中梁一級水電站溢洪道出口右岸處理設計

鄧小兵, 李娟娟

(1.五凌電力有限公司,湖南 長沙 410004;2.中國水電顧問集團 中南勘測設計研究院,湖南 長沙 410014)

1 工程概況

中梁一級水電站位于重慶市巫溪縣境內大寧河干流西溪河上,壩址控制流域面積 525 k m2,多年平均流量 17.1 m3/s,多年平均徑流量 5.39億m3。壩址位于中梁鄉青巖洞橋上游約 200 m處,距巫溪縣城 49 k m。電站采用水庫式開發,水庫正常蓄水位高程 625 m,總庫容 9 859萬 m3,總裝機容量 72 M W,屬Ⅲ等中型工程。大壩為 2級建筑物,泄洪建筑物、輸水建筑物為 3級。大壩、泄洪建筑物、輸水建筑物按 100年一遇洪水設計,2000年一遇洪水校核。工程樞紐由攔河壩、左岸溢洪道、左岸輸水放空隧洞、右岸引水隧洞、地下廠房及開關站等組成。攔河壩采用混凝土面板堆石壩,最大壩高 118.5 m,壩頂長 243 m。溢洪道緊臨混凝土面板堆石壩左壩肩布置,由進水渠、閘室、泄槽、挑流鼻坎四部分組成。溢洪道宣泄洪水、水舌挑入河床后,對出口右岸邊坡有一定的淘刷破壞,下游河道部分區域流速過大,對局部邊坡需采取適當的防護措施。

2 地形地質條件

2.1 地質描述

圖 1 地震波折射勘探剖面布置圖

溢洪道出口右岸塌滑堆積體(亂石窖)緊臨壩址下游,分布高程在 525～750 m,坡角約 35°,厚 5～46 m,方量約 200～230萬 m3。原巖為嘉陵江組(T 1J)白云質灰巖,現后緣殘存有一近東西向、高約 60 m的光面。堆積物由塊石、碎石土組成,塊石大小不一,大者數十方,坡面上多生有灌木。據鉆孔與物探查明堆積體分為 2層:上層為殘坡積物(波速 650～950 m/s),以碎石夾粘土為主,厚度 15～22 m;下層為崩塌堆積物(波速 1 400～2 200 m/s),以崩石為主,存在架空現象,厚度 15～25 m。下伏基巖頂界面埋深(波速 4 100～4 500 m/s)25～46 m。地震波折射勘探情況如圖 1和圖 2所示。

現上壩公路從堆積體高程 580～620 m通過,河邊高程 530～535 m分布有原過境鄉村公路。

圖 2 地震波折射勘探剖面圖

2.2 物探成果

該測區勘探的主要目的是了解塌滑堆積體的厚度,地層巖性為三疊系大冶組(T 1d)、嘉陵江組(T 1j)。測區共布置物探剖面 5條,其成果見表 1。亂石窖塌滑堆積體的波速變化較大。結合現場具體地質情況,將塌滑堆積體按波速大致劃分為 2層:第 1層波速為 650～950 m/s,為殘坡積物,成分以碎石夾粘土為主,厚度一般為 15～22 m;第 2層波速為 1 400～2 200 m/s,為崩塌堆積物,成分以塊度較大的崩石為主,存在架空現象,厚度一般為 15～25 m。當波速大于 1 900 m/s時,經分析認為是以崩塌的大滾石為主。根據現場調查及對波速變化進行分析得知,測區中有大滾石且存在架空現象的區域主要分布在 D 2剖面以下、D 1剖面 2#～14#樁以及公路以上的范圍內。D 2剖面以上區域崩塌堆積物成分以塊石夾碎石為主,其厚度可能包含部分強風化基巖。

表 1 亂石窖塌滑堆積體各層波速指標和下限深度統計表

塌滑堆積體的前緣邊界基本以公路為界,下游緣邊界已超過 D 1剖面 17#樁,后緣邊界不明顯。下伏弱風化 ～新鮮基巖頂界面縱波速度為 4 100～4 500 m/s,速度較穩定,未發現低速帶通過。

