戈兰滩水电站泄水建筑物设计

２００９年第２８卷增刊・ＤＷＲ呱水利水电工程设计
戈兰滩水电站泄水建筑物设计
包冀邢
吴正桥
白俊岭蔡胜利
摘要戈兰滩水电站泄水建筑物集中布置在主河道，且表孔和底孔采用“五表二底”的高低重叠布置方式。

采用
宽尾墩一消力池一底孔跌流联合消能方式。

水工模型试验表明宽尾墩形式效果良好。

表、底孔已经投入运用，运行
结果表明设计是合理的。

关键词
泄水建筑物
宽尾墩
消力池
底孔
跌流联合消能
戈兰潍水电站
中图分类号Ｔｖ６５ｌ文献标识码Ｂ
文章编号１００ｒ７．６９踟（２００９）增刊＿０００ｒ７埘
戈兰滩水电站坝址为基本对称Ｖ形河谷，大坝为全断面碾压混凝土重力坝，最大坝高１１３
ｍ。

大坝分为左岸非溢流坝段、电站取水口坝段、泄水坝段、右岸非溢流坝段，主要建筑物的洪水标准按１００年一遇洪水设计，入库洪峰流量９
７１０ｍ３／ｓ，ｌ
０００年一遇洪水校核，入库洪峰流量１４
０００
ｍ３，ｓ。

泄水建筑物消能防冲设施按５０年一遇洪水设计，１００年一遇洪水校核。

１泄水建筑物
１．１泄水建筑物布置
根据水库运用要求和地形、地质条件，经比选，泄水建筑物集中布置在主河道且表孔和底孔采用“五表二底”的重叠布置方式见图ｌ。

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圈ｌ戈兰滩水电站泄洪建筑物平面布置图
表孔共设５孔，布置在９。

一１２。

坝段上，为开敞式溢流堰，孔口尺寸为１３
ｍ×１８
ｍ，堰顶高程
４３８．００
ｍ。

每孔均设工作闸门和事故检修闸门，工
作闸门为露顶式弧形闸门，由２×２０００
ｋＮ液压启
闭机操作，启闭机室设在闸墩顶部下游侧；工作闸门前设置叠梁检修闸门，由坝顶３
２００
ｋＮ门机启
闭。

闸墩顶部设有工作桥、交通桥等。

底孔主要功能是泄洪排沙，共设２孔，布置在１０。

、１１’号坝段表孔中墩底部，为坝身有压孔，孔口尺寸为４
ｍ×７
ｍ，孔底高程３９５．００ｍ，出口布
置在宽尾墩无水区内，出口孔口尺寸为４
ｍ×６ｍ，
后接短泄槽，通过跌流至下游消力池。

底孔首部设置ｌ道平板事故检修闸门，由坝顶３２００
ｋＮ门机启
闭，工作弧门布置在出口处。

由２
０００
ｋＮ液压启闭
机启闭，启闭机室设在底孔下游的边墙上。

１．２泄水建筑物体形设计１．２．１表孔体形设计
溢流坝上游面铅直，堰顶高程为４３８．００ｍ，距上游面４．２３ｍ，以此为原点，溢流堰采用开敞式堰面曲线，堰面曲线方程为＇，＝０．０５００３７石１’衢，末点高程为４２１．３８ｍ，距上游面２７．２９ｍ，末点以下与１：０．７５下游坝坡相切，坝坡下部至高程３６５．２０ｍ，距上游面６９．４２２ｍ处采用半径为２３ｍ的反弧与底板高程为３５６．００ｍ的消力池相接。

闸墩为宽尾墩型，边墩的厚度为４．５ｍ，中墩
的厚度为５．５ｍ（下无底孔）和１０ｍ（下有底孔）闸墩的墩头过水处采用半径为２ｍ的ｌ，４圆，其余为直段，墩尾为Ｙ形宽尾墩，宽尾墩最大高度为３０．９ｍ，长度１２ｍ，边墩墩尾宽度４．４ｍ，中墩中间孔墩尾的宽度４．１ｍ，中墩边孔墩尾的宽度３．８
ｍ，
各孔孔口底宽均由１３ｍ缩窄至４．８ｍ，收缩比均为０．３６９，见图２。

