4.3截流戗堤布臵及结构设计 4.3.1设计原则
(1)满足抛投强度,满足设备运行要求; (2)确保戗堤的稳定及抗水流冲刷; (3)满足合龙后堰前水位的安全超高。 4.3.2戗堤顶高程确定
根据设计验收意见: 12月下旬截流合龙时,戗堤前上游水位1311.50m,合龙闭气后,戗堤需挡12月~次年3月10年一遇洪水,该时段12月10年一遇洪水最大,为370m3/s,当遭遇设计洪水时,戗堤前水位1313.34 m,故戗堤顶高程拟定为1314.00m。
因实际截流时段为1月中旬,1~3月10年一遇洪水为317m3/s,根据水力计算,截流后,遭遇10年一遇洪水戗堤前水位为1311.1m(1#导流洞进口考虑50cm残埂),适当考虑安全超高,确定为EL1312m。戗堤预进占、上游防渗墙平台及龙口段一次性填筑至EL1312m高程。完成截流后,全断面填筑加高至防渗墙施工平台设计高程EL1314m。 4.3.3截流戗堤结构
为确保截流的抛填强度及戗体的稳定性,上游截流戗堤顶部宽度为25m,梯形断面,迎水面、背水面坡度均为1:1.5,堤头坡比为1:1.4。 4.3.4戗堤平面布臵
上游围堰与大坝弃渣压重体结合布臵,而上游围堰堰脚距1#导流洞进口仅20m左右,故截流戗堤与上游围堰结合布臵。结合现场实际,为保证上游围堰施工工期,确保2008年汛前围堰具备挡设计洪水能力,设计技施阶段将上游围堰堰体防渗由复合土工膜心墙改为复合土工膜斜墙,将堰基混凝土防渗墙前移,将截流戗堤轴线适当后移。上游戗堤轴线距上游围堰轴线23m,轴线长度129m。轴线控制点坐标如表4-2。
11
表4-2 戗堤轴线控制点坐标表 控制点 J1 J2 X(m) 3314466.187 3314473.794 Y(m) 521849.607 521985.967 1300.00 备注 4.4截流方式选择及龙口布臵
立堵截流具有施工方法简单、施工准备工程量小和费用较低等优点,缺点是截流水力指标高,要求的抛投强度高。由于本工程导流洞分流条件好,与国内已建或在建的工程比较,截流指标不算太高,经水力计算分析、设计截流模型试验验证,根据本电站坝址区的地形和施工条件,采用立堵截流。
本工程截流河段上、下游围堰相距约520.0m,在坝轴线到下游围堰之间河段的河床坡降约为4.97%(坝轴线处河床底高程约为1305.0m,下游围堰处河床高1297.0m)。故下戗堤龙口壅水不易使上龙口形成淹没流,从而失去双戗立堵的作用,因此采用单戗堤截流。
因受实际条件限制,无法布臵施工道路至左岸,不具备双向进占条件,采用自右向左单向进占,龙口靠近左岸岸坡布臵。左岸岸坡基岩裸露,抗冲刷能力较好,龙口留设左岸合理可行。 4.5截流水力学计算 4.5.1截流模型试验成果
鉴于本工程截流流量较大,又是单洞分流,为进一步研究截流水力指标,设计在可研阶段进行了施工截流动床模型试验研究,以下为12月中旬截流的试验研究成果。
模型试验研究表明,左戗堤预进占应优先进行,预进占材料为石渣料,预进占完毕后用大石裹头, 左戗堤的大石裹头厚度不小于3.0m,左戗堤长度选定为15.0m(1314.0m高程) 。右戗堤用石渣料预进占,当龙口宽度为32.5m(水面宽度),用中石裹头。预进占结束后,1#导流洞前围堰拆除,导流洞开始分流,流量降为截流流量。截流合龙时进占方向为从右向左单向进占。
在龙口宽度在50~42.5m时,龙口最大流速3.02m3/s,最大单宽功率4.13t.m/s.m,落差0.21m,右戗堤上堤头处抛投中石,后面用石渣料跟进;
12
在龙口宽度在42.5m~33m时,龙口最大流速4.41m3/s,最大单宽功率23.24t.m/s.m,落差1.15m,抛投中石进占,采用上挑角进占方式,自卸车在堤头端抛卸抛投料,然后用长臂推土机向挑角方向推卸;
在龙口宽度在33m~25m时,龙口最大流速5.39m3/s,最大单宽功率53.1t.m/s.m,落差2.66m,右戗堤上挑角抛投大石进占,随后用中石跟进;