2.3 地質部門提出的處理意見

邊坡與地基處理:因該段為大型塌滑堆積體,結構由大塊石、塊石及碎石土組成,塊石大小不一,大者數十方,有架空現象。結構主要處于溢洪道泄洪出流對沖區,需進行部分開挖削坡。開挖時必須保證臨時邊坡的施工安全,同時需進行強力加固與支護,防護地基必須刻槽嵌入基巖,防護結構既要抵抗泄洪水流沖刷,又須抵御堆積體變形影響。

3 溢洪道水工模型試驗

當溢洪道下泄中小流量時,水舌挑距不足,對挑坎末端平臺有一定影響,但不影響右岸出口邊坡的穩定性。

當溢洪道兩孔閘門全開、下泄大流量時,從試驗中可以看到,水舌直接挑入到下游主河床,落點位置較好。由于受地形及沖刷淤積的影響,右岸河道拐彎處附近水位壅高,與壩腳處形成較大水位差,在入水區右岸至壩腳區域形成較大范圍的回流。P=1%時,右岸最大回流流速為 6.28 m/s,水舌入水后左岸也出現一回流,最大流速值為 3.6 m/s,須加強岸坡的防護。

下泄水流對岸坡坡腳有一定的淘刷作用,沖坑形態較規則。P=0.05%試驗工況時,最深點出現在下游河道中心線附近,最大沖深 20.44 m(鋪沙高程為 518 m),最深點高程為 497.56 m。沖坑數據見表 2。

表 2 各工況沖坑數據表

4 溢洪道出口右岸的處理設計

4.1 相關參數擬定

(1)永久開挖坡比的擬定:由于溢洪道出口右岸巖體由大塊石、塊石及碎石土組成,塊石大小不一,大者數十方,有架空現象。經綜合考慮,確定永久開挖坡比為 1∶1.3,同時在高程 550 m和高程 570 m處各設一級 2 m寬馬道。

(2)混凝土擋墻頂高程及混凝土護坡高程的擬定:為避免溢洪道出流掏刷出口右岸坡腳,擬采用混凝土擋墻護腳。為盡量降低擋墻高度,擋墻墻頂高程取下游校核水位高程。該工程設計洪水位時下游最高水位高程為 530.09 m,校核洪水位時下游最高水位高程為 530.88 m。由于 2005年6月 21日壩址下游青巖洞橋右岸岸坡發生崩塌淤塞河道致使下游河道抬高約 5 m左右,即下游校核洪水位時最高水位高程將達到 535.88 m,因此,將混凝土擋墻頂高程定為 535 m。

從模型試驗可知,由于出口水流對沖,右岸最高壅水將達到高程 545 m。為避免壅水掏刷邊坡,擋墻頂至最高壅水位段邊坡采用鋼筋混凝土板保護,護坡高程至 550 m。

(3)混凝土擋墻軸線位置及擋墻底高程的擬定:溢洪道出口右岸坡頂為巫溪至城口公路,亦是該工程的上壩公路?；炷翐鯄S線位置以開挖邊坡不挖斷公路為準。

根據水工模型試驗沖坑形態、參照《水力學計算手冊》和《混凝土重力壩設計規范》的規定,將混凝土擋墻底部設置在下泄百年一遇洪水所形成的沖坑最低點起以 1∶2.5的坡比所確定的包絡圖以下位置,即擋墻軸線到沖坑最低點的水平距離大于、等于 2.5倍的擋墻基底到沖坑最低點的高差。

