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收稿日期:2001205211作者简介:黄国兵(19632),男,湖北天门人,长江科学院水工研究所高级工程师,硕士,主要从事水力学计算及水工水力学研究. 文章编号:100125485(2001)0520003204水布垭枢纽泄洪消能防冲试验研究黄国兵,陈 俊,高仪生,薛阿强(长江科学院水工研究所,湖北武汉 430010)摘要:针对水布垭枢纽泄洪消能特点及可行性研究报告审查意见,对溢洪道泄洪消能方式、泄流能力、消能区防护方案及电站尾水两种出口形式等进行了水工模型试验研究,提出了与之相适应的新颖的窄缝消能工组合形式,较好地解决了该工程具有的大流量、窄河谷、高落差及下游地质环境差的泄洪消能防冲难题。
关 键 词:泄洪消能;窄缝消能工;水垫塘;防淘墙;电站尾水出口中图分类号:TV653 文献标识码:A图1 水布垭枢纽平面布置图Fig.1 Layout plan ofShuibuyaProject 水布垭枢纽泄洪建筑物为岸边溢洪道,具有大流量、窄河谷、高落差的泄洪消能特点,溢洪道校核泄量18280m 3/s ,泄洪落差171m ,泄洪功率达3.1万MW 。
消能区河床宽度80～100m ,地层岩性软弱,抗冲能力差,其左岸有大岩淌滑坡,右岸有马崖高陡边坡和马崖湾滑坡等不利的地质环境因素,加之导流洞出口及地下电站尾水出口均位于消能区附近,给泄洪消能防冲带来了较大难度。
在可行性研究阶段,研究了多种泄洪布置和消能方式[1,2],如底流消能、逆坡底流接挑流二级消能、台阶式泄槽接大差动挑流消能等。
综合分析比较后选定了分区陡槽一级窄缝式挑流消能方案作为可行性研究报告的推荐方案并通过了评审。
由于溢洪道在枢纽布置中占有极其重要的地位且消能防冲问题复杂,一些专家对下游防护仍十分担心,要求继续深入研究消能布置以进一步减轻下游河床冲刷深度,确保两岸岸坡及滑坡体的稳定安全。
因此,围绕下游防护方案、电站尾水出口布置方案、溢洪道引渠及溢流孔口尺寸调整后的水流特性及泄洪能力等重要水力学问题,在两座1∶100水工整体模型上进行了试验研究。
水布垭混凝土面板堆石坝设计
廖仁强;谭界雄
【期刊名称】《人民长江》
【年(卷),期】1998(029)008
【摘要】在水布垭混凝土面板堆石坝的设计中，针对筑坝材料的特性和堆石体的变形特征，进行了坝体结构及坝体材料分区的设计。
对面板应力应变分析，采用Ｅ－Ｂ模型进行三维非线性有限元计算，计算成果表明：就坝体变形而言竣工期和蓄水期的水平位移与垂直沉降值，比照已建工程均在劲旅范围内；面板位移与应力分析的结果亦与已建工程的面板应务分布规律一致。
【总页数】3页(P30-32)
【作者】廖仁强;谭界雄
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TV641.43
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水布垭水电站溢洪道高边坡稳定研究
徐建华;曾祥虎;李建林
【期刊名称】《岩土力学》
【年(卷),期】2006(0)S2
【摘要】根据水布垭工程大坝料源补充及混凝土骨料质量需要,提出溢洪道引水渠下挖取料初始方案。
采用有限元方法,计算出溢洪道下挖后边坡的应力、应变分布情况,分析溢洪道高边坡的稳定性,以验证初始下挖方案的可行性。
【总页数】5页(P1245-1249)
【关键词】水布垭工程;溢洪道下挖方案;有限元方法;应力应变;稳定性;可行性【作者】徐建华;曾祥虎;李建林
【作者单位】湖北清江水布垭建设公司;武汉大学水利水电学院
【正文语种】中文
【中图分类】TV651.1
