水電站棄渣場(chǎng)防洪排水設(shè)計(jì)

朱 輝，石亮亮

（中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林長(zhǎng)春130021）

水電站棄渣場(chǎng)防洪排水設(shè)計(jì)

朱 輝，石亮亮

（中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林長(zhǎng)春130021）

黃草溝渣場(chǎng)防洪排水系統(tǒng)于2011年汛前施工完成，已經(jīng)經(jīng)過(guò)5個(gè)汛期考驗(yàn)，實(shí)際運(yùn)行效果良好。文中對(duì)蒲石河抽水蓄能電站黃草溝渣場(chǎng)防洪排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的選擇、排水系統(tǒng)的布置、排水建筑物的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹，可以為其他工程棄渣場(chǎng)防洪排水設(shè)計(jì)提供參考與借鑒。

設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；排水系統(tǒng)布置；排水建筑物

1 工程概況

蒲石河抽水蓄能電站位于遼寧省寬甸縣長(zhǎng)甸鎮(zhèn)和鼓樓鄉(xiāng)境內(nèi)的鴨綠江支流蒲石河下游河段上，距丹東市約60 km。電站為一等大（1）型工程，主要由下水庫(kù)及下水庫(kù)泄洪排沙閘壩、上水庫(kù)及上水庫(kù)鋼筋混凝土面板堆石壩、上下水庫(kù)進(jìn)出水口、地下廠房洞室系統(tǒng)、地下輸水洞室系統(tǒng)及地面開(kāi)關(guān)站等建筑物組成。

2 黃草溝棄渣場(chǎng)概況

黃草溝棄渣場(chǎng)位于對(duì)外交通隧道洞口（黃草溝側(cè)）至廠房通風(fēng)洞進(jìn)口之間的天然溝（黃草溝）內(nèi)，黃草溝溝內(nèi)上游布置有永久對(duì)外交通公路交通隧道的洞口（黃草溝側(cè)），洞口附近右岸布置至開(kāi)關(guān)站的公路；左岸是通往廠房交通洞、通風(fēng)洞的公路;在溝口設(shè)有黃草溝攔沙壩和黃草溝泄洪排砂洞;黃草溝下游右岸、攔砂壩下游設(shè)有下水庫(kù)進(jìn)出水口；右岸中部80 m、95 m高程布置有地下廠房交通洞口、通風(fēng)洞口及82 m高程的廠前區(qū)。

黃草溝棄渣場(chǎng)占地面積約8.75×104m2，規(guī)劃總棄渣容量為193.11×104m3。其左側(cè)為進(jìn)廠永久公路，該棄渣場(chǎng)主要負(fù)責(zé)堆存上水庫(kù)庫(kù)岸、Ⅱ石料場(chǎng)覆蓋層及大壩壩基開(kāi)挖的廢棄土石料。該渣場(chǎng)實(shí)際堆存渣量約120.0×104m3左右，最大堆渣高度為45 m。

3 棄渣場(chǎng)防洪標(biāo)準(zhǔn)的選擇

黃草溝棄渣場(chǎng)實(shí)際棄渣量為120.0萬(wàn)m3左右，最大堆渣高度為45 m。因此，根據(jù)（DL/T 5419－2009）《水電建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案技術(shù)規(guī)范》中附錄D，中關(guān)于渣場(chǎng)防洪特性設(shè)計(jì)要素的分類(lèi)中的規(guī)定，黃草溝渣場(chǎng)為大型棄渣場(chǎng)；其防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)按照規(guī)范中的規(guī)定，應(yīng)為P=5%～2%（即20～50年重現(xiàn)期）。

