李佑杰

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

旮旯水電站是一座小水電代燃料引水式電站工程。經(jīng)現(xiàn)場踏勘，結(jié)合工程場址的地形、地質(zhì)、工程布置、工程量、施工條件、投資等綜合比較后確定工程取水樞紐的壩址選在交城縣會立鄉(xiāng)田家溝村南1 km處文峪河干流上河流彎道的下游側(cè)，西社鄉(xiāng)野則河村北2 km處文峪河干流右岸的旮旯灘上。設(shè)計引水流量6 m3/s，主要建筑物包括溢流壩、沖沙閘、進水閘、引水渠道、引水隧洞、壓力前池、壓力管道、電站廠房和交通橋等。

在取水樞紐處垂直水流方向建有長53.0 m、最大壩高為5.4 m、底寬8.8 m、頂寬1.91 m，壩頂高程970.90 m的漿砌石溢流壩，溢流壩左岸壩頭處平行水流方向設(shè)重力式漿砌石擋墻。

2 工程等別和標(biāo)準(zhǔn)

旮旯水電站裝機容量1 500 kW，多年平均發(fā)電量470萬kW·h，屬?。ǘ┬凸こ蹋こ痰葎e為Ⅴ等，主要建筑物為5級，次要建筑物為5級，臨時性建筑物為5級。

旮旯水電站為無壓引水式水電站，依據(jù)《小型水力發(fā)電站設(shè)計規(guī)范》，取水樞紐、引水渠道、水電站廠房等建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇洪水設(shè)計，50年一遇洪水校核。20年一遇設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)時，洪峰流量327 m3/s，對應(yīng)水位972.75 m；50年一遇校核洪水標(biāo)準(zhǔn)時，洪峰流量776 m3/s，對應(yīng)水位974.28 m。

根據(jù)《中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖》及《中國地震動反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖》，工程區(qū)所在地地震動峰值加速度值為0.15 g，反應(yīng)譜特征周期0.40 s，地震基本烈度為7°，建筑物抗震設(shè)防烈度為7°。

3 溢流壩設(shè)計

為方便取水并盡量使泥沙不進入引水渠道，對取水口位置的地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、壩基滲漏、繞壩滲漏及滲透穩(wěn)定等進行深入細致的分析后，確定在垂直文峪河河道主水流方向設(shè)攔河溢流壩，在溢流壩右岸布置沖沙閘及進水閘。

溢流壩最大壩高5.4 m，壩軸線長53.0 m，河床高程968.50 m，壩基高程965.50 m，壩頂高程970.90 m，頂寬1.91 m，壩體最大寬度8.8 m，上游壩面設(shè)為垂直，溢流壩面采用Ⅲ型折線實用堰接半徑為6.54 m的反弧流線型壩面，消能采用底流消能結(jié)構(gòu)型式。壩體結(jié)構(gòu)采用M7.5漿砌石，壩面采用0.3 m厚的C30鋼筋混凝土護面。消力池長15 m，深1.0 m，尾坎頂寬0.6 m，底面高程967.70 m，采用M7.5漿砌石結(jié)構(gòu)，后接漿砌石、格柵石籠海漫及拋石防沖槽。長度分別為10 m，20 m和10.46 m，厚度分別為0.6 m，0.8 m和2 m（最深處），拋石防沖槽上游坡度 1∶4，下游坡度 1∶2，底部中間平直段寬2 m。消力池及海漫段表面設(shè)置排水孔，排水孔間距2 m，梅花形布置，采用直徑50 mm的PVC排水管，底部鋪設(shè)0.2 m厚碎石反濾層。結(jié)合溢流壩伸縮縫，消力池中部設(shè)2道伸縮縫，跨度分別為18 m，18 m和17 m，縫寬2 cm，縫內(nèi)填塞聚乙烯閉孔泡沫塑料板，外部用瀝青砂漿密封。

由于進水閘和沖沙閘均位于溢流壩右側(cè)，省道祁方線（S320）位于溢流壩左側(cè)，在溢流壩頂面設(shè)置人行鋼筋混凝土墩，墩臺間距0.5 m，墩臺寬0.35 m，中部直段長0.65 m，兩側(cè)為半圓形構(gòu)造，半徑0.175 m，凈高0.3 m。

溢流壩段左側(cè)設(shè)重力式M7.5漿砌石防洪堤，頂寬0.5 m，臨河側(cè)地面以上凈高3.88 m，地面以下6.1 m防滲刺墻，迎水面直立，背水面坡度1∶0.5，溢流壩段防洪堤長7 m。

為避免壩基滲透破壞，壩基采用高壓定噴防滲墻，防滲墻伸入基巖1.0 m。防滲墻結(jié)構(gòu)型式為定噴折接，噴射方向與墻體軸線夾角20°，利用三管法施工。

3.1 溢流壩水力計算

溢流壩為無調(diào)蓄工程，按20年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，50年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)校核。

按開敞式溢流堰泄流公式計算：

式中：Q——流量，m3/s；

B——溢流堰凈寬，m；

Hw——計入行進流速的堰上總水頭，m；

g——重力加速度，m/s2；

m——流量系數(shù)；

c——上游面坡度影響修正系數(shù)，當(dāng)上游面為鉛直面時，取1.0；

ε——側(cè)收縮系數(shù)，根據(jù)閘墩厚度及墩頭形狀而定，取 0.90～0.95；

σs——淹沒系數(shù)，視泄流的淹沒程度而定，不淹沒時，取1.0。

根據(jù)防護對象，洪水全部從溢流堰和沖沙閘通過，20年一遇設(shè)計洪水時堰頂水位高程為972.75 m，過堰流量為265 m3/s；50年一遇校核洪水時堰頂水位高程974.28 m，過堰流量731 m3/s。

3.2 溢流壩穩(wěn)定計算

3.2.1 設(shè)計依據(jù)

根據(jù)《砌石壩設(shè)計規(guī)范》中的要求和溢流壩實際運用情況，溢流壩穩(wěn)定計算工況有冰凍情況和地震情況兩種。

3.2.2 荷載及荷載組合

作用在壩體上的荷載有自重、垂直水壓力、冰壓力、揚壓力、淤積土壓力、上游靜水壓力作用，分為基本荷載和特殊荷載兩種。

3.2.3 抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)

根據(jù)溢流壩地質(zhì)資料可知，壩基下持力層范圍內(nèi)不存在軟弱夾層和軟弱結(jié)構(gòu)面，在巖層結(jié)構(gòu)上不存在不穩(wěn)定因素，因此不存在深層滑動問題。

根據(jù)《砌石壩設(shè)計規(guī)范》，溢流壩體抗滑穩(wěn)定計算選取最不利的壩段，取單寬1 m進行計算。經(jīng)計算，基本組合工況時，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.53，大于允許值1.2；特殊組合工況時，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.07，大于允許值1.0，說明溢流壩是穩(wěn)定的。

3.2.4 溢流壩滲流穩(wěn)定計算

依據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》要求，此次滲流計算考慮以下工況：臨水側(cè)為最高擋水位，背水側(cè)為相應(yīng)水位。

滲流計算采用北京理正軟件開發(fā)公司編制的《滲流計算分析軟件》，計算方法采用有限元法，計算斷面為樞紐溢流壩斷面。

計算參數(shù)根據(jù)地質(zhì)提供資料確定，壩基最大水力比降見表1。

表1 壩基最大水力比降計算結(jié)果

由表1計算結(jié)果可以看出，各水位下壩基處的出逸點滲透比降均小于允許水力比降，表明溢流壩滲流是穩(wěn)定的。