新疆高瀝青壩泄水建筑物布置與特性研究

柳 瑩，李 江，彭兆軒

(新疆水利水電規(guī)劃設(shè)計管理局，新疆 烏魯木齊 830000)

土石壩樞紐工程泄水建筑物通常由表孔和中孔或底孔組合而成，常見的組合形式是表孔溢洪道(洞)+底孔泄洪排沙洞；中孔位于壩體中部或中上部，當(dāng)水庫在低水位運行時可保持一定的泄流能力；底孔則布置于死水位以下，壩體底部，多用于施工期導(dǎo)流，后期改建為泄洪沖沙洞，有些工程底孔兼有下游供水的要求，多采用洞內(nèi)布設(shè)鋼管以滿足小流量供水需求[1]。近30年來，國內(nèi)外諸多學(xué)者對其進行了大量的研究，針對具體工程提出了聯(lián)合消能工形式，成效顯著[2- 4]。有些學(xué)者針對高速水流下泄水建筑物的磨損沖擊和空蝕破壞，研制了具有高彈性以及良好抗沖擊性能的新型材料，通過室內(nèi)試驗及工程實踐，該新型材料抗推移質(zhì)沖磨效果良好，防空蝕效果顯著[5- 8]。王海云等人利用理論分析和物理試驗，對龍?zhí)ь^明流泄洪洞下游邊墻摻氣減蝕進行了研究，提出在反弧末端采用突擴和突跌的摻氣方式，對側(cè)墻和底板均起到了較好的保護作用[9- 11]。薄瀟瑩等人針對新疆阿爾塔什水利樞紐泄水建筑物抗沖磨問題，研究了4種不同摻合料、不同類型骨料組合配制的抗沖磨混凝土的力學(xué)特性，對泄水建筑混凝土配合比設(shè)計具有一定的借鑒意義[12]。李成業(yè)通過水力學(xué)模型試驗，研究了高壩泄流條件下對泄水建筑的振動特性，隨著下游水位增高，中孔處振幅增大而消力池底板處振幅減??；上游水位增高時，各結(jié)構(gòu)振幅均有所增大[13]。

根據(jù)2019年中國大壩工程學(xué)會統(tǒng)計，全球已建瀝青心墻壩217座，其中中國已建119座，占55%；新疆已建71座，占全國已建瀝青壩總數(shù)的60%；國內(nèi)100m以上的瀝青混凝土心墻壩共15座，其中新疆就有11座，約占全國的3/4。針對新疆“三高一多一深一少”的獨特筑壩環(huán)境[14- 15]，瀝青心墻壩泄水建筑物如何選擇合適的泄洪方式、布置型式以及消能措施，這關(guān)系到水庫大壩的安全運行。由此可見，基于新疆高瀝青心墻壩泄水建筑物布置與特性研究就顯得尤為重要。

1 高瀝青壩泄水建筑物布置特點

泄水建筑物包括溢洪道、泄洪洞、放水洞、施工導(dǎo)流建筑物等等。從工程任務(wù)來看，泄水建筑物主要承擔(dān)泄洪、輸水、排沙、放空水庫、施工期導(dǎo)流等功能。有單一的泄洪洞(道)，也有承擔(dān)多個功能的泄洪洞。新疆有著豐富的水利水電資源，中小河流眾多，徑流年內(nèi)分配極為不均，通常汛期徑流量可達到全年徑流總量的3/4，這給泄水建筑物造成了極大的泄洪壓力，而其他時段水庫及電站基本為正常下泄工況，河流泥沙問題較為突出，對建筑物底板磨損嚴重，個別已建工程經(jīng)常需要維護泄洪洞或表孔溢洪道的底板。因此，新疆水利工程樞紐的泄水建筑物，應(yīng)根據(jù)壩址區(qū)地形地質(zhì)條件及水文條件，通過方案比選以及水工模型試驗，不斷優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計。

