罗家沟水库坝体设计说明

5工程总体布置及水工建筑物5.1设计依据5.1.1工程等级及技术规范根据《水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准》(SL252—2000)第2.1.1、2.2.1、2.2.6条及《防洪标准》(GB50201—94)第6.1条的规定，该项工程工程等别为III等，工程规模为中型，水库永久性水工建筑物级别为:永久性主要建筑物(包括主坝、溢洪道)为3级；永久性次要建筑物(输溢洪道尾水渠等)为4级。洪水标准的确定，依据《水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准》(SL252—2000)规定，对于平原区永久性的3级水工建筑物(土石坝)，设计洪水标准为100年，校核洪水标准为200年。本次初步设计主要依据的技术规范如下：《防洪标准》(GB50201—94)《水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准》(SL252—2000)《水利水电工程设计洪水计算规范》(SL44—93)《水利水电工程水文计算规范》(SDJ214—83)《水利工程水利计算规范》(SL104—95)《水电工程水库淹没处理规划设计规范》(DL/T5064—1996)《土工试验规程》(SL237—1999)，第一分册(第二版)《水利水电工程地质勘察规范》(GB50287—99)《水利水电工程天然建筑材料规程》(SL251—2000)《各规划设计阶段工程地质勘察工作深度和质量要求》(85)水建勘字第8号《水工建筑物抗震设计规范》(SL203—97)《碾压式土石坝设计规范》(SL274—2001)和《修改和补充规定》《碾压式土石坝施工技术规范》(SDJ213—83)《水工建筑物抗冰冻设计规范》(SL211—98)《水利发电工程初步设计编制规程》（DL5021—93）《辽宁省水文手册及成果图》（1975）《辽宁省中小河流设计暴雨洪水计算方法》（1998）《水库工程管理设计规范》（SL106—96）《水利水电工程施工组织设计规范》（SDJ338—89）（试行）《水利水电工程环境影响评价规范》（SDJ302—88）5.1.2设计基本资料水文与气象资料罗家沟水库位于辽宁省沈阳市浦河农业高新技术开发区，属于北温带季风大陆性气候，低山丘陵地貌，其库区主要水文与气象特征如下：1）流域多年平均降雨量553mm2）多年平均年水面蒸发量1700mm3）多年平均气温70C4）最大冻结深度1.5m5）平均无霜期182天6）多年平均风速4.4m/s7）设计洪水位82.94m，相应输水洞泄量288）校核洪水位83.56m，相应输水洞泄量32.409）正常蓄水位82.00m10）死水位80.50m5.2主要建筑物及枢纽布置5.2.1主要建筑物及枢纽布置枢纽工程主要由土坝、溢洪道构成。根据开发区的总体规划，需在水库背水坡面铺设公路，大坝轴线与公路轴线相距17m。（一）土坝现有拦河坝全长5020.00m，其中主坝长4120.00m、副坝长900.00m，为均质土坝，坝顶宽度4.00m，最大坝高：主坝7.00m，副坝3.80m，经本次实际测量迎水坡为1:2.3,背水坡为1:1.9。水库设计洪水标准50年（p=2%）,校核洪水标准300年（p=0.33%）。经加固设计，设计坝顶高程85.78m。大坝本次除险加固有下列项目：主坝1）坝顶路面大坝坝顶宽度根据规范要求及实际情况，采用4m宽，0.3m厚，大坝路为砂石路面，其长度为4120m。2）大坝加高培厚坝顶高程由现状提高到设计高程85.78m，坝顶宽度4m，迎水坡为1：2.5，背水坡为1：2.0。3）护坡翻修大坝上下游护坡均从坝顶护到坝底，上游坡采用干砌石护坡，其结构型式为：干砌石40cm，碎石垫层厚20cm，砂石反滤层厚15cm；背水坡采用碎石护坡，厚度20cm,碎石粒径5〜15cm。5）下游坝脚排水体排水体采用干砌石贴坡，干砌石厚40cm，反滤体为碎石厚20cm，砂石厚20cm。副坝1）坝顶路面大坝坝顶宽度根据规范要求及实际情况，采用4m宽，大坝路为砂石路面，其长度为900m。2）大坝加高培厚坝顶高程由现状提高到设计高程85.78m，坝顶宽度4m，迎水坡为1：2.5，背水坡为1：2.0。