锦屏一级水电站消能防冲设计.pdf

水电站设计第26卷第3期
DPS2010年9月
锦屏一级水电站消能防冲设计
黎满林,宋玲丽
中国水电顾问集团成都勘测没计研究院,四川成都610072)
摘要:根据锦屏一级水电站的地形、地质条件,通过数值计算及水工模型试验,并参照相关工程经验,对锦屏一级水电站消能防
冲进行设计。
关键词:锦屏一级水电站;消能防冲;水垫塘;设计
中图法分类号:TV653.,1文献标识码:B文章编号:1003-9805(2010)03-0017-04
h为水垫塘水垫深度,。为入池水舌厚度)。根据
工程概况
二滩工程经验,h在25m左右即可形成淹没水跃。
2)地质条件:由于水流对底板的冲击压力很大,水
锦屏一级水电站位于四川省盐源县、木里县交界垫塘底板应该位于基岩上。(3)经济合理:水垫塘
处,是雅着江干流水能资源最富集的中、下游河段五底高程太高,则水垫深度小,水垫水体不足,塘内不
个梯级水电开发中的第一级。锦屏一级水电站以发能形成淹没水跃,水流对底板的动水压力大,将导致
电为主,兼有防洪、拦沙等作用。水库正常蓄水位基岩冲刷;若水垫塘底高程太低,水垫深度大,消能
188m,总库容7.6亿m,调节库容49.1亿m,为效果虽好,却又会造成开挖过多,増加水垫塘工程
年调节水库。电站总装机容量360MW。下游消能量,同时影响坝肩抗力体的稳定。(4)由于表孔泄
防冲建筑物水摯塘及二道坝为2级建筑物,按重现期量大,水舌入水角度大,水舌人水距离坝趾较近,应
100年洪水(Q=10900m/s)设计。水垫塘边墙村尽量控制表孔泄洪时产生的动水沖击压力。(5)容
砌顶高程按重现期500年洪水(Q2=12800m/s)许冲击动水压力:动水冲击压力允许值与工程规模、
控制。同时,水垫塘及二道坝应满足各级流量下不出工程重要性、泄洪水头、泄量及护坦结构、检修条件
现不利的冲刷和淤积,允许出现可修复的局部破坏,等诸因素有关,目前尚无相应的标准。参考二滩工
但不危及大坝和其他主要建筑物的安全。
程使用值,拟定锦屏一级水电站水垫塘底板冲击动
锦屏一级水电站采用右岸泄洪洞与坝身孔口联水压力不大于15x9.8kPa
合泄洪的型式。坝身泄洪主要由4个表孔及5个深
水垫塘区河床基岩项板高程一般约1590.00~
孔组成,采用坝后水垫塘消能。坝身最大泄量160000m,为了不影响坝肩抗力体的稳定,应尽量
10577m/s,其中设计(校核)水位下,表孔泄量为减少开挖。同时为了保证有足够的消能水垫深度,
3675m'/s(5106m'/s),深孔泄量为5394m/S经过综合比较,确定水垫塘底板高程为1595.00m,
(5471m/s)
底板厚度为4.0m,开挖高程一般为1591.00m,局
部基岩顶底板高程低于1591.00m时,清除覆盖层
2水垫塘设计
至基岩。
按照动水冲击压力的经验公式,对表孔各泄洪
2.1水垫塘底板设计
工况水垫塘动水冲击压力进行了计算,结果见表1。
水垫塘深度应经济合理,主要考虑以下几个因
由表1可以看出,在枢纽校核工况下,水垫塘动
素:(1)水力条件:各级流量下形成淹没水跃,在较水冲击压力为9.55x9.8kPa,在正常蓄水位4表孔
小范围内获得较大消能效果。根据工程经验,水垫单独开启时,动水冲击压力为7.92x9.8kPa,均满
深度一般控制在h。/d=30-40可形成淹没水跃足不大于15x9.8kPa的要求
收稿日期:2009-02-05
作者简介:黎满林(1974-),男,湖南未阳人、确土,工程师,主要从事坝工设计工作。
万方数据
表1表孔泄洪动水冲击压力计算成果
项目
枢纽校核洪水枢纽设计洪水
P=0.02%
P=0.1%
正常蓄水位
表孔泄洪孔数/孔
上游水位/m
1880.37
下游水位/m
1660.921660.131656.89
坝身泄流量Q/m3?s-
9230
3770
表孔泄流量Q/m3
800
3770
人水宽度B/m
59.64
59.64
有效人水单宽流量/m2?
