瀘定水電站基坑過(guò)流保護(hù)研究

程保根，何興勇，汪仲遠(yuǎn)

（1.中國(guó)水電顧問集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610072；2.四川華電瀘定水電有限公司，四川 瀘定 626100）

1 工程概況

瀘定水電站為大渡河干流水電梯級(jí)開發(fā)的第12級(jí)電站，壩址位于甘孜藏族自治州瀘定縣境內(nèi)，上距康定縣城約44 km，下距瀘定縣城2.5 km。樞紐工程由粘土心墻堆石壩、三條泄洪洞、兩條引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道及地面廠房組成，最大壩高79.5 m，電站總裝機(jī)容量920 MW，水庫(kù)正常蓄水位1 378.0 m。工程等別為二等工程，工程規(guī)模為大（2）型。考慮到工程區(qū)緊鄰瀘定縣城，壩址河床覆蓋層深厚、地質(zhì)條件復(fù)雜，工程失事影響嚴(yán)重，故提高擋水和泄洪建筑物級(jí)別至1級(jí)。

工程施工采用斷流圍堰、隧洞泄流、大壩基坑全年施工的導(dǎo)流方式。左、右岸各布置一條導(dǎo)流洞，且分高低洞布置。左岸1號(hào)導(dǎo)流洞為低洞，前期參與截流，右岸2號(hào)導(dǎo)流洞為高洞，直接利用水工2號(hào)泄洪洞，在截流后第二年汛前投入使用。

2 保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)

導(dǎo)流規(guī)劃要求，2007年12月初1號(hào)導(dǎo)流洞分流，大江截流；2號(hào)導(dǎo)流洞2008年4月底完建并參與泄洪度汛；2008年5月底上、下游圍堰完建擋水。但由于工程區(qū)移民等因素影響，2號(hào)導(dǎo)流洞無(wú)法按期完成施工，僅靠1號(hào)導(dǎo)流洞過(guò)流，無(wú)法滿足基坑度汛要求；而考慮到大壩的施工工期，需要在2008年～2009年枯水期施工上、下游圍堰基礎(chǔ)防滲墻及進(jìn)行大壩基礎(chǔ)防滲墻生產(chǎn)性試驗(yàn)，同時(shí)填筑部分上、下游圍堰。因此，基坑過(guò)流前河床 （上、下游圍堰）需進(jìn)行保護(hù)。

為了確保基坑安全度汛以及下游瀘定縣城防洪要求，同時(shí)考慮基坑保護(hù)工程量及施工進(jìn)度，基坑度汛標(biāo)準(zhǔn)采用20年一遇洪水重現(xiàn)期，基坑保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)采用10年一遇洪水重現(xiàn)期，相應(yīng)洪水流量分別為5 460、 4 970 m3/s。

3 保護(hù)方案的選擇

根據(jù)上、下游圍堰實(shí)際施工面貌，要求在2008年4月底前，上游圍堰堆筑至1 314.0 m高程，下游圍堰堆筑至1 309.5 m高程，并完成過(guò)流前保護(hù)。經(jīng)計(jì)算，當(dāng)流量大于570 m3/s時(shí)，上游圍堰堰頂將漫水過(guò)流。當(dāng)遭遇20年一遇洪水流量為5 460 m3/s時(shí)，1號(hào)導(dǎo)流洞的過(guò)流能力僅為1 420 m3/s，其他來(lái)流量由基坑下泄。

基坑過(guò)流具有流量大、流態(tài)復(fù)雜的特點(diǎn)，且下游緊鄰瀘定縣城，擬定經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的基坑過(guò)流保護(hù)方案顯得尤為重要。

3.1 方案擬定

方案一。上游圍堰頂高程為1 314.0 m，頂寬150.0 m，上游側(cè)坡度1∶2.5與上游河床相連，下游坡度1∶3與大壩防滲墻施工平臺(tái)相連，大壩防滲墻施工平臺(tái)填筑高程為1 310.0 m。下游圍堰頂高程為1 309.5 m，頂寬37.0 m，上游坡度1∶2與基坑相連，下游坡度1∶3與原河床相連。本方案對(duì)上、下游圍堰，大壩防滲墻以及基坑不作任何防護(hù)。

方案二。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)地形，增加了上游堰面寬度。上游圍堰下游側(cè)用坡比為1∶3的鋼筋石籠護(hù)坡，與大壩防滲墻施工平臺(tái)連接。下游圍堰左側(cè)缺口保留，下游側(cè)和缺口部位采用坡比為1∶3的鋼筋石籠護(hù)坡。

方案三。在方案二基礎(chǔ)上，上游圍堰防滲墻下游160.0 m處圍堰下游用直線連接，采用鋼筋石籠護(hù)坡，并將高程降低為1 313.0 m。圍堰左岸堰腳下游的低洼處采用大石拋投填平至1 310.0 m高程，防滲墻下游40.0 m處采用塊石料護(hù)坡。下游圍堰左側(cè)缺口采用塊石料填平至1 310.0 m高程，下游側(cè)用鋼筋石籠護(hù)坡，堰面下游側(cè)也鋪設(shè)10.0 m寬鋼筋石籠以保證安全，堰腳用塊石料防護(hù)。

