安哥拉某水電站溢洪道設(shè)計(jì)

（黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司）

安哥拉某水電站溢洪道設(shè)計(jì)

□蕭燕子朱天平許昌陳麗剛

（黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司）

某水電站位于安哥拉Queve河中游，為河流水電規(guī)劃梯級(jí)開(kāi)發(fā)的第三級(jí)水電站，是Queve河的控制性調(diào)節(jié)水庫(kù)，其主要開(kāi)發(fā)任務(wù)為發(fā)電。工程由面板堆石壩、溢洪道、放空洞及引水發(fā)電系統(tǒng)組成。溢洪道位于右岸天然埡口處，由引渠段、控制段、泄槽段、挑流鼻坎段及出口水墊塘組成。通過(guò)溢洪道的設(shè)計(jì)，利用地形，減少了開(kāi)挖量、降低了開(kāi)挖邊坡，節(jié)約了工程投資，解決了工程布置問(wèn)題。

：溢洪道；混凝土面板堆石壩；安哥拉

1 工程概況

1.1 工程背景

安哥拉某水電站位于Queve河中游，是一座控制性調(diào)節(jié)水庫(kù)，為河流梯級(jí)開(kāi)發(fā)的第三級(jí)，主要任務(wù)為發(fā)電。電站總庫(kù)容2.88×109m3，裝機(jī)規(guī)模900 MW。

樞紐工程主要由混凝土面板堆石壩、左岸放空洞及生態(tài)基流電站、右岸引水發(fā)電洞及地下廠房，以及右岸溢洪道等建筑物組成。溢洪道屬于一級(jí)建筑物，由引渠段、控制段、泄槽段、挑流鼻坎段、出口水墊塘5部分組成。

1.2 地形地質(zhì)條件

壩址主河道一般直接出露灰白色中細(xì)?；◢弾r，多呈弱風(fēng)化，巖體呈塊狀～整體結(jié)構(gòu)，未發(fā)現(xiàn)緩傾角軟弱夾層。壩址左、右兩岸岸坡基本對(duì)稱，岸坡坡度一般為20°～35°，多直接出露灰白色中細(xì)粒花崗巖，一般呈弱風(fēng)化～強(qiáng)風(fēng)化，巖體呈塊狀、整體結(jié)構(gòu)，局部堆積少量崩坡積物，穩(wěn)定性總體較好。

1.3 洪水條件

電站設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為10 000 a一遇洪水（P=0.01%），相應(yīng)上游庫(kù)水位為1 205 m，下泄流量3 480 m3/s；消能防沖設(shè)施設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇洪水（P=1%），相應(yīng)下泄流量為1 580 m3/s。

2 布置原則

2.1 溢洪道位置選擇

壩址處河谷為V型谷，河道順直，河谷切割較深，岸坡陡峻，右岸有天然埡口存在；此外如將開(kāi)敞式溢洪道建筑物和放空泄洪洞等建筑物集中河床左岸一側(cè)布置，將使建筑物布置復(fù)雜，干擾大，進(jìn)出口位置協(xié)調(diào)困難，水流銜接條件差。

通過(guò)對(duì)建筑物布置條件的分析比較，初步確定將溢洪道建筑物布置在河床右岸天然埡口處，進(jìn)出口利用大壩上下游右岸沖溝布置，末端與挑流鼻坎銜接，將水流挑入河道。

2.2 堰型及堰頂高程確定

溢洪道型式包括明渠泄槽溢洪道和堰型溢洪道等，明渠泄槽溢洪道多用于小型工程和非常溢洪道，不適用于該電站。堰型溢洪道分為寬頂堰、實(shí)用堰和駝峰堰等，寬頂堰過(guò)流能力較低，因此初步選擇采用過(guò)流能力較高的開(kāi)敞式WES型實(shí)用堰。

水電站正常蓄水位1 205 m，根據(jù)溢洪道泄洪規(guī)模要求及運(yùn)用條件，同時(shí)考慮閘門(mén)及啟閉設(shè)備能力，初步擬定溢洪道堰頂高程1 189 m。

