水工建筑物消能防沖設計工藝特點論文

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摘要：沖刷與地基地質條件密切相關，因此查明沖刷地段的地質條件，既是進行工程地質評價的前提，也是為水工模型試驗和結構專業進行消能防沖設計提供可靠地質資料。

關鍵詞：泄水輸水建筑物；沖刷；影響因素；工程地質評價

一、泄水輸水建筑物的工作特點和沖刷地段

水利水電樞紐中常見的泄水建筑物如溢流重力壩、溢洪道、泄洪隧洞、泄水閘等；輸水建筑物如渠道等，各建筑物具有不同的工作特點，不同建筑物的各組成部分與水流接觸的地基或邊坡一般要經受水流沖刷。沖刷破壞程度主要與水流和地質兩方面因素有關，根據破壞程度的差異，可分為一般沖刷地段和嚴重沖刷地段。但僅就水流方面而言，溢流重力壩下游河床及兩岸、溢洪道泄水槽和消能段、泄洪隧洞出口段、水閘下游連接段、渠道落差建筑物陡坡、消力池段水流急，甚至為高速水流，單寬水流所含能量大，多會產生比較嚴重的沖刷破壞，屬于嚴重沖刷地段。而建筑物的其余組成部分起到引水、導流作用，或將水源區水流平緩地引入主控段，或將消能后水流平穩地泄入原河道，水流流速均不大，屬于一般沖刷地段。

二、沖刷引起主要工程地質問題及其影響因素

高速水流具有較大能量，長期沖刷將會引發多方面的工程地質問題：①水流沖刷兩岸岸坡，造成大量塌方、滑坡。②射流跌入水墊后形成回流，劇烈沖刷壩腳，導致地基及建筑物失穩。③沖刷坑形成后，上游坡溯流發展，危及壩基穩定。④沖刷坑的不斷加深，切斷壩基下的軟弱夾層、緩傾角斷層，形成臨空面，可能引起深層滑動。⑤泄水輸水建筑物本身受高速水流沖刷而破壞。

影響沖刷的因素很復雜，外因主要為水流特征、下游水深、水舌入射角、沖刷時間等，另外還包括水庫調度時間、閘門運行方式等運行管理方面；內因為沖刷地段的地質條件，是影響地基抗沖刷穩定性的基本因素，主要包括：巖土體的物理力學性質、軟硬狀態、風化程度、斷層、破碎帶、軟弱夾層、裂隙等構造發育程度、產狀、性質及相互組合形式等。

三、沖刷地段的工程地質勘察

沖刷地段工程地質勘察工作目的和任務是查明影響沖刷的地質因素，進行正確的工程地質評價和決策，為水工專業和水工模型試驗提供相應的工程地質模型，為結構專業進行消能防沖設計提供可靠的地質資料。

3.1勘察內容這里所述的勘察內容僅是為查明影響沖刷的地質因素，對某些沖刷地段而言，還存在滲漏、滲透變形和穩定問題。

土質地基：①查明地形地貌特征、微地貌類型；②查明第四系成因類型和分布，特別注意軟土層、粉細砂層、膨脹土層、濕陷性黃土層、凍土層、易崩解土層、鹽漬土層等；③查明各類土層的物理力學性質。

巖質地基：①查明地形地貌、地層巖性、地質構造；②查明軟巖、易溶鹽、膨脹性巖或夾層的分布及其性質；③查明巖體的風化程度；④查明主要斷層、破碎帶、緩傾角斷層、裂隙密集帶的性質、產狀、規模、延伸情況、充填和膠結情況，進行節理裂隙統計，分析各類結構面相互組合形式，進行巖體結構分類，評價沖刷對地基及兩岸邊坡的影響程度。

3.2勘察方法①工程地質測繪比例尺與各泄水輸水建筑物一致，若各建筑物距壩很近時，應與壩址工程地質測繪范圍連接。②一般沖刷地段，勘探剖面線應結合查明其它地質問題沿建筑物軸線布置，鉆孔深度以查明其它地質問題所需要的深度為準。③嚴重沖刷地段，如溢流重力壩、溢洪道下游河床，可結合橫向圍堰、導水墻等導流工程，也可專門布置勘探工作，宜采用鉆探和物探進行綜合勘察，鉆孔深度須進人最大沖刷坑底以下適當深度；當存在軟弱夾層、緩傾角斷層，沖刷坑的形成可能切割夾層、斷層影響壩基、建筑物地基或兩岸岸坡穩定時，應結合地形布置豎井或大口徑鉆孔。④對沖刷地段巖土體，應分層取樣，進行巖土物理力學性質試驗。⑤加強沖刷地段的施工地質工作，根據施工揭露情況及時核對、調整有關參數和計算成果。

四、沖刷地段的工程地質評價

若沖刷坑邊坡切割緩傾角斷層、軟弱夾層等結構面，還需專門對壩體或相關建筑物進行地基或邊坡穩定評價。拱壩溢流一般有向心集中作用，應重點考慮沖刷坑形成后對壩肩穩定的影響。另外，還可用巖土的抗沖刷流速作為評價標準，若巖土抗沖刷流速小于水流流速，則會產生沖刷破壞。

地基沖刷的影響因素十分復雜，地質上需綜合分析巖體結構、泄流特征、模型試驗、簡易估算并結合工程經驗作出判斷。但在高應力地區，泄流沖擊力與高地應力解除的疊加組合作用，如何判斷其對巖體的沖刷破壞尚無良策。而高落差高速水流的水錘效應，它象震動傳到巖體上并滲入裂隙內，并象爆炸一樣急劇地降低巖體的有效應力，以破壞其穩定性，問題相當難解決。因此，沖刷評價應注意留有余地，同時在工程運行期間，對嚴重沖刷地段必須加強安全監測。若地基存在沖刷地質問題，地質方面僅需提出消能防沖建議，具體采用何種措施由結構專業根據地質資料、水工模型試驗成果經技術經濟比較后確定。公務員之家

五、結語

泄水輸水建筑物是水利水電樞紐工程十分重要的水工建筑物，水流沖刷作用會產生諸多地質問題。沖刷的影響因素主要有地質和水流兩個方面，其中前者是根本。目前沖刷坑計算采用的是建立在室內模型試驗和原型觀測成果基礎上提出的經驗公式，最終沖刷結果還需通過水工模型試驗予以驗證。地基沖刷的影響因素十分復雜，地質上應綜合分析和評價，注意要留有余地。同時在工程運行期間，對嚴重沖刷地段必須加強安全監測，為樞紐的正常運行提供安全保障。

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