3）护坡翻修大坝上下游护坡均从坝顶护到坝底，上游坡采用干砌石护坡，其结构型式为：干砌石40cm，碎石垫层厚20cm,砂垫层厚15cm；背水坡采用碎石护坡，厚度20cm，碎石粒径5〜15cm。4）下游坝脚贴坡排水体排水体采用干砌石贴坡厚40cm，反滤体为碎石20cm,粗砂20cm；其长度为900m。（二）输水洞设计将原有两座输水洞拆除重建。在原来位置上新建同等规模、结构基本相同的南北两座输水洞，既坝下埋管式现浇钢筋混凝土矩形方涵。。根据方案比较结果，选定方案为底板高程南闸▽80.5m两孔1.5m*1.5m输水洞、北闸^80.0m两孔1.5m*1.5m输水洞，并通过水力计算进行验证，从枢纽布置、水闸的水力要素、水流流态、水力现象、消能防冲效果等进行了研究，最终确定输水洞工程主要由引水渠、进水塔、输水洞洞身、消力池、海漫泄水渠组成，见附图-01。引水渠底宽6m边坡1：2,长度为30m，采用浆砌石护坡，进水塔闸室堰面采用平底宽顶堰，闸底板顺水流方向长5.5m。底板顶高程南闸30.5m（北闸▽80.0m），厚0.6m，检修层顶高程▽82.3m（81.8m）。闸室每孔净宽1.5m，总净宽3.0m。中墩厚0.8m，边墩厚0.8m采用直墙式。闸室总宽5.4m。闸室混凝土标号为C20，W4，F100。闸门采用平板铸铁闸门，闸门孔口尺寸（宽X高）1.5mX1.5m，共2扇。启闭机室坐落于闸墩上，房屋尺寸5.40mX3.84m，净高3.0m。启闭机室背水侧设检修交通桥，桥板宽1.20m，桥板高程▽84.9m。交通桥采用装配式混凝土结构。闸室上部结构混凝土标号为C25。输水洞段通过斜坡段与消力池段相连，斜坡段长为2.0m，坡比为1：4.0，池深0.50m，底板厚0.40m；为增加渗径，消力池底板不设排水孔。底板下铺0.1m厚素混凝土垫层，消力池末端齿墙深1.0m，底宽0.3m，两侧采用悬臂式钢筋混凝土挡土墙。消力池混凝土标号为C20，W4，F100。消力池后是15m干砌石海漫，顶高程为80.48m，厚为0.40m，下铺0.2m砂砾石及反滤土工布。下接30m渠道渠底宽6m边坡1：2,渠道两侧采用干砌石护坡。（三）抢险道路修筑副坝上坝抢险道路5.3土坝设计5.3.1筑坝土料及坝体土料原始资料的整理分析三台子水库为已成水库，本次设计大坝渗透稳定分析和坝体稳定分析所采用的计算指标是根据现有坝体土样实验成果，并结合一些已建水库的经验数值而选定。三台子水库的地质勘探工作由辽宁省水利水电勘测设计研究院和辽宁省水利水电科学研究院完成。（一）渗透系数坝体渗透系数三台子水库大坝由主坝和副坝构成，主副坝的筑坝土料相同，因此，其坝体渗透系数一样。考虑取样时由于大坝夯实不均匀，水平的k值又可能比测试的要大，所以此次设计中取大值均值:坝体渗透系数k=0.0031m/d，坝基渗透系数k=0.12m/d。（二）容重三台子水库已建成四十多年，故坝体容重指标选取以坝体土样试验数据为主要参考计算指标，并参照其它经验数据，稳定分析中取其均值，从而确定坝体的容重指标如下：干容重：Y干=1.53kg/m3湿容重：Y湿=1.80t/m3饱和容重：Y饱=2.00t/m3浮容重：Y浮=1.00t/m35.3.2土料设计（一）筑坝粘性土粘性土的设计目的是确定粘性土的填筑干容重、含水量。粘土主要用于输水洞完成后的回填，因此这一部分的设计指标要严格控制，根据已有的设计及现有的实验指标，粘土的最大干容重的平均值即:rmax=1.68g/cm3最优含水量3op=17.9%.根据《碾压式土石坝设计规范SL274-2001》节4.2.3条规定，取压实度P=0.96，则设计干容重为rd=0.96*1.68=1.61g/cm3,又根据《规范》第4.2.10条的规定：“粘性土的施工填筑含水率应根据土料性质、填筑部位、气候条件和施工机械等情况，控制在最优含水率井2〜+3%偏差范围以内。有特殊用途和性质特殊的粘性土的填筑含水率应另行确定。填筑含水量为3op=15.9〜19.9%；通过上述给定的实验数据计算的结果，并结合已有的设计及现状，现确定粘土的填筑标准为：设计干容重rd=1.6g/cm3含水量3=17.9%施工控制含水量为15.9〜19.9%。（二）无粘性土无粘性土的填筑标准是指正确选择相对密度和干容重。