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作者：楊再宏顧亞敏 劉興寧孫懷昆單位：中國水電顧問集團(tuán)昆明勘測設(shè)計(jì)研究院

溢洪道水力設(shè)計(jì)

溢洪道為1級建筑物，按1000年一遇洪水設(shè)計(jì)，最大可能洪水（PMF）校核。為了解決高水頭、大泄量、高流速溢洪道水力設(shè)計(jì)問題，除了進(jìn)行常規(guī)計(jì)算外，還開展了大量的水工模型試驗(yàn)研究。先后由中國水電顧問集團(tuán)昆明勘測設(shè)計(jì)研究院科研分院、天津大學(xué)、中國水利水電科學(xué)研究院開展了樞紐整體水工模型、單體水工模型、溢洪道消力塘護(hù)岸不護(hù)底、溢洪道泄槽摻氣減蝕、減壓模型、泄洪霧化等試驗(yàn)研究。

1引渠

水工模型試驗(yàn)表明，渲泄各頻率洪水時(shí)，引渠段來流平順，主河道與勘界河交匯區(qū)流態(tài)正常，無回流和漩流。溢洪道進(jìn)口右側(cè)電站進(jìn)水口區(qū)域流態(tài)在各試驗(yàn)工況下平穩(wěn)正常，未受溢洪道泄流影響。

2控制段

控制段溢流堰按低堰WES型實(shí)用堰設(shè)計(jì)，堰面曲線為Y=0.07X1.7；堰頂上游堰頭采用三圓弧曲線。堰頂高程792.0m，進(jìn)水渠底板高程775.0m，堰高17m，定型設(shè)計(jì)水頭19m。

溢洪道泄流能力模型試驗(yàn)實(shí)測值在設(shè)計(jì)洪水位810.92m（P=0.1％）和校核洪水位（PMF）下均大于設(shè)計(jì)值2％以上，可滿足設(shè)計(jì)要求。溢洪道堰面最大壓力出現(xiàn)在3號表孔反弧段的15號測點(diǎn)，值為253.02kPa。在宣泄校核洪水時(shí)，3號表孔堰面出現(xiàn)負(fù)壓，最大負(fù)壓值-4.88kPa，小于-60kPa，其余工況均未出現(xiàn)負(fù)壓，滿足溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范要求，過流面流速不大，不會發(fā)生空蝕現(xiàn)象。

3泄槽

糯扎渡水電站泄洪水頭高，溢洪道泄槽最大流速達(dá)52m/s，增加了泄槽摻氣減蝕的設(shè)計(jì)難度，為此，進(jìn)行了專項(xiàng)水工模型試驗(yàn)研究。研究泄槽高速水流在不同泄流條件下?lián)綒饪膊鄣慕Y(jié)構(gòu)形式、空腔長度、摻氣效果、摻氣濃度的變化、摻氣設(shè)施的保護(hù)長度等，提出合理的摻氣減蝕措施。通過模型試驗(yàn)研究，推薦方案泄槽摻氣坎位置及結(jié)構(gòu)尺寸見表1。

4挑流鼻坎、消力塘

對挑流鼻坎挑角、鼻坎位置、消力塘尺寸進(jìn)行水工模型試驗(yàn)研究，以尋找最佳挑角、鼻坎位置及消力塘尺寸，使在各種運(yùn)行工況下，能充分利用消力塘消能，使水舌落點(diǎn)位置適中、對消力塘底板沖擊壓力控制在合理范圍，且消能率高，出塘流速低，工程量小。通過模型試驗(yàn)研究，推薦挑流鼻坎采用正向連續(xù)鼻坎，左、中、右三槽挑流鼻坎在平面布置上相互錯開10m，鼻坎段長21.821m，反弧半徑46.9m，起挑角25°，左、中、右槽坎頂高程分別為645.042、645.303、645.562m。出口消力塘平面及縱剖面均為梯形斷面，底板高程575.00m，該高程消力塘寬176.5～191m，長310～330m，左槽挑流鼻坎末端至消力塘末端長400m。

