小南海水库输水洞进水塔结构计算分析

□牛志丰 □姬志军（河南省豫北水利勘测设计院）

□金 虹（安阳市彰武南海水库工程管理局）

一、概况

小南海水库位于河南省安阳市西南35km的海河流域卫河支流安阳河上，与下游10km的彰武水库组成两座梯级水库。小南海水库控制流域面积850km2，总库容1.075亿m3；现状小南海水库主要建筑物由大坝、溢洪道、输水洞三部分组成。输水洞位于拦河坝右岸坝头山脚处，系坝下埋设钢筋混凝土蛋形管道，埋管坐落在闪长基岩上，进口底高程139.5m，设2.5m×4m平板钢闸门控制流量，洞长245.5m，洞径3.05m，最大输水量141m3/s。

现状输水洞竖井无检修门槽，且竖井倾斜，底部有环形裂缝，洞身段处理过的环形裂缝，多又重新贯穿开裂，并伴有渗水现象。针对输水洞存在的问题，采取以下措施进行除险加固。

根据输水洞进水塔存在问题，废弃、封堵原竖井，在输水洞桩号0+007.5处重建检修竖井。

二、进水塔结构布置

（一）布置原则

根据输水洞进水塔所在位置及在水库枢纽的功能主要为泄水和排沙等作用，参照《进水口设计规范》，进水塔布置除了满足水工、机电运行、维修和机电安全条件下力求经济合理外，尚应满足以下条件：一是进水塔应与枢纽其他工程布置相协调，并与输水洞现状洞身平顺连接；二是在各级运行水位条件下，进水口应进流匀称，水流畅顺；三是进水塔进水口应选用阻力小的曲线，并注意改善闸门槽、渐变段等部位体形，并采取防空蚀措施；四是结构简单，施工方便，并满足充水等要求。

（二）结构布置

检修闸门门后布置通气φ500mm钢管通气孔。通气孔顶部高于设计洪水位179.8m，以便于闸门启闭时充排气体。

三、稳定应力分析

（一）稳定分析计算工况及基本数据

根据《水利水电工程进水口设计规范》SL285-2003，按照进水塔设计尺寸，综合考虑自重、水压力、浮托力、风荷载、雪荷载、冰荷载、浪压力、活荷载、地震荷载以及土压力在正常蓄水位、设计水位、正常使用+地震、校核洪水位四种工况不同组合下的抗剪强度，抗倾覆稳定，抗浮稳定和建基面上的垂直正应力。

进水塔稳定计算成果表

经计算在4种工况组合下抗剪、抗倾、抗浮及应力均满足规范要求，为满足进水塔闸室基础的稳定性，在进水塔基础与基岩之间设φ28钢筋锚固。

（二）塔身结构计算

进水塔塔身纵向受力钢筋计算按照沿周边均匀配置纵向钢筋的环形截面钢筋混凝土偏心受压构件进行计算，计算公式如下：

式中：A为构件截面面积；As为全部纵向钢筋的截面面积；r为圆形截面的半径；rs为纵向钢筋所在圆周的半径；e0为轴向力对截面重心的偏心距；α为对应于受压区混凝土截面面积的圆心角（rad）与2π的比值；αt为纵向受拉钢筋截面面积与全部纵向钢筋截面面积的比值，当α＞0.625时，取αt=0。

经计算，156.48m以下塔身断面外壁配双排筋，共88φ28，156.48～167.48之间塔身断面配筋为66φ28，167.48以下配筋为44φ28；塔身内壁配筋为54φ18，环向配筋为φ14@200。

通过计算可知，输水洞进水塔结构符合稳定及结构要求。