青峰岭水电站溢洪道改造设计与施工技术分析

李 娟（山东省定陶县水务局，山东菏泽　274100）



青峰岭水电站溢洪道改造设计与施工技术分析

李 娟
（山东省定陶县水务局，山东菏泽274100）

【摘 要】在水利水电工程施工中，设计与施工技术的合理性关乎其工程的顺利进行和切实效益。本文以青峰岭水电站溢洪道改造工程为实例，对其溢洪闸、消能设施、尾水渠改造进行了设计与施工分析，以期对类似工程施工提供一定的技术参考。

【关键词】水电站；溢洪道；改造；分析

据统计，山东全省可开发水能量约为21.5万kW，截至目前全省已开发水能资源量为7.5万kW，达到了总量的35%，其中已建好的小型水电站超过200座，机组410套，装机容量7.1万kW。随着经济快速发展，由于后续改扩建工作跟不上，导致目前很多小水电出现运行问题，且不能满足人民群众生产和生活需要，对其进行改造势在必行。

1 工程概况

青峰岭水电站位于山东省日照市莒县境内，属青峰岭水库坝后式电站。该水电站兴建于1975年12月，于1979年7月年正式运营，水电站总装机容量为4100kW，已累计发电超过2.5亿kW·h，产值达到4500万元，取得了较好的经济效益和社会效益。但随着时间的推移，青峰岭水电站溢洪道在运行中出现了一些问题，其溢洪闸底板、中墩和边墩等结构强度低于规范要求，消能设施不能满足水电站正常运行，尾水渠存在水位较高、尺寸不合理、腐蚀严重等问题，需及时对溢洪道进行改造，以满足水电站的正常运行。

2 溢洪道改造设计和施工技术分析

青峰岭水电站溢洪道改造工程的具体内容为：加固溢洪闸、新建消能设施、尾水渠的开挖浇筑。

2.1 溢洪闸加固设计和施工

由于青峰岭水电站工程规模及坝体高度较小，因此溢洪道型式为从坝顶表孔溢流，共设有3孔，每孔净宽12m。因该工程水库水位受淹没移民控制，采用无闸控制会降低堰顶高程，因此选择弧形闸门控制方式。经现场调研，发现溢洪闸底板、中墩和边墩等结构强度低于规范要求，需进行加固处理［1］。

2.1.1 底板加固

溢洪闸底板混凝土存在裂缝、腐化和露筋问题，设计采用“植筋浇混凝土”技术对其进行加固。首先将底板旧混凝土凿除部分厚度，直至露出旧筋，在旧筋纵横向间隔中各加设一道钢筋，具体规格为φ16@ 200，之后将底板清扫干净。在被凿毛的底板上涂刷界面剂，施工时按照水泥∶砂∶界面剂= 1∶2∶0.5混合搅拌现场制作，然后进行混凝土浇筑作业。要求浇筑混凝土纵横缝和原底板保持一致。缝隙内填充L-600型闭孔泡沫塑料板，并粘贴遇水膨胀橡胶止水带［2］。

2.1.2 中墩加固

中墩加固是为了增设检修闸门。原中墩长6.5m，设计将其上游接长2.0m。施工步骤为：凿毛接触面→植入钢筋→涂刷界面剂→浇筑混凝土。其中竖向主筋规格为φ18@ 150，分布筋为φ12@ 200。其中所用的植筋胶为A、B改性环氧树脂胶黏剂，具体配比可由现场试验决定。

2.1.3 边墩加固

青峰岭水电站边墩的主要问题是配筋率不足，解决办法同样是采用植筋技术。为了防止水流绕渗，需在边墩后设置刺墙，宽度设计为0.3m，长度按照上下游水位差的2倍设计，最终确定为6.5m。对边墩进行配筋加厚时，将C30钢筋混凝土和刺墙结合在一起。

2.2 消能设施重建设计与施工技术

在该项目中，需将水电站原来的消能设施全部拆除重建。目前，水电站消能的主要型式分三种：挑流消能、底流消能和面流消能。这三种消能型式的优缺点对比见表1。经过综合对比，最终选择挑流消能作为青峰岭水电站的消能方案。

表1　水电站消能方案优缺点对比

消力池是水电站消能设施的核心部位，其作用是使下泄急流变为缓流，可消除水流动能的50%～70%，从而有效缩短护坦长度，节约工程投资。目前消力池的结构型式主要有挖深式消力池、墙式消力池和综合式消力池三种（见下图），其中综合式消力池结合了前两者的优点，因此青峰岭水电站消力池采用综合式的结构。下面对池深和坎高等基本参数进行计算确定［3］。