2.3 閘孔數(shù)選擇

通過(guò)溢洪道水力學(xué)計(jì)算，初步確定溢洪道閘孔總凈寬。為使溢洪道設(shè)計(jì)方案經(jīng)濟(jì)合理，設(shè)計(jì)對(duì)不同閘孔數(shù)和單孔凈寬的2 m×13 m、3 m×10 m兩種布置方案初步比選。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，溢洪道初步選擇采用2孔布置、單孔凈寬13 m方案。

3 溢洪道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 引渠段

進(jìn)水渠位于右岸天然埡口處，距壩體較遠(yuǎn)，為取得良好的進(jìn)水流條件，進(jìn)水渠口順直布置，底板高程1 175 m，進(jìn)水渠全段等寬設(shè)置，底寬為30 m。

3.2 控制段

控制閘設(shè)2孔開(kāi)敞式閘室，按一孔一聯(lián)布置，控制段閘頂高程1 210 m，閘室長(zhǎng)60 m，寬36 m，高44 m，單孔凈寬13 m，縫墩寬為4 m，邊墩寬為3 m；溢流堰采用WES實(shí)用堰，堰頂高程1 189 m，堰高14 m。閘室設(shè)檢修疊梁門(mén)一道，由閘頂門(mén)機(jī)啟閉，弧形工作門(mén)一道，由液壓?jiǎn)㈤]機(jī)啟閉。經(jīng)泄流能力復(fù)核計(jì)算知，孔口尺寸可滿足泄量要求。

3.3 泄槽段

泄槽軸線與壩軸線夾角36.41°，采用直線布置。泄槽為矩形斷面，寬度30 m，底板采用鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度根據(jù)泄流情況、地質(zhì)條件和其它工程經(jīng)驗(yàn)確定，初擬底板厚度1 m。泄槽縱向底坡根據(jù)水流控制要求和地形地質(zhì)條件確定，設(shè)計(jì)選用首段泄槽底坡i=0.03，長(zhǎng)678.30 m，末端采用i=0.18坡段與挑流鼻坎銜接，泄槽長(zhǎng)588.70 m，泄槽緩坡與陡坡段間采用拋物曲線過(guò)渡連接，拋物線方程為Y=0.032X+X2/200。

泄槽開(kāi)挖斷面為矩形，底板及邊墻采用鋼筋混凝土襯護(hù)，底板厚1 m，邊墻厚2 m。泄槽底板基礎(chǔ)布置縱橫向網(wǎng)狀暗排水系統(tǒng)。

3.4 挑流鼻坎段

挑流鼻坎反弧半徑40 m，挑射角28.50°，鼻坎頂高程1 048.20 m。鼻坎上游齒墻深入基巖3 m。邊墻與底板采用整體式結(jié)構(gòu)，邊墻直立，底板厚4 m～7.10 m。鼻坎下接流道，使水流平順流入庫(kù)沃河中。

3.5 出口水墊塘

出口水墊塘采用挖深式布置，底板高程965 m，長(zhǎng)310 m，上游及兩側(cè)邊坡均為1：1，下游邊坡1：1.50，池底襯護(hù)厚度3 m，池坡襯護(hù)厚度為2 m。水墊塘末端設(shè)防沖護(hù)坦和深齒墻。

4 水力設(shè)計(jì)

4.1 泄流能力

溢洪道泄流能力按校核洪水標(biāo)準(zhǔn)10 000 a一遇進(jìn)行設(shè)計(jì)，相應(yīng)流量為3 480 m3/s。

溢洪道為2孔布置，單孔凈寬13 m，堰型采用WES實(shí)用堰，泄流能力采用規(guī)范規(guī)定的計(jì)算公式：

式中：B——溢流堰總凈寬，m；

H0——計(jì)入流速水頭的堰上總水頭，m；

m——流量系數(shù)；

c——上游堰坡影響系數(shù)（當(dāng)上游堰面為鉛直時(shí)，c=1.00）；

ε——閘墩側(cè)收縮系數(shù)。

經(jīng)水力學(xué)計(jì)算，在正常蓄水位1 205 m時(shí)，溢洪道泄流量為3 524.40 m3/s，滿足泄洪要求。

4.2 水面線計(jì)算和邊墻高度計(jì)算

4.21 水面線計(jì)算

水面線采用分段求和法公式計(jì)算，泄槽陡坡曲線段近似按直線考慮。

4.22 邊墻高度設(shè)計(jì)