蒲石河流域地處半濕潤(rùn)季節(jié)氣候區(qū)，冬季寒冷降水量很少，夏季炎熱多雨。據(jù)氣象資料統(tǒng)計(jì)，流域內(nèi)年降水量1 100～1 200 mm，多集中在7，8月份。洪水主要為暴雨形成的徑流，具有歷時(shí)短、瞬時(shí)流量大的特點(diǎn)。同時(shí)黃草溝渣場(chǎng)位于黃草溝主溝中部，黃草溝為蒲石河一級(jí)支流，相應(yīng)的設(shè)計(jì)洪水峰值較大。棄渣場(chǎng)容量為120.0萬(wàn)m3，一旦渣場(chǎng)失事后，造成的泥石流、水土流失等會(huì)對(duì)下游廠房通風(fēng)洞道路、交通洞及泄洪排沙洞進(jìn)口產(chǎn)生一定影響和危害，從而會(huì)危及地下廠房的防洪安全。

因此，設(shè)計(jì)確定黃草溝渣場(chǎng)的防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為：P=2%（即50年重現(xiàn)期），設(shè)計(jì)流量Q=85.9m3/s，同時(shí)確定黃草溝棄渣場(chǎng)防洪排水建筑物的設(shè)計(jì)等級(jí)為4級(jí)，并按照此標(biāo)準(zhǔn)和建筑物等級(jí)進(jìn)行防洪排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。

4 棄渣場(chǎng)防洪排水建筑物設(shè)計(jì)

4.1 防洪排水建筑物布置

黃草溝棄渣場(chǎng)排水系統(tǒng)總體上分為左、右兩側(cè)布置，具體布置情況為：

4．1．1 左岸排水系統(tǒng)

左側(cè)排水系統(tǒng)起點(diǎn)位于黃草溝左側(cè)，緊鄰廠房交通洞（通風(fēng)洞）段公路路基，自上而下依次布置有1號(hào)排水渠→2號(hào)排水渠→廠房交通洞公路HD 2涵洞出口→3號(hào)～7號(hào)排水渠→廠房交通洞公路HD 3涵洞出口→8號(hào)、9號(hào)排水渠→左側(cè)1號(hào)跌水→10號(hào)、11號(hào)排水渠→陡坡急流槽→消力池→下游排水渠。

4．1．2 系統(tǒng)的起點(diǎn)位于至開(kāi)關(guān)站公路的HD 2涵洞出口處，位于黃草溝右側(cè)，自上而下依次布置有1號(hào)排水渠→右側(cè)1號(hào)跌水→2號(hào)排水渠（右側(cè)開(kāi)關(guān)站公路HD3的排水渠）→右側(cè)2號(hào)跌水→3號(hào)排水渠→陡坡急流槽→消力池→下游排水渠。

4．1．3 渣場(chǎng)頂部及右側(cè)開(kāi)關(guān)站公路HD 3的排水布置

在其渣場(chǎng)頂部平臺(tái)按照構(gòu)造要求布置4條截排水溝，在渣場(chǎng)右側(cè)至開(kāi)關(guān)站公路的HD 3涵洞出口至右側(cè)排水系統(tǒng)之間，設(shè)置一排水渠，保證上游沖溝的排水進(jìn)入右側(cè)排水系統(tǒng)。

4.2 防洪排水建筑物設(shè)計(jì)

防洪排水建筑物具體包括：左（右）側(cè)排水渠、左（右）側(cè)跌水、左（右）側(cè)陡坡急流槽和消力池。

4．2．1 左側(cè)排水渠設(shè)計(jì)

根據(jù)左側(cè)排水系統(tǒng)的布置，考慮不同部位的設(shè)計(jì)流量、排水渠的底坡、斷面型式等因素，同時(shí)也考慮左側(cè)至廠房交通洞（通風(fēng)洞）公路涵洞出口與排水系統(tǒng)相交匯的位置，將左側(cè)排水系統(tǒng)自上而下布置有1～11號(hào)，共計(jì)11段排水渠?？紤]左側(cè)的排水渠與公路涵洞排水的銜接順暢，不影響公路排水安全，以及左側(cè)排水起點(diǎn)處現(xiàn)有的排水出口底高程等因素，左側(cè)排水渠未采用鋼筋混凝土淺寬式梯形斷面渠道，底坡為0.9%～7%，渠道底寬3～4 m，渠道內(nèi)最大過(guò)流量為47.5 m/s。

