中梁一级水电站溢洪道出口右岸处理设计

2011-04-19邓小兵李娟娟

四川水力发电 2011年2期

邓小兵, 李娟娟

(1.五凌电力有限公司,湖南长沙 410004;2.中国水电顾问集团中南勘测设计研究院,湖南长沙 410014)

1 工程概况

中梁一级水电站位于重庆市巫溪县境内大宁河干流西溪河上,坝址控制流域面积 525 k m2,多年平均流量 17.1 m3/s,多年平均径流量 5.39亿m3。坝址位于中梁乡青岩洞桥上游约 200 m处,距巫溪县城 49 k m。电站采用水库式开发,水库正常蓄水位高程 625 m,总库容 9 859万 m3,总装机容量 72 M W,属Ⅲ等中型工程。大坝为 2级建筑物,泄洪建筑物、输水建筑物为 3级。大坝、泄洪建筑物、输水建筑物按 100年一遇洪水设计,2000年一遇洪水校核。工程枢纽由拦河坝、左岸溢洪道、左岸输水放空隧洞、右岸引水隧洞、地下厂房及开关站等组成。拦河坝采用混凝土面板堆石坝,最大坝高 118.5 m,坝顶长 243 m。溢洪道紧临混凝土面板堆石坝左坝肩布置,由进水渠、闸室、泄槽、挑流鼻坎四部分组成。溢洪道宣泄洪水、水舌挑入河床后,对出口右岸边坡有一定的淘刷破坏,下游河道部分区域流速过大,对局部边坡需采取适当的防护措施。

2 地形地质条件

2.1 地质描述

图 1 地震波折射勘探剖面布置图

溢洪道出口右岸塌滑堆积体(乱石窖)紧临坝址下游,分布高程在 525～750 m,坡角约 35°,厚 5～46 m,方量约 200～230万 m3。原岩为嘉陵江组(T 1J)白云质灰岩,现后缘残存有一近东西向、高约 60 m的光面。堆积物由块石、碎石土组成,块石大小不一,大者数十方,坡面上多生有灌木。据钻孔与物探查明堆积体分为 2层:上层为残坡积物(波速 650～950 m/s),以碎石夹粘土为主,厚度 15～22 m;下层为崩塌堆积物(波速 1 400～2 200 m/s),以崩石为主,存在架空现象,厚度 15～25 m。下伏基岩顶界面埋深(波速 4 100～4 500 m/s)25～46 m。地震波折射勘探情况如图 1和图 2所示。

现上坝公路从堆积体高程 580～620 m通过,河边高程 530～535 m分布有原过境乡村公路。

图 2 地震波折射勘探剖面图

2.2 物探成果

该测区勘探的主要目的是了解塌滑堆积体的厚度,地层岩性为三叠系大冶组(T 1d)、嘉陵江组(T 1j)。测区共布置物探剖面 5条,其成果见表 1。乱石窖塌滑堆积体的波速变化较大。结合现场具体地质情况,将塌滑堆积体按波速大致划分为 2层:第 1层波速为 650～950 m/s,为残坡积物,成分以碎石夹粘土为主,厚度一般为 15～22 m;第 2层波速为 1 400～2 200 m/s,为崩塌堆积物,成分以块度较大的崩石为主,存在架空现象,厚度一般为 15～25 m。当波速大于 1 900 m/s时,经分析认为是以崩塌的大滚石为主。根据现场调查及对波速变化进行分析得知,测区中有大滚石且存在架空现象的区域主要分布在 D 2剖面以下、D 1剖面 2#～14#桩以及公路以上的范围内。D 2剖面以上区域崩塌堆积物成分以块石夹碎石为主,其厚度可能包含部分强风化基岩。

表 1 乱石窖塌滑堆积体各层波速指标和下限深度统计表

塌滑堆积体的前缘边界基本以公路为界,下游缘边界已超过 D 1剖面 17#桩,后缘边界不明显。下伏弱风化～新鲜基岩顶界面纵波速度为 4 100～4 500 m/s,速度较稳定,未发现低速带通过。

2.3 地质部门提出的处理意见

边坡与地基处理:因该段为大型塌滑堆积体,结构由大块石、块石及碎石土组成,块石大小不一,大者数十方,有架空现象。结构主要处于溢洪道泄洪出流对冲区,需进行部分开挖削坡。开挖时必须保证临时边坡的施工安全,同时需进行强力加固与支护,防护地基必须刻槽嵌入基岩,防护结构既要抵抗泄洪水流冲刷,又须抵御堆积体变形影响。

3 溢洪道水工模型试验

当溢洪道下泄中小流量时,水舌挑距不足,对挑坎末端平台有一定影响,但不影响右岸出口边坡的稳定性。

当溢洪道两孔闸门全开、下泄大流量时,从试验中可以看到,水舌直接挑入到下游主河床,落点位置较好。由于受地形及冲刷淤积的影响,右岸河道拐弯处附近水位壅高,与坝脚处形成较大水位差,在入水区右岸至坝脚区域形成较大范围的回流。P=1%时,右岸最大回流流速为 6.28 m/s,水舌入水后左岸也出现一回流,最大流速值为 3.6 m/s,须加强岸坡的防护。