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清江水布垭水电站枢纽设计杨启贵;熊泽斌【期刊名称】《水力发电》【年(卷),期】2002(000)010【摘要】水布垭水电站工程为一等大(1)型水利水电工程,永久主要建筑物为1级,次要建筑物为3级.高233 m、长660 m、顶宽12 m的面板堆石坝,布置在NW30°的峡谷河段中;最大下泄流量为18 280 m3/s的岸边溢洪道,布置在左岸;地下厂房位于右岸,装机容量为4×400 MW;兼作中后期导流用的放空洞,布置在右岸.趾板采用平趾板形式布置,348 m高程以下下游面增设50 cm厚防渗板.周边缝在350 m高程以下采用三道止水,底部和中部为铜片止水;顶部止水缝口设=70 m 橡胶棒,橡胶棒上设橡胶波形止水带,两者间的空隙填柔性材料;350 m高程以上,取消中部止水,只设顶、底两道止水.周边缝表部铺设无粘性细料作自愈材料.【总页数】3页(P40-42)【作者】杨启贵;熊泽斌【作者单位】长江水利委员会长江勘测规划设计研究院,湖北,武汉,430010;长江水利委员会长江勘测规划设计研究院,湖北,武汉,430010【正文语种】中文【中图分类】TV22(263)【相关文献】1.清江水布垭水利枢纽首级施工控制网优化设计 [J], 熊德松;高圣益;王春荣2.清江大龙潭水利枢纽防渗帷幕设计及效果监测分析 [J], 谭朝爽;王永胜;王团乐;钱海涛3.清江水布垭水电站地下厂房岩体质量评价及反馈设计研究 [J], 徐卫亚; 谢守益; 蒋晗; 徐瑞春; 李会忠; 邵建富4.清江水布垭水电站地下厂房岩体质量评价及反馈设计研究 [J], 徐卫亚; 徐瑞春5.清江水布垭水利枢纽工程1#—3#标段道路景观规划设计 [J], 毛志群因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
水布垭水电站溢洪道下游消能防冲防淘墙设计
张建辉;廖洋波;李昊洁
【期刊名称】《人民长江》
【年(卷),期】2007(038)004
【摘要】水布垭水电站溢洪道采用挑流消能,最大下泄流量18 280 m3/s,泄洪落差171 m,泄洪功率3.1万MW.消能冲刷区地质环境复杂,左岸有大岩淌滑坡,右岸有马崖高边坡.岩层以泥盆系写经寺组砂页岩为主,岩性软弱,断裂构造发育,抗冲刷能力低.消能冲刷区采用两岸设置防淘墙而不护底的防护方案.防淘墙结构采取了预应力锚索、锚喷支护和排水等措施.通过计算可以满足防淘墙及其墙后岩体稳定要求.【总页数】3页(P13-14,23)
【作者】张建辉;廖洋波;李昊洁
【作者单位】长江水利委员会,设计院,湖北,武汉,430010;湖北清江水布垭工程建设公司,湖北,宜昌,443002;长江水利委员会,长江科学院,湖北,武汉,430010
【正文语种】中文
【中图分类】TV653
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施工总体方案2.1 工程实施条件与基本要求（1）围堰工程施工应满足2002年10月下旬至11月上旬截流的要求。
（2）大坝填筑速度应满足2003年度汛、2004年挡水、2006年9月第五期填筑的要求。
（3）溢洪道、电站引水渠等建筑物开挖速度和开挖料的岩性应与大坝填筑相匹配，提高开挖利用料直接上坝率。
（4）马崖三期开挖不仅应与大坝填筑速度匹配，还应在马崖下方防淘墙施工前全部完工。
2.2 工程施工特点、难点分析及对策（1）混凝土面板堆石坝坝高233m，如何控制大坝填筑，将大坝沉降量控制在设计允许范围内，施工中严格控制坝体填筑程序、铺料厚度、洒水量和碾压质量。
（2）初期导流和挡水度汛施工工期紧、工种多、强度大、施工干扰问题突出，是安全度汛的关键。
施工中将配备足够的资源，储备足够的坝料，精心组织、精心施工，确保如期实现度汛目标。
（3）坝址处河谷狭窄，两岸岸坡陡峻，建筑物布置紧凑，施工道路布置十分困难。
