張婭琴

（中國水電顧問集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川成都 610072）

1 工程概況

瀑布溝水電站水庫正常蓄水位850 m，汛期運(yùn)行限制水位841 m，死水位790 m，消落深度60 m，設(shè)計(jì)水頭186 m，總庫容53.37億m3，調(diào)節(jié)庫容38.94億m3，為不完全年調(diào)節(jié)水庫。樞紐總布置為：河床中建礫石土心墻堆石壩，引水發(fā)電建筑物、一條岸邊開敞式溢洪道、一條深孔無壓泄洪洞均布置于左岸，右岸設(shè)置一條放空洞。

堆石壩采用設(shè)計(jì)洪水頻率P=0.2%，重現(xiàn)期500年一遇，相應(yīng)洪峰流量9 460 m3/s，設(shè)計(jì)洪水位850.24 m；校核洪水采用可能最大洪水（PMF），相應(yīng)洪峰流量15 250 m3/s,校核洪水位853.84 m。泄洪建筑物按重現(xiàn)期500年洪水設(shè)計(jì)、最大可能洪水校核。下游河道及霧化邊坡防護(hù)按100年一遇洪水設(shè)計(jì)。相應(yīng)入庫洪水流量為8 230 m3/s，控泄出庫流量為7 900（疊加尼日河來流量10 750）m3/s。

100年洪水運(yùn)行工況泄量分配：溢洪道泄量4 500 m3/s，泄洪洞泄量2 000 m3/s，機(jī)組過流1 400 m3/s。

2 泄洪洞布置

泄洪洞布置于左岸，總長(zhǎng)2 024.82 m，為無壓洞，出口采用挑流消能。泄洪洞進(jìn)口底板高程795 m，洞身段采用同一底坡i=0.058，出口挑坎起挑高程為677.89 m，最大泄量3 418 m3/s，挑坎上的最大單寬流量164.5 m3/（s·m），最大泄洪水頭183 m，洞身最大流速約40 m/s，鼻坎頂?shù)淖畲罅魉贋?3.86 m/s。

泄洪洞出口位于瀑布溝溝口上游，出口挑坎形式為扭曲斜切鼻坎，過水面底板寬度由12.0 m變?yōu)榈教艨材┒?4.05 m。反弧半徑96.12 m，挑角30°，出口挑坎起挑高程為677.89 m。挑流水舌沖坑靠近河床左岸。

3 沖刷區(qū)基本地質(zhì)條件

泄洪洞出口沖刷區(qū)河段，水面寬120～140 m，水深6～12 m，河床覆蓋層厚45～63 m；左右岸谷坡均為流紋斑巖，具有良好的抗沖蝕能力，自然邊坡穩(wěn)定性好，但河床漂卵石層及漂塊卵石層抗沖能力較弱。

泄洪洞挑流鼻坎地基巖性為流紋斑巖，地基承載力和抗變形能力滿足設(shè)計(jì)要求；護(hù)坦地基為沖積漂卵石層，結(jié)構(gòu)松散，抗沖能力低，須采取防沖措施，防止溯源沖刷危及護(hù)坦。泄洪洞出口下游的大渡河兩岸低線公路以下河岸，覆蓋層由表及里主要為人工堆積、崩坡積及河床沖積層。左岸覆蓋層分布于古崩塌體至尾水出口、泄洪洞出口一帶，其余區(qū)段主要為基巖。

4 沖防護(hù)范圍的研究思路

瀑布溝水電站泄洪流量大、泄洪水頭高，泄洪霧化嚴(yán)重，挑流消能區(qū)淘刷脈動(dòng)破壞嚴(yán)重，左岸有電站尾水出口、開關(guān)站等建筑物，右岸在740 m高程（路基高程，高于河水面約60 m）有成昆鐵路和尼日車站，在690 m高程（高于河水面約10 m）有至甘洛縣的永久改線公路通過。鑒于省道和成昆鐵路的重要性和防護(hù)治理復(fù)雜，必須對(duì)兩岸河道岸坡及公路的防護(hù)范圍和防護(hù)措施進(jìn)行詳細(xì)研究，確保泄洪運(yùn)行不危及成昆鐵路和兩岸公路及岸坡安全。

