沙灣水電站尾水渠設(shè)計(jì)

1、沙灣水電站尾水渠設(shè)計(jì)沙灣水電站尾水渠設(shè)計(jì) 【摘要】:本文簡(jiǎn)要介紹了沙灣水電站的概況及尾水渠布置和結(jié)構(gòu)，緊接著介紹了尾水渠防滲墻的設(shè)計(jì)、施工情況。 【關(guān)鍵詞】:沙灣水電站 尾水渠設(shè)計(jì) 中圖分類(lèi)號(hào)：TV543 1工程概述 沙灣水電站樞紐工程位于四川省樂(lè)山市沙灣區(qū)葫蘆鎮(zhèn)河段，距葫蘆鎮(zhèn)上游約1.0km，為大渡河干流下游梯級(jí)開(kāi)發(fā)中的第一級(jí)，樞紐區(qū)上游11.5km處為已建的銅街子水電站，其下游為在建的安谷水電站 該工程由左岸非溢流面板壩、閘壩儲(chǔ)門(mén)槽段、泄洪沖沙閘、發(fā)電廠房、廠房?jī)?chǔ)門(mén)槽段、尾水渠、右岸接頭壩及庫(kù)區(qū)防洪堤等建筑物組成。 電站裝機(jī)容量480MW，額定水頭24.5m，正常蓄水位432.0m，設(shè)計(jì)引

2、用流量2203.2m3/s，保證出力151MW，年利用小時(shí)數(shù)5015h，年發(fā)電量24.07億kW•h。水庫(kù)總庫(kù)容4867萬(wàn)m3，正常蓄水位以下庫(kù)容4554萬(wàn)m3。電站采用一級(jí)混合開(kāi)發(fā)方式，即建壩壅水高15.5m，與銅街子尾水相銜接，河床式廠房，廠后接長(zhǎng)9015m的尾水渠，尾水渠利用落差14.5m。電站發(fā)電水頭的一半左右需由尾水渠獲得。 2.尾水渠布置及結(jié)構(gòu) 尾水渠線路主要沿右側(cè)河床接近岸邊走向布置，局部經(jīng)過(guò)河流漫灘、心灘、一、二級(jí)階地等地貌，根據(jù)沿渠地面高程，尾水渠開(kāi)挖深度1024m，渠道部分基礎(chǔ)為基巖，上面為砂卵石覆蓋層。尾水渠全長(zhǎng)9015.0m，尾水渠出口位于祝灣壩下游

3、約500m河段上。 尾水渠斷面為復(fù)式梯形斷面。尾水渠底寬91m，邊坡1:1.6。為方便運(yùn)行檢查，在尾水渠左堤“尾1+700m”以后，以及右堤“尾0+450”以后在距渠底9m高程處設(shè)置寬2m的馬道。左堤頂寬5m；考慮到堤頂永久交通和防洪要求，右堤頂寬6m。尾水渠左堤堤身采用砂卵石混凝土面板壩結(jié)構(gòu)型式。其左堤的左側(cè)（迎水面）為50cm厚鋼筋混凝土面板，在尾0+450尾1+700之間左堤右側(cè)、渠底板分別以40cm、30cm厚C15鋼筋混凝土面板護(hù)面。在尾1+700以后左堤右側(cè)采用30cm厚C15砼護(hù)面，渠底板分別以15cm（巖石基礎(chǔ)）、30cm（砂卵石基礎(chǔ)）厚C15砼護(hù)面。右堤在尾0+450以后馬道

4、以下采用30cm（砂卵石基礎(chǔ)）、15cm（巖石基礎(chǔ)）厚C15砼護(hù)面，馬道以上采用M8漿砌卵石護(hù)坡，渠內(nèi)在正常水位以上2m開(kāi)始向下設(shè)排水孔（包括渠道底板），間、排距3×3m，孔徑10cm。砂卵石基礎(chǔ)部分排水孔下設(shè)50cm反濾層。 尾水渠上段距離沖沙閘較近，屬水流強(qiáng)頂沖段，在天然情況下尾水渠漸變段后的最大沖深約4.29m， 設(shè)計(jì)時(shí)考慮到強(qiáng)頂沖段的特殊性和已建工程長(zhǎng)尾水渠在運(yùn)行中的經(jīng)驗(yàn)，為滿足在各種流量情況下的抗沖要求，尾水渠左堤趾板（厚1.2m）建基面高程設(shè)計(jì)時(shí)均放在最大沖刷深度以下并留適當(dāng)安全裕度（從河床疏浚后的河床面起算）。同時(shí)，為了安全起見(jiàn)，對(duì)尾水渠左堤趾板頂高程與疏浚后的河床面之

