再谈关于立堵进占截流的一些问题

再谈关于立堵进占截流的一些问题肖焕雄武汉水利电力学院施工导截流科研科‘1964年我在《水利水电技术》杂志上，谈过关于立堵进占截流的几个问题．从那时到现在，已有i4年了．国内外从事截流的理论研究与实践水平，都有较大进展，同时又提出了不少新的问题．通过学习与研窦，想再谈谈关于立堵进占截流的一些问题，供截流科研、设计及施工的同志们参考，不对之处，请批评指正．关于截流的方案问题国内外河道截流的方式方法甚多，但基本类型是戗堤法截流．而戗堤法截流又分平堵、立堵两大类。这里我们谈截流方案，也只想谈平堵和立墙方案问题。从国外来看，如苏联五十年代以前的截流工程，几乎都是平堵法。从五十年代后，立堵法却用得愈来愈多．如l954—1963年的十年里，截流工程共27项，除其中3项是冲填及爆破截浇外，琪．余24项中，。立堵法占l5项，为24项的62．5％．又以六十年代的l。960—1+969年统计，‘主要的大中型截流共22项，其中除l项为冲填截流外，其余21I项中，‘立堵法占l9项，为2 l项的90％。再以美国五十年代以来的l5项大中型截：流来统计，‘、除l项是冲填截流外，其余l4项中，立堵法占8项，为l4项的57．1％。7在我国，立堵截流一直就是作为一种传统的基本方法采用的．以解放后较大的近40个截流工程统计，除2例外，其余截流工程都是属于立堵的基本类型。因此从截流的发展趋势看，立堵法是主要的。’’。’随着截流实践的发展又提出了新的课题，即在高水头、大流量、复盖深的河道上截流，究竟以什么方案为好?有入很自然的会想到平堵截流。下面我们就来分析一下平堵及立堵截流的问题。 i，。平堵截流主要方式有浮桥平堵及栈桥平堵两种。到目前为止，浮桥平堵的最大规模是斯大林格勒截流，其指标如下：设计截流流量：6000立米／秒；实际：4500立米／秒；最大落差：Z。=2．07米；最大断面平均流速：V。．=5．8米／秒；混凝土四面体：10吨，汽车载重量：l0吨；“桥长：3。00米；桥宽：20米； r·“’：架桥时流速：j3米／秒；架桥延续时间：5昼夜；桥的工作时间：3昼夜．．由上看来，当截流流量Q_-5000立米／秒以上，z。=3米以上，世界上尚无浮桥平堵-32·的先例．、浮桥平堵不仅设备多、要求高，而且锚固绳索受力条件极为复杂。’仅以苏联19婶举10一l1月的鄂毕河新西北利亚电站截流来看：在l0月27日，河流流量为1200立米／秒，龙口落差仅0．86米时，、浮桥处于降水曲线段上，这时水面比降i_-0．03，2窜日钴时发了一阵暴风，锚固索绷得更紧，受到约30吨拉应力，缆索断了，浮桥破坏成单个浮船，有些浮船沉没了，平堵宣告失败。从这里看出，若截流流量比1200大得多，例如5000立米／秒以上i落差比0．86米大得多，例如3米以上，若浮桥处于降水曲线段上时，则锚固绳索受力之复杂是难以对付的．事实上世界上的截流实践也证明，凡是截流流量大于5000x'r米／税落羲大于8米的平堵截流，都不用浮桥，一般是采用栈桥。?“‘一…’。关于栈桥截浇的成功实例还是不少，最大的是布拉次克及铁门栈桥乎堵截流。‘·两者的实际截流水平如下：、-一．‘·铗门栈桥平堵_。管柱桥，桥长l02米，每墩四根直径为1．24米的钢筋混凝土管柱，打进岩基8米，槊桥时最大流速2．5米／秒。，-截流流量：3390立米／秒；Z。。3．72米(平堵段)；Z。。=3．22米(立堵段)；，V。---7．5米／秒(sF堵段)；V。=7．15米／秒(立堵段)；，。_最大单宽能量：N。=48．5吨一米／秒一米(平堵段)；N。=39．8吨一米／秒一米(立堵段)。最大抛投块体：25吨，汽车载重量：27吨。·。平堵段长：l00米；立堵段长l49．5米。 t’。．·布控次亮栈桥平堵‘’’。管柱桥，桥长l l0米，每墩三根直径为1．02米的钢筋混凝土管柱，埋入深度为3：5，米以上，柱头直径9 l5毫米。·．．’截流实际流量：3600立米／秒(立堵段)；3250立米／秒(平堵段)；Z。=3．5 l米(立堵段)；Z。．=2．96米(平堵段)；V。=7．4米／秒(立堵段)；V。=5米／秒(平堵段)；N。=l05吨一米／秒一米(立堵段)；N。=40吨一米／秒一米(平堵段)；立堵段长：160米；平堵段长：110米；一最大抛投块体重：25吨(个别岩块30吨)。-从以上两个栈桥平堵实例可知，栈桥平堵所经历的最大考验是：一N。=48．5吨一米／秒一米；Q。=：3390立米／秒；Z。=3．72米；V；。=了．t5米／秒；及N。=40．o吨一米／秒一米；Q。=3250立米／秒；z。=2．96米；V。=5米／秒。：从上两个实例同样看到，岩基河床单戗堤立堵进占截流所经历的最大考验是：N。