拉洛水利樞紐截流拋投材料計(jì)算分析

劉曉博，宋 洋，陳 濤

（中國(guó)人民武裝警察部隊(duì)水電第三總隊(duì)，610036，成都）

拉洛水利樞紐截流拋投材料計(jì)算分析

劉曉博，宋 洋，陳 濤

（中國(guó)人民武裝警察部隊(duì)水電第三總隊(duì)，610036，成都）

截流；拋投材料；粒徑；尺寸；數(shù)量；拉洛水利樞紐

截流是水利工程施工的重要環(huán)節(jié)，確定截流拋投材料的尺寸和數(shù)量是截流中的關(guān)鍵問題。合理計(jì)算拋投材料數(shù)量、尺寸、拋投時(shí)機(jī)有關(guān)參數(shù)，并在施工過程中根據(jù)水流變化及時(shí)計(jì)算調(diào)整拋投材料，對(duì)整個(gè)截流具有十分重要的指導(dǎo)意義。

一、拉洛水利樞紐截流基本情況

根據(jù)拉洛水利樞紐截流計(jì)算成果，龍口合龍時(shí)上游水位為4 268.64 m（Q＝45 m3/s），考慮安全超高，確定龍口進(jìn)占堤頂高程4 269.2 m。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，為保證戧堤不受洪水漫溢和沖刷，截流戧堤上游堰體填料應(yīng)及時(shí)跟進(jìn)填筑，在防滲墻施工平臺(tái)上游側(cè)15 m寬度填筑至4 269.2 m高程，并在圍堰上游側(cè)增加1 m高擋水子堰，子堰后期水位回落后拆除。戧堤斷面形式為梯形，上、下游坡比均為1∶1.5；主河床高程約為4 258.3 m，進(jìn)占時(shí)戧堤填筑高約10.4 m；子堰底寬7 m，頂寬3 m，高1 m，上下游坡比均為1∶2。

左、右岸非龍口進(jìn)占時(shí)，將戧堤與上游圍堰一起填筑，進(jìn)占時(shí)戧堤頂4 269.2 m高程，填筑寬度達(dá)40 m以上；龍口進(jìn)占時(shí)，戧堤寬度按9m控制。

本工程非龍口段進(jìn)占分別自左、右岸同時(shí)向河道中間進(jìn)占，預(yù)計(jì)左岸非龍口段進(jìn)占180 m，右岸非龍口段進(jìn)占90 m，預(yù)留龍口寬30 m，龍口布置于靠近右岸側(cè)。

截流流量Q＝45 m3/s時(shí)，截流戧堤龍口合龍后，上游水位約為4 268.76 m，龍口最大平均流速為3.73 m/s，龍口最大流速（戧堤軸線水面上）約為5.60 m/s，相應(yīng)于龍口寬30 m；龍口最大單寬功率68.42（t·m）/（s·m），截流最終總龍口落差為10.71 m。

二、拋投材料計(jì)算

1.截流材料選擇及尺寸確定

根據(jù)截流合龍過程中的水力條件變化情況，各區(qū)拋投料物塊體粒徑按該區(qū)段可能出現(xiàn)的最不利水力條件計(jì)算，參照國(guó)內(nèi)類似工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合施工機(jī)械及拋投技術(shù)條件確定。

截流塊石粒徑計(jì)算：

式中，d為截流塊石化引為球體的直徑，m；v為束窄龍口最大流速，m/s；K為綜合穩(wěn)定系數(shù)；γs為塊石容重，2.6t/m3，混凝土塊取2.4t/m3；γ為水容重，1.0t/m3。

上述公式對(duì)于單個(gè)拋投塊體及群體拋投料分別取不同K值，單個(gè)塊體（立堵）K值取0.86，群體拋投混合料（立堵）K值取0.93。

由龍口合龍水力計(jì)算得到的龍口流速，分別計(jì)算龍口不同寬度拋投的塊石粒徑。龍口流速45m3/s，戧堤高程4 269 m，戧堤頂寬12 m，龍口寬度取30 m。各流速對(duì)應(yīng)的拋投材料最大粒徑計(jì)算成果見表1。

