摘要 边坡排水一般分为地表排水和地下排水，地表排水的主要作用是排除边坡及其周边的雨水等各种积水，避免其冲刷边坡、进入边坡岩体，影响边坡稳定。地表排水的主要设施有：周边截
边坡排水一般分为地表排水和地下排水，地表排水的主要作用是排除边坡及其周边的雨水等各种积水，避免其冲刷边坡、进入边坡岩体，影响边坡稳定。地表排水的主要设施有：周边截水沟、排水沟，当排水沟纵向坡比较大或很大时，可设置程急流槽或跌水形式，以利消能、防止沟底遭水流冲刷[1]。
1工程概况
该水电站位于印度尼西亚北苏门答腊省南部一条河流上，工程采用引水式开发，由首部枢纽、引水系统和厂房建筑物构成。首部枢纽采用常规混凝土重力坝坝型。引水系统包括进水口、引水隧洞、调压井和压力管道。厂房建筑物位于首部枢纽下游约13km处，包括厂区、岸边式地面厂房、主变场、开关站等。全工程混凝土总量约73×104m3，考虑损耗后，原岩设计需要量约77×104m3。混凝土骨料优先采用引水隧洞、泄洪排沙洞、导流洞等洞挖可利用料15×104m3，不足的62×104m3由2号人工骨料场开采补充。2号人工骨料场位于厂址上游约2km，河流左岸山坡，山体地形较陡，坡度一般为40°～50°，局部达到60°以上。料场内一条支流汇入河流，在料场范围内发育有三级瀑布，最大落差可达20～30m。料场基岩岩性为玄武岩。覆盖层厚度3～10m，最厚处达14.5m，下覆基岩为玄武岩、花岗岩。地下水位一般15～35m。料场以中间瀑布为界，分左右两个区开采，右侧(I区)开采有用料49×104m3，左侧(II区)开采有用料18×104m3，每隔20m设置一级马道，马道宽度3m，边坡最大开采高度71m。边坡开采前先完成周边截水沟的施工。截水沟和马道排水沟的布置及尺寸需要进行计算确定，并进行材料的选择。
2计算方法
2.1汇流流量料场边坡范围内外各项排水设施需排泄的设计径流量可按降雨强度由下述推理公式确定式中：Q—设计径流量，m3/s;C—径流系数;I—在设计重现期和降雨历时内的降雨强度，mm/min;A1—汇水面积，km2。2.2水力计算各种断面形状的明沟(如截水沟、排水沟)进行水力计算的目的是确定为排泄设计流量所需的沟的断面形状和尺寸，同时检查其流速会否引起冲刷或造成淤积。无回水影响的均匀断面沟管内的水流，可假设为明渠均匀流，应用连续方程式和谢才公式或曼宁公式计算流量和流速[3]。2.3流速控制当排水沟内的平均流速大于不冲流速，在工程实际中，常采用人工的方法来增加沟(渠)底的粗糙度。人工加糙可以促进水流扩散，降低水流速度。采用矩形梁加糙断面如下图1所示。式中：n1—单位粗糙系数;n—糙率;α—相对光滑度;a，candd—粗糙种类常数：对于边角尖锐的矩形梁加糙，a=0.04748，c=0.00117，d=0.000075;δ—糙条高度，m;β—相对宽度，m;b—排水沟宽度;h—糙条上的水深，m;λ—糙条间的距离;Si—底坡修正系数。2.4消能计算垂直式跌水墙，且计入水舌上游侧面的水垫静水压力作用时，按以下经验公式计算：式中：q—单宽流量;P—跌水墙高度;h1—收缩水深;h2—跃后水深;lj—水跃长度;ht—下游水深。
3汇流流量计算
根据料场的地形条件，将料场上部的汇水进行了分区。右侧(I区)共分了10个汇流区，左侧(II区)共分为2个汇流区。如图2所示。各分区汇流流量计算结果如表1所示。
4排水及消能工程设施设计
4.1截水沟水力计算
料场截水沟设置在边坡开口线以外3～5m范围内。截水沟断面形状一般为梯形。材料为浆砌石或者混凝土。I区的截水沟编号为T-a1，II区的截水沟编号为T-a2。并根据平面布置，在底坡或者平面转折处设置节点，各节点将截水沟分为若干段。经过初步计算，I区的L2L3、L4L5段、L5L6段、L7L8段，II区的T1T2段水流流速接近或超过混凝土材料的不冲流速8m/s，因此需要加糙条，进而降低水流流速。经过计算，L2L3、L4L5段、L5L6段糙条高度0.05m，L7L8段和II区的T1T2段糙条高度0.08m，糙条间距分别为0.5m和0.8m即可控制水流流速小于不冲流速。截水沟的水力计算结果如表2所示。
4.2马道排水沟水力计算
马道排水沟为矩形断面.排水沟的汇流面积分别为AI-03，AI-04，AI-05，AII-02andAII-03.按照同样的“试算法”，排水沟的宽度和高度计算结果如表3所示。
4.3消力池水力计算
对于I区截水沟出口段L7L8段，加糙条后的水流流速仍然有7.61m/s，为了不致于冲刷下游河道，根据地形条件，在L7L8段末端设置1个消力池。根据单级跌水的水力学计算公式，计算出消力池的长度和深度如表4所示。消力池为矩形断面，长度2.5m，宽度2m，深度0.2m，跌水墙高度0.5m。
5结语与建议
根据以上计算结果，各段截/排水沟的尺寸和材料汇总如表5～7所示。本文通过对料场边坡排水的流量计算、截/排水沟的水力计算和消能防冲设施计算，最终确定了排水和消能设施的材料和尺寸。将雨水或者汇水通过截/排水沟设施排往下游河道，可以有效降低地表水的下渗对边坡稳定的破坏作用，有助于边坡的长期稳定和安全。
参考文献：
[1]吴国如，郭冬生，陈太为，等.边坡处理施工技术[M].北京：中国水利水电出版社，2017.
[2]AmericanAssociationofStateHighwayandTransportationOfficials.HIGHWAYDRAINAGEGUIDELINES[M].2007.
[3]姚祖康.公路排水设计手册[M].北京：人民交通出版社，2001.
[4]李炜.水力计算手册[M].北京：中国水利水电出版社，2006.
《水电站料场边坡排水系统设计研究》来源：《云南水力发电》，作者：徐春峰 党丽娟
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