根据SL-274-2001第4.2.5条规定：“砂砾石的相对密度不应低于0.75，砂的相对密度不应低于0.70,反滤料宜为0.70。根据土工实验报告确定的指标为：设计干容重rd=1.6g/cm3因设计干容重与细料部分的含量有关，所以可在施工初期结合施工质量控制进行校核。（三）坝体土壤物理力学性质结合地质资料经分析确定：C=10KPa，（p=2405.3.3坝体结构设计（一）土坝剖面设计主坝1）坝顶路面大坝坝顶宽度根据规范要求及实际情况，采用4m宽，0.4m厚，大坝路为砂石路面，其长度为4120m。2）大坝加高培厚坝顶高程由现状提高到设计高程85.78m，坝顶宽度4m，迎水坡为1：2.5，背水坡为1：2.0。3）护坡翻修大坝上下游护坡均从坝顶护到坝底，上游坡采用干砌石护坡，其结构型式为：干砌石40cm，碎石垫层厚20cm，砂石反滤层厚15cm；背水坡采用碎石护坡，厚度20cm，碎石粒径5〜15cm。5）下游坝脚排水体排水体采用干砌石贴坡，反滤体为碎石厚20沔，砂石厚20cm。副坝1）坝顶路面大坝坝顶宽度根据规范要求及实际情况，采用4m宽，大坝路为砂石路面，其长度为900m。2）大坝加高培厚坝顶高程由现状提高到设计高程85.78m，坝顶宽度4m，迎水坡为1：2.5，背水坡为1：2.0。3）护坡翻修大坝上下游护坡均从坝顶护到坝底，上游坡采用干砌石护坡，其结构型式为：干砌石40cm，碎石垫层厚20cm，砂垫层厚15cm；背水坡采用碎石护坡，厚度20cm,碎石粒径5〜15cm。4）下游坝脚贴坡排水体排水体采用干砌石贴坡厚40cm，反滤体为碎石20cm，粗砂20cm；其长度为900m。5.3.3.2渗透计算渗透计算的目的是为确定经济合理的可靠坝型和结构尺寸提供重要的设计依据。本均质土坝建在有限透水地基上，下游坡为贴坡排水（新修）。结构尺寸如图所示。

三台子水库大坝设计标准断面图、渗流计算计算参数选择桩号ZK5典型大坝断面，确定坝体各部位渗透系数见表5-3。三台子水库坝体渗流计算渗透系数表表5-3单位：m/d断面桩号ZK5坝体K1坝基K2ZK513000.00310.12渗流计算渗流计算采用公式法，计算程序是由北京理正提供的渗流计算软件。公式法编制原理：本次计算采用均质土堤透水地基下游贴坡式排水稳定渗流计算。h0-H2透水堤基均质土堤渗流计算（贴坡排水）kTmh+0.44T20(m+0.5)H22(m+0.5)(hh0-H2透水堤基均质土堤渗流计算（贴坡排水）kTmh+0.44T20y2-h2+k2q/_心H2-h2—m2(L+iH2m+11i均质土堤透水地基坡面渗流比降计算:下游无水（H0_0）沿渗出段AB：1(给0.25+m2y

2沿地基段BC：,1:hJ=—1'-02jmVx3）计算工况计算工况为正常高水位82.00米、上游设计水位p=2%（82.94米）、p=0.33%（83.56米）及1/3坝高处水位（83.92米）三种情况，分别对表5-2所提供的断面进行计算，结果如下：坝体渗流计算得到的渗透流量表

表5-4单位：m3/m.d渗流量断面桩号1+300工况下游坡上游坡1/3坝高水位0.0520.03344兴利水位0.0320.02060P=2%0.0610.03998P=0.33%0.0810.053504）渗透坡降透水地基均质土坡面渗流比降计算：因为下游无水，H=0，沿渗出段AB：2,1（h丫25J=^=寸寸1+m2V>J当h0/y=1时，J值最大。三个断面的m2值均为1.5。故J一一1=1=0.45C+m22E+22通过地勘资料得到：表5-5参数表序号1+300Gn12.720.40J抗二（G-1）（1-n）=（2.72-1）（1-0.40）=1.032因为三台子水库大坝土质为粘性土，安全系数采用1.5,5-10故J允许二J抗/1.5=0.688J<［许，为安全。（2）、坝坡稳定计算分析1）计算参数根据本次补充地勘报告，确定坝坡稳定计算所需参数见表5-6。表5-6坝坡稳定计算土工指标参数部位重度（KN/cm3）饱和重度（KN/cm3）粘聚力KPa摩擦角（度）1+30019.79620.06610182）计算原理坝坡稳定计算采用北京理正软件“坝坡稳定计算程序”。