4．2．2 左側(cè)跌水設(shè)計(jì)

根據(jù)排水系統(tǒng)布置，結(jié)合實(shí)際地形條件和周邊現(xiàn)有建筑物的布置情況，為有效降低排水明渠內(nèi)的水流流速，并且使得排水系統(tǒng)更加適合現(xiàn)有地形坡度，減少工程量，從而節(jié)約投資，在9號(hào)、10號(hào)排水渠之間設(shè)置了一處多級(jí)跌水，跌水的設(shè)計(jì)流量為42 m3/s，共分為四級(jí)。

左側(cè)跌水由進(jìn)口過(guò)渡段、多級(jí)跌水消能段、出口過(guò)渡段組成，其中多級(jí)跌水消能段共分四級(jí)消能，跌差為3.0 m和2.0 m，各級(jí)跌水長(zhǎng)度均為16.0 m，每級(jí)跌水尾坎高度均為1.50 m，尾坎順?biāo)鞣较驅(qū)挾葹?.50 m。跌水消能段采用鋼筋混凝土U型槽結(jié)構(gòu)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20F200。

4．2．3 左側(cè)陡坡急流槽及消力池

為保證排水順暢下泄，在渣場(chǎng)平臺(tái)末端設(shè)置陡坡急流槽，將水流從渣場(chǎng)末端平臺(tái)（126.00～128.00 m）平順連接至下游溝底（高程為96.87m），后接底流消能的消力池，設(shè)計(jì)排水流量為49.5m3/s。

1）陡坡急流槽。陡槽溢洪道結(jié)構(gòu)從上游至下游為：進(jìn)口段、陡槽段、出口擴(kuò)散段，總長(zhǎng)125.97 m，陡槽底坡為1∶3.12。其中進(jìn)口段順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)8.0m，底高程為134.74 m，與上游10號(hào)排水渠末端相連接；陡槽段底寬為3.50 m，上、下游端部各設(shè)高度0.50 m，底寬0.50 m的齒墻。陡槽段按12.0 m長(zhǎng)度劃分為一標(biāo)準(zhǔn)段，圓弧段單獨(dú)成段；出口擴(kuò)散段為鋼筋混凝土U型槽結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度為19.98 m，底板厚度為0.50 m，邊墻頂寬0.30 m，底寬0.50 m，上、下游端部各設(shè)高度0.50 m，底寬0.50 m的齒墻。

2）消力池。消力池為鋼筋混凝土U型槽結(jié)構(gòu)，底寬為4.0 m，消力池末端與右側(cè)消力池排水渠匯合，進(jìn)入下游排水渠。

4．2．4 右側(cè)排水渠設(shè)計(jì)

根據(jù)右側(cè)排水系統(tǒng)的規(guī)劃布置方案，考慮不同部位的設(shè)計(jì)流量、排水渠的底坡、斷面型式等因素，將右側(cè)排水系統(tǒng)自上而下布置有1～3號(hào)，共計(jì)3段排水渠。

綜合實(shí)際地形和排水渠工程規(guī)模、設(shè)計(jì)過(guò)流量以及水力計(jì)算成果等因素，右側(cè)排水渠鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)矩形斷面，底坡為4.4%～5.4%，渠道底寬3～4 m，渠道內(nèi)最大過(guò)流量為35 m/s。。

4．2．5 右側(cè)跌水設(shè)計(jì)

根據(jù)排水系統(tǒng)布置，結(jié)合實(shí)際地形條件和周邊現(xiàn)有建筑物的布置情況，為有效降低排水明渠內(nèi)的水流流速，并且使得排水系統(tǒng)更加適合現(xiàn)有地形坡度，減少工程量，在排水渠1號(hào)、2號(hào)之間，2號(hào)、3號(hào)之間各設(shè)置了一處多級(jí)跌水，自上而下依次為右側(cè)1跌水、右側(cè)2跌水。