下游水垫深/m
动水冲击压力△P98kPa
9.55
2.2水垫塘长度设计
用较多,国内已有二滩等工程较成熟的设计、施工及
水垫塘的长度应满足以下三方面要求:(1)水运行经验。锦屏一级水电站泄洪规模大,其泄洪设
舌入水后的大部分能量能在水垫塘内消除,使过二施应采用技术成熟、安全可靠的结构型式,故锦屏一
道坝水流基本恢复正常流态,减轻对下游河床的冲级水电站推荐采用平底板复式梯形断面水垫塘。
刷。(2)水体容积足够大,以满足水流充分消能的
水垫塘全长386.50m,水垫塘中心线与拱坝中
需要。(3)在满足水流消能条件下,尽可能缩短水心线平行并右移13.0m;为了适应河道形态,使水流
垫塘的长度,以减少工程投资。
归槽顺畅,水墊塘中心线在桩号坝0+279.00m处
水垫塘的长度一般由水流抛射距离和水跃漩滚顺河道向左偏转8°,转弯半径600.00m。水垫塘平
长度确定,或根据二道坝上游坝面的动水压力是否面布置图见图1。
恢复到接近下游静水压力来判别。
据二滩工程的运行经验,平底板水垫塘底板与
深孔挑射水舌射程最远,直接影响到水垫塘长度边墙的交角处为易冲蚀破坏的地方。受地形地质条
的确定。计算结果表明,挑距最远的③深孔单独泄洪件限制,锦屏一级水垫塘边墙坡度较陡,边墙与底板
计算表明,在水垫塘设计工况下,深孔挑流水舌外缘大角度相交,更易产生冲蚀破坏,因此在此交角处
人水桩号0+231.08m,水舌人水角度为55.08°,水舌(迎水面)采用圆弧衔接。圆弧半径为5.00m,圆心
人水到水垫塘底板桩号为坝0+274.29m。
角为63.43°。
由于多股水舌入水后产生的水跃漩滚长度尚无
根据不同工况下底板抗浮稳定计算,确定水垫
法精确计算,参考二滩等工程的动水压力在底板上塘底板厚4.00m,底板水平宽45.00m。边墙坡度为
的分布规律:一般在深孔水舌冲击点下游1倍水深1:0.5,在1625.00m高程处设一条4.00m宽的马
距离以后,压力逐渐恢复到下游静水压力,因此将二道:1625.00m高程以下边墙厚3.00m,以上边墙厚
道坝设置在离深孔水舌最大挑射冲击点后约1.5倍2.00m。为了防止坝身泄洪时水流对底板的冲磨,
水垫塘水深处,水垫塘设计工况水深为61.89m,计在1600.00m高程以下水垫塘边墙及底板的表面采
算得出水垫塘长为367.13m,确定二道坝轴线桩号用0.5m厚抗冲磨混凝土。
为坝0+386.50m。
水垫塘边墙顶高程由水垫塘校核洪水位
2.3水墊塘断面型式
659.50m(Qa2=12800m/s)确定,考虑塘内消
水垫塘区枯水期水面高程1635.00m时,江面能水体的漩滚波高及安全超高,其顶高程定为
宽80.00~90.00m。经计算分析,确定水垫塘底宽1661.00m,导浪墙高程为166.00m。为减少塘内
45.0m,顶宽11.00m,满足水舌入水宽度要求。
水翻滚人塘顶,在塘顶马道设有1m高的导浪墙。
经拱坝坝身自由跌落的水舌,由于向心作用,形水垫塘顶宽112.00m。水垫塘横断面见图2。
成的冲刷坑最深点一般在河床中心,向四周逐渐