稳定渗流期有效应力法:£(C/1+\(W+W)cosP+Zl-ul])tg<^/K=▽2''w£(W+W)sinP12稳定渗流期有效应力法:该程序以满足力矩平衡的瑞典条分法计算公式作为模型。逐一计算土条中不同土质的抗滑力和滑动力，抗滑力总和与滑动力总和的比值即为稳定安全系数。程序通过变换圆心坐标和滑弧的深度（即半径）自动寻找出最危险（安全系数最小）的滑弧。对1+300断面下游坝坡的稳定，用瑞典条分法进行计算。计算得到最小安全系数见下表。表5-7坝坡最小抗滑稳定安全系数表桩号工况瑞典条分法下游上游1+3001/3坝高水位1.8861.975正常水位1.9281.977设计水位1.8671.976校核水位1.8291.960由表中可以看出，坝坡稳定分析所取的断面，上、下游坝坡稳定安全系

数：瑞典条分法安全系数为1.2,都满足稳定要求，因此大坝下游边坡满足稳定要求。三台子水库正常高水位断面渗流计算图三台子水库P=2%水位断面渗流计算图三台子水库P=0,33%水位断面渗流计算图

三台子水库1/3坝高水位断面渗流计算图五台子水库正常高水位断面稳定计算图五台子水库P=2%水位断面稳定材算图舛『9,如4)三台子水库P=0.33%水位断面稳定计算图三台子水库1/3坝高水位断面稳定杜尊囹5.3.3.3测压管布设三台子水库主坝坝体测压管布设为了对三台子水库大坝运行进行科学监测，计划在主坝设5处测压管，具体布设位置为：0+260（北闸处）、0+700、1+400、2+160（南闸处）、3+000共5个断面处。具体布设方法为：0+700断面：上游坝眉、下游坝眉、下游坝脚、下游坝坡上2处，共计5处。其中，下游坝眉、下游坝脚及坝坡上共4处为水平等距离，测压管深至坝基处。其它4处断面：下游坝眉、下游坝脚、下游坝坡上2处，共计4处，水平等距离，深至坝脚处。具体布设位置见下图：

5.4输水洞设计5.4.1基本情况三台子水库输水洞分为南北两座输水洞（即南闸、北闸），两座输水泄洪洞结构型式相同，洞身长度均为33.35m。北闸桩号0+266，为3孔混凝土方涵，涵洞尺寸为1.2mX1.2m,设有3台手动螺杆式启闭机，进口底高程79.65m；南闸桩号2+164,为2孔混凝土方涵，涵洞尺寸为1.2mX1.2m,设有2台手动螺杆式启闭机，进口底高程80.20m；下游可承受的泄量为34m3/s。5.4.2输水洞安全复核5.4.2.1输水洞泄量复核5.4.2.1.1输水洞过流能力计算水库防洪限制水位和起调水位为82.00m。两洞均按有压涵洞，自由出流计算，洞身糙率取n=0.017。计算公式：式中：系数Q=^c■一」2g（H-h）1式中：系数（1+人耳、+萍）0.5A一过水面积（m2）H一上游水位（m）h一下游水位（m）A一沿程阻力系数R一水力半径，R=A/x（m）x一湿周（m）&一局部损失系数，进水口取&=0.5按以上两式分别计算绘出库水位与涵洞泄量的关系曲线，并计算绘出库水位与两涵洞总泄量的关系曲线，见表5-4-1：表5-4-1泄洪洞水位〜流量关系表H(m)Q」，（m3/s）Q士(m3/s)Q,也=。北+七（m3/s）81.7北11.25南4.47泄北南15.7282.013.146.3319.4782.515.748.5724.3183.017.9610.3328.2983.519.9411.8431.7884.021.7413.1734.9184.523.4014.3837.7885.024.9615.5040.465.4.2.1.2输水洞过流能力复核本次输水洞复核计算泄量和原设计泄量见表5-4-2：表5-4-2三台子水库输水洞泄流量复核表频率P水位H(m)计算泄量（m3/s）原设计泄量（m3/s）备注P=2%82.9629.8026.20P=0.33%83.5932.4030.20根据计算结果分析，过流能力满足泄洪要求。5.4.2.2输水洞结构复核原设计资料已无从考查，因此，无法对输水洞结构安全进行复核，只能根据运行情况及辽宁省水利水电工程质量检测中心《三台子水库安全检测评估报告》（1999年2月）的检测结果来确认结构的安全性能。北闸输水洞为有压方涵，对涵洞内部检测时，发现北闸洞体内部混凝土多处混凝土剥落、露筋及裂缝。裂缝共计4条，其中3条为环状裂缝，裂缝宽度1〜2mm；洞体内混凝土剥落有3处，面积442cm2。