在龙口宽度在25m~16m时,龙口最大流速5.58m3/s,最大单宽功率43.78t.m/s.m,落差3.95m,上挑角进占方式,全面抛投大石进占;
在龙口宽16m~合龙时,最终落差4.49m,右戗堤上挑角抛投大石,随后用大石跟进进占。
截流过程中水力指标参见表4-3。
表4-3 龙口水力特性表(Q=414.0m3/s,无围堰残梗)
龙口平均龙口水流单上游水位下游水位水位落差龙口过流龙口轴线处最单宽流量 宽功率3(m) (m) (m) 量(m/s) 大流速(m/s) 21314.00 水面宽度 (m/s) (t〃m/(s〃m)) 龙口宽度(m) 42.50 33.00 25.00 16.00 合龙 25.50 18.00 13.00 6.50 0.00 1307.86 1307.65 1308.67 1307.52 1309.73 1307.07 1310.65 1306.71 1311.16 1306.68 0.21 1.15 2.66 3.95 4.49 250.90 218.22 168.07 57.70 0.00 19.68 20.21 19.89 11.10 0.00 3.02 4.41 5.39 5.58 4.13 23.24 53.01 43.78 0.00 4.5.2计算条件
(1)采用2008年1月戗堤轴线实测断面,龙口段河床底部高程平均为1301.5m高程;
(2)水位-流量关系曲线采用设计提供的戗堤水位-流量曲线数据,见表4-4;
(3)计算流量Q=317m3/s,1~3月份10年一遇洪水流量,计算水位确定为1307.92m。
13
3 表4-4 戗堤位臵水位与流量关系 流量(Q/s) 水位(m) 100 150 200 250 300 430 500 1000 1306.99 1307.23 1307.47 1307.68 1307.87 1308.24 1308.4 1309.6 4.5.3计算内容
(1) 计算内容
求算1#导流洞上游水位(H上)与泄流量(Qd)关系曲线; 不同龙口宽度的上游水位(H上)与龙口泄流量(Qg)关系曲线。 (2) 计算基本假定及原理
①不计戗堤渗流量及水库调蓄对上游水位的影响; ②视龙口为梯形或三角形过水断面的宽顶堰;
③简化的宽顶堰理论:槛顶水面是平的,忽略波状睡眠的影响;非淹 没流时槛上水深为临界水深(hp=hk);淹没流时槛上水深取为下游水深(hp=hn)。
(3) 计算公式及计算过程
1#导流洞分流量计算公式(根据短洞与长洞的判定条件,属于短洞):
.5《水力计算手册》(2006第二版) Qd?mσsb2gH10其中:b—导流洞过水断面宽度,15m; σs—淹没系数,自由出流,取1;
m—流量系数,进口翼墙较平顺,断面收缩较少,取0.35。 不同龙口宽度的上游水位与龙口泄流量关系公式:
Qg?mB_2gH0
1.5—《水利水电工程施工组织设计手册》1—施工规划(2-6-12); 其中:m—流量系数,取0.32;
B—口门平均水面宽,B?Sahn?b;
__b—龙口底部宽度,左岸岸坡较陡,不计坡比,堤头设计坡比1:
1.4;
14
hn—龙口下游水深,为截流设计流量对应的下游水位对应的水
深,河床底板高程根据水绳法测算结果,317m3/s时龙口下游实测平均水深约6.42m,随龙口缩小,龙口泄流量减少,龙口下游水位降低,根据设计提供的戗堤位臵水位-流量确定对应流量水位。
根据截流设计流量Q?317m3/s相应的下游水位,分别在此固定下游水深时,假定不同龙口宽度分别求出上游水位与龙口泄流量的关系曲线。
(4) 综合泄水曲线
根据上述计算成果,绘制综合泄水曲线,综合泄水曲线如插图1。 (5) 不同龙口宽度水力特性计算
根据综合泄水曲线分别计算出Q?317m3/s(初拟龙口宽度52m)的各项水 力指标,各项水力指标如表4-5。
15