某中型水电站溢洪道泄槽破坏原因分析

郝春游 屈洁

中国电建西北勘测设计研究院有限公司 陕西西安 710065

1 溢洪道概况

该电站溢洪道布置河道左岸，共3孔，由引渠段、溢流堰段、泄槽段、挑流鼻坎等组成，建筑物全长707.6m。泄槽为等宽的矩形断面，分为两个泄槽，其中1#孔设置一个12.5m宽，378.014m长的泄槽，而2#、3#两孔合槽，泄槽宽度28.5m,长343.448m，底板混凝土厚80cm，强度由C20F50W8到C30F50W8，底板设有无砂混凝土排水管网，且底板与岩石之间设置有系统锚杆，锚杆采用间排距2m,长度6m,其中入岩长度5m的Φ25钢筋。底板经过i=0.08364、i=0.11603两次边坡之后与水平挑流鼻坎衔接。

2 泄槽底板破坏情况

2014年8月，库水位蓄水未到校核洪水位217.75，于8月9日溢洪道三孔闸门全开泄水。9月22日发现两孔合槽的泄槽末端有20米长底板（单块底板尺寸20mx11mx0.8m）及右侧分块50米长底板混凝土在泄水过程被掀翻破坏，见图1。

图1 泄槽底板破坏照片

3 泄槽受力分析

根据规范[1]及实际情况，对被破坏的单块底板进行计算，受力分析如下：

（1）自重，计算底板混凝土自重时，容重取值为25kN/m3。

（2）扬压力，根据经验扬压力可按水深的30%考虑，结合现场底板破坏后现场的检查，发现底板分块之间设置的橡胶止水施工过程未过缝，即止水失效，计算扬压力按全水头进行计算，计算公式：U=Aγh,式中：A为底板面积，γ为水容重，h为底板下表面以上水头。

（3）拖曳力，本质是水流在底板接触面上产生的剪力形成的，一般对于结构抗滑稳定为不利荷载。

（4）抗浮锚杆，锚杆提供的拉力是由锚杆自身的抗拉值及锚杆与注浆体及注浆体与地层之间的粘聚力三者共同确定，根据本工程实际情况，可根据规范[2]公式计算出单根锚杆拉力N=103kN。

（5）动水压力，由时均压力和脉动压力组成。时均压力作用在底板的上表面，计算公式：Ptr=Aγh,式中，A为接触面积，γ为水容重，h为计算点的水深；脉动压力在时间和空间上都是在不断变化的，当止水失效时，水流将侵入到底板下表面，此时底板的上、下表面都存在脉动压力。脉动压力计算公式：Pfr=（0.05～0.1）γ（v2/2g）A[3],式中，v为板上的平均流速，A为作用面积。

4 计算分析

泄槽底板抗浮计算可按下式计算（计算结果见表1）。

底板抗浮稳定应满足下列条件：

基本荷载组合下：K≥1.2；

特殊荷载组合下：K≥1.1；

抗浮计算结果见表1。

5 结果分析

从表1计算结果可得到以下结论：

（1）泄槽在设计水位及校核水位分别满足1.2及1.1的安全系数，泄槽设计合理。

（2）锚杆全部失效在三种水位均不满足规范要求，且安全系数小于止水失效工况，一般锚杆部分失效，全部失效很少发生。

（3）止水失效在三种水位均不满足规范要求，主要是由于泄槽底板增加了脉动压力及扬压力增大。

（4）锚杆及止水同时失效，泄槽安全系数远远小于规范要求。

因此止水失效导致扬压力、脉动压力增大，而且脉动压力与流速的平方成正比，对于高流速泄洪时，脉动压力增幅很大，再考虑部分锚杆失效对于泄槽抗浮安全极为不利，在设计、施工控制这两方面是非常重要的。

作者查阅资料类似事故如刘家峡水电站右岸溢洪道底板，破坏原因主要是由于底板止水不良，横缝下游有升坎，导致底板下产生巨大的向上脉动压力引起。

6 结语

对于溢洪道泄槽的设计、施工时，抗浮锚杆及止水非常关键。必须加强施工过程控制，比如锚杆的拉拔试验、止水安装等。在地质条件较差的情况下，抗浮锚杆可采用锚筋桩形式，止水可采用延展性比较好的铜止水，同时施工确保泄槽过流面光滑，从而才能确保项目的安全。