对洞体内部检测发现，洞内淤积严重，洞内淤积厚度最大达0.7m,平均淤积厚度0.3〜0.4m。闸墩混凝土在水位变化区约1m范围混凝土表面剥落露石，局部剥落露筋。分析原因是因闸前没有防冰设施，冬季冰排撞击的结果。北闸工作桥检测发现，工作桥中间桥墩部位桥板拱起约4cm，分析桥板变形原因，可能是因为基础埋深过浅，未达到冻层以下，基础土体冻胀导致其凸起。按现行规范，闸墩及工作桥属三类环境（水位变动区，或有侵蚀性地下水的地下环境），混凝土强度等级不宜低于C20，回弹及钻芯检测结果表明，闸墩及工作桥混凝土强度均大于20MPa，满足要求。对现场钻取的混凝土芯样进行试验，其物理力学性能试验结果为：混凝土试件吸水率在1%左右。混凝土抗压强度均大于30MPa。现场检测发现洞进口处淤积严重，上游门前淤积厚度约2m。下游出口淤积也相当严重，洞口几乎淤死，平均淤积厚度1m。出口边墙混凝土老化剥蚀，局部脱落，检测混凝土平均碳化深度3〜6mm，强度大于15MPa，按现行规范规定，边墙所处环境应为二类（露天环境，长期处于地下或水下的环境），要求混凝土标号应为C15以上。检测结果混凝土强度均大于20Mpa，据此判断，出口翼墙混凝土强度满足要求。南闸输水洞亦为有压方涵，涵洞尺寸1.2X1.2m；进口底高程80.20m；检测发现南闸闸墩外观质量较差，混凝土表面剥蚀，大骨料暴露，破坏严重。分析原因是因为无防冰设施，冰排撞击所致。南闸工作桥混凝土已严重老化，工作桥桥板底部混凝土护层脱落，钢筋暴露锈蚀。经统计，混凝土露筋12处，暴露钢筋长度在15〜350cm，累计暴露钢筋长度11.1m。工作桥底板底部混凝土剥落面积占40〜50%。对闸墩及工作桥柱混凝土进行回弹检测。检测依据JGJ/T23-92进行，检测方法同上。闸墩及工作桥混凝土碳化深度在3〜4mm，闸墩混凝土强度均大于20MPa，工作桥柱混凝土强度小于20MPa。按现行规范，闸墩及工作桥柱属三类环境（水位变动区，或有侵蚀性地下水的地下环境），混凝土强度等级不宜低于C20，据此判断南闸工作桥柱混凝土强度不满足要求。现场检测时，输水洞上下游进口处无水，发现洞进口处淤积严重，进口淤积约0.4m，下游出口处消力池已淤满，淤积顶高程距输水洞进口高程0.3m。出口两侧混凝土边墙骨料暴露，表面已无平整面，已部分损坏，损坏部分曾用浆砌石补砌、砂浆勾缝，现新旧结合部位又出现裂缝。5.4.2.3金属结构复核5.4.2.3.1闸门外观检测北闸闸门为钢闸门，闸门板厚10mm。经多年运行，闸门止水老化，闸门漏水。门板表面锈蚀严重。南闸闸门与北闸闸门相同，也是平面钢闸门，闸门厚度10mm。现场检测发现闸门锈蚀严重，闸门槽埋件已锈损脱落，闸门表面锈蚀起皮。5.4.2.3.2闸门锈蚀程度检测北闸上下游淤积严重，两侧闸门被淤死，仅中孔可以启闭，此次北闸闸门检测抽样闸孔为中孔。经检测，闸门整体锈蚀严重，特别是闸门周边（闸门上部及两侧）部位，闸门背水侧加劲肋板均严重锈蚀，锈皮层状脱落，部分已锈损，检测时用手锤敲击闸门表面，闸门表面锈皮层状脱落。从闸门锈蚀程度看，迎水面较背水面重。闸门锈蚀频率最高的范围在2〜3mm之间，占测点总数的27.66%。最大锈蚀量5.2mm，位于闸门左边缘，锈蚀后截面损失50%。应予以报废更新。南闸两孔闸门分别进行了检测，结果表明，南闸闸门整体锈蚀，闸门顶部及两侧部位锈蚀尤其严重，闸门背水侧加劲肋板均严重锈蚀，锈皮层状脱落，部分已锈损。从闸门锈蚀程度看，迎水面较背水面重，两扇闸门锈蚀程度相近。闸门锈蚀频率最高的范围在2〜3mm之间，约占测点总数的28%。闸门锈蚀情况检测结果见表11。两扇闸门最大锈蚀量均大于5mm，锈蚀最严重部位位于闸门边缘处，经检测锈蚀后截面损失已达50%。根据南闸外观及锈蚀程度检测结果，南闸闸门应当予以报废更新。5.4.2.4启闭机复核北闸设有3台手动螺杆式启闭机，根据SL226-98,启闭设施已超过规定的折旧年限，严重老化，机座及启闭机各部位严重锈蚀；3孔启闭机仅中间一孔可正常使用，另2台失灵。检测时开启中间闸门，手摇启闭速度缓慢，没有制动装置。南闸原为露天式启闭设备，南闸启闭机室及工作桥均为海城地震后修建。检测发现启闭机室底部排架混凝土表面剥落露石，多处裂缝，表面有砂浆修补痕迹，检测时可见修补部位又出现裂缝。