已建下游河道護(hù)岸工程防護(hù)設(shè)計(jì)思路，一般是先沖刷一個(gè)汛期，再根據(jù)實(shí)際沖刷情況進(jìn)行防護(hù)；或者，首先根據(jù)模型試驗(yàn)沖刷區(qū)范圍初步確定防護(hù)范圍，后期根據(jù)破壞情況再修復(fù)。瀑布溝泄洪洞出口對(duì)岸岸坡是成昆鐵路的壓腳基礎(chǔ)，不能在泄洪時(shí)出現(xiàn)破壞，防護(hù)范圍要足夠，防護(hù)措施要得當(dāng)。泄洪洞出口本岸岸坡一旦出現(xiàn)破壞不會(huì)立即危及挑流鼻坎和上部開關(guān)站建筑物安全。

出口下游河道岸坡破壞分為水舌落水區(qū)，淘刷區(qū)、泄洪霧化強(qiáng)雨霧區(qū)及淘刷區(qū)外強(qiáng)涌波區(qū)，確定出上述三個(gè)區(qū)域范圍后，即可確定防護(hù)范圍。根據(jù)泄洪洞出口沖刷模型試驗(yàn)成果確定淘刷范圍，根據(jù)霧化數(shù)模計(jì)算成果確定霧化強(qiáng)雨霧區(qū)，強(qiáng)涌波區(qū)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形條件和沖刷模型試驗(yàn)成果來確定。

4.1 沖刷模型試驗(yàn)成果

泄洪洞單體水工模型試驗(yàn)表明：下游河道中水流受挑射水流的影響，兩側(cè)均形成一定的回流。設(shè)計(jì)洪水時(shí)，左側(cè)岸邊水流回流流速為6.91 m/s，右側(cè)回流流速為5.13 m/s。下泄流量為3 029 m3/s流量時(shí)，河床最大沖坑深度31.9 m，受回流淘刷，左岸河道覆蓋層坍塌，巖體裸露。右岸較大范圍內(nèi)波浪較大，形成較大爬高，間隙性波浪最大爬高在設(shè)計(jì)及常年（3 264 m3/s）洪水情況下分別為5.3 m和4.0 m；左岸波浪高于右岸1～2 m。

試驗(yàn)表明：水舌落于河床后在河道兩側(cè)產(chǎn)生的回流對(duì)兩岸覆蓋層淘刷較為嚴(yán)重，以及挑流水舌進(jìn)入河道后產(chǎn)生的主流，對(duì)左岸有一定的沖刷作用，需結(jié)合巖基地質(zhì)條件對(duì)該段河流的兩岸采取保護(hù)措施。

技施階段泄洪洞泄洪霧化控泄標(biāo)準(zhǔn)為2 000 m3/s流量，因此下泄的100年一遇的消能洪水（Q=2 000 m3/s）的沖刷情況，可以參照模型試驗(yàn)成果。試驗(yàn)研究成果可以作為河岸及邊坡防護(hù)的依據(jù)之一。

根據(jù)泄洪洞霧化數(shù)模計(jì)算成果：控泄流量2 000 m3/s時(shí)，雨強(qiáng)大于20 mm/h的縱向長(zhǎng)度661 m。

5 出口河道岸坡防護(hù)設(shè)計(jì)

5.1 防護(hù)范圍確定

兩岸低線公路及岸坡處于泄洪沖刷雨霧區(qū)，根據(jù)該區(qū)域可能產(chǎn)生泥石流的雨強(qiáng)和類比工程實(shí)踐，確定對(duì)雨強(qiáng)大于20 mm/h、模型試驗(yàn)沖刷區(qū)及強(qiáng)涌波區(qū)兩岸范圍及低線公路進(jìn)行防護(hù)，以防止泄洪時(shí)回流及強(qiáng)濺水對(duì)河道岸坡和公路的淘刷、脈動(dòng)破壞。具體范圍：尾水出口至瀑布溝大橋順河向長(zhǎng)865 m。

5.2 防護(hù)高程確定

1）右岸公路路面上下游分別按尼日河大橋、瀑布溝大橋橋面高程控制，在滿足100年一遇洪水河床水面高程+涌浪高度+安全超高的條件下，對(duì)公路坡度作相應(yīng)調(diào)整；

