水工建筑物消能防冲设计工艺特点论文

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摘要：冲刷与地基地质条件密切相关，因此查明冲刷地段的地质条件，既是进行工程地质评价的前提，也是为水工模型试验和结构专业进行消能防冲设计提供可靠地质资料。

关键词：泄水输水建筑物；冲刷；影响因素；工程地质评价

一、泄水输水建筑物的工作特点和冲刷地段

水利水电枢纽中常见的泄水建筑物如溢流重力坝、溢洪道、泄洪隧洞、泄水闸等；输水建筑物如渠道等，各建筑物具有不同的工作特点，不同建筑物的各组成部分与水流接触的地基或边坡一般要经受水流冲刷。冲刷破坏程度主要与水流和地质两方面因素有关，根据破坏程度的差异，可分为一般冲刷地段和严重冲刷地段。但仅就水流方面而言，溢流重力坝下游河床及两岸、溢洪道泄水槽和消能段、泄洪隧洞出口段、水闸下游连接段、渠道落差建筑物陡坡、消力池段水流急，甚至为高速水流，单宽水流所含能量大，多会产生比较严重的冲刷破坏，属于严重冲刷地段。而建筑物的其余组成部分起到引水、导流作用，或将水源区水流平缓地引入主控段，或将消能后水流平稳地泄入原河道，水流流速均不大，属于一般冲刷地段。

二、冲刷引起主要工程地质问题及其影响因素

高速水流具有较大能量，长期冲刷将会引发多方面的工程地质问题：①水流冲刷两岸岸坡，造成大量塌方、滑坡。②射流跌入水垫后形成回流，剧烈冲刷坝脚，导致地基及建筑物失稳。③冲刷坑形成后，上游坡溯流发展，危及坝基稳定。④冲刷坑的不断加深，切断坝基下的软弱夹层、缓倾角断层，形成临空面，可能引起深层滑动。⑤泄水输水建筑物本身受高速水流冲刷而破坏。

影响冲刷的因素很复杂，外因主要为水流特征、下游水深、水舌入射角、冲刷时间等，另外还包括水库调度时间、闸门运行方式等运行管理方面；内因为冲刷地段的地质条件，是影响地基抗冲刷稳定性的基本因素，主要包括：岩土体的物理力学性质、软硬状态、风化程度、断层、破碎带、软弱夹层、裂隙等构造发育程度、产状、性质及相互组合形式等。

三、冲刷地段的工程地质勘察

冲刷地段工程地质勘察工作目的和任务是查明影响冲刷的地质因素，进行正确的工程地质评价和决策，为水工专业和水工模型试验提供相应的工程地质模型，为结构专业进行消能防冲设计提供可靠的地质资料。

3.1勘察内容这里所述的勘察内容仅是为查明影响冲刷的地质因素，对某些冲刷地段而言，还存在渗漏、渗透变形和稳定问题。

土质地基：①查明地形地貌特征、微地貌类型；②查明第四系成因类型和分布，特别注意软土层、粉细砂层、膨胀土层、湿陷性黄土层、冻土层、易崩解土层、盐渍土层等；③查明各类土层的物理力学性质。

岩质地基：①查明地形地貌、地层岩性、地质构造；②查明软岩、易溶盐、膨胀性岩或夹层的分布及其性质；③查明岩体的风化程度；④查明主要断层、破碎带、缓倾角断层、裂隙密集带的性质、产状、规模、延伸情况、充填和胶结情况，进行节理裂隙统计，分析各类结构面相互组合形式，进行岩体结构分类，评价冲刷对地基及两岸边坡的影响程度。

3.2勘察方法①工程地质测绘比例尺与各泄水输水建筑物一致，若各建筑物距坝很近时，应与坝址工程地质测绘范围连接。②一般冲刷地段，勘探剖面线应结合查明其它地质问题沿建筑物轴线布置，钻孔深度以查明其它地质问题所需要的深度为准。③严重冲刷地段，如溢流重力坝、溢洪道下游河床，可结合横向围堰、导水墙等导流工程，也可专门布置勘探工作，宜采用钻探和物探进行综合勘察，钻孔深度须进人最大冲刷坑底以下适当深度；当存在软弱夹层、缓倾角断层，冲刷坑的形成可能切割夹层、断层影响坝基、建筑物地基或两岸岸坡稳定时，应结合地形布置竖井或大口径钻孔。④对冲刷地段岩土体，应分层取样，进行岩土物理力学性质试验。⑤加强冲刷地段的施工地质工作，根据施工揭露情况及时核对、调整有关参数和计算成果。

四、冲刷地段的工程地质评价

若冲刷坑边坡切割缓倾角断层、软弱夹层等结构面，还需专门对坝体或相关建筑物进行地基或边坡稳定评价。拱坝溢流一般有向心集中作用，应重点考虑冲刷坑形成后对坝肩稳定的影响。另外，还可用岩土的抗冲刷流速作为评价标准，若岩土抗冲刷流速小于水流流速，则会产生冲刷破坏。

地基冲刷的影响因素十分复杂，地质上需综合分析岩体结构、泄流特征、模型试验、简易估算并结合工程经验作出判断。但在高应力地区，泄流冲击力与高地应力解除的叠加组合作用，如何判断其对岩体的冲刷破坏尚无良策。而高落差高速水流的水锤效应，它象震动传到岩体上并渗入裂隙内，并象爆炸一样急剧地降低岩体的有效应力，以破坏其稳定性，问题相当难解决。因此，冲刷评价应注意留有余地，同时在工程运行期间，对严重冲刷地段必须加强安全监测。若地基存在冲刷地质问题，地质方面仅需提出消能防冲建议，具体采用何种措施由结构专业根据地质资料、水工模型试验成果经技术经济比较后确定。公务员之家

五、结语

泄水输水建筑物是水利水电枢纽工程十分重要的水工建筑物，水流冲刷作用会产生诸多地质问题。冲刷的影响因素主要有地质和水流两个方面，其中前者是根本。目前冲刷坑计算采用的是建立在室内模型试验和原型观测成果基础上提出的经验公式，最终冲刷结果还需通过水工模型试验予以验证。地基冲刷的影响因素十分复杂，地质上应综合分析和评价，注意要留有余地。同时在工程运行期间，对严重冲刷地段必须加强安全监测，为枢纽的正常运行提供安全保障。

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