=105吨一米／秒～米；Q。=3600立米／秒；z。=3．51米；V。一7．4米／秒。+当然我们并不怀疑在水力条件更恶化的条件下栈桥截流的可靠性，因为布拉次克截流是按流量为6300～7000立米／秒设计的。铁门是按7000立米／秒来设计的，栈桥施工的一套设餐及造价相当大f在设备条件不足的情况下施工期较长的碍航问题有时也不好解决，所以能不用栈桥可以解决截流时应该不用。我们感兴趣的，是这两个栈桥截流前的立堵段所创造的经验很有价值。既然单戗立堵在岩基河床上能达到流量接近4000立米／秒，落差3．5．1米，流速7；5米／秒．单宽功率：l05吨一米／秒一米，用25吨块石就可胜利截流，那末·33·如果我们用双戗堤进占截流，或用宽单戗堤，或用单戗加附加措施截流，则流量大于4000立米／秒，落差大于4米，单宽水流功率大于llo吨一米／秒一米，完全可以胜利截流，这是毫无疑问的。目前世界上用双戗堤立堵进占截流总落差已超过l0米；用三戗堤立堵迸占截流总落差已超过8米，而龙口水流单宽功率竟突破200吨一米／秒一米。美国在坞赫立堵截流时，上游用单戗堤，又在下游建了一道9．1米长抛石堤限制流速，在总落差为7．0—8．5米的情况下顺利截流。因此截流实践表明：在岩基河床上，截流流量在a000立米／秒以上，最终落差在4米以上，用双戗堤立堵，或单戗加附加措施截流，都是可行的。在厚复盖层河床上，大流量、高落差的截流用立堵法行不行?这主要取决于护底工作。我国新洋港闸河底系淤积层，截流期最大流速达7．33米／秒，落差达2．74米；丹江口河床为砂砾层，截流时最大流速为6．88米／秒，落差2．88米，都经平抛护底后，胜利截流。同外努列克电站瓦赫什河系冲积层复盖，两岸为坡积土，截流时最大流速达l0米／秒，落差5．45米，也用抛石护底后立堵成功。由于近代自卸抛石船有很大改进，这对软基护底，是个很大的革新，对立堵裁流的发展，起了更大促进作用。最后还想提一下，国外为防止可冲河床立堵时的冲刷，当最大流速出现时，利用事先布置的水力冲填管反向充填泥浆，抑制河床冲刷，也是很有启发的实例，值得研究。二、截流期间导流宣泄能力的估计问题截流落差的大小，特别是截流过程中最大流速出现时刻的落差大小及持续时间，是影响截流困难程度的重要指标之一。而影响落差大小的关键，在于截流期间导流宣泄能力的大小。因此，估计导流宣泄能力的准确性，关系到截流落差是否准确，也影响到截流的困难程度。从导流泄水曲线Q泄=f(z)可以看出：S愈大愈好，S愈小愈差(见图)。S由下式确定： s=可衾．……………．．(1) s2赢Q_。…………”L1)式中：A二图中带阴影的面积；Q。一河道总来水量；Z。。一截流的上下游最终落差； n一泄水指数。根据截流实测资料，S一般在0．4",--0．7之间，为了计算S值，C，·B·依斯巴席等人建议用下式来估算：S_-寿丁…………．．(2)导流泄水曲线圈国内外截流实践经验证明，影响截流落差大小的关键在于上下导渠的布置、开挖高程及上下游围堰的拆除质量。一般截流总落差消耗于上下游围堰进出口处竟达50％以上。因此要想降低截流落差，必须认真对待导渠的设置及准确估计导流建筑物的过水能力。下面分几点来谈．(一)上导渠的进口位置及高程上导渠进口高程，一方面要满足截流落差不能太大，另方面也要考虑导渠挖方量不致过大，而使截流前的准备工作复杂化，具体条件具体分析。但在进口位置的布置上、，不能因省·34·方量而使进口水力条件恶化。一般以满足渠道进口水流与原河流主流的哎角小于30。为宜．-(=)渠道稳率的选定导渠设计的过水能力，必须与导流建筑物过水能力相适应。但导渠糙率的选定是个难予解决的问题。俄国柘溪导渠设计n-----0．03，而实测n--0．037"u0．042，导流隧洞设计n=0．03，而实测n>o．038。流溪河导流洞不衬段设计n=0．026，而实测n----0．0303。刘家峡导流洞不衬段设计12=0．035，而实测11=o．037；衬砌段设计n=0．0125，而实测11=o．0188等等。从国外二些截流工程看，也很值得注意。国外一般导流明渠设计r1一o．033^v0．038，而实测n值大多超过上述范围。卡霍夫卡截流时导流明渠(土渠)实测n----0．045，截流结束后n降为0．039。依尔库次克为冲积层土渠，索铲开挖，实测z·=0．039。高尔基电站截流时导流土渠实测n=o．062，截流结束后降为’h=o．055．斯大林格勒电站截流时导流明渠开挖较好，设计时11采用0．040，与实测值大体吻合。。从以上实测资料看出：一般截流期的导流明渠rl值设计得偏乐观，主要原因是导渠施工紧迫，对施工条件复杂(甚至有大量水下挖方)等困难因素估计不足：同时也缺乏现场控制 n值的具体措施及验收标准。