启闭机室内设手动螺杆式启闭机2台，启闭机已超过规定折旧年限，严重老化，各部位锈蚀严重。左侧启闭机机座固定螺栓丢失，在地面钻孔用铁线固定在启闭机室底板上，启闭机外壳布满锈坑；右侧启闭机表面涂层部分脱落、锈蚀。启闭机启闭速度缓慢，对于靠输水洞泄洪的三台子水库来说，启闭设备不适应水库逐渐提高的防洪要求。三台子水库仅靠输水洞进行调洪，现有启闭设备难于满足要5-18求，急需进行更新改造。5.4.2.5抗震安全复核三台子水库位于康平县境内，本地区地震基本烈度为丑度。按照《水工建筑物抗震设计规范》(SL203-97)要求，建筑物级别为3级，可不进行抗震安全复核计算。5.4.2.6结论和建议结论：南闸和北闸闸墩混凝土强度虽满足要求，但表面剥蚀破损严重。检测发现，南闸和北闸洞体内部混凝土剥蚀，产生多条环状裂缝，最大裂缝宽度4mm。水库无溢洪道，泄洪任务完全靠输水洞承担，存在安全隐患。回弹检测结果表明，南闸工作桥柱混凝土强度不满足现行规范要求。%。失现场检测发现两座输水洞闸门均发生严重锈蚀，锈蚀最重部位闸门彳%。失两座输水洞启闭机均已超过规定的折旧年限，老化陈旧，部分启闭设施失灵，启闭速度缓慢，难于适应现行的运用管理要求。建议：北闸和南闸两座输水洞全部重建。闸门和启闭机全部更新。按设计要求改建和扩建输水洞进口和出口。按设计要求扩建下游泄洪渠道。(北闸和南闸两座输水洞全部重建。闸门和启闭机全部更新。按设计要求改建和扩建输水洞进口和出口。按设计要求扩建下游泄洪渠道。(2)(3)(4)5.4.3输水洞设计5.4.3.1方案比较与选择根据鉴定结果和建议，设计中对可行的4种方案进行了比较。工程特性如下：第一方案：保持原设计方案不变，底板高程不变，南闸仍为1.2m*1.2m两孔输水洞，北闸仍为1.2m*1.2m三孔输水洞。第二方案:南闸为1.5m*1.5m两孔输水洞，底板高程由原来的80.2m抬高至80.5m，抬高了0.3m；北闸为1.5m*1.5m三孔输水洞，底板高程由原来的79.65m抬高至80.0m，抬高了0.35m。第三方案:南闸为1.5m*1.5m两孔输水洞，底板高程由原来的80.2m抬高至80.5m，抬高了0.3m；北闸仍为1.2m*1.2m三孔输水洞，底板高程由原来的79.65m抬高至80.0m，抬高了0.35m。第四方案:南闸为1.5m*1.5m两孔输水洞，底板高程由原来的80.2m抬高至80.5m，抬高了0.3m；北闸为1.5m*1.5m两孔输水洞，底板高程由原来的79.65m抬高至80.0m，抬高了0.35m。以上四个方案，均进行了水力计算，结构计算。四个方案各有其优缺点：第一方案：保持原设计方案不变，结构设计相对简化，水力条件亦能满足设计要求。但由于河床淤积严重，输水洞底板过低，运用中容易产生新的淤积，影响工程的正常运用。第二方案：两闸底板均进行了适当的抬高，适度地解决了淤积问题；输水洞孔口加大正加了泄流量，适度地解决了因底板抬高所造成的泄量损失，工程量有所增加。第三方案：两闸底板均进行了适当的抬高，适度地解决了淤积问题；输水洞孔口加大正加了泄流量，适度地解决了因底板抬高所造成的泄量损失，工程量有所增加，由于北闸仍采用1.2m*1.2m的原设计断面，造成了南北两闸孔口尺寸、结构形式的不一致，会给设计、施工、管理等项工作造成不便。第四方案：两闸底板均进行了适当的抬高，适度地解决了淤积问题；输水洞孔口加大正加了泄流量，适度地解决了因底板抬高所造成的泄量损失，是在第二方案基础上的优化，满足了工程的要求，适度地降低了造价。通过综合论证比较，拟采用第四方案作为推选方案进行设计。5.4.3.2推选方案输水洞工程结构布置根据方案比较结果，选定方案为底板高程南闸▽80.5m两孔1.5m*1.5m输水洞、北闸^80.0m两孔1.5m*1.5m输水洞，并通过水力计算进行验证，从枢纽布置、水闸的水力要素、水流流态、水力现象、消能防冲效果等进行了研究，最终确定输水洞工程主要由引水渠、进水塔、输水洞洞身、消力池、海漫泄水渠组成，见附图-01。引水渠底宽6m边坡1：2,长度为30m，采用浆砌石护坡，进水塔闸室堰面采用平底宽顶堰，闸底板顺水流方向长5.5m。底板顶高程南闸30.5m（北闸▽80.0m），厚0.6m，检修层顶高程▽82.3m（81.8m）。