新疆的土石壩泄水建筑物常見的組合形式是表孔溢洪道(洞)+深孔泄洪排沙洞。表孔一般采用河岸溢洪道或溢洪洞，是主要的泄水建筑物，要求具有一定的超泄能力，一般承擔(dān)最大下泄量的2/3以上；中孔基本為放水洞及發(fā)電洞，位于壩體中部或中上部；底孔通常布置于壩體底部，用作施工期導(dǎo)流，運行期泄洪排沙等。有些工程底孔兼有下游供水的要求，多采用洞內(nèi)布設(shè)鋼管以滿足小流量供水需求。相對南方中小河流而言，新疆大多數(shù)河流興建的水庫泄洪功率并不是很大，相比較而言泄水建筑物的“體量”在工程總投資中所占比重相對較小。消能是泄水建筑物設(shè)計的重點，一般中型以上工程都需要進行水工模型試驗，消能的方式也在不斷發(fā)展，如粗糙坡面消能、寬尾墩聯(lián)合消能工、消能井等內(nèi)消能工、收縮式消能工、階梯溢洪道、齒墩型內(nèi)消能工、多股多層水平淹沒射流等。新疆土石壩工程建于底孔的各類洞子，如導(dǎo)流洞、泄洪洞及沖沙洞等大都采用了底流消能，部分工程在傳統(tǒng)底流消能的基礎(chǔ)上增加懸柵，可在一定程度上減小消力池邊墻高度，提高消能效率，如小石峽水電站和五一水庫工程。

瀝青心墻壩可與上游圍堰結(jié)合，底孔導(dǎo)流洞后期通常改建為泄洪沖沙洞，不但可以減小泄水建筑物工程量，而且也可以縮短工期，加快進度。尼雅水利樞紐工程布置以攔河瀝青混凝土心墻壩為主體，表孔溢洪洞布置在左岸，在右岸集中布置泄洪沖砂洞和灌溉發(fā)電引水洞，進水口閘井聯(lián)合布置保證發(fā)電洞門前清。在平面上泄洪沖砂洞布置為直線，與導(dǎo)流洞在平面上同一軸線，縱斷面設(shè)計為“龍?zhí)ь^”結(jié)構(gòu)形式，與導(dǎo)流洞結(jié)合。阿拉溝水庫的溢洪道布置在右岸，為開敞式正槽岸邊溢洪道；導(dǎo)流兼泄洪沖沙洞布置于河床右岸；灌溉放水洞布置在河床左岸，主要承擔(dān)工業(yè)園區(qū)、灌區(qū)灌溉和南山礦區(qū)的供水任務(wù)。新疆11座百米以上的瀝青混凝土心墻壩的泄水建筑物常見的壩高布置方式見表1。

2 表孔泄水建筑物特征及布置

岸邊溢洪道按其結(jié)構(gòu)型式可分為正槽溢洪道、側(cè)槽溢洪道、井式溢洪道和虹吸溢洪道等，其中正槽溢洪道較為典型且應(yīng)用廣泛。溢洪道應(yīng)布置在地質(zhì)條件較好的岸邊或巖體上，避免深挖而導(dǎo)致的邊坡穩(wěn)定問題，進水口盡量短且直，尾水渠下泄水流應(yīng)平緩進入下游河道，避免對岸坡的沖刷。岸邊溢洪道在大多數(shù)情況下均采用有閘門控制，對于管理條件較差的中小型水庫或多雨地區(qū)水庫常考慮采用無閘控制形式。有閘和無閘的主要區(qū)別是堰頂高程不同、泄流能力不同、壩高不同、管理方式不同、溢流前緣長度不同。

表1 新疆高瀝青心墻壩泄水建筑布置型式統(tǒng)計

2.1 正槽溢洪道

正槽溢洪道是由面向水庫上游的溢流堰控制的壩外溢洪道，蓄水時控制堰與攔河壩一起組成擋水前緣，泄洪時堰頂高程以上的水由堰頂溢流而下。這種溢洪道的泄槽軸線與溢流堰軸線垂直，與過堰水流方向一致，過堰水流平順穩(wěn)定、溢洪道結(jié)構(gòu)簡單、施工方便，但當(dāng)兩岸地勢較高且岸坡較陡時，開挖方量較大。

