象鼻岭水电站雾化区治理设计

陈毅峰，刘杰，崔进

（中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵阳550081）

1 工程概况

象鼻岭水电站最大坝高141.5m，正常蓄水位摘要m，水库总库容2.63×108m3。混凝土坝及相应的泄水建筑物按100a一遇洪水设计，摘要a 一遇洪水校核；设计洪水流量摘要m3/s，校核洪水流量摘要m3/s[1]。根据象鼻岭水电站泄洪流量、河水含沙量、冲沙要求，泄洪建筑物选择3 溢流表孔+2 中孔的布置形式，主要承担渲泄水库各种频率的洪水及冲沙的任务。泄洪表孔堰面为实用堰，表孔12m×8m（宽×高），堰顶高程摘要.00m，采用鼻坎挑流消能，出口采用差动窄缝消能工分散水流。溢流表孔最大下泄流量摘要.09m3/s，最大单宽流量64.36m3/s。2个中孔布置在摘要m 高程，相间布置在3 个溢流表孔中间，孔口设置检修闸门，孔口尺寸4m×7m（宽×高），出口设置弧形工作闸门，孔口尺寸4m×6m（宽×高）。中孔由进口段、中部有压流段和出口明流段3 部分组成。采用窄缝消能方式，收缩比为0.5。中孔最大下泄流量摘要.26m3/s，最大单宽流量190.53m3/s。结合表中孔水舌分布情况，下游水垫塘长度160m，底板高程EL摘要m，护坡高度至EL摘要m。

2 象鼻岭水电站雾化区影响范围分析

象鼻岭泄洪消能采用表孔挑流及中孔窄缝，水流从泄水建筑物挑坎挑出后，由于水舌在空中掺气、碰撞以及水舌入水时溅水而形成雾化水流。根据雾化水流各段的流态差异，可将挑流雾化水流分为强暴雨区、雾流降雨区和雾化区3 个区域，后2 个区域合称雾流扩散区。

在挑流雾化问题中，造成危害最大的是雾化中的溅水部分。溅水是挑流水舌跌落于下游河道时，水体之间相互碰撞激溅起来的大量碎裂水块，以水股、水团、水滴形式抛射出去所形成的2 次溅抛水流。虽然象鼻岭泄洪消能系统进行了水工模型试验，但受缩尺影响和相似准则的制约，在小比尺整体模型中难以预演泄洪雾化的物理过程。模型与原型相比较，水流流态相似，掺气不相似，雾化溅水范围在平面上的分布与实际泄洪情况相近。因此，就水舌入水引起的溅水范围和强度，可参照已有的研究成果及众多工程的原型观测成果，进行评估预测。

有专家通过众多工程原形观测资料的统计分析，对拟建工程的雾化范围提出了预报估算式。对于高水头、大流量、窄河谷的枢纽工程，其浓雾暴雨区范围可按下列各式估算（H为最大坝高）：纵向范围（2.2～3.4）H；横向范围（1.5～2.0）H；高度（0.8～1.4）H。以此估算象鼻岭水电站的浓雾暴雨区范围：纵向范围至坝后310m～460m，横向范围是205m～270m，高度为110m～190m。

根据以上分析及估算，至少应对纵向至坝后310m、横向宽度205m、下游水位以上高度55m（摘要m）范围内的岸坡采取必要的防护措施，特别是对位于该区域内的尾水闸室、公路、出线竖井、出线平台、排风洞等做好足够的保护措施。

雾化影响最严重的区域是下泄水流入水后水舌笼罩区的两侧。象鼻岭下游尾水出口部位边坡已进行局部防护，再往下游部位边坡发生雾化影响破坏对大坝及相关建筑物影响较小。因此，雾化区防护主要针对水舌笼罩区实施。象鼻岭水电站校核水位表、中孔全开泄水时水舌的纵向入水长度约140m，考虑到雾化区边坡整体岩体条件较差，将此水舌笼罩区范围内的河道两岸至坝顶高程边坡全部进行防护。