看来这个问题要引起重视。目前设计n值按0．038--．0．040考虑可能是恰当的；今后争取达到0．038以下，在一般导流土渠是可行的。(三)上下游围堰的拆除截流时导渠的上下游围堰要拆除干净，尤其上游围堰的拆除要避免截流时引起较大局部落差，值得引起注意。这个问题提一下也容易理解，但要落实围堰拆除的具体措施，在某些情况下也不那么容易。例如除围堰本身需要拆除外，还要拆挖其下压方(尤其石方)，或者某些围堰的防渗体增加了拆除的困难时，就更要引起重视了．我国在这方面的经验教训还是不少的。周外一系列截流实测资料都有力地说明了围堰拆除的霞要意义，现举某些实例列于表1．。寝I馥流落差分配实侈《袭┏━━━━━━━┳━━━━┳━━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┓┃河流及电站┃总落差┃落差分P┃已及占总落差％‘┃┃┃┣━━━━━┳━━━━━╋━━━━━┳━━━━━━━━┳━━━━━┫┃┃┃┃┃混凝土┃┃┃┃┃(米)┃上导渠┃上游围堰┃┃下游围堰┃下导渠┃┃┃┃┃┃建筑物┃┃┃┣━━━━━━━╋━━━━┻━━━━━┻━━━━━┻━━━━━┻━━━━━━━━╋━━━━━┫┃第聂泊河┃ o．821；8,2％3 i204．．420％{4。0．．233％}70．．40％6┃┃┃卡霍夫卡电站┃┃┃┃伏尔加河┃。．92}130．．112％5耶0．0％3}105．．214％f20。．．720％┃0．43┃┃离尔基电站┃┃46．7％┃┃┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┻━━━━━┫┃安加拉河┃2．05{～l12．0．726％{52．1．078％{18．0．638％{滞┃┃依尔库次克┃┃┃伏尔加河┃907』0．25 l0．2l}0．5210．6510．44‘┃┃斯大林格勒┃钆”’』12％ f10．9％一25．1％ l3l呖 l21．2％┃┃鄂毕河┃9 n1 f0．30 f0．58 i0．48{0．2210．43┃┃新西北利亚┃““‘15％}28．6％{23．8％{10．90／o21．7％┃┃伏尔加河┃1Q飞i0．12{0．08{0．15{0．4710．2l。┃┃古比雪夫┃L。。 l6．2％50％18％ f24．3％ l11．5％．┃┃锡尔河┃1钊 i0．06 i0．72 j0．54 f0．0I f┃┃卡伊拉古门┃。“15％I54％‘40％11％1┃┃斯维尔河┃┃┃上斯维尔┃1．73 f绝大部分落差集中在上下游围堰┃┣━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫┃卡马河┃}┃┃卡门┃1．40；绝大部分落差集中在上下游国堰┃┗━━━━━━━┻━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┛‘35·(四)混凝±导流建筑物宣泄能力一些截流设计的同志，由于没有准确的流量系数可查，因而对截流时期的导流能力无法准确计算。其实影响导流宣泄能力的主要因素，是主流与分流前沿不垂直，而成夹角，或出现回流等现象。我国--f-I峡、天桥．恶滩……等一系列截流期的水文测验资料都说明了这个问题的严重性。下面再看几个国外实测资料，可以加深对这个问题的认识。 l，卡霍夫卡电站截流期28孔溢流闸孔导流，基本上分三组：右边9孔，占全部泄流量的38％；中问9孔，占全部泄流量的46呖；左边10孔，占全部泄流量的l6％．2．布拉次克电站截流期I l孔溢流坝导流(每孔净宽12米)，中间7—8孔，占全部泄流跫的1009矗；即11孔闸实际过水的只7—8孔，其余闹孔未起作用。·3、新西北利亚电站截流期共8孔闸导流，流量具体分配如表2：寝2新西北利亚截流期导流闸孔流量分配┏━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┳━━━━┳━━━━━┳━━━━━┓┃┃8孔流量分配(立米／秒)┃┃ qmin┃∑Q／s┃┃实测日期┃┃艺Q┃┃┃┃┣━━━┳━━━┳━━━┳━━━━┳━━━━┳━━━━┳━━━┳━━━┫┣━━━━━╋━━━━━┫┃┃1┃2┃3┃4┃5┃6┃7┃8┃┃ qmax┃ qm-x┃┣━━━━━━━╋━━━╋━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━━╋━━━━━┫┃56年10月28日┃6┃7┃9┃ l l┃9┃10┃15┃9┃76┃40％┃63．2呖┃┣━━━━━━━╋━━━╋━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━━╋━━━━━┫┃29日┃15┃16┃22┃25┃2l┃24┃35┃22┃180┃42．