烏弄龍水電站下游圍堰防沖墻布置研究

萬 明 棟， 吳 俊 麗， 崔 景 濤

(1.中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081；2.華能瀾滄江水電股份有限公司，云南 昆明 650000)

1 概 述

烏弄龍水電站下游圍堰導流標準選用20 a重現期洪水，相應洪水流量為5 900 m3/s(全年)。下游圍堰堰頂高程1 828 m，頂寬10 m，迎水側和背水側坡比均為1∶1.75，圍堰最大高度為21 m，堰體水下采用C20混凝土防滲墻(80 cm厚)防滲，水上采用復合土工膜直心墻，圍堰水上部分堰體由碾壓石渣料、過渡料Ⅰ、過渡料Ⅱ和干砌塊石護坡、鋼筋籠等材料組成，圍堰堰體迎水面保護體系采用水平厚度為5 m的大塊石和鋼筋石籠(圖1)。

圖1 下游圍堰典型剖面圖

受該工程短導流洞方案制約，下游圍堰迎水面坡腳距導流洞出口導墻邊線距離不足20 m。經導流模型試驗驗證，在20 a一遇流量5 900 m3/s時，導流洞出口沖坑較深、達10.9 m，沖坑地表直徑約45 m，地面1 807 m等高線距下游圍堰堰腳距離約8 m。

根據已有工程經驗，模型試驗中的導流洞出口明渠末端沖坑位置大致可以固定，一般不會變化，但試驗數據往往與實際情況存在較大差異，如果導流洞出口明渠末端沖坑底部增大到河床基巖頂板線，則沖坑地表直徑擴大到約60 m；若沖坑中心距下游圍堰堰腳距離約60 m不變，則沖坑上緣(1 805 m等高線)抵近下游圍堰堰腳，1 807 m等高線距下游圍堰堰腳距離約為-5 m(即沖坑已到下游圍堰堰腳里側約5 m)，說明導流洞出口明渠末端水流沖刷范圍已經影響到下游圍堰堰腳的穩定。因此，為確保施工期圍堰安全，研究其下游圍堰設置防沖墻就顯得尤為重要。

2 下游圍堰防沖墻設置研究

結合上述論述，本次研究假定導流洞出口沖坑擴大到下游圍堰堰腳里側約5 m。按工況1(圍堰設計水位1 825.94 m高程計，基坑無水)和工況2(擋水邊坡水位驟降：高程1 825.94～1 807 m，基坑無水)分別進行不設防沖墻和設置防沖墻的下游圍堰穩定驗算。

烏弄龍水電站下游圍堰邊坡穩定計算參數見表1。

(1)不設防沖墻的穩定驗算。

下游圍堰邊坡穩定計算模型見圖2。

計算結果表明：當遇到設計標準洪水時，按圍堰設計水位1 825.94 m高程計，即為計算工況1時，圍堰下游邊坡的抗滑穩定安全系數為0.948，小于控制標準1.2；當遇到設計標準洪水時，水位驟降，即為計算工況2時，圍堰下游邊坡的抗滑穩定安全系數為0.932，小于控制標準1.1，下游圍堰邊坡不滿足穩定要求。

通過穩定驗算得知：當導流洞出口明渠末端沖坑直徑達到60 m時，即沖坑假定擴大到下游圍堰堰腳里側約5 m時，則下游圍堰下游坡的穩定不滿足要求，下游圍堰邊坡須設防沖墻進行保護。

表1 烏弄龍水電站下游圍堰邊坡穩定計算參數表

圖2 下游圍堰邊坡穩定計算模型示意圖

(2)設置防沖墻后的穩定驗算。計算模型同上。計算結果表明：當遇設計標準洪水時，圍堰設計水位按1 825.94 m高程計，即為計算工況1時，圍堰下游邊坡的抗滑穩定安全系數為1.477，大于控制標準1.2；當遇設計標準洪水時，水位驟降，即為計算工況2時，圍堰下游邊坡的抗滑穩定安全系數為1.162，大于控制標準1.1，故下游圍堰邊坡滿足穩定要求。通過穩定驗算得知：導流洞出口明渠末端沖坑直徑既使達到60 m時、在下游圍堰迎水側邊坡設防沖墻后，圍堰迎水側邊坡保持穩定。

3 下游圍堰防沖墻的設計

3.1 防沖墻布置

結合下游圍堰結構特性及計算模型，烏弄龍水電站下游圍堰防沖墻布置于距防滲墻下游28 m處，為鋼筋混凝土結構，防沖墻右端頭與堰基防滲墻混凝土相接，左端頭與導流洞出口右導墻相接，頂高程為1 819 m并穿過堰體和覆蓋層，深入基巖1 m，厚度為80 cm。

3.2 防沖墻穩定驗算

假定防沖墻后堰體沿圖3示意沖毀，則防沖墻存在側向穩定問題。在下游圍堰軸線下游設置鋼筋混凝土防沖墻，防沖墻深度約28 m，厚度為80 cm，鋼筋混凝土防沖墻深入基巖1 m，深入覆蓋層22 m，露出覆蓋層9 m。按固定在覆蓋層內懸臂梁計算,假定其下游側面凌空。計算結果表明：最大剪力為83.03 kN、最大彎矩為362.57 kN·m，大于素混凝土抗力要求，經配單寬5根、直徑為20 mm的受力鋼筋可滿足防沖墻強度要求。

圖3 假定防沖墻后堰體沖毀示意圖

4 結 語

近年來，隨著進入后水電時代，高山峽谷水電站開發比例增大，全年導流的土石圍堰增多，由于地勢原因以及節約投資，部分工程采用短導流洞方案，導流洞出口與圍堰之間的距離小，不利于圍堰穩定。該工程通過在圍堰下游設置防沖墻，保證了施工期下游圍堰的度汛安全，確保了下游基坑按正常順序施工，取得了良好的效果。