某水電站泄洪洞出口消能區(qū)河道岸坡防護設計

摘 要：某水電站泄洪流量大、泄洪水頭高，泄洪霧化沖刷嚴重，下游河道及泄洪霧化區(qū)防護治理復雜。文章對泄洪洞出口消能區(qū)河道岸坡防護設計標準、研究思路和實施措施進行了介紹。

關鍵詞：岸坡；防護；泄洪洞

1 泄洪洞布置

某水電站泄洪洞布置于左岸，總長2025m，為無壓洞，出口采用挑流消能。最大泄量3418m3/s，最大泄洪水頭183m，洞身最大流速約40m/s。

泄洪洞出口挑坎型式為扭曲斜切鼻坎，過水面底板寬度由12.0m變?yōu)榈教艨材┒?4.05m。反弧半徑96.12m，挑角30°。挑流水舌沖坑靠近河床左岸。

2 下游河道沖刷區(qū)基本地質條件

泄洪洞出口沖刷區(qū)河段，水面寬120～140m，水深6～12m，河床覆蓋層厚45～63m；左右岸谷坡均為流紋斑巖，具有良好的抗沖蝕能力，但河床漂卵石層及漂塊卵石層抗沖能力較弱。

泄洪洞挑流鼻坎地基巖性為流紋斑巖，地基承載力和抗變形能力滿足設計要求；護坦地基為沖積漂卵石層，結構松散，抗沖能力低，須采取防沖措施，防止溯源沖刷危及護坦。泄洪洞出口下游的河道兩岸低線公路以下河岸覆蓋層由表及里主要為人工堆積、崩坡積及河床沖積層。左岸覆蓋層分布于古崩塌體至尾水出口、泄洪洞出口一帶，其余區(qū)段主要為基巖。

3 出口河段沖防護范圍的研究思路

本水電站泄洪流量大、泄洪水頭高，泄洪霧化嚴重，挑流消能區(qū)淘刷脈動破壞嚴重，左岸有電站尾水出口、開關站等建筑物，右岸在高于河水面約60m有鐵路和車站，在高于河水面約10m有省道公路通過。鑒于省道和鐵路的重要性和防護治理復雜，必須對兩岸河道岸坡及公路的防護范圍和防護措施進行詳細研究，確保泄洪運行不危及成路和兩岸公路及岸坡安全。

已建下游河道護岸工程防護設計思路一般是先沖刷一個汛期，再根據(jù)實際沖刷情況進行防護；或者，首先根據(jù)模型試驗沖刷區(qū)范圍初步確定防護范圍，后期根據(jù)破壞情況再修復。本電站泄洪洞出口對岸岸坡是鐵路的壓腳基礎，不能在泄洪時出現(xiàn)破壞，防護范圍要足夠，防護措施要得當。泄洪洞出口本岸岸坡一旦出現(xiàn)破壞不會立即危及挑流鼻坎和上部開關站建筑物安全。

出口下游河道岸坡破壞分為水舌落水區(qū)淘刷區(qū)、泄洪霧化強雨霧區(qū)及淘刷區(qū)外強涌波區(qū)，確定出上述三個區(qū)域范圍后，即可確定防護范圍。根據(jù)泄洪洞出口沖刷模型試驗成果確定淘刷范圍，根據(jù)霧化數(shù)模計算成果確定霧化強雨霧區(qū)，強涌波區(qū)根據(jù)現(xiàn)場地形條件和沖刷模型試驗成果來確定。

3.1 出口河段沖刷模型試驗成果

泄洪洞單體水工模型試驗表明：下游河道中水流受挑射水流的影響，兩側均形成一定的回流。設計洪水時，左側岸邊水流回流流速為6.91m/s，右側回流流速為5.13m/s。下泄Q=3029m3/s流量時，河床最大沖坑深度31.9m，水舌落于河床后在河道兩側產生的回流對兩岸覆蓋層淘刷較為嚴重，需結合巖基地質條件對該段河流的兩岸采取保護措施。

電站運行階段泄洪洞泄洪霧化控泄標準為2000m3/s流量，因此下泄的100年一遇的消能洪水（Q=2000m3/s）的沖刷情況可以參照模型試驗成果。試驗研究成果可以作為河岸及邊坡防護的依據(jù)之一。