8％┃64．8％┃┣━━━━━━━╋━━━╋━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━━╋━━━━━┫┃30日┃24┃26┃35┃40┃33┃38┃47┃34┃277┃51．I％┃73．8％┃┣━━━━━━━╋━━━╋━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━━╋━━━━━┫┃31日┃36┃35┃47┃54┃43┃52┃64┃46┃377┃56．4％┃74．2％┃┣━━━━━━━╋━━━╋━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━━╋━━━━━┫┃I1月i日┃4l┃47┃60┃69┃52┃56┃84┃59┃468┃48．8％┃69．8％┃┣━━━━━━━╋━━━╋━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━━╋━━━━━┫┃2日┃50┃7l┃73┃83┃63┃87┃99┃72┃592┃50．5％┃74．5％┃┣━━━━━━━╋━━━╋━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━━╋━━━━━┫┃3日8时┃69┃100┃92┃ i05┃95┃ l l7┃135┃102┃815┃51．2％┃75．5％┃┣━━━━━━━╋━━━╋━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━━╋━━━━━┫┃3日24时┃85┃127┃12l┃123┃1 l1┃143┃164┃13l┃1005┃52％┃77％┃┣━━━━━━━╋━━━╋━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━━╋━━━━━┫┃4目┃93┃142┃138┃ l32┃118┃162┃178┃145┃I108┃52．2％┃77．8％┃┣━━━━━━━╋━━━╋━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━━╋━━━━━┫┃5日┃117┃188┃178┃160┃I39┃203┃223┃189┃1397┃52．5％┃78．5％┃┗━━━━━━━┻━━━┻━━━┻━━━┻━━━━┻━━━━┻━━━━┻━━━┻━━━┻━━━━┻━━━━━┻━━━━━┛由上表2看出：每孔分流很不均匀，最小的一孔只占分流量最大的一孔的40"-'56．4％，8孔的平均值，也只占分流量最大的一孔的63．2一'78．5％。又根据第7孔的过水试验来看，一个比尺为1：80；另一个l：40．6，结果发现原型实际过水能力比模型试验小5％左右，看来是基坑清理不好、影响流态所致。4，依尔库次克电站及斯大林格勒电站根据依尔库次克截流期的实测资料，发现当主流与分流前沿偏离约42。时，则分流能力比垂直进流减少l2％；根据斯大林格勒截流的实测资料表明，偏离角约30。，且有局部回·36气流影响时，泄流能力可降低l5—20％左右。综上可知：对于实际截流过程中的导流建筑物前沿流态不熟悉的情况下，套用一般泄流能力公式，可能与实际有很大出入。在斯大林格勒截流设计中，在分析流态的基础上，对lS坝段的两个梳齿孔泄流能力计算中，均乘以折减系数0．6，实践证明，较合乎实际．至于流量系数的选择，即下式中的113．值：一一 o，nQ=／11B。a：／29H。。／‘根据非淹没流中的实测资料，一般都在0．40左右，如斯大林格勒，卡霍夫卡，新西北利亚的m值均为0．40。当然淹没出流后，随淹没度a：变化，一般平均值在mo：=0．354·．,0．$58左右。如高尔基截流实测：too'=----0．354"--0．357；斯大林格勒实测：mo：----0．356"-'0．358；新西北利亚截流实测：mET：一0．355等。总之，若导渠进1：3位置选得不当，导渠糙率选得偏小，围堰拆除不好，分流前沿流态不佳．则设计的截流落差比实际的可能小得多，这一点值得引起注意．我国有些截流工程。拆除上游围堰以后，一段时间内分流量为零，个别甚至到截流快结束时才开始分流．国外有些截流工程也有类似情况发生．下面是几个实例(表S)。裹3拆囝堰后的分流情况表┏━━━━━━━┳━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━┓┃┃拆围堰前┃拆围堰后┃┃┃名称┃┃┃(q。一qI)／q。