银盘水电站一期工程过水土石围堰防冲设计及应用

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摘要：重庆银盘水电站右岸一期工程中后期过水土石围堰设计中，结合一期工程的导流特点，充分利用过水土石围堰上下游水位差低的实际情况，对过水土石围堰断面和防冲设计，并成功应用于实际工程。

关键词：银盘水电站土石围堰防冲设计及应用

中图分类号：S611文献标识码： A

The overflow earth-rock cofferdam scour protection design and Application of the first phase of Yinpan hydropower station

YuFuhai

Datang (Yunnan) United Hydropower Developing CO.,LtdYunnanKunming

Abstract: The overflow earth-rock cofferdam scour protection design,in the middle and later periods of the first phase of Chongqing Yinpan hydropower station right bank,combined with the characteristics of diversion, makes full use of the actual situation of the low water-head between upstream and downstream of the overflow earth-rock cofferdam,to design for the section of the overflow earth-rock cofferdamand scour protection and make it to the practical engineering.

Keywords:Yinpan hydropower stationearth-rock cofferdamerosion protection design and application

1概述

重庆银盘水电站右岸一期工程施工导流采用原河道导流，上下游土石围堰方案进行施工明渠开挖和纵向围堰碾压混凝土施工。施工期间，根据工程特点和实际进度情况，将原设计的中后期的上下游3年一遇全年挡水围堰，调整为仅留上游枯期围堰作为纵向围堰碾压混凝土施工通道，即过水土石围堰，下游围堰汛前拆除，基坑进水的方案。该过水土石围堰不作防渗处理，仅进行断面及防冲设计，经受住2007年汛期过流考验。本文就该过水土石围堰设计研究及总结。

2过水土石围堰要求

过水土石围堰形成后主要保证纵向围堰碾压混凝土正常施工通道，为此，要求确保安全度汛和纵向围堰砼汛期正常施工，并满足设备物资转移的运输要求。

3过水土石围堰堰址条件

过水土石围堰主要利用原上游枯期围堰加高填筑而成，该部位现场实际顶部高程从右向左为EL193m~EL190m高程，与乌江主河道夹角为69°，迎水面主要为原河坡面，内为预留岩埂，预留岩埂一般在EL188m~EL192m，防冲性能较好，而位于混凝土纵向围堰堰头部位，内部预留岩埂高程为EL182m，EL182m以上回填块石料及粘土，防冲较差。

4过水土石围堰设计

根据银盘水电站度汛要求和堰址条件，按围堰挡水流量Q=7000m3/s，设计标准P=33.3%，Q=12700m3/s，校核标准P=10%, Q=18000m3/s，对过水土石围堰构造、防冲等方面进行设计如下：

4.1过水土石围堰构造设计

4.1.1、堰顶高程、宽度及结构

过水土石围堰仅作为纵向围堰碾压混凝土的施工通道，为确保纵向围堰碾压混凝土施工，洪峰来时尽量少占总工期，根据表1所统计情况，年均超为7000流量的天数为10.7天，可满足工期要求，故上游过水土石围堰堰顶高程以7000流量对应的堰址位EL193.52高程并考虑到堰前壅高、波浪超高水位，过水土石围堰堰顶高程定为EL195m高程。

过水土石围堰堰顶作为纵向围堰混凝土、材料及设备运输主通道，为保证大型设备转移安全，堰顶宽设为12m(考虑到150t履带吊转移安全)。

表1 银盘坝址流量、水位及保证率

流量（m3/s） 水位（m） 保证率（%） 大于该流量年均出现天数

345 178.63 95 346.8

713 180.71 62.97 229.8

1011 181.68 41.41 151.2

3000 185.83 10.36 37.8

3500 186.79 8.27 30.2

4000 187.75 6.72 24.5

4500 188.71 5.62 20.5

5000 189.67 4.66 17

6000 191.6 3.48 12.7

7000 193.52 2.93 10.7

8000 195.44 2.45 8.9

8820 197.01 2.11 7.7

4.1.2、堰体坡比

过水土石围堰迎水面EL190以下主体利用原河道自然边坡，坡比1：1.5；EL190设一级2m宽马道；EL190m~EL195m高程坡比为1：1.7；纵向围堰堰头部位采用钢筋石笼护坡，坡比为1：1。

过水土石围堰背水面EL190m以下坡比为1：1.5，EL190m设一级2m宽马道，EL190m~EL195m坡比为1:1.7。

典型断面图下图：

4.2防冲设计

4.2.1过水土石围堰水位和流量及流速计算

根据堰址处乌江流速，及过水土石围堰堰前和堰后水位差实际情况，取堰前水位与堰后水位差2m计算[天然情况坝址前后落差为1m以内，考虑到江水堰前壅水h=v2/2g= 42/(2×9.8)=0.82m(4m/s为堰址处乌江三年一遇洪水时的估算流速)，堰前水位与堰后水位差1m+0.82m=1.82m≈2m]，按相应堰流计算程序，估算相应水位、过堰流量、单宽流量、过堰流速。考虑到乌江分流及下游水位壅高影响后，估算过水土石围堰的实际过流量、单宽流量及流速，如表2：

