虹吸式放水涵管在小型水库除险加固中的应用

2022-09-11

1 工程基本情况

平远县为山区县, 现有小型水库较多, 其中大部分为土坝, 基本上都为五、六十年代兴建, 工程运行年久, 其中输水涵管多已工程老化, 涵管裂缝漏水严重。因此结合省人大议案小型水库除险加固项目, 对部分小型水库的输水涵管进行重建, 对输水涵管重建根据该水库的实际情况来确定。现根据我县浒塘水库的输水涵管的重建方式进行分析。浒塘水库位于平远县石正镇周畲村, 于1962年兴建, 1963年10月竣工投入使用, 属石正河支流, 坝址以上集雨面积0.92km2, 坝型为均质土坝, 最大坝高12.0m, 坝顶长125m, 防洪标准为设计洪水20年一遇、校核洪水200年一遇, 总库容35.1万m3。该水库设计灌溉面积500亩, 捍卫人口1000人, 是一宗以灌溉为主的小㈡型水库。该水库列入2006年度省人大议案小型水库除险加固项目。该水库现有输水涵管位于主坝右肩, 为坝下埋管, 全长为62m, 涵管为水泥沙浆包瓦管, 管径为φ30cm, 最大过流量为0.3m3/s, 涵管进口高程为101.00m, 出口高程为100.35m。闸门型式为斜拉式铸铁盖板, 启闭机采用手动斜拉式控制, 输水涵管在运行中渗漏严重, 在出口处发现有漏水点, 出水口无消能工。由于该输水涵管存在较大问题, 已威胁到坝体安全, 必须重建输水涵管。

2 重建措施

该工程在除险加固设计中, 我们对输水涵管的重建提出了两个方案: (1) 采用虹吸式放水涵管, 涵管采用钢管; (2) 按原方式采用坝下埋管, 涵管采用钢筋砼管。

3 方案分析

3.1 采用虹吸式放水涵管

3.1.1 涵管管径的确定

虹吸式放水涵管的管道出水口在消力池、渠道水面以下, 为淹没出流采用有压管流计算公式:, 其中

式中:Q为经济过流量;

µc为水头损失系数;

A为涵管过水面积;

Z为上、下游水位差值 (根据工程的实际情况要保证设计流量又能节约用水、经济合理的要求, 取z值为1.0m) 。

确定经济合理管径为φ30cm, 其过流量根据库水位变化为0.1-0.3m3/s。

3.1.2 涵管驼峰段的安装高度确定

根据该水库的坝高和输水涵进口高程情况, 取涵管驼峰段的安装高度为8m。安装高度的复核计算根据能量方程式:

式中:hs为驼峰安装高度 (吸程) ;

P为当地大气压力;

P汽为汽化压力值 (取临界水温30°C的汽化压力值0.43m水注) ;

h沿为管道沿程水头损失;

h局为局部水头损失;v2/2g为出口水头损失;

hΔ为富余能量 (取0.3m水注) 。

3.1.3 涵管管壁厚度的确定

涵管采用钢管, , 考虑磨损锈蚀2.0mm, 取管壁厚度为5.0mm。

3.1.4 进水池

3.1.5 出水池

按最大泄量计算消力池各部份尺寸, 当库水位为正常水位110.5时T0= (110.5-100) =10.5m, 其相应泄量为0.3m3/s, 涵管出口管内径0.3m, 流速V=4.2m3/s。

管口下缘至池底的距离P:取P=10cm。

管口上缘最小淹没深度:

出水池宽度:B=3D=3×0.3=0.9m

出水池底板高程:

出水池池顶高程:

3.1.6 虹吸式放水涵管的布置及安装

(1) 虹吸式放水涵管的布置:确定虹吸管驼峰段顶高程为109.00m, 进口高程为101.00m, 安装高程8.0m, 出口高程为100.0m, 虹吸式放水涵管的轴线与加固后坝轴线垂直, 驼峰段与水平倾斜角为10。虹吸管总长74.5m。

(2) 底闸和放水开关阀门:底阀采用不带滤水网的阀门, 在进水口处设置拦污栅, 放水开关阀门采用承插暗杆楔式单闸板闸阀 (Z41H-16型法栏明杆楔式单闸板闸阀) 。

(3) 灌水孔及排汽孔的设置:灌水孔及排汽孔设置在上游端驼峰段顶, 灌水孔及排汽孔的长度为30cm, 灌水孔及排汽孔顶均设置闸阀及小型水箱, 灌水孔d=50mm、排汽孔d=25mm, 小型水箱尺寸为40cm×40cm×30cm。

(4) 镇墩和支墩:驼峰段周边用厚度20cm现浇砼包裹, 两端采用镇墩固定, 两端以下每5.0m设支墩, 下游末段转弯处需设一个镇墩, 镇墩尺寸为长×宽×高=3.0m×1.5m×1.5m, 支墩尺寸为长×宽×高=0.9m×0.9m×1.3m。

(5) 钢管防锈蚀措施:为了延长钢管的使用寿命, 采用金属防锈蚀处理, 用环氧铝粉土三道。

3.2 采用坝下埋管

输水涵管采用钢筋砼管, 在原有涵管位置进行坝体开挖, 按原位置进行涵管安装, 重建进水口, 新建消力池。

4 采用虹吸式放水涵管应注意的一些问题

(1) 虹吸式放水涵管在布置时应避免转弯, 在需要转弯的地方也要采用弧形连接以减少局部水头损失, 以免影响出流量和吸程。

(2) 涵管一般采用钢管制作, 最好采用无缝钢管制作, 用电焊连接, 尽量减少或避免法栏连接, 如需发栏连接, 需对发栏连接处加设密封处理, 如比在发栏连接处设置沥青池, 用沥青将发栏接缝包裹, 确保不漏汽。

(3) 底阀建议不带滤水网, 放水开关闸门建议采用化工用蝶阀。

(4) 灌水孔及排汽孔应设置于上游端的驼峰顶上, 并分开设置。

5 结语

目前该工程已运行3年多, 工程效果好, 运行稳定。采用虹吸式放水涵管具有减少挖方, 施工较方便、简单, 利于渡汛, 技术成熟, 造价较低, 工程管理较方便, 避免水流沿建筑渗漏造成工程隐患等优点。虹吸式放水涵管较适用于坝高10m-15m的土坝, 我县现有的小㈡型水库坝高基本在此之间, 所以这些水库在除险加固中需重建输水涵管的应大力推广采用虹吸式放水涵管。

摘要：我县现有小型水库输水涵管多已工程老化, 涵管裂缝漏水严重, 需重建输水涵管, 针对这一问题, 对虹吸式放水涵管在小型水库除险加固中的应用进行探讨分析。

关键词：虹吸式放水涵管,小型水库