水利枢纽河道护岸应急修复工程探析

2017-04-13木也沙尔吐逊

地下水 2017年2期

关键词：溢洪道出库护岸

木也沙尔·吐逊

(新疆喀什噶尔河流域管理局，新疆喀什 844000)

水利枢纽河道护岸应急修复工程探析

木也沙尔·吐逊

(新疆喀什噶尔河流域管理局，新疆喀什 844000)

通过工程措施，解决卡拉贝利水利枢纽尾水渠及下游河道护岸安全隐患，应急修复工程主要项目包括厂房尾水渠右岸护坡修复加固、泄洪排砂洞出口与溢洪道出口间岩石边坡加固、泄洪排砂洞洞脸正面、右侧岸至交通洞间边坡加固修复和溢洪道出口至出库水文站下游右岸边坡修复重建。

卡拉贝利；水利枢纽；尾水渠

1 概况

克孜河流经喀什平原灌区，消散于塔克拉玛干大沙漠。灌区拥有耕地237.45万亩，由于克孜河年径流量分布不均，春秋两季严重干旱，直接导致灌区143万亩耕地无法灌溉而受灾减产。夏季洪水多发，洪灾直接经济损失年均高达6 000多万元，给喀什平原灌区广大农牧民的生产、生活带来沉重负担。该枢纽是克孜河流域的控制性工程。工程的开发任务是以防洪、灌溉为主，兼顾发电等综合利用。工程等别为Ⅱ等大(2)型，主要由混凝土面板砂砾石坝、溢洪道、泄洪排沙洞、引水发电系统、电站厂房等建筑物组成。水利枢纽厂房下游近700 m河段左岸为发电排砂洞出口及高山峻岭，右岸沿岸主要有坝后尾水护岸、泄洪排砂洞和溢洪道出口护岸、出库水文站，经过十几年运行，水库泄洪对泄洪建筑附近岸坡冲蚀掏刷严重，其中溢洪道出口至出库水文站下游右岸护岸受到泄洪水流冲刷而坍塌，需重新修建。

2 水文

2.1 气象

克孜河是喀什噶尔水系中最大的一条河流，发源于吉尔吉斯斯坦境内海拔5 000 m的阿赖岭南坡，全长737 km，国内长度约600 km。气候特征主要表现为：气温日、年变幅大；气候干燥：日照时间长；蒸发强烈；降雨量较少。多年平均气温10.58℃，极端最高气温40.6℃，端最低气温-21.6℃，年最大降水量169.6 mm (1987年)，年最小降水量26.6 mm，多年平均降水量80.72 mm，历年最大一日降水量37.8 mm，多年平均蒸发量为3 166.57 mm(Φ20 cm型蒸发器)，历年月最大积雪深度14 cm，月最大冻土深度67 cm，多年平均无霜期224 d[2]。

2.2 水文

当入库洪水为千年一遇时，出库最大流量为1 877 m3/s ；当入库洪水为百年一遇时，出库最大流量为1 505 m3/s；当入库洪水为小于百年一遇时，出库最大流量为890 m3/s。下游防洪标准为50年一遇洪水，要求50 a一遇洪水经水库调节后，下泄流量应小于下游河道安全泄量890 m3/s[3]。

2.3 工程地质

根据河道的地形特点将此应急修复河堤从上游至下游分为三个部份进行评价，分别为0+000～0+170(堤线1)，0+170～0+260(堤线2)，0+260～0+635(堤线3)。

2.3.1 防洪堤(0+000～0+170)

该段位于厂房尾水反坡至泄洪排砂洞出口左岸边，下覆现代河床砂卵砾石层，青灰色，稍密，中粗砂充填，磨圆度较好，厚度5～25 m。卵砾石成分以花岗岩、花岗片麻岩为主。粒径大于200 mm的超径卵石含量大约20%，60～200 mm卵石大约40%，(5～20 mm含量少，仅占7.5%)，2～60 mm砂砾石约占5%。不均匀系数Cu～251.16，曲率系数Cc～31.92，湿密度2.33～2.40 g/cm3，干密度为2.1～2.27 g/cm3，相对密度0.81～0.84。渗透系数K～1.0～2.15×10-2cm/s，属强透水层。砂卵砾石层承载力建议值为350 kPa，c=0，水上开挖边坡为1：1.5，水下为1：1.75～1：2.0。

2.3.2 防洪堤(0+170～0+260)

该段位于泄洪排砂洞出口右岸边至溢洪道下部护坦段，地层岩性为元古界的石英片岩。0+170～0+210 m段边坡较陡基岩裸露，坡高25～30 m，坡脚处基岸裸露；0+210～0+260 m段边坡为砼护坡，坡高20～25 m，坡脚处为浆砌卵石护堤。基岩开挖边坡1：0.5～1：1，砂砾石水上开挖边坡为1：1.5，水下为1：1.75～1：2.0。

2.3.3 防洪堤(0+260～0+635)

该段位于溢洪道出口至出库水文站，0+260～0+340 m段边坡较陡基岩裸露，坡高20 m，坡脚处基岩裸露，坡脚上部有高5～8 m砼护坡；0+340～0+450 m段边坡局部见裸露的基岩，边坡坡度35～550。该段边坡原来己进行过砼护坡，现己经完全损毁，护坡下部为残留的砂卵砾石；0+450～0+635 m段边坡坡度35～400 m边坡堆积人工堆积物，含生活垃圾，建筑垃圾，碎块石等，厚度2～ 10 m，空隙大，结构疏松。人工堆积物下部为现代河床砂卵砾石层，青灰色，稍密至中密，中粗砂充填，磨圆度较好，厚度2～19 m，其成分以花岗岩、花岗片麻岩为主。物理力学性参数见0+000～0+170 m段砂卵砾石层说明。河床覆盖层内地下水对普通水泥具硫酸盐型结晶类无腐蚀，基岩裂隙水对普通水泥具结晶类硫酸盐型强腐蚀性。

