老撾Nam Khan 2水電站溢洪道設(shè)計(jì)研究

張風(fēng)強(qiáng)，況 淵

(中國電建集團(tuán)貴陽勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽 550081)

1 工程概況

老撾Nam Khan 2水電站位于老撾Luang Prabang(瑯勃拉邦)東南約30 km的Nam Khan河上，是Nam Khan河規(guī)劃3座梯級(jí)電站中的第2級(jí)。Nam Khan 2水電站水庫正常蓄水位475 m，死水位465 m，總庫容7.508億m3，調(diào)節(jié)庫容2.291億m3，屬年調(diào)節(jié)水庫。本電站為Ⅱ等工程，工程規(guī)模為大(2)型。工程樞紐建筑物包括鋼筋混凝土面板堆石壩、右岸開敞式溢洪道、右岸放空洞、右岸引水隧洞和地面廠房。面板堆石壩最大壩高136 m，溢洪道控制段最大結(jié)構(gòu)高65 m。

2 溢洪道結(jié)構(gòu)布置

根據(jù)壩址地形地質(zhì)條件，右岸溢洪道布置于大壩右岸沖溝埡口，距離右壩肩約400 m。溢洪道由控制段、泄槽段和消能式組成，控制段包括溢流壩段和擋水壩段，溢流表孔下游接泄槽、消能工，下游為消能防沖區(qū)。溢洪道按1級(jí)建筑物設(shè)計(jì)。

溢洪道控制段為常態(tài)混凝土重力壩，壩頂總長201 m，其中擋水壩段長126.5 m，泄洪壩段長74.5 m，壩頂高程480 m，最大壩高65 m。溢洪道控制段溢流表孔后接泄槽段和消能工段，溢洪道最大長度334.65 m。設(shè)計(jì)泄槽段為矩形斷面，泄槽通過3 m厚的中隔墻分為左右兩側(cè)泄槽；兩側(cè)泄槽凈寬均為32.25 m，隔墻高10.5 m。溢洪道左槽底板縱坡為i=15%，自樁號(hào)溢0+178.64 m之后，底板為拋物線，拋物線方程為y=0.15x+0.002 7x2，其末端樁號(hào)為溢0+224.92 m，后接反弧段消能工。挑坎左邊墻末端樁號(hào)為溢0+242.49 m，挑坎右邊墻末端樁號(hào)為溢0+286.52 m。溢洪道右槽底板縱坡為i=15%，底板自樁號(hào)溢0+273.05 m之后接反弧段消能工，挑坎左邊墻末端樁號(hào)為溢0+290.62 m，右邊墻末端樁號(hào)為溢0+334.65 m。左右兩泄槽末端接挑流式消能工，左側(cè)挑坎挑角為22.7°，半徑R=19.84～78 m；右側(cè)挑坎挑角為12.89°，半徑R=40.45～159 m。泄槽最大摻氣水深8.61 m，邊墻高度10.5 m，邊墻及底板厚均為1.5 m。

在水庫校核洪水位477.86 m時(shí)，由于泄流受沖溝的影響，溢洪道堰前水位降為475.30 m，相應(yīng)最大泄流量為9 974 m3/s，相應(yīng)單寬流量為184.70 m3/s，泄槽最大流速35.1 m/s，相應(yīng)挑距約為154.76 m。

3 溢洪道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 溢洪道控制段

溢洪道控制壩段包括溢流壩和兩岸擋水壩段。溢流壩段在溢洪道控制壩段中部，總長度74.50 m，溢流堰按低堰設(shè)計(jì)，堰體最大高度35 m，堰頂高程455.00 m。溢流表孔孔口尺寸13.5 m×20 m(寬×高)，工作閘門為弧形閘門，弧形閘門前設(shè)置檢修閘門槽，4孔共用1扇平板檢修門。堰面曲線采用WES曲線，曲線方程Y=0.045X1.85，曲線上游采用3段不同半徑(R=8.5 m、R=3.4 m、R=0.68 m)相接。堰面曲線下部連接反弧段，反弧半徑52.3 m，反弧起始高程443.74 m，底板高程428.03 m，與泄槽平順銜接。閘孔中墩厚4.5 m，邊墩厚3.5 m。堰面采用C25二級(jí)配混凝土，混凝土厚2 m，堰體采用C15三級(jí)配混凝土，與堰面混凝土相接觸面采用臺(tái)階狀設(shè)計(jì)并設(shè)置插筋，確保緊密連接。閘墩采用C30二級(jí)配混凝土[1]。

