程明偉，吳 鴻

(貴州省水利水電勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550001)

1 工程概況

巖寨水電站工程位于長江流域沅江水系清水江支流巴拉河中下游。水庫大壩位于貴州省黔東南州臺江縣老屯鄉(xiāng)巖寨村上游7.7 km處，壩址位于巖寨村對岸，距臺江縣城44 km，壩址以上流域集水面積1007.4 km2。工程設計以發(fā)電為主，電站總裝機2×12500 kW，水庫樞紐由拱壩、溢洪道、發(fā)電進水口、放水底孔等建筑物組成。大壩為C20混凝土雙曲拱壩，最大壩高70 m，厚11.65 m，厚高比0.166，屬薄拱壩，泄水建筑物為壩頂溢流表孔，布置在壩頂中部河床段，分5孔布置，單孔凈寬11.4 m，總凈寬57.0 m。

水庫校核洪水位616.90 m，總庫容9920萬m3，規(guī)模屬中型水庫，工程等別為Ⅲ等，大壩、壩頂溢流表孔、放空底孔、取水隧洞取水口及右岸新增溢洪洞等主要建筑物級別為3級，其洪水標準按100 a一遇(P=1.0%)洪水設計，1000 a一遇(P=0.1%)洪水校核。

根據(jù)《巖寨電站大壩安全鑒定報告書》(2020)，被評定為三類壩，存在主要問題有：(1)水庫抗洪能力不滿足規(guī)范要求。(2)大壩壩頂位移控制網(wǎng)點不足，壩基揚壓力長期未觀測，監(jiān)測資料整編分析工作不規(guī)范。(3)壩體廊道集水不能及時抽排，不利于降低壩基揚壓力。(4)大壩無下放生態(tài)水設施。

本文僅針對泄洪能力不足進行分析并提出相應的設計加固措施，其余問題業(yè)主已編制相應專題報告已予解決。

2 存在問題原因分析

巖寨電站水庫大壩泄洪設施除險、泄洪能力不足的主要原因是大壩安全鑒定階段設計洪水成果較初設成果有較大出入、洪峰及洪量的統(tǒng)計參數(shù)較初設階段有所變化；洪峰CV由初設階段0.86變?yōu)?.88，CS/CV由初設階段的3.5變?yōu)?；最大24 h洪量由原來的0.5變?yōu)?.62，CS/CV由初設階段的3變?yōu)?.5；最大72 h洪量由原來的0.4變?yōu)?.52，CS/CV由初設階段的3變?yōu)?.5；同時參考水文站延長的水文資料(2002年～2015年)使壩址洪峰、洪量均值變大，洪峰均值增大了5.83%；W24 h洪量均值增大了16.3%；W72 h洪量均值增大了11.9%。見表1。

表1 洪水計算成果統(tǒng)計表

3 除險加固方案比選

經(jīng)分析計算現(xiàn)有閘門即使全開也不能滿足泄洪要求，因此需采取其他工程措施來增大下泄流量?，F(xiàn)場查看，結合閘門運行情況，發(fā)現(xiàn)通過調整現(xiàn)有溢洪道弧形工作閘門吊耳位置，能抬高閘門底緣進而增加一定泄洪能力。在保證正常水位不變，大壩壩頂高程不變的前提下結合前期設計成果、安全鑒定結論，除險加固設計主要考慮以下兩個方案：

方案一：降低壩頂溢流表孔原堰頂高程(605.5 m)1.0 m，溢流堰凈寬不變(57 m)，降低后堰頂高程為604.5 m，溢流方式為設閘控制泄洪。

方案Ⅱ：改造閘門吊耳+新增設閘溢洪洞方案，既保留原壩頂溢流表孔結構不變，改造閘門吊耳增大了原溢流表孔泄流能力，不足部分通過新增1孔岸邊設閘溢洪洞實現(xiàn)。

