峽山水電站泄水閘設(shè)計(jì)

□楊永發(fā) 劉建海（贛州市水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院)

峽山水電站工程位于貢江干流于都縣河段的峽山村處，距于都縣城約30km。峽山壩址距上游峽山水文站1.59km，壩址控制集水面積16013km2，多年平均徑流量136.9億m3。峽山水電站的正常蓄水位109.80m，總庫(kù)容9600萬(wàn)m3，電站裝機(jī)容量35.1M W，多年平均發(fā)電量13261萬(wàn)KW·h，是一座以發(fā)電為主，兼有航運(yùn)等綜合效益的中型水利樞紐工程。

峽山水電站泄水閘為3級(jí)建筑物，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)50年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)300年一遇。泄水閘全長(zhǎng)241m，由17孔表孔溢流堰組成，單孔凈寬12m，泄流總凈寬204m，最大下泄流量12690m3/s，相應(yīng)單寬流量62.21m3/s。

1.泄水閘泄流單寬、孔數(shù)及堰頂高程的選擇

泄流單寬、孔數(shù)及堰頂高程的選擇主要從泄流、排沙、工程布置、閘門制安、工程投資等方面綜合考慮。為盡量使發(fā)電廠房主機(jī)間段、船閘坐落在河床內(nèi)，以滿足進(jìn)出流的水力條件，同時(shí)避免大量開(kāi)挖，根據(jù)壩址地形情況，泄水閘長(zhǎng)度應(yīng)控制在235m左右。因此，設(shè)計(jì)中對(duì)泄流凈寬分別為17孔×12m、15孔×14m，堰頂高程分別為101.50m m、102.00m進(jìn)行了比較，對(duì)泄流能力、工程量和工程投資進(jìn)行了計(jì)算，其計(jì)算成果見(jiàn)表1。

由表1可知，相同堰頂高程情況下，泄流凈寬17孔×12m方案投資明顯低于泄流凈寬15孔×14m方案；相同泄流凈寬情況下，堰頂高程101.50m方案投資略高于堰頂高程102.00m方案。經(jīng)過(guò)綜合比較分析，為增大泄水閘的泄流、排沙能力，選擇泄水閘的泄流單寬12m，孔數(shù)17孔，堰頂高程101.50m。

表1 泄水閘布置各方案調(diào)洪成果、工程量及投資比較表

2.泄水閘布置

泄水閘布置在河床中部，左側(cè)與船閘連接，右側(cè)與發(fā)電廠房連接。泄水閘全長(zhǎng)241m，由17孔表孔溢流堰組成，單孔凈寬12m，左側(cè)6孔半坐落在弱風(fēng)化變質(zhì)砂巖上，右側(cè)10孔半坐落在弱風(fēng)化花崗巖上。閘室基底高程91.50～98.00m，閘頂高程118.70m，閘頂寬度18.7m。

圖1 泄水閘平面布置圖

泄水閘采用寬頂堰，堰頂高程101.50m；閘室上游結(jié)合齒槽布設(shè)2.5m寬灌漿平臺(tái)，下游設(shè)消力池。泄水閘閘墩長(zhǎng)17.5m，中墩、左邊墩厚2.0m，右邊墩厚3.0m。中墩上游采用圓弧端頭，下游為流線型；邊墩上、下游為方形。

3.閘室結(jié)構(gòu)選型

泄水閘工程泄水流量大，工程地質(zhì)條件較好，閘室結(jié)構(gòu)型式的選擇是確保泄水閘安全運(yùn)行的控制性環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)中對(duì)倒T型、倒E型及倒Π型等3種結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行了比較。倒T型結(jié)構(gòu)，雖然基底應(yīng)力較大，穩(wěn)定條件及抗不均勻沉陷的能力相對(duì)較差，但其布置簡(jiǎn)單，施工方便，工程量較?。坏笶型結(jié)構(gòu)，基底應(yīng)力條件和穩(wěn)定條件比較好，但須采用閘墩分縫，從而導(dǎo)致閘墩厚度增加，造成泄水閘總長(zhǎng)度達(dá)257.2m，使得水工布置困難和工程量加大；倒Π型結(jié)構(gòu)基底應(yīng)力和穩(wěn)定條件優(yōu)于倒T型，工程量比倒E型少，但其跨越三孔，閘室分段長(zhǎng)度28m，使得閘室設(shè)計(jì)和施工難度增加。從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工難易、工程量及水力條件等方面進(jìn)行綜合比較后，最終決定采用倒T型結(jié)構(gòu)型式。

4.閘室穩(wěn)定

閘室穩(wěn)定包括兩個(gè)方面：一是閘室整體抗滑穩(wěn)定計(jì)算及基底應(yīng)力校核；二是閘室檢修時(shí)的抗浮穩(wěn)定分析。根據(jù)泄水閘的布置特點(diǎn)和剖面設(shè)計(jì)，選擇了5個(gè)典型結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行閘室穩(wěn)定計(jì)算，分別為建基面98.00m和96.50m弱風(fēng)化變質(zhì)砂巖的閘室單元、建基面97.5m和95.80m弱風(fēng)化中粗?；◢弾r的閘室單元、建基面91.50m混凝土回填區(qū)的閘室單元。