％┃┃┃ qo(立米／秒／米)┃ q，(立米／秒／米)┃┃┣━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━┫┃古比雪夫┃11．2┃11．2┃0％┃┃新西北利亚┃8．0┃8．0┃0％┃┃卡霍夫卡┃7．4┃4．73┃16％┃┃斯大林格勒┃15．5┃12．6┃19％┃┃高尔基┃4．86┃3．50┃26％┃┃卡依拉克古门┃7．40┃4．40┃35％┃┃依尔库次；克┃13．40┃7．35┃45％┃┗━━━━━━━┻━━━━━━━━━━┻━━━━━━━━━━┻━━━━━━━━━┛三、选择截流所需最大抛投体重量问题根据理论计算选择截流抛投体的重量，国内外都提出了不少公式．我们从。止动概念。推导的公式，虽然概念上前进了一步，然而公式中的稳定系数，仍随截流具体条件不同而变化，着系数选得脱离实际，也会发生较大误差。因此下面想从截流的实践经验来谈选择抛投块体的重量同题．首先要确定一个稳定的标准。一般来说，只要抛投下去的块体，未冲出戗堤设计边坡范围，都应认为是有效的。由于立堵截流一般都要求抢时间，以保证截流的胜利及围堰的加高培厚能抢在汛期的前头，因此要求大块体一抛入河底后就能站住，或者冲失不远就能稳定下来，则对抢进度有利。所以我们认为用上游挑角法抛投的大块体，如果没有冲失到截流戗堤轴线以下的都算是稳定的。其次要看是单个抛投块体的稳定，还是群体的稳定(群体稳定叉分非均料与均匀料的稳定)‘；‘是岩基上的稳定，还是抛石护底后垫层上的抛投块稳定(垫层又分商种材料的垫层或非同种材料的垫层)；是滑动稳定，还是滚动稳定等等．～般来说，均匀料的群体稳定比非‘37_·均匀料好；与抛投体属同种材料为垫层上的块体稳定好；滚动稳定比滑动稳定的稳定系数要犬。、一般混凝士大块体失稳时以滑动方式为多，而较小石块。只要不是特别扁平的，失稳时以连滚带滑而以滚为主的方式居多。因此不同的失稳方式，其稳定所需吨位可以相差很远。在作稳定吨位比较时，不能不注意这一点。究竟怎样根据水力条件来选择最大块体的重量昵?先看看世界上几个最大的截流实例(表4)。袭4几个大型截流实例┏━━━━━━┳━━━━━┳━━━━┳━━━━━━┳━━━━━━━━━━━━┳━━━━━┳━━━━━━━━━━┳━━━━━┓┃┃┃┃Q。┃Z。}V，。┃N。┃┃┃┃国家┃；名称┃河床┃立米／秒┃(米)(秒／米)┃吨一米／┃最大块体┃备注┃┃┃┃┃┃┃秒一米┃(吨)┃┃┣━━━━━━╋━━━━━╋━━━━╋━━━━━━╋━━━━━┳━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━┫┃中国┃三门峡┃岩基┃2030┃2．97┃6．86┃62—80┃15吨混凝土四面体┃设拦石栅┃┣━━━━━━╋━━━━━╋━━━━╋━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━┫┃罗乌尼亚一┃铁门┃岩基┃3320┃3．72┃7．5┃48．5┃25吨混凝土块┃最后栈桥┃┃南斯拉夫┃┃┃┃┃┃┃┃平堵┃┣━━━━━━╋━━━━━╋━━━━╋━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━┫┃┃麦克┃┃2380^v┃┃┃┃┃平堵最大┃┃美国┃┃岩基┃┃4．76┃9．1┃43．9┃12吨混凝土四面体┃┃┃┃纳瑞┃┃4440┃┃┃┃┃冲距24米┃┣━━━━━━╋━━━━━╋━━━━╋━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━┫┃美国，┃大约┃卵砾石┃2380┃7．8—┃┃┃┃┃┃┃瑟夫┃复盖┃┃2．6┃6．1┃／┃15-,-．20吨石串┃双戗立堵┃┣━━━━━━╋━━━━━╋━━━━╋━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━┫┃美国┃达勒斯┃岩基┃3300┃1．5—┃5．1—┃／┃5吨岩块┃宽戗立堵┃┃┃┃┃┃3．0┃6．4┃┃┃┃┣━━━━━━╋━━━━━╋━━━━╋━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━┫┃加拿大┃凯特尔┃／┃3680‘┃2．6┃┃／┃D_-2．4米大岩块┃三戗立堵┃┃┃┃┃┃：上戗；┃6┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃一——┃┃┃┃┣━━━━━━┫┣━━━━╋━━━━━━╋━━━━━┫┃┃┣━━━━━┫┃巴西┃鸩比阿┃砂卵┃3900┃2．3┃6．