m，竖井井壁厚0.3m，竖井平台顶设启闭机室 3.083.08m2。 （4）无压洞身段 无压洞身段总长为 13.5m。断面尺寸为：底板厚 40cm。顶板厚30cm，侧墙顶宽度 30cm，侧墙底宽 50cm，洞底板下设 10cm 厚素砼垫层。（5）陡坡段 陡坡宽 1.85m，坡比为 1:4，陡坡段长 12m。为钢筋混凝土 U 型槽结构。 （7）消力池段 经水力计算确定消力池池深为 1.2m，池长 14m，消力池底宽 5.0 米。消力池段采用“U”型槽结构，
13、陡坡段边墙两侧回填砂砾料，填筑高9度低于墙顶 30cm。 （8）海漫段 海漫长 30m，底宽为 5m，横断面为梯形，设计边坡为 1：1.5。海漫采用干砌石护砌，块石厚 25cm，下设碎石垫层厚 20cm（d=5-10cm） ，并铺一层无纺布、无纺布规格为 400g/m2。 本工程涉及到的混凝土强度标号：垫层混凝土采用 C10，结构混凝土采用 C25F200。 6 结论 淌泉子水库泄洪洞为主要建筑物，原有泄洪洞严重损毁，水库存在安全隐患，本次设计完全按照现行规范要求，采取切实可行的设计方案,使泄洪洞泄流能力、消能设施、结构总体布置等均达到了等工程 4 级建筑物的标准，消除了安全隐患，使大坝能安全、可靠运行。 参考文献： （1）中国水利水电出版社水力计算手册武汉大学水利水电学院水力学流体力学教研室李炜主编 （2） 水工钢筋混凝土结构设计规范 （试行） （SDJ20-78）