2）左岸防護(hù)高程按100年一遇洪水河床水面高程+涌浪高度+安全超高控制；

3）充分考慮尼日河出現(xiàn)100年一遇洪水，對(duì)河岸防護(hù)的影響；

因此，右岸防護(hù)高程為684.21～690.00 m，左岸防護(hù)高程為685.21 m?？紤]常年枯水期水位為668 m，貼坡基礎(chǔ)高程確定為668.00 m。

5.3 出口對(duì)岸岸坡防護(hù)區(qū)的防護(hù)設(shè)計(jì)

泄洪洞出口河道對(duì)岸（大渡河右岸）低線公路及岸坡處于沖刷及霧化強(qiáng)降雨范圍，此地層表面為覆蓋層和人工堆積，下層為階地沖積物，均不能承受強(qiáng)降雨和淘刷作用。泄洪洞出口對(duì)岸消能區(qū)重點(diǎn)保護(hù)段為泄洪霧化強(qiáng)降雨區(qū)和水位變幅巨大波浪淘刷強(qiáng)烈區(qū)域，承擔(dān)690.00 m高程以上霧化區(qū)邊坡固腳的作用，同時(shí)也是通往甘洛縣的省道，該段河道整治工程設(shè)計(jì)原則，將公路路基以下覆蓋層挖除后回填混凝土，達(dá)到既保護(hù)巖面、防止沖刷，又可形成公路路基，外側(cè)采用C30貼坡混凝土面板，厚1.0 m，公路路面厚0.3 m，采用C30混凝土。對(duì)于泄洪洞消能區(qū)以外與上下游之間銜接段，泄洪霧化降雨強(qiáng)度和水位變幅波浪淘刷相對(duì)較弱，保留該段原路面混凝土結(jié)構(gòu)，對(duì)原路面損壞部位進(jìn)行修復(fù),清除岸坡覆蓋層，采用C25貼坡混凝土面板，厚0.8 m。對(duì)岸坡貼坡混凝土進(jìn)行系統(tǒng)錨筋支護(hù)和設(shè)置系統(tǒng)排水孔，貼坡面板坐落在貼坡基礎(chǔ)上，基礎(chǔ)尺寸2 m×2 m（寬×高），在基礎(chǔ)外拋投塊石壓腳防沖保護(hù)，壓腳高程673 m。

在樞紐泄洪時(shí)，該路段必須封閉，車輛繞行。雨季前后，必須進(jìn)行安全檢查后，才可以重新開放該段公路。

5.4 出口本岸岸坡防護(hù)區(qū)的防護(hù)設(shè)計(jì)

為方便泄洪洞枯期檢修，結(jié)合左岸河道岸坡治理，增設(shè)下游廠房交通洞口至泄洪洞出口的簡(jiǎn)易公路，為減輕對(duì)岸740.00 m高程成昆鐵路和尼日車站霧化影響，設(shè)計(jì)的泄洪洞出口水流在中小流量時(shí)有砸本岸現(xiàn)象，因此，在泄洪洞護(hù)坦下游消能區(qū)預(yù)挖沖坑形成挑流水墊，以減輕對(duì)本岸淘刷。檢修公路路基及河床岸坡順河向總長(zhǎng)約494 m，路基寬4 m，路面采用C30混凝土，厚30 cm。

公路路基以上邊坡清除覆蓋層至基巖，并采用掛網(wǎng)噴混凝土和錨桿支護(hù)，同時(shí)布置排水孔。

對(duì)水流回流沖刷較強(qiáng)區(qū)域，路基采用C20混凝土澆筑，基礎(chǔ)座落在基巖上，拋塊石護(hù)腳，巖質(zhì)岸坡坡面布置錨筋，公路外側(cè)岸坡采用C20貼坡混凝土面板，厚1.0 m進(jìn)行封閉，岸坡布置排水孔。水流回流沖刷較弱交通洞口區(qū)域，為滿足景觀布置需要，清除部分人工堆渣，局部路基采用砂卵石回填，路基以下岸坡采用C20貼坡混凝土面板，沿岸坡布置排水孔，坡腳座落在緊密的砂卵石層上，拋投塊石壓腳，防止水流直接沖刷，壓腳高程670 m。

樞紐泄洪時(shí)，交通洞口至泄洪洞出口護(hù)坦段公路必須封閉。

5.5 2010年汛期后修復(fù)設(shè)計(jì)