5┃／┃1吨岩块┃宽戗立堵┃┃┃┃复盖┃┃┃┃┃┃┃┣━━━━━━╋━━━━━╋━━━━╋━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━┫┣━━━━━┫┃巴西┃费尔┃砂及砂┃┃┃┃┃1．4X1．4×10．5米┃┃┃┃纳斯┃卵复盖┃1000┃3．7┃4．6┃／┃混凝土板5—6块捆┃双戗立堵┃┃┃┃┃┃┃┃┃成柬及2立米柱型┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃石笼┃┃┣━━━━━━╋━━━━━╋━━━━╋━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━┫┃苏联┃斯大林┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃格勒┃中细砂┃4600┃2．07┃5．8┃6．5┃．0吨混凝土四面体┃浮桥平堵┃┣━━━━━━╋━━━━━╋━━━━╋━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━┫┃苏．联┃布拉┃┃┃┃┃┃25吨个别┃┃┃┃次克┃岩基┃3600┃3．5┃7．4┃105┃┃立一平堵┃┃┃┃┃┃┃┃┃40吨大岩块┃┃┃┣━━━━━╋━━━━╋━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━┫┣━━━━━┫┃┃乌斯其┃┃┃┃┃┃┃25吨岩块┃┃苏联┃一依里┃岩基┃2970一┃┃┃┃25吨大岩块及5一┃┃┃┃6-】斯克┃┃3000┃3．82┃8．0┃77┃10吨岩块成串┃也有较多┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃流失┃┗━━━━━━┻━━━━━┻━━━━┻━━━━━━┻━━━━━┻━━━━━━┻━━━━━┻━━━━━━━━━━┻━━━━━┛ i从表4中实铡可见，一般截流流量超过3000立米／秒的立堵截流，抛投的最大块体重量多在20吨以上，否则就用宽戗堤或多戗堤截流。‘下面再看看截流流量并不大，但截流却很困难的实仞j．：1，纳仑河上的托克托古尔电站截流当龙口宽度为lo～12米时，龙口流量只有130立米／秒，这时落差为5．5米，流速11、1．2米／秒(水表面)，N。为90吨一米／秒一米抛投总量为25吨的大块石串或40吨的·38’混凝土四面体串方能合龙，否则冲失严重。这里的河床系石灰岩。2．瓦赫什河上的努列克电站截流截流河床系冲积层，两岸为砾碎石充填的坡积土。当截流到最后龙口只剩下6米宽时，龙口流量为100"--,120立米／秒j落差为4．4米；流速为10米／秒；N。为88吨—咪／秒一米这时抛投料流失仍很严重，只好用4×14吨混凝土块串，用推土机推下去，方得进展．3、汗太依卡河上的汗太电站截流一截流河床系泥炭砂质粘土层，采用三戗立堵截流。当龙口流量仅为40立米／秒时，上戗落差为6．5米，上戗堤龙口流速只5米／秒左右，抛下的l5吨大岩块也被冲走，最后用3—8块块石串，总重量在20吨以上才断流。4、其尔其克河上的恰尔娃克什电站截流，截流河床系石灰岩。当河道总来流量为127立米／秒时，导流洞泄走60立米／秒，龙口渗流量为14．2立米／秒，故龙口实测流量只剩52．8立米／秒，这时龙口平均宽度只有4米了，但N。还比较大，约为44．21r,电一米／秒一米，流速为5米／秒；落差为3．4米；这时抛投 l0吨重混凝土立方体，混凝土四方体均无效，被迫改抛总重达20吨的石串才合龙．5、额尔奇斯河上的布赫达尔敏电站截流截流河床系辉绿岩，当龙口流量仅为200立米／秒时(导流分走245立米／秒)，落差也只有1．3米，流速接近4．7米／秒。这时还在下游围堰堆长一段，以减少戗堤落差，因抛投10吨以下岩块仍冲失严重；12吨岩块也少量流失，故随后当落差上升到1．6米后，即抛25吨大岩块合龙。‘从以上16个截流实例及其它实例资料分析，可以得出以下几点意见： l、截流开始时的来流量大小，对于选择最大抛投块体重量并不起决定作用，因为导潍方式及导流能力的不同，不一定截流开始时来流量大者，截流最困难区段的龙口流量，落差及流速就一定都很大．当然截流开始时的流量大小，与截流过程中的龙口流量及落差有联系，可用下式表达：．7Q。已、Q。(1一(笋)“)。武中；Q。——截流过程中任一时刻龙口流量；Q。一截流开始时的来流量；。Zi及Z。——截流过程中任一时刻落差及截流最大落差； n——导流泄水指数。由此看出，龙口流量是下列因素的函数：Q．=±(Q。，Zi，Z。，n)2、岩基河床上用单戗堤立堵进占截流，当处于截流最困难区段的落差Zt≥2．