正槽式溢洪道通常由進水渠、控制段、泄槽、出口消能段及尾水渠5個部分組成，其中控制段、泄槽及出口消能段是溢洪道的主體，是每個溢洪道工程不可缺少的，如圖1所示。通過對新疆11座百米級高瀝青壩泄水建筑物的設(shè)計與施工，積累了大量的工程經(jīng)驗。

(1)引水渠可將水流平順的導(dǎo)入控制段，根據(jù)不同的地質(zhì)條件，一般常用的有矩型和梯形兩種，進口處多為喇叭狀。

(2)控制堰段一般為矩形斷面，多采用實用堰和寬頂堰。溢洪道的控制段是控制溢洪道泄流能力的關(guān)鍵部位，增大流量系數(shù)，不產(chǎn)生負壓及空蝕。寬頂堰較實用堰結(jié)構(gòu)簡單，便于施工，但其流量系數(shù)小且溢流前緣較長，多用于中小型工程；而實用堰工程量少，流量系數(shù)大，但施工復(fù)雜，多用于大型工程中。

(3)泄槽的坡度一般做成大于臨界坡度的陡坡，泄槽很長時，為適應(yīng)地形、地質(zhì)條件設(shè)置變坡。在設(shè)計時通常由于地形地質(zhì)條件的限制，往往將原本直線等寬的泄槽設(shè)置成收縮段、彎曲段、擴散段。

(4)消能段上接泄槽，下連尾水渠，經(jīng)過對高速水流消能后，可減輕其對下游河道岸坡的沖刷，常用的消能方式有底流消能和挑流消能。

(5)經(jīng)過消能后的水流流態(tài)依然不穩(wěn)定，需經(jīng)過尾水渠將其平順的導(dǎo)入下游河道。

圖1 土石壩岸邊正槽溢洪道布置示意圖

圖2 土石壩岸邊側(cè)槽溢洪道布置示意圖

2.2 側(cè)槽溢洪道

側(cè)槽溢洪道通常由溢流堰、側(cè)槽、泄水道和出口消能段等部分組成，如圖2所示。與正槽溢洪道相比，側(cè)槽溢洪道的水流流態(tài)復(fù)雜，如果設(shè)計不當(dāng)將會影響工程安全，但是側(cè)槽溢洪道軸線與水流流向近似垂直且引渠較短，具有入流條件好，工程量小的優(yōu)點。側(cè)槽溢洪道一般不設(shè)置閘門，不僅節(jié)約成本，還方便了后期水庫的運行管理，適合修建于偏遠山區(qū)。

側(cè)槽溢洪道常修建于工程區(qū)兩岸山坡較陡或山頭較高的地形，在中小型水庫中經(jīng)常會使用側(cè)堰無閘控制。側(cè)槽橫斷面隨著軸線逐漸增大，末端底寬約為始端底寬的4倍，過流能力加大；側(cè)槽斷面兩邊坡通常情況較陡，如圖3所示。溢流堰一側(cè)坡度約為1∶0.5，靠近山體一側(cè)邊坡為1∶0.3～1∶0.5，左右邊坡基本對稱，槽底高程的設(shè)置需確保堰上水流為自由溢流且流態(tài)較好，坡度較緩。調(diào)整段是側(cè)槽后的平底梯形斷面的渠道，作用是穩(wěn)定水流，使側(cè)槽水流壅高后入泄槽，側(cè)槽內(nèi)流態(tài)如圖4所示。側(cè)槽溢流堰大致沿等高線布置，溢流堰多用實用堰，后接泄水明槽或者隧洞。流量沿程增加，側(cè)向進水，縱向泄流，槽底要有縱坡以保證堰流為自由出流，或稍有淹沒的自由出流，側(cè)槽內(nèi)水流為緩流。

