卡拉贝利大坝三期截流方案设计

张竞月

卡拉贝利大坝三期截流方案设计

张竞月

（吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林 长春 130021）

文章结合现有截流施工技术和拉贝利大坝三期截流实际施工条件，对卡拉贝利大坝三期截流施工方案进行了设计。通过计算，明确了截流时段和截流流量，并通过综合比较各截流方案施工规划及主要技术经济指标，提出了戗堤轴线沿一期纵向围堰至明渠进口截流的方案。文章还给出了截流戗堤断面结构形式，明确了龙口分区，最后提出了龙口护底加糙混凝土桩这一加糙措施。

卡拉贝利大坝；截流戗堤；水力计算；龙口分区；新疆

1 工程概况

卡拉贝利水利枢纽工程位于新疆克孜勒苏柯尔克孜地区乌恰县境内的克孜河上，大坝导流明渠截流工程具有截流流量大、落差大、龙口流速大、抛投强度高以及施工时间紧的特点，因此三期截流更应引起足够重视，认真编制截流施工方案，才能确保截流成功。

2 截流方案设计

2.1 截流时段

工程三期截流时段主要受截流前二期上游围堰拆除、左岸厂房坝段、泄洪闸坝段施工形象面貌及2015年防洪度汛等要求的影响。三期截流前，河床四孔泄洪闸坝段范围二期上游围堰EL988.00 m以上以及二期下游围堰拆除完成。如果截流时间过完，考虑三期截流、三期围堰填筑及基坑清淤等工作，留给三期明渠改建施工时间将很紧张，因此，应合理安排二期围堰拆除，三期截流非龙口进占的时间，确保在2014年11月上旬完成三期截流。

2.2 截流戗堤布置方案比选

1）方案一：采用单戗堤+轴线明渠进口

戗堤轴线位于明渠进口时，截流需沿河道右岸修筑进占，另外截流开始在2 500 m3/s的流量下进行，考虑到水流对道路的冲刷，必须对道路临水侧用大块石及特殊料进行保护；明渠内进占时，戗堤轴线与水流流线接近正交，根据模型试验，预进占前期龙口宽度较大，流速还较小，推进相对容易，当明渠内预进站达到10 m以上时，推进相对较困难，50 cm以下的块石料流失率较高，当采用C料（6～125 cm）抛投时，戗堤进占至龙口30 m时，流失率达43%，戗堤进占至龙口20 m时，流失率达90%，裹头处崩塌严重，戗堤无法继续推进；同时考虑到明渠底板糙率较小，由于戗堤进占导致明渠过水断面束窄后，水流流速增大，截流时人工截流材料用量非常高，施工难度大，也给后续基坑清理工作带来巨大困难。

2）方案二：单戗堤+轴线沿一期纵向围堰

戗堤沿一期纵向围堰布置时，戗堤轴线位于明渠底板外河床上，方案充分利用导墙。同时龙口水流形成绕流后可使水力坡降减小，龙口流速减小。虽然其戗堤轴线较长，但合龙过程中人工合成截流料使用较少，总体施工难度较小，经济性较高。

综上所述，建议将戗堤置于明渠进口前，戗堤轴线沿一期纵向围堰至明渠进口，戗堤总长180 m，其中预进占130 m，龙口段50 m。

2.3 截流戗堤断面设计

为了减少戗堤龙口段的抛投量，降低龙口段的抛投强度，缩短上游控泄时间，拟在整个戗堤填筑过程中，将戗堤顶高程分阶段控制。预进占开始阶段（龙口180～130 m）戗堤顶高程为1 002 m，预进占（龙口130～50 m）戗堤顶高程以5%坡度由1 002 m逐渐过渡至998 m；龙口（50～0 m）戗堤顶高程设为998 m。龙口合龙后再迅速将整个戗堤加高至1 002.00 m高程。三期截流戗堤工程量见表1。

