張競月

卡拉貝利大壩三期截流方案設計

張競月

（吉林省水利水電勘測設計研究院，吉林 長春 130021）

文章結合現(xiàn)有截流施工技術和拉貝利大壩三期截流實際施工條件，對卡拉貝利大壩三期截流施工方案進行了設計。通過計算，明確了截流時段和截流流量，并通過綜合比較各截流方案施工規(guī)劃及主要技術經濟指標，提出了戧堤軸線沿一期縱向圍堰至明渠進口截流的方案。文章還給出了截流戧堤斷面結構形式，明確了龍口分區(qū)，最后提出了龍口護底加糙混凝土樁這一加糙措施。

卡拉貝利大壩；截流戧堤；水力計算；龍口分區(qū)；新疆

1 工程概況

卡拉貝利水利樞紐工程位于新疆克孜勒蘇柯爾克孜地區(qū)烏恰縣境內的克孜河上，大壩導流明渠截流工程具有截流流量大、落差大、龍口流速大、拋投強度高以及施工時間緊的特點，因此三期截流更應引起足夠重視，認真編制截流施工方案，才能確保截流成功。

2 截流方案設計

2.1 截流時段

工程三期截流時段主要受截流前二期上游圍堰拆除、左岸廠房壩段、泄洪閘壩段施工形象面貌及2015年防洪度汛等要求的影響。三期截流前，河床四孔泄洪閘壩段范圍二期上游圍堰EL988.00 m以上以及二期下游圍堰拆除完成。如果截流時間過完，考慮三期截流、三期圍堰填筑及基坑清淤等工作，留給三期明渠改建施工時間將很緊張，因此，應合理安排二期圍堰拆除，三期截流非龍口進占的時間，確保在2014年11月上旬完成三期截流。

2.2 截流戧堤布置方案比選

1）方案一：采用單戧堤+軸線明渠進口

戧堤軸線位于明渠進口時，截流需沿河道右岸修筑進占，另外截流開始在2 500 m3/s的流量下進行，考慮到水流對道路的沖刷，必須對道路臨水側用大塊石及特殊料進行保護；明渠內進占時，戧堤軸線與水流流線接近正交，根據(jù)模型試驗，預進占前期龍口寬度較大，流速還較小，推進相對容易，當明渠內預進站達到10 m以上時，推進相對較困難，50 cm以下的塊石料流失率較高，當采用C料（6～125 cm）拋投時，戧堤進占至龍口30 m時，流失率達43%，戧堤進占至龍口20 m時，流失率達90%，裹頭處崩塌嚴重，戧堤無法繼續(xù)推進；同時考慮到明渠底板糙率較小，由于戧堤進占導致明渠過水斷面束窄后，水流流速增大，截流時人工截流材料用量非常高，施工難度大，也給后續(xù)基坑清理工作帶來巨大困難。

2）方案二：單戧堤+軸線沿一期縱向圍堰

戧堤沿一期縱向圍堰布置時，戧堤軸線位于明渠底板外河床上，方案充分利用導墻。同時龍口水流形成繞流后可使水力坡降減小，龍口流速減小。雖然其戧堤軸線較長，但合龍過程中人工合成截流料使用較少，總體施工難度較小，經濟性較高。

綜上所述，建議將戧堤置于明渠進口前，戧堤軸線沿一期縱向圍堰至明渠進口，戧堤總長180 m，其中預進占130 m，龍口段50 m。

2.3 截流戧堤斷面設計

為了減少戧堤龍口段的拋投量，降低龍口段的拋投強度，縮短上游控泄時間，擬在整個戧堤填筑過程中，將戧堤頂高程分階段控制。預進占開始階段（龍口180～130 m）戧堤頂高程為1 002 m，預進占（龍口130～50 m）戧堤頂高程以5%坡度由1 002 m逐漸過渡至998 m；龍口（50～0 m）戧堤頂高程設為998 m。龍口合龍后再迅速將整個戧堤加高至1 002.00 m高程。三期截流戧堤工程量見表1。