兩岸擋水壩段為C15三級(jí)配常態(tài)混凝土重力壩，壩頂高程480.00 m，頂寬6 m，左岸長度49 m，右岸長度77.5 m，總長度126.50 m。從安全和超泄能力考慮，溢洪道控制段壩頂高程為480 m，比面板堆石壩壩頂高程481 m低1 m(比防浪墻頂482.20 m低2.2 m)，溢洪道控制壩段不設(shè)防浪墻。

對(duì)溢洪道進(jìn)行抗滑驗(yàn)算，重點(diǎn)分析深層滑移情況，一種為壩體與巖體整體向下游沿單滑面滑出，另一種為壩體沿底滑面向后滑出，下游巖體沿緩傾裂隙面滑出，形成雙滑面(見圖1、圖2)。經(jīng)驗(yàn)算，溢洪道控制壩段整體穩(wěn)定且壩踵未出現(xiàn)拉應(yīng)力，滿足規(guī)范要求。

圖1 溢流壩段深層滑動(dòng)模式一(單滑模式)

圖2溢流壩段深層滑動(dòng)模式二(雙滑模式)

3.2 弧門支座牛腿設(shè)計(jì)

本工程的閘孔跨度為13.5 m，跨度較大，所以采用錨塊式支承體結(jié)構(gòu)，錨塊式支承結(jié)構(gòu)比較經(jīng)濟(jì)。錨塊寬度為5.5 m，高度為5 m?；⌒伍l門單側(cè)支座推力值F=22 000 kN，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，拉錨系數(shù)考慮1.8，計(jì)算出閘墩單側(cè)主錨索300 t級(jí)預(yù)應(yīng)力錨索13根，扇形布置，共布置3排；其中外側(cè)兩排各布置5根，第三排布置3根。次錨索采用200 t級(jí)，共布置12根[2]。

弧形閘門支座的縱向受力鋼筋選用雙排C32@150 mm，水平方向箍筋選配雙肢箍筋C28@150 mm；在垂直水平箍筋方向布置適當(dāng)?shù)拇怪惫拷铍p肢C28@150 mm。

3.3 泄槽段

泄槽段兩側(cè)緊靠山體，為矩形斷面，邊墻高度10.5 m，厚度1.5 m。泄槽中間設(shè)有厚3 m的中隔墻，隔墻高10.5 m，分為左右兩側(cè)泄槽。兩側(cè)泄槽凈寬均為32.25 m，兩中孔之間的閘墩以下設(shè)中隔墻將泄槽分成等寬度的兩槽；隔墻漸變段長30 m，寬度由4.5 m逐漸縮窄至3.0 m。在隔墩末端的泄槽內(nèi)設(shè)14 m長的穩(wěn)流墩，穩(wěn)流墩末端寬度為1.2 m。左槽緩坡段底板縱坡為i=15%，自樁號(hào)溢0+178.64 m處底板為拋物線，拋物線方程為y=0.15x+0.002 7x2，其末端樁號(hào)為溢0+224.92 m，左側(cè)泄槽長度170.2 m；右槽底板縱坡為i=15%，泄槽長度218.3 m。泄槽段均采用C25二級(jí)配混凝土。

為將HSa Mouy沖溝來水順利引入溢洪道，溢洪道泄槽右側(cè)邊墻設(shè)置有側(cè)堰，側(cè)堰過水寬度20 m，順?biāo)鏖L度28 m，水位落差9.33 m，由進(jìn)口翼墻、兩級(jí)跌坎組成，邊墻高度2 m，跌坎高均為2 m。側(cè)堰進(jìn)口兩側(cè)設(shè)置八字翼墻，為保證翼墻與沖溝邊坡相適宜，擴(kuò)展角度分別為45°和30°。進(jìn)口段順?biāo)鞣较蜷L度6 m，底板前緣設(shè)置有齒槽。

泄槽分為L形左、右邊墻，倒T形中隔墻以及中間部位底板。泄槽配筋計(jì)算如下：

(1)泄槽邊墻。泄槽左、右邊墻為L形結(jié)構(gòu)，其邊墻豎直端總高度12 m，寬度1.5 m，底板水平端總長度7.5 m，寬度1.5 m。邊墻及底板基巖均布置有25，L=6 m錨桿，L形梁均與基巖接觸良好。泄槽段基巖為微風(fēng)化或微新基巖，巖層豎向發(fā)育，層面與泄槽走向近乎垂直。因此，泄槽邊墻可不必考慮邊墻外側(cè)基巖壓力，但由于巖層節(jié)理發(fā)育，且工程所在地雨季漫長，降雨量大，故需要考慮邊墻外側(cè)基巖的外水滲透壓力。當(dāng)溢洪道泄洪時(shí)，考慮內(nèi)水壓力。計(jì)算工況如下：

