導(dǎo)語(yǔ)：水力翻板閘門(mén)設(shè)計(jì)管理論文一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

碧蓮水電站位于浙江省永嘉縣楠溪江的最大支流小楠溪上。壩址以上集水面積為425km2，多年平均徑流總量4.89億m3，正常蓄水位83.04m，總庫(kù)容152.5萬(wàn)m3，引水系統(tǒng)全長(zhǎng)2993m，電站加權(quán)平均水頭17.4m，裝機(jī)容量4×800kW，總投資2983萬(wàn)元。工程等別為四等，電站采用股份合作制集資。

1壩址工程地質(zhì)條件

碧蓮水電站壩址處溪流流向近東西向，河床底高程74.53m，河底寬約80m。壩址區(qū)地層巖性為侏羅系上統(tǒng)諸暨組a段(J3Za)，灰色晶屑玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r。壩址區(qū)無(wú)斷層通過(guò)，僅左、右岸各有一組節(jié)理。

碧蓮水電站壩址區(qū)左、右岸山坡基巖裸露，凝灰?guī)r弱風(fēng)化帶厚1～2m，巖石完整堅(jiān)硬。壩址河床上部為第四系砂礫卵石覆蓋層(Q4)，厚1～13m，下伏基巖塊狀堅(jiān)硬，弱風(fēng)化帶厚1～2m。第四系覆蓋層(Q4)砂礫卵石和卵石層為強(qiáng)～極強(qiáng)透水層，滲透系數(shù)為25～180m／d；基巖具裂隙透水性，左、右山坡及河床相對(duì)隔水層埋深在基巖面以下1～2m。

壩基混凝土與弱風(fēng)化巖抗剪參數(shù)f′=0.9，c′=0.7MPa；混凝土與砂卵石摩擦系數(shù)f=0.5。承載力標(biāo)準(zhǔn)值：弱風(fēng)化巖fk=1700～1800kPa，砂卵石層fk=300～350kPa，卵石層fk=400～500kPa。

2壩型選擇

該電站為低水頭引水電站，為了洪水期不淹沒(méi)上游岸上較低處的民房、不遷移人口以及不淹沒(méi)左岸省道永縉公路，而平時(shí)又能適當(dāng)抬高水位增加發(fā)電效益，因此只有采用活動(dòng)壩。因橡膠壩存在老化快、易破壞、壽命短、難管理且運(yùn)行費(fèi)用高、投資又大等缺點(diǎn)，橡膠壩方案被舍棄。經(jīng)比較最終采用水力自控翻板閘門(mén)壩(以下簡(jiǎn)稱“閘壩”，見(jiàn)圖1)。

圖1水力自控翻板閘門(mén)壩示意(單位：m)

3閘壩設(shè)計(jì)

3.1結(jié)構(gòu)布置

閘壩由閘門(mén)、溢流壩及下游護(hù)坦3部分組成。

3.1.1閘門(mén)

閘門(mén)采用水力自控雙鉸翻板閘門(mén)，由預(yù)制鋼筋混凝土面板、支腿、支墩與滾輪等構(gòu)件組裝而成。閘門(mén)系利用水力和杠桿原理，使其繞水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉的目的。由于設(shè)計(jì)中采用連桿結(jié)構(gòu)等措施，可有效地防止“振動(dòng)”、“沖撞”、“浮走”等現(xiàn)象的產(chǎn)生。

當(dāng)水庫(kù)水位高于正常蓄水位0.35m，即上升至啟門(mén)水位83.39m時(shí)，閘門(mén)就自動(dòng)翻倒成傾斜狀，宣泄洪水同時(shí)沖沙，其最小傾角為10°。當(dāng)水庫(kù)水位下降至回門(mén)水位82.24m時(shí)，閘門(mén)自動(dòng)關(guān)閉，攔蓄河水。

閘門(mén)頂高程83.04m，門(mén)高4m，單扇寬度8m，共11扇，總寬88m。閘門(mén)面板由上部3塊槽形板和下部3塊矩形板拼接而成。每扇閘門(mén)均采用雙支腿、支墩，其位置在板端1.8m處。閘門(mén)面板、支腿、支墩均采用C25混凝土預(yù)制構(gòu)件，支鉸系統(tǒng)采用鋼結(jié)構(gòu)，止水采用平板與P型橡皮。

3.1.2溢流壩

溢流壩長(zhǎng)88m，壩頂高程79.04m，壩底高程72m，最大壩高7.04m，屬低堰。壩身底寬12m，另利用部分下游護(hù)坦(長(zhǎng)8m)作為壩的懸臂底板，以控制壩基最大與最小應(yīng)力比值及提高抗滑穩(wěn)定性。

為提高閘壩的泄流能力，根據(jù)低堰行近流速影響不可忽略的情況，溢流堰面形狀選擇WESV型。定型設(shè)計(jì)水頭Hd=7m，堰頂上游段曲線方程為Y=0.4892X0.998-0.2199X1.75；下游堰面曲線方程為Y=0.1243X1.75；堰面曲線下接反弧段，半徑為8m，中心角17°，跌坎挑角15°，跌坎高度4.94m(從下游護(hù)坦高程73.70m起算)。

3.1.3下游護(hù)坦

該工程泄洪采用面流消能，但因護(hù)坦系砂卵石地基，為防止下泄洪水沖刷河床危及閘壩穩(wěn)定，必須設(shè)下游護(hù)坦防沖。根據(jù)工程類比與有關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，護(hù)坦長(zhǎng)度為30m，首端厚度根據(jù)防沖要求為1.70m，末端厚度0.85m，護(hù)坦底板高程72m。護(hù)坦中后段長(zhǎng)22m，設(shè)置100@1500mm的排水孔以減少滲透壓力。護(hù)坦末端設(shè)坎使上部形成一個(gè)平均深度為1.725m的消力池。