3.2 出口河段沖刷數(shù)模計算成果

根據(jù)泄洪洞霧化數(shù)模計算成果：控泄流量Q=2000m3/s時，雨強大于20mm/h的縱向長度661m。

4 出口河道岸坡防護設計

4.1 出口對岸岸坡防護區(qū)的防護設計

對岸消能區(qū)重點保護段為泄洪霧化強降雨區(qū)和水位變幅巨大波浪淘刷強烈區(qū)域，承擔省道公路以上霧化區(qū)邊坡固腳的作用。該段河道整治工程設計原則，將公路路基以下覆蓋層挖除后回填混凝土，達到既保護巖面、防止沖刷，又可形成公路路基，外側采用C30貼坡混凝土面板，厚1.0m，公路路面厚0.3m，采用C30混凝土。對岸坡貼坡混凝土進行系統(tǒng)錨筋支護和設置系統(tǒng)排水孔，貼坡面板坐落在貼坡基礎上，基礎尺寸2m×2m（寬×高），在基礎外拋投塊石壓腳防沖保護。在樞紐泄洪時，該路段必須封閉，車輛繞行。

4.2 出口本岸岸坡防護區(qū)的防護設計

本岸設有泄洪洞檢修公路。為減輕對岸對鐵路和車站霧化影響，設計的泄洪洞出口水流在中小流量時有砸本岸現(xiàn)象，因此，在泄洪洞護坦下游消能區(qū)預挖沖坑形成挑流水墊，以減輕對本岸淘刷。檢修公路路基及河床岸坡順河向總長約494m，路基寬4m，路面采用C30混凝土，厚30cm。

公路路基以上邊坡清除覆蓋層至基巖，并采用掛網噴混凝土和錨桿支護，同時布置排水孔。

對水流回流沖刷較強區(qū)域，路基采用C20混凝土澆筑，基礎座落在基巖上，拋塊石護腳，巖質岸坡坡面布置錨筋，公路外側岸坡采用C20貼坡混凝土面板，厚1.0m進行封閉，岸坡布置排水孔。在基礎外拋投塊石壓腳防沖保護。樞紐泄洪時，檢修公路必須封閉。

4.3 首次汛期后修復設計

由于汛期電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障，泄洪洞承擔向下游泄放327m3/s流量的供水任務，泄洪洞出口護坦臨河側部分基礎是覆蓋層，部分覆蓋層出現(xiàn)掏空破壞現(xiàn)象，為防止小流量沖刷護坦危及挑坎基礎，對護坦底部覆蓋層和基巖進行固結灌漿處理，基巖基礎固結灌漿參數(shù)：孔徑Φ50，孔深8m，排距2m；覆蓋層基礎固結灌漿參數(shù)：孔徑Φ50，孔深12m，排距2m。對局部掏空部位進行水下C25混凝土回填。

5 結束語

根據(jù)泄洪洞出口對岸鐵路霧化防護重要性確定霧化及防沖標準和研究防護范圍的方法。該工程通過水工模型試驗、霧化數(shù)模計算、地形條件和工程類比確定的防護范圍和高程，經對泄洪洞消能區(qū)兩岸河道邊坡重點部位采取將公路路基及以下覆蓋層挖除后回填混凝土，岸坡采取貼坡混凝土加錨筋與巖面緊密結合和系統(tǒng)排水等綜合措施后，原河道兩岸岸坡抗沖刷能力大大加強。

泄洪洞水庫蓄水第一年運行時間長達1940小時，相當于幾個汛期泄洪時間，第二年又歷經整個汛期運行考驗，期間最大泄量達2550m3/s，最小泄量為200m3/s，泄洪洞出口消能區(qū)河道岸坡防護經受雨霧和水流淘刷涌波考驗。由于目前防沖護岸設計暫無規(guī)程規(guī)范可依，值得借鑒已成功的工程實例較少，本泄洪洞出口消能區(qū)河道護岸的設計經驗值得其它類似工程借鑒和參考。

作者簡介：張婭琴（1980-），女，工程師，主要從事水工結構、巖土與邊坡工程設計。