5米，V。≥7米／秒时，要想较迅速的形成上挑角，则抛投岩块的重量应在20吨左右，或块石串l5吨左右，或混凝土块体串20吨以上．3、软基河床抛石护底后，条件和上面近似时，抛投体最大吨位可相应减小一些．如抛岩块l2^v l5吨左右，或块石串8一l0吨左右，或混凝土块串20吨左右；如用单个混凝土四面体，则应在25吨以上．当然如果不要求迅速形成上挑角，而让抛下的块体流失到一定距离(例如戗堤坡脚附：39·近)，则块体吨位可适当减小一点，不过我们不推荐这种方式就是了。另外如采用其它新型人工异形体，减小对水流的阻力，增大整体的渗透流量，则最大块体重量也可减轻，这是一个值得研究的课题．‘?’～根据一索刿实测资料表明：块体的稳定与它所处的具体条件关系很大，难子笼统定出一个数据；下面我们把这些资料综合一下：’ l0吨重混凝土四面体，单个抛投到石堆上，能抵挡流速5—5．7米／秒，未见冲失；然而抛授到岩基河床上，当流速达5．3米／秒，落差1．8一‘2．0米时则被冲失，其冲距可达。‘7．‘；‘一’2D几米。’、12吨混凝土四面体，单个抛投到水深为8米的护底堆石上，’能抵挡流速5—5．7米／秒，当流速达6．5米／秒后，即出现显著流失。1。l“5吨混凝土四面体，单个抛投到石堆上，能抵挡流速7米／秒左右，流速再增大，混凝土块明显流失．。。20一．25吨混凝土四面体，单个抛投到岩基河床上，在龙口水深为5米左右，落差3米左右≯流速7．4米／秒左右时，也难于稳定；但改用20吨左右的大岩块(-,／=3吨／立米1，基本稳定。’。、钆7【一5：0‘吨的混凝土立方体，在石堆上能抵挡流速3．5米／秒左右，当流速达4．0 o’4：5米／秒时，则流失发生。’-。’‘‘1‘5砘不规则岩块，单个抛投到岩基河床上，当截流落差为3．4米，流速6．5—7．o米／秒左右时，也发生较明显流失；但改抛25’吨后，情况好转．·叠√’l'y+‘．，．四、模型试验成果的引用问题‘0t ej t--。．?，‘；1 t’，·‘’：．。1由手截流水力条件，边界条件都十分复杂，要想用理论计算得到精确答案是困难的，因此一般重要的截流工程，都要通过模型试验，这里就提出了模型试验成果的引用问题．： r引用模型试验成果要不要考虑一个安全因数呢?这个问题国内外都还在争论．例如美国达勒斯截流模型试验，比尺l：40，认为与原型很相似，并认为模型的雷诺数较低，实际阻力偏高，故为原型截流提供了一个安全系数。而更多的截流工程总是在模型试验盼基础上，增加安全因数。如美国的麦克纳瑞截流，模型试验定为8吨的混凝土四面体，后来施工单位加到l2吨；罗一南合搞的铁门截流，模型试验的块体，施工单位增大了一倍；。苏联安加拉河、汗太依卡河等截流工程，施工均比模型试验觖体加大。因此模型试验成果如何引用是个急待解决的问题．‘·我们认为，要做到模型与原型完全相似是不可能的。因为截流过程从始到终，边界条件都在不断急剧变化着，因而相应的各水力因素、河床因素也在变动着，要想模型的边界条件与急剧变化着的原型相应变化是很难办到的，何况原型在截流过程中的有些人为因素无法预见，这就造成了模拟的更大困难．同时立睹进占截流系三向水流，又是二相流(水度岩块)，‘除水流条件的相似外，岩块在截流过程中的运动也必须相似．即岩块从岸坡抛入水面起，到岩块卣水面沿坡滚至河流，再从河底移动(或滚动、或连滚带滑)某一定距离而停止下来的这个全过程。模型与原型都必须相似。然而截流实践证明，就水流相似而言，大体可以做到，即水位、流量分配、乃至流速，基本上可以做到大体相似；但所需最火抛投块体的重：40；量及总流失量很难做到相似。国内外发表有关模型与原型对比资料实在少见，而模型验证原型的试验资料倾向性较大，故遮迟作不出结论。下面仅就我们知道得不多的情况作些初步分析．(一)波兰平原河流上最大工程之一，维斯纳河符沃次瓦维克截流(表5)。裹5原型与模型对比资料┏━━━━━━┳━━━━━━┳━━━━━┳━━━━━┳━━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━┓┃┃Q┃V┃Z m┃N┃┃┃河床护底*┃┃┃┃(吨一米／秒一米)┃截流材料┃┃┃(立米／秒)┃(米／秒)┃(米)┃┃┃┣━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━┫┃┃┃●┃┃龙口水面：┃块石：、’┃┃模‘型┃．一1000┃3．0┃0．59┃100一50一20米：┃l万立米；5吨混凝┃┃┃┃、┃┃┃土块1700块i┃┃┃┃┃┃0．61～I．75—3．96；┃┃┣━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━┫┃┃┃┃┃100～50一20米：┃块石：I．