圆筒式放水塔及涵洞结构计算书资料

计算断面
1 2 3 4 5
计算水深（ m ）
1.92 0.75 0.66 0.61 0.57
过水 断面面积 流 速（ m/s ）
（ m 2）
48.00
2.35
18.72
6.02
16.56
6.81
15.18
7.43
14.42
7.94
距始端距离 （ m ）
0.00 4.63 9.25 13.88 18.50
计算结果表明，溢洪道边墙稳定，不会产生墙体沿基底滑动破坏和墙体
倾覆，基底应力满足规范要求。
表 5.5-5
第二段溢洪道边墙（墙高 H=1.00m ）稳定计
算成果表
计算内容
计算工况
计算值
允许值
计算结果判断
抗滑稳定安全系
无泄洪
1.38
1.05
满足规范要求
数 Kc
泄洪
2.57
1.05
满足规范要求
抗倾覆安全系数
跃前水深 hc(m) 0.448
跃后水深 hc"(m) 2.63
消力池水 深 T(m)
0.50
消力池长度 Lk(m) 11.30
备注
经采用计算机《理正消能工水力计算》软件计算， 消力池水
4
跃长度为 L=11.30m, 出口断面落差 0.45m 。因此，消力池设计长
度采用 Lk=11.50m, 深度 d=0.50m, 满足设计要求。
本水库四周环绕村庄， 且在大坝左岸大片山头进行了生态农业开发 --果树
7
种植承包。本次初步设计，拟废弃原输水涵管，新建输水隧洞和圆筒式放水 塔。
一、基本资料
（1）、各种特征水位 根据水文核算，各水库各种特征水位如下：
正常设计流量： Q 正= m3/s; 正常设计水位： H 正= m; 设计 洪水 位： H 设= m; 校核 洪 水位： H 校= m; 死 水 位： H 死= m; 最大引水流量： Q 引= m3/s。 （ 2）、地质情况 放水塔地基为强风化粉砂岩，裂隙较发育，透水性中等。
M o —作用于墙体的荷载对墙前趾产生的倾覆力矩；
K。—抗倾覆稳定完全系数。
c．基底应力验算
p max
min
GM AW
式中 :P max/min ——翼墙基底应力的最大值或最小值（ kPa ）；
∑G ——作用于翼墙上的全部竖向荷载（包括基础底面上的扬压
力， kN）； A——翼墙基底面的面积（ m2）；
1
5.5.3 水面曲线计算及边墙高度确定
1、水面曲线计算 本次初步设计，溢洪道分为二段泄水槽计算。第一段泄水槽长度
L1=18.50m, 进口段水深 h1=103.79-101.87=1.92m, 槽底宽度 B=25.0m, 坡比 I=（101.87-99.57 ）/18.50=0.124 ；第二段水深 h2=h1 末，泄水槽长度 L1=3.70m, 宽度均为 B=25.0m, 坡比 I=（ 99.57-97.14 ）/3.70=0.657 。计算公式采用成都 科技大学编写的《水力学》为：
本次设计挡土墙结构、 消力池结构如图苏六 -初设 -溢洪道（ 1）。
（ 3）稳定计算方法和工况 挡墙稳定分析按重力式挡土墙验算，计算工况为溢洪道挡土墙最不利及
正常运行情形，即溢洪道泄槽无泄洪（墙前无水）及泄洪（墙前处于校核水 位）的工况。
a．抗滑稳定计算
fG Kc
H 式中 : K c ——基底抗滑稳定安全系数；
五、通气孔的断面设计
为了减少闸门的启闭力，拟在放水塔的工作闸门后设置通气孔。通气孔 的断面设计，按天津大学主编的《水工建筑物》公式（ 2-62 ）进行计算。
即， Q a=0.09V wA a> Q a /V a
式中： Qa—通气孔的通气量； Vw—闸门孔口的水流速（ m/s ）; A-- 闸门后隧道面积（ m 2）; Va—通气的容许风速，采用 2.0m/s; a--- 通气孔的断面积（ m2）。
则，止水摩阻力为： Tzs=γb 1.H.L s .f (kN) 。
6、启门力的计算
启门力（ FQ）为： FQ=Nt(T zd+Tzs+W)+ng.G
7、闭门力的计算 采用公式：
Fw=nt（ Tzd+Tzs）-ngG 式中： Fw—闭门力（ kN） ;
ng—闭门时，闸门修正系数，取 0.9 ； 其余符号意义同上。 考虑到闸门上的水柱及拉杆重量，不须加重闸门，即可自行关闭。 所以，选用启闭机型号为 LQ —10 型。
四、进水能力的计算
放水塔进水能力通过流量为 0.5m 3/s。现以进水闸开启度 1/2 的计算过 水能力。