下泄水流对岸坡坡脚有一定的淘刷作用,冲坑形态较规则。P=0.05%试验工况时,最深点出现在下游河道中心线附近,最大冲深 20.44 m(铺沙高程为 518 m),最深点高程为 497.56 m。冲坑数据见表 2。

表 2 各工况冲坑数据表

4 溢洪道出口右岸的处理设计

4.1 相关参数拟定

(1)永久开挖坡比的拟定:由于溢洪道出口右岸岩体由大块石、块石及碎石土组成,块石大小不一,大者数十方,有架空现象。经综合考虑,确定永久开挖坡比为 1∶1.3,同时在高程 550 m和高程 570 m处各设一级 2 m宽马道。

(2)混凝土挡墙顶高程及混凝土护坡高程的拟定:为避免溢洪道出流掏刷出口右岸坡脚,拟采用混凝土挡墙护脚。为尽量降低挡墙高度,挡墙墙顶高程取下游校核水位高程。该工程设计洪水位时下游最高水位高程为 530.09 m,校核洪水位时下游最高水位高程为 530.88 m。由于 2005年6月 21日坝址下游青岩洞桥右岸岸坡发生崩塌淤塞河道致使下游河道抬高约 5 m左右,即下游校核洪水位时最高水位高程将达到 535.88 m,因此,将混凝土挡墙顶高程定为 535 m。

从模型试验可知,由于出口水流对冲,右岸最高壅水将达到高程 545 m。为避免壅水掏刷边坡,挡墙顶至最高壅水位段边坡采用钢筋混凝土板保护,护坡高程至 550 m。

(3)混凝土挡墙轴线位置及挡墙底高程的拟定:溢洪道出口右岸坡顶为巫溪至城口公路,亦是该工程的上坝公路。混凝土挡墙轴线位置以开挖边坡不挖断公路为准。

根据水工模型试验冲坑形态、参照《水力学计算手册》和《混凝土重力坝设计规范》的规定,将混凝土挡墙底部设置在下泄百年一遇洪水所形成的冲坑最低点起以 1∶2.5的坡比所确定的包络图以下位置,即挡墙轴线到冲坑最低点的水平距离大于、等于 2.5倍的挡墙基底到冲坑最低点的高差。

(4)挡墙外侧平台高程的拟定:根据现场实际情况,溢洪道出口河床高程现为 515 m,故挡墙外侧平台应不低于高程 515 m,同时考虑泄洪落点会冲刷右岸边坡,故挡墙外侧平台高程不宜太高,否则因水流冲刷跨塌可能造成输水放空洞出口堵塞。根据地质资料,临河床高程 520 m左右有基岩出露,结合水工模型试验分析,拟定 P=1%洪水落点(桩号坡 0±000.00)下游 30 m范围挡墙外侧平台高程为 520 m,落点上游桩号坡 0-090.00～坡 0±000.00段平台高程由 525 m渐变到 520 m,落点下游桩号坡 0+090.00～坡 0+030.00段平台高程由 525 m渐变到 520 m。

4.2 溢洪道出口右岸的处理布置

为避免溢洪道下泄水流冲刷出口右岸堆积体,造成堆积体垮塌而淤塞河道及输水放空洞出口,影响工程安全运行,遂对溢洪道出口右岸堆积体开挖减载并进行挡护处理,具体情况如下:

边坡开挖坡比为 1∶1.3,并于高程 550 m和570 m处各设一马道,马道宽度均为 2 m,坡脚桩号坡 0±000.00～坡 0+030.00段开挖至高程520 m;桩号坡 0±000.00～坡 0-090.00段和桩号坡 0+030.00～坡 0+090.00段坡脚高程由520 m抬升到 525 m。

开挖边坡坡脚需采用混凝土挡墙进行防护,挡墙墙顶高程为 535 m,墙底高程桩号坡 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;桩号坡 0-030.00～坡 0-090.00段由 516 m抬升至518 m,桩号坡 0+030.00～坡 0+090.00段为516 m。混凝土挡墙临河侧平台(高程 520～525 m)以上部位混凝土强度标号为 C 25,以下部位采用埋石混凝土,混凝土强度标号为 C 15,埋石率为30%。挡墙采用重力式,背坡 1∶0.5,面坡铅直,挡墙顶宽 4 m,最大高度 23 m。挡墙墙脚回填石渣,表面铺大块石进行防护。

为避免壅水掏刷墙顶边坡,将挡墙墙顶至高程550 m段边坡采用 0.5 m厚钢筋混凝土板进行保护。为增强护板的稳定性,在坡面布设 φ 25,L=5.7 m,间排距 3 m的锚筋,锚筋伸入基础 5m,外露0.4 m,弯折 0.3 m,并与护板钢筋网焊于一体。

为避免泄洪时水雾影响边坡稳定,对高程550 m以上的边坡进行喷护处理,采用 C 20混凝土喷护 10 c m。同时。在坡面设排水孔,孔深 1.1 m,孔内埋设 φ 45 P V C花管,排水孔外倾 3%,间排距 3 m,梅花形布置。