第一章 概述

第一節 防淘墻研究的提出

一、防淘墻及其類別

泄水建筑物下游和岸邊的沖刷和防護，一直是水利水電工程老大難問題，它涉及面廣、后果嚴重卻又常常未受到應有的重視，特別是大型樞紐工程的下游防護更是一個至今仍未能很好解決的課題。

岸坡沖刷來源于兩個方面，首先是射流直接沖刷岸坡，使岸坡遭到沖刷后迅速坍塌，尤其是當岸邊巖層走向與水舌方向相同時更為嚴重，將形成層層剝皮，短時期內即可使岸坡失去穩定。例如雙牌水電站當右側兩孔泄流時水舌緊貼右山坡，將岸坡基巖沖塌而在上部形成倒懸（最大懸出4m）。第二是回流沖刷，其主要形式為淘刷岸坡坡腳，使其失穩滑塌，在此類沖刷中以橫向環流和平面回流合成的螺旋流結構對岸坡的危害最為劇烈。如三峽水利樞紐導流底孔由短有壓管改為長有壓管布置方案后，下游水流回流強度大導致局部沖刷較深，特別在三期圍堰擋水發電期間設在縱向圍堰壩段上的排漂孔尚未建成，下游縱向圍堰左側與泄洪壩段右側存在較大空間以及下游縱向圍堰堤頭偏向河床，當底孔和深孔全開泄洪時導致壩下游右側產生大范圍回流，回流寬度為70～90m，最大回流流速達10m/s，回流加上右側幾個深孔的挑流，造成溢流壩段右側壩趾處及防沖墻附近河床較深的局部沖刷和淘刷，對壩基和下游縱向圍堰的安全造成一定的威脅。

目前溢流壩下游抗沖加固措施很多，主要目的是保護護坦、海漫與岸坡不被沖刷、淘空。主要結構型式：護坦末端水墊塘左右岸設置混凝土防淘墻（防沖墻）、鋼筋網塊石海漫、混凝土海漫、漿砌石海漫、土工織物做反濾層；防沖槽采用軟排護底、鉛絲石籠、深齒墻、拋石防沖墻；護坡采用混凝土、干砌石、模袋混凝土等。

在溢流壩與水閘下游設置防淘墻是保護岸坡、防止岸坡沖刷的常用措施之一。

所謂防淘墻，即為防止泄水（消能）區兩岸坡腳被泄水沖刷而設置的鋼筋混凝土地下連續墻，其墻頂以上多采用混凝土護坡。防淘墻的軸線方向大致與水流方向一致。

防淘墻按其用途大致可分為兩類：一類是作為水電站樞紐下游消能防沖設施的防淘墻，由于溢流壩下游水流流速大，沖刷力強，墻體厚度較大，一般為3～5m；另一類是作為護岸工程垂直防沖工程的板樁式防淘墻，墻體厚度較薄，一般不超過1m。

防淘墻按其結構型式可分為兩種：一種為垂直式防淘墻，如龍羊峽水電站虎山坡治理工程防淘墻、寶珠寺水電站左岸下游防淘墻、水布埡水電站防淘墻、三峽水利樞紐溢流壩段下游縱向圍堰處防淘墻等；另一種為護坡式防淘墻，如葛洲壩水利樞紐二江泄水閘下游防淘墻、小江水電站壩后防淘墻、烏江渡水電站九級灘尾水渠防護工程的護坡式防淘墻等。

二、防淘墻的作用

防淘墻在水利水電工程中占有重要的位置，其主要作用是保護泄水建筑物下游消能區兩坡腳免受高速水流的沖刷破壞，保證泄水建筑物的安全運行。在護岸工程中，防淘墻的作用是作為垂直防護工程，保護護岸工程坡腳免受淘刷，防止護坡坍塌。

利用防淘墻抵抗水流的沖擊，由于泄水建筑物下游水流紊動劇烈，需要一個較長的過程才能逐漸恢復平靜，因而防淘墻往往需要有一定的長度，工程量往往較大，必須認真分析研究。

如寶珠寺水電站左岸下游設置的混凝土垂直防淘墻，長240m；葛洲壩二江泄水閘消能防沖建筑物防沖護固段混凝土防淘墻總長311m；水布埡水利樞紐溢流壩下游左右岸鋼筋混凝土防淘墻總長851.35m。

溢流壩下游沖刷破壞是一個復雜的問題，形成破壞的原因也是多方面的，只有深入了解破壞的原因，才能有的放矢地予以除險加固。在溢流壩下游消能區兩岸坡腳設置防淘墻是一種有效的防沖護固措施，其作用是保護沖刷坑附近建筑物的安全和兩岸山體的穩定。

為了防止水流對護坦底板下的基巖與岸坡的淘刷，有些水電站尾水渠防護采用了防淘墻，如烏江渡電站九級灘尾水渠采用護坡式防淘墻作為防護工程。

又如黃龍灘電站尾水渠右導墻，由于基礎地質條件差，導墻大部分坐落在斷層破碎帶上。破碎帶寬10～100m，膠結不良。導墻右側為大壩泄洪區，基礎受泄洪沖刷侵蝕，造成護坦底板下基礎被淘空。右導墻護坦板邊緣沖刷深度最大曾達到9m，長約15m，淘入最大寬度達5.8m。由于不斷沖刷，淘空部位越來越大，直接威脅電站的安全運行，雖然采用過水下立模澆筑混凝土作為加固措施，但由于工程質量不佳，加固處理失敗。后來，決定采用防淘墻作為防護工程，由于該墻修建在基巖內，槽壁堅固，槽孔干凈，有利于墻體與巖體的緊密結合，提高了墻體的堅固性與整體性，起到了防淘墻的作用。