施工中除充分利用工地现有道路外，拟修建十一条施工便道、四座跨趾板钢桁架桥和一条交通隧洞，以满足工程项目顺利实施。
（4）坝区地质结构复杂，岩溶断层发育，周边有多处危岩体需处理，高边坡施工安全问题突出，将加强施工期安全监测，指导施工。
（5）大坝填筑物料种类多、时段性强，拟采用计算机技术做好分期填筑的料源规划。
（6）用于大坝填筑的建筑物和石料场开挖需根据大坝各分区填筑料对岩性的不同要求生产出相应的合格填筑料，施工中将严格按岩层分布情况，合理布置开采梯段和程序，最大可能地减少利用料的损失。
（7）大坝趾板、面板混凝土质量要求严格，拟安排在低温季节施工，同时全面做好砼防裂措施及各项防冻保温养护工作。
（8）止水结构复杂，技术要求高，拟采用专用滚压机连续加工和厂家订做定型专用接头，安排专业队伍施工，落实质检人员旁站监督检查制度，以保障止水安装质量。
（9）建筑物开挖均为高边坡施工，最高达220m以上，支护项目多、工程量大，与开挖施工干扰严重，拟选择工作平台车、联合湿喷机等先进的设备机具，以达到及时跟进支护的要求。
收稿日期:2007-05-09作者简介:廖仁强,男,长江水利委员会设计院枢纽处处长,教授级高级工程师。
文章编号:1001-4179(2007)07-0022-02水布垭水利枢纽岸边溢洪道设计廖仁强 向光红(长江水利委员会设计院,湖北武汉430010)摘要:水布垭水利枢纽具有水头高、流量大、地质条件复杂、建筑物布置集中等特点。
因消能区地层抗冲能力差,故泄洪消能设计难度较大。
经多方案比选,泄洪消能建筑物采用岸边溢洪道全表孔布置方案,溢洪道采用阶梯式窄缝鼻坎挑流消能,下游防冲建筑物采用护岸不护底的防淘墙方案。
阐述了泄洪消能特点及设计原则,对溢洪道布置、泄洪方案、消能方案、溢洪道结构设计进行了介绍。
关 键 词:阶梯式窄缝鼻坎;防淘墙;抗滑桩;岸边溢洪道;水布垭水利枢纽中图分类号:TV651 文献标识码:A1 概述1.1 地形地质条件水布垭大坝位于坝址“S ”型河段的中部,中间直线段长约800m ,上下游河流均为东西向,两岸无天然垭口地形。
左岸三友坪台地地形相对平坦,地表高程400～450m ,右岸地形最大高程达550m 。
消能区地层为写经寺组页岩,抗冲能力差,其左岸有大岩淌滑坡(体积580万m 3),右岸有马崖高陡边坡(坡高350余米)和马岩湾滑坡(体积180万m 3)等不利的环境地质条件。
清江枯水位一般为197.0m ,水面宽60～80m 。
1.2 洪水条件水布垭水利枢纽为一等大(1)型水利水电工程,泄洪建筑物按1000a 一遇设计,洪峰流量为20200m 3 s ,调节下泄流量为16300m 3 s ;按10000a 一遇校核,洪峰流量为24400m 3 s 。
调节下泄流量为18320m 3 s ;消能防冲建筑物按100a 一遇设计,洪峰流量为13700m 3 s ,调节下泄流量为11940m 3 s 。
1.3 泄洪消能特点及其设计原则本工程泄洪消能的特点和难点是水头高(上下游水位差171～180m )、流量大、泄洪功率大(最大达3.1万MW );消能区地层抗冲能力差,环境地质条件复杂;消能区紧邻大坝坝脚、电站尾水出口和导流洞出口,关系复杂。
泄洪消能设计需遵循以下原则:(1)满足枢纽的正常泄洪需要,并有一定的超、预泄能力;(2)为使汛期水库回水不淹没恩施市区,20a 一遇洪水位不超过397.0m ;(3)为确保两岸边坡、滑坡的稳定,要力求减轻冲刷,同时避免电站尾水出口产生危害性淤积和波浪;(4)泄洪消能设计需兼顾地形地质条件和相邻建筑物布置,做到方便施工,节省投资。
2 溢洪道布置及泄洪方案由于本工程挡水建筑物为混凝土面板堆石坝,泄水建筑物宜采用岸边溢洪道方案。
坝址区右岸地形最大高程达550m ,若在右岸布置溢洪道,则存在200m 的高边坡开挖、溢洪道线路长且工程量大、泄洪水流与河道交角较大等问题。
