第11章--出水建筑物

第四章出水建筑物本章讨论：出水池压力水箱出水管道出水流道及断流设施需重视的两个问题：1、水力损失2、工程投资第一节出水池一、作用与设计要求出水池的位置应结合站址、管线及输水渠道的位置进行选择。1、作用（1）汇流，有时也起分流作用；（2）消能稳流、扩散出水管水流；（3）便于设置防止倒流的设施；（4）便于设置检修和断流设施。123(a)(c)(b)图11-2123(a)(c)(b)图11-22、设计要求（1）稳定:抗渗稳定整体稳定结构稳定地基牢固不均匀沉陷小（2）流态好，水力损失小；（3）施工和运行管理方便；（4）节省投资。二、出水池的结构类型1、按水流方向分：（1）正向出水池（水流顺畅、水力性能好）（2）侧向出水池（3）多向分流式出水池123(a)(c)(b)图11-22、按出水管出流方式分：（1）按管口是否淹没：淹没出流、自由出流（2）按管线布置方式：直管式、虹吸式图4-72直管出水流道管线布置形式a)b)c)a)b)c)△h三、出水池流态分析问题：存在强烈的旋滚区危害：1、增加能量损失2、引起下游河道的冲刷（a）图11-31:mA出PDD淹hCOLh出B（b）AL0BBB图11-4四、出水池尺寸的确定1、出水管出口直径D0影响：出口损失、拍门及出水池尺寸一般1.5～2.5m/s对于低扬程泵站，出口流速应取小值；对于高扬程泵站，出口流速可取大值。图11-6BbbD0LmH4H3H2H1LrhPD0hhv0hpn淹2．淹深h淹**水平出流可取小值，倾斜向上出流取大值。3．池底至管口下缘距离ＰP=0.2～0.3mgvh2)32(20～淹4．出水池墙顶高程和池底高程超高池顶＋＝hmaxPDh－－＝淹池底0min池底池顶池高－＝H5．出水池宽度式中：n——出水管数目；δ——隔墩厚度，m；D0——出水管出口直径，m；a——出水管边缘至池壁或隔墩的距离，一般取a=(0.5～1.0)D0。)2()1(0aDnnB6．出水池长度（1）水面旋滚法（限制旋滚发生在出水池以内）旋滚长度与管口淹没深度、池中有无台坎及台坎的几何参数等因素有关。式中：hs——管口上缘的最大淹没水深，m；α——系数（与台坎形式有关）。上述公式在管口流速较小时较为符合实际，当V0≥1.5m/s时：图11-8抛物线LLPPhPD0v0hP5.0ShL)2(02gvhLS（2）淹没射流法假定：水流在池中沿射流方向逐渐扩散，扩散过程中断面平均流速逐渐减小，当断面平均流速等于渠首平均流速时，其扩散长度即为出水池长度。式中：v0——出水管管口平均流速；v渠——干渠进口平均流速。此法算得的池长一般偏短。修正公式：)1(9.200渠vvDL41.02001)(58.3渠vvDLD00vLL0图11-97．出水池与干渠的渐变段α=30～458．干渠护砌长度22tgbBLg0086.0(4DvvL）＝允护max54渠护）～＝（hLLLgLhBb图11-109．侧向出水池尺寸的确定（1）池宽侧向出水池的宽度对泵流量的影响：当B＞4D0时，池宽对出流流量已无影响。单管侧向出水池：B=(4~5)D00123456712345B/D0图11-11流量Q(L/S)86多管侧向出水池：1-1断面：B1=(4~5)DC2-2断面：B2=B1+DC3-3断面：B3=B2+DC……（2）池长由下图，当L＝5D0时，流速分布已趋于均匀。所以：单管侧向出水池：L出=L2+Dc+L’=L2+6DC多管侧向出水池：L出=L2+L1+L’=L2+(n+5)DC+(n-1)S式中：n----管道数目；S----管道之间的净距，m。