1號(hào)和2號(hào)跌水均由進(jìn)口過(guò)渡段、多級(jí)跌水消能段、出口過(guò)渡段組成，跌水消能段分別為分為三級(jí)和四級(jí)消能，各級(jí)跌差均為3.0 m，各級(jí)跌水長(zhǎng)度分別為11 m和15 m，每級(jí)跌水尾坎高度分別為1.2 m和1.5 m，尾坎順?biāo)鞣较驅(qū)挾葹?.80 m和2.5 m。跌水消能段均采用鋼筋混凝土U型槽結(jié)構(gòu)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20F200，U型槽底寬分別為3.0 m和4.0 m，邊墻高程分別為3.0～6.0 m和4～7 m，底板厚均為1.0 m。

4．2．6 右側(cè)陡坡急流槽及消力池

為保證排水順暢下泄，在渣場(chǎng)平臺(tái)未端設(shè)置陡坡急流槽，將水流從渣場(chǎng)末端平臺(tái)（128.00～131.00 m）平順連接至下游溝底（高程為97.07 m），后接底流消能的消力池，設(shè)計(jì)排水流量為36.4 m3/s。

1）陡坡急流槽。陡槽溢洪道結(jié)構(gòu)從上游至下游為：進(jìn)口段、陡槽段、出口擴(kuò)散段，總長(zhǎng)128.0 m（含一半徑為30m的圓弧段），陡槽底坡為1∶3.58。其中進(jìn)口段順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)8.0 m，底高程為130.58 m，與上游3排水渠末端底高程一致，進(jìn)口段采用斷面結(jié)構(gòu)型式同3號(hào)排水渠；陡槽段按12.0 m長(zhǎng)度劃分為一標(biāo)準(zhǔn)段，圓弧段單獨(dú)成段。陡槽底寬為3.0 m，為鋼筋混凝土U型槽結(jié)構(gòu)，上、下游端部各設(shè)高度0.50 m，底寬0.50 m的齒墻；出口擴(kuò)散段為鋼筋混凝土U型槽結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度21.64 m，底寬為3.0m漸變至5.5m，上、下游端部各設(shè)高度0.50m，底寬0.50 m的齒墻。

2）消力池。消力池為鋼筋混凝土U型槽結(jié)構(gòu)，底寬為7.0 m，底板厚度為0.80 m。邊墻高3.2 m，邊墻頂寬0.30 m，底寬0.80 m，消力池深1.0 m。消力池出口與矩形斷面排水渠相接。該排水渠為鋼筋混凝土U型槽結(jié)構(gòu)，底寬為4.0 m。左、右兩側(cè)消力池在排水渠匯合水流進(jìn)入下游排水渠。

4．2．7 下游排水渠

左、右側(cè)洪水經(jīng)各自下游消力池消能后匯合，進(jìn)入下游排水渠經(jīng)過(guò)廠前區(qū)，通過(guò)排沙洞，最終排入蒲石河。下游排水渠梯形斷面，底寬6.0 m，邊坡為1∶1.5，采用格賓石籠防護(hù)型式。

5 結(jié)語(yǔ)

黃草溝渣場(chǎng)防洪排水系統(tǒng)于2011年汛前施工完成，已經(jīng)經(jīng)過(guò)5個(gè)汛期考驗(yàn)，實(shí)際運(yùn)行效果良好，有序地將黃草溝匯流區(qū)域內(nèi)洪水通過(guò)排沙洞排至蒲石河，且避免了汛期洪水對(duì)外交通公路交通隧道（黃草溝側(cè)）洞口至廠房通風(fēng)洞口段公路和地下廠房系統(tǒng)的威脅，為后續(xù)大規(guī)模棄渣場(chǎng)防洪排水設(shè)計(jì)提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

TV743

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1002－0624（2016）11－0005－03

2016-08-12