消力池结构图

2.2.1 消力池深度计算分析

综合式消力池的本质原理是让水流在消力池内和消力坎下游发生临界水跃，以此可消耗水能的20%以上。此时要求池深和坎高满足最大水跃高度要求。消力池深度可有效减小消力池工程量，提高消力效果。在实际工程中消力池结构计算很复杂，本文只列出了最后计算式，消力池深度d可由式（1）简单计算，最后得出消力池深度d =2.5m［4］。

式中q——单宽流量；

φ——流速系数，取0.95；

h——跃前水深；

E0——下游河床以上总水头。

2.2.2 坎高c计算分析

设置挡水坎可有效减少消力池的开挖量，挡水坎一般也为钢筋混凝土结构。消力坎高的计算过程较为复杂，本文简单列举了简化公式式（2），可用于检验计算。通过设计分析，最终确定该工程消力坎高度为4.5m。

式中H0——坎顶以上总水头；

H——堰上水深；

P——下游堰高；

v0——进入池前的水流速度。

由于青峰岭水电站河床岩石抗冲刷能力较弱，为防止小流量时挑距较近，冲刷坝脚，在大坝下游河床及两岸设置16m长护坦，护坦为2m厚C20钢筋混凝土，采用锚筋与岩石锚固。河床深槽部位先采用埋石混凝土进行回填，然后再设2m厚C20钢筋混凝土护坦。

2.3 尾水渠的开挖浇筑

青峰岭水电站尾水渠存在水位较高、尺寸不合理、腐蚀严重等问题，需对原有工程进行拆除，主要施工步骤为：土方开挖→基础碾压→浇筑混凝土。

土方开挖后对基础按砂卵石分三层进行碾压填平，设计每层厚度20cm，保证底面坡度符合设计。基础碾压之前需要铺撒一层20cm厚垫层料，主料的规格参数见表2。铺设完成后再次碾压。混凝土浇筑时应分段施工，产生的施工缝待模板拆除后进行人工凿毛并冲洗干净，填充止水条［5］。

表2　垫层料规格标准

3 改造效果分析

青峰岭水电站溢洪道工程经加固改造后，其溢洪闸强度达到了相关规定要求，并增设了检修闸门，使溢洪闸故障率下降了80%，裂缝、腐蚀、露筋问题也得到彻底解决。新建综合式消力池后，其消能效果良好，且较好地利用了原有消能设施基础，控制了工程投资。通过对尾水渠进行重新开挖和浇筑，其水位、尺寸等参数满足实际使用要求，垫层基础密实。通过实际应用，此次对青峰岭水电站溢洪道的改造工程整体效果较好，达到了预期目标。

4 结 语

中小型水电站在进行改造施工设计时，要在有限的资金投入上，保证改造工程设计的合理性及施工质量。本文结合实际情况，针对不同部位采取了不同的改造和加固处理措施，通过对其溢洪道进行改造，经过实践检验消除了溢洪道在水电站运行中的问题，较好地保证了溢洪道正常功能的发挥，并取得了较好的经济效益。

参考文献

［1］张辉，张驰.浅谈水利工程施工技术［J］.中国水能及电气化，2010（12）：35-36.

［2］于宁，马秀凤.侧槽式溢洪道除险加固设计研究［J］.黑龙江水利科技，2008（8）：78-80.

［3］赵珩，罗希，万珍.前进水库溢洪道消能防冲设计［J］.中国水能及电气化，2013（12）：35-37.

［4］王磊，刁明军.“M”形台阶溢洪道的消能特征［J］.水力发电学报，2015（5）：80-82.

［5］林达，李明超.溢洪道开挖边坡三维地质建模与稳定性分析及应用［J］.岩石力学与工程学报，2013（S2）：56-58.

Analysis on spillway renovation design and construction technology in Qingfengling Hydropower Station

LI Juan
（Shandong Dingtao County Water Authority，Heze 274100，China）

Abstract：The rationality of design and construction technology is related to smooth progress and actual benefits of the project in the construction of water conservancy and hydropower project.In the paper，the spillway renovation project of Qingfengling Hydropower Station is adopted as an example.It’s design and construction are analyzed aiming at flood gate，energy dissipation facilities and tailrace renovation，thereby providing certain technical reference for similar project construction.

Key words：hydropower station；spillway；renovation；analysis

DOI：10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2016.03.004

中图分类号：TV651.1

文献标识码：B

文章编号：1673-8241（2016）03-0021-03