青峰嶺水電站溢洪道改造設(shè)計(jì)與施工技術(shù)分析

李 娟（山東省定陶縣水務(wù)局，山東菏澤　274100）

?

青峰嶺水電站溢洪道改造設(shè)計(jì)與施工技術(shù)分析

李 娟
（山東省定陶縣水務(wù)局，山東菏澤274100）

【摘 要】在水利水電工程施工中，設(shè)計(jì)與施工技術(shù)的合理性關(guān)乎其工程的順利進(jìn)行和切實(shí)效益。本文以青峰嶺水電站溢洪道改造工程為實(shí)例，對(duì)其溢洪閘、消能設(shè)施、尾水渠改造進(jìn)行了設(shè)計(jì)與施工分析，以期對(duì)類似工程施工提供一定的技術(shù)參考。

【關(guān)鍵詞】水電站；溢洪道；改造；分析

據(jù)統(tǒng)計(jì)，山東全省可開發(fā)水能量約為21.5萬kW，截至目前全省已開發(fā)水能資源量為7.5萬kW，達(dá)到了總量的35%，其中已建好的小型水電站超過200座，機(jī)組410套，裝機(jī)容量7.1萬kW。隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，由于后續(xù)改擴(kuò)建工作跟不上，導(dǎo)致目前很多小水電出現(xiàn)運(yùn)行問題，且不能滿足人民群眾生產(chǎn)和生活需要，對(duì)其進(jìn)行改造勢在必行。

1 工程概況

青峰嶺水電站位于山東省日照市莒縣境內(nèi)，屬青峰嶺水庫壩后式電站。該水電站興建于1975年12月，于1979年7月年正式運(yùn)營，水電站總裝機(jī)容量為4100kW，已累計(jì)發(fā)電超過2.5億kW·h，產(chǎn)值達(dá)到4500萬元，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。但隨著時(shí)間的推移，青峰嶺水電站溢洪道在運(yùn)行中出現(xiàn)了一些問題，其溢洪閘底板、中墩和邊墩等結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低于規(guī)范要求，消能設(shè)施不能滿足水電站正常運(yùn)行，尾水渠存在水位較高、尺寸不合理、腐蝕嚴(yán)重等問題，需及時(shí)對(duì)溢洪道進(jìn)行改造，以滿足水電站的正常運(yùn)行。

2 溢洪道改造設(shè)計(jì)和施工技術(shù)分析

青峰嶺水電站溢洪道改造工程的具體內(nèi)容為：加固溢洪閘、新建消能設(shè)施、尾水渠的開挖澆筑。

2.1 溢洪閘加固設(shè)計(jì)和施工

由于青峰嶺水電站工程規(guī)模及壩體高度較小，因此溢洪道型式為從壩頂表孔溢流，共設(shè)有3孔，每孔凈寬12m。因該工程水庫水位受淹沒移民控制，采用無閘控制會(huì)降低堰頂高程，因此選擇弧形閘門控制方式。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研，發(fā)現(xiàn)溢洪閘底板、中墩和邊墩等結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低于規(guī)范要求，需進(jìn)行加固處理［1］。

2.1.1 底板加固

溢洪閘底板混凝土存在裂縫、腐化和露筋問題，設(shè)計(jì)采用“植筋澆混凝土”技術(shù)對(duì)其進(jìn)行加固。首先將底板舊混凝土鑿除部分厚度，直至露出舊筋，在舊筋縱橫向間隔中各加設(shè)一道鋼筋，具體規(guī)格為φ16@ 200，之后將底板清掃干凈。在被鑿毛的底板上涂刷界面劑，施工時(shí)按照水泥∶砂∶界面劑= 1∶2∶0.5混合攪拌現(xiàn)場制作，然后進(jìn)行混凝土澆筑作業(yè)。要求澆筑混凝土縱橫縫和原底板保持一致?？p隙內(nèi)填充L-600型閉孔泡沫塑料板，并粘貼遇水膨脹橡膠止水帶［2］。

2.1.2 中墩加固

中墩加固是為了增設(shè)檢修閘門。原中墩長6.5m，設(shè)計(jì)將其上游接長2.0m。施工步驟為：鑿毛接觸面→植入鋼筋→涂刷界面劑→澆筑混凝土。其中豎向主筋規(guī)格為φ18@ 150，分布筋為φ12@ 200。其中所用的植筋膠為A、B改性環(huán)氧樹脂膠黏劑，具體配比可由現(xiàn)場試驗(yàn)決定。

2.1.3 邊墩加固

青峰嶺水電站邊墩的主要問題是配筋率不足，解決辦法同樣是采用植筋技術(shù)。為了防止水流繞滲，需在邊墩后設(shè)置刺墻，寬度設(shè)計(jì)為0.3m，長度按照上下游水位差的2倍設(shè)計(jì)，最終確定為6.5m。對(duì)邊墩進(jìn)行配筋加厚時(shí)，將C30鋼筋混凝土和刺墻結(jié)合在一起。

2.2 消能設(shè)施重建設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

在該項(xiàng)目中，需將水電站原來的消能設(shè)施全部拆除重建。目前，水電站消能的主要型式分三種：挑流消能、底流消能和面流消能。這三種消能型式的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見表1。經(jīng)過綜合對(duì)比，最終選擇挑流消能作為青峰嶺水電站的消能方案。

表1　水電站消能方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

消力池是水電站消能設(shè)施的核心部位，其作用是使下泄急流變?yōu)榫徚鳎上鲃?dòng)能的50%～70%，從而有效縮短護(hù)坦長度，節(jié)約工程投資。目前消力池的結(jié)構(gòu)型式主要有挖深式消力池、墻式消力池和綜合式消力池三種（見下圖），其中綜合式消力池結(jié)合了前兩者的優(yōu)點(diǎn)，因此青峰嶺水電站消力池采用綜合式的結(jié)構(gòu)。下面對(duì)池深和坎高等基本參數(shù)進(jìn)行計(jì)算確定［3］。