1、过水能力计算 采用大孔口自由 岀流公式计算： Q=2 μb√2g(H 21.5-H 11.5)/3 式中：μ—流量系数，取 0.65 ；
10
b—孔口宽度，取 b=0.80m; H1—正常水位至闸门开启高度， H1=101.87-98.0-0.7=3.17m; H2--正常水位至闸门底高度， H2=3.87m 。
无泄洪
2.74
1.4
满足规范要求
Ko
泄洪
2.16
1.4
满足规范要求
地基应力
无泄洪 泄洪
35.90 26.76
[σ]=250kpa [σ]=250kpa
满足规范要求 满足规范要求
计算结果表明，溢洪道边墙稳定，不会产生墙体沿基底滑动破坏和墙体
倾覆，基底应力满足规范要求。
二
放水塔设计
原放水设施为无压输水涵洞及筒塔式结构。由于建筑材料年久老化，所 有砌体砂浆脱落，部分斜管局部出现有裂缝，漏水严重；穿坝平管有掏空现 象。另外，根据地形和当时施工条件限制，输水涵管断面尺寸仅为Ф =0.5m, 无法进人检修；梯级放水台阶高度不一。汛期输水灌溉，较难操作，且造成 生命危险。
三、启闭机型号的选择
1、闸门自重的估算 G （查商家材料表）
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2、启门力的计算
计算公式： FQ =Nt (Tzd+Tzs+W)+n g.G
式中： FQ--- 启门力（ kN ）;
Nt--- 摩阻力安全系数，取 1.2；
ng--- 闸门自重修正系数，取 1.1 ；
Tzd--- 支承摩阻力（ kN ）;
第一段泄水槽： 正常水位：h0=0.406m;
临界水深：hk=1.275m;
临界坡度： Ik=0.0030 ；
因 h0 <h k , 属于急流
表 5.5-2
计算断面 1 2 3 4 5
第二段水面线计算成果表 （坡降 i=0.657, 段长 Li=3.70m ）
计算水深（ m ）
0.57 0.53 0.49 0.47 0.44
5.5.2 基本资料
堰顶高程： H=101.87m; 正常水位： h 正=101.87m; 设计水位： h 设=103.23m; 洪峰流量： h（ P=2％） =96.90m 3/s; 最大泄量： Q 设=77.52m 3/s;
校核水位： h 校=103.79m;
洪峰流量： h（ P=0.2 ％） =133.40m 3/s; 最大泄量： Q 校= 112.73m 3/s。
一、溢洪道加固设计
溢洪道位于大坝右侧，为开敞式宽顶堰溢洪道。 根据安全评价报告及其结论 : 溢洪道浆砌石外包砼结构边墙，两侧浆砌石衬砌开裂、老化严重，底板 冲刷破坏有裂缝，裂缝宽为 2cm ；溢洪道尾部出现冲刷坑。经本次水文分析 计算，溢洪道泄洪不满足要求。 基于溢洪道存在上述的问题，需要对溢洪道进行除险加固处理。
5.5.5 溢洪道加固设计
(1) 基本资料
土的内摩擦角（水上） ：Φ上 =25 °；
土的内摩擦角（水下） ：Φ下 =18 °；
土的湿容重：
γs=18KN/m 3；
土的浮容重：
γf=10KN/m 3；
浆砌石容重：
γj=21KN/m 3；
墙后水位：
H=1.00m ；
地基与墙基摩擦系数： f=0.5 。
（2） 挡土墙结构设计
液摩系数
fo=0.1cm 。
4、水柱自重的计算
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W= γ(H-h) δB 。
5、止水摩阻力的计算
计算公式： Tzs =γb1.H.L s.f 式中：止水橡皮与闸槽面的接触宽度
b 1=0.02m;
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作用水头 H=H-h/2(m)
止水橡皮与闸槽面的摩擦系数
f=0.65 ；
止水橡皮与闸槽的接触长度 Ls=4.00m 。
拟采用圆形断面通气孔，通气孔直径（ D）为： D= √4a/ π (m)
因此，确定选用 1 孔直径 D=10cm 。
六、 结构稳定计算 本次设计为初步设计，因此仅对检修时期和运用时期进行
ΔS=(E 2-E1)/(I-J) 式中： Es1=h0+u12/2g