各試驗(yàn)工況下，推薦方案溢洪道三槽挑流水舌對稱平順，在平面上略有擴(kuò)散，受兩邊墻及中隔墻摩阻的影響，邊部流速降低，局部壅高，并向內(nèi)翻卷，使挑流鼻坎水舌中間高，兩邊低，挑流水舌邊緣無砸擊消力塘邊坡的現(xiàn)象；水舌下緣兩邊挑距較小，水舌沿消力塘縱向分布較寬；受急流沖擊波的影響，挑流水舌形態(tài)似幾個(gè)單孔水舌交匯而成，水舌在空中紊動較大。消力塘出口處及下游河道岸邊流速均不大，基本呈左岸大、右岸小的分布，100年一遇以下洪水，下游河床水流平順，流速較低，水面波動較?。?00年一遇以上洪水，下游河床水流流速及水面波動有所增加，距消力塘出口600m處，左、右兩岸岸邊流速已在6m/s以下。溢洪道全開運(yùn)行時(shí)，消力塘底板脈動壓力右側(cè)大于左側(cè)。最大脈動壓力均方差在設(shè)計(jì)洪水位時(shí)為19.4kPa，校核洪水位時(shí)為44.6kPa。消力塘左右兩側(cè)邊坡上脈動壓力比底板小，最大為18.85kPa。

設(shè)計(jì)洪水及校核洪水情況下，消力塘單位水體消能率分別為8.7、12.6kW/m3，與小灣水電站相當(dāng)（8.2、12.3kW/m3），比二灘水電站?。?1.5、13.5kW/m3），說明消力塘規(guī)模適中，設(shè)置消力塘后，有效解決了消能問題。

溢洪道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1引渠

進(jìn)水渠底板建基面位于T2m1-2砂泥巖上，靠近閘室60m范圍底板采用50cm厚混凝土襯砌，底板設(shè)置錨桿?；炷恋装逖厮飨蛟O(shè)縱向伸縮縫，不設(shè)止水。60m范圍以外底板不作混凝土襯砌。左岸導(dǎo)墻迎水面設(shè)計(jì)為扭曲面，前段采用50cm厚貼坡混凝土護(hù)坡，坡比為1∶1.4；扭曲面前30m設(shè)計(jì)為混凝土貼坡式擋墻；靠閘體控制段為混凝土重力式擋墻。右岸導(dǎo)墻平面上設(shè)計(jì)為圓弧形，鉛垂斷面設(shè)計(jì)為衡重式，迎水面鉛直，墻背坡比1∶0.35。

2閘室控制段

閘室控制段共設(shè)8個(gè)15m×20m（寬×高）表孔，中墩厚4.5m，總靜水壓力為38216kN，工作門啟門力為25584kN，設(shè)計(jì)采用新型預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。預(yù)應(yīng)力總噸位與弧門推力之比為1.82。溢流堰每孔凈寬15m，每孔溢流堰中部設(shè)置縱向伸縮縫一道。中墩厚4.5m，與兩側(cè)7.5m寬的堰體連成一體，形成分離式的“⊥”形結(jié)構(gòu)；邊墩厚4m，與一側(cè)7.5m寬的堰體連成一體，形成“L”形結(jié)構(gòu)。伸縮縫為鉛直縫，縫間不設(shè)彈性充填物，僅設(shè)銅片止水。

交通橋?yàn)榀B合板式橋，橋面寬6.25m，跨度15m，橋面高程與壩頂高程相同。上游側(cè)布置5根預(yù)制梁，斷面尺寸為0.5m×2.0m（寬×高），凈間距為0.6m。下游側(cè)布置3根預(yù)制梁，斷面尺寸為0.5m（0.4m）×2.0m（寬×高），凈間距為0.7m（0.8m）。單根梁下掛8mm厚鋼板作模板，待單根梁吊裝就位后，澆筑混凝土形成整體板式橋。

3泄槽段

根據(jù)泄槽左、右兩側(cè)地形及地質(zhì)條件，邊墻采用混凝土貼坡襯砌式、混凝土衡重式及重力式三種形式。在地面線高出邊墻、地質(zhì)條件較好地段，開挖成垂直邊坡，采用系統(tǒng)錨桿支護(hù)，并設(shè)置兩排預(yù)應(yīng)力錨索或錨筋樁。貼坡直邊墻的結(jié)構(gòu)分縫位置與泄槽底板相同，縫間設(shè)銅片止水。泄槽左、右邊墻在穿越F1、F35斷層，且糯扎支溝處地質(zhì)條件較差，故采用衡重式混凝土擋墻；右側(cè)邊墻在過糯扎溝處地面線低于邊墻頂，采用重力式混凝土擋墻。每10～15m設(shè)一條伸縮縫，縫間設(shè)銅片止水。

