某中型水電站溢洪道泄槽破壞原因分析

郝春游 屈潔

中國電建西北勘測設(shè)計研究院有限公司 陜西西安 710065

1 溢洪道概況

該電站溢洪道布置河道左岸，共3孔，由引渠段、溢流堰段、泄槽段、挑流鼻坎等組成，建筑物全長707.6m。泄槽為等寬的矩形斷面，分為兩個泄槽，其中1#孔設(shè)置一個12.5m寬，378.014m長的泄槽，而2#、3#兩孔合槽，泄槽寬度28.5m,長343.448m，底板混凝土厚80cm，強度由C20F50W8到C30F50W8，底板設(shè)有無砂混凝土排水管網(wǎng)，且底板與巖石之間設(shè)置有系統(tǒng)錨桿，錨桿采用間排距2m,長度6m,其中入巖長度5m的Φ25鋼筋。底板經(jīng)過i=0.08364、i=0.11603兩次邊坡之后與水平挑流鼻坎銜接。

2 泄槽底板破壞情況

2014年8月，庫水位蓄水未到校核洪水位217.75，于8月9日溢洪道三孔閘門全開泄水。9月22日發(fā)現(xiàn)兩孔合槽的泄槽末端有20米長底板（單塊底板尺寸20mx11mx0.8m）及右側(cè)分塊50米長底板混凝土在泄水過程被掀翻破壞，見圖1。

圖1 泄槽底板破壞照片

3 泄槽受力分析

根據(jù)規(guī)范[1]及實際情況，對被破壞的單塊底板進行計算，受力分析如下：

（1）自重，計算底板混凝土自重時，容重取值為25kN/m3。

（2）揚壓力，根據(jù)經(jīng)驗揚壓力可按水深的30%考慮，結(jié)合現(xiàn)場底板破壞后現(xiàn)場的檢查，發(fā)現(xiàn)底板分塊之間設(shè)置的橡膠止水施工過程未過縫，即止水失效，計算揚壓力按全水頭進行計算，計算公式：U=Aγh,式中：A為底板面積，γ為水容重，h為底板下表面以上水頭。

（3）拖曳力，本質(zhì)是水流在底板接觸面上產(chǎn)生的剪力形成的，一般對于結(jié)構(gòu)抗滑穩(wěn)定為不利荷載。

（4）抗浮錨桿，錨桿提供的拉力是由錨桿自身的抗拉值及錨桿與注漿體及注漿體與地層之間的粘聚力三者共同確定，根據(jù)本工程實際情況，可根據(jù)規(guī)范[2]公式計算出單根錨桿拉力N=103kN。

（5）動水壓力，由時均壓力和脈動壓力組成。時均壓力作用在底板的上表面，計算公式：Ptr=Aγh,式中，A為接觸面積，γ為水容重，h為計算點的水深；脈動壓力在時間和空間上都是在不斷變化的，當(dāng)止水失效時，水流將侵入到底板下表面，此時底板的上、下表面都存在脈動壓力。脈動壓力計算公式：Pfr=（0.05～0.1）γ（v2/2g）A[3],式中，v為板上的平均流速，A為作用面積。

4 計算分析

泄槽底板抗浮計算可按下式計算（計算結(jié)果見表1）。

底板抗浮穩(wěn)定應(yīng)滿足下列條件：

基本荷載組合下：K≥1.2；

特殊荷載組合下：K≥1.1；

抗浮計算結(jié)果見表1。

5 結(jié)果分析

從表1計算結(jié)果可得到以下結(jié)論：

（1）泄槽在設(shè)計水位及校核水位分別滿足1.2及1.1的安全系數(shù)，泄槽設(shè)計合理。

（2）錨桿全部失效在三種水位均不滿足規(guī)范要求，且安全系數(shù)小于止水失效工況，一般錨桿部分失效，全部失效很少發(fā)生。

（3）止水失效在三種水位均不滿足規(guī)范要求，主要是由于泄槽底板增加了脈動壓力及揚壓力增大。

（4）錨桿及止水同時失效，泄槽安全系數(shù)遠遠小于規(guī)范要求。

因此止水失效導(dǎo)致?lián)P壓力、脈動壓力增大，而且脈動壓力與流速的平方成正比，對于高流速泄洪時，脈動壓力增幅很大，再考慮部分錨桿失效對于泄槽抗浮安全極為不利，在設(shè)計、施工控制這兩方面是非常重要的。

作者查閱資料類似事故如劉家峽水電站右岸溢洪道底板，破壞原因主要是由于底板止水不良，橫縫下游有升坎，導(dǎo)致底板下產(chǎn)生巨大的向上脈動壓力引起。

6 結(jié)語

對于溢洪道泄槽的設(shè)計、施工時，抗浮錨桿及止水非常關(guān)鍵。必須加強施工過程控制，比如錨桿的拉拔試驗、止水安裝等。在地質(zhì)條件較差的情況下，抗浮錨桿可采用錨筋樁形式，止水可采用延展性比較好的銅止水，同時施工確保泄槽過流面光滑，從而才能確保項目的安全。