闸室每孔净宽1.5m，总净宽3.0m。中墩厚0.8m，边墩厚0.8m采用直墙式。闸室总宽5.4m。闸室混凝土标号为C20，W4，F100。闸门采用平板铸铁闸门，闸门孔口尺寸（宽X高）1.5mX1.5m，共2扇。启闭机室坐落于闸墩上，房屋尺寸5.40mX3.84m，净高3.0m。启闭机室背水侧设检修交通桥，桥板宽1.20m，桥板高程▽84.9m。交通桥采用装配式混凝土结构。闸室上部结构混凝土标号为C25。输水洞段通过斜坡段与消力池段相连，斜坡段长为2.0m，坡比为1：4.0，池深0.50m，底板厚0.40m；为增加渗径，消力池底板不设排水孔。底板下铺0.1m厚素混凝土垫层，消力池末端齿墙深1.0m，底宽0.3m，两侧采用悬臂式钢筋混凝土挡土墙。消力池混凝土标号为C20，W4，F100。消力池后是15m十砌石海漫，顶高程为80.48m，厚为0.40m，下铺0.2m砂砾石及

反滤土工布。下接30m渠道渠底宽6m边坡1：2,渠道两侧采用干砌石护坡。5.4.3.3水力计算5.4.3.3.1过洞流量和水位根据调洪演算结果，列出水位、流量特性见表5-4-3。表5-4-3水位、流量特性表设计频率闸前水位(m)闸后水位(m)流量(m3/s)南闸北闸设计(P=2%)82.948.105000校核(P=0.1%)83.569.0268005.4.3.3.2下游水位流量关系曲线由于没有下游资料，根据工程实际情况采用下游渠道泄流，推求下游水位，计算成果列于下表：表5-4-4南北闸下游水位流量关系曲线下游水位汁匕闸南闸Q和下游水深htQ北下游水深htQ南南80.0000.000.0080.250.250.580.5880.500.51.9000.001.9080.750.753.840.250.584.4281.0016.410.51.908.3181.251.259.610.753.8413.4581.501.513.4716.4119.8881.751.7518.011.259.6127.6282.00223.271.513.4736.7482.252.2529.281.7518.0147.2982.502.536.06223.2759.3382.752.7543.642.2529.2872.9283.00352.062.536.0688.1283.253.2561.352.7543.64104.9983.503.571.53352.06123.5983.753.7582.643.2561.35143.9984.00494.703.571.53166.2384.254.25107.743.7582.64190.3884.504.5121.79494.70216.55.4.3.3.3泄流能力计算根据输水洞工作情况，输水洞出流分为无压自由出流、有压自由出流、有压淹没出流三个阶段，其计算公式分别描述如下：无压洞自由出流：Q=©mbJ2gH3/2有压洞淹没出流：Q=日h^i!2g(H0+iL-h)1日H有压洞自由出流：'&耳+答Q=日s2g(H+iL—Ba1P=.「1+&+冬C2RQ——设计流量；。一淹没系数，自由出流时为1；m-流量系数，根据条件这里取0.32；bk—过流断面计算宽度；M一流量系数；MH一淹没出流的流量系数；E^—从进口到出口前(不包括出口)的各种局部水头损失系数之和，取0.6；匚Z—输水洞出口局部水头损失系数；计算取0.4；L一输水洞长；C一谢才系数R一水力半径3—过水面积；x—湿周；a—洞高P一势能修正系数，出口斜坡扩散取0.75；i—洞底坡取0.001；H一上游总水头ht一以出口洞底为标高的出口水位。经过计算，输水洞水位流量关系曲线及各标准洪水水位流量关系曲线见表5-4-6、表5-4-7。