鳳城市石橋水電站泄水建筑物選擇

蘇興大

（遼寧省鞍山市天水水務(wù)咨詢有限公司，遼寧沈陽(yáng)110003）

鳳城市石橋水電站泄水建筑物選擇

蘇興大

（遼寧省鞍山市天水水務(wù)咨詢有限公司，遼寧沈陽(yáng)110003）

通過(guò)分析鳳城市石橋水電站庫(kù)區(qū)上游潛在淹沒(méi)對(duì)象，避免工程建設(shè)對(duì)鳳上線鐵路橋和愛(ài)河水源地造成影響，選擇泄流能力較大的泄洪閘作為本工程主要泄水建筑物，對(duì)溢流壩、水力自控翻板閘與泄洪閘的組合方案進(jìn)行比較，通過(guò)對(duì)在工程布置、運(yùn)行管理、主要工程量及投資等方面進(jìn)行分析，確定選用66 m溢流壩和14孔泄洪閘組合方案，確保汛期及時(shí)開(kāi)啟泄洪閘，避免對(duì)上游建筑物造成影響，保證電站運(yùn)行安全。

石橋水電站；泄水建筑物；泄洪閘；溢流壩；水力自控翻板閘；方案

1 工程概況

石橋水電站工程位于遼寧省鳳城市東湯鎮(zhèn)石橋村唐家堡附近的愛(ài)河干流上，是愛(ài)河流域水能梯級(jí)開(kāi)發(fā)規(guī)劃中，草河河口以下河段水電開(kāi)發(fā)（三灣、河灣、石橋）的第一級(jí)水電站工程。石橋水電站是一座以發(fā)電為主的小型徑流式水電站，電站總裝機(jī)容量9600 kW，水庫(kù)總庫(kù)容為3664萬(wàn)m3，工程等別為Ⅲ等，主要水工建筑物級(jí)別為3級(jí)。設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇。

愛(ài)河是鴨綠江的一級(jí)支流，全長(zhǎng)181.95 km，流域面積5902 km2，石橋水電站壩址位于草河與愛(ài)河匯合口下游2.63 km處，壩址以上控制流域面積為4839 km2。壩址以上集水面積占全流域82%，汛期洪峰值較大，設(shè)計(jì)洪峰流量（P=5%）達(dá)11400 m3/s，校核洪峰流量（P=1%）達(dá)16700 m3/s，而且?guī)靺^(qū)上游4.6 km處有鳳上線草河鐵路橋通過(guò)，庫(kù)區(qū)上游4.8 km處有鳳城市水源地，廠區(qū)室外地面高程52.2 m~52.7 m。庫(kù)區(qū)上游有大片耕地高程較低，同時(shí)考慮庫(kù)區(qū)兩岸居民點(diǎn)高程分布現(xiàn)狀（匯合口處近百戶居民的花家堡子居民點(diǎn)高程在52.0 m~59.1 m之間）。若電站建設(shè)淹沒(méi)鳳上線鐵路橋和愛(ài)河水源地，改建的工程量、投資、施工難度均較大，電站建設(shè)單位很難承擔(dān)，且建設(shè)周期長(zhǎng)，將嚴(yán)重制約電站建設(shè)。因此，本工程布置的原則是盡量少淹沒(méi)耕地，盡量不淹沒(méi)居民點(diǎn)，不影響鳳上線鐵路橋，不對(duì)鳳城市水源地構(gòu)成影響。泄水建筑物的泄流能力直接影響水庫(kù)回水和淹沒(méi)范圍，泄水建筑物型式的選擇對(duì)本工程至關(guān)重要。

2 壩址條件

2.1 壩址地形、地質(zhì)條件

石橋電站壩址位于愛(ài)河下游狹谷段，河谷寬280 m~300 m左右，河道平面比較順直，地貌屬遼東丘陵區(qū)，左岸山勢(shì)陡峻，地形完整，基巖裸露，山丘走向近SN，最高丘頂137.2 m，基巖露頭較好，右岸丘陵低緩，谷底也有凸向河道基巖裸露，河道抗沖性強(qiáng)，河床基本穩(wěn)定，溝谷寬坦，地形相對(duì)破碎，右丘頂高122.1 m，河床NW向，愛(ài)河主河道靠左岸，右岸漫灘發(fā)育，河道寬70 m~80 m，地面高程38 m~43 m。

壩址工程地質(zhì)測(cè)繪和鉆探查明，壩基構(gòu)造簡(jiǎn)單，未見(jiàn)斷層通過(guò)。壩址區(qū)基本地震烈度<Ⅵ度，地震動(dòng)峰值加速度為0.05 g。

