水库泄水建筑物结构型式的设计

第1卷第5期2018年5月

水利科学与寒区工程Hydro Science and Cold Zone Engineering

Vol . 1! No . 5May , 2018

水库泄水建筑物结构型式的设计

罗媛

(深圳市水务规划设计院有限公司新疆分公司，新疆乌鲁木齐830000)

摘要：为了确保水库泄水建筑物的安全运行，本文充分考虑水库所在的地形、地质条件，并结合泄洪、发电等 要求，进行科学合理的水库泄水建筑物设计，选取适宜的、优化的设计方案，使之能够较好地满足水库结构的强 度、稳定性和泄洪要求。

关键词：水库；泄水；建筑物&设计中图分类号：TV 222

文献标志码：A

文章编号：2096-5419(2018)05-0067-03

1

工程概况

表1上下水库设计暴雨、设计洪量成果

^ ^

集雨面积 名称

-m 2洪水频率雨设设

某抽水蓄能电站是为电力系统提供调峰、填

/Z /mm /万m 3谷和紧急事故的备用，其内部构件有上水库、输水库库0. 50372. 914 5水系统、发电厂房、下水库等，属于I 等大（1)型_

,

0. 388

盆姐围内

0. 10470. 821 0工程，设计发电量为20亿k W • h ，年抽水电量为

下水库库 1 00

331.123. 426. 8亿k W

,h ，根据其运行特性，主要是在下水

).7)6

盆

0. 05

540. 7

38. 2

库布设泄水建筑物，并置于右坝头库岸段，以满 足双向挡水的需求。该电站的下水库枢纽包括挡 水、泄水及补水建筑物，还有进出水口、库岸、 库盆等，其中：挡水建筑物属于均质土坝，坝顶 的宽度及高度分别为7 m 、11. 4 m 、轴线全长为 833 m 。库岸则是开挖形成的库岸挡水，泄洪闸则

是由固定式启闭机启闭控制的4m X 5. 9 m 工作闸 门所构成。

2

结构型式的设计分析

2.1

设计思路

水库的周边要设置一定数量的截水沟和排洪

渠

，在下水库区域内的来水主要是大气降水，其 集雨面积为0. 71km 2，大体对应水库正常蓄水位 的水面面积。上、下水库24 h 的暴雨、洪量设计，见表1。

2.2泄水建筑方案比对及确定

根据本工程的具体情况，可以对下水库泄水 建筑物的泄洪形式进行如下设计比选和分析:

(1)

埋设外包混凝土钢管泄洪。这是泄水建筑

方案一，它是利用钢管设置于挡水坝中部地势较 低的坝体底部区域，并放置在基岩槽内。取水口 和出水口分别位于下水库内和沙河水库内，进出 水口的中心线高程为14. 9 m 。泄洪管位于出水口

处

，并内设电动蝶阀，当下水库的水位处于正常

状态时，可以开启阀门让其自动泄洪。通过计算分 析，上水库24 h 的暴雨洪量总计为37. 9万m 3，下水 库在24 h 的暴雨洪量总计为59. 2万m 3，以3 d 的 泄水实际时间为限，实际所需的泄水钢管为直径 1. 8 m 的四根钢管。

(2) 埋设钢筋混凝土管泄洪。这是泄水建筑方 案二，它相较于之前的方案一来说，区别在于钢 管的材料不同，其他没有明显的差别。

(3) 混凝土溢流堰泄洪。这是泄水建筑方案 三。它是在挡水坝中部设置溢流坝段，并使之与 土石坝相联结。溢流堰设计为开敞式的W E S 型实 用堰，其具体的规格为：高6.5 m ，底宽为

作者简介：罗媛(1984-)，女，四川遂宁人，工程师，主要从事水库各建筑物设计研究工作。E -mail : zhil 74513@ 。

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13. 4 m ，顶部高程为19 m 。通过相关的计算和分

析，可知溢流堰在泄水时间为6. 6h 的条件下，其 溢流孔净宽为35 m 时可以最大程度上满足泄洪的 要求。具体的布置型式为：五个溢流孔的单孔宽 度分别为7 m ，各孔之间及两侧可以设置闸墩，其 厚度为2. 5 m ，并使重力挡土墙式边墩与土石坝 相

