梁 英 盧劍華

(廣西南寧水利電力設(shè)計(jì)院 南寧 530001)

1 概述

廣西隆安金雞灘水利樞紐是以發(fā)電、航運(yùn)為主,兼有灌溉、養(yǎng)殖和旅游等效益的綜合利用工程,是郁江干流綜合利用規(guī)劃中的第六個(gè)梯級(jí)。壩址位于右江下游的金雞灘河段,控制流域面積為32506km2,多年平均流量472m3/s,多年平均徑流量為149億m3,水庫正常蓄水位為88.6m,相應(yīng)庫容為0.988億m3,下游正常尾水位76.60m。電站裝機(jī)容量3×24MW,過壩建筑物為1000t級(jí)船閘。

2 溢流閘壩布置

溢流壩段布置在河床偏右岸主河槽中,全長135m,共設(shè)溢流閘7孔,每孔凈寬16m,閘墩厚3m,邊墩厚2.5m。壩頂高程102.7m,最大壩高42.7m。壩頂上游交通橋?qū)?8.0m(含人行道1.2m)。堰頂高程為75.0m,建基面高程60.0～64.0m;基礎(chǔ)均座落在弱風(fēng)化的基巖之上,最大堰高15.0m。堰面選用流量系數(shù)較大的WES曲線,曲線方程為X1.810=1.939H d0.81Y,堰頂上游用二段圓弧連接,然后接1︰0.667直線。閘壩橫剖面見圖1。

溢流堰頂工作閘門為弧形鋼閘門,尺寸為16×14m(寬×高),采用QH LY2×2000液壓啟閉機(jī)啟閉。在工作閘門的上游,設(shè)有檢修門槽,7個(gè)閘孔共配備1扇檢修閘門,閘門尺寸為16×17.6m(寬×高),采用平面滑動(dòng)疊梁形式,壩頂設(shè)2×1000/2×400kN雙向門式起重機(jī)操作。

2.1 泄流方式的選擇

金雞灘壩址河床寬度約300m,受到通航建筑物船閘布置的限制,泄流閘壩布置較為困難。為了加大閘壩的過流能力、盡量減少洪水期回水淹沒損失;保證上游百色水庫建壩后,本工程閘壩在渲泄50年一遇及以下各級(jí)洪水時(shí),壩上壅水與相同標(biāo)準(zhǔn)的天然洪水線相比增加值不大于30cm;閘壩采用低堰和高強(qiáng)度鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)降低堰頂高程和減小閘墩尺寸,有效地增加了過水孔口尺寸。

選用的堰頂高程為75.0m,低于正常尾水位76.6m,閘墩厚3m,邊墩厚2.5m,閘墩采用C35混凝土,閘壩孔口凈寬 16.0m,工作閘門高14.0m,經(jīng)水力計(jì)算[1]和水工模型試驗(yàn)[2](采用1︰100的正態(tài)模型)表明,設(shè)計(jì)采用低堰開敞式大孔口溢流閘壩能滿足控制淹沒損失要求,詳見表1。

表1 閘門全開Q～Z上～Z下關(guān)系曲線

2.2 堰面設(shè)計(jì)水頭的選擇

堰面選用流量系數(shù)較大的WES曲線,曲線方程為X1.810=1.939Hd0.81Y,堰頂上游用二段圓弧連接,初步設(shè)計(jì)時(shí)采用設(shè)計(jì)水頭 H d=0.75H max=18m。

為了進(jìn)一步提高閘壩過流能力,施工設(shè)計(jì)時(shí)對閘壩體型結(jié)構(gòu)進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化,采用堰上正常蓄水位對應(yīng)水頭為設(shè)計(jì)水頭,即 Hd=H正常=13.6m,溢流面曲線方程為:Y=0.06227X1.81,曲線后接1︰1.5陡坡段。

這使得堰體變得更薄,過流能力增大,減少了堰體混凝土工程量。根據(jù)水工模型試驗(yàn)布設(shè)于溢流壩面閘孔中心線的測壓孔測試成果[2](如表2)可知,壩面壓力分布合理,規(guī)律正常,壩面最大負(fù)壓值為1.0m水柱,不會(huì)對堰面C25混凝土造成破壞。工程自2006年6月蓄水運(yùn)行以來,經(jīng)歷了三個(gè)汛期,最大泄量為4136m3/s,當(dāng)時(shí)壩上實(shí)測水位87.4m,下游水位87.23m,現(xiàn)場檢查未發(fā)現(xiàn)溢流壩面有破損現(xiàn)象。

圖1 閘壩橫剖面圖

表2 溢流閘壩壓力分布表

2.3 溢流閘壩消能設(shè)計(jì)

本工程溢流堰最高為15m,壩基巖性為細(xì)砂巖夾泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、頁巖,巖層抗沖流速為2～2.5m/s,兩岸岸坡穩(wěn)定性較差,故消能方式選用底流式水躍消能。根據(jù)《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》SL253-2000,消能防沖設(shè)施按30年一遇洪水設(shè)計(jì)。

