溢－滲流條件下土石過水圍堰護面與墊層的耦合作用項目摘要

本項目從土石過水圍堰導流系統(tǒng)運行的可靠性出發(fā)，通過系統(tǒng)仿真的方法分析圍堰溢洪最不利流量的分布特征函數(shù)與施工導流洪水不確定性、泄流水力不確定性、施工影響不確定性的關(guān)系及其定量描述；研究圍堰在溢洪條件下，堰體的溢流與滲流相互關(guān)系下游護坡面板與其墊層相互耦合作用；研究在堰體溢－滲流條件下，圍堰下游護面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及其系統(tǒng)的可靠性，提出土石過水圍堰導流系統(tǒng)可靠性的評價方法。.研究土石過水圍堰導流系統(tǒng)可靠性 2100433B

過水圍堰型式

土石過水圍堰堰體是散粒體，圍堰過水時，水流對堰體的破壞作用有兩種：一是過堰水流沿圍堰下游坡面宣泄的動能不斷增大，沖刷堰體溢流表面；二是過堰水流滲入堰體所產(chǎn)生的滲透壓力，引起圍堰下游坡連同堰體一起滑動而導致潰堰。因此，對土石過水圍堰溢流面及下游坡腳基礎(chǔ)進行可靠的防沖保護，是確保圍堰安全運行的必要條件。土石過水圍堰型式按堰體溢流面防沖保護使用的材料，可分為混凝土面板溢流堰、混凝土楔形體護面板溢流堰、塊石籠護面溢流堰、塊石加鋼筋網(wǎng)護面溢流堰及瀝青混凝土面板溢流堰等。按過流消能防沖方式為鎮(zhèn)墩挑流式溢流堰及順坡護底式溢流堰。通常，可按有無鎮(zhèn)墩區(qū)分土石過水圍堰型式。

1、設(shè)鎮(zhèn)墩的土石過水圍堰

在過水圍堰下游坡腳處設(shè)混凝土鎮(zhèn)墩，其鎮(zhèn)墩建基在巖基上，堰體溢流面可視過流單寬流量及溢流面流速的大小，采用混凝土板護面或其他防沖材料護面。若溢流護面采用混凝土板，圍堰溢流防沖結(jié)構(gòu)可靠，整體性好，抗沖性能強，可宣泄較大的單寬流量。但鎮(zhèn)墩混凝土施工需在基坑積水抽干，覆蓋層開挖至基巖后進行，混凝土達到一定強度后才允許回填堰體塊石料，對圍堰施工干擾大，不僅延誤圍堰施工工期，且存在一定的風險性。

2、無鎮(zhèn)墩的土石過水圍堰

圍堰下游坡腳處無鎮(zhèn)墩堰體溢流面可采用混凝土板護面或其他防沖材料護面，過流護面向下游延伸至坡腳處，圍堰坡腳覆蓋層用混凝土塊、鋼筋石籠或其他防沖材料保護，其順流向保護長度可視覆蓋層厚度及沖刷深度而定，防沖結(jié)構(gòu)應(yīng)適應(yīng)坍塌變形，以保護圍堰坡腳處覆蓋層不被淘刷。這種型式的過水圍堰防沖結(jié)構(gòu)較簡單，避免了鎮(zhèn)墩施工的干擾，有利于加快過水圍堰施工，爭取工期。

過水圍堰型式選擇

1、設(shè)鎮(zhèn)墩的土石過水圍堰適用于圍堰下游坡腳處覆蓋層較淺，且過水圍堰高度較高的上游過水圍堰。若圍堰過水單寬流量及溢流面流速較大，堰體溢流面宜采用混凝土板護面。若圍堰過水單寬流量及溢流面流速較小，可采用鋼筋網(wǎng)塊石護面。

單寬流量及溢流面流速較大，堰體溢流面采用混凝土板護面，圍堰坡腳覆蓋層宜采用混凝土塊柔性排或鋼絲石籠、2、無鎮(zhèn)墩的土石過水圍堰適用于圍堰下游坡腳處覆蓋層較厚、且過水圍堰高度較低的下游過水圍堰。若圍堰過水大塊石體等適應(yīng)坍塌變形的防沖結(jié)構(gòu)。若圍堰過水單寬流量及溢流面流速較小，堰體溢流面可采用鋼筋網(wǎng)塊石保護，堰腳覆蓋層采用拋塊石保護。

過水圍堰型式

常用的為混凝土重力式過水圍堰和混凝土拱形過水圍堰。

過水圍堰選擇

1、混凝土重力式過水圍堰

混凝土重力式過水圍堰通常要求建基在巖基上，對兩岸堰基地質(zhì)條件要求較拱形圍堰低。但堰體混凝土量較拱形圍堰多。因此，混凝土重力式過水圍堰適應(yīng)于壩址河床較寬、堰基巖體較差的工程。

2、混凝土拱形過水圍堰?；炷凉靶芜^水圍堰較混凝土重力式過水圍堰混凝土量減少，但對兩岸拱座基礎(chǔ)的地質(zhì)條件要求較高，若拱座基礎(chǔ)巖體變形，對拱圈應(yīng)力影響較大。因此，混凝土拱形過水圍堰適用于兩岸陡峻的峽谷河床，且兩岸基礎(chǔ)巖體穩(wěn)定，巖石完整堅硬的工程。通常以L/H代表地形特征（L為圍堰頂?shù)暮庸葘挾?，H為圍堰最大高度），判別采用何種拱形較為經(jīng)濟。一般L/H≤1.5～2.0時，適用于拱形；L/H≤3.0～3.5時，適用于重力拱形；L/H>3.5時，不宜采用拱形圍堰。拱形圍堰也有修建混凝土重力墩作為拱座；也有一端支承于岸坡，另一端支承于壩體或其他建筑物上。因此，拱形過水圍堰不僅用于一次斷流圍堰，也有用于分期圍堰，如安康水電站二期上游過水圍堰，采用混凝土拱形過水圍堰。

過水圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、混凝土過水圍堰過流消能

混凝土過水圍堰過流消能型式為挑流、面流、底流消能，常用的為挑流消能和面流消能型式。對大型水利水電工程混凝土過水圍堰的消能型式，尚需經(jīng)水工模型試驗研究比較后確定。

2、混凝土過水圍堰結(jié)構(gòu)斷面設(shè)計

混凝土重力式過水圍堰結(jié)構(gòu)斷面設(shè)計計算，可參照混凝土重力式圍堰設(shè)計；混凝土拱形過水圍堰結(jié)構(gòu)斷面設(shè)計，可參照混凝土拱形圍堰設(shè)計。在圍堰穩(wěn)定和堰體應(yīng)力分析時，應(yīng)計算圍堰過流工況。圍堰堰頂形狀應(yīng)考慮過流及消能要求。 2100433B