巖寨水電站水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

程明偉，吳 鴻

(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550001)

1 工程概況

巖寨水電站工程位于長(zhǎng)江流域沅江水系清水江支流巴拉河中下游。水庫(kù)大壩位于貴州省黔東南州臺(tái)江縣老屯鄉(xiāng)巖寨村上游7.7 km處，壩址位于巖寨村對(duì)岸，距臺(tái)江縣城44 km，壩址以上流域集水面積1007.4 km2。工程設(shè)計(jì)以發(fā)電為主，電站總裝機(jī)2×12500 kW，水庫(kù)樞紐由拱壩、溢洪道、發(fā)電進(jìn)水口、放水底孔等建筑物組成。大壩為C20混凝土雙曲拱壩，最大壩高70 m，厚11.65 m，厚高比0.166，屬薄拱壩，泄水建筑物為壩頂溢流表孔，布置在壩頂中部河床段，分5孔布置，單孔凈寬11.4 m，總凈寬57.0 m。

水庫(kù)校核洪水位616.90 m，總庫(kù)容9920萬(wàn)m3，規(guī)模屬中型水庫(kù)，工程等別為Ⅲ等，大壩、壩頂溢流表孔、放空底孔、取水隧洞取水口及右岸新增溢洪洞等主要建筑物級(jí)別為3級(jí)，其洪水標(biāo)準(zhǔn)按100 a一遇(P=1.0%)洪水設(shè)計(jì)，1000 a一遇(P=0.1%)洪水校核。

根據(jù)《巖寨電站大壩安全鑒定報(bào)告書(shū)》(2020)，被評(píng)定為三類(lèi)壩，存在主要問(wèn)題有：(1)水庫(kù)抗洪能力不滿足規(guī)范要求。(2)大壩壩頂位移控制網(wǎng)點(diǎn)不足，壩基揚(yáng)壓力長(zhǎng)期未觀測(cè)，監(jiān)測(cè)資料整編分析工作不規(guī)范。(3)壩體廊道集水不能及時(shí)抽排，不利于降低壩基揚(yáng)壓力。(4)大壩無(wú)下放生態(tài)水設(shè)施。

本文僅針對(duì)泄洪能力不足進(jìn)行分析并提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)加固措施，其余問(wèn)題業(yè)主已編制相應(yīng)專(zhuān)題報(bào)告已予解決。

2 存在問(wèn)題原因分析

巖寨電站水庫(kù)大壩泄洪設(shè)施除險(xiǎn)、泄洪能力不足的主要原因是大壩安全鑒定階段設(shè)計(jì)洪水成果較初設(shè)成果有較大出入、洪峰及洪量的統(tǒng)計(jì)參數(shù)較初設(shè)階段有所變化；洪峰CV由初設(shè)階段0.86變?yōu)?.88，CS/CV由初設(shè)階段的3.5變?yōu)?；最大24 h洪量由原來(lái)的0.5變?yōu)?.62，CS/CV由初設(shè)階段的3變?yōu)?.5；最大72 h洪量由原來(lái)的0.4變?yōu)?.52，CS/CV由初設(shè)階段的3變?yōu)?.5；同時(shí)參考水文站延長(zhǎng)的水文資料(2002年～2015年)使壩址洪峰、洪量均值變大，洪峰均值增大了5.83%；W24 h洪量均值增大了16.3%；W72 h洪量均值增大了11.9%。見(jiàn)表1。

表1 洪水計(jì)算成果統(tǒng)計(jì)表

3 除險(xiǎn)加固方案比選

經(jīng)分析計(jì)算現(xiàn)有閘門(mén)即使全開(kāi)也不能滿足泄洪要求，因此需采取其他工程措施來(lái)增大下泄流量?，F(xiàn)場(chǎng)查看，結(jié)合閘門(mén)運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)通過(guò)調(diào)整現(xiàn)有溢洪道弧形工作閘門(mén)吊耳位置，能抬高閘門(mén)底緣進(jìn)而增加一定泄洪能力。在保證正常水位不變，大壩壩頂高程不變的前提下結(jié)合前期設(shè)計(jì)成果、安全鑒定結(jié)論，除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)主要考慮以下兩個(gè)方案：

方案一：降低壩頂溢流表孔原堰頂高程(605.5 m)1.0 m，溢流堰凈寬不變(57 m)，降低后堰頂高程為604.5 m，溢流方式為設(shè)閘控制泄洪。

方案Ⅱ：改造閘門(mén)吊耳+新增設(shè)閘溢洪洞方案，既保留原壩頂溢流表孔結(jié)構(gòu)不變，改造閘門(mén)吊耳增大了原溢流表孔泄流能力，不足部分通過(guò)新增1孔岸邊設(shè)閘溢洪洞實(shí)現(xiàn)。

