老挝Nam Khan 2水电站溢洪道设计研究

2018-07-02张风强

小水电 2018年3期

张风强，况渊

(中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州贵阳 550081)

1 工程概况

老挝Nam Khan 2水电站位于老挝Luang Prabang(琅勃拉邦)东南约30 km的Nam Khan河上，是Nam Khan河规划3座梯级电站中的第2级。Nam Khan 2水电站水库正常蓄水位475 m，死水位465 m，总库容7.508亿m3，调节库容2.291亿m3，属年调节水库。本电站为Ⅱ等工程，工程规模为大(2)型。工程枢纽建筑物包括钢筋混凝土面板堆石坝、右岸开敞式溢洪道、右岸放空洞、右岸引水隧洞和地面厂房。面板堆石坝最大坝高136 m，溢洪道控制段最大结构高65 m。

2 溢洪道结构布置

根据坝址地形地质条件，右岸溢洪道布置于大坝右岸冲沟垭口，距离右坝肩约400 m。溢洪道由控制段、泄槽段和消能式组成，控制段包括溢流坝段和挡水坝段，溢流表孔下游接泄槽、消能工，下游为消能防冲区。溢洪道按1级建筑物设计。

溢洪道控制段为常态混凝土重力坝，坝顶总长201 m，其中挡水坝段长126.5 m，泄洪坝段长74.5 m，坝顶高程480 m，最大坝高65 m。溢洪道控制段溢流表孔后接泄槽段和消能工段，溢洪道最大长度334.65 m。设计泄槽段为矩形断面，泄槽通过3 m厚的中隔墙分为左右两侧泄槽；两侧泄槽净宽均为32.25 m，隔墙高10.5 m。溢洪道左槽底板纵坡为i=15%，自桩号溢0+178.64 m之后，底板为抛物线，抛物线方程为y=0.15x+0.002 7x2，其末端桩号为溢0+224.92 m，后接反弧段消能工。挑坎左边墙末端桩号为溢0+242.49 m，挑坎右边墙末端桩号为溢0+286.52 m。溢洪道右槽底板纵坡为i=15%，底板自桩号溢0+273.05 m之后接反弧段消能工，挑坎左边墙末端桩号为溢0+290.62 m，右边墙末端桩号为溢0+334.65 m。左右两泄槽末端接挑流式消能工，左侧挑坎挑角为22.7°，半径R=19.84～78 m；右侧挑坎挑角为12.89°，半径R=40.45～159 m。泄槽最大掺气水深8.61 m，边墙高度10.5 m，边墙及底板厚均为1.5 m。

在水库校核洪水位477.86 m时，由于泄流受冲沟的影响，溢洪道堰前水位降为475.30 m，相应最大泄流量为9 974 m3/s，相应单宽流量为184.70 m3/s，泄槽最大流速35.1 m/s，相应挑距约为154.76 m。

3 溢洪道结构设计

3.1 溢洪道控制段

溢洪道控制坝段包括溢流坝和两岸挡水坝段。溢流坝段在溢洪道控制坝段中部，总长度74.50 m，溢流堰按低堰设计，堰体最大高度35 m，堰顶高程455.00 m。溢流表孔孔口尺寸13.5 m×20 m(宽×高)，工作闸门为弧形闸门，弧形闸门前设置检修闸门槽，4孔共用1扇平板检修门。堰面曲线采用WES曲线，曲线方程Y=0.045X1.85，曲线上游采用3段不同半径(R=8.5 m、R=3.4 m、R=0.68 m)相接。堰面曲线下部连接反弧段，反弧半径52.3 m，反弧起始高程443.74 m，底板高程428.03 m，与泄槽平顺衔接。闸孔中墩厚4.5 m，边墩厚3.5 m。堰面采用C25二级配混凝土，混凝土厚2 m，堰体采用C15三级配混凝土，与堰面混凝土相接触面采用台阶状设计并设置插筋，确保紧密连接。闸墩采用C30二级配混凝土[1]。

两岸挡水坝段为C15三级配常态混凝土重力坝，坝顶高程480.00 m，顶宽6 m，左岸长度49 m，右岸长度77.5 m，总长度126.50 m。从安全和超泄能力考虑，溢洪道控制段坝顶高程为480 m，比面板堆石坝坝顶高程481 m低1 m(比防浪墙顶482.20 m低2.2 m)，溢洪道控制坝段不设防浪墙。

对溢洪道进行抗滑验算，重点分析深层滑移情况，一种为坝体与岩体整体向下游沿单滑面滑出，另一种为坝体沿底滑面向后滑出，下游岩体沿缓倾裂隙面滑出，形成双滑面(见图1、图2)。经验算，溢洪道控制坝段整体稳定且坝踵未出现拉应力，满足规范要求。

图1 溢流坝段深层滑动模式一(单滑模式)

图2溢流坝段深层滑动模式二(双滑模式)

3.2 弧门支座牛腿设计

本工程的闸孔跨度为13.5 m，跨度较大，所以采用锚块式支承体结构，锚块式支承结构比较经济。锚块宽度为5.5 m，高度为5 m。弧形闸门单侧支座推力值F=22 000 kN，根据工程经验，拉锚系数考虑1.8，计算出闸墩单侧主锚索300 t级预应力锚索13根，扇形布置，共布置3排；其中外侧两排各布置5根，第三排布置3根。次锚索采用200 t级，共布置12根[2]。

