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过水围堰

2020-04-09 21:01

在一定条件下允许堰顶过水的围堰。过水围堰既担负挡水任务,又能在汛期泄洪,适用于洪枯流量比值大、水位变幅显著的河流。其优点是减小施工导流泄水建筑物规模,但过流时基坑内不能施工。

过水围堰设计标准

根据水文特性及工程重要性,提出枯水期5%~10%频率的几个流量值,通过分析论证,力争在枯水年能全年施工。中国新安江水电站施工期选用枯水期5%频率的挡水设计流量4 650 m3/s,实现了全年施工。对于可能出现枯水期有洪水而汛期又有枯水的河流上施工时,可通过施工强度和导流总费用(包括导流建筑物和淹没基坑的费用总和)的技术经济比较,选用合理的挡水设计流量。为了保证堰体在过水条件下的稳定性,还需要通过计算或试验确定过水条件下的最不利流量,作为过水设计流量。

图1 大化水电站过水围堰断面图

1—土堤;2—混凝土面板;3—钢筋石笼;4—大块石;5—铅丝笼;6—堆石;7—黏土;8—块石

过水围堰类型

通常有土石过水围堰、混凝土过水围堰、木笼过水围堰3种。木笼过水围堰由于用木材多,施工、拆除都较复杂,现已少用。

(1)土石过水围堰。这类围堰施工简便,对地基适应性强,高度一般30 m左右,土石方量不宜过大,以便有足够时间完成围堰的过水保护。围堰的结构型式分为:① 设挡墙(即镇墩)的陡槽式,混凝土挡墙设在围堰下游侧的基础上。堰体堆石的上游侧设黏土斜墙及帷幕灌浆防渗,溢流面用混凝土等护面。这种型式整体稳定性好,但挡墙要在基坑排水并清除河床覆盖层后才有条件施工,制约了围堰的工期,有一定的风险,现已少用。② 堰后护底顺坡式。这类围堰取消了后面的挡墙,用混凝土块体、石笼、大块石等在下游护底,溢流面由混凝土板或石笼防护,可与护底同时施工。有时也将混凝土护面板延伸到堰脚,

图2 卡布拉巴萨上游围堰断面图(单位:m)

1—砂砾石层;2—帷幕灌浆;3—板桩

图3 乌江渡水电站拱围堰断面图(单位:m)

1—钢围囹;2—加固拱;3—黏土铺盖;4—覆盖层;5—预填骨料灌浆;6—帷幕灌浆

用混凝土护坦保护河床覆盖层,既简化了施工,又缩短了工期,一般用得较多。中国20世纪70年代后期施工的大化水电站二期上游过水围堰,利用汛期过水时壅高下游水位,上下游水位差较小,过堰水流以面流形式和下游水面衔接,水跃发生在堰顶混凝土缓坡平台上,其下游堰面用钢筋石笼和大块石保护,进一步简化了护面结构,实际过堰单宽流量达44 m3/(s·m)[设计77m3/(s·m)],堰高30~40 m,过水后堰体完好(图1)。

③ 坡面挑流平台式。过堰水流顺坡下泄并在平台处形成淹没水跃,然后以面流与下游衔接。这种型式适用于下游水位高,能经常满足面流水跃衔接。莫桑比克的卡布拉巴萨(Cabora Bassa)工程的上游围堰是这种型式的典型示例(图2)。该堰高40 m,实际过流单宽流量50 m3/(s·m),堰顶最大平均流速10.5 m/s。

土石围堰采用混凝土楔形板护面,是原苏联首创。这种护面能适应较高流速、较大单宽流量和不均匀沉陷,既可预制,也可现场浇筑,但必须认真做好楔形板下反滤、排水和伸缩缝的处理,在覆盖层较深的河床,要注意落实堰脚保护措施。中国东风水电站上游土石过水围堰最大堰高17.5 m,堰基覆盖层厚8 m,采用混凝土心墙防渗,堰面高流速区用8排3.3 m×2.0 m×0.7 m混凝土楔形板护面,并直接浇筑在未经压实的堰体上。该堰1989~1990年共过水8次,最大过水单宽流量达57m3/(s·m),最大堰面流速11.6 m/s,过水后混凝土楔形板完好无损。

(2)混凝土过水围堰。这类围堰多为重力式或拱形,具有堰底宽度小,抗渗抗冲性能好,可用碾压混凝土填筑,上升速度较快,但需在低水土石围堰保护下干地施工,或创造条件在水下浇筑混凝土。中国乌江渡水电站上游过水拱形围堰全长102.5 m,两岸为重力墩,河床拱围堰高40 m,堰顶弧长54 m,河床覆盖层厚3~8 m,在上游抛筑黏土铺盖及帷幕灌浆防渗。堰顶溢流面设高低鼻坎挑流消能,以防止紧接堰基灰岩下游面的软弱岩遭受冲刷(图3)。

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