峡山水电站泄水闸设计

□杨永发 刘建海（赣州市水利电力勘测设计研究院)

峡山水电站工程位于贡江干流于都县河段的峡山村处，距于都县城约30km。峡山坝址距上游峡山水文站1.59km，坝址控制集水面积16013km2，多年平均径流量136.9亿m3。峡山水电站的正常蓄水位109.80m，总库容9600万m3，电站装机容量35.1M W，多年平均发电量13261万KW·h，是一座以发电为主，兼有航运等综合效益的中型水利枢纽工程。

峡山水电站泄水闸为3级建筑物，设计洪水标准50年一遇，校核洪水标准300年一遇。泄水闸全长241m，由17孔表孔溢流堰组成，单孔净宽12m，泄流总净宽204m，最大下泄流量12690m3/s，相应单宽流量62.21m3/s。

1.泄水闸泄流单宽、孔数及堰顶高程的选择

泄流单宽、孔数及堰顶高程的选择主要从泄流、排沙、工程布置、闸门制安、工程投资等方面综合考虑。为尽量使发电厂房主机间段、船闸坐落在河床内，以满足进出流的水力条件，同时避免大量开挖，根据坝址地形情况，泄水闸长度应控制在235m左右。因此，设计中对泄流净宽分别为17孔×12m、15孔×14m，堰顶高程分别为101.50m m、102.00m进行了比较，对泄流能力、工程量和工程投资进行了计算，其计算成果见表1。

由表1可知，相同堰顶高程情况下，泄流净宽17孔×12m方案投资明显低于泄流净宽15孔×14m方案；相同泄流净宽情况下，堰顶高程101.50m方案投资略高于堰顶高程102.00m方案。经过综合比较分析，为增大泄水闸的泄流、排沙能力，选择泄水闸的泄流单宽12m，孔数17孔，堰顶高程101.50m。

表1 泄水闸布置各方案调洪成果、工程量及投资比较表

2.泄水闸布置

泄水闸布置在河床中部，左侧与船闸连接，右侧与发电厂房连接。泄水闸全长241m，由17孔表孔溢流堰组成，单孔净宽12m，左侧6孔半坐落在弱风化变质砂岩上，右侧10孔半坐落在弱风化花岗岩上。闸室基底高程91.50～98.00m，闸顶高程118.70m，闸顶宽度18.7m。

图1 泄水闸平面布置图

泄水闸采用宽顶堰，堰顶高程101.50m；闸室上游结合齿槽布设2.5m宽灌浆平台，下游设消力池。泄水闸闸墩长17.5m，中墩、左边墩厚2.0m，右边墩厚3.0m。中墩上游采用圆弧端头，下游为流线型；边墩上、下游为方形。

3.闸室结构选型

泄水闸工程泄水流量大，工程地质条件较好，闸室结构型式的选择是确保泄水闸安全运行的控制性环节。设计中对倒T型、倒E型及倒Π型等3种结构型式进行了比较。倒T型结构，虽然基底应力较大，稳定条件及抗不均匀沉陷的能力相对较差，但其布置简单，施工方便，工程量较小；倒E型结构，基底应力条件和稳定条件比较好，但须采用闸墩分缝，从而导致闸墩厚度增加，造成泄水闸总长度达257.2m，使得水工布置困难和工程量加大；倒Π型结构基底应力和稳定条件优于倒T型，工程量比倒E型少，但其跨越三孔，闸室分段长度28m，使得闸室设计和施工难度增加。从结构设计、施工难易、工程量及水力条件等方面进行综合比较后，最终决定采用倒T型结构型式。

4.闸室稳定

闸室稳定包括两个方面：一是闸室整体抗滑稳定计算及基底应力校核；二是闸室检修时的抗浮稳定分析。根据泄水闸的布置特点和剖面设计，选择了5个典型结构单元进行闸室稳定计算，分别为建基面98.00m和96.50m弱风化变质砂岩的闸室单元、建基面97.5m和95.80m弱风化中粗粒花岗岩的闸室单元、建基面91.50m混凝土回填区的闸室单元。