2万立米；┃┃┃┃┃┃┃10吨混凝土块：┃┃原型┃8a7"-845┃3．0┃。0．65┃0．72一J．70—4．00；┃┃┃┃┃┃┃┃100块5吨混土凝块；┃┃┃┃┃┃┃600多块；┃┣━━━━━━┻━━━━━━┻━━━━━┻━━━━━┻━━━━━━━━━━━┻━━━━━━━━━━┫┃*河底为细砂，采用180米×90米柴排护底┃┗━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┛从表5的截流资料看出：V，Z。N，Q等大体相似，但原型流量比模型要小；而总抛投截流材料，原型比模型稍多。更重要的是，模型中最大块体为5吨，而原型中为10吨。(二)美国麦克纳瑞南槽截流该工程先后作过1：100及1：24的整体模型和1：24的断面模型试验。原型实践证明，模型和原型在水流条件的相似方面，基本良好。但模型试验建议用8吨的混凝土四面体，实际施工采用的是l2吨混凝土四面体．截流过程中曾用长60米、粗3毫米的钢索，一端系在测定的四面体预留孔上，另一端系一只双锥形浮标，将四面体吊运至抛投点水面上，稳定后将钢索浮标投下，浮标冲往下游后，将钢绳拉直，在水面停留着，这时用2台经纬仪测出浮标第一位置后，投下四面体，待四面体稳定下来，又测浮标第二位置，即得出浮标位移，从而知道四面体的位移。这样共施测了四面体80个，得到最大冲距为24米，遗憾的是，我们没有看见80个四面体的各个冲距资料，难于对块体稳定移距作结论。值得注意的是，模型试验的稳定体是8吨，而原型采用了l2吨，最大冲距仍有24米。(三)美国圣劳仑斯河的郎索尔特截流本：￡程截流。根据模型试验采用立堵法．模型试验建议的主要截流材料为2吨的大岩块，下游设置拦栅。实际截流中，流量990立米／秒、最大落差4．9米、最大流速7．3米／秒均大体相似。但当龙El被束窄至3O米时， l0吨以上大块石也被冲走，因此用钢支架放置龙口处，并锚在附近岸边树上，从龙口上游30米处抛下的大岩块被挡住，但仍有不少石块流失到下游。截流中实际使用了最大重量为25吨的混凝二E四面体及20吨的六面体，块石为8—12吨。根据试验所设计的抛投方量为17．2万立米，而实际抛投方量达30．6万立米。为设计方量的1．78倍。(四)罗马尼亚一一南斯拉夫的铁门截流：。模型试验为l：125及1：80的整体和l：40的断面．试验是按设计流量为7000立米／秒进行的．实际截流时，流量仅为设计的一半，即3320立米／秒，平堵段的最大单宽功率比模型试验小，约为48．5吨一米／秒一米，但20—25吨混凝土体一直冲至距栈桥中心约40米处，这还是在龙口下游抛投了四脚体，形成了一定雍水及发挥一定拦截作用后实测的．还·4l·流速——坡降关系曲线的绘制，需用水面比降器施测整治前各不同水位滩口的水面曲线．1根据比降器流迹每两点间的距离及水面落差列表算出其流速及坡降，为了得出较好的精度，观测时每两点间的时差最好不大子lo秒．本文由于时同仓促，试验与实际资料的分析论证还很不充分，有些问题，如流速系数与固流段计算断面的确定，坡降流速相互变化关系及其综合分析计算等均有待进一步的研究探讨．(上接42页)后运动到稳定位置，其阻力系数大体可表示为：C；=F(H，F，，R。，Nji)或者近似的只考虑摩擦阻力系数C r与涡流阻力系数C}之和为、～E=Cf+C$=F(-R。，Nji)=F‘~、n|、i．√飞r了|V3七FOV，／V．、，、4’～：E’|V31=F(V。l／V，V。／V，~／V’。2／V。)或改写成：E=Cf--I-C沪F(V。l／V，R÷／R。，√可’．，2／V。)式中：V。一一绕包围块体及涡迹的周线的速度环量；Rm一一涡流雷诺数；R。一一流动雷诺数；Njj一一紊流判据。由上可知：至少要做到原型与模型块体的：(RJR。)。=(R十／R。)H才能基本满足截流块体的阻力相似，否则只有当R+／R。=常数，即进入自动相似范围。然而目前尚无任何资料说明截流试验的自动相似范围数据是多少，这是一个急待解决的截流科研课题之一。综上所述，现阶段引用模型试验成果时，在块体重量及总流失量方面，适当留有余地，即考虑一点安全系数；将来在这方面有了可靠的科研成果后，再作修正．参考文献(1)肖焕雄：。关于立堵截流的几个问题”《水利水电技术))1964年No9(2)肖焕雄：。国外大江大河截流的理论与实践。《武汉水利电力学报))1977年No l(3)武汉水利电力学院施工导、截流科研组：。立堵进占截流中计算抛投混凝土块体的稳定性。

文章来源：《水利水电技术报导》 网址: http://www.slsdjszz.cn/qikandaodu/2020/0813/399.html