象鼻嶺水電站霧化區治理設計

陳毅峰，劉杰，崔進

（中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司，貴陽550081）

1 工程概況

象鼻嶺水電站最大壩高141.5m，正常蓄水位摘要m，水庫總庫容2.63×108m3。混凝土壩及相應的泄水建筑物按100a一遇洪水設計，摘要a 一遇洪水校核；設計洪水流量摘要m3/s，校核洪水流量摘要m3/s[1]。根據象鼻嶺水電站泄洪流量、河水含沙量、沖沙要求，泄洪建筑物選擇3 溢流表孔+2 中孔的布置形式，主要承擔渲泄水庫各種頻率的洪水及沖沙的任務。泄洪表孔堰面為實用堰，表孔12m×8m（寬×高），堰頂高程摘要.00m，采用鼻坎挑流消能，出口采用差動窄縫消能工分散水流。溢流表孔最大下泄流量摘要.09m3/s，最大單寬流量64.36m3/s。2個中孔布置在摘要m 高程，相間布置在3 個溢流表孔中間，孔口設置檢修閘門，孔口尺寸4m×7m（寬×高），出口設置弧形工作閘門，孔口尺寸4m×6m（寬×高）。中孔由進口段、中部有壓流段和出口明流段3 部分組成。采用窄縫消能方式，收縮比為0.5。中孔最大下泄流量摘要.26m3/s，最大單寬流量190.53m3/s。結合表中孔水舌分布情況，下游水墊塘長度160m，底板高程EL摘要m，護坡高度至EL摘要m。

2 象鼻嶺水電站霧化區影響范圍分析

象鼻嶺泄洪消能采用表孔挑流及中孔窄縫，水流從泄水建筑物挑坎挑出后，由于水舌在空中摻氣、碰撞以及水舌入水時濺水而形成霧化水流。根據霧化水流各段的流態差異，可將挑流霧化水流分為強暴雨區、霧流降雨區和霧化區3 個區域，后2 個區域合稱霧流擴散區。

在挑流霧化問題中，造成危害最大的是霧化中的濺水部分。濺水是挑流水舌跌落于下游河道時，水體之間相互碰撞激濺起來的大量碎裂水塊，以水股、水團、水滴形式拋射出去所形成的2 次濺拋水流。雖然象鼻嶺泄洪消能系統進行了水工模型試驗，但受縮尺影響和相似準則的制約，在小比尺整體模型中難以預演泄洪霧化的物理過程。模型與原型相比較，水流流態相似，摻氣不相似，霧化濺水范圍在平面上的分布與實際泄洪情況相近。因此，就水舌入水引起的濺水范圍和強度，可參照已有的研究成果及眾多工程的原型觀測成果，進行評估預測。

有專家通過眾多工程原形觀測資料的統計分析，對擬建工程的霧化范圍提出了預報估算式。對于高水頭、大流量、窄河谷的樞紐工程，其濃霧暴雨區范圍可按下列各式估算（H為最大壩高）：縱向范圍（2.2～3.4）H；橫向范圍（1.5～2.0）H；高度（0.8～1.4）H。以此估算象鼻嶺水電站的濃霧暴雨區范圍：縱向范圍至壩后310m～460m，橫向范圍是205m～270m，高度為110m～190m。

根據以上分析及估算，至少應對縱向至壩后310m、橫向寬度205m、下游水位以上高度55m（摘要m）范圍內的岸坡采取必要的防護措施，特別是對位于該區域內的尾水閘室、公路、出線豎井、出線平臺、排風洞等做好足夠的保護措施。

霧化影響最嚴重的區域是下泄水流入水后水舌籠罩區的兩側。象鼻嶺下游尾水出口部位邊坡已進行局部防護，再往下游部位邊坡發生霧化影響破壞對大壩及相關建筑物影響較小。因此，霧化區防護主要針對水舌籠罩區實施。象鼻嶺水電站校核水位表、中孔全開泄水時水舌的縱向入水長度約140m，考慮到霧化區邊坡整體巖體條件較差，將此水舌籠罩區范圍內的河道兩岸至壩頂高程邊坡全部進行防護。