。

(4)泄洪设施方案比对选择。在对上述不同的

泄洪方案的比对、计算和分析之下，获悉其工程 投资依次为2489. 1万元、25)2.)万元、291). 5万 元，由此可见，方案一：埋设外包混凝土钢管泄 洪是性价比最优的设计方案，通过计算和分析可 知其布置相对简单，管道具有良好的受力条件， 投资成本最小，并且中间溢流坝段与两端土坝的 联结处理效果良好，因而方案一是最佳的设计方 案选择。

3方案的补充论证

3.1泄水建筑物比选方案。

在初步计算和分析之下，埋设外包混凝土钢 管泄洪方案尽管有性价比最优的方案，但也存在 一些缺陷和问题，具体表现在以下方面：

(1)

下水库大坝是采用双向挡水的设计方式，

为了满足下水库大坝的运行、检修需求，要设置 双向挡水蝶阀和检修蝶阀，基于一条泄洪管设置 扇蝶阀的要求，下水库大坝的四条泄洪管要设置 12扇蝶阀，这就增大了设计的难度。此外，电机 不能入水，这就使下水库大坝的结构设置、配套

设置都更为复杂，增大了工作和检修的难度*+。

(2) 下水库泄洪管处的双向挡水蝶阀要投入较 多的资金，而且国内可选择的生产厂家极其稀少， 通过价格询问和调研，发现双向硬密封的电动蝶 阀通常为25)万元/台，如果依照上面的设计，四 条泄洪管要设置12台蝶扇的情形则要投入3000万 元的资金，这就极大地增加了土建成本、机电装

置安装成本等，产生了较大的经济压力*+。

(3) 外包钢筋混凝土钢管的施工敷设方式大多 是位于土坝的底部区域，这就对钢筋混凝土钢管 的排架基础埋深施工提出了较高的要求，需要处 理较大的基础工程量，并有不同程度的外在干扰 和影响，对于钢管埋设造成了较大的难度*+。

通过对上述埋设外包混凝土钢管泄洪方案的

问题和不足分析，要结合该电站的具体运行状态 和需求，进行补充方案的比选和分析。3. 2泄洪闸的运行方式设计分析

该电站的每天泄洪时段为：电站发电时，下 水库水位抬高到正常蓄水位19 m 时，打开控制闸 门自流泄洪，待水位回落到正常蓄水位19 m 时停 止泄洪。在这个排洪时段内，主要是将上水库和 下水库的入库洪量排入沙河水库，确保电站的正 工作 运 。该电站的下水库设计预留了上水库检修时的 库容，在下水库正常运行的过程中，可以在不泄 洪的前提下全装入191. 5万m3水量；而沙河水文 站可以满足下水库一年之内的洪水，其最大年降 水

了 1618.6 mm ，

水库各建

的安全性和稳定性*+。通过分析，该电站上水库和 下水库都具有全装设计暴雨洪量的能力，沙河流 域与上、下水库之间可以实现彼此之间的调剂， 即：当沙河流域处于汛期时的洪水水位时，则可 以将其存入到下水库之内；而在上、下水库出现

洪水水位时，则可以将洪量排入到先行退去的沙 水库 。

根据对沙河水库历年的水位资料调查和分析， 其多年的平均最高水位和最低水位分别为18. 3 m 、 13. 8 m ;讯期的最高及最低水位分别为2). 1 m 、 15.5 m 。由此可知，该电站可以确保其下水库的 洪水适时排入到沙河水库之中，使电站的工作水 头处于正常运行的状态之下。3.3泄洪闸结构设计分析

(1) 工程地质条件分析。从该电站的下水库的 工程地质条件来看，其地形处于相对平缓的状态， 基岩部分主要为晶屑凝灰岩、安山斑岩，这些岩 石发育存在裂缝，不具有良好的完整性。该水库

泄水建筑物的场址处于地震基本烈度为7°的区域， 因而要设计乙类的水工建筑物，以较好地达到抗 震效果*+。

(2)

置。 充分 水库 水建所处的地形、地质条件，要采用尽量少挖少填的 设计方式，并使之满足泄洪的基本要求。泄洪闸 的设计部位为大坝的右坝头库岸段，包括进口引 水渠、控制段、泄槽段、启闭机房等。该泄洪闸

的结构 高程 1A m ， 制段 设置门和工作门，泄槽为开挖形成的梯形断面，并以