圖3 溢洪道側(cè)槽布置圖

圖4 側(cè)槽內(nèi)流態(tài)

2.3 非常溢洪設(shè)施

當(dāng)校核洪水與設(shè)計洪水的泄量相差較大時，應(yīng)當(dāng)考慮設(shè)置非常溢洪設(shè)施，包括漫流式、自潰式和爆破引潰式。新疆的非常溢洪設(shè)施主要用于早期修建的平原水庫土石壩，壩高較小，多為除險加固時為滿足宣泄洪水而增設(shè)。由于大多數(shù)工程在設(shè)計階段安排底孔控泄?fàn)顟B(tài)宣泄1/3左右洪水，實際上底孔閘門全開工況下泄流能力會增加，而且當(dāng)采用開敞式溢洪道時，其表孔超泄能力更強。因此，非常溢洪設(shè)施在近些年新建的高土石壩中運用較少。

3 底孔泄洪洞特征及布置

3.1 由導(dǎo)流洞改建的泄洪底孔

隨著時代的發(fā)展，施工機械及設(shè)備的不斷完善，設(shè)計水平的不斷提高，新疆山區(qū)水庫大壩高度逐漸增加，這就使得泄洪消能問題極為突出，成為當(dāng)今水利工程建設(shè)中面臨的難題之一。山區(qū)水庫在施工期通常采用隧洞導(dǎo)流，如果水庫建成以后就將其封堵，則顯得極為浪費。為了縮短工期、節(jié)省投資、資源有效利用，部分水利工程將導(dǎo)流洞改建為泄洪沖沙洞，同時也可起到放空水庫的作用，俗稱“一洞多用”。將導(dǎo)流洞改建為泄洪洞除了會遇到高水頭、高流速以及沖刷磨蝕的問題外，還面臨著空化空蝕、水流流態(tài)紊亂以及消能等方面的挑戰(zhàn)。

導(dǎo)流洞改建為泄洪洞并非所有工程均適用，還得根據(jù)壩址區(qū)水文條件、工程條件以及技術(shù)條件等方面綜合考慮分析。

(1)水文條件：部分工程規(guī)模大，所在河流洪峰洪量大，設(shè)防標準高，常常將導(dǎo)流洞改建為泄洪洞。如：大石門水利樞紐為Ⅱ等大(2)型工程，攔河壩設(shè)計洪水標準為100年一遇，校核洪水標準為2000年一遇，將導(dǎo)流洞改建為底孔泄洪洞并與表孔溢洪洞聯(lián)合泄洪。

(2)工程條件：工程區(qū)河谷狹窄，兩岸山體陡峻，來洪流量大，施工場地往往較小，多采用全斷面圍堰隧洞導(dǎo)流的方式。如：尼雅水庫壩址處河谷狹窄，呈“V”字型，谷底寬度僅為20多米，不具備分期導(dǎo)流條件，因此在右側(cè)凸岸設(shè)置導(dǎo)流建筑物，后期采用“龍?zhí)ь^”的形式與泄洪沖沙洞合用。

(3)技術(shù)條件：根據(jù)新疆高瀝青心墻壩的地質(zhì)水文條件，大都可以將導(dǎo)流洞改建為泄洪洞，但改建之后，如何妥善處理好消能問題是最為關(guān)鍵的一步。如：阿拉溝水庫工程泄洪洞由導(dǎo)流洞改建而成，面對極其復(fù)雜的泄洪洞消能問題，原設(shè)計采用“小挑坎+水墊塘”方案，但通過水工模型試驗發(fā)現(xiàn)其并不能滿足泄洪消能要求，于是進行了在消能塘內(nèi)加設(shè)輔助消能工方案的研究，最終選定了“二排消力墩+T型墩+消能塘”方案。