2.2 壩址區(qū)筑壩材料賦存條件

塊石料場(chǎng)位于壩址左岸山坡，為擬建電站廠區(qū)，廠區(qū)開(kāi)挖面積60×100 m2，平均開(kāi)挖深度大于6.0 m，儲(chǔ)量豐富、質(zhì)地優(yōu)良。試驗(yàn)測(cè)得，壩基二長(zhǎng)花崗巖飽和抗壓強(qiáng)度Rb為84.4 MPa，輝長(zhǎng)巖Rb為67.2 MPa。

骨料場(chǎng)位于壩址上游400 m至壩址下游400 m范圍內(nèi)，地面高程39.3 m~42.2 m，巖性為砂礫石，揭露深度3.0 m。地下水埋深1.3 m~2.1 m。經(jīng)計(jì)算，粗骨料儲(chǔ)量24.08萬(wàn)m3，細(xì)骨料儲(chǔ)量13.09萬(wàn)m3，儲(chǔ)量充足，各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)合格。

3 泄水建筑物初選

水利水電工程的基本壩型有重力壩、拱壩、土石壩三種，根據(jù)本工程的具體地形、地質(zhì)及建筑物材料等條件論述三種壩型在本工程的適用性。

3.1 重力壩

根據(jù)地勘資料，壩址處覆蓋層較薄，最大5.0 m，最小0.2 m，基巖為二長(zhǎng)花崗巖，巖性單一，沒(méi)有大的不良地質(zhì)構(gòu)造，基巖的物理力學(xué)指標(biāo)較好，修建重力壩比較適宜。

3.2 拱壩

根據(jù)地形資料，壩址區(qū)為丘陵地形，左岸陡峻，右岸低緩，寬約280 m（L），最大壩高約14 m（H），河谷與壩高的寬高比L/H=20，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，在L/H＞4.5的寬淺河谷中，拱的作用已經(jīng)很小，在這種地形條件下不適合修建拱壩。

3.3 土石壩

根據(jù)料場(chǎng)調(diào)查情況，雖然工程區(qū)天然砂礫料、石料儲(chǔ)量豐富，而且質(zhì)量及開(kāi)采條件均較好，但工程區(qū)附近無(wú)粘土料。由于本工程洪峰流量較大，左岸山體陡峭，右岸低緩山丘，地勢(shì)較高，不具備修建岸邊溢洪道的條件，因此本工程不適合采用土石壩型。

根據(jù)以上論述可知，重力壩作為基本壩型，適用于本工程。

根據(jù)本工程地形地質(zhì)條件，適合本工程布置的泄水建筑物主要有溢流壩、泄洪閘、水利自控翻板閘、液壓鋼壩閘、橡膠壩等。

根據(jù)庫(kù)區(qū)上游建筑物及居民點(diǎn)、耕地的情況，在工程總體布置上應(yīng)最大限度的加大泄流建筑物泄流能力，如全河道布置橡膠壩、翻板閘、溢流壩或液壓鋼壩閘，受壩袋、閘門高度等限制，過(guò)流能力有限，均會(huì)對(duì)鳳上線鐵路橋和鳳城市水源地造成影響，參考遼寧省已投入運(yùn)行的低水頭小水電類似工程經(jīng)驗(yàn)，選擇泄流能力較大的泄洪閘作為主要泄水建筑物。

但全河道布置泄洪閘勢(shì)必增加不必要的投資，因此泄洪閘需與其他泄水建筑物組合布置?？紤]橡膠壩壩袋容易被漂浮物損壞，冬季冰凍容易損壞壩袋，且本工程屬于典型山區(qū)河流，汛期洪水陡起陡落，橡膠壩排空時(shí)間長(zhǎng)，無(wú)法滿足工程運(yùn)行要求；而液壓鋼壩閘與水力自控翻板閘相比成本較高、維修養(yǎng)護(hù)復(fù)雜，因此本工程選擇溢流壩和水力自控翻板閘與泄洪閘組合進(jìn)行比較。

經(jīng)調(diào)洪演算，在淹沒(méi)實(shí)物量基本相同的情況下，選用66 m溢流壩和14孔泄洪閘組合與70 m水力自控翻板閘和13孔泄洪閘組合兩種方案進(jìn)行比較，簡(jiǎn)稱溢流壩方案和水力自控翻板閘方案。

