蜀河水电站工程二期混凝土施工导流水工模型试验研究.pdf
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1、 西北水 电 2 0 1 2年 第 6期 4 9 备工作 , 进一步为 2 0 0 8 , 2 0 0 9年渡汛方案提供科 学 依据。陕西汉江投资开发有限公司委托西北水利科 学研究所实验 中心在原模 型试验 的基础上 , 对该阶 段施工导流方案以及渡汛报告审查后 的方案进行模 型试验 J 。试验主要 目的: ( 1 )观测全年围堰和枯水围堰上下游河段的水 流流态 、 流速分布 、 过流能力 、 水 面线 以及 围堰坡脚 淘刷情况 ; ( 2 )观测枯水 围堰堰顶过流时的上 、 下游水位 、 堰顶流速 、 过流能力及水 位变化 , 确定 堰面 防护措 施 ; ( 3 )验证上游 围堰堰前及导墙上
2、游端右侧河床 钢筋笼防护( 简称围堰裹头) 、 下游尾水右岸钢筋笼 防护的安全性 。 表 1 蜀 河水电站分期洪水成果表 ( i n s ) 时 段 鱼 塑垩 塑盐笪 5 1 O 2 0 名 称 桩 号 长度 顶高程 高 度 顶宽 2 2 试 验要 求及 内容 ( 1 )模型比尺选用 1 : 1 0 0, 模拟范 围为坝上 0 + 5 0 0 i n 坝下 0 + 5 0 0 i n , 其中动床部分为坝上 0 + 2 0 0 in一坝下 0 + 3 5 0 m; ( 2 )全年挡水 围堰参照 O= 5 0 2 0 , 7 0 5 0 , 8 3 1 0 , 9 6 8 0 , 1 2 1 0
3、 0 , 1 3 3 0 0 , 1 4 5 0 0和 1 7 0 0 0, 1 9 7 0 0 In s 九个流 量级 进行 实 验 ; 枯 水 围堰 参 照 q=9 6 8 0 , 1 2 1 0 0 , 1 3 3 0 0 , 1 4 5 0 0, 1 7 0 0 0 , 1 9 7 0 0 in s 六个 流 量级进行实验 ; ( 3 )绘制不同流量河道水面线、 水流流态及 流 速分布图; 观测 围堰上下游河床及 围堰基础冲刷深 度 , 提 出防护范围和措施 ; 3 试验结果及分析 二期施工导流期间, 土石围堰分为全年挡水围 堰和枯水过流围堰 。 3 1 全年挡水围堰试验 3 1 1
4、围堰上下游河道水流流态及流速分布 在河道来流量为 Q= 5 0 2 0, 7 0 5 0, 8 3 1 0, 9 6 8 0 , 1 2 1 0 0, 1 3 3 0 0 , 1 4 5 0 0和 1 7 0 0 0 , 1 9 7 0 0 m s 时, 各 工况河道水流流态基本相似 , 在上游围堰前 、 下游围 堰下游及上游导墙 的右侧均 出现 回流区。 上游土石 围堰前 的 回流 流速一般 介于 0 3 0 8 m s 之间, 最大回流流速 0 8 9 m s ( 1 3 3 0 0 m s 流量) ; 下游 围堰下游 回流流速一般均在 2 m s以 上 , 最大 回流流速 4 0 6 m
5、 s ( 1 9 7 0 0 m s 流量 , P 1 2 断面) 。 上游河道 中的流速一般介于 1 4 m s 之间 , 最 大流速为 4 2 2 m s ( 1 9 7 0 0 m s流量) ; 下游河道 的流速一般介于 4 8 5 m s 之间, 最大流速为 8 6 3 m s ( 1 9 7 0 0 m s 流量 ) 。 上游导墙头绕流流速基本均在 4 6 m s 左右 , 最大绕流流速 6 3 9 m s ( 1 3 3 0 0 m s流量 ) ; 下游 导墙头绕流流速基本均在 6 9 In s 左右 , 最大绕流 流速 9 9 7 m s ( 1 9 7 0 0 m s 流量)
