理论教育 预平抛垫底高程的合理性研究

预平抛垫底高程的合理性研究

时间:2023-07-01 理论教育 版权反馈
【摘要】:平抛垫底高程的确定需兼顾减轻截流难度和施工期通航两个方面。通过1∶40龙口断面局部模型试验,比较了平抛垫底40.0m高程、45.0m高程两方案。综合分析,确定上游戗堤及下游渣堤深槽部位于汛前预平抛垫底至40.0m高程。

预平抛垫底高程的合理性研究

平抛垫底高程的确定需兼顾减轻截流难度和施工期通航两个方面。

通过1∶40龙口断面局部模型试验,比较了平抛垫底40.0m高程、45.0m高程两方案。成果表明两种平抛垫底高程在合龙过程中的水力学指标及抛投材料稳定变化不大;平抛垫底至45m高程方案较40m高程方案,在戗堤进占过程中,堤头坍塌规模有所减轻,坍塌次数略有减少,但平抛垫底材料增加约54.4万m3,平抛工程量大,初步认为平抛垫底至40.0m高程方案较优。

垫底高程的确定也直接影响到口门区及明渠的通航流态,即汛期长江航运由口门区通航,10月以后由明渠通航;关系极大,另外也应充分考虑现场施工中不可预见因素,施工进展及完成情况对通航的影响。

在1979年空库情况下,分别就上戗堤平抛垫底45.0m、40.0m高程,下游石渣堤垫底40.0m高程进行了通航水力学及通航船模试验。在预进占段及非龙口段进占过程中,在相应截流流量下,与二期导流明渠相比,由于戗堤口门的过流使上游水位降低,明渠上、下游水位差变小,因而,在明渠过相同流量、相同部位下明渠流速和水力坡降有所减小。

在整个明渠范围内存在两个较大流速和水力坡降区:

混凝土纵向围堰上堤头附近,如表5-1中左航线的最大流速值,出现在该区域坝轴线上255m处。

明渠出口坝轴线下1250~1800m航段,流速和水力坡降均相对较大,同时受戗堤口门折冲水流的影响,为明渠全程船队上行相对较困难航段。右航线最大流速也在该区域。

各工况通航水力学指标见表5-1。

各航行工况船模试验基本情况见表5-2和表5-3。

表5-1 明渠及戗堤口门通航水力学参数(上围堰平抛垫底45m高程)

注 B、B为上、下游围堰戗堤口门宽度;VRmax、JR为明渠右航线最大流速值及相应坡降;VLmax、JL为明渠左航线最大流速值及相应坡降。

表5-2 明渠和戗堤口门船模试验基本情况(上、下游平抛垫底高程分别为45m和40m)(www.daowen.com)

注ΔH为茅坪溪与三斗坪水位之差;Q为明渠分流量;1为上行相对难点航段右岸坝下1250~1800m平均对岸航速;2为明渠航行上行平均对岸航速;p为沿明渠全程上行平均对岸航速。

表5-3 明渠和戗堤口门船模试验基本情况(上、下游平抛垫底高程40m)

注ΔH为茅坪溪与三斗坪水位之差;Q明为明渠分流量;1为上行相对难点航段右岸坝下1250~1800m平均对岸航速;2为明渠航段上行平均对岸航速;p为沿明渠全程上行平均对岸航速。

Q=45000m3/s、B=460m、B=540m时,明渠分流量为16200m3/s(高程45.0m),明渠内最大流速仅为2.7m/s,最大比降为0.27‰,而主河槽上口门区流态较差,水力坡降较大,长航船队(3×1000t+2640HP,1马力=735.5W)勉强上行过明渠。

在垫底高程40.0m时,明渠分流量15700m3/s,长航船队沿主河槽戗堤口门航行基本满足要求,上水航行对岸航速约为1.0~2.0m/s。10月后,随着戗堤口门的缩窄,平抛垫底高程升至45m,增加了明渠的分流比,虽然明渠的分流量超过了20000m3/s,但由于戗堤口门的过流使上游水位降低,明渠内流速、比降值与二期明渠施工通航流量20000m3/s大致相当。

在10月上旬以后,如上下游围堰戗堤口门平抛垫底高程为40m,随着长江来流量的减少、上下游戗堤的进占,明渠的分流量并未减小,而明渠上下游水位差则有所增加(见表5-3),即水力坡降增大,船队的上水航行条件有变差的趋势,但各流量级船队仍可沿明渠左、中、右航线上下水航行,上行的相对难点在明渠下口坝轴线下1250~1800m航段,局部对岸航速可大于0.5m/s,沿明渠全程平均对岸航速大于1.6m/s,用舵小于15°。Q≥34800m3/s,船队上水航行可满足通航要求;Q=27400m3/s,船队上水航行条件可基本满足通航要求。各流量级船队沿明渠下水航行则均可满足通航要求。

在10月上旬以后,如上游围堰戗堤口门平抛垫底高程升高到45m(下游仍为40m高程),则明渠分流量加大,明渠和戗堤口门流速均有不同程度增加,船队沿明渠上行条件变得差一些。Q=42400m3/s流量级,船队可沿左线上水航行,在纵堰上堤头附近则不能继续上行,可在纵堰下堤头或坝轴线附近过江继续沿右线上行,沿程平均对岸航速为1.3m/s,可基本满足通航要求。在明渠下口右线坝轴线下1250~1800m航段,由于流速和水力坡降均较大,船队在该航段上行困难。Q=27700m3/s流量级,船队上行比42400m3/s流量级有所改善,可沿明渠左、中、右航线上下水航行,沿程上水平均对岸航速为1.5m/s,可基本满足通航要求。

流量的变化,戗堤口门的缩窄对船队沿明渠的下水航行条件无多大改变,沿左、中、右航线下水航行条件较好,沿右线下行,只要注意与右岸边保持一定的岸距即可。

平抛垫底40.0m高程、45.0m高程,在后续截流施工中,口门或明渠水流条件均能基本满足长航船队航行要求,综合比较汛期及后续施工各阶段的通航水力学及船模试验成果,垫底40.0m高程方案比45.0m高程方案要优越,且汛前垫底45.0m高程于垫底料及堤头度汛增加困难,同时汛后10月份垫底至45.0m高程也依当时长江来流量及戗堤进占口门宽度而形成的施工区抛投环境来确定,若长江来流量远小于非龙口段分旬进占抗冲流量标准(P=5%),垫底至45.0m高程甚至更高,于戗堤进占有利,于通航也不会有太大影响。

在1995年淤库地形条件下,通航水力学及船模试验成果亦表明:上、下围堰汛前均垫至40.0m高程,在汛期及后续施工期均能满足长航船队通航要求。综合分析,确定上游戗堤及下游渣堤深槽部位于汛前预平抛垫底至40.0m高程。

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