旮旯水電站進(jìn)水閘設(shè)計(jì)初探

段艷芳

（山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

旮旯水電站是一座小水電代燃料工程，設(shè)計(jì)引水流量6m3/s，為引水式電站，取水樞紐壩址位于田家溝村南1km處的文峪河干流上。電站位于西社鄉(xiāng)野則河村北2km處文峪河干流右岸的旮旯灘上。裝機(jī)容量1500kW，屬小（二）型工程，工程等別為Ⅴ等，建筑物等級為5級。防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇洪水設(shè)計(jì)，50年一遇洪水校核。主要建筑物包括溢流壩、沖沙閘、進(jìn)水閘、引水渠道、引水隧洞、壓力前池、壓力管道、電站廠房和交通橋等。

工程區(qū)所在地地震動(dòng)峰值加速度值為0.15g，建筑物抗震設(shè)防烈度為7°。

2 工程布置

在取水樞紐垂直水流方向建長53.0m、最大壩高5.4m、底寬8.8m、頂寬1.91m、壩頂高程970.90m的漿砌石溢流壩，溢流壩左岸壩頭處平行水流方向設(shè)重力式漿砌石擋墻。在溢流壩右端垂直壩軸線方向設(shè)1孔3.0m×3.0m的沖沙閘，在沖沙閘右側(cè)設(shè)1孔2.0m×2.0m的胸墻式進(jìn)水閘，進(jìn)水方向與河道水流方向呈17.9°左右夾角，進(jìn)水閘下游接引水渠道。水流經(jīng)過進(jìn)水閘后，沿河道右岸臺地上976.65m長的引水渠道東行并南折至引水隧洞進(jìn)口，穿過東南走向0.795km長的引水隧洞，進(jìn)入壓力前池，通過直徑1400mm的單根壓力鋼管后，分岔變?yōu)?根直徑900mm的壓力鋼管進(jìn)入主廠房，水輪機(jī)尾水管后接尾水道及尾水渠至下游文峪河河道。

在主廠房右側(cè)布置副廠房，副廠房內(nèi)設(shè)高壓開關(guān)柜室和中控室，副廠房右側(cè)布置2臺升壓變壓器。主廠房左側(cè)布置管理房，建筑面積225m2。電站廠區(qū)通過3跨54m鋼筋混凝土交通橋與省道S320相接。

3 進(jìn)水閘布置

進(jìn)水閘設(shè)在河道右岸凹岸下游的山坡腳下，進(jìn)水閘中心線同沖沙閘中心線呈17.9°左右夾角。根據(jù)水閘水力學(xué)計(jì)算結(jié)果，進(jìn)水閘設(shè)計(jì)為1孔2m×2m的帶胸墻式閘孔。

根據(jù)《水電站進(jìn)水口設(shè)計(jì)規(guī)范》，進(jìn)水閘底板高程一般要高于沖沙閘底板高程1.5~2.0m，根據(jù)工程實(shí)際情況，確定進(jìn)水閘底板高程為968.2m，比沖沙閘底板高程高出1.2m。為盡量減少泥沙進(jìn)入渠道，進(jìn)水閘底板高程確定為969.40m，比沖沙閘底板頂高程高1m，閘室寬3.6m、長8.8m，閘頂高程971.40m，閘墩頂高程974.78m，閘室底板厚0.8m，閘墩厚0.8m。閘室后接擴(kuò)散段及消力池段，擴(kuò)散段擴(kuò)散角3.8°，長6m，邊墻厚0.8m，邊坡1∶5；消力池段長9m，內(nèi)部凈寬2.8m，尾坎頂寬0.5m，底面高程968.20m，邊墻厚0.5m，底板厚0.8m。依據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，閘體結(jié)構(gòu)、擴(kuò)散段及消力池段全部采用C25鋼筋混凝土，閘室段和擴(kuò)散段基礎(chǔ)為10cm厚C15素混凝土墊層，消力池段為10cm厚碎石反濾料；消力池表面設(shè)排水孔，排水孔間距1m、排距2m，呈梅花形布置，采用直徑50mm的PVC排水管。上部為檢修平臺和露天式啟閉機(jī)平臺，排架高3.6m，啟閉機(jī)平臺高程978.38m。進(jìn)水閘閘門采用孔口尺寸為2m×2m的鑄鐵閘門，啟閉設(shè)備采用手動(dòng)螺桿啟閉機(jī)。進(jìn)水閘工作門上游設(shè)攔污柵1道，啟吊設(shè)備采用手動(dòng)螺桿啟閉機(jī)。

為增強(qiáng)進(jìn)水閘的穩(wěn)定性，開挖后基巖坡面采用10cm厚噴C20混凝土支護(hù)。在進(jìn)水閘左側(cè)臨山體巖面局部風(fēng)化比較嚴(yán)重、巖石較破碎的地段增設(shè)錨桿進(jìn)行邊坡支護(hù)，錨桿采用直徑20mm的錨筋伸入巖石內(nèi)1.5m，錨桿間距2.0m×2.0m，呈梅花形布置。為保護(hù)水閘不受淘刷，在進(jìn)水閘前設(shè)置0.8m厚M7.5漿砌石鋪蓋。

4 進(jìn)水閘水力計(jì)算

通過對擬定過水?dāng)嗝孢^流能力的復(fù)核，確定進(jìn)水閘尺寸。

4.1 進(jìn)水閘水力計(jì)算

進(jìn)水閘水力計(jì)算按寬頂堰公式進(jìn)行：

式中：Q——進(jìn)水流量，m3/s；

σs——淹沒系數(shù)；

ε1——側(cè)收縮系數(shù)；

m——流量系數(shù)；

n——閘孔孔數(shù)；

b′——單孔凈寬，m；

g——重力加速度，m/s2；

H0——堰頂全水頭，m。

閘前水位取溢流壩堰頂高程970.90m，計(jì)算得，進(jìn)水流量為6.03m3/s，滿足設(shè)計(jì)取水流量6.0m3/s的要求。

4.2 進(jìn)水閘穩(wěn)定計(jì)算

根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行進(jìn)水閘室穩(wěn)定分析，包括抗滑、抗傾以及基底應(yīng)力計(jì)算。

作用于水閘上的荷載分為基本荷載及特殊荷載?；竞奢d主要有水閘結(jié)構(gòu)及其上部填料和永久設(shè)備的自重、設(shè)計(jì)運(yùn)行水位時(shí)水閘底板上的水重、靜水壓力、揚(yáng)壓力及冰壓力等，特殊荷載主要有地震情況時(shí)水閘底板上的水重、靜水壓力、揚(yáng)壓力、地震力等。

根據(jù)抗滑穩(wěn)定計(jì)算公式得：基本組合冰凍情況下的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為4.83，大于允許值1.2；特殊組合地震情況下的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為3.13，大于允許值1.0。

進(jìn)水閘基底應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 進(jìn)水閘基底應(yīng)力

根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析，在各種荷載組合下，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范規(guī)定的允許值，且基底應(yīng)力情況能夠滿足規(guī)范要求，說明進(jìn)水閘結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。