消力池結(jié)構(gòu)圖

2.2.1 消力池深度計(jì)算分析

綜合式消力池的本質(zhì)原理是讓水流在消力池內(nèi)和消力坎下游發(fā)生臨界水躍，以此可消耗水能的20%以上。此時(shí)要求池深和坎高滿足最大水躍高度要求。消力池深度可有效減小消力池工程量，提高消力效果。在實(shí)際工程中消力池結(jié)構(gòu)計(jì)算很復(fù)雜，本文只列出了最后計(jì)算式，消力池深度d可由式（1）簡單計(jì)算，最后得出消力池深度d =2.5m［4］。

式中q——單寬流量；

φ——流速系數(shù)，取0.95；

h——躍前水深；

E0——下游河床以上總水頭。

2.2.2 坎高c計(jì)算分析

設(shè)置擋水坎可有效減少消力池的開挖量，擋水坎一般也為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。消力坎高的計(jì)算過程較為復(fù)雜，本文簡單列舉了簡化公式式（2），可用于檢驗(yàn)計(jì)算。通過設(shè)計(jì)分析，最終確定該工程消力坎高度為4.5m。

式中H0——坎頂以上總水頭；

H——堰上水深；

P——下游堰高；

v0——進(jìn)入池前的水流速度。

由于青峰嶺水電站河床巖石抗沖刷能力較弱，為防止小流量時(shí)挑距較近，沖刷壩腳，在大壩下游河床及兩岸設(shè)置16m長護(hù)坦，護(hù)坦為2m厚C20鋼筋混凝土，采用錨筋與巖石錨固。河床深槽部位先采用埋石混凝土進(jìn)行回填，然后再設(shè)2m厚C20鋼筋混凝土護(hù)坦。

2.3 尾水渠的開挖澆筑

青峰嶺水電站尾水渠存在水位較高、尺寸不合理、腐蝕嚴(yán)重等問題，需對(duì)原有工程進(jìn)行拆除，主要施工步驟為：土方開挖→基礎(chǔ)碾壓→澆筑混凝土。

土方開挖后對(duì)基礎(chǔ)按砂卵石分三層進(jìn)行碾壓填平，設(shè)計(jì)每層厚度20cm，保證底面坡度符合設(shè)計(jì)?；A(chǔ)碾壓之前需要鋪撒一層20cm厚墊層料，主料的規(guī)格參數(shù)見表2。鋪設(shè)完成后再次碾壓?；炷翝仓r(shí)應(yīng)分段施工，產(chǎn)生的施工縫待模板拆除后進(jìn)行人工鑿毛并沖洗干凈，填充止水條［5］。

表2　墊層料規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)

3 改造效果分析

青峰嶺水電站溢洪道工程經(jīng)加固改造后，其溢洪閘強(qiáng)度達(dá)到了相關(guān)規(guī)定要求，并增設(shè)了檢修閘門，使溢洪閘故障率下降了80%，裂縫、腐蝕、露筋問題也得到徹底解決。新建綜合式消力池后，其消能效果良好，且較好地利用了原有消能設(shè)施基礎(chǔ)，控制了工程投資。通過對(duì)尾水渠進(jìn)行重新開挖和澆筑，其水位、尺寸等參數(shù)滿足實(shí)際使用要求，墊層基礎(chǔ)密實(shí)。通過實(shí)際應(yīng)用，此次對(duì)青峰嶺水電站溢洪道的改造工程整體效果較好，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

4 結(jié) 語

中小型水電站在進(jìn)行改造施工設(shè)計(jì)時(shí)，要在有限的資金投入上，保證改造工程設(shè)計(jì)的合理性及施工質(zhì)量。本文結(jié)合實(shí)際情況，針對(duì)不同部位采取了不同的改造和加固處理措施，通過對(duì)其溢洪道進(jìn)行改造，經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)消除了溢洪道在水電站運(yùn)行中的問題，較好地保證了溢洪道正常功能的發(fā)揮，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

［1］張輝，張馳.淺談水利工程施工技術(shù)［J］.中國水能及電氣化，2010（12）：35-36.

［2］于寧，馬秀鳳.側(cè)槽式溢洪道除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)研究［J］.黑龍江水利科技，2008（8）：78-80.

［3］趙珩，羅希，萬珍.前進(jìn)水庫溢洪道消能防沖設(shè)計(jì)［J］.中國水能及電氣化，2013（12）：35-37.

［4］王磊，刁明軍.“M”形臺(tái)階溢洪道的消能特征［J］.水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2015（5）：80-82.

［5］林達(dá)，李明超.溢洪道開挖邊坡三維地質(zhì)建模與穩(wěn)定性分析及應(yīng)用［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2013（S2）：56-58.

Analysis on spillway renovation design and construction technology in Qingfengling Hydropower Station

LI Juan
（Shandong Dingtao County Water Authority，Heze 274100，China）

Abstract：The rationality of design and construction technology is related to smooth progress and actual benefits of the project in the construction of water conservancy and hydropower project.In the paper，the spillway renovation project of Qingfengling Hydropower Station is adopted as an example.It’s design and construction are analyzed aiming at flood gate，energy dissipation facilities and tailrace renovation，thereby providing certain technical reference for similar project construction.

Key words：hydropower station；spillway；renovation；analysis

DOI：10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2016.03.004

中圖分類號(hào)：TV651.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1673-8241（2016）03-0021-03