（黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司）

安哥拉某水電站溢洪道設(shè)計

□蕭燕子朱天平許昌陳麗剛

（黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司）

某水電站位于安哥拉Queve河中游，為河流水電規(guī)劃梯級開發(fā)的第三級水電站，是Queve河的控制性調(diào)節(jié)水庫，其主要開發(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。通過溢洪道的設(shè)計，利用地形，減少了開挖量、降低了開挖邊坡，節(jié)約了工程投資，解決了工程布置問題。

：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，為河流梯級開發(fā)的第三級，主要任務(wù)為發(fā)電。電站總庫容2.88×109m3，裝機規(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)計標(biāo)準(zhǔn)為10 000 a一遇洪水（P=0.01%），相應(yīng)上游庫水位為1 205 m，下泄流量3 480 m3/s；消能防沖設(shè)施設(shè)計洪水標(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。

通過對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、實用堰和駝峰堰等，寬頂堰過流能力較低，因此初步選擇采用過流能力較高的開敞式WES型實用堰。

水電站正常蓄水位1 205 m，根據(jù)溢洪道泄洪規(guī)模要求及運用條件，同時考慮閘門及啟閉設(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

通過溢洪道水力學(xué)計算，初步確定溢洪道閘孔總凈寬。為使溢洪道設(shè)計方案經(jīng)濟合理，設(shè)計對不同閘孔數(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

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實用堰，堰頂高程1 189 m，堰高14 m。閘室設(shè)檢修疊梁門一道，由閘頂門機啟閉，弧形工作門一道，由液壓啟閉機啟閉。經(jīng)泄流能力復(fù)核計算知，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)計選用首段泄槽底坡i=0.03，長678.30 m，末端采用i=0.18坡段與挑流鼻坎銜接，泄槽長588.70 m，泄槽緩坡與陡坡段間采用拋物曲線過渡連接，拋物線方程為Y=0.032X+X2/200。

泄槽開挖斷面為矩形，底板及邊墻采用鋼筋混凝土襯護，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，池底襯護厚度3 m，池坡襯護厚度為2 m。水墊塘末端設(shè)防沖護坦和深齒墻。

4 水力設(shè)計

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，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實用堰，泄流能力采用規(guī)范規(guī)定的計算公式：

式中：B——溢流堰總凈寬，m；

H0——計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，c=1.00）；

ε——閘墩側(cè)收縮系數(shù)。

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

4.2 水面線計算和邊墻高度計算

4.21 水面線計算

水面線采用分段求和法公式計算，泄槽陡坡曲線段近似按直線考慮。

4.22 邊墻高度設(shè)計

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

安全超高根據(jù)規(guī)范確定，設(shè)計取1.50 m。

4.3 消能防沖設(shè)計

該水電站溢洪道的特點是高水頭、高流速、大流量。為消除下泄水流的能量，保護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，將會對下游河床和岸坡產(chǎn)生嚴(yán)重的沖刷。參考已建工程設(shè)計，出于安全考慮，挑流消能設(shè)計采用鋼筋混凝土人工襯護水墊塘防護。水墊塘按100 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。

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到?jīng)_坑最深點的水平距離）以及考慮一定水流漩滾長度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圖1。

圖1 挑流消能水墊塘布置示意圖

溢洪道挑流消能計算成果見表1。

表1 溢洪道挑流消能水墊塘計算成果表

從計算結(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)形成淹沒水躍，末端不需要進(jìn)行二次消能。

根據(jù)消能計算結(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厚度2 m。上游邊坡995 m高程以上防護厚度1 m。水墊塘末端設(shè)防沖護坦，護坦長度50 m，襯護厚度1 m，末端設(shè)深齒防沖墻。水墊塘所有襯護系統(tǒng)均采用C25混凝土。水墊塘底板設(shè)有長錨桿與基巖連接，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

安哥拉某水電站溢洪道設(shè)計受到地形、地質(zhì)和樞紐總體布置的影響，工程要求高，設(shè)計難度大。設(shè)計充分利用天然地形，結(jié)合工程要求，合理布置，開挖料上壩利用，滿足了工程需要，又降低了工程總投資。同時通過對某水電站溢洪道的工程布置、結(jié)構(gòu)設(shè)計、水力學(xué)計算等的詳細(xì)介紹，對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)計工作。