3.2 “龍?zhí)ь^”式底孔泄洪洞

導(dǎo)流洞改建為泄洪洞的型式多種多樣，主要有龍?zhí)ь^式、突縮突擴式和旋流式，根據(jù)地形地質(zhì)條件，也可有幾種形式的相互組合。新疆目前已建、在建及擬建的高瀝青混凝土心墻壩大多通過“龍?zhí)ь^”的布置型式，而對于旋流式和突縮突擴式應(yīng)用極少，如尼雅水利樞紐工程(最大壩高134.0m)、大石門水利樞紐工程(最大壩高128.8m)、吉爾格勒德水利樞紐工程(101.0m)等均采用龍?zhí)ь^的方式將導(dǎo)流洞改建為泄洪洞。尼雅、大石門以及吉爾格勒德水利樞紐工程底孔泄洪沖沙洞龍?zhí)ь^高度分別為29、27、24m，約為壩高的1/5左右。采用龍?zhí)ь^型式將底孔泄洪排沙洞與導(dǎo)流洞結(jié)合的水利樞紐工程所在河流大都為多沙河流，且具有兼顧發(fā)電的任務(wù)。綜合壩址區(qū)地形地質(zhì)條件，將底孔沖砂泄洪洞與發(fā)電洞進口聯(lián)合布置時，可有效防止泥沙淤堵發(fā)電引水洞和減少泥沙對水輪機的磨損，實現(xiàn)發(fā)電洞“門前清”。

改建后的泄洪洞進口段為有壓流，然后通過明流斜洞將水輸送至消能設(shè)施，最后平穩(wěn)順暢的排入下游河道。龍?zhí)ь^式泄洪洞人為加大了水流落差，這使得洞內(nèi)流速增大，極易產(chǎn)生空蝕現(xiàn)象，因此對洞內(nèi)襯砌提出了更為嚴格的設(shè)計施工要求。實踐證明，通過適當(dāng)摻氣可有效降低空蝕帶來的危害，近期也有許多科研院在研究隧洞底部和邊墻聯(lián)合摻氣的方式，期望解決更高落差下洞內(nèi)的空蝕問題。改建的泄洪洞往往具有高水頭大泄量的特點，現(xiàn)在最常用的是短壓進水口+明流泄洪洞的布置型式，在進口處設(shè)置弧形工作閘門和滑動式平板檢修閘門。

4 泄水建筑物設(shè)計關(guān)鍵問題與對策研究

4.1 表孔溢洪道與溢洪洞的選擇

表孔溢洪道超泄能力強，適合修建于較堅固穩(wěn)定的基巖上，如土基應(yīng)布置在挖方上，還應(yīng)進行地基處理；如基巖有斷層，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)勘查資料，采取合理的加固措施；如風(fēng)化層過厚或挖方過多會引起山坡滑塌，可考慮采用表孔溢洪洞泄洪，減少壩坡開挖量。在同等條件下，若表孔溢洪道和表孔溢洪洞均有條件修建且不存在明顯的制約因素時，優(yōu)先考慮表孔溢洪道，但如果采用表孔溢洪道造成高陡邊坡、壩坡開挖量大、工程投資較高時，則考慮使用表孔溢洪洞。新疆11座百米以上的高瀝青混凝土心墻壩中，只有八木墩、八大石以及阿拉溝采用的是表孔溢洪道的形式，其余8座水庫大壩均采用的是表孔溢洪洞。

大石門水利樞紐設(shè)計洪峰流量1359.0m3/s，校核洪峰流量1903.0m3/s，壩頂高程為2302.5m，右岸坡頂高程為2380m左右，左岸坡頂高程為2360m，壩頂以上仍有60～80m的山體。由于大壩兩岸岸坡較陡且高差較大，表孔溢洪系統(tǒng)如采用表面明挖開敞式溢洪道的布置型式，則需要開挖高陡邊坡，這樣一來不但開挖量大大增加，存在高陡邊坡問題，而且還不利于泄洪系統(tǒng)安全運行。因此，根據(jù)地形地質(zhì)條件，采用表孔溢洪洞較為合適。