表1 龍口段合龍拋投材料匯總

2.截流材料數(shù)量確定

立堵截流按設(shè)計(jì)斷面計(jì)算工程量，計(jì)算公式：

式中，W為戧堤體積，m3；為龍口平均寬度，m；Ω為戧堤斷面面積，m2。

計(jì)算得截流期間各種材料拋投用量見表2。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件及對(duì)當(dāng)?shù)亻_挖材料狀況的了解，宜選用石渣料（＜30 cm）、塊石料（30～70 cm）、特殊料（＞70 cm）作為截流拋投材料。石渣料主要采用現(xiàn)場(chǎng)邊坡開挖石渣料及砂礫石料，塊石料自壩肩爆破開挖料進(jìn)行分選，特殊料為現(xiàn)場(chǎng)制備混凝土預(yù)制塊和鋼筋石籠。特殊料的尺寸特性見表3，特殊料拋投用量見表4。

3.不同粒徑材料數(shù)量拋投規(guī)劃

根據(jù)截流水力學(xué)計(jì)算成果表，隨著龍口寬度的變化相應(yīng)拋投材料粒徑和數(shù)量有變化。本工程將龍口合龍過程寬度和高度劃分區(qū)段，按分區(qū)最大流速來計(jì)算所需材料粒徑和數(shù)量（見圖1、圖2）。

表2 截流戧堤進(jìn)占及龍口合龍拋投材料

表3 截流特殊料拋投材料尺寸特性

表4 截流特殊料拋投材料用量

圖1 龍口縱斷面拋填圖

圖2 戧堤龍口橫斷面

拋投材料分為3個(gè)區(qū)層，Ⅰ層4 265 m以下，主要拋投塊石料和預(yù)制塊體以及鋼筋石籠混合以石渣料，視水流和拋投體穩(wěn)定情況，在龍口下游側(cè)拋填大塊物料，上游側(cè)填石渣料。根據(jù)水位庫(kù)容關(guān)系曲線，在11小時(shí)內(nèi)完成4 265 m以下拋填，則龍口合龍，拋填量為4 608 m3（含Ⅰ層3 744 m3和Ⅱ-1、Ⅱ-2、Ⅱ-6、Ⅱ-7共864 m3），拋投強(qiáng)度410 m3/h。Ⅱ?qū)訛? 265～4 268 m，拋填石渣料和砂礫石，拋填量1 476 m3，可在4小時(shí)內(nèi)填完。Ⅲ層4268～4269m，拋填石渣料和砂礫石，拋填量560m3，可在2小時(shí)內(nèi)填完。

三、結(jié)語

通過拉洛工程截流實(shí)際情況來看，截流過程中的實(shí)際材料使用情況和上述計(jì)算基本吻合，但仍存在以下問題需要改進(jìn)：

①備料量計(jì)算過于保守，所用的塊石和石渣混合料在拋投過程中流失率較小，按30%計(jì)算流失量偏大，根據(jù)用料情況，實(shí)際流失率約15%。

②戧堤滲透流量和上游河槽調(diào)蓄流量導(dǎo)致截流設(shè)計(jì)拋投料粒徑偏大。因此對(duì)截流戧堤的滲漏量和上游調(diào)蓄流量進(jìn)行計(jì)算,為截流水力計(jì)算提供參考,對(duì)促進(jìn)江河截流施工組織設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)、合理、高效等方面具有重要的意義。

[1]肖煥雄.施工水力學(xué)[M].北京：水利電力出版社，1992.

[2]水利水電施工組織設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，1996.

責(zé)任編輯 張瑜洪

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1000-1123（2016）20-0058-02

2016-10-18

劉曉博，工程師。