邊墻高度按宣泄校核洪水要求確定，同時(shí)滿足水流摻氣和安全超高要求。水流摻氣后水深據(jù)公式計(jì)算：

安全超高根據(jù)規(guī)范確定，設(shè)計(jì)取1.50 m。

4.3 消能防沖設(shè)計(jì)

該水電站溢洪道的特點(diǎn)是高水頭、高流速、大流量。為消除下泄水流的能量，保護(hù)建筑物下游不被淘刷，防止河床揭底聯(lián)片沖刷，危及岸坡安全，采用挑流消能，水流挑入下游水墊塘。溢洪道最大泄量為3 480 m3/s，出口處水流流速高達(dá)41 m/s左右，水流攜帶巨大能量躍入水墊塘，將會(huì)對(duì)下游河床和岸坡產(chǎn)生嚴(yán)重的沖刷。參考已建工程設(shè)計(jì)，出于安全考慮，挑流消能設(shè)計(jì)采用鋼筋混凝土人工襯護(hù)水墊塘防護(hù)。水墊塘按100 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

溢洪道采用挑流消能型式，挑距L包括空中射程L1（挑流水舌外緣自鼻坎到下游水面的水平距離）、水下射程L2（水舌外緣與下游水面交點(diǎn)到?jīng)_坑最深點(diǎn)的水平距離）以及考慮一定水流漩滾長(zhǎng)度L3三部分，總挑距L=L1+L2+L3。隧洞出口挑流消能水墊塘布置示意見(jiàn)圖1。

圖1 挑流消能水墊塘布置示意圖

溢洪道挑流消能計(jì)算成果見(jiàn)表1。

表1 溢洪道挑流消能水墊塘計(jì)算成果表

從計(jì)算結(jié)果可以看出，躍后水深小于下游水深，水流能夠在水墊塘內(nèi)形成淹沒(méi)水躍，末端不需要進(jìn)行二次消能。

根據(jù)消能計(jì)算結(jié)果，水墊塘池底高程確定為965 m，上游邊坡1：1，下游邊坡1：1.50，兩側(cè)邊坡1：1，池底鋼筋混凝土底板厚度3 m。邊坡995 m高程以下鋼筋混凝土襯護(hù)厚度2 m。上游邊坡995 m高程以上防護(hù)厚度1 m。水墊塘末端設(shè)防沖護(hù)坦，護(hù)坦長(zhǎng)度50 m，襯護(hù)厚度1 m，末端設(shè)深齒防沖墻。水墊塘所有襯護(hù)系統(tǒng)均采用C25混凝土。水墊塘底板設(shè)有長(zhǎng)錨桿與基巖連接，保證抗浮、抗滑穩(wěn)定。水墊塘底板錨桿Φ32，L=7 m，間距2 m×2 m。

5 結(jié)語(yǔ)

安哥拉某水電站溢洪道設(shè)計(jì)受到地形、地質(zhì)和樞紐總體布置的影響，工程要求高，設(shè)計(jì)難度大。設(shè)計(jì)充分利用天然地形，結(jié)合工程要求，合理布置，開(kāi)挖料上壩利用，滿足了工程需要，又降低了工程總投資。同時(shí)通過(guò)對(duì)某水電站溢洪道的工程布置、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、水力學(xué)計(jì)算等的詳細(xì)介紹，對(duì)其他工程有一定參考作用。

TV651.1

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：1673-8853（2017）05-0038-02

2017-03-18

編輯：符蕾

蕭燕子（1986-），工程師，從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作。