闸室抗滑稳定分析结果表明：泄水闸的抗滑稳定、基底应力和抗浮均能满足规范要求；闸室稳定的控制性工况为正常蓄水情况，此时闸室上下游水位差最大。由于闸室基础弱风化岩层厚度大，完整性较好，整体强度较高，产生不均匀沉降超过设计允许范围的可能性较小；同时，深层不存在缓倾角夹层等软弱结构面，闸室也无深层抗滑失稳之虞。

5.消能防冲设计

泄水闸消能防冲设计的洪水标准为20年一遇，下泄流量8560m3/s。由于泄水闸宣泄的流量变化幅度较大，为尽量减少对航运和下游岸坡的影响，采用底流消能方式。为确定消力池的池深和池长，分别选择开1～17孔进行不同开度泄流时的水力计算。计算成果表明，洪水情况下，上下游水位差较小，不存在消能问题；中小流量，即上游为正常蓄水位时的弃水运行工况，上下游水位差较大，存在消能问题。各种情况对消力池池深要求变化较大，因此在选择池深设计控制工况时，将一些可在运行中避免的不利工况舍弃，避免少孔数、大开度开启。按水工模型试验确定的合理的闸门调度运行方案，最终采用消力池池深2.0m、池长30m。

消力池护坦厚1.5m，在末端设置消力坎，坎高2.0m，坎顶厚1.0m。为防止水流淘刷破坏护坦基础，在护坦末端设置齿槽，齿槽深1.0m。护坦上游侧按2.5m×2.5m间距梅花型布置6排排水孔。消力池下游布置15m长的干砌石海漫，海漫厚1.0m，下设0.2m厚砂卵石垫层。

6.基础处理

泄水闸布置于河床中，河床总体较平坦，均被中粗砂夹少量砂卵砾石层覆盖，下伏基岩为变质砂岩和花岗岩，基岩面起伏变化较小，上部为薄层强风化层。河床左侧分布有一条带状全风化槽，性状差，强度极低，最深处厚度4.0～6.0m。泄水闸基础岩体内断层破碎带主要发育F1、F2、F3和F4四条，倾角均陡，主要由角砾岩和断层泥充填，其中F1断层宽度较大；节理发育NEE、NE、NW 、NW W 四组，呈闭合～微张开状，NEE、NE、NW W三组节理裂隙倾角陡峻，NW向为缓倾角裂隙，倾向上游偏右岸方向。据钻孔压水试验：全强风化岩体透水性中等，弱风化岩体q=1.33～18.4Lu，透水性较弱～中等，相对不透水岩层顶板高程为85～93m左右。

基础处理的主要措施为基础开挖、帷幕灌浆、固结灌浆和断层破碎带处理

6.1.1 基础开挖

泄水闸最大高度为27.2m，基底应力不大，对地基承载力的要求不高。根据地质条件考虑建基面坐落在弱风化上部岩体。

6.1.2 帷幕灌浆

坝基岩体以透水率q≤5Lu作为相对不透水层。工程存在坝基渗漏和绕坝渗漏问题，需进行帷幕灌浆处理。在泄水闸上游侧布置一排帷幕灌浆孔，孔距2m，深入相对不透水层3m。

6.1.3 固结灌浆

对节理裂隙较发育部位和断层影响带进行固结灌浆。固结灌浆孔的孔距、排距采用3～4m，梅花形布置，孔深5～8m。固结灌浆在基础混凝土浇筑后进行，灌浆压力初定为0.4～0.7M Pa。

6.1.4 断层破碎带处理

断层破碎带结合基础开挖适当深挖、扩挖，用混凝土塞加固，塞深采用1.0～1.5倍断层破碎带的宽度，并进行固结灌浆处理。

7.结语

峡山水电站泄水闸下泄流量大，它是电站建成后能否安全运行的关键性工程。由于受坝址地形和枢纽布置的限制，下泄单宽流量较大，加上运行工况及水力条件复杂，又因建筑物级别不高，故其水力设计和结构设计等均有一定难度。本着“安全第一，节省投资”的宗旨，设计中进行了精心比选和优化，收到了明显的经济效益。