伯斯阿木水庫壩址處河谷為“V”型，經(jīng)左右壩肩地形地質(zhì)條件、工程量及水庫運行等多方面比選后，認為將導(dǎo)流、泄洪及引水建筑物布置在左岸更優(yōu)。壩頂高程1487.5m，左岸坡頂高程1530.0m左右，壩頂以上坡高仍有40～50m，由于左岸坡度陡峭且坡高較大，若表孔采用明挖開敞式溢洪道的布置型式，則需開挖左岸陡峭岸坡，土石方開挖量較大且存在高邊坡問題，不利于泄洪系統(tǒng)安全運行。因此，根據(jù)壩址區(qū)地形地質(zhì)條件，表孔泄洪系統(tǒng)采用溢洪洞的布置型式。

4.2 底孔泄洪洞與龍?zhí)ь^改建

底孔泄洪洞進水口高程較低，放水條件較好，給水庫運行帶來了極大的靈活性，可以提高水庫的安全可靠度及利用效率。一般情況下，底孔泄洪洞承擔(dān)著泄洪、排沙及灌溉等工程任務(wù)，俗稱“一洞多用”。導(dǎo)流洞只是在水庫施工期起到導(dǎo)流與度汛的作用，屬于臨時建筑，當(dāng)水庫建成后將會被廢除，這樣很不經(jīng)濟，所以近些年新疆已建、在建及擬鍵的水庫大壩中，通過龍?zhí)ь^式或斜井式進口與導(dǎo)流洞結(jié)合的形式將導(dǎo)流洞改建為泄洪洞，龍?zhí)ь^泄洪洞因為能在很大程度上節(jié)約成本，抬高進水口高程，在國內(nèi)外的大型水利工程中都有較廣的應(yīng)用。利用導(dǎo)流洞改建的泄洪洞除要遇到一般泄洪洞所具有的高水頭、大流速問題以外，隨著高壩泄洪落差不斷增加，泄水建筑物內(nèi)的流速不斷增大，還有摻氣減蝕設(shè)施布置困難，很容易在反弧末端及其下游發(fā)生空蝕破壞。而由于體型設(shè)計的不合理，致使局部區(qū)域壓強太低，在流速過大的情況下，也會產(chǎn)生空蝕現(xiàn)象。

對龍?zhí)ь^式泄洪洞應(yīng)做好體形設(shè)計，其核心問題是如何防止空穴水流的產(chǎn)生，控制施工質(zhì)量，限制不平整度，并選用適當(dāng)?shù)膿綒鉁p蝕措施。工程實踐證明，最易產(chǎn)生空穴水流而導(dǎo)致建筑物空蝕破壞的部位多為進口段、渥奇曲線段和反弧段。為減免泄水建筑物內(nèi)發(fā)生空蝕破壞的可能性，人們通過不斷的研究發(fā)現(xiàn)，必要的摻氣措施對由高速水流引起的空蝕空化破壞能起到有效的防護措施。尼雅水利樞紐工程導(dǎo)流兼泄洪沖沙洞設(shè)計時，合理的優(yōu)化體型并采取了必要的摻氣措施，在水工模型試驗中發(fā)現(xiàn)，在很大程度上降低了空化空蝕對泄洪洞造成的危害，各工況均在消力池內(nèi)形成完整水躍且躍后水流流態(tài)平順[16]。

4.3 泄水建筑物出口消能問題

水工建筑物的消能設(shè)計是水利工程建設(shè)的關(guān)鍵，不僅決定了水工建筑的安全性和穩(wěn)定性，而且也決定著整個水利系統(tǒng)工程的安全運行。泄水建筑消能包含溢洪道(洞)和導(dǎo)流兼泄洪沖沙洞的洞內(nèi)消能以及出口消能，消能問題處理，往往代價巨大。泄水、供水兩側(cè)分開布置或單側(cè)布置，都存在泄水時對下游引水建筑物和集魚設(shè)施的干擾，尤其是大流量泄洪時應(yīng)充分考慮下游河道的安全問題。新疆11座百米以上的高壩中，五一水庫泄水建筑物出口消能問題是較為典型的工程之一。

