鄂坪水电站溢洪道基础开挖与稳定分析

冯大为（湖北省水利水电规划勘测设计院，湖北 武汉 430000）



鄂坪水电站溢洪道基础开挖与稳定分析

冯大为（湖北省水利水电规划勘测设计院，湖北 武汉 430000）

水利工程建设的目的就是兴利除害，在保障国民经济健康发展和社会各部门需求下，进一步加强保护下游地区人民群众的生命财产安全。水电站溢洪道是河道建筑中最重要的一项建筑，在很多水电站中是必须要设立的建筑物，在施工时要对溢洪道严格要求，这不仅关系着经济利益也关系着人们的财产安全，对溢洪道的开挖施工就要有过硬的技术。本文主要以鄂坪水电站作为研究案例，接着针对其地基地质条件与边坡处理、溢洪道的稳定计算进行详细的阐述。希望对于相关的人士具有参考与借鉴的作用。

鄂坪水电站；溢洪道；基础开挖

1　工程概况

鄂坪水利水电枢纽工程位于湖北省竹溪县鄂坪乡境内汇湾河中游，距竹溪县城30km。电站装机容量114MW，属Ⅱ等工程。本工程正常蓄水位550.0m，水库总库容2.96亿m3。本工程主要建筑物包括：大坝、溢洪道、发电引水系统、导流洞、放空底孔。

溢洪道布置于右岸，为岸边开敞式，最大泄量5990.00m3/s，溢洪道由进口段、闸室段、泄槽段、鼻坎段组成，主体建筑物轴线长187.803m。

2　地基地质条件与边坡处理

溢洪道轴线方向NE47°与岩层走向近直交，溢洪道地表大部分被第四系坡积物覆盖，厚度5～15m，最深达20m左右，下伏基岩均为志留系下统梅子垭组（S1m）粉砂质绢云母板岩和含绢云母粉砂质板岩，岩石风化较强烈，劈理发育。

2.1引水渠段

引渠段长44～60m，底板高程530.00。进口段覆盖层水平厚度5m左右，岩石强风化水平深度14.8m，弱风化43m，微风化深度大于46m，局部岩石发生倾倒蠕动变形。

施工开挖揭露引水渠前缘左导墙地基局部存在蠕变体，裂隙发育，岩体较破碎，强风化层较厚。受构造影响，边坡稳定性差，在开挖过程中，出现多次崩塌。作为永久边坡，对左导墙地基进行了锚索加固，锚索孔径108mm，孔间距4m，呈梅花形布置，孔深18.4m。

引水渠底板基础岩石为粉砂质绢云母板岩和含绢云母粉砂质板岩，靠近左导局部为强风化岩石，其它地段均为弱风化～新鲜岩石。护坦段地质条件较简单，有少量裂隙分布在护坦段前沿。对于护坦地基存在强风化岩石及裂隙充填粘土的的部位，进行了挖除，回填混凝土，可以满足设计要求。

引水渠右侧墙自上而下岩石从弱风化渐变为新鲜岩石，地质条件较简单，开挖边坡坡比1：0.5，边坡较稳定。

2.2闸室段

闸室段基岩裸露，多为强风化，山脊以西大面积被第四系坡积物覆盖。山脊部位覆盖层厚约6.0m，闸室基础座落在弱风化及新鲜岩石上，地质构造简单，无断层，有少量裂隙发育，裂隙多闭合，部分为石英充填。开挖边坡为1：0.5。为了提高地基岩石的力学强度，进行了固结灌浆，同时结合坝基防渗，对闸室基础进行水泥帷幕灌浆。

2.3泄槽段、鼻坎段

泄槽段基岩为砂质、泥质板岩上覆盖层厚约10.0m左右。实际开挖情况表明，该段地质条件复杂，强风化层较厚。由于泄槽段初设阶段只有一个地质钻孔，且与实际位置有一定距离，所揭示的地质情况有局限性，开挖后的地质情况与先前有比较大的差别。设计边坡1：0.75，部分底板基础破碎带进行清挖回填块石混凝土。为了提高地基岩体强度，考虑对其进行固结灌浆加固处理。