由表2可知，方案Ⅰ降低堰頂方案雖然不受地形地質(zhì)條件影響，投資較其他方案優(yōu)，但該方案主要存在以下兩方面的問(wèn)題：一是壩頂溢流表孔改造施工過(guò)程中，需對(duì)溢流面及閘墩弧形閘門(mén)槽混凝土進(jìn)行局部切割及填補(bǔ)，需對(duì)原設(shè)置鋼筋進(jìn)行保護(hù)切割及新設(shè)鋼筋等埋植工作，施工難度大，施工質(zhì)量難以控制，且施工中對(duì)擋水大壩的影響難于評(píng)估，后期的結(jié)構(gòu)和鋼筋修復(fù)工作難度較大，且恢復(fù)效果難以達(dá)到原狀。二是由于整個(gè)施工過(guò)程需降低水位至602 m，將會(huì)損失部分發(fā)電量。

表2 除險(xiǎn)加方案比較表

綜上分析：經(jīng)過(guò)對(duì)地形地質(zhì)條件、樞紐布置、施工條件、加固對(duì)工程結(jié)構(gòu)和效益的影響、投資等綜合因素比較，綜合施工期安全和施工難度以及對(duì)大壩安全的影響等，推薦采用投資相對(duì)較貴、但施工條件較好、施工質(zhì)量和建筑物安全風(fēng)險(xiǎn)可控的方案Ⅱ(改造閘門(mén)吊耳+新增設(shè)閘洞式溢洪洞方案)。調(diào)洪成果見(jiàn)表3。

表3 改造閘門(mén)吊耳+新增設(shè)閘洞式溢洪洞方案調(diào)洪成果表

4 除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

4.1 新增溢洪道

新增設(shè)閘溢洪洞由引渠段、控制段、溢洪洞段和挑流消能段四部分組成[1]。實(shí)施內(nèi)容包括新建引渠段、控制段、溢洪洞、挑流消能?？刂崎L(zhǎng)20.162 m，寬13 m，堰頂高程為605.5 m；控制段下游接溢洪洞，洞長(zhǎng)323.638 m，城門(mén)洞型截面尺寸寬8 m～6 m，高10.309 m～8.732 m，設(shè)計(jì)底坡為0.058，高程由598.881 m至580.110 m。隧洞末端接挑流鼻坎，采用挑流消能，挑流段長(zhǎng)9.306 m，寬6 m，消力池底板厚1.5 m，挑流角30°，鼻坎高程581.592 m。

(1)壩頂高程復(fù)核，考慮正常蓄水位和校核洪水位工況，取兩者大值作為壩頂高程[2]，見(jiàn)表4。

表4 壩頂高程復(fù)核計(jì)算表

經(jīng)計(jì)算除險(xiǎn)加固后現(xiàn)狀壩頂高程滿足要求。

(2)溢洪道下泄流量復(fù)核計(jì)算

溢洪洞進(jìn)口堰型為WES實(shí)用堰，溢洪道泄流能力計(jì)算式計(jì)算如下[3～4]：

表5 泄流能力計(jì)算成果表

經(jīng)計(jì)算除險(xiǎn)加固后新增溢洪道泄流能力滿足要求。

4.2 原閘門(mén)改造

閘門(mén)更改吊耳位置采用現(xiàn)場(chǎng)切割原吊耳，對(duì)應(yīng)面板表面打磨光滑，重新設(shè)計(jì)吊耳現(xiàn)場(chǎng)定位焊接，并在底豎梁對(duì)應(yīng)位置增設(shè)肋板，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)焊縫進(jìn)行100%超聲波探傷檢測(cè)。探傷結(jié)果滿足要求后進(jìn)行防腐處理。

閘門(mén)吊耳位置調(diào)整后啟門(mén)力作用在閘門(mén)上的荷載(啟閉機(jī)容量)大小和方向不變，閘門(mén)自重荷載增加5 kN，啟門(mén)力和自重合力為50.5 kN，門(mén)體自重增加對(duì)結(jié)構(gòu)受力是有利的。復(fù)核吊耳位置改造后門(mén)體主要應(yīng)力為：主梁彎應(yīng)力72.6 N/mm2<150 N/mm2，主梁剪應(yīng)力為53.5 N/mm2<90 N/mm2，跨中擾度4.32 mm<9.5 mm；支臂彎應(yīng)力103 N/mm2<150 N/mm2，支臂平面內(nèi)穩(wěn)定計(jì)算為123.58 N/mm2<150 N/mm2，支臂平面為穩(wěn)定計(jì)算為116 N/mm2<150 N/mm2；支鉸推力原為2066.4 kN，調(diào)整后為2066.0 kN；閘門(mén)自重增加后啟門(mén)力復(fù)核為370 kN<450 kN。吊耳調(diào)整后復(fù)核閘門(mén)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，穩(wěn)定性和啟閉機(jī)容量滿足要求。

5 結(jié)論

巖寨水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程實(shí)施后將解決水庫(kù)泄洪能力不足，能使水庫(kù)按原有的正常蓄水位蓄水發(fā)電，使其更好地為企業(yè)創(chuàng)收、為社會(huì)做貢獻(xiàn)。