1）瀑布溝大橋下游200 m左岸為毛頭碼機(jī)電物質(zhì)倉庫，其外側(cè)岸坡為覆蓋層邊坡，施工期為鋼筋石籠護(hù)坡，在2010年汛期泄洪洞出流期間，因河道水流狀態(tài)發(fā)生變化，被泄洪氵勇波和折沖水流破壞。為保護(hù)毛頭碼機(jī)電物質(zhì)倉庫安全，對(duì)該岸坡重新進(jìn)行防護(hù)處理。對(duì)破壞嚴(yán)重段采用鋼筋混凝土面板防護(hù)段，對(duì)岸坡進(jìn)行系統(tǒng)錨筋支護(hù)和布置排水孔，鋼筋混凝土面板基礎(chǔ)外側(cè)采用鋼筋石籠壓腳保護(hù)。對(duì)破壞不嚴(yán)重段采用混凝土覆蓋鋼筋石籠，拆除該段已經(jīng)變形的鋼筋石籠，平整坡面，新碼放鋼筋石籠要與上游混凝土面板和下游鋼筋石籠順接；對(duì)新碼鋼筋石籠進(jìn)行無蓋重水泥灌漿，水泥漿強(qiáng)度等級(jí)為M25，在新鋼筋石籠迎水面澆筑一層厚0.3 m的C25混凝土。

2）由于瀑布溝承擔(dān)向下游泄放327 m3/s流量的供水任務(wù)，2010年汛期瀑布溝電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障，由泄洪洞局部開啟小流量放水。泄洪洞出口護(hù)坦臨河側(cè)部分基礎(chǔ)是覆蓋層，部分覆蓋層出現(xiàn)掏空破壞現(xiàn)象，為防止小流量沖刷護(hù)坦危及挑坎基礎(chǔ)，對(duì)護(hù)坦底部覆蓋層和基巖進(jìn)行固結(jié)灌漿處理，基巖基礎(chǔ)固結(jié)灌漿參數(shù)：孔徑φ50，孔深8 m，排距2 m；覆蓋層基礎(chǔ)固結(jié)灌漿參數(shù)：孔徑φ50，孔深12 m，排距2 m。對(duì)局部掏空部位進(jìn)行水下C25混凝土回填。

6 結(jié)論

根據(jù)泄洪洞出口對(duì)岸成昆鐵路霧化防護(hù)重要性，確定霧化及防沖標(biāo)準(zhǔn)和研究防護(hù)范圍的方法。該工程通過水工模型試驗(yàn)、霧化數(shù)模計(jì)算、地形條件和工程類比確定的防護(hù)范圍和高程，經(jīng)對(duì)泄洪洞消能區(qū)兩岸河道邊坡重點(diǎn)部位采取將公路路基及以下覆蓋層挖除后回填混凝土，岸坡采取貼坡混凝土加錨筋與巖面緊密結(jié)合和系統(tǒng)排水等綜合措施后，原河道兩岸岸坡抗沖刷能力大大加強(qiáng)，目前經(jīng)受住2010年汛期控制水庫蓄水期庫水位上升速度泄洪和2011年汛期泄洪的考驗(yàn)。

左岸消能區(qū)2010年汛期受庫水位上升速度的限制和向下游供水的要求，泄洪洞長(zhǎng)期處于小流量運(yùn)行，水流砸本岸情況嚴(yán)重，護(hù)坦部分基礎(chǔ)被掏空，經(jīng)修復(fù)處理后，經(jīng)受住2011年汛期泄洪考驗(yàn)。

泄洪洞2010年運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)達(dá)1 940 h，相當(dāng)于幾個(gè)汛期泄洪時(shí)間，2011年又歷經(jīng)整個(gè)汛期運(yùn)行考驗(yàn)，期間最大泄量達(dá)2 550 m3/s，最小泄量為200 m3/s，泄洪洞出口消能區(qū)河道岸坡防護(hù)經(jīng)受雨霧和水流淘刷涌波考驗(yàn)。由于目前防沖護(hù)岸設(shè)計(jì)暫無規(guī)程規(guī)范可依，值得借鑒已成功的工程實(shí)例較少，瀑布溝泄洪洞出口消能區(qū)河道護(hù)岸的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)值得其它類似工程借鑒和參考。