D0D0D0SS123BB1B2B3123L2L1L出L图11-12BL2LD03D05D0L≈图11-13D0第二节压力水箱图11-16图11-14图11-15121235534BδDb21345678δδ21345678翼墙一、压力水箱的特点及适用场合1、结构类型（1）按出流方向分：正向、侧向（2）按几何形状分：梯形、长方形、其他（3）按水箱结构分：有隔墩（可改善流态及受力条件）无隔墩2、特点钢筋混凝土封闭式箱形结构3、适用堤后式排涝泵站图11-16图11-14图11-15121235534BδDb21345678δδ图11-16图11-14图11-15121235534BδDb21345678δδ80135310310310135闸阀井1504015070702101280210210150150进人孔R390275200软接头软接头240R430R430304060铸铁管活动盖板12343125530240210R39040301554027040270402704027040二、尺寸确定1、进口宽度2、长度：α=30°~45°图11-16图11-14图11-15121235534BδDb21345678δδ)2()1(0aDnnB22tgbBL出3、高度满足检修闸门安装和检修的要求。4、进人孔位置:压力水箱顶部要求:满足最大部件及人员进出;钢板制作，下垫止水橡皮确保足够的强度和密封性要求。2051005201101152510025钢板10mm橡皮10mm60M12螺栓(均布)第三节出水管道（压力管道）一、压力管道的设计要求（1）稳定性要求；（2）强度要求；（3）密封要求；（4）水力损失小，运行费用低；（5）投资省；（6）施工、管理、维修方便。二、线路的选择及铺设方法1．线路的选择根据泵站总体布置要求，结合地形、地质条件确定。（1）地质条件好（尽量铺设在挖方上）；（2）管线短而直，尽量避免转弯、曲折；（3）控制纵向铺设角度（小于土壤的自然安息角），尽量垂直于等高线。2．铺设方式（1）明式铺设优点：施工、安装、检修方便缺点：占地多**管间净距≥0.8m，钢管底部应高出管道槽地面0.6m，预应力钢筋混凝土管承接插口底部应高出管道槽地面0.3m。**注意设检修孔（D≥1m、管道较长时，2个以上检修孔）**管槽应有排水设施，坡面宜护砌。图11-1712435263出水池泵房（2）暗式铺设（沟埋式）优点：节省土地缺点：施工、安装、检修不便**防锈、防腐（管道设计良好的防锈蚀保护层、防侵蚀措施）。**防冻（管顶最小埋深应在最大冻土深度以下）。**管坡设置排水沟、截流沟及管坡两侧土坡的防护等。三、管材选择1、管材选择原则（1）足够的强度；（2）较小的水力损失；（3）耐久性好；（4）有利于安装、运输；（5）便于就地取材制作，价格便宜。2、管材类型铸铁管钢管钢筋混凝土管预应力钢筋混凝土管（１）铸铁管低压管（4.5×105Pa）中压管（7.5×105Pa）高压管（10×105Pa）优点：价格便宜、安装方便、不易腐蚀缺点：性脆、壁厚、笨重适用：管径小于600mm的出水管道。（２）钢管优点：强度高、管壁薄、重量轻、接头简单、运输方便缺点：易腐蚀、使用期限短适用：高扬程泵站;管径≥800mm（３）钢筋混凝土管优点：价格便宜、使用期长、运行管理费用低、输水性能好缺点：运输不便，密封性较差，易漏水适用：D=300mm～1500mm的低压管道（４）预应力钢筋混凝土管优点：节省钢材，弹性和抗渗、抗裂性好，耐压较高、输水性能好缺点：运输不便，密封性较差，易漏水注意的几个问题:**钢管、铸铁管长期使用后，由于锈蚀，导致内壁产生锈瘤，摩擦损失加大，水头损失可增加30%～50%。**水泥管内壁不会积垢，其输水性能几乎不变。**钢筋混凝土管道的设计应满足下列要求：（1）混凝土等级：预应力钢筋混凝土不得低于C40；预制钢筋混凝土不得低于C25；现浇钢筋混凝土不得低于C20。（2）现浇钢筋混凝土管道伸缩缝的宽度应按纵向应力确定，且不宜大于20m。在软硬两种地基交界处应设置伸缩缝或沉降缝。（3）预制钢筋混凝土管道及预应力钢筋混凝土管道在直线段每隔50m~100m宜设一个活接头。管道转弯和分岔处宜采用钢管件连接，并设镇墩。