长河坝水电站上游过水围堰堰面防护方式试验研究.docx

小水电2015年第3期(总第183期)技术交流

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长河坝水电站上游过水围堰堰面防护方式试验研究

林陶枫1,杨庆2,戴光清2

(1.中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南昆明650051

2.四川大学水力学及山区河流开发保护国家重点实验室，四川成都610065)

摘要：长河坝水电站过水围堰在初期过流时基坑为干地状态且基坑壅水时间较长，上游围堰上下游水位差大，因而适当的堰面防护方式是确保过水围堰顺利度汛的制约因素。试验比较了3种上游围堰堰面防护方式，量测了上游围堰范围内水力学特性指标，检验了上游围堰的过流稳定状况。试验表明：在堰面防护材料与垫层料之间设置防冲透水材料(如网状土工织物),可以防止水流淘刷堰体料，有效地增强上游围堰的过流稳定性；上游围堰度汛安全可得到保证。图3幅，表1个

关键词；水电站；上游过水围堰；防护方式；过流稳定性

0引言

我国西南部山区性河流较多，一般比较狭窄，洪水汇流历时短，洪水陡涨陡落，峰尖量大，因此广泛采用过水围堰加隧洞导流的方式[1]。采用过水围堰的导流方式在国内外已得到相当广泛的应用，事实证明，它是既经济又合理的[2]。土石过水围堰是散粒体结构，过堰水流对堰体土石料的淘刷输移作用是围堰失稳的主导因素。土石过水围堰失稳与土石坝溃决具有一定的相似性[3-7]。土石过水围堰过流时，大多从上游围堰的下游堰面局部破坏开始，故上游围堰堰面防护方式关系到上游围堰的过流稳定性。本文以长河坝水电站过水围堰为例，对比不同堰面防护方式对围堰过流稳定性的影响，系统分析过堰水流特性，提出适应此类情况的上游围堰堰面防护方式设计，为类似工程提供参考。

1工程概况

长河坝水电站坝型为砾石土心墙堆石坝，电站装机容量2600MW,2条导流洞均布置在右岸。上下游围堰间距约1180.0m。首次过流前，由于工期较紧，上下游围堰无预留导流缺口，基坑不能预充水，基本处于干地状态，基坑内形成壅水状态的

收稿日期：2015-01-20

作者简介：林陶枫(1984-),男，硕士研究生，主要从事水工水力学方面的研究工作。

时间较长，可能危及上游围堰过流稳定性。上游围堰顶高程为▽1490.0m,顶宽180.9m,上游侧以坡度1:3.0与上游河床相连，下游以坡度1:5.0的堰坡与基坑相连。

2试验设计

水工模型试验采用动床正态模型，按重力相似原则并兼顾阻力相似条件设计，模型比尺为1:45,采用柔性混凝土面板和钢筋石笼2种堰面防护措施，提出2种方案进行优化比较，论证其对上游围堰过流稳定性的影响。方案一是上游围堰顶平台轴线前16m及轴线后直到下游侧堰脚处铺设(长×宽×厚分别为8m×8m×0.8m)柔性混凝土面板防护；方案二是上游围堰顶平台轴线前20m及轴线后直到下游侧堰脚处铺设(长×宽×厚分别为2m×2m×1.5m)钢筋石笼防护，钢筋石笼左右纵、横串接。2个方案中堰脚后均采用长15m、厚1.5m的钢筋石笼压脚防护。试验在流量Q=

3380、4170、4690、5180m3/s下进行。

3优化试验研究

3.1对比试验

过流之前基坑基本为干地，2个方案中初期过流时上游围堰堰脚钢筋石笼保持稳定。在方案一中，随着流量逐渐增大，上游围堰下游堰面与左右岸岩体的交界缝隙处的堰体填筑料被逐渐冲刷，个

技术交流SMALLHYDROPOWER2015No.3.TotalNo.183

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别柔性混凝土面板沉陷后产生变形、沉陷或倾覆，从而引起周围的柔性混凝土面板产生如上的破坏过程；直到防渗墙处，形成局部的破坏面。在流量达到3380m3/s时，方案一中上游围堰下游堰面上的柔性混凝土面板基本破坏。而在方案二中，随着流量逐渐增大，串连的钢筋石笼随机发生翻卷，再带动周围的钢筋石笼产生如上的破坏过程；当流量达到4000m3/s左右时，上游围堰顶平台上的护面钢筋石笼大部分破坏。2个方案中堰面防护措施均失效(见图1)。

失稳原因分析：

(1)2个方案都未在堰面防护材料与垫层料之间设置适当防冲透水材料。护面材料与两岸岩体以及护面材料相互间连接处都存在缝隙。防护材料下的垫层料会被流速较高的主流从缝隙中带走[9]。堰面防护材料失去垫层料的支撑保护，容易发生变形和倾覆。

(2)堰脚护脚的钢筋石笼受到主流的淘刷后，流失较严重，对下游堰面上防护材料的支承作用减弱，堰体料的流失通道扩大，导致