3 建设的必要性

溢洪道出口至水文站下游右岸373.2 m护岸经历十几年的运行损毁严重，该段岸坡坡顶布置有进坝(厂)区道路，道路外侧距岸边最小距离仅有5 m，如岸坡继续遭受冲刷将严重影响进坝(厂)区道路安全[4]。因此，从保护进坝(厂)区道路的角度出发，对枢纽下游河道进行应急修复，是十分必要的。

靠近出库水文站上游200 m段岸坡为施工期弃渣邻河堆弃而成，岸坡高度大，堆积体较为松散。因此，遭受暴雨冲刷可能会淤积河道从保护枢纽行洪通道的角度出发对枢纽行洪造成影响，对卡拉贝利枢纽下游河道进行应急修复是十分必要的。

4 重建段护岸

4.1 破坏原因分析

重建段护岸位于水库溢洪道出口至出库水文站之间右岸岸坡，全长373.2 m，该段护岸处于泄洪排砂洞出口与溢洪道出口挑流消能下游，该处河道为出口区域河道最窄处，流速大，而原浆砌石护岸修建在未进行碾压的弃渣堆上且基础防冲深度不足，在水库泄洪的影响下该段护岸坡脚被冲刷致使上部护岸“无立足之处”整体损毁严重，目前天然岸坡直接承受水库下泄洪水冲刷，直接威肋、泄洪建筑物出口安全和该段护岸顶部进坝(厂)区道路。为防止该段护岸继续洪水遭受冲刷影响泄洪建筑出口安全和进坝(厂)区道路的安全，对该段岸坡进行重新修建。

4.2 重建段堤线选择

4.2.1 地形地貌

卡拉贝利水利枢纽应急修复工程位于现在的水电站厂房尾水至下游出库水位站之间，需修复段大部分有防洪堤，但目前己受到不同程度的破坏。该处河谷形态呈“U”，型，河谷走向近NW向。两岸基岩裸露，山势高耸，山体雄厚。右岸溢洪道下游侧发育I、II级阶地，(下游)宽，河床底高程左岸阶地不发育。现代河床宽50～100 m，为南(上游)窄北1 853～1 854 m。左岸阶地不发育，发育基岩裸露的河漫滩，地面高程1 855～1 857 m。

4.2.2 河堤堤距的确定

河道整治宽度按照阿尔图宁稳定河宽计算公式进行计算。式中：

(1)

式中：B为稳定河段水面宽度(m);Q为造床流量；J为河床实测比降，本工程分段取河道实测的纵坡，上游河段纵坡为5.3‰；A为断面稳定系数，我国的观测资料为：长江的荆江蜿蜒性河道A=0.64～1.15，项目区河段位于山区，且经历十几年运行，河道宽度未发生明显变化，综合考虑本河段的A值取0.75[5]。根据以上计算公式，确定下游河段堤防的堤距为63.8 m。

4.2.3 堤线布置

按照堤防布置原则、实际的地形条件该河段最窄处河床宽为70 m，略大于稳定河段水面宽度63.8 m，由于本工程河道两岸受建筑物和道路、输变线路的制约，重建护岸修复工程只能沿河岸岸边布置，且与大洪水的主流线大致平行。工程实施后，可减轻洪水对泄洪建筑物和进厂道路的威胁，增强了管理人员的安全感，美化工程区域的环境，社会效益和经济效益显著，建议尽早实施。

4.3 重建段河道护岸修复方案

根据现场实际地形地质情况，从溢洪道出口右岸开始重0+000.000重0+172.505～重0+373.200 m处至出库水文站左右，前172.5 m为岩石边坡，坡度较陡，处表层略有风化外，岩石较为完整、稳定；后200.7 m段，该段岸坡边坡坡度35°～40°，高度20 m边坡堆积人工堆积物，含生活垃圾，建筑垃圾，碎块石等，厚度2～10 m，空隙大，结构疏松。人工堆积物下部为现代河床砂卵砾石层，该段岸坡坡度较缓，设计原则为不束窄河且尽量少开挖，统筹兼顾，合理布局，因地制宜，工程措施与环境美化相结合。对护岸基础型式比选及护坡型式、材料比选，从而选出安全、合理和经济的防护措施。

对现状岸坡按设计要求清坡、清废处理，后直接砌筑浆砌石坡式护坡，对于坡面不平整处也采用浆砌石回填，浆砌石厚度0.4m，护砌范围为岸坡坡脚至坡顶，并在坡顶设置30×50 cm(宽×高)压顶混凝土以保护护坡顶部边缘破坏，并在压顶混凝土中设置预埋件，便于运行管理单位后期设计防护栏杆;底部与仰斜式重力墙基础砼相连，基础顶宽2.0 m，高度5.0 m，迎水面坡度1:2.5,背水面1:1.75，建基面在河床面以下5.0 m。浆砌石护坡采用M15水泥砂浆，浆砌石护坡每10 m设置一道钢筋混凝土横隔梁和纵隔梁，隔梁尺寸0.5×0.7(宽×高，m)，采用C25F200混凝土，在高程1 855.000 m以下布置两排Φ100 mm排水管，间距3m，矩型布置，排水管末端包裹反滤无纺布。仰斜式重力墙基础砼等级为C25，抗冻标号F200，为现浇硷，每隔10 m设置一道伸缩缝。