峽山水電站泄水閘設計

□楊永發 劉建海（贛州市水利電力勘測設計研究院)

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，總庫容9600萬m3，電站裝機容量35.1M W，多年平均發電量13261萬KW·h，是一座以發電為主，兼有航運等綜合效益的中型水利樞紐工程。

峽山水電站泄水閘為3級建筑物，設計洪水標準50年一遇，校核洪水標準300年一遇。泄水閘全長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，相應單寬流量62.21m3/s。

1.泄水閘泄流單寬、孔數及堰頂高程的選擇

泄流單寬、孔數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。為盡量使發電廠房主機間段、船閘坐落在河床內，以滿足進出流的水力條件，同時避免大量開挖，根據壩址地形情況，泄水閘長度應控制在235m左右。因此，設計中對泄流凈寬分別為17孔×12m、15孔×14m，堰頂高程分別為101.50m m、102.00m進行了比較，對泄流能力、工程量和工程投資進行了計算，其計算成果見表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。經過綜合比較分析，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17孔，堰頂高程101.50m。

表1 泄水閘布置各方案調洪成果、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，左側與船閘連接，右側與發電廠房連接。泄水閘全長241m，由17孔表孔溢流堰組成，單孔凈寬12m，左側6孔半坐落在弱風化變質砂巖上，右側10孔半坐落在弱風化花崗巖上。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；閘室上游結合齒槽布設2.5m寬灌漿平臺，下游設消力池。泄水閘閘墩長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.閘室結構選型

泄水閘工程泄水流量大，工程地質條件較好，閘室結構型式的選擇是確保泄水閘安全運行的控制性環節。設計中對倒T型、倒E型及倒Π型等3種結構型式進行了比較。倒T型結構，雖然基底應力較大，穩定條件及抗不均勻沉陷的能力相對較差，但其布置簡單，施工方便，工程量較小；倒E型結構，基底應力條件和穩定條件比較好，但須采用閘墩分縫，從而導致閘墩厚度增加，造成泄水閘總長度達257.2m，使得水工布置困難和工程量加大；倒Π型結構基底應力和穩定條件優于倒T型，工程量比倒E型少，但其跨越三孔，閘室分段長度28m，使得閘室設計和施工難度增加。從結構設計、施工難易、工程量及水力條件等方面進行綜合比較后，最終決定采用倒T型結構型式。

4.閘室穩定

閘室穩定包括兩個方面：一是閘室整體抗滑穩定計算及基底應力校核；二是閘室檢修時的抗浮穩定分析。根據泄水閘的布置特點和剖面設計，選擇了5個典型結構單元進行閘室穩定計算，分別為建基面98.00m和96.50m弱風化變質砂巖的閘室單元、建基面97.5m和95.80m弱風化中粗粒花崗巖的閘室單元、建基面91.50m混凝土回填區的閘室單元。

閘室抗滑穩定分析結果表明：泄水閘的抗滑穩定、基底應力和抗浮均能滿足規范要求；閘室穩定的控制性工況為正常蓄水情況，此時閘室上下游水位差最大。由于閘室基礎弱風化巖層厚度大，完整性較好，整體強度較高，產生不均勻沉降超過設計允許范圍的可能性較小；同時，深層不存在緩傾角夾層等軟弱結構面，閘室也無深層抗滑失穩之虞。

5.消能防沖設計

泄水閘消能防沖設計的洪水標準為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，為盡量減少對航運和下游岸坡的影響，采用底流消能方式。為確定消力池的池深和池長，分別選擇開1～17孔進行不同開度泄流時的水力計算。計算成果表明，洪水情況下，上下游水位差較小，不存在消能問題；中小流量，即上游為正常蓄水位時的棄水運行工況，上下游水位差較大，存在消能問題。各種情況對消力池池深要求變化較大，因此在選擇池深設計控制工況時，將一些可在運行中避免的不利工況舍棄，避免少孔數、大開度開啟。按水工模型試驗確定的合理的閘門調度運行方案，最終采用消力池池深2.0m、池長30m。

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

6.基礎處理

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，下伏基巖為變質砂巖和花崗巖，基巖面起伏變化較小，上部為薄層強風化層。河床左側分布有一條帶狀全風化槽，性狀差，強度極低，最深處厚度4.0～6.0m。泄水閘基礎巖體內斷層破碎帶主要發育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；節理發育NEE、NE、NW 、NW W 四組，呈閉合～微張開狀，NEE、NE、NW W三組節理裂隙傾角陡峻，NW向為緩傾角裂隙，傾向上游偏右岸方向。據鉆孔壓水試驗：全強風化巖體透水性中等，弱風化巖體q=1.33～18.4Lu，透水性較弱～中等，相對不透水巖層頂板高程為85～93m左右。

基礎處理的主要措施為基礎開挖、帷幕灌漿、固結灌漿和斷層破碎帶處理

6.1.1 基礎開挖

泄水閘最大高度為27.2m，基底應力不大，對地基承載力的要求不高。根據地質條件考慮建基面坐落在弱風化上部巖體。

6.1.2 帷幕灌漿

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

6.1.3 固結灌漿

對節理裂隙較發育部位和斷層影響帶進行固結灌漿。固結灌漿孔的孔距、排距采用3～4m，梅花形布置，孔深5～8m。固結灌漿在基礎混凝土澆筑后進行，灌漿壓力初定為0.4～0.7M Pa。

6.1.4 斷層破碎帶處理

斷層破碎帶結合基礎開挖適當深挖、擴挖，用混凝土塞加固，塞深采用1.0～1.5倍斷層破碎帶的寬度，并進行固結灌漿處理。

7.結語

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行的關鍵性工程。由于受壩址地形和樞紐布置的限制，下泄單寬流量較大，加上運行工況及水力條件復雜，又因建筑物級別不高，故其水力設計和結構設計等均有一定難度。本著“安全第一，節省投資”的宗旨，設計中進行了精心比選和優化，收到了明顯的經濟效益。