經(jīng)消能計(jì)算得知,各工況實(shí)際水深均大于共軛水深,屬于淹沒式水躍,可不設(shè)消力池,但由于下游巖層抗沖流速較低,為了減少護(hù)坦長度,仍設(shè)置消力池,消力池底板高程為67.0m,消力池長度為25m。

由整體水工模型試驗(yàn)報(bào)告可知[3],消力池在閘門局部開啟,最大底流速Vmax=9.79m/s;在閘門全開工況,消力池最大底流速為3.42m/s,C25混凝土能滿足其抗沖要求。經(jīng)消能作用后,河床最大底流速為Vmax=2.47m/s～3.55m/s,不會(huì)對河床造成嚴(yán)重沖刷。

2.4 溢流閘工作門采用弧形鋼閘門

金雞灘水電站溢流閘壩共設(shè)7孔泄洪閘,孔口尺寸16×14m,一期工程有2孔閘門。經(jīng)方案比選,最終選用了結(jié)構(gòu)簡單、啟閉力小、水流條件較好、操作方便且容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制的弧形鋼閘門作為溢流閘壩的工作門。

2.4.1 弧形閘門支鉸采用鑄鋼、自潤滑關(guān)節(jié)軸,減少了運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用

在弧形閘門技術(shù)演變發(fā)展過程中,常出現(xiàn)事故、故障多在支鉸部分,主要是支鉸的軸承老化、變形、卡阻等問題。其主要原因是閘門運(yùn)行環(huán)境惡劣,容易受潮和受水流沖擊。特別在低水頭徑流式電站工程中,由于上下游水位較高,弧門支鉸更容易受水流影響,渲泄較大洪水時(shí)對弧門支鉸的沖擊較大,容易造成損害。因此,在進(jìn)行閘門支鉸設(shè)計(jì)時(shí)須考慮支鉸的結(jié)構(gòu)形式和支鉸軸承材料。本工程弧形閘門支鉸選用低合金鑄鋼材料(ZG50Mn2),該材料具有強(qiáng)度高,沖擊韌性好等優(yōu)點(diǎn),這樣支鉸能夠抵抗高速水流和漂浮物的沖擊;支鉸軸承采用自潤滑關(guān)節(jié)軸承,關(guān)節(jié)軸承不僅可以滿足閘門運(yùn)行中的變形要求,而且自潤滑材料具有耐腐蝕、耐老化、不變形,無需加油完全自潤滑等優(yōu)點(diǎn),可在水中或潮濕的環(huán)境中良好運(yùn)行,解決了支鉸軸承老化、變形、卡阻等問題,保證了閘門正常安全運(yùn)行,減少了運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。

2.4.2 弧形閘門選用液壓啟閉機(jī)

液壓啟閉機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)平穩(wěn)、重量輕、承載力大、運(yùn)行耗能少等優(yōu)點(diǎn),同時(shí),液壓傳動(dòng)調(diào)速方便,與電氣控制結(jié)合,便于實(shí)現(xiàn)控制自動(dòng)化。本工程選擇液壓啟閉機(jī)作為弧形工作門的啟閉設(shè)備,與工業(yè)電視、水位測量儀等配套,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

3 結(jié)語

金雞灘水利樞紐工程溢流閘壩經(jīng)歷了三個(gè)汛期的考驗(yàn),未發(fā)現(xiàn)溢流壩面有破損現(xiàn)象,說明在低水頭閘壩中采用正常蓄水位對應(yīng)堰上水頭作為堰面曲線的設(shè)計(jì)水頭不僅可減少工程量,增大過流能力,而且不會(huì)對堰面產(chǎn)生氣蝕破壞。

在河床式電站工程中,為了滿足建壩后在渲泄某標(biāo)準(zhǔn)及以下各級(jí)洪水時(shí),壩上壅水與相同標(biāo)準(zhǔn)的天然洪水線增加不大于某值的淹沒要求,可采用低于正常尾水位的大孔口開敞式低堰閘壩泄洪。同時(shí)采用液壓啟閉的弧形鋼閘門作為工作閘門,以便取消下游檢修門槽。

弧形閘門支鉸可應(yīng)用鑄鋼、自潤滑關(guān)節(jié)軸等新技術(shù)、新材料,保證閘門正常安全運(yùn)行,減少運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。

弧形工作閘門的液壓啟閉機(jī)泵房布置在閘墩里,有利于改善工程外觀。

1 廣西南寧水利電力設(shè)計(jì)院.《廣西隆安金雞灘水利樞紐工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》.廣西南寧水利電力設(shè)計(jì)院,2003.10.

2 廣西大學(xué)土木工程學(xué)院.《廣西隆安金雞灘水利樞紐水工模型試驗(yàn)研究報(bào)告》(技術(shù)設(shè)計(jì)).廣西大學(xué)土木工程學(xué)院;2004.06.

3 廣西大學(xué)土木工程學(xué)院.《金雞灘水利樞紐整體水工模型試驗(yàn)研究報(bào)告》.廣西大學(xué)土木工程學(xué)院;2003.09.