而在左岸布置溢洪道,则可利用高程400～450m 的宽缓台地,从而降低边坡开挖高度,节省工程量,亦可较容易地解决下泄水流的归槽问题。
经枢纽布置的多方案综合比选,将溢洪道布置于左岸。
考虑到清江洪水陡涨陡落的特点,泄洪建筑物宜以表孔溢洪道为主,深式泄洪孔为辅。
溢洪道泄洪布置共研究了表孔和泄洪洞联合泄洪、表孔与深孔联合泄洪和全表孔泄洪3个方案。
对于表孔与泄洪洞(进口高程350m ,孔口尺寸6.0m ×9m )联合泄洪方案,降低了放空洞(进口高程250m )的操作水头,放空水库的梯级搭接较好,但采用龙抬头型式与导流洞相接,泄洪洞内流态复杂,洞内流速高达50m s ,且高水位时洞内产生水跃。
表孔与深孔(进口高程及孔口尺寸同泄洪洞)联合泄洪方案,同样降低了放空洞操作水头,但溢洪道工程量较大。
全表孔泄洪方案,工程量最小,其主要问题是水库放空时间比有深孔方案有所增加。
经计算,在不抬高放空洞操作水头的前提下,水库放空(400～260m )时间为43d ,仅增加5d ,能满足大坝检修的时间要求。
因此,推荐采用全表孔泄洪方案。
溢洪道由引水渠、控制段、泄槽段(含挑流鼻坎)及下游防冲段4部分组成。
控制段布置5个表孔,孔口尺寸为14.0m ×21.8m ,堰顶高程为378.2m ,枢纽调洪演算成果见表1。
3 溢洪道消能方案从消能区的地形地质条件来讲,采用底流消能更有利于两岸边坡、滑坡的安全,但溢洪道水头落差大。
经计算,若采用底流消能,则消力池护坦最大流速达58m s ,技术上难度较大,而且工程量大,施工工期安排困难,因此,本枢纽的消能型式重点第38卷第7期人 民 长 江Vol .38,No .72007年7月Yangtze River July ,2007研究挑流消能,通过优化消能工的体型尽量抬高冲刷坑的高程以减轻对两岸边坡、滑坡的影响。
溢洪道挑流共研究了一级消能(分区陡槽接连续式挑坎、台阶式陡槽接差动式挑坎、分区陡槽接窄缝式挑坎)和二级消能(一级平底消力池接一级挑流、一级逆坡消力池接一级挑流)等5种方案。
表1 水布垭水利枢纽调洪演算成果洪水频率P %洪峰流量m 3溢洪道泄量(m 3·s -1)库水位m 下游水位m 0.012440018320404.0232.60.12020016300402.2229.40.21650014810400.78226.81.01370011940397.94222.05.01080010800396.66220.0以上5种方案中,分区陡槽接连续式挑坎消能率最低,台阶式陡槽接差动式挑坎消能率最高,但台阶底坎负压太大,二级消能虽消能率有所增加,但由于在泄槽中部下挖一级消力池而造成工程量太大,综合比较,消能型式推荐采用分区陡槽接窄缝式挑坎的布置方案。
由于电站尾水紧邻消能区的下游,泄洪时在尾水出口产生的冲刷淤积和泄洪涌浪有可能影响机组运行和尾水洞检修。
为此又对窄缝鼻坎的布置及体型进行了深入研究,其目标是在减小冲刷深度的同时,有效地达到对厂房尾水口门部位削波减淤的目的。
挑流鼻坎的体型共研究了平齐式、左长右短(左低右高)、右长左短(右低左高)、左右长中间短(左右低中间高)等多种布置方案。
试验表明,挑流鼻坎采用左低右高的阶梯式布置较好地适应了消能区河弯地形的特点,取得了抬高冲刷高程、减免电站尾水口门淤积和减小电站尾水波浪的良好效果。
试验测得,在溢洪道下泄100a 一遇洪水时,下游冲坑最低点高程为178.0m ,比平齐式布置抬高5m ;100a 一遇以下洪水,电站尾水口门外8m 范围无淤积现象,大洪水时也只有少量淤积;尾水口门区波幅为0.89～1.91m ,比平齐式布置口门区波幅3.0～5.3m 大为减小,尾水管压力脉动测试表明,泄洪期尾水管压力波动对机组运行没有影响。
阶梯式窄缝鼻坎体型见图1。
