拉洛水利枢纽截流抛投材料计算分析

2017-01-10刘晓博

中国水利 2016年20期

关键词：石渣龙口块石

刘晓博，宋洋，陈涛

（中国人民武装警察部队水电第三总队，610036，成都）

拉洛水利枢纽截流抛投材料计算分析

刘晓博，宋洋，陈涛

（中国人民武装警察部队水电第三总队，610036，成都）

截流；抛投材料；粒径；尺寸；数量；拉洛水利枢纽

截流是水利工程施工的重要环节，确定截流抛投材料的尺寸和数量是截流中的关键问题。合理计算抛投材料数量、尺寸、抛投时机有关参数，并在施工过程中根据水流变化及时计算调整抛投材料，对整个截流具有十分重要的指导意义。

一、拉洛水利枢纽截流基本情况

根据拉洛水利枢纽截流计算成果，龙口合龙时上游水位为4 268.64 m（Q＝45 m3/s），考虑安全超高，确定龙口进占堤顶高程4 269.2 m。根据设计要求，为保证戗堤不受洪水漫溢和冲刷，截流戗堤上游堰体填料应及时跟进填筑，在防渗墙施工平台上游侧15 m宽度填筑至4 269.2 m高程，并在围堰上游侧增加1 m高挡水子堰，子堰后期水位回落后拆除。戗堤断面形式为梯形，上、下游坡比均为1∶1.5；主河床高程约为4 258.3 m，进占时戗堤填筑高约10.4 m；子堰底宽7 m，顶宽3 m，高1 m，上下游坡比均为1∶2。

左、右岸非龙口进占时，将戗堤与上游围堰一起填筑，进占时戗堤顶4 269.2 m高程，填筑宽度达40 m以上；龙口进占时，戗堤宽度按9m控制。

本工程非龙口段进占分别自左、右岸同时向河道中间进占，预计左岸非龙口段进占180 m，右岸非龙口段进占90 m，预留龙口宽30 m，龙口布置于靠近右岸侧。

截流流量Q＝45 m3/s时，截流戗堤龙口合龙后，上游水位约为4 268.76 m，龙口最大平均流速为3.73 m/s，龙口最大流速（戗堤轴线水面上）约为5.60 m/s，相应于龙口宽30 m；龙口最大单宽功率68.42（t·m）/（s·m），截流最终总龙口落差为10.71 m。

二、抛投材料计算

1.截流材料选择及尺寸确定

根据截流合龙过程中的水力条件变化情况，各区抛投料物块体粒径按该区段可能出现的最不利水力条件计算，参照国内类似工程实际经验，结合施工机械及抛投技术条件确定。

截流块石粒径计算：

式中，d为截流块石化引为球体的直径，m；v为束窄龙口最大流速，m/s；K为综合稳定系数；γs为块石容重，2.6t/m3，混凝土块取2.4t/m3；γ为水容重，1.0t/m3。

上述公式对于单个抛投块体及群体抛投料分别取不同K值，单个块体（立堵）K值取0.86，群体抛投混合料（立堵）K值取0.93。

由龙口合龙水力计算得到的龙口流速，分别计算龙口不同宽度抛投的块石粒径。龙口流速45m3/s，戗堤高程4 269 m，戗堤顶宽12 m，龙口宽度取30 m。各流速对应的抛投材料最大粒径计算成果见表1。

表1 龙口段合龙抛投材料汇总

2.截流材料数量确定

立堵截流按设计断面计算工程量，计算公式：

式中，W为戗堤体积，m3；为龙口平均宽度，m；Ω为戗堤断面面积，m2。

计算得截流期间各种材料抛投用量见表2。

根据现场施工条件及对当地开挖材料状况的了解，宜选用石渣料（＜30 cm）、块石料（30～70 cm）、特殊料（＞70 cm）作为截流抛投材料。石渣料主要采用现场边坡开挖石渣料及砂砾石料，块石料自坝肩爆破开挖料进行分选，特殊料为现场制备混凝土预制块和钢筋石笼。特殊料的尺寸特性见表3，特殊料抛投用量见表4。

3.不同粒径材料数量抛投规划

根据截流水力学计算成果表，随着龙口宽度的变化相应抛投材料粒径和数量有变化。本工程将龙口合龙过程宽度和高度划分区段，按分区最大流速来计算所需材料粒径和数量（见图1、图2）。

表2 截流戗堤进占及龙口合龙抛投材料

表3 截流特殊料抛投材料尺寸特性

表4 截流特殊料抛投材料用量

图1 龙口纵断面抛填图

图2 戗堤龙口横断面

抛投材料分为3个区层，Ⅰ层4 265 m以下，主要抛投块石料和预制块体以及钢筋石笼混合以石渣料，视水流和抛投体稳定情况，在龙口下游侧抛填大块物料，上游侧填石渣料。根据水位库容关系曲线，在11小时内完成4 265 m以下抛填，则龙口合龙，抛填量为4 608 m3（含Ⅰ层3 744 m3和Ⅱ-1、Ⅱ-2、Ⅱ-6、Ⅱ-7共864 m3），抛投强度410 m3/h。Ⅱ层为4 265～4 268 m，抛填石渣料和砂砾石，抛填量1 476 m3，可在4小时内填完。Ⅲ层4268～4269m，抛填石渣料和砂砾石，抛填量560m3，可在2小时内填完。