5、間開(kāi)挖埡口范圍用較粗顆粒卵石回填處理?？紤]到對(duì)水流流態(tài)的改善，將廠下重力式左堤與下游尾水渠左堤之間采用扭面銜接。 尾水渠以電站廠房尾水管出口反坡段末端作為尾水渠樁號(hào)“尾0+000點(diǎn)”（即“壩0+166.5m”），渠底板高程398.23m，比降1/8000。在尾0+000.000+450.00m范圍內(nèi)為尾水渠漸變段，漸變段采用衡重式混凝土擋墻結(jié)構(gòu)與下游面板式砂卵（礫）石堤身以扭面形式銜接；尾水渠左堤末端洪水頂沖段，采用鋼筋混凝土護(hù)坡式裹頭保護(hù)，尾水渠出口段渠底以1:308.93的反坡與下游天然河道地面高程（400.01m）相銜接，反坡段長(zhǎng)865.0m，出口處渠底最大寬度170m。相對(duì)于發(fā)電流量2

6、203.2m3/s，尾水渠出口處河床水位405.28m。 尾水渠左堤溢流段（尾1+000.01+700.0m），根據(jù)電站以及水庫(kù)運(yùn)行調(diào)度要求，尾水渠在天然來(lái)水流量大于5000m3/s時(shí)參與河道行洪，溢流段的位置、長(zhǎng)度、頂高程由模型試驗(yàn)按修建工程后，河床各頻率洪水位均不高于天然情況30cm為原則確定，溢流段（尾1+000.01+700.0m）堤頂高程為418.93m417.97m；左堤尾1+000上段堤頂高程以校核洪水流量下洪水不翻堤加適當(dāng)安全加高確定；其余段堤頂高程以100年一遇洪水位確定。 電站正常發(fā)電引用流量2203.2m3/s，尾水渠正常水深8.12m，流速2.64m/s；電站最小發(fā)電引

7、用流量550.8m3/s，尾水渠最小水深5.31m，流速0.95m/s，滿足不沖不淤流速要求。 3 尾水渠左堤防滲設(shè)計(jì) 尾水渠樁號(hào)尾0+0003+200m段，長(zhǎng)3200m。該段左堤堤線經(jīng)過(guò)河床、漫灘及級(jí)階地等地貌單元，地面高程407.8420.5m，段內(nèi)地形平坦，地表除在級(jí)階地表層有厚01.8m的粉土層分布外，其余均為第四系全新統(tǒng)現(xiàn)代河流沖積堆積層（Q42al）所覆蓋，覆蓋層厚度在樁號(hào)0+0001+381段為15.057.5m；1+3811+622段為13.016.2m；1+6222+765段為6.215.0m；2+7653+350段為15.019.4m。物質(zhì)組成在樁號(hào)0+0000+775和1

8、+229.31+622段上部為漂卵礫石夾砂，厚6.013.5m，下部為礫卵石夾砂，其余地段以礫卵石夾砂為主，層中在樁號(hào)1+3501+925段夾厚0.51.2m砂層透鏡體，分布高程為406.0411.7m，砂層主要為中細(xì)砂。本段渠堤下伏基巖為T(mén)2l、T1j之巖溶角礫巖、泥質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖及白云巖等。巖體強(qiáng)、弱風(fēng)化帶厚度分別為57.5m、715.5m，強(qiáng)風(fēng)化帶內(nèi)巖石強(qiáng)度較低，裂隙較發(fā)育，完整性較差，在樁號(hào)2+0323+004段，巖溶角礫巖和泥質(zhì)灰?guī)r及部份白云巖巖體中巖溶較為發(fā)育，溶蝕小孔和晶洞隨處可見(jiàn)，局部呈蜂窩狀溶蝕，溶孔直徑0.52.0cm，據(jù)鉆孔壓水成果資料，巖體透水率為14.3202.1