3 霧化區邊坡地質條件

下游霧化區邊坡左右岸出露P2β3-1、P2β3-2-1、P2β3-2-2、P2β3-3-1、P2β3-3-2、P2β3-4-1、P2β3-4-2地層。其中P2β3-2-1、P2β3-3-1、P2β3-4-1巖性為灰黑色塊狀玄武巖，巖石堅硬，較完整；P2β3-2-2、P2β3-3-2、P2β3-4-2巖性為拉斑玄武巖、凝灰質玄武巖、集塊巖（或凝灰質角礫巖）夾凝灰巖，次塊狀或鑲嵌碎裂結構，巖性相對較軟。

壩址左岸為斜向逆向坡，除壩頂附近高程表層發育覆蓋層外，以下基本為基巖出露，植被局部發育，其中，3#公路以下部分邊坡存在堆渣外；右岸覆蓋層發育范圍較廣，其中原213國道以下部位覆蓋層較厚，約EL摘要m 高程開始發育，右岸邊坡下部區域基巖裸露，但巖石表面風化碎裂。

從整體上看，與采用挑流對沖消能的一些工程相比，象鼻嶺下游邊坡地質條件較差，在泄洪期間霧化集中而持久的影響下，應重視挑流霧化水流對岸坡的影響。因此，有必要設置穩妥可靠的防護體系，以確保岸坡的穩定安全。

4 霧化區邊坡分區治理設計

4.1 左岸霧化區邊坡

左岸霧化區邊坡處理示意圖見圖1。

圖1 左岸霧化區邊坡處理（單位：m）

1）處理1 區位于壩頂至3#公路之間，邊坡表面碎裂，防護方式為上游側部位混凝土貼坡及下游側表面清理。

2）處理2 區正處于EL摘要m 以下的強暴雨區，邊坡局部表面有堆渣，其他部位基巖裸露，但表面巖體風化碎裂。高強度長時間的霧化陣雨降水浸入巖體后，會加劇邊坡巖體的風化破壞，影響其長期穩定性，需對其進行封閉防護處理。主要采取以下措施：對邊坡表層進行清理，除去表層堆渣、坡積物及松散巖體；對邊坡表面采取10cm 厚C20 混凝土、掛φ6.5mm@20mm×20cm 鋼筋網護面的方式進行防滲支護[2]；采用C25mm、L=4.5m 與C28mm、L=9m 錨桿進行系統支護，長短錨桿間隔布置，間排距3.0m；邊坡上設置排水孔便于排走入滲的水量，排水孔φ50mm，孔深5.0m，間排距3.0m，梅花型布置。

4.2 右岸霧化區邊坡

右岸霧化區邊坡處理示意圖見圖2。

圖2 右岸霧化區邊坡處理

1）處理3 區高程約EL摘要～EL摘要m，表面存在較多施工期堆渣，邊坡表層覆蓋層發育，厚度較大，坡度約1∶1.3。對該區域覆蓋層邊坡表面清理后采取網格梁+草皮護坡+坡面排水+混凝土擋墻的防護措施。（1）網格梁+草皮護坡：C20 鋼筋混凝土網格梁布置為菱形，間距3m×3m，斷面30cm×40cm。在混凝土網格梁節點上布置錨桿，組合成框架結構，起到整體加固效果。網格梁之間種植草皮護坡，防護邊坡，美化環境。（2）排水系統：該區域高度約42m，分設3 級網格梁布置，每10～15m 設擋墻，擋墻頂部設橫向排水溝，并于邊坡表面間隔設置4 條縱向排水溝，積水匯集后排入下游河道。排水系統有利于減少地表水滲入邊坡坡體內，使邊坡積水迅速排走。（3）混凝土擋墻：分3 級設置混凝土擋墻。最底部擋墻基礎應保證置于基巖，基礎位于基巖與覆蓋層分界以下約50cm～1m。

2）處理4 區處于強暴雨區，邊坡基巖裸露，但表面巖體風化碎裂。采用表面清理+噴錨掛網+排水孔進行處理。

5 結語

綜上所述，霧化區治理本質上是暴雨作用下的高邊坡安全穩定問題處理，因此，須做好防與排的結合，要防止水流大量下滲造成的坡體內裂隙水充填，要防止霧化水流造成坡面的沖刷破壞，同時，還要做好山體水的通暢排出，以使工程處于安全運行狀態。