壩體采用C15混凝土埋塊石，堰面及下游懸臂底板采用C20混凝土，護(hù)坦采用C15混凝土。

3.2基礎(chǔ)處理

壩址河床段弱風(fēng)化基巖層埋深達(dá)13m左右，若清除全部砂礫石，則投資大、施工難。經(jīng)多方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，采用地下混凝土防滲墻方案，即將最上層厚2.6～3.0m的松散砂卵石清除掉，而將壩基持力層置于中層稍密的卵石層上，高程72m，壩踵以下澆筑地下混凝土連續(xù)墻防滲，厚1.2m，混凝土標(biāo)號(hào)C20，深入弱風(fēng)化基巖以下1～2m。防滲墻與上部壩踵設(shè)銅片止水。

3.3壩體應(yīng)力及穩(wěn)定計(jì)算

該壩屬軟基上的溢流重力壩，參照《SDJ21-78混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》和《SD133-84水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定及本壩實(shí)際情況，對(duì)以下2組荷載組合進(jìn)行了計(jì)算。①基本組合：正常蓄水位靜水壓力＋泥沙壓力＋壩體自重＋揚(yáng)壓力＋浪壓力；②特殊組合：校核洪水位靜水壓力＋泥沙壓力＋壩體自重＋揚(yáng)壓力＋動(dòng)水壓力＋浪壓力。

根據(jù)規(guī)范規(guī)定，壩的應(yīng)力采用材料力學(xué)方法計(jì)算，抗滑穩(wěn)定計(jì)算采用抗剪強(qiáng)度公式，混凝土與卵石的摩擦系數(shù)f取0.5。河床部分壩體的計(jì)算成果見(jiàn)表1，壩基應(yīng)力滿足卵石層地基承載力要求，最大應(yīng)力與最小應(yīng)力比值及抗剪安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

表1壩體穩(wěn)定及應(yīng)力計(jì)算成果

荷載組合

壩基應(yīng)力／MPa

平均應(yīng)力

／MPa

最大與最小

應(yīng)力比值

抗剪安全系

數(shù)K

上游面

下游面

基本組合

0.113

0.047

0.080

2.40

1.22

特殊組合

0.069

0.061

0.065

1.13

1.18

3.4水力計(jì)算

溢流堰堰頂高程為79.04m，堰長(zhǎng)88.0m。泄洪計(jì)算根據(jù)翻板門(mén)過(guò)水的機(jī)理，門(mén)上、門(mén)下分別按傾斜矩形薄壁堰和孔口出流兩種方法計(jì)算過(guò)流量：設(shè)計(jì)洪水時(shí)堰頂水頭7.30m，洪水位86.34m，下泄流量2965m3／s，單寬流量33.69m3／s，相應(yīng)下游水位82.50m；校核洪水時(shí)堰上水頭8.40m，洪水位87.44m，下泄流量4155m3／s，單寬流量47.22m3／s，相應(yīng)下游水位84.10m。

由于該壩屬低堰，下游尾水較深，沒(méi)有通航要求，為了降低消能工投資并有利于漂浮物下泄，采用面流消能。

閘壩跌坎高4.94m，大于校核工況發(fā)生面流所必需的最小坎高2.28m。面流各區(qū)界水深采用南京水科院的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，沖刷深度采用長(zhǎng)委水科院的經(jīng)驗(yàn)公式估算。

因該壩下游為鋼筋混凝土護(hù)坦防沖，因而近似地按巖基河床計(jì)算沖刷深度。經(jīng)計(jì)算，設(shè)計(jì)工況時(shí)下游水深大于第一區(qū)界水深而小于第二區(qū)界水深，發(fā)生自由面流，沖刷深度小于水墊，不會(huì)沖刷護(hù)坦，消能效果非常好；當(dāng)校核工況時(shí)，下游水深大于第二區(qū)界水深而發(fā)生混合面流，沖刷深度略大于水墊，對(duì)護(hù)坦略有沖刷，但因護(hù)坦按抗沖設(shè)計(jì)，因此也是安全的。計(jì)算成果見(jiàn)表2。

表2面流計(jì)算成果

運(yùn)行工況

下游

水深

第一區(qū)界

水深

第二區(qū)界

水深

第三區(qū)界

水深

沖刷

深度

設(shè)計(jì)洪水(p=5%)

8.90

7.36

9.11

10.27

6.61

校核洪水(p=1%)

10.35

8.40

10.00

10.63

4結(jié)語(yǔ)

由于該工程采用了水力自控翻板閘門(mén)活動(dòng)壩，閘門(mén)平時(shí)擋水發(fā)電，洪水期翻倒泄洪沖沙，有效地減少了上游的洪水淹沒(méi)損失及水庫(kù)泥沙淤積，同時(shí)閘壩又采用地下混凝土連續(xù)墻進(jìn)行地基防滲處理及面流消能，降低了工程投資。這種設(shè)計(jì)對(duì)其他建固定壩淹沒(méi)損失過(guò)大或在軟基上建造低重力式堰壩的類似工程有一定的參考價(jià)值。此種水力自控翻板閘門(mén)已在永嘉縣的昔頭水電站及浙江省的衢州鬧橋、開(kāi)化齊溪二級(jí)等多處水電站工程中得到應(yīng)用，經(jīng)過(guò)多年洪水考驗(yàn)證明是安全可靠的，因此具有一定的推廣意義。