4 兩方案工程布置

4.1 溢流壩方案

樞紐建筑物從左至右依次為：河床式水電站廠房、泄洪閘、溢流壩和擋水壩，全長(zhǎng)315.6m。具體布置為：樁號(hào)0+000~0+055.60為電站壩段；0+055.60~0+237.60為泄洪閘段，總長(zhǎng)182m，共14孔，單孔凈寬10 m，泄洪閘為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，閘底檻高程為38.3 m，泄洪閘門為露頂式平面鋼閘門，閘門尺寸為10.0 m×9.2 m（寬×高），閘墩順?biāo)飨蜷L(zhǎng)14.0 m、厚1.5 m，墩頂高程53.5 m，布置檢修閘門及工作閘門各一扇，啟閉機(jī)平臺(tái)高程65.9 m，閘下為消能防沖設(shè)施；0+237.60~0+303.60 m為溢流壩段，總長(zhǎng)66 m，分4個(gè)壩段，壩型為漿砌石重力壩，堰頂高程46.0 m；0+303.60~0+315.60為擋水壩段，壩型為漿砌石重力壩，總長(zhǎng)12 m，壩頂高程為51.9 m。電站廠房上游設(shè)前池，廠房下游接尾水渠，升壓站布置在廠房的左側(cè)偏上游的山坳中，進(jìn)廠公路布置在左岸。

4.2 水力自控翻板閘方案

樞紐建筑物從左至右依次為：河床式水電站廠房、泄洪閘、水力自控翻板閘和擋水壩，全長(zhǎng)316.0 m。具體布置為：樁號(hào)0+000~0+055.60為電站壩段；0+055.60~0+224.60為泄洪閘段，總長(zhǎng)169 m，共13孔，單孔凈寬10m，閘底檻高程為38.3 m，泄洪閘門為露頂式平面鋼閘門，閘門尺寸10.0 m×9.2 m（寬×高），閘墩順?biāo)飨蜷L(zhǎng)14.0 m、厚1.5 m，墩頂高程53.5 m，布置檢修閘門及工作閘門各一扇，啟閉機(jī)平臺(tái)高程65.9m，閘下為消能防沖設(shè)施；0+224.60~0+294.60為水力自控翻板閘段，總長(zhǎng)70 m，共7扇，閘門高5.0 m，單扇跨度10 m，閘檻高程為41.0 m，閘門頂高程為46.0 m；0+294.60~0+316.0為擋水壩段，總長(zhǎng)21.4 m，為漿砌石重力壩，壩頂高程為52.0m，頂寬4.0m，下游壩坡1∶0.75。電站廠房、前池、尾水渠、升壓站及進(jìn)廠公路布置與溢流壩方案相同。

5 主要工程量及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

根據(jù)兩方案的總體布置及各建筑物的結(jié)構(gòu)形式，計(jì)算出兩方案的主要工程量及主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 兩方案主要工程量及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比表

6 泄水建筑物選擇

從地形地質(zhì)條件分析，壩址區(qū)地質(zhì)條件較好、筑壩材料充足，適宜修建重力壩，本工程壩基巖石較好，滿足泄流建筑物消能防沖要求，兩壩型方案均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，兩種壩型沒(méi)有大的差別；從工程布置上分析，兩方案布置相似，均利用泄洪閘作為主要泄水建筑物，溢流壩方案較水力自控翻板閘方案多布置1孔泄洪閘；從水庫(kù)規(guī)模上分析，翻板閘方案校核洪水位高0.04 m，總庫(kù)容大149萬(wàn)m3，淹沒(méi)實(shí)物量差別不大；從工程投資方面分析，兩方案主要工程量和工程造價(jià)差距均不大，水力自控翻板閘方案工程總投資比溢流壩方案多23萬(wàn)元。從施工條件分析，翻板閘施工略復(fù)雜。從工程管理方面分析，石橋水電站位于愛(ài)河下游，壩址處20年一遇洪峰流量達(dá)11400 m3/s，100年一遇洪峰流量達(dá)16700 m3/s，考慮愛(ài)河為山區(qū)河流，汛期洪峰流量大，漂浮物較多，汛期易受上游漂浮物影響。經(jīng)調(diào)查研究，在愛(ài)河這樣有較大洪峰流量的河流上采用5 m高的翻板閘，運(yùn)行、管理和檢修均比較復(fù)雜，維護(hù)成本較高。而溢流壩作為傳統(tǒng)壩型，在國(guó)內(nèi)外工程中比較常見(jiàn)，技術(shù)成熟，具有施工工藝簡(jiǎn)單，實(shí)用耐久、安全可靠，運(yùn)行管理簡(jiǎn)便，維護(hù)成本低等特點(diǎn)，相對(duì)而言溢流壩更加安全可靠、實(shí)用耐久、管理方便，運(yùn)行成本相對(duì)較低。

通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析，兩方案均可行，工程投資基本相當(dāng)，溢流壩方案在運(yùn)行、管理方面更加方便，維護(hù)成本低，因此，推薦選用更為可靠耐用的溢流壩作為本工程基本壩型，即66 m溢流壩和14孔泄洪閘組合方案。

TV65

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1673-9000（2017）03-0079-02

2017-02-10

蘇興大（1981-），男，遼寧喀左人，工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作。