新疆巴州的五一水庫是迪那河上的控制性工程，由大壩、溢洪洞、導(dǎo)流兼泄洪沖沙洞、發(fā)電洞及供水管線等主要建筑物組成。泄水建筑物挑流消能方式對河床淘刷嚴重(經(jīng)計算表孔溢洪洞挑流消能沖坑深度最大達38.9m)，而河谷狹窄，河道寬度僅30～50m，運行期勢必造成河道兩岸岸坡滑塌，堵塞河道，形成壩后堰塞湖，甚至造成右岸高陡山體(高度達200m以上)塌方，危及工程及下游城鎮(zhèn)人民生命、財產(chǎn)安全。而底流消能尾部護坦高程接近河床，消能后流速較小，對河床沖刷及兩岸岸坡穩(wěn)定影響較小。因此，本工程泄水建筑物消能方式均采用底流消能方式。

通過溢洪洞水工模型試驗發(fā)現(xiàn)，由于底流消能水躍躍前斷面流速較大，而梯形墩又位于出口反弧段末端，這就造成下泄水流直接撞擊梯型消力墩，消力池內(nèi)水花飛濺，流態(tài)紊亂。在校核流量下，泄量進一步增大，池內(nèi)水面翻滾，中后部水深偏大，最大涌浪高度25.4m。針對上述消能問題，在前期試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上又進行了大量的消力池優(yōu)化試驗，通過改變尾坎高度、梯型消力墩位置及個數(shù)等方案做了大量研究。研究發(fā)現(xiàn)，對消力池尺寸及輔助消能工的修改，均不能達到理想的水流流態(tài)，但添加懸柵后，對梯型消力墩挑起的水流有明顯的抑制作用且在可形成淹沒水躍，經(jīng)過消力墩后的水流流速明顯降低，消能效果較為明顯。這一消能方式的成功運用，對其他類似工程提供了寶貴的經(jīng)驗，如小石峽水電站導(dǎo)流兼泄洪沖沙洞為削弱水流波動，改善消力池內(nèi)水流流態(tài)，布設(shè)了懸柵，工程實踐證明消能效果顯著。

4.4 高邊坡問題

水利工程常修建于高山峽谷之中，兩岸山坡陡峻，河床布置攔河壩，表孔溢洪道(洞)和底孔泄洪沖沙洞應(yīng)根據(jù)左右壩肩地形地質(zhì)條件、樞紐布置、工程量及工程投資等，綜合比較選擇合適的布置型式。通常在溢洪道(洞)和底孔泄洪沖沙洞的進出口處，易形成高陡邊坡，有的幾十米，有的上百米，如何妥善處理高陡邊坡帶來的安全隱患，成為當(dāng)前研究的重點方向。新疆存在高陡邊坡的工程實例很多，其中大石門水利樞紐工程是百米級瀝青混凝土心墻壩中較為典型的一個。

大石門水利樞紐工程表孔溢洪洞和底流泄洪沖沙洞均布置在大壩的右岸，軸線一致，底流泄洪沖沙洞采用“龍?zhí)ь^”的方式與導(dǎo)流洞連接。表孔溢洪洞進口邊坡高度約83m，底孔泄洪排沙洞和發(fā)電洞聯(lián)合進水口在施工開挖過程中形成了約145m的高邊坡，高邊坡處理不當(dāng)，將會對整個樞紐工程造成巨大損失。進口巖性為下元古界蝕變輝綠巖、片巖，厚層狀；出口邊坡基巖巖性為侏邏系泥巖、砂巖夾煤層，薄層狀。根據(jù)以往高邊坡處理經(jīng)驗，一般情況下設(shè)計開挖邊坡為1∶0.5，每10m設(shè)一馬道，對高陡邊坡采用掛網(wǎng)噴混凝土+系統(tǒng)錨桿+預(yù)應(yīng)力錨索處理方案，并且在死水位以上的坡面上設(shè)排水孔，以降低基巖滲水壓力對高邊坡穩(wěn)定的影響。