表2过堰水位、流量、流速估算表

堰前水位高程 不考虑乌江分流影响 不考虑明渠分流影响 考虑乌江分流及下游水位壅高影响估算过水土石围堰流量、单宽流量、流速

流量Q1 单宽流量

q1 流速

v1 原河道

流量Q

实际流量 估算过堰

实际流量

Q2=Q1×Q/（Q1+Q） 实际

单宽

流量 实际

流速

v2

196 223 1.59 1.59 8290 217.16 1.55 1.55

197 632 4.51 2.26 8820 589.74 4.21 2.11

198 1164 8.31 2.77 9400 1035.74 7.40 2.47

199 1797 12.84 3.21 10000 1523.27 10.88 2.72

200 2518 17.99 3.60 10600 2034.67 14.53 2.91

201 3320 23.71 3.95 11300 2566.07 18.33 3.05

202 4207 30.05 4.29 12000 3114.95 22.25 3.18

203 5170 36.93 4.62 12700 3674.26 26.24 3.28

204 6203 44.31 4.92 13500 4250.14 30.36 3.37

205 7306 52.19 5.22 14300 4835.50 34.54 3.45

206 8466 60.47 5.50 15100 5424.62 38.75 3.52

207 9630 68.79 5.73 16000 6011.71 42.94 3.58

208 10815 77.25 5.94 16900 6594.75 47.11 3.62

209.18 12025 85.89 6.14 18000 7192.90 51.38 3.67

估算过水土石围堰过水流量曲线图

估算过水土石围堰过水单宽流量q曲线图

估算过水土石围堰水位流速

4.2.2防冲设计

根据估算实际流速，运用依兹巴斯公式估算块石护面粒径，以乌江EL204高程、EL209高程水位估算流速计算块石粒径如下表：

依兹巴斯公式：V0=K• [2g••d•cosα]0.5

V0水流速，K稳定系数，可取0.9； γs、γ为块石和水的容重；d为块石球体直径；α为堰体坡角。根据乌江三年一遇洪峰相应的流速3.37m/s及10年一遇洪峰相应流速3.67m/s，各流速-坡比-粒径关系如下表:

V0 K g γs γ 坡比 COSα d

3.37 0.9 9.8 2.76 1 1:1.5 0.832 0.489

3.37 0.9 9.8 2.76 1 1:1.7 0.862 0.472

3.67 0.9 9.8 2.76 1 1:1.5 0.832 0.579

3.67 0.9 9.8 2.76 1 1:1.7 0.862 0.559

根据上表计算防冲块石粒径，并结合以前类似工程的成功经验，本工程采取如下防护措施；

迎水面防冲：迎水面EL190m以下坡面采用粒径≥30cm块石护面，EL190m~EL193.2m采用粒径≥40cm块石护面，纵向围堰堰头部位水流复杂，加上此处预留岩埂仅到EL182m高程，故该处过水土石围堰迎水面EL182~EL186采用钢筋笼护面(详见附图SG-4)，EL186~EL191采用土石编织袋护面，EL191以上采用粒径≥40cm块石护面，纵向围堰左侧过水土石围堰连接204平台道路外侧主要受乌江水流冲刷，采用抛块石护面，块石粒径≥30cm。

背水面防冲：背水面EL190m以下采用抛块石防护（若背水面为预留岩埂段，利用原预留岩埂防冲，可不做防护），EL190m~EL195m采用铅丝笼(1m×2m×0.6m)护面防冲。

过水土石围堰堰顶采用60cm厚铅丝笼防护盖顶，两侧采用铅丝笼压边，保证顶部稳固。

5、应用情况

银盘水电站一期工程过水土石围堰从2007年4月建成到2007年11月拆除，经历一个汛期，从使用情况来看，过水土石围堰挡水流量Q=7000m3/s，设计标准P=33.3%，Q=12700m3/s，校核标准P=10%, Q=18000m3/s，选取是合理的。2007年汛期，过水土石围堰总共过水5次，最大过水量Q=12500m3/s，过水土石围堰整体稳定，未出现大面积冲蚀问题。但在上游靠纵向围堰外侧，迎水面出现局部冲蚀，经调查分析，主要原因是该部位是早期填筑的，未按设计方案进行防冲防护，且处于江水主流直冲位置，故出现局的冲蚀，经及时填大块石防护，该部问题得到及时处理，后期再未出现冲蚀问题。故，过水土石围堰实际过水工况与计算条件基本相同，由些说明银盘水电站一期工程过水土石围堰的设计是成功的。

6、结语

土石过水围堰防冲设计中，根据该工程实际工况特点，合理计算上下游水位差，结合已有的单宽流量、依兹巴斯等经验公式对过水土石围堰防冲进行计算，是合理科学的。设计中要注重：（1）土石过水土石围堰设计中，要分析最不利工况条件，特别是上下游水位差分析计算特别重要，这个是防冲设计关键点之一；（2）对原河道主流位置要加强防冲设计；（3）科学合理取防冲材料，是降低造价的关键。过水土石围堰运行期间维护是特别重要，特别是来大水期间，要有专人巡视，适当设监测点，对于局部出现裂缝、滑移的部位及时进行修复处理。