桐溪湖(含水道)湖泊工程出水口的消能防冲设计

范平，，桐溪湖(含水道)湖泊工程出水口的消能防冲设计出水口水工建筑物级别为4级。2水文、地质情况根据规划要求和水文计算桐溪湖出水口按200年一遇洪水标准，设计洪水流量为62．1m3／s，根据长沙市暴雨强度计算公式，桐溪湖工程计算暴雨流量为49．91m3／s。本设计桐溪湖排水流量取较大值Q=62．1m3／s。根据规划，桐溪港～观音湖段水系设计水面高程为40．0m，设计水面雍高0．3m，因此桐溪湖工程设计洪水位取40．3m。桐溪湖出水口基础落于中风化泥质粉砂岩，岩石的地基承载力特征值不小于1000kPa，摩擦系数不小于0．45。出水口区域地质构造简单，未发现影响场地稳定性的不良地质作用，场地目前处于稳定状态。3桐溪湖工程出水口消能设计3．1出水口基本情况桐溪湖出水口设置在桐溪湖出口水道三与潇湘大道南延线交汇处，桐溪湖出水口由排水闸和溢流坝组成，排水闸设置三孔闸门居中布置，每扇闸门2．5m宽，排水闸两侧各布置13．5m宽溢流坝，溢流坝堰顶高程40．0ITI。桐溪湖出水口设置排水闸和溢流坝，可以在平时桐溪湖人湖流量Q较小时(Q≤7．43m3／s)，维持40m高程湖水水面，多余湖水通过溢流坝自行溢流排出，当人湖流量较大(Q>7．43m3／s)需要泄洪以及进行湖底清淤、换水时，打开闸门可以泄洪和迅速排空湖水。桐溪湖出水口上游连接段设置钢筋混凝土铺盖和护底，上游翼墙采用重力式直墙结构，与河道侧壁衔接，下游消能后通过箱涵与湘江西岸堤防工程修建的桐溪港连通涵相连。桐溪湖出水口下游通过新建箱涵与桐溪港连通涵相接，箱涵需从潇湘大道西线下穿过，而规划潇湘大道西线在桐溪湖出水口南侧约135m处的巡抚路口将进入隧道，下穿湖南省政府接待中心，因此桐溪湖出水口处潇湘大道路面高程较低，约为33．0m。先期建设的湘江西岸堤防工程中设计新建的桐溪港连通涵已经考虑该处路面高程问题，连通涵进出口底板高程均为28．5m。桐溪湖出水口处水道底部高程为37．0m，而出水口下游连接箱涵底板高程为28．5m，因此桐溪湖出水口上下游水位差相比同等规模水闸大许多，而且2该出水口位于先导区核心区域内，消能设施占地面积要尽可能小，与周围环境和景观要尽量相融合。3．2桐溪湖出水口消能设计3．2．1消能设计参数(1)出水口上、下游水位的确定。根据市政规划设计，桐溪湖上游设计水位为40．30m。桐溪湖出水口下游经桐溪港连通涵与湘江连通，按桐溪湖内发生200年一遇洪水62．1mS／s，外河湘江维持30．01m水位的最不利情况下反算连通涵进口水位为3150m，桐溪湖出水口下游设计水位定为3150m。(2)单宽流量和闸孔宽度的确定。桐溪湖出水口设计流量Q--62．1m3／s，分别拟定溢流坝宽度和闸孔尺寸根据上下游水位和流量计算公式复核溢流堰流量和闸门泄洪流量。为最大限度利用河道宽度自由溢流，尽量减少闸门运行调度，设计考虑充分利用39m宽河道，除了在河道居中位置布置3孔泄洪闸门外，在两侧剩余河道宽度范围内布置溢流堰维持湖水水面高程的同时自由排出桐溪港撇洪渠来水。拟定两侧溢流坝净宽为2mxl3．5m，排水闸孔净宽2．5m，中墩1．2m，边墩1．Om，根据堰流流量计算公式推算结果为两侧溢流堰p。=7．43m3／s，在桐溪湖来水超过该流量后，为维持桐溪湖湖面高程不超过4O．3m，需要开闸泄流，三孔闸门全开最大泄流流量Q2=58．2mS／s，Q1+Q2=65．63m3／s>62．1m3／s，满足桐溪湖泄洪要求。溢流坝单宽设计流量为0．27m3／s，排水闸单宽设计流量为7．76m3／s。3．2．2溢流坝消能设计桐溪湖出水口由排水闸和溢流坝两部分组成，溢流堰采用常用的平底板宽顶堰，开敞式进口边缘修圆的堰面曲线。溢流堰堰顶高程40．0m，溢流面曲线采用WES型幂曲线，桐溪湖湖水面设计雍高0．3m，溢流坝总宽27m，雍高小、溢流坝段宽，经计算溢流坝单宽流量仅为0．27m3／s。溢流坝坝高12．3m，采用重力坝坝型，设计经过综合比较后采用溢流面台阶消能+坝后消力池的消能设计。本工程溢流坝采用此种设计，加大的溢流坝下游面坡比既能有效满足重力坝稳定及应力计算要求，也有效地减小了下游消力池部分的结构尺寸，简化了下游消能设施，降低了工程规模及工程投资。3．2．3排水闸消能设计(1)排水闸消力池型式选择。范平，，桐溪湖(含水道)湖泊工程出水口的消能防冲设计由试验得出下列函数关系：=4．30D时az_：1．00Do~)，y=o．54DQ4Z5d_2：1．66D~27yy式中为跌落距离亦即跌坎墙脚到水深为d。处的距离；但此式没有考虑下游水深的影响。d，为水舌下方的水深，d。为水舌趾部处水深，亦即水跃首部水深；d：是相应于d的共轭水深。设dc为临界水深，由dc=g，故得：争=V，又由于=、’、gy，于是有：2)({争)_D以上得出d