四、管道布置方式及管径的选择1、管道布置方式（1）平行布置优点：管轴线互相平行，管线短而直，水头损失小，施工安装方便缺点：出水池宽度较大适用：机组少、直径大的压力水管213（2）收缩布置优点：可减少出水池宽度，镇墩可以合建，工程投资可减少。2131234（3）串联布置适用：多台泵多个泵站串联情况2131234管道管道a)b)（4）并联布置优点：减少管道和出水池投资。适用：台数较多。2131234管道管道a)b)123242、管道数确定一般在出水管道长度大于300m时宜采用并联运行的方式，长度小于100m时宜采用单机单管的运行方式，长度在100m～300m之间时则需经技术经济比较。考虑到出水管道损坏时检修的可能性，当流量较大时（Q≥（2.5～3.0）m3/s），并联后的管道不少于两条，主要取决于对泵站运行可靠性的要求。如出水池建在高填方上，为减少出水池和管道支承结构的工程量，应优先考虑出水管道并联运行的方式。3、管径确定（1）根据年运行费最小的原则确定（2）经验公式确定混凝土和铸铁管：钢管：Q——设计流量,m3/s)m(Q84.0D)m(Q8.0D**在初步设计阶段，可按经济流速和设计流量确定管径。经济流速建议采用：（1）H50m时，V=1.5～2.0m/s；（2）50mH100m时，V=2～2.5m/s；（3）H100m时，V=2.5～3.5m/s。五、出水管道支承结构及管道附件（自学）1、支承结构（1）支墩形式：（a）连续混凝土支墩（现浇混凝土管、沟埋式管）（b）独立混凝土支墩（露天敷设管）作用：承受管道及水的重力、减少振动及管线变形。独立混凝土支墩设置：钢管：间距一般可取5m～10m砼管：每节管设2个，在1/4和3/4处(a)(b)图11-1922图11-20加强板（a）（b）图11-21支承环钢管滚轮垫板≥20cm（2）镇墩设置位置：（a）管道转弯处（b）斜坡上长管段(间隔80m～100m)作用：承受管道转弯处的各种作用力**两镇墩之间应设伸缩节，伸缩节应布置在上端。形式：封闭式（将管道设于镇墩内），固定牢固。开敞式（将管道置于镇墩表面），便于检修。图11-22(a)(b)θθ2、管道附件（1）正心大小接管（2）闸阀（3）逆止阀（4）人孔管径大于800cm，管道又较长时设置人孔。孔径为500~600mm。）泵出DDL)(7~5(（5）缩管接头（6）进气阀防止因水泵倒流管道内出现负压，致使管道失稳破坏。保证管道安全。（7）通气孔在拍门前应设置通气孔。作用:保证管道内压力稳定泵在启动时不超载或出现不稳定工况。（8）岔管六、镇墩稳定计算稳定计算内容：（1）抗滑稳定（2）抗倾稳定（3）镇墩基底应力计算（4）镇墩强度计算（5）地基承载力计算BB22LeXθYRΣXΣY+W（a）（b）B2BeYmaxmin图11-23θXXΣRΣ+WYB1.受力分析镇墩主要承受水管的轴向力，也承受近墩处部分管段的法向力和弯矩，镇墩荷载及有关系数查表。四种荷载组合分别为：正常运行情况：正常停机情况：事故停机情况：地震情况：scQQAAAAAAAA98765421scQQAAAAAAA8754321scQQAAAAAA875421iscPQQAAAAAAAA987654212.镇墩设计（1）外形尺寸拟定（2）稳定复核抗滑复核抗倾复核地基应力计算（3）强度复核（4）地基稳定复核第四节出水流道出水流道与出水管道的主要区别：（出水流道的特点）1、应用于大型低扬程泵站。2、长度短、断面形状变化复杂。3、钢筋混凝土现浇，与泵房联成整体。4、形式多样。一、出水流道的作用与设计要求1、作用（1）转向与扩散（2）动能回收。2、形式（1）虹吸式出水流道（2）直管式出水流道（3）斜式出水流道（4）其他3、设计要求（1）水力损失小线形变化均匀，扩散角不宜过大，以免产生脱流或旋涡；出口流速不宜大于1.5m/s，以充分回收水流动能.（2）线型简单，方便施工（3）满足土建结构布置要求（