旮旯水电站进水闸设计初探

段艳芳

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

旮旯水电站是一座小水电代燃料工程，设计引水流量6m3/s，为引水式电站，取水枢纽坝址位于田家沟村南1km处的文峪河干流上。电站位于西社乡野则河村北2km处文峪河干流右岸的旮旯滩上。装机容量1500kW，属小（二）型工程，工程等别为Ⅴ等，建筑物等级为5级。防洪标准为20年一遇洪水设计，50年一遇洪水校核。主要建筑物包括溢流坝、冲沙闸、进水闸、引水渠道、引水隧洞、压力前池、压力管道、电站厂房和交通桥等。

工程区所在地地震动峰值加速度值为0.15g，建筑物抗震设防烈度为7°。

2 工程布置

在取水枢纽垂直水流方向建长53.0m、最大坝高5.4m、底宽8.8m、顶宽1.91m、坝顶高程970.90m的浆砌石溢流坝，溢流坝左岸坝头处平行水流方向设重力式浆砌石挡墙。在溢流坝右端垂直坝轴线方向设1孔3.0m×3.0m的冲沙闸，在冲沙闸右侧设1孔2.0m×2.0m的胸墙式进水闸，进水方向与河道水流方向呈17.9°左右夹角，进水闸下游接引水渠道。水流经过进水闸后，沿河道右岸台地上976.65m长的引水渠道东行并南折至引水隧洞进口，穿过东南走向0.795km长的引水隧洞，进入压力前池，通过直径1400mm的单根压力钢管后，分岔变为3根直径900mm的压力钢管进入主厂房，水轮机尾水管后接尾水道及尾水渠至下游文峪河河道。

在主厂房右侧布置副厂房，副厂房内设高压开关柜室和中控室，副厂房右侧布置2台升压变压器。主厂房左侧布置管理房，建筑面积225m2。电站厂区通过3跨54m钢筋混凝土交通桥与省道S320相接。

3 进水闸布置

进水闸设在河道右岸凹岸下游的山坡脚下，进水闸中心线同冲沙闸中心线呈17.9°左右夹角。根据水闸水力学计算结果，进水闸设计为1孔2m×2m的带胸墙式闸孔。

根据《水电站进水口设计规范》，进水闸底板高程一般要高于冲沙闸底板高程1.5~2.0m，根据工程实际情况，确定进水闸底板高程为968.2m，比冲沙闸底板高程高出1.2m。为尽量减少泥沙进入渠道，进水闸底板高程确定为969.40m，比冲沙闸底板顶高程高1m，闸室宽3.6m、长8.8m，闸顶高程971.40m，闸墩顶高程974.78m，闸室底板厚0.8m，闸墩厚0.8m。闸室后接扩散段及消力池段，扩散段扩散角3.8°，长6m，边墙厚0.8m，边坡1∶5；消力池段长9m，内部净宽2.8m，尾坎顶宽0.5m，底面高程968.20m，边墙厚0.5m，底板厚0.8m。依据《水闸设计规范》要求，闸体结构、扩散段及消力池段全部采用C25钢筋混凝土，闸室段和扩散段基础为10cm厚C15素混凝土垫层，消力池段为10cm厚碎石反滤料；消力池表面设排水孔，排水孔间距1m、排距2m，呈梅花形布置，采用直径50mm的PVC排水管。上部为检修平台和露天式启闭机平台，排架高3.6m，启闭机平台高程978.38m。进水闸闸门采用孔口尺寸为2m×2m的铸铁闸门，启闭设备采用手动螺杆启闭机。进水闸工作门上游设拦污栅1道，启吊设备采用手动螺杆启闭机。

为增强进水闸的稳定性，开挖后基岩坡面采用10cm厚喷C20混凝土支护。在进水闸左侧临山体岩面局部风化比较严重、岩石较破碎的地段增设锚杆进行边坡支护，锚杆采用直径20mm的锚筋伸入岩石内1.5m，锚杆间距2.0m×2.0m，呈梅花形布置。为保护水闸不受淘刷，在进水闸前设置0.8m厚M7.5浆砌石铺盖。

4 进水闸水力计算

通过对拟定过水断面过流能力的复核，确定进水闸尺寸。

4.1 进水闸水力计算

进水闸水力计算按宽顶堰公式进行：

式中：Q——进水流量，m3/s；

σs——淹没系数；

ε1——侧收缩系数；

m——流量系数；

n——闸孔孔数；

b′——单孔净宽，m；

g——重力加速度，m/s2；

H0——堰顶全水头，m。

闸前水位取溢流坝堰顶高程970.90m，计算得，进水流量为6.03m3/s，满足设计取水流量6.0m3/s的要求。

4.2 进水闸稳定计算

根据《水闸设计规范》进行进水闸室稳定分析，包括抗滑、抗倾以及基底应力计算。

作用于水闸上的荷载分为基本荷载及特殊荷载。基本荷载主要有水闸结构及其上部填料和永久设备的自重、设计运行水位时水闸底板上的水重、静水压力、扬压力及冰压力等，特殊荷载主要有地震情况时水闸底板上的水重、静水压力、扬压力、地震力等。

根据抗滑稳定计算公式得：基本组合冰冻情况下的抗滑稳定安全系数为4.83，大于允许值1.2；特殊组合地震情况下的抗滑稳定安全系数为3.13，大于允许值1.0。

进水闸基底应力计算结果见表1。

表1 进水闸基底应力

根据计算结果分析，在各种荷载组合下，抗滑稳定安全系数均大于规范规定的允许值，且基底应力情况能够满足规范要求，说明进水闸结构安全稳定。