(4)擋墻外側平臺高程的擬定:根據現場實際情況,溢洪道出口河床高程現為 515 m,故擋墻外側平臺應不低于高程 515 m,同時考慮泄洪落點會沖刷右岸邊坡,故擋墻外側平臺高程不宜太高,否則因水流沖刷跨塌可能造成輸水放空洞出口堵塞。根據地質資料,臨河床高程 520 m左右有基巖出露,結合水工模型試驗分析,擬定 P=1%洪水落點(樁號坡 0±000.00)下游 30 m范圍擋墻外側平臺高程為 520 m,落點上游樁號坡 0-090.00～坡 0±000.00段平臺高程由 525 m漸變到 520 m,落點下游樁號坡 0+090.00～坡 0+030.00段平臺高程由 525 m漸變到 520 m。

4.2 溢洪道出口右岸的處理布置

為避免溢洪道下泄水流沖刷出口右岸堆積體,造成堆積體垮塌而淤塞河道及輸水放空洞出口,影響工程安全運行,遂對溢洪道出口右岸堆積體開挖減載并進行擋護處理,具體情況如下:

邊坡開挖坡比為 1∶1.3,并于高程 550 m和570 m處各設一馬道,馬道寬度均為 2 m,坡腳樁號坡 0±000.00～坡 0+030.00段開挖至高程520 m;樁號坡 0±000.00～坡 0-090.00段和樁號坡 0+030.00～坡 0+090.00段坡腳高程由520 m抬升到 525 m。

開挖邊坡坡腳需采用混凝土擋墻進行防護,擋墻墻頂高程為 535 m,墻底高程樁號坡 0±000.00～坡 0-030.00及坡 0±000.00～坡 0+030.00段均由高程 512 m抬升至 516 m;樁號坡 0-030.00～坡 0-090.00段由 516 m抬升至518 m,樁號坡 0+030.00～坡 0+090.00段為516 m?；炷翐鯄εR河側平臺(高程 520～525 m)以上部位混凝土強度標號為 C 25,以下部位采用埋石混凝土,混凝土強度標號為 C 15,埋石率為30%。擋墻采用重力式,背坡 1∶0.5,面坡鉛直,擋墻頂寬 4 m,最大高度 23 m。擋墻墻腳回填石渣,表面鋪大塊石進行防護。

為避免壅水掏刷墻頂邊坡,將擋墻墻頂至高程550 m段邊坡采用 0.5 m厚鋼筋混凝土板進行保護。為增強護板的穩定性,在坡面布設 φ 25,L=5.7 m,間排距 3 m的錨筋,錨筋伸入基礎 5m,外露0.4 m,彎折 0.3 m,并與護板鋼筋網焊于一體。

為避免泄洪時水霧影響邊坡穩定,對高程550 m以上的邊坡進行噴護處理,采用 C 20混凝土噴護 10 c m。同時。在坡面設排水孔,孔深 1.1 m,孔內埋設 φ 45 P V C花管,排水孔外傾 3%,間排距 3 m,梅花形布置。

4.3 溢洪道出口右岸處理的施工技術要求

(1)邊坡開挖采用由上而下的開挖方式,一期邊坡按 1∶1.3開挖至高程 520～525 m;

(2)高程 520～525m以下部位采用逐段抽槽開挖、逐段砌筑擋墻的施工方法,每段不超過 15 m;若兩段或多段同時施工,相鄰兩工作面間距不小于 45 m,待抽槽開挖段混凝土澆筑完成后,方可進行相鄰段的開挖施工;

(3)擋墻基礎必須置于基巖上。當開挖擋墻設計高程的實際基礎不是基巖時,應及時通知設計工程師,以確定處理方案;

(4)擋墻采用 C 15埋石混凝土,埋石率為30%,混凝土澆筑時埋石必須均勻分布,不得集中埋于一處;

(5)鋼筋混凝土護板施工時,坡面應清除浮渣,并整理平整。

5 結 語

中梁一級水電站溢洪道宣泄洪水時,下泄水流沖刷出口右岸堆積體并造成堆積體垮塌淤塞河道及輸水放空洞出口,影響工程安全運行,對溢洪道出口右岸堆積體開挖減載并進行擋護處理,起到了很好的防護作用,希望能對同類工程起借鑒作用。