工程概述
尼尔基水利枢纽位于黑龙江省与内蒙古自治区交界的嫩江干流中游，距齐齐哈尔市130公里。是一座具有防洪、工农业供水、发电、航运、环境保护和渔苇养殖等综合利用效益的大型水利枢纽工程，它不仅是松花江流域防洪工程体系中的控制性骨干工程，也是开发建设松嫩平原，实现北水南调的控制性水源工程。水库总库容为86.1×108 m3，电站装机容量为250 MW。
尼尔基工程枢纽工程主要由：土石坝、岸坡式溢洪道、河床式电站厂房、灌溉引水建筑物组成。尼尔基工程为一等工程，溢洪道属于一级建筑物，全长875m，由进水渠、控制段、泄槽段、消力池段及出水渠五部分组成。其设计洪水标准为千年一遇洪水（P=0.1%），相应上游库水位为218.15m，下泄流量为14227m3/s；校核洪水标准为可能最大洪水（PMF），校核洪水位为219.90m，相应下泄流量为20300m3/s。消能防冲设施设计洪水标准为百年一遇洪水（P=1%），相应下泄流量为8097m3/s。溢洪道纵剖面图见图1。



2. 工程地质条件
岸坡式溢洪道布置在右岸的白土山台地上，地面高程197～222m。覆盖层自上而下依次为：粘土层、含泥碎石层、含碎石或含砾石壤土层。
进口段和控制段基岩为片岩和绿帘长英角岩。堰基下游为石英斑岩、花岗岩和花岗闪长岩，前者强风化带下限在岩面下4～6m，后者强风化带下限除局部为1～2m外，大部分在岩面下6～16m。控制段建基高程196.5～197.5m，位于绿帘长英角岩弱风化带上、中部，岩石坚硬，完整性较差，地质条件可满足设计要求。
消力池段地面高程197～203m，岩面高程193～197m，两侧边坡上部为粘土、含砾粘土、含泥砂砾石和含碎石壤土层，中下部和池底多为弱风化的花岗岩，由于花岗岩节理裂隙发育，岩石完整性差。
3. 工程布置
3.1 进水渠
溢洪道进水渠长约340m，渠底高程195.50m，底宽166m。进水渠开挖成梯形复式断面。控制段前60m范围内设置混凝土导墙与闸室边墩相连。由于渠底岩石较好，进水渠水流流速低，除控制段前15m范围内渠底用30cm厚混凝土衬砌外，其余渠底不衬砌，只将两侧开挖边坡岩面线以上部分做干砌石护坡。
3.2 控制段
溢洪道控制段长42.4m，堰体采用WES型堰面曲线，堰顶高程199.80 m。共设11孔，单孔净宽12.00 m，溢流前缘总长为166 m。溢流堰及闸墩采用分离式结构，在堰体中间设永久结构缝。工作闸门为12×19 m（宽×高）的弧形工作闸门，由2×2000kN液压启闭机启闭。弧门前设一道平板检修闸门。
闸墩长39.50 m，厚3.40 m，顶高程221.00 m，顶部设有交通桥和工作桥。弧形工作门支铰高程为207.80 m，支铰距离闸墩表面0.80 m，弧门总推力为30.20 MN。
由于弧门水推力过大，闸墩较薄，再加上支铰与闸墩间距较大、常规的钢筋混凝土结构难以满足闸墩在正常、持续工作荷载下的限裂要求，因此采用预应力混凝土支撑结构。
本工程采用一种全新的空腔式预应力结构型式，其设计指导思想为：通过简支梁传力结构，将锚束的预压力转移到弧门推力的作用线附近，在闸墩颈部断面外表面产生压应力集中，用来抵消全部或大部分弧门推力所产生的拉应力。从而可以充分发挥预应力的作用，以达到节省钢绞线和锚具的目的。待锚束张拉结束后，将预留空腔用微膨胀混凝土回填，这样既不影响锚块的整体性，又可保证回填混凝土不承受主锚束在张拉工程中产生的次生拉应力，而只承受弧门推力产生的压应力，保证单、双侧弧门推力在闸墩颈部产生的拉应力基本不变。根据三维有限元计算成果，预留空腔长度为4.4m。
闸墩预应力锚块尺寸为7.0m×4.8m×5.25m（长×宽×高），中墩布置主锚束14束，沿闸墩中心线对称布置，每侧一排，每排7层，水平次锚束12束；边墩只在靠近弧门侧布置一排7层主锚束和12束水平次锚束。其中主锚束方向均与弧门水推力方向相同。主锚束的控制张拉吨位为3.5 MN/束，水平次锚束的控制张拉吨位为2.3 MN/束，预应力与弧门推力之比为1.39，居国内领先水平。
在锚块下表面与闸墩的交界面上还设有弹性垫层，使之与闸墩全部脱开。从而改善闸墩颈部受力条件，使闸墩受力明确。预应力闸墩采用两端对拉的后张法施工，为此，在闸墩上游侧设有锚固预留槽，方便张拉，待张拉结束后再行回填。
3.3 泄槽段
泄槽段总长248.50m，为矩形断面陡槽，底板宽度为166m。泄槽底坡度为i=0.018，建基于弱风化带上部，钢筋混凝土底板厚0.5m，部分地段建基于强风化下限的底板加厚至1.5m。泄槽侧墙为混凝土重力式挡墙，墙后局部回填砂砾石弃料，开挖边坡岩面线以下部分采用喷锚混凝土防护。
3.4 消力池
消力池总长为178.63m，由连接段、消力池段、护坦段三部分组成。
连接段底板宽166m，底板高程由187.50m过渡到177.00m。连接段前部为33.03m长的渥奇段，与泄槽段相连。渥奇段上布置有一级差动式齿坎：齿坎采用间距为4.0m的等间距布置方式，共计14个，齿坎表面为R=16m的反弧，坎顶高程为188.05m，两侧两个齿坎宽度为6.0m，其余12个齿坎均宽度为8.0m宽。连接段后部是R=20m的反弧段，连接渥奇段与消力池底板。
消力池段平面呈扩散状，自166.0m扩至214.528m。扩散段边墙与泄槽段边墙以R=60m弧相接，扩散角17°。消力池底高程177.0m，建基于弱风化花岗岩上，混凝土底板厚3m。消力池边墙采用混凝土重力式，墙高24m。消力池段末端设置二级差动式消力坎：横向布置18个正坡坎，17个逆坡坎；正坡坎高8.0m，坡度为1:2；逆坡坎高4.4m，两侧坡均为1:2。可较好地解决下游消能防冲问题。
消力坎后接护坦段。护坦采用逆坡型式，高程由177.00m抬高至179.00m。护坦底板为3m厚钢筋混凝土结构，并在右侧设有导墙，直到尾渠末端，宽度由214.528m扩散至240.0m。
3.5 出水渠
护坦后开挖45m长出水渠与下游河道相连，渠底高程179.00m，用反坡与下游河道相接。
4、结论
尼尔基水利枢纽岸坡式溢洪道的工程规模和泄量都属国内较大，因此采用了较先进的设计型式。新型预应力闸墩不仅较好地解决了大推力预应力闸墩的限裂要求，而且施工方便，节省了预应力钢绞线和锚具；先进的双差动扩散式底流消能形式，解决了低水头、大泄量、低弗汝德数水工建筑物的消能难题，并经水工模型试验验证，布置合理，消能效果良好。