表5-4-6输水洞水位流量关系曲线水位(m)南闸』匕闸Q和3/s)水深(m)Q南(m3/s)水深(m)Q北(m3/s)800.000.0000.0080.30.0000.300.6990.7080.60.100.1340.601.9772.1180.90.401.0760.903.6314.7181.20.702.4911.205.5908.0881.51.004.2531.507.81312.0781.61.104.9061.6010.04314.95821.507.8132.0013.03920.8582.31.8011.6382.3014.89626.5382.62.1013.6862.6016.54530.2382.82.3014.8962.8021.47436.37832.5016.0143.0021.83337.8583.32.8021.4743.3023.34644.8283.63.1022.5333.6024.83047.3683.93.4024.0033.9025.14149.1484.23.7025.4494.2026.34951.8084.54.0025.7524.5027.16252.91表5-4-7各标准洪水水位流量关系曲线洪水标准水位(m)南闸北闸Q和(m3/s)水深(m)Q南(m3/s)水深(m)Q北(m3/s)正常蓄水位80.20.000.0000.00设计洪水位(p=2%)82.940.0000.300.6990.70校核洪水位(p=0.1%)83.560.100.1340.601.9772.115.4.3.3.4消能防冲计算a)消能计算由于设计及校核情况下闸开启时，输水洞处于淹没出流状态，不需要消力池消能。按照构造设置即可，而在正常蓄水位情况下则需要进行计算•收缩断面水深：hc=q/Vc(连续性方程)式中q—单宽流量(平方米/秒)Vc流速(米/秒)•共轭水深：hc〃二hc/2*(SQR(1+8*Frc)-1)式中Frc=Vc*Vc/g/hc•上游至收缩断面间的能量方程Eo=hc+Vc*Vc/2/g/^/?式中Eo包括上游水头加行进流速水头Vo*Vo/2/g。^---泄流流速系数hc---出口水深(或射流口水深)•水跃顶点至下游间能量方程：△Z=V*V/(2*g*q'*?')-V2*V2/2/g式中^'---(下游)水跃处流速系数•两个断面的连续性方程Vt=q/ht式中ht---下游水深V2=q/h〃•几何关系(跃后水深、应产生稍为淹没的水跃):h>!=ht+S+AZ=6*hc〃a=1.055-24式中S---消力池深度•消力池长度Lk=0.7〜0.8*Lj式中Lj---水跃长度Lj=6.9*（hc〃-hc）两闸均为底流式消能，经计算，具体尺寸见表5-4-8。表5-4-8消能设施明细表名称斜坡段池长（m）池深（m）海漫长（m）防冲槽南闸1：47.50.515.0干砌石北闸1：47.50.515.0干砌石消力池底板厚度根据抗冲和抗浮的要求，分别为0.35m及0.37m，取0.4m。为了增加渗径消力池不设排水孔，并设齿墙。b）海漫长度按下式计算：IJL=k、/q\AH,式中：Lp—海漫长度，（m）△H，一闸上、下游水位差；ks一漫长度计算系数，根据河床土壤取K=11qs—消力池末端单宽流量，m3/m•s计算得：Lp=15.0m。海漫厚度采用0.40m。（3）海漫下游冲刷深度按下式计算：九T」Vi-h0式中：dm一海漫末端河床冲刷深度（m）；hm一海漫末端河床水深（m）；qm一消力池末端单宽流量，m2/s[v0]一河床土质的允许不冲流速，m/s计算得：dm=1.5m。为防止十砌石海漫下基础产生流动及防止水流回淘，危及建筑物安全，故于海漫末端设齿墙式防冲槽，防冲槽深度采用1.5m。5.4.3.4渗透稳定验算地下轮廓布置：闸底板、输水洞身和下游消力池，皆系不透水钢筋混凝土结构，

水平投影总长Lo=32m(34.4m)。在初设计算中，根据建筑物地基防止土体渗流的要求，经折算的地下轮廓线总长度由由勃莱公式计算：L=CXH式中：：L—闸基的防渗长度；H—上、下游水位差；C一渗径系数；根据土类情况，这里取c=6.5；计算得：L=20m<Lo=32(34.4m)m。满足渗径要求。5.4.3.5闸室稳定计算：进水塔取两孔闸室进行稳定计算。稳定计算荷载组合见表5-4-9。表5-4-9稳定计算荷载组合、荷载工况自重水压力扬压力浪压力泥砂压力地震荷载设计V校核VVVVV正常+地震VVVVVV浪压力计算:(1)平均波高和平均波周期:gHmU2=0.13th0.7]^m]0.7"u2J0.00181四320.450.70.13th虬gHmU2=0.13th0.7]^m]0.7"u2J0.00181四320.450.70.13thhm—平均波高(m)；U—计算风速（m/s）；D一风区长度（m