9、Lu，為中等強(qiáng)透水層。尾水渠標(biāo)段施工時(shí)采用全年導(dǎo)流方案，防滲深度從左堤施工平臺(tái)起算又增加了68m，覆蓋層最深達(dá)65.5m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件和高壓旋噴灌漿試驗(yàn)情況，經(jīng)綜合考慮，尾水渠標(biāo)段左堤防滲型式采用80cm厚的塑性混凝土防滲墻，塑性混凝土防滲墻深入巖溶角礫巖下部的泥質(zhì)白云巖11.5m。 在尾水渠樁號(hào)“尾0+485.765尾0+511.765m”間（長(zhǎng)25m），由于壩下施工臨時(shí)橋在該處橫跨尾水渠，橋下尾水渠左堤基礎(chǔ)防滲施工場(chǎng)地狹窄，有效施工高度僅5m左右，塑性砼防滲墻施工無(wú)法進(jìn)行，經(jīng)研究該段將塑性砼防滲墻改為三排帷幕灌漿代替（間距1.0m，排距1.0m）。 尾3+200尾9+015m”段，尾水

10、渠中心線長(zhǎng)度5815m。防滲線為左堤堤身軸線位置，左堤堤身及沙卵石基礎(chǔ)采用40cm厚的塑性砼防滲薄墻，左堤外側(cè)面板設(shè)排水及反濾要求。 塑性防滲墻墻體相關(guān)技術(shù)要求為：成墻厚度0.8/0.4m，墻體28天抗壓強(qiáng)度不小于5MPa，抗折強(qiáng)度不小于1.5MPa，彈性模量1500MPa，抗?jié)B標(biāo)號(hào)W8，滲透系數(shù)ki×10-7cm/s，允許滲透坡降不小于80，墻體拉應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)為0.20.3MPa。 4 防滲墻應(yīng)力應(yīng)變及左堤邊坡穩(wěn)定計(jì)算分析 本次計(jì)算采用Duncan-Chang雙曲線本構(gòu)模型。選擇兩個(gè)典型橫剖面（尾3+400.00和尾4+200.00）作為有限元計(jì)算分析對(duì)象（見(jiàn)圖4-1、4-2）。

11、根據(jù)提供的地質(zhì)資料，防滲墻、圍堰及堰基地基各層材料物理力學(xué)參數(shù)建議值見(jiàn)表4-7-5。 尾水渠計(jì)算參數(shù)表 表4-7-5 圖4-1尾3+400.00剖面地質(zhì)圖 圖4-2尾4+200.00剖面地質(zhì)圖 泥皮單元采用滑移面單元： Kn=8.33×105；Ks=1400 計(jì)算時(shí)，不考慮堰體沙漿墊層和面層的作用，暫做安全富裕度。 計(jì)算時(shí)按以下兩種工況考慮。施工工況：施工期間，尾3+400.00剖面圍堰外側(cè)水面高程為417.611m，尾4+200.00剖面圍堰外側(cè)水面高程為416.625m，施工期左堤內(nèi)外水頭差最大，為控制工況。兩剖面渠內(nèi)水位均為各級(jí)開(kāi)挖高程。運(yùn)行工況：正常運(yùn)行工況下，兩剖面尾水渠外

12、側(cè)水位選取與河床地面高程齊平，其中3+400.00剖面外側(cè)水位為414.00m，4+200.00剖面外側(cè)水位為412.5m；兩剖面內(nèi)側(cè)水位取正常尾水位，其中3+400.00剖面內(nèi)側(cè)水位為405.858m，4+200.00剖面內(nèi)側(cè)水位為405.764m。 尾水渠工程施工順序?yàn)椋?（1）左堤處河床疏浚開(kāi)挖； （2）左堤堤身分層填筑至堤頂（為了在堤頂便于防滲墻的施工，左堤頂寬向渠內(nèi)側(cè)加寬7m，左堤頂施工期總寬為12m，渠內(nèi)坡1:1.5； （3）進(jìn)行左堤外側(cè)的趾板面板施工并完成（在汛前完成便于渡汛防沖需要）； （4）在堤頂進(jìn)行防滲墻施工并完成（在汛期施工）； （5）尾水渠基坑分層開(kāi)挖至設(shè)計(jì)高程（伴隨降