4 溢洪道结构设计4.1 引水渠通过对泄流能力、渠道的设计流速、泄洪布置以及开挖料利用等多方面综合比较,确定溢洪道渠底高程为350.0m ,渠底宽度90.0m ,轴线长890.32m ,引水渠转弯段半径270.0m ,转角75.5°。
引水渠横断面为复式断面,两侧边坡针对不同岩性采用不同坡比,即覆盖层1∶1.5,上部龙潭组页岩1∶1.0,每15m 高设一级宽3.0m 的马道;下部茅口组灰岩采用直立坡,每15m 高设一级宽4.5m 的马道。
为减小渠道糙率,引渠开挖后,两侧边坡和渠底均喷护混凝土,上部页岩进行局部挂网并设置系统锚杆,正常蓄水位以上边坡设置排水孔,局部地质条件差的部位采用混凝土挡墙。
4.2 控制段控制段由6个溢流坝段和3个非溢流坝段组成,布置5个开敝式表孔,溢流坝段采用孔中分缝,坝顶高程407.0m ,坝轴线全长145.30m 。
建基面高程360.0～355.5m ,建基岩体为茅口组灰岩和栖霞组第14、15段灰岩。
控制段基础下的P 131q 软岩,缓倾上游,倾角约12°～14°,发育有131、131-1号至131-6号共7条剪切带,其中以131号最厚,性状最差,抗剪断强度力学参数:f '=0.23,C '=0.02MPa ,对控制段的深层抗滑稳定有较大影响。
计算结果表明,河床2～7号溢流坝段沿131号剪切带的深层抗滑稳定不满足要求,为此在2～7号坝段布置12根3.5m ×3m 的抗滑桩,桩体进入剪切带下5～9m ;桩与桩之间顺131号开挖连接洞,将带内软弱岩体进行置换回填混凝土,最后进行回填灌浆。
图1 阶梯式窄缝鼻坎体型(单位:m )施工期在3～7号坝段开挖出露151号剪切带,剪切面平直,厚度0.5～5cm 不等,充填灰黑色炭泥质生物碎屑灰岩及不连续薄片状方解石脉,剪切面光滑,附有黑色明亮炭膜。
151号剪切带走向310°,倾向220°,抗剪断强度力学参数:f '=0.28,C '=0.04MPa 。
计算结果表明:7号坝段沿151号剪切带及高程355.5m 建基面抗滑稳定不能满足要求。
为此对7号坝块进行固结灌浆和增设锚筋桩处理,总计布置锚桩5排,深入151号剪切带下部5m ,并布置固结灌浆孔。
4.3 泄槽段溢洪道泄槽总宽度92m ,为便于泄洪调度,泄槽分为5个区,每个表孔各成一区,每区宽度16m ,隔墙宽3m 。
1～5号泄槽均在桩号0+137.00处设一道跌坎式掺气槽,由于1～2号泄槽较长,又在桩号0+202.00处设第2道跌坎式掺气槽。
泄槽(下转第69页)23第7期廖仁强等:水布垭水利枢纽岸边溢洪道设计热低压同时作用造成的,地形的影响也十分显著;“69.7”暴雨,其暴雨中心清水湾站最大1、3d降水量分别为343、395.1mm。
这场暴雨是梅雨锋暴雨,影响系统为切变低涡;“75.8”暴雨,其暴雨中心在清江下游,都镇湾最大12h、1d的降水量分别为545.6、630.4mm,这场暴雨是由登陆台风转成热低压引起的;“97.7”暴雨,暴雨中心开始在太阳沱以下后来逐步上移到太阳沱至恩施区间,中心位置稳定少动,暴雨中心花场站最大1、3d 降水量分别为239.5、363.4mm,渔峡口站以上流域3d面雨量为有实测记录以来的最大值,致使中游渔峡口水文站发生了仅次于1883年历史大洪水的实测最大洪水,重现期约55a,是典型的双峰型洪水,这场暴雨属梅雨期暴雨。
因此,影响清江流域的暴雨天气系统主要有切变低涡和冷锋低槽,下游还可受热带系统的影响。
4.2 洪水渔峡口站与水布垭坝址间只有支流泗渡河汇入,其流域面积较小,因此渔峡口站的洪水特性基本可反映坝址洪水特性。
渔峡口站的洪水一般由暴雨形成,其洪水季节性变化与暴雨基本一致。
坝址以上支流忠建河与马水河流域为西南暖湿气流入流通道,是清江流域出现暴雨频次最多的地区,因此,渔峡口站洪水颇为频繁。
渔峡口以上流域一般年份3、4月进入雨季,开始涨水,汛期为5～9月。