6、。 消力池末端流速一般均在 4 r n s以上 , 最大流 速达 1 5 5 7 m s ( 1 9 7 0 0 m s 流量) ; 各级流量在消 力池中均能形成稳定水跃 , 跃前断面位于闸墩末端 前后 , 有效地消除了水流部分能量 。 3 1 2 围堰 上 下游 河床 冲 淤 变化 由于河道来水流量大 , 水流强度强 , 上游钢筋笼 右侧及枢纽下游形成 明显 的冲刷坑 , 冲刷坑最深点 高程随着河道流量 的增大而增大 , 见表 3 。 在枢纽上游 , 不同流量冲刷坑形态基本相似 , 仅 最深点位置略有不 同。在 5 0 2 0 m s 和 7 0 5 0 m s 两个流量时 , 最深点均位于
7、钢筋笼右侧 ; 随着流量增 大 , 冲坑 最深 点 位置 逐渐 下 移 , 在 河道 流量 大 于 8 3 1 0 I T I s时, 最深点位置均下移至钢筋笼右下侧 ; 且河道 来流 量越 大 , 冲刷坑 越深。在河道 来流量 5 0 2 0 m s 时 , 上游 导墙 端 部 冲刷 坑最 深点 高程 1 8 0 0 3 I n , 冲刷 坑 深 度 约 1 0 m; 在 河 道 来 流 量 1 9 7 0 0 m s 时 , 上游 导墙 端部 冲 刷坑 最深 点高程 1 7 2 0 0 m, 冲刷坑深度约 1 8 m。与导墙头没有钢筋 笼防护( 2 0 0 7年导流试验) 冲刷情况相 比,
8、 同流量 冲刷坑最深点高程 基本没有变化 , 但各流量 冲刷坑 位置变化较大 ( 导墙头没有钢筋笼 防护 时, 各流量 级冲刷坑位置及最深点均位于上游导墙头部 ) 。 5 0 王江涛 蜀河水 电站E - 程二期混凝土施工导流水工模 型试验研 究 表3 不同流量河床局部冲坑最深点高程表 m 此外 , 应该注意 的是, 在各级流量下, 因钢筋笼 右侧及底部的水流冲刷作用使各工况钢筋笼均斜向 冲刷槽 , 钢筋笼有失稳的迹象 。 在枢纽下游 , 不同流量 的冲刷坑形态也基本相 似 , 在枢纽下游同时形成 2个不完全对称的冲刷坑 , 分别位于河道右岸及下游导墙右岸。在 同流量下 , 河道右岸的冲坑深度大
9、于导墙右岸 冲坑 的深度 , 且 流量越大 , 差别越大; 河道右岸的冲刷坑稍靠上游 , 导墙右岸冲刷坑稍靠下游 , 且 2个冲刷坑最深点位 置也随着河道来流量的增大而下移。在河道来流量 为 8 3 1 0 n l s 时 , 下游导墙右岸冲刷坑最深点高程 1 7 8 4 0 I l l , 位于坝下 0 + 2 1 0 m, 枢纽下游右岸冲刷坑 最深点高程为 1 7 8 1 0 m, 位于坝下0 + 2 0 5 m; 在河道 来流量为 1 9 7 0 0 m s 时 , 下游导墙右岸冲刷坑最深 点高程 1 6 6 9 m, 位于坝下 0 + 2 5 0 m; 枢纽下游右岸 冲刷坑最深点高程为
10、 1 6 1 7 m, 位于坝下 0 + 2 4 0 1T I ; 枢纽下游右岸冲刷坑深度 2 8 m左右, 比水工整体模 型试验校核工况实测枢纽下游冲刷坑深度还深。与 2 0 0 7年导流试验冲刷情况相比, 各流量级 冲刷坑位 置及最深点高程基本没有变化 。 就枢纽上下游冲刷坑深度相 比, 除河道来流量 8 3 1 0 m s 时, 枢纽下游 冲刷坑 的高程高于枢纽上 游钢筋笼右侧的冲刷坑高程外 , 其它工况枢纽下游 冲刷坑 的高程均低于枢纽上游钢筋笼右侧的冲刷坑 高程 , 且流量越大 , 差别越大 。 3 1 3 围堰上 下游 河道水 面线 变化 各级流量上 、 下游 围堰处实测水位见表
11、4 。由 表 4可知 , 随着河道来流量的增大 , 上 、 下游 围堰处 实测水位稳步上升。在 1 9 7 0 0 m s 流量下 , 上游土 石围堰处水位为 2 2 5 1 m, 超过上游土石 围堰堰顶 高程( 2 2 4 1 m) 1 m; 下游土石 围堰处水位为 2 1 3 5 m, 超过下游土石围堰堰顶高程 ( 2 1 2 3 IT I ) 1 2 m。 其它流量上 、 下游 围堰处实测水位均低于上 、 下游围 堰顶高程。与 2 0 0 7年导流试验情况相 比, 上 、 下游 围堰处各流量级实测水位基本一致。 各级流量河道两岸水位沿程变化情况见表 5 。 表4 不同流量下模型实测上下游