弧形闸门支座的纵向受力钢筋选用双排C32@150 mm，水平方向箍筋选配双肢箍筋C28@150 mm；在垂直水平箍筋方向布置适当的垂直箍筋双肢C28@150 mm。

3.3 泄槽段

泄槽段两侧紧靠山体，为矩形断面，边墙高度10.5 m，厚度1.5 m。泄槽中间设有厚3 m的中隔墙，隔墙高10.5 m，分为左右两侧泄槽。两侧泄槽净宽均为32.25 m，两中孔之间的闸墩以下设中隔墙将泄槽分成等宽度的两槽；隔墙渐变段长30 m，宽度由4.5 m逐渐缩窄至3.0 m。在隔墩末端的泄槽内设14 m长的稳流墩，稳流墩末端宽度为1.2 m。左槽缓坡段底板纵坡为i=15%，自桩号溢0+178.64 m处底板为抛物线，抛物线方程为y=0.15x+0.002 7x2，其末端桩号为溢0+224.92 m，左侧泄槽长度170.2 m；右槽底板纵坡为i=15%，泄槽长度218.3 m。泄槽段均采用C25二级配混凝土。

为将HSa Mouy冲沟来水顺利引入溢洪道，溢洪道泄槽右侧边墙设置有侧堰，侧堰过水宽度20 m，顺水流长度28 m，水位落差9.33 m，由进口翼墙、两级跌坎组成，边墙高度2 m，跌坎高均为2 m。侧堰进口两侧设置八字翼墙，为保证翼墙与冲沟边坡相适宜，扩展角度分别为45°和30°。进口段顺水流方向长度6 m，底板前缘设置有齿槽。

泄槽分为L形左、右边墙，倒T形中隔墙以及中间部位底板。泄槽配筋计算如下：

(1)泄槽边墙。泄槽左、右边墙为L形结构，其边墙竖直端总高度12 m，宽度1.5 m，底板水平端总长度7.5 m，宽度1.5 m。边墙及底板基岩均布置有25，L=6 m锚杆，L形梁均与基岩接触良好。泄槽段基岩为微风化或微新基岩，岩层竖向发育，层面与泄槽走向近乎垂直。因此，泄槽边墙可不必考虑边墙外侧基岩压力，但由于岩层节理发育，且工程所在地雨季漫长，降雨量大，故需要考虑边墙外侧基岩的外水渗透压力。当溢洪道泄洪时，考虑内水压力。计算工况如下：

①边墙内力计算工况1：底板水平端视为固定端，边墙受外水压力，按连续悬臂梁计算。

②边墙内力计算工况2：底板水平端视为固定端，边墙受内水压力，按连续悬臂梁计算。

③边墙内力计算工况3：边墙竖直端视为固定端，底板受扬压力，按连续悬臂梁计算。

内水压力：根据模型试验，泄洪时最大掺气水深约7.6 m，流速V=27～34 m/s。同时，需要考虑下泄水流的脉动压力。

外水压力：考虑暴雨工况，外水与边墙同高。

扬压力：最大扬压力可按边墙高度水压计算。由于底板布置有纵横排水盲材，掺气坎位置设置有直径为75 mm排水孔，入岩6 m；同时底板设置有25，L=6 m@1.5x1.5 m锚杆。因此，扬压力对底板影响较小[3]。

经计算，底板与边墙内外侧选配25@200 mm钢筋，边墙与底板为整体结构，连接转角处弯矩最大，增加25@200 mm加强钢筋。

(2)中隔墙。泄槽中隔墙为倒T形结构，当左右闸孔两侧同开度泄洪时，左右两侧水压平衡；当闸孔不同开度泄洪时，或只有一侧泄洪时，隔墙两侧水压不平衡。

中隔墙内力计算工况：单侧泄槽最大流量泄洪，另一侧泄槽不泄洪。底板水平端视为固定端，导墙受单侧水压力，按连续悬臂梁计算。

经计算，中隔墙选配25@200 mm钢筋，由于底板与中隔墙为整体结构，连接转角处弯矩最大，增加25@200 mm加强钢筋。

(3)中间底板。中间底板宽度20.25 m，直接坐落在基岩上，单侧槽泄洪过程中，同一桩号的水压基本一致，沿水流方向的水压略有不同。因此，底板上部内水压力基本一致，不平衡压力较小，采取构造配筋，上下表面选配25@200 mm钢筋(见表1)。

表1 泄槽内力计算成果及配筋

3.4 消能工

根据地形地质条件，溢洪道左右两槽采用挑流式消能工，左侧挑坎夹角44.5°，半径R=19.84～78 m；右侧挑坎夹角21.42°，半径R=40.45～159 m。两挑坎末端线与溢洪道轴线斜交，夹角均为36.22°，消能工边墙厚度3 m。消能工为大体积混凝土结构，迎水面层采用C35HF抗冲耐磨混凝土，厚度为0.8 m，下部大体积混凝土采用C15三级配混凝土。为增加稳定性，消能工底板设有基础插筋，末端设有齿槽，齿槽段最大混凝土厚度15.8 m。

消能工边墙内力计算工况与泄槽段类似，边墙内外侧配筋双层25@200 mm，底部为大体积混凝土结构，表面配构造钢筋单层25@200 mm[4_5]。