3 雾化区边坡地质条件

下游雾化区边坡左右岸出露P2β3-1、P2β3-2-1、P2β3-2-2、P2β3-3-1、P2β3-3-2、P2β3-4-1、P2β3-4-2地层。其中P2β3-2-1、P2β3-3-1、P2β3-4-1岩性为灰黑色块状玄武岩，岩石坚硬，较完整；P2β3-2-2、P2β3-3-2、P2β3-4-2岩性为拉斑玄武岩、凝灰质玄武岩、集块岩（或凝灰质角砾岩）夹凝灰岩，次块状或镶嵌碎裂结构，岩性相对较软。

坝址左岸为斜向逆向坡，除坝顶附近高程表层发育覆盖层外，以下基本为基岩出露，植被局部发育，其中，3#公路以下部分边坡存在堆渣外；右岸覆盖层发育范围较广，其中原213国道以下部位覆盖层较厚，约EL摘要m 高程开始发育，右岸边坡下部区域基岩裸露，但岩石表面风化碎裂。

从整体上看，与采用挑流对冲消能的一些工程相比，象鼻岭下游边坡地质条件较差，在泄洪期间雾化集中而持久的影响下，应重视挑流雾化水流对岸坡的影响。因此，有必要设置稳妥可靠的防护体系，以确保岸坡的稳定安全。

4 雾化区边坡分区治理设计

4.1 左岸雾化区边坡

左岸雾化区边坡处理示意图见图1。

图1 左岸雾化区边坡处理（单位：m）

1）处理1 区位于坝顶至3#公路之间，边坡表面碎裂，防护方式为上游侧部位混凝土贴坡及下游侧表面清理。

2）处理2 区正处于EL摘要m 以下的强暴雨区，边坡局部表面有堆渣，其他部位基岩裸露，但表面岩体风化碎裂。高强度长时间的雾化阵雨降水浸入岩体后，会加剧边坡岩体的风化破坏，影响其长期稳定性，需对其进行封闭防护处理。主要采取以下措施：对边坡表层进行清理，除去表层堆渣、坡积物及松散岩体；对边坡表面采取10cm 厚C20 混凝土、挂φ6.5mm@20mm×20cm 钢筋网护面的方式进行防渗支护[2]；采用C25mm、L=4.5m 与C28mm、L=9m 锚杆进行系统支护，长短锚杆间隔布置，间排距3.0m；边坡上设置排水孔便于排走入渗的水量，排水孔φ50mm，孔深5.0m，间排距3.0m，梅花型布置。

4.2 右岸雾化区边坡

右岸雾化区边坡处理示意图见图2。

图2 右岸雾化区边坡处理

1）处理3 区高程约EL摘要～EL摘要m，表面存在较多施工期堆渣，边坡表层覆盖层发育，厚度较大，坡度约1∶1.3。对该区域覆盖层边坡表面清理后采取网格梁+草皮护坡+坡面排水+混凝土挡墙的防护措施。（1）网格梁+草皮护坡：C20 钢筋混凝土网格梁布置为菱形，间距3m×3m，断面30cm×40cm。在混凝土网格梁节点上布置锚杆，组合成框架结构，起到整体加固效果。网格梁之间种植草皮护坡，防护边坡，美化环境。（2）排水系统：该区域高度约42m，分设3 级网格梁布置，每10～15m 设挡墙，挡墙顶部设横向排水沟，并于边坡表面间隔设置4 条纵向排水沟，积水汇集后排入下游河道。排水系统有利于减少地表水渗入边坡坡体内，使边坡积水迅速排走。（3）混凝土挡墙：分3 级设置混凝土挡墙。最底部挡墙基础应保证置于基岩，基础位于基岩与覆盖层分界以下约50cm～1m。

2）处理4 区处于强暴雨区，边坡基岩裸露，但表面岩体风化碎裂。采用表面清理+喷锚挂网+排水孔进行处理。

5 结语

综上所述，雾化区治理本质上是暴雨作用下的高边坡安全稳定问题处理，因此，须做好防与排的结合，要防止水流大量下渗造成的坡体内裂隙水充填，要防止雾化水流造成坡面的冲刷破坏，同时，还要做好山体水的通畅排出，以使工程处于安全运行状态。