為保證泄槽底板的穩(wěn)定，降低底板的揚(yáng)壓力，底板基礎(chǔ)設(shè)置排水系統(tǒng)和錨筋系統(tǒng)。對斷層破碎帶及影響帶范圍內(nèi)的泄槽底板基礎(chǔ)采取深挖回填混凝土并采用固結(jié)灌漿的處理措施。溢洪道設(shè)置5道摻氣坎槽，在摻氣槽后的起始位置設(shè)橫向伸縮縫，使挑坎形成的有效空腔跨越橫縫，避免橫縫遭受高速水流沖擊，陡槽段橫縫間距為65～128m?？v橫伸縮縫均為平縫，縫間設(shè)有銅片止水。

4挑流鼻坎段

為保證挑流鼻坎在較大的動水荷載作用下穩(wěn)定，在挑流鼻坎底下設(shè)齒槽，以增強(qiáng)其抗滑穩(wěn)定性。挑流鼻坎過水面在反弧最低點(diǎn)處厚度最薄，為3m。底板沿縱向每15m設(shè)一條縱縫，垂直水流向不分縫，均為施工縫，施工縫設(shè)鍵槽。縱向伸縮縫為鉛直縫，縫間設(shè)銅片止水，不設(shè)充填料。挑流鼻坎與消力塘間平臺寬40～50m，采用2m厚鋼筋混凝土襯護(hù)，并在基礎(chǔ)設(shè)置錨筋樁錨固。對右槽附近巖體破碎部位進(jìn)行固結(jié)灌漿處理。

5消力塘

消力塘采用護(hù)岸不護(hù)底襯砌結(jié)構(gòu)，為保證消力塘底板抗沖刷及邊坡襯砌穩(wěn)定，消力塘邊坡坡腳設(shè)鋼筋混凝土齒槽，齒槽深度為10m，齒槽與基礎(chǔ)采用錨筋樁錨固。受F44和F45斷層的影響，消力塘底板大致以中心線為界，左側(cè)以II類巖體為主，右側(cè)為Ⅲ、Ⅳ類巖體。因而左側(cè)采用錨桿隨機(jī)錨固，右側(cè)斷層部位采用混凝土塞置換,并設(shè)置錨筋樁錨固；右側(cè)位于主要沖刷區(qū)的非斷層區(qū)范圍設(shè)置長錨筋樁錨固，其余部位設(shè)置短錨筋樁錨固。消力塘采用貼坡鋼筋混凝土襯砌，620.0m高程以下、620.0～635.0、635.0～655.0m高程襯砌厚度分別為2、1、0.6m。貼坡混凝土設(shè)順坡向無寬度結(jié)構(gòu)縫，間距一般為15m，縫中不設(shè)止水，鋼筋不過縫。邊墻上設(shè)錨筋樁錨固。

6混凝土設(shè)計(jì)

根據(jù)溢洪道各部位的流速及結(jié)構(gòu)要求，確定溢洪道各部位混凝土設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

結(jié)語

糯扎渡水電站為瀾滄江上的巨型水電工程，泄洪消能問題十分突出。為此，在可行性研究階段，對泄洪建筑物布置進(jìn)行了多方案比選、研究，在招標(biāo)階段進(jìn)行了深化研究，結(jié)合整體水工模型試驗(yàn)及溢洪道單體、摻氣減蝕、護(hù)岸不護(hù)底、泄洪霧化等專題研究，設(shè)計(jì)了適合本工程特點(diǎn)的大型岸邊溢洪道。

由于河道狹窄、泄洪功率巨大，在溢洪道挑流鼻坎下游設(shè)置消力塘消能，有效解決了消能問題。消力塘的開挖料作為堆石壩主要料源，降低了工程造價(jià)。該工程的泄洪消能設(shè)計(jì)對類似工程的建設(shè)具有借鑒和指導(dǎo)意義。