安哥拉某水電站溢洪道設計

（黃河勘測規劃設計有限公司）

安哥拉某水電站溢洪道設計

□蕭燕子朱天平許昌陳麗剛

（黃河勘測規劃設計有限公司）

某水電站位于安哥拉Queve河中游，為河流水電規劃梯級開發的第三級水電站，是Queve河的控制性調節水庫，其主要開發任務為發電。工程由面板堆石壩、溢洪道、放空洞及引水發電系統組成。溢洪道位于右岸天然埡口處，由引渠段、控制段、泄槽段、挑流鼻坎段及出口水墊塘組成。通過溢洪道的設計，利用地形，減少了開挖量、降低了開挖邊坡，節約了工程投資，解決了工程布置問題。

：溢洪道；混凝土面板堆石壩；安哥拉

1 工程概況

1.1 工程背景

安哥拉某水電站位于Queve河中游，是一座控制性調節水庫，為河流梯級開發的第三級，主要任務為發電。電站總庫容2.88×109m3，裝機規模900 MW。

樞紐工程主要由混凝土面板堆石壩、左岸放空洞及生態基流電站、右岸引水發電洞及地下廠房，以及右岸溢洪道等建筑物組成。溢洪道屬于一級建筑物，由引渠段、控制段、泄槽段、挑流鼻坎段、出口水墊塘5部分組成。

1.2 地形地質條件

壩址主河道一般直接出露灰白色中細粒花崗巖，多呈弱風化，巖體呈塊狀～整體結構，未發現緩傾角軟弱夾層。壩址左、右兩岸岸坡基本對稱，岸坡坡度一般為20°～35°，多直接出露灰白色中細粒花崗巖，一般呈弱風化～強風化，巖體呈塊狀、整體結構，局部堆積少量崩坡積物，穩定性總體較好。

1.3 洪水條件

電站設計標準為10 000 a一遇洪水（P=0.01%），相應上游庫水位為1 205 m，下泄流量3 480 m3/s；消能防沖設施設計洪水標準為100 a一遇洪水（P=1%），相應下泄流量為1 580 m3/s。

2 布置原則

2.1 溢洪道位置選擇

壩址處河谷為V型谷，河道順直，河谷切割較深，岸坡陡峻，右岸有天然埡口存在；此外如將開敞式溢洪道建筑物和放空泄洪洞等建筑物集中河床左岸一側布置，將使建筑物布置復雜，干擾大，進出口位置協調困難，水流銜接條件差。

通過對建筑物布置條件的分析比較，初步確定將溢洪道建筑物布置在河床右岸天然埡口處，進出口利用大壩上下游右岸沖溝布置，末端與挑流鼻坎銜接，將水流挑入河道。

2.2 堰型及堰頂高程確定

溢洪道型式包括明渠泄槽溢洪道和堰型溢洪道等，明渠泄槽溢洪道多用于小型工程和非常溢洪道，不適用于該電站。堰型溢洪道分為寬頂堰、實用堰和駝峰堰等，寬頂堰過流能力較低，因此初步選擇采用過流能力較高的開敞式WES型實用堰。

水電站正常蓄水位1 205 m，根據溢洪道泄洪規模要求及運用條件，同時考慮閘門及啟閉設備能力，初步擬定溢洪道堰頂高程1 189 m。

2.3 閘孔數選擇

通過溢洪道水力學計算，初步確定溢洪道閘孔總凈寬。為使溢洪道設計方案經濟合理，設計對不同閘孔數和單孔凈寬的2 m×13 m、3 m×10 m兩種布置方案初步比選。經技術經濟分析，溢洪道初步選擇采用2孔布置、單孔凈寬13 m方案。

3 溢洪道結構設計

3.1 引渠段

進水渠位于右岸天然埡口處，距壩體較遠，為取得良好的進水流條件，進水渠口順直布置，底板高程1 175 m，進水渠全段等寬設置，底寬為30 m。

3.2 控制段

控制閘設2孔開敞式閘室，按一孔一聯布置，控制段閘頂高程1 210 m，閘室長60 m，寬36 m，高44 m，單孔凈寬13 m，縫墩寬為4 m，邊墩寬為3 m；溢流堰采用WES實用堰，堰頂高程1 189 m，堰高14 m。閘室設檢修疊梁門一道，由閘頂門機啟閉，弧形工作門一道，由液壓啟閉機啟閉。經泄流能力復核計算知，孔口尺寸可滿足泄量要求。

3.3 泄槽段

泄槽軸線與壩軸線夾角36.41°，采用直線布置。泄槽為矩形斷面，寬度30 m，底板采用鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度根據泄流情況、地質條件和其它工程經驗確定，初擬底板厚度1 m。泄槽縱向底坡根據水流控制要求和地形地質條件確定，設計選用首段泄槽底坡i=0.03，長678.30 m，末端采用i=0.18坡段與挑流鼻坎銜接，泄槽長588.70 m，泄槽緩坡與陡坡段間采用拋物曲線過渡連接，拋物線方程為Y=0.032X+X2/200。