12、围堰处水位表 m 流量 上游 围堰 下游围堰 流量 上游 围堰 下游围堰 ( m 3 s ) 水位 水位 ( m 3 s ) 水位 水位 5 0 2 0 2 0 6 9 0 2 0 0 5 0 1 21 0 0 2 1 6 3 5 2 0 7 2 0 7 0 5 0 21 0 0 0 2 0 2 4 4 1 3 3 0 0 2 1 7 9 5 2 0 8 3 O 8 3l 0 21 1 6 5 2 0 4 O O 1 4 5 o 0 2 1 9 2 2 o 9 1 0 9 6 8 0 21 3 6 5 2 0 5 5 0 l 7 O 0 o 2 2 2 8 5 2 1 1 1 O l 2 l
13、0 0 2l 6 3 5 2 0 7 2 O 1 9 7 0 0 2 2 5 1 0 2 1 3 5 0 表 5 各级流量下河道左右岸水位沿程变化 表 m 由表 5可见 , 在河道左岸 , 受上游土石围堰的影 响 , 在坝轴线上游 2 4 3 1 51 1 9 8 9 m范 围, 水位出 现较大跌落 ; 在坝轴线上游 1 1 9 8 9 m到坝前段 , 水 位变化较小 ; 此后, 在闸室段 , 水面又出现较大跌落, 出闸室后 , 水面变化较小。与左岸水位变化不同, 河 道右岸水位仅在 闸室段 出现较大跌落 , 在闸室段上 下游河段均变化较小。河道左右岸水位变化规律分 别与 2 0 0 7年左右
14、岸水位变化规律基本一致。 3 2枯水 挡水 围堰试 验 枯水过流围堰堰面用混凝土面板防护 , 上设子 西北水电 2 0 1 2年 第 6期 5 1 堰 。上游子 堰 顶 高程 2 1 7 7 m, 过流 围堰 顶 高程 2 0 3 0 m; 下游子堰顶 高程 2 0 8 2 m, 过流围堰顶 高 程 2 0 2 0 m。枯水 围堰试验 目的就 是确定 在发 生 9 6 8 0 m s 以上大洪水 时, 通过放炮 松动枯水 围堰 上的子堰及开 口等措施使枯水 围堰过流 , 并观察水 流能否将上下游子堰很快 冲开或完全冲走 , 使上下 游枯水围堰全面过流。 根据试验 目的, 枯水过流围堰用水泥砂浆
15、制作 成定床 , 子堰是根据建设单位 提供 的子堰石碴级配 选配的泥沙制作成动床。通过对河道来流量分别为 Q= 9 6 8 0 , 1 2 1 0 0, 1 3 3 0 0, 1 4 5 0 0, 1 7 0 0 0和 1 9 7 0 0 m。 s 六组流量试验发现 , 在模型 中, q=9 6 8 0 m s 流量在 1 0多 min即可将上游子堰全部冲刷干净 ; 其 它几组流量在 1 0 m i n左右即可冲刷干净 ; 因下游 围 堰较低 , 子堰被全部冲刷走所需要 的时间更 短。换 算到原型 , 约 1 3 h可将枯水 围堰的子堰全部冲刷 干净 。鉴于过流围堰上的子堰 由石碴碾压而成 ,
16、 非 松散堆积体 , 石碴级配及松动程度对子堰 冲刷搬运 影响较大 , 因此 , 子堰冲刷时间仅供参考 。 3 2 1 围堰 上 下游 河道 水流 流 态及 流 速分 布 依据枯水 围堰各级流量水流流态及流速分布的 分析 , 各级流量河道水流流态基本相似。因各级流 量上下围堰均过流 , 因此 , 枯水 围堰各级流量水流流 态及流速分布与全年 围堰同级流量水流流态及流速 分布差别较大。在上游围堰前及下游围堰下游各级 流量均不存在回流区 , 仅上游导墙的右侧 出现很小 范围的回流区。 各级流量 围堰上下游河道 中流速大小和分布差 异减小 , 上游河道的流速一般介 于 35 m s 之间 , 最大流
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- 河水 电站 工程 混凝土 施工 导流 水工 模型 试验 研究
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