表1 三期截流戗堤工程量表

3 龙口截流计算

截流设计流量（河道来水流量）在截流过程中分为四部分：

式中：Q为截流设计流量；Qg为龙口泄流量；Qd为分流建筑物泄流量；Qr为上游河槽调蓄流量；Qs为戗堤渗透流量。

设定不同的龙口宽度，根据截流设计流量查取对应的导流隧洞出口下游河道水位，对每一龙口宽度值分别假定龙口泄流量，计算公式及有关规定如下：

式中：m——流量系数，一般取0.30～0.32；σn——淹没系数，其指与淹没界限有关；Bcp——口门平均水面宽，m；H——水头差值，m。

龙口截流计算成果表明：Q=650 m3/s、龙口护底加糙时，截流戗堤龙口合龙后，上游水位约为996.41 m，龙口最大流速（戗堤轴线上）约为7.48 m/s，相应于龙口宽10 m；龙口单宽功率最大达164.33 t·m/（s·m），龙口最大单宽流量为 24.70 m3/（s·m）；截流最终总落差为9.26 m。

4 龙口分区与护底加糙

4.1 龙口分区

根据截流水力学计算成果，龙口段宽50.0 m，分为3个区，即Ⅰ区（15.0 m，龙口宽度50.0～35.0 m），此区为较困难区；Ⅱ区（25.0 m，龙口宽35.0～10.0 m），区为截流困难区，龙口流速大，截流料物抛投强度大；Ⅲ区（10 m，龙口宽度10.0～0.0 m），该区为合龙区，龙口流速相对下降。各区的流速、落差、单宽功率等重要水力学参数基本一致，以保证抛投材料、抛投强度等指标合理可行。龙口分区特性表见表2。

表2 龙口分区特性表

4.2 龙口护底加糙措施

三期截流戗堤龙口加糙的必要性主要体现：1）由于三期截流戗堤布置的位置为一期纵向围堰上游段轴线处，而该处为较为平整的基础面，因此可以推断在截流时，龙口处底部糙率较小，截流材料抛投的稳定性较差，将会导致抛投料的流失率较大，截流前预先对龙口位置护底加糙，将会有效减小抛投料流失率，降低龙口水力学参数，降低截流风险和施工难度。2）根据模型试验，相比未护底加糙工况，截流前预先在上游导墙端头填筑裹头，能够减小合龙后戗堤对泄洪闸过水断面的侵占，能够有效改善截流时泄洪闸和冲砂底孔的分流条件。3）根据模型试验研究成果，预先在龙口位置护底加糙将会降低龙口抛投量，缩短龙口合龙时间，减小截流施工时长，并会大大缩短上游电站控泄时间，经济效益明显。

根据卡拉贝利三期截流戗堤布置及水力学特性，考虑在龙口段设置拦石栅。拦石栅采用钢筋混凝土桩的结构型式，布置在龙口段戗堤轴线下游侧，共设置两排，钢筋混凝土桩间排距3.0 m，呈梅花型布置，桩顶高程994.00 m，底高程约967.00 m，桩长约27.0 m，入岩3.0 m。为提高钢筋混凝土桩的整体性，对桩顶采用钢索进行两两互连，并锚固在左导墙上。施工完成后平台拆除至987.0 m高程，龙口护底加糙施工在汛期前施工完成。混凝土桩布置如图1所示。

5 结论

对新疆卡拉贝利水利枢纽工程进行了三期截

图1 龙口护底加糙混凝土桩布置示意图

流设计，综合进行各截流方案施工规划及主要技术经济指标的分析比较，明确将戗堤置于明渠进口前，戗堤轴线沿一期纵向围堰至明渠进口这一截流戗堤布置型式，并给出了戗堤结构断面型式。通过水力学计算得到：龙口最大单宽流量为24.70 m3/（s·m）；截流最终总落差为9.26 m。并根据计算结果对龙口进行分区，最后提出了龙口护底加糙措施。本文具有一定的创新性与实际意义，对今后相似水电工程截流设计具有一定的参考意义。

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TV642 < class="emphasis_bold"> ［文献标识码］B

B

1002—0624（2017）12—0004—02

2017-09-21