Es2=h 1+u 22/2g J=(J 1+J2)/2 J=u 2/C2R C=R 1/6/n A=b.h X=b+2h R=A/X ΔS---计算流段长度（ m）, E--- 断面比能（ m）, J—水力坡度， U—断面平均流速（ m/s ）, A--- 过水断面面积（ m2） , b--- 断面水面宽度（ m ）,
2
X--- 湿周（ m） , R--- 水力半径（ m）, C--- 谢才系数， n—泄水槽粗糙系数，浆砌石水泥砂浆抹面取 n=0.017 。 计算结果如表 5.5-1 、表 5.5-2 和表 5.5-3 。
表 5.5-1
第一段水面线计算成果表 （坡降 i=0.124, 段长 Li=18.5m ）
f ——基底面与地基接触面的抗剪断摩擦系数， f=0.50 ； ∑G——作用于挡墙上的全部竖向荷载（包括挡墙基础底面上的扬
5
压力， kN ）；
∑H——作用于挡墙上的全部横向荷载（ kN）；
b.抗倾稳定计算
Ko
My MO
式中 :Kf —闸室抗浮稳定安全系数；
M y —作用于墙体的荷载对墙前趾产生的稳定力矩；
过水 断面面积 流 速（ m/s ）
（ m 2）
14.25
7.91
13.16
8.57
12.31
9.16
11.63
9.70
11.06
10.19
距始端距离 （ m ）
0.00 0.93 1.85 2.78 3.70
3
第二段泄水槽： 正常水位： h0=0.245m; 临界坡度： Ik=0.0030 ；
2 、边墙高度的确定 H=h c+a
二、结构形式
放水塔采用钢筋混凝圆筒式结构，筒高
m,采用一级放水。设有检修
闸一扇、工作闸各一扇，均为钢闸门，尺寸均为 (b×h)=1.0 ×1.4m 。塔身为圆
筒式结构， 壁厚高程 m 以上为 30cm, 筒顶高程 m。筒顶以上为圆筒式
砖混结构启闭平台， 高程为 m, 层高 3.00m 。放水塔之后与放水隧洞相连。
5.5.1 溢洪道除险加固设计
溢洪道位于大坝右侧， 堰顶高程为 102.87m ，堰顶宽度为 20.0m 。溢洪 道原浆砌石老化严重，底板冲刷破坏有裂缝，尾部出现冲刷坑，且泄洪能力 不满足要求。本次初步设计，拟加固溢洪道左岸浆砌石边墙及底板，拆除右 岸浆砌石边墙，加宽溢洪道 5m, 以致其由原来净宽 20m 增至 25m ；并加固 溢洪道连接段底板。
Tzs--- 止水摩阻力（ kN） ;
W —门顶上水柱重（ kN ）;
G—闸门自重（ kN ）。
3、支承摩阻力的计算
计算公式： Tzd=P(Υf+fo)/R
式中：水的容重
γ=10kN/m 3;
总水压力
P= γ(H-0.5h)hB ;
轴轮半径
Υ=3.25cm;
液轮半径
R=20cm;
钢与钢的滑摩系数 f=0.4 ；
E0=h c+Q 2/2g ψ2Ak2
式中： E--- 断面比能（ m）,
hc--边墙高度 (m), ψ—流量系数，取 0.90 ， Ak —临界水深过水断面面积（ m 2）。
计算结果如表 5.5-3 。
表 5.5-3
消能计算成果表
单宽流量 （ m 3/s.m ）
4.509
堰顶水深 ht(m) 1.92
M ——作用于翼墙上的全部竖向和水平向荷载对于基础
底面形心轴的力矩（ kN ·m）； W——边墙基底面对于该底面形心轴的截面矩（ m3）
（4）计算结果和分析
溢洪道控制段边墙稳定、应力计算成果详见表 5.5-4 及表 5.5-5 。
表 5.5-4
第一段溢洪道边墙（墙高 H=2.2 m）稳定计
算成果表
6
式中： H-- 边墙高度 (m), H c--校核工况水深（ m ） ,
安全超高（ m ）,取 a=0.5m 。
5.5.4 消能计算
临界水深： h k=1.275m; 因 h 0＜h k , 属于急流。
原溢洪道为矩形泄水槽，平均宽度 b=14.00m 。无消力池长度和海漫长 度设施。本次消能计算采用《水力学》公式为：
计算内容
计算工况
计算值
允许值
计算结果判断
抗滑稳定安全系
无泄洪
1.23
1.05
满足规范要求
数 Kc
泄洪
1.52
1.05
满足规范要求
抗倾覆安全系数
无泄洪
2.43
1.4
满足规范要求
Ko
泄洪
1.72
1.4
满足规范要求
地基应力
无泄洪 泄洪
88.14 75.87
[σ]=250kpa [σ]=250kpa
满足规范要求 满足规范要求