图２戈兰滩水电站表孔剖面图
・８・水利水电工程设计硼聊皿・２００９年第２８卷增刊
１．２．２底孔体形设计
底孔担负着泄洪、排沙任务，布置在表孔中墩之下，底板高程３９５．００ｍ，共设２孔，采用有压孔设计。

进口为喇叭口，顶部采用椭圆曲线，长半轴为７．５ｍ，短半轴为２．５ｍ，两侧曲线采用ｌ，４椭圆，长半轴为３ｍ，短半轴为ｌｍ，下部为半径１．５ｍ的ｌ，４圆弧。

孔身的长度３２．８５ｍ，断面为４ｍ×７ｍ的矩形，其中出口断面处５ｍ范围顶板采用ｌ：５的压坡，出口断面的尺寸为４ｍ×６ｍ。

出口段为明流，至坝轴线下５０ｍ处跌落到消力池，出口段长度为ｌＯｍ，宽度由４ｍ扩散至６ｍ，底面１．３７ｍ范围采用半径为５０ｍ的圆弧过渡，后８．６３ｍ为ｌ：３９．９的缓坡，跌落处的高程为３９４．７６５ｍ。

底孔首部设置１道平板事故检修闸门，由坝顶３２００ｋＮ门机启闭，工作弧门布置在出口处，由２０００ｌ【Ｎ液压启闭机启闭，启闭机室设在底孔下游的边墙上。

圈３戈兰滩水电站底孔剖面圈
１．３水力计算
（１）表孔泄流能力按开敞式溢流堰泄流能力公式计算，计算成果见表ｌ。

表ｌ衰孔泄量计算成果表
上游水位，ｍ４４６．１４４４９．１２４５１．１９４５２．９８４５３．２４４５４．６９４５５．５６４５６．５６４５７．３４流量系数０．４５７Ｏ．４８０．４９２Ｏ．５０ｌ
Ｏ．勉０．５０７Ｏ．５０９０．５１１０．５１３泄流量，（矗・８。

１）２７４６４６ｌｌ６１０８７５２ｌ７７３５８９６０９７０３ｌｏ５８５ｌｌ２９３
（２）底孔泄流能力按有压流的基本水力公式计算，计算成果见表２。

裹２底孔泄量计算成果表
２水工模型试验
为了验证泄水建筑物的过水能力、水流流态和消力池的消能效果等，进行了表、底孔断面模型和水力学整体模型试验。

模型按重力相似率设计为正态模型，整体模型长度比尺为Ｌ，＝９０，断面模型长度比尺为￡，＝５０。

试验针对宽尾墩溢流坝一岸边式厂房方案进行坝面、消力池及下游河道的流态、流速、水面线等水力要素进行观测，对整体布置的合理陛、泄流能力、消能防冲效果等方面进行评价。

２．１泄水能力的试验成果
（１）表孔泄流能力试验成果见表３。

表３表孔泄量试验成果表
上游水位／ｍ４４６．１４４４９．１２４５１．１９４５２．１９８４５３．２４４５４．６９４５５．５６４５６．５６４５７．３４流耸系数０．４６５０．４７ｌＯ．４７４０．４７８０．４７９Ｏ．镐２Ｏ．勰３Ｏ．４８５Ｏ．鹪８泄流量，（矗・ｓ叫）２９５２４７７３６２０５７５７５７７８７８９９８９７２３ｌＯ嬲ｌｌ３４０
（２）底孔泄流能力试验成果见表４。

裘４底孔泄量试验成果表
库水位，ｍ４４６４５３４５３．１９４５５．５４４５６４５７．２９流量系数Ｏ．蛳５Ｏ．９７２３Ｏ．８７２４０．８７３９Ｏ．８７４００．８７４７泄流量／（矗・８—１）ｌ钾６．４ｌ３７５．４ｌ３７８ｌ４０９．４ｌ４１５．２ｌ４３２
２．２宽尾墩的试验成果
原设计中宽尾墩的底宽由底宽由１３ｍ缩窄至６ｍ，收缩比为０．４６ｌ，试验发现宽尾墩对水流的纵向拉开效果不明显，考虑泄水初始阶段下游河道水位尚低，继而考虑下游河道水位计算值与原型实际可能存在一定误差，试验中当把下游河道水位降低２—３ｍ后，设计和校核标准泄洪时，消力池消能明显不足，水流呈急流越过尾坎，造成防冲板下游河床产生冲刷。