方案四。上游圍堰頂高程為1 314.0 m，從大壩防滲墻1 310.0 m高程起直接以1∶10起坡至上游圍堰1314 m高程；大壩防滲墻至下游圍堰間基坑采用40.0 cm大石料拋填至1 309.5 m高程；下游圍堰頂高程1 309.5 m，采用坡比為1∶1.5的鋼筋石籠防護(hù)，并在堰腳用60.0 cm左右大石料護(hù)腳。

3.2 方案比較

經(jīng)水工模型試驗(yàn)驗(yàn)證，各方案特征流速及優(yōu)缺點(diǎn)見表1。

表1 各方案特征流速及優(yōu)缺點(diǎn)比較

3.3 方案選定

方案四基本保持堰腳穩(wěn)定且堰面完整，雖然增加了中石用量，但大大節(jié)省了鋼筋石籠的用量，加快施工進(jìn)度和節(jié)約投資。技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，將方案四作為推薦方案。

3.4 推薦方案模型試驗(yàn)

模型試驗(yàn)布置見圖1。

圖1 推薦方案模型試驗(yàn)布置

推薦方案四模型試驗(yàn)的堰面流態(tài)穩(wěn)定，無(wú)不良水力學(xué)現(xiàn)象，流速分布不均勻，試驗(yàn)段左側(cè)流速明顯高于右側(cè)流速。因上游圍堰防滲墻后形成沖坑，故在該處形成水平橫向漩滾，從而產(chǎn)生弱波狀水躍；上游圍堰與基坑之間以急流形式銜接，下游圍堰與下游以弱波狀水躍形式銜接。

受圍堰前彎道影響，基坑左側(cè)流速較大，在基坑左側(cè)與河岸交界處形成一個(gè)較長(zhǎng)的沖溝 （上游圍堰防滲墻下游長(zhǎng)200 m，寬20～25 m的范圍內(nèi)）。

4 基坑過(guò)流后現(xiàn)狀

4.1 2008年基坑度汛

2008年4月底，上游圍堰堆筑至1 314.0 m高程，并做好了基坑相關(guān)保護(hù)工作。基坑于5月～10月過(guò)流，并在8月31日遭遇當(dāng)年最大流量3 190 m3/s，上游水位約1 318.99 m。據(jù)估算，基坑過(guò)流量約2 100 m3/s，堰面流態(tài)較好，無(wú)明顯水躍現(xiàn)象，平均流速約4～4.5 m/s，左岸流速較右岸偏大。

過(guò)流后，上游圍堰防滲墻靠左側(cè)部分段墻體折斷，并在防滲墻后側(cè)出現(xiàn)較大深坑，最大深度約8.0 m；在基坑左側(cè)出現(xiàn)一條較長(zhǎng)的沖溝；下游圍堰少量鋼筋石籠出現(xiàn)損壞。但上、下游圍堰形態(tài)保持較好，僅沖走表面細(xì)顆粒。基坑其余部位未出現(xiàn)明顯損壞。過(guò)流后現(xiàn)狀與模型試驗(yàn)成果基本一致。

4.2 2009年基坑度汛

由于施工進(jìn)度原因，2009年汛前，2號(hào)導(dǎo)流洞依然無(wú)法投入使用，基坑仍需過(guò)水度汛。在2008年汛期保護(hù)方案基礎(chǔ)上，采用大塊石填平上游圍堰防滲墻后側(cè)沖坑，并對(duì)下游圍堰被損壞的鋼筋石籠進(jìn)行了修復(fù)， 2009年5月～10月基坑過(guò)流，過(guò)流后基坑較為完好。基坑沖刷情況與2008年汛期相似，下游圍堰的鋼筋石籠仍發(fā)生部分破壞；但上、下游圍堰體型基本完整，未出現(xiàn)大的沖刷破壞。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)多方案研究確定的瀘定水電站基坑過(guò)流保護(hù)方案，工程造價(jià)低、工期短，并成功地經(jīng)受了2008年、2009年汛期過(guò)流考驗(yàn)，滿足了基坑安全度汛的要求。

瀘定水電站是大渡河上第一個(gè)采用基坑過(guò)流保護(hù)方案并連續(xù)經(jīng)歷兩年汛期過(guò)水檢驗(yàn)的工程。瀘定水電站下游2 km就是瀘定縣城，汛期圍堰失事將可能給下游的瀘定縣城造成較大災(zāi)難。因此，保證汛期基坑過(guò)流期間上、下游圍堰的安全穩(wěn)定尤為重要。實(shí)踐證明，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況擬定的基坑過(guò)流保護(hù)方案是經(jīng)濟(jì)、合理、可靠的，為其他類似工程提供了參考經(jīng)驗(yàn)。

［1］ DL/T 5397—2007 水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］ SL 303—2004 水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］ 全國(guó)水利水電施工技術(shù)信息網(wǎng)組編.水利水電工程施工手冊(cè) （第5卷）：施工導(dǎo)（截）流與度汛工程［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2005.

［4］ 戴光清，楊慶，馬旭東，等.瀘定水電站基坑過(guò)水水力學(xué)模型試驗(yàn)研究報(bào)告［R］.四川：四川大學(xué)，2008.