泄槽開挖斷面為矩形，底板及邊墻采用鋼筋混凝土襯護，底板厚1 m，邊墻厚2 m。泄槽底板基礎布置縱橫向網狀暗排水系統。

3.4 挑流鼻坎段

挑流鼻坎反弧半徑40 m，挑射角28.50°，鼻坎頂高程1 048.20 m。鼻坎上游齒墻深入基巖3 m。邊墻與底板采用整體式結構，邊墻直立，底板厚4 m～7.10 m。鼻坎下接流道，使水流平順流入庫沃河中。

3.5 出口水墊塘

出口水墊塘采用挖深式布置，底板高程965 m，長310 m，上游及兩側邊坡均為1：1，下游邊坡1：1.50，池底襯護厚度3 m，池坡襯護厚度為2 m。水墊塘末端設防沖護坦和深齒墻。

4 水力設計

4.1 泄流能力

溢洪道泄流能力按校核洪水標準10 000 a一遇進行設計，相應流量為3 480 m3/s。

溢洪道為2孔布置，單孔凈寬13 m，堰型采用WES實用堰，泄流能力采用規范規定的計算公式：

式中：B——溢流堰總凈寬，m；

H0——計入流速水頭的堰上總水頭，m；

m——流量系數；

c——上游堰坡影響系數（當上游堰面為鉛直時，c=1.00）；

ε——閘墩側收縮系數。

經水力學計算，在正常蓄水位1 205 m時，溢洪道泄流量為3 524.40 m3/s，滿足泄洪要求。

4.2 水面線計算和邊墻高度計算

4.21 水面線計算

水面線采用分段求和法公式計算，泄槽陡坡曲線段近似按直線考慮。

4.22 邊墻高度設計

邊墻高度按宣泄校核洪水要求確定，同時滿足水流摻氣和安全超高要求。水流摻氣后水深據公式計算：

安全超高根據規范確定，設計取1.50 m。

4.3 消能防沖設計

該水電站溢洪道的特點是高水頭、高流速、大流量。為消除下泄水流的能量，保護建筑物下游不被淘刷，防止河床揭底聯片沖刷，危及岸坡安全，采用挑流消能，水流挑入下游水墊塘。溢洪道最大泄量為3 480 m3/s，出口處水流流速高達41 m/s左右，水流攜帶巨大能量躍入水墊塘，將會對下游河床和岸坡產生嚴重的沖刷。參考已建工程設計，出于安全考慮，挑流消能設計采用鋼筋混凝土人工襯護水墊塘防護。水墊塘按100 a一遇洪水標準設計。

溢洪道采用挑流消能型式，挑距L包括空中射程L1（挑流水舌外緣自鼻坎到下游水面的水平距離）、水下射程L2（水舌外緣與下游水面交點到沖坑最深點的水平距離）以及考慮一定水流漩滾長度L3三部分，總挑距L=L1+L2+L3。隧洞出口挑流消能水墊塘布置示意見圖1。

圖1 挑流消能水墊塘布置示意圖

溢洪道挑流消能計算成果見表1。

表1 溢洪道挑流消能水墊塘計算成果表

從計算結果可以看出，躍后水深小于下游水深，水流能夠在水墊塘內形成淹沒水躍，末端不需要進行二次消能。

根據消能計算結果，水墊塘池底高程確定為965 m，上游邊坡1：1，下游邊坡1：1.50，兩側邊坡1：1，池底鋼筋混凝土底板厚度3 m。邊坡995 m高程以下鋼筋混凝土襯護厚度2 m。上游邊坡995 m高程以上防護厚度1 m。水墊塘末端設防沖護坦，護坦長度50 m，襯護厚度1 m，末端設深齒防沖墻。水墊塘所有襯護系統均采用C25混凝土。水墊塘底板設有長錨桿與基巖連接，保證抗浮、抗滑穩定。水墊塘底板錨桿Φ32，L=7 m，間距2 m×2 m。

5 結語

安哥拉某水電站溢洪道設計受到地形、地質和樞紐總體布置的影響，工程要求高，設計難度大。設計充分利用天然地形，結合工程要求，合理布置，開挖料上壩利用，滿足了工程需要，又降低了工程總投資。同時通過對某水電站溢洪道的工程布置、結構設計、水力學計算等的詳細介紹，對其他工程有一定參考作用。

TV651.1

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：1673-8853（2017）05-0038-02

2017-03-18

編輯：符蕾

蕭燕子（1986-），工程師，從事水利水電工程設計工作。