由表2可知，方案Ⅰ降低堰頂方案雖然不受地形地質條件影響，投資較其他方案優(yōu)，但該方案主要存在以下兩方面的問題：一是壩頂溢流表孔改造施工過程中，需對溢流面及閘墩弧形閘門槽混凝土進行局部切割及填補，需對原設置鋼筋進行保護切割及新設鋼筋等埋植工作，施工難度大，施工質量難以控制，且施工中對擋水大壩的影響難于評估，后期的結構和鋼筋修復工作難度較大，且恢復效果難以達到原狀。二是由于整個施工過程需降低水位至602 m，將會損失部分發(fā)電量。

表2 除險加方案比較表

綜上分析：經(jīng)過對地形地質條件、樞紐布置、施工條件、加固對工程結構和效益的影響、投資等綜合因素比較，綜合施工期安全和施工難度以及對大壩安全的影響等，推薦采用投資相對較貴、但施工條件較好、施工質量和建筑物安全風險可控的方案Ⅱ(改造閘門吊耳+新增設閘洞式溢洪洞方案)。調洪成果見表3。

表3 改造閘門吊耳+新增設閘洞式溢洪洞方案調洪成果表

4 除險加固設計

4.1 新增溢洪道

新增設閘溢洪洞由引渠段、控制段、溢洪洞段和挑流消能段四部分組成[1]。實施內容包括新建引渠段、控制段、溢洪洞、挑流消能?？刂崎L20.162 m，寬13 m，堰頂高程為605.5 m；控制段下游接溢洪洞，洞長323.638 m，城門洞型截面尺寸寬8 m～6 m，高10.309 m～8.732 m，設計底坡為0.058，高程由598.881 m至580.110 m。隧洞末端接挑流鼻坎，采用挑流消能，挑流段長9.306 m，寬6 m，消力池底板厚1.5 m，挑流角30°，鼻坎高程581.592 m。

(1)壩頂高程復核，考慮正常蓄水位和校核洪水位工況，取兩者大值作為壩頂高程[2]，見表4。

表4 壩頂高程復核計算表

經(jīng)計算除險加固后現(xiàn)狀壩頂高程滿足要求。

(2)溢洪道下泄流量復核計算

溢洪洞進口堰型為WES實用堰，溢洪道泄流能力計算式計算如下[3～4]：

表5 泄流能力計算成果表

經(jīng)計算除險加固后新增溢洪道泄流能力滿足要求。

4.2 原閘門改造

閘門更改吊耳位置采用現(xiàn)場切割原吊耳，對應面板表面打磨光滑，重新設計吊耳現(xiàn)場定位焊接，并在底豎梁對應位置增設肋板，并對現(xiàn)場焊縫進行100%超聲波探傷檢測。探傷結果滿足要求后進行防腐處理。

閘門吊耳位置調整后啟門力作用在閘門上的荷載(啟閉機容量)大小和方向不變，閘門自重荷載增加5 kN，啟門力和自重合力為50.5 kN，門體自重增加對結構受力是有利的。復核吊耳位置改造后門體主要應力為：主梁彎應力72.6 N/mm2<150 N/mm2，主梁剪應力為53.5 N/mm2<90 N/mm2，跨中擾度4.32 mm<9.5 mm；支臂彎應力103 N/mm2<150 N/mm2，支臂平面內穩(wěn)定計算為123.58 N/mm2<150 N/mm2，支臂平面為穩(wěn)定計算為116 N/mm2<150 N/mm2；支鉸推力原為2066.4 kN，調整后為2066.0 kN；閘門自重增加后啟門力復核為370 kN<450 kN。吊耳調整后復核閘門結構強度，穩(wěn)定性和啟閉機容量滿足要求。

5 結論

巖寨水庫除險加固工程實施后將解決水庫泄洪能力不足，能使水庫按原有的正常蓄水位蓄水發(fā)電，使其更好地為企業(yè)創(chuàng)收、為社會做貢獻。