三门峡水利枢纽泄流底孔破坏及处理

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1、三门峡水利枢纽泄流底孔破坏及处理　　三门峡水利枢纽位于黄河中游，是以防洪为主的大型水利枢纽工程。工程于1960年大坝基本建成，并开始蓄水。蓄水后库内及水库上游渭河河道出现了严重的泥沙淤积。从1964年起被迫对工程进行改建。第一次改建将4条电站引水钢管改为泄流排沙钢管，并在左岸岩体中新修建2条直径11m的泄流排沙隧洞；第二次改建打开了已封堵的1～8号施工导流底孔，并安装5台单机容量为5万kW的水轮发电机组。经过两次对工程的改建和水库采用“蓄清排浑”的运行方式，基本实现了水库在年内冲淤平衡，解决了库区及渭河的淤积问题，并且在防洪、防凌、灌溉、发电、供水等综合

2、利用方面发挥了较大的社会经济效益。但是黄河泥沙问题相当复杂，高含沙水流对水轮发电机组、泄流钢管、隧洞、底孔和深孔等造成严重的磨蚀破坏，以致影响泄水建筑物的正常运行和工程进一步发挥效益。因此必须对工程进行进一步改建和修复。本文仅简要介绍泄流排沙底孔的破坏情况、破坏机理和修复处理措施。　　1～3号底孔为单层孔，孔口尺寸3m×8m，进口底板高程，库水位　　时单孔泄量405m3／～8号底孔在平面上与1－5号深孔重合，组成5个双层孔，深孔孔口尺寸3m×8m，进口底板高程，库水位时一个双层孔泄量658m3／～12号深孔为单层孔，库水位时单孔泄量257m3／年底发现

3、底孔磨蚀后，先后对底孔的单层孔和双层孔进行了全面检查，发现下列部位有较严重的磨蚀破坏。　　单层孔和双层孔进口斜门槽正向不锈钢导轨在高程2825～2880m之间的迎　　水面有不连续的沟槽或缺口，严重部位导轨磨　　损呈锯齿状，有的部位导轨及基座方钢几乎磨平。　　单层孔和双层孔进口斜门槽水封座板在高程2810～2900m之间破坏成锯齿状和蜂窝状，在门槽边缘10cm范围内及侧面角钢大部分磨穿，混凝土被淘深2～8cm.　　单层孔和双层孔进口门槽底坎被淘成锅底状，底孔中心部位混凝土淘深8～15cm，大部分钢板被磨损坏。　　单层孔和双层孔底孔进口喇叭口顶板有一定

4、的破坏，在高程以下的钢板护面己被磨穿，但混凝土基本完好。　　单层孔工作门槽在高程～范围内的导轨严重损坏，有大如手指顺水流向的槽坑和缺口。　　双层孔工作门槽在高程～底孔段范围内的导轨均有破坏，在高程～范围内最为严重，导轨的一半已被剥蚀。在高程～深孔段门槽内导轨有沟槽状破坏，在高程～范围内较严重，导轨已成锯齿状。在串水门井段的混凝土及不锈钢导轨未发现损坏。　　底孔底板严重磨损，破坏面积占4／5，粗骨料全部外露，平均磨深14cm，并有多处冲坑，最大冲坑面积约×，深，钢筋外露20余根，有的钢筋已磨掉1／3左右。　　底孔边墙在高程以下有较严重磨损，混凝土粗骨

5、料外露，最大磨损深度约7cm.高程以上磨损较轻，底孔顶板无明显磨损痕迹。　　黄河是世界著名的多泥沙河流，三门峡坝址处年平均流量1105m3／s，多年平均含沙量／m3，汛期平均含沙量／m3，洪峰最大含沙量911kg／m3.年输沙量16亿t，汛期水量占全年的60％，而汛期输沙量占全年的85％。泥沙中石英矿物含量为90%～95%，长石矿物含量为1～5%，两者合计达95%～96%，而石英和长石的硬度都较高。泥沙中平均中值粒径d50=泥沙基本颗粒形状为多角形和尖角形，且比较尖利。底孔泄量的汛期流量占52％，而排沙量占86％。因此，泥沙的磨损是底孔及其它泄水建筑物

6、遭到严重破坏的外部条件。　　为查清底孔各部位破坏的内在原因和破坏机理，以便采取相应的、有效的、且较经济的修补处理措施，使工程正常安全运行并发挥更大效益，先后委托水利水电科学研究院，黄委会水科院、702所、上海交通大学等单位，对底孔单层孔和双层孔进行常压和减压水工模型试验，并在现场进行了原型空化噪声试验。通过上述各项试验和原型观测，发现下列水力学现象，并对其特性和对建筑物的危害进行了较深入的研究和探讨。　　双层孔进口斜门槽内有一条空心漩涡带，上端在高程～之间摆动，并伸向深孔，下端在高程～之间摆动，并伸向底孔。在减压模型试验中对该涡带进行噪声测试，发现具

7、有单极子型空化噪声特征，但噪声谱图形在各段库水位下无变化，且门槽内水流空化数大于初生空化数，原型空化噪声测试中也未测得此涡带空化噪声特征。另外，在单层孔进口门槽内无此涡带，但门槽导轨的破坏形状与程度和双层孔无明显差异。因此可初步断定此涡带是一条非空化的漩涡带，对门槽及导轨不会产生大的破坏。　　在单层孔和双层孔进口斜门槽内均有较强的螺漩流，切向流速达到／s.另外，门槽内时均压力虽为正压，但导轨内外侧压力差较大，且导轨顶面压力较小。　　单层孔和双层孔单泄时进口斜门槽下游棱出现分离型空化。此处在高程～内测得负压，负压值为-～-水柱。初生空化数为ói=，库水

8、位时水流空化数为ó0=在原型噪声测试中也发现此处有空化噪声特征。故此处存在空化现