浙江省舟山市岱山栲門大壩面臨開敞海域，水深浪高，常受臺風侵襲，大壩完建后在臺汛期多次遭受不同程度的破壞，屢修屢毀。針對壩前風大浪高、涌浪洶涌、壩腳沖刷劇烈、壩頂越浪量大等難題，結合大壩的現狀，設計采用壩腳混凝土連續墻防沖、壩前異形塊體消浪、壩身結構加固等技術措施，效果良好。

在水閘下游閘室出口海漫末端處常設置防沖墻，以防止水流淘刷海漫、防沖槽與近岸岸坡。例如某水閘海漫末端拋石防沖槽由于長期受海浪淘刷以及水閘下泄高速水流的沖刷，產生破壞，以至于海漫被刷深5m，近岸岸坡也受到一定沖刷，嚴重威脅閘室的安全，為此設計了鋼筋混凝土沉井防沖墻作為水閘的防沖措施。

在護岸工程中，為了防止河水對岸坡的沖刷，防沖措施包括水平防沖工程和垂直防沖工程兩種方式，防淘墻（防沖墻或防沖截水墻）往往作為垂直防沖工程，其作用是防止護岸工程的趾部因水流、波浪作用和滲透產生的沖刷而導致的河床下切，使岸坡坡腳免受沖刷。護岸工程板樁式防淘墻一般將護岸建筑物延伸至估計的最大沖刷深度以下，如圖1-1-1。垂直防淘墻的深度必須超出河床面以下預測的最大沖刷深度的適當距離（一般至少為50%），或者到達基巖。建造防淘墻，估算沖刷深度應考慮河床材料和護岸工程修建后的水流流態。

在橋梁工程中，由于橋墩基礎地質條件差，為了保護橋墩基礎遭受水流沖刷，常常在橋墩基礎周圍修建地下連續墻作為防淘墻。如陽邏長江大橋江中橋墩基礎采用地下連續墻作為防淘墻保護橋墩基礎免受沖刷。

綜上所述，防淘墻作為水利水電工程中的一種保護岸坡的有效防沖措施，用途很廣，在水利水電工程消能防沖方面起著重要的作用，并且隨著施工技術水平的發展，水利工程中將會越來越多地采用防淘墻作為保護岸坡的防沖措施。

三、防淘墻研究的目的與意義

在溢流壩下游消能區，為了保護岸坡免受沖刷，許多水利水電樞紐工程采用防淘墻作為防沖護固方案，如我國三峽水利樞紐、葛洲壩水利樞紐二江泄水閘、水布埡水利樞紐、飛來峽工程、龍羊峽水電站以及馬來西亞巴昆水電站等。

小江水電站壩后防淘墻工程是為了保護壩趾混凝土和基巖，在溢流壩鼻坎后水中修建鋼筋混凝土連續墻嵌入基巖，為水工建筑物除險加固處理創造了一個成功的先例，可供其他類似工程借鑒。

水布埡水電站溢洪道采用挑流消能，消能沖刷區采用兩岸設置防淘墻而不護底的防護方案，這是一種全新的消能防護方案，是對傳統消能防沖方案的一種挑戰，防淘墻是整個樞紐工程泄洪消能的生命線，研究結果與事實證明這種方案是可行的，值得在類似工程中推廣使用。

防淘墻按結構型式分為垂直防淘墻與護坡式防淘墻兩種。在具體工程中，究竟采用何種結構型式，要根據實際情況研究分析后確定。如葛洲壩二江泄水閘從施工方便與施工進度方面考慮，采用了護坡式防淘墻。水布埡樞紐防淘墻從投資與進度方面考慮采用了垂直式防淘墻。研究防淘墻的結構型式，在具體工程中究竟采用何種結構型式的防淘墻，要分析工程量的大小，并對其進行優化設計，從而減小工程量，節省工程投資。

近些年來，板樁防沖墻（防淘墻）因其結構簡便、施工方便、造價低廉而廣泛應用于水利水電工程建設，對防護堤、壩、河岸及溢洪道等工程免遭沖刷破壞是其他建筑物不可替代的。如錢塘江河口海塘加固工程在海寧段強潮頂沖段基礎采用了鋼筋混凝土板樁防沖墻作為垂直防沖方案，設計構思新穎，方案科學合理，解決了長期以來存在的防沖技術難題，研制出了具有移位、避潮、沖抓、吊樁、施打等特點的多功能打樁機，打樁質量好、效率高、成本低，對堤防、港口等類似工程均具有廣泛的推廣應用前景。

研究防淘墻的目的是為了使防淘墻更好地應用于水利水電工程，對于節省工程投資，加快工程進度，提高施工水平，發展施工技術，研制新型的施工設備都具有現實意義。