鼻坎段地基基岩面出露高程460.00～463.50m，左高右低，岩石基本完整新鲜。其最低高程满足鼻坎设计要求。两岸开挖边坡1：0.75，为工程运行安全对地基基础进行固结灌浆处理。

3　溢洪道的稳定计算

3.1溢洪道闸室

溢洪道闸室计算条件、荷载及其组合见表1。

表1　溢洪道稳定计算荷载组合

混凝土密度r=24.0kN/m3。

静水压力按滑动面以上全水头计算。

扬压力 （闸室段）：帷幕中心线处为α1H，H为全水头，α1为渗透压力强度系数，α1=0.5。

闸室抗滑稳定主要核算闸室基底面上的滑动。按抗剪断强度计算，基底应力按偏心受压计算，成果见表2。

表2　闸室稳定、基底应力计算成果表

抗剪断强度的计算公式：

式中：f——抗剪断摩擦系数，f=0.7；

c′——抗剪断凝聚力，c′=0.5MPa；

A——滑动面面积；

ΣW——作用于闸室上全部竖向荷载对滑动平面的法向分值（包括扬压力）；

ΣP——作用于闸室上全水平荷载对滑动平面的切向分值（包括扬压力）。

基底应力计算公式：

式中：Pmax、Pmin——基底应力的最大及最小值；

ΣM——作用于闸室上全部荷载对基底面形心轴的力矩；

A——基底面的面积；

W——基底面对其形心轴的抵抗矩。

3.2泄槽底板及边墙

泄槽底板抗滑、抗浮稳定计算采用抗剪断强度公式，混凝土/岩石抗剪断强度指标f′=0.7，c′=0.5MPa。扬压力按计算断面处平均水头的20%计。其它荷载：鼻坎自重、水重、拖曳力、脉动压力等。经计算抗滑、抗浮稳定满足规范要求。荷载组合见表3。

表3　溢洪道底板稳定计算成果

溢洪道泄槽边墙采用C25衡重式，墙后填土设计基层填1.0m厚反滤透水石碴。衡重台边墙按两种工况计算其抗滑、抗倾稳定。

工况一：槽内无水，墙后填土，并计入地下水压力，扬压力荷载作用。

工况二：溢洪道宣泄P=0.02%洪水情况，止水失效，墙后填土，外水压力。扬压力按40%水头考虑荷载作用。

以调整墙后填土高度，满足稳定要求。荷载组合及成果见表4。

3.3鼻坎底板及边墙

鼻坎设计洪水（P=2%）时下游水位为451.58m，校核洪水时下游水位454.60m，鼻坎底部建基面高程460.00m高于下游水位。且泄洪时高速水流作用在鼻坎上的动水压力其垂直分量比其水平分量大，混凝土底板最小厚度3.0m，因此，鼻坎的抗滑稳定是有保证的。为防止高速水流可能引起的振动等其他因素，在其底板下设有锚筋，将鼻坎与基岩连成一体。

表4　溢洪道边墙稳定计算成果

鼻坎段采用衡重式边墙，边墙底宽4.0m，其前趾宽1.0m与曲面底板平缝相接。边墙稳定及结构设计同陡槽边墙。

4　结论

（1）溢洪道地基岩石为板岩，属软岩，强风化层较厚，泄槽段部位岩有不程度的蠕变，地质条件较差，开挖过程中存在边坡稳定问题。

（2）闸室基础进行水泥帷幕灌浆，地质条件较差的泄槽段底底板要进行固结灌浆处理。

（3）经过计算，溢洪道结构应力、变形、抗滑及抗倾稳定满足运行要求，抗冲满足规范要求。

［1］祁秀峰，赵 文，杜念文.江坪河电站溢洪道进口预应力锚索施工技术浅析［J］.科技创新与应用，2013.

［2］陈文庆.探讨水电站溢洪道的开挖施工技术［J］.科技与生活，2014 （01）：34～35.

冯大为（1964-），男，高级工程师，本科，主要从事水利水电工程地质专业工作。

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2016-5-20