表1 三期截流戧堤工程量表

3 龍口截流計算

截流設計流量（河道來水流量）在截流過程中分為四部分：

式中：Q為截流設計流量；Qg為龍口泄流量；Qd為分流建筑物泄流量；Qr為上游河槽調蓄流量；Qs為戧堤滲透流量。

設定不同的龍口寬度，根據(jù)截流設計流量查取對應的導流隧洞出口下游河道水位，對每一龍口寬度值分別假定龍口泄流量，計算公式及有關規(guī)定如下：

式中：m——流量系數(shù)，一般取0.30～0.32；σn——淹沒系數(shù)，其指與淹沒界限有關；Bcp——口門平均水面寬，m；H——水頭差值，m。

龍口截流計算成果表明：Q=650 m3/s、龍口護底加糙時，截流戧堤龍口合龍后，上游水位約為996.41 m，龍口最大流速（戧堤軸線上）約為7.48 m/s，相應于龍口寬10 m；龍口單寬功率最大達164.33 t·m/（s·m），龍口最大單寬流量為 24.70 m3/（s·m）；截流最終總落差為9.26 m。

4 龍口分區(qū)與護底加糙

4.1 龍口分區(qū)

根據(jù)截流水力學計算成果，龍口段寬50.0 m，分為3個區(qū)，即Ⅰ區(qū)（15.0 m，龍口寬度50.0～35.0 m），此區(qū)為較困難區(qū)；Ⅱ區(qū)（25.0 m，龍口寬35.0～10.0 m），區(qū)為截流困難區(qū)，龍口流速大，截流料物拋投強度大；Ⅲ區(qū)（10 m，龍口寬度10.0～0.0 m），該區(qū)為合龍區(qū)，龍口流速相對下降。各區(qū)的流速、落差、單寬功率等重要水力學參數(shù)基本一致，以保證拋投材料、拋投強度等指標合理可行。龍口分區(qū)特性表見表2。

表2 龍口分區(qū)特性表

4.2 龍口護底加糙措施

三期截流戧堤龍口加糙的必要性主要體現(xiàn)：1）由于三期截流戧堤布置的位置為一期縱向圍堰上游段軸線處，而該處為較為平整的基礎面，因此可以推斷在截流時，龍口處底部糙率較小，截流材料拋投的穩(wěn)定性較差，將會導致拋投料的流失率較大，截流前預先對龍口位置護底加糙，將會有效減小拋投料流失率，降低龍口水力學參數(shù)，降低截流風險和施工難度。2）根據(jù)模型試驗，相比未護底加糙工況，截流前預先在上游導墻端頭填筑裹頭，能夠減小合龍后戧堤對泄洪閘過水斷面的侵占，能夠有效改善截流時泄洪閘和沖砂底孔的分流條件。3）根據(jù)模型試驗研究成果，預先在龍口位置護底加糙將會降低龍口拋投量，縮短龍口合龍時間，減小截流施工時長，并會大大縮短上游電站控泄時間，經濟效益明顯。

根據(jù)卡拉貝利三期截流戧堤布置及水力學特性，考慮在龍口段設置攔石柵。攔石柵采用鋼筋混凝土樁的結構型式，布置在龍口段戧堤軸線下游側，共設置兩排，鋼筋混凝土樁間排距3.0 m，呈梅花型布置，樁頂高程994.00 m，底高程約967.00 m，樁長約27.0 m，入巖3.0 m。為提高鋼筋混凝土樁的整體性，對樁頂采用鋼索進行兩兩互連，并錨固在左導墻上。施工完成后平臺拆除至987.0 m高程，龍口護底加糙施工在汛期前施工完成。混凝土樁布置如圖1所示。

5 結論

對新疆卡拉貝利水利樞紐工程進行了三期截

圖1 龍口護底加糙混凝土樁布置示意圖

流設計，綜合進行各截流方案施工規(guī)劃及主要技術經濟指標的分析比較，明確將戧堤置于明渠進口前，戧堤軸線沿一期縱向圍堰至明渠進口這一截流戧堤布置型式，并給出了戧堤結構斷面型式。通過水力學計算得到：龍口最大單寬流量為24.70 m3/（s·m）；截流最終總落差為9.26 m。并根據(jù)計算結果對龍口進行分區(qū)，最后提出了龍口護底加糙措施。本文具有一定的創(chuàng)新性與實際意義，對今后相似水電工程截流設計具有一定的參考意義。

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TV642 < class="emphasis_bold"> ［文獻標識碼］B

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2017-09-21