鉴于以上原因，对宽尾墩体形进行修改，中间３孔的宽尾墩在起始断面位置不变，高程不变的基础上，将中间孔墩尾的宽度由原来的３．５ｍ加宽为４．１ｍ，孔收缩比由０．４６１减小到０．３６９。

２个边孔采用外侧的宽尾墩宽由原来的３．８ｍ加宽为４．４ｍ，内侧的宽尾墩宽由原来的３．２ｍ加宽为３．８ｍ，起
（下转第２６页）
・２６・水利水电工程设计硼傩也・２００９年第２８卷增刊
所有钢筋混凝土梁均依据公路桥涵规范进行内力、配筋计算。

由于桥梁处于溢流坝段，对混凝土梁变形及裂缝宽度进行验算，裂缝宽度按照不超过０．２嘞的要求进行控制。

轨道钢箱梁按照规范进行内力和各控制截面的应力计算，由于施工门机工作时对钢箱梁为偏心荷载，对钢箱梁的横向刚度和抗倾覆进行了核算；钢箱梁的跨中挠度除满足规范要求不大于￡／８００外，还必须满足门机轨道对钢梁的变形要求，并依据计算结果设置预拱度。

４。

３支座形式的选择
所有钢筋混凝土梁的梁端支座剪力都不大，从安装和更换简便等方面考虑采用板式橡胶支座，根据每根梁的支座剪力和断面情况选用不同截面和高度的板式橡胶支座；门机钢箱梁梁端支座剪力比较大，达到３２５０ｋＮ，从混凝土局部承载面积和适应钢结构温度变形的需要考虑，采用钢支座，其中一端固定，而另一端为滑动支座，钢支座与钢箱梁一道由专业制作厂家制造后运至现场安装。

５结语
戈兰滩水电站坝顶门机及交通桥已与２００９年初建成并投入使用，由于设计时充分考虑了施工方法和现场施工条件限制等问题，合理布置梁系结构，并依据施工需要对设计进行了优化，充分满足了永久启闭门机和临时施工门机的共轨使用钢箱梁的需要，既满足了施工工期的要求，也取得了良好的经济效益。

作者简介
陈华兵男高级工程师中水北方勘测设计研究有限责任公司天津３０吆２２
张宁女工程师中水北方勘测设计研究有限责任公司天津３０呓２２
周磊男助理工程师中水北方勘测设计研究有限责任公司天津３００２趁
郭春雷男工程师中水北方勘测设计研究有限责任公司天津３０ｃ１２２２
（收稿日期２００９—０９—２２）
（上接第８页）
到使水流向池内偏转的作用，孔收缩比也是０．３６９，原设计宽尾墩与模型试验修改宽尾墩的比较见表５。

表５原设计方案、修改方案表孔宽尾墩收缩比和单宽流量比较表
试验证明修改后的宽尾墩形式效果良好，减少了边孔水舌落在消力池边壁的几率，消力池的流态和消能效果良好。

３结语
戈兰滩水电站泄水建筑物采用“五表二底”的重叠布置方式，表孔和底孔集中布置在主河道上，适应狭窄山区河流的自然条件，布置紧凑，运用灵活方便。

采用宽尾墩一消力池一底孔跌流联合消能方式，提高了消能效率，减小了消力池长度，节省投资，最大限度地降低了泄洪对下游岸边电站尾水出流的影响。

２００８年工程已经蓄水发电，目前，其中表、底孔均已投入运用，运行结果表明设计是合理的。

作者简介
包冀邢男高级工程师中水北方勘测设计研究有限责任公司天津３００２２２
吴正桥男教授级高级工程师中水北方勘测设计研究有限责任公司天津３０吃２２
白俊岭男高级工程师中水北方勘测设计研究有限责任公司天津３００２２２
蔡胜利男工程师中水北方勘测设计研究有限责任公司天津３００２２２
（收稿日期２００９—０９—１８）。