閘室抗滑穩(wěn)定分析結(jié)果表明：泄水閘的抗滑穩(wěn)定、基底應(yīng)力和抗浮均能滿足規(guī)范要求；閘室穩(wěn)定的控制性工況為正常蓄水情況，此時(shí)閘室上下游水位差最大。由于閘室基礎(chǔ)弱風(fēng)化巖層厚度大，完整性較好，整體強(qiáng)度較高，產(chǎn)生不均勻沉降超過(guò)設(shè)計(jì)允許范圍的可能性較?。煌瑫r(shí)，深層不存在緩傾角夾層等軟弱結(jié)構(gòu)面，閘室也無(wú)深層抗滑失穩(wěn)之虞。

5.消能防沖設(shè)計(jì)

泄水閘消能防沖設(shè)計(jì)的洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，下泄流量8560m3/s。由于泄水閘宣泄的流量變化幅度較大，為盡量減少對(duì)航運(yùn)和下游岸坡的影響，采用底流消能方式。為確定消力池的池深和池長(zhǎng)，分別選擇開(kāi)1～17孔進(jìn)行不同開(kāi)度泄流時(shí)的水力計(jì)算。計(jì)算成果表明，洪水情況下，上下游水位差較小，不存在消能問(wèn)題；中小流量，即上游為正常蓄水位時(shí)的棄水運(yùn)行工況，上下游水位差較大，存在消能問(wèn)題。各種情況對(duì)消力池池深要求變化較大，因此在選擇池深設(shè)計(jì)控制工況時(shí)，將一些可在運(yùn)行中避免的不利工況舍棄，避免少孔數(shù)、大開(kāi)度開(kāi)啟。按水工模型試驗(yàn)確定的合理的閘門調(diào)度運(yùn)行方案，最終采用消力池池深2.0m、池長(zhǎng)30m。

消力池護(hù)坦厚1.5m，在末端設(shè)置消力坎，坎高2.0m，坎頂厚1.0m。為防止水流淘刷破壞護(hù)坦基礎(chǔ)，在護(hù)坦末端設(shè)置齒槽，齒槽深1.0m。護(hù)坦上游側(cè)按2.5m×2.5m間距梅花型布置6排排水孔。消力池下游布置15m長(zhǎng)的干砌石海漫，海漫厚1.0m，下設(shè)0.2m厚砂卵石墊層。

6.基礎(chǔ)處理

泄水閘布置于河床中，河床總體較平坦，均被中粗砂夾少量砂卵礫石層覆蓋，下伏基巖為變質(zhì)砂巖和花崗巖，基巖面起伏變化較小，上部為薄層強(qiáng)風(fēng)化層。河床左側(cè)分布有一條帶狀全風(fēng)化槽，性狀差，強(qiáng)度極低，最深處厚度4.0～6.0m。泄水閘基礎(chǔ)巖體內(nèi)斷層破碎帶主要發(fā)育F1、F2、F3和F4四條，傾角均陡，主要由角礫巖和斷層泥充填，其中F1斷層寬度較大；節(jié)理發(fā)育NEE、NE、NW 、NW W 四組，呈閉合～微張開(kāi)狀，NEE、NE、NW W三組節(jié)理裂隙傾角陡峻，NW向?yàn)榫弮A角裂隙，傾向上游偏右岸方向。據(jù)鉆孔壓水試驗(yàn)：全強(qiáng)風(fēng)化巖體透水性中等，弱風(fēng)化巖體q=1.33～18.4Lu，透水性較弱～中等，相對(duì)不透水巖層頂板高程為85～93m左右。

基礎(chǔ)處理的主要措施為基礎(chǔ)開(kāi)挖、帷幕灌漿、固結(jié)灌漿和斷層破碎帶處理

6.1.1 基礎(chǔ)開(kāi)挖

泄水閘最大高度為27.2m，基底應(yīng)力不大，對(duì)地基承載力的要求不高。根據(jù)地質(zhì)條件考慮建基面坐落在弱風(fēng)化上部巖體。

6.1.2 帷幕灌漿

壩基巖體以透水率q≤5Lu作為相對(duì)不透水層。工程存在壩基滲漏和繞壩滲漏問(wèn)題，需進(jìn)行帷幕灌漿處理。在泄水閘上游側(cè)布置一排帷幕灌漿孔，孔距2m，深入相對(duì)不透水層3m。

6.1.3 固結(jié)灌漿

對(duì)節(jié)理裂隙較發(fā)育部位和斷層影響帶進(jìn)行固結(jié)灌漿。固結(jié)灌漿孔的孔距、排距采用3～4m，梅花形布置，孔深5～8m。固結(jié)灌漿在基礎(chǔ)混凝土澆筑后進(jìn)行，灌漿壓力初定為0.4～0.7M Pa。

6.1.4 斷層破碎帶處理

斷層破碎帶結(jié)合基礎(chǔ)開(kāi)挖適當(dāng)深挖、擴(kuò)挖，用混凝土塞加固，塞深采用1.0～1.5倍斷層破碎帶的寬度，并進(jìn)行固結(jié)灌漿處理。

7.結(jié)語(yǔ)

峽山水電站泄水閘下泄流量大，它是電站建成后能否安全運(yùn)行的關(guān)鍵性工程。由于受壩址地形和樞紐布置的限制，下泄單寬流量較大，加上運(yùn)行工況及水力條件復(fù)雜，又因建筑物級(jí)別不高，故其水力設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等均有一定難度。本著“安全第一，節(jié)省投資”的宗旨，設(shè)計(jì)中進(jìn)行了精心比選和優(yōu)化，收到了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。