13、水過(guò)程）。為了在堤頂便于防滲墻的施工，左堤頂寬臨時(shí)向渠內(nèi)側(cè)加寬的7m隨基坑挖出； （6）渠內(nèi)面板施工，尾水渠施工完成。 按照要求，有限元分析中兩個(gè)計(jì)算剖面基坑均分為五級(jí)開(kāi)挖，尾3+400.00剖面分層開(kāi)挖示意見(jiàn)圖4-3；尾4+200.00剖面分層開(kāi)挖見(jiàn)示意見(jiàn)圖4-4。 基坑的開(kāi)挖效應(yīng)一方面體現(xiàn)在開(kāi)挖巖塊的剛度消失，另一方面將解除開(kāi)挖巖塊對(duì)巖體的變形約束，致使基坑巖體產(chǎn)生附加位移場(chǎng)和附加應(yīng)力場(chǎng)，首先由初始地應(yīng)力場(chǎng)確定第一級(jí)開(kāi)挖邊界上的初始應(yīng)力0，然后去掉第一級(jí)開(kāi)挖巖體，將0中法向正應(yīng)力及切向剪應(yīng)力反向施加于開(kāi)挖邊界。 工程巖土體在上述開(kāi)挖過(guò)程中，只要確定了巖土體開(kāi)挖單元范圍和開(kāi)挖面邊界，開(kāi)挖邊界

14、上的等效釋放荷載、附加位移場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)，在目前的有限元計(jì)算中通?？梢宰詣?dòng)實(shí)現(xiàn)。 由上述可知，根據(jù)尾水渠工程施工順序，有限元計(jì)算模擬過(guò)程概化為： 1）首先進(jìn)行原始地形條件下初始地應(yīng)力計(jì)算，獲得計(jì)算域的天然應(yīng)力場(chǎng)； 2）進(jìn)行河床疏浚開(kāi)挖，得到開(kāi)挖后的重新分布的應(yīng)力場(chǎng)； 3）進(jìn)行堰體及后部施工場(chǎng)地的回填，得到新的應(yīng)力場(chǎng)； 4）進(jìn)行塑性砼防滲墻的施工，計(jì)算時(shí)假定防滲墻的一次施工完成； 5）進(jìn)行第一第五級(jí)分級(jí)基坑開(kāi)挖。 有限元計(jì)算網(wǎng)格如圖4-5、4-6所示。 圖4-3尾3+400.00剖面尾水渠分級(jí)開(kāi)挖示意圖 圖4-4尾4+200.00剖面尾水渠分級(jí)開(kāi)挖示意圖 圖4-5尾3+400.00m剖面有限元計(jì)算模

15、型 圖4-6尾4+200.00m剖面有限元計(jì)算模型 防滲墻應(yīng)力與變形計(jì)算特征值見(jiàn)表4-7-6，其中最大拉應(yīng)力為-0.133MPa，小于防滲墻混凝土抗拉強(qiáng)度；最大壓應(yīng)力量值僅0.70MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)允許值。尾4+200.00剖面較尾3+400.00剖面的壓應(yīng)力有所加大，這主要是因?yàn)槲?+200.00剖面的防滲墻深度較深所致。 由防滲墻的變形可以看出，兩剖面的最大變形為3.62cm，其中尾4+200.00剖面較尾3+400剖面防滲墻的變形大，這主要因?yàn)槲?+200.00剖面防滲墻相對(duì)較深所致。 防滲墻應(yīng)力與變形計(jì)算特征值 表4-7-6 左堤邊坡穩(wěn)定計(jì)算分析情況如下： 施工工況下，兩條剖面均存在安全系數(shù)小于1.0的局部滑移面，安全系數(shù)1.0對(duì)應(yīng)的最大滑移面均出現(xiàn)在第五級(jí)開(kāi)挖，其中3+400.00剖面最大滑移面深度約0.6m，4+200.00斷面最大滑移面深度約0.5m；按照安全系數(shù)1.15規(guī)范控制標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)應(yīng)的最大滑移面深度均為1.25m，反映出邊坡存在局部失穩(wěn)的可能性，需