①邊墻內(nèi)力計(jì)算工況1：底板水平端視為固定端，邊墻受外水壓力，按連續(xù)懸臂梁計(jì)算。

②邊墻內(nèi)力計(jì)算工況2：底板水平端視為固定端，邊墻受內(nèi)水壓力，按連續(xù)懸臂梁計(jì)算。

③邊墻內(nèi)力計(jì)算工況3：邊墻豎直端視為固定端，底板受揚(yáng)壓力，按連續(xù)懸臂梁計(jì)算。

內(nèi)水壓力：根據(jù)模型試驗(yàn)，泄洪時(shí)最大摻氣水深約7.6 m，流速V=27～34 m/s。同時(shí)，需要考慮下泄水流的脈動(dòng)壓力。

外水壓力：考慮暴雨工況，外水與邊墻同高。

揚(yáng)壓力：最大揚(yáng)壓力可按邊墻高度水壓計(jì)算。由于底板布置有縱橫排水盲材，摻氣坎位置設(shè)置有直徑為75 mm排水孔，入巖6 m；同時(shí)底板設(shè)置有25，L=6 m@1.5x1.5 m錨桿。因此，揚(yáng)壓力對(duì)底板影響較小[3]。

經(jīng)計(jì)算，底板與邊墻內(nèi)外側(cè)選配25@200 mm鋼筋，邊墻與底板為整體結(jié)構(gòu)，連接轉(zhuǎn)角處彎矩最大，增加25@200 mm加強(qiáng)鋼筋。

(2)中隔墻。泄槽中隔墻為倒T形結(jié)構(gòu)，當(dāng)左右閘孔兩側(cè)同開度泄洪時(shí)，左右兩側(cè)水壓平衡；當(dāng)閘孔不同開度泄洪時(shí)，或只有一側(cè)泄洪時(shí)，隔墻兩側(cè)水壓不平衡。

中隔墻內(nèi)力計(jì)算工況：單側(cè)泄槽最大流量泄洪，另一側(cè)泄槽不泄洪。底板水平端視為固定端，導(dǎo)墻受單側(cè)水壓力，按連續(xù)懸臂梁計(jì)算。

經(jīng)計(jì)算，中隔墻選配25@200 mm鋼筋，由于底板與中隔墻為整體結(jié)構(gòu)，連接轉(zhuǎn)角處彎矩最大，增加25@200 mm加強(qiáng)鋼筋。

(3)中間底板。中間底板寬度20.25 m，直接坐落在基巖上，單側(cè)槽泄洪過程中，同一樁號(hào)的水壓基本一致，沿水流方向的水壓略有不同。因此，底板上部內(nèi)水壓力基本一致，不平衡壓力較小，采取構(gòu)造配筋，上下表面選配25@200 mm鋼筋(見表1)。

表1 泄槽內(nèi)力計(jì)算成果及配筋

3.4 消能工

根據(jù)地形地質(zhì)條件，溢洪道左右兩槽采用挑流式消能工，左側(cè)挑坎夾角44.5°，半徑R=19.84～78 m；右側(cè)挑坎夾角21.42°，半徑R=40.45～159 m。兩挑坎末端線與溢洪道軸線斜交，夾角均為36.22°，消能工邊墻厚度3 m。消能工為大體積混凝土結(jié)構(gòu)，迎水面層采用C35HF抗沖耐磨混凝土，厚度為0.8 m，下部大體積混凝土采用C15三級(jí)配混凝土。為增加穩(wěn)定性，消能工底板設(shè)有基礎(chǔ)插筋，末端設(shè)有齒槽，齒槽段最大混凝土厚度15.8 m。

消能工邊墻內(nèi)力計(jì)算工況與泄槽段類似，邊墻內(nèi)外側(cè)配筋雙層25@200 mm，底部為大體積混凝土結(jié)構(gòu)，表面配構(gòu)造鋼筋單層25@200 mm[4_5]。

4 結(jié) 語

綜上所述，老撾Nam khan 2水電站溢洪道受地質(zhì)情況和地形情況影響較大，工程設(shè)計(jì)要求較高。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)。需充分對(duì)天然地形進(jìn)行利用，結(jié)合工程的具體要求，進(jìn)行合理的布置和設(shè)計(jì)。不僅能滿足工程需要，還降低了工程投資成本，取得了良

好的工程效果，值得推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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