雙峰寺水庫工程施工導(dǎo)流設(shè)計

張文友

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津 300250）

1 工程概況

雙峰寺水庫是擬建的大（Ⅱ）型水庫，總庫容1.37億m3，壩址位于灤河一級支流武烈河干流上，地處承德市區(qū)上游12km。工程任務(wù)以解決武烈河流域及承德市區(qū)防洪為主，結(jié)合城市供水，兼顧生態(tài)環(huán)境及發(fā)電等。

雙峰寺水庫壩型為碾壓混凝土重力壩，壩頂長度533m，最大壩高52.1m，壩頂寬7～15m，壩體上游邊坡垂直，下游邊坡1:0.75。樞紐工程包括溢流壩段、非溢流壩段、底孔壩段、電站壩段、壩后式廠房等，其中溢流壩段長101m，非溢流壩段長372m，底孔壩段長40m，電站壩段長20m。

主要工程量：碾壓混凝土38.73萬m3，變態(tài)混凝土4.43萬m3，常態(tài)混凝土12.36萬m3，土方開挖41.03萬m3，土石方回填17.96萬m3，石方開挖41.70萬m3，鋼筋制安4534t，金屬結(jié)構(gòu)949.2t，基礎(chǔ)固結(jié)灌漿1.39萬m，基礎(chǔ)帷幕灌漿0.86萬m。工程施工總工期3a。

2 水文氣象

本地區(qū)處于暖溫帶和寒溫帶過渡地帶，屬大陸性燕山山地氣候，全年受西伯利亞冷氣團和副熱帶太平洋氣團的影響，四季分明，全年最大風(fēng)速20m/s，年平均氣溫8.9℃，極端最高氣溫41.5℃，極端最低氣溫-29.5℃。全年無霜期110～170d。封凍期最長89d，最早封凍日期11月28日，最厚凍土深度1.26m，最大河心冰厚0.96m。

武烈河流域多年平均年降水量537.2mm。降水量年際變化較大，最大年降水量為最小年降水量的2.3倍。降水量年內(nèi)分配極不均勻，70%～80%集中在汛期。

3 工程地質(zhì)

3.1 地形地貌

壩址區(qū)為低山河谷地貌，河谷底寬400m。河床呈寬淺的U型，寬度120～170m，高程365.0～367.0m。漫灘地勢比較平坦，河床右岸比較開闊，左岸比較狹窄，地面高程366.0～370.0m，高出河床2～3m。

左壩肩山體坡度較為平緩，坡頂高程458.3m，相對高差約90m；右壩肩陡峭，山頂高程462.9m，相對高差100m。

河左岸靠近壩肩為承德至赤峰公路，河右岸沿壩肩坡腳鋪設(shè)有承德至隆化的單軌鐵路線。

壩軸線上游河谷寬度漸增，上行300m河谷寬度達550m。

3.2 地層巖性

壩址區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)為土、巖雙層結(jié)構(gòu)，地層巖性主要為：第四系全新統(tǒng)沖洪積砂壤土、卵石；上更新統(tǒng)沖洪積黃土狀壤土、粘土、含碎石壤土；中更新統(tǒng)坡殘積含壤土碎石；太古界單塔子群白廟組黑云斜長片麻巖等。

壩址區(qū)地下水類型主要為第四系孔隙潛水，含水層為河床及漫灘分布的卵礫石層，厚度一般4～10m；下伏片麻巖透水性差，可視為相對隔水層。地下水位受大氣降水及上游補水影響，變幅2～3m，補排條件為地表水補充地下水?？辈炱陂g壩址區(qū)地下水位高程362.0～365.0m，埋深2～5m。

根據(jù)環(huán)境水對混凝土腐蝕評價標(biāo)準判定，地表水及地下水均對混凝土無腐蝕性。

壩址區(qū)現(xiàn)代河床卵石層滲透系數(shù)建議值為260m/d，屬強透水層。

4 施工導(dǎo)流

4.1 導(dǎo)流標(biāo)準

武烈河枯水期為每年10月～次年5月，汛期6～9月，工程區(qū)冬季（11月～次年3月）寒冷，且較長，若采用枯水期施工，混凝土澆筑有效施工時間為10、4、5月，結(jié)合混凝土壩的施工進度控制要求和工程布置，若采用枯水期施工，雖然可降低施工導(dǎo)流費用，但不能完成工程的控制性進度要求，因此確定導(dǎo)流設(shè)計方案采用全年導(dǎo)流，為10a一遇洪水時，施工導(dǎo)流設(shè)計流量1008m3/s。

考慮一期縱向圍堰按全年土石圍堰布置困難，因此一期縱向土石圍堰按枯水圍堰設(shè)計，枯水時段確定為9月10日～次年5月31日，導(dǎo)流設(shè)計流量173m3/s，汛前將一期上、下游圍堰加高并與上游碾壓混凝土縱向圍堰和下游消力池右導(dǎo)墻延長段連接，汛期將一期縱向土石圍堰拆除。

4.2 施工導(dǎo)流方式

壩址處的河道較為寬闊、平坦，寬度390m，結(jié)合攔河壩樞紐建筑物的布置和泄水底孔的布置情況，采用分期導(dǎo)流，攔河壩分三期施工。

一期工程，圍堰圍左岸，利用束窄原河床導(dǎo)流，縱向土石低圍堰位于8＃壩塊位置，縱向碾壓混凝土高圍堰位于10#壩塊上游，一期工程施工包括底孔壩段、電站壩段、左岸非溢流壩段的土石方開挖、壩基處理、混凝土澆筑，混凝土澆筑要求達到永久底孔頂板以上，高程371～374.0m。一期縱向碾壓混凝土圍堰長101.5m，同時作為二期工程上游縱向圍堰，要求在一期工程汛前完成。

二期工程，圍堰圍右岸，永久底孔泄流，二期上游圍堰與上游混凝土縱向圍堰相接，二期下游圍堰與底孔壩段的右導(dǎo)墻相接。二期工程施工包括溢流壩段、右岸非溢流壩段的土石方開挖、基礎(chǔ)處理、混凝土澆筑，混凝土澆筑高程要達到底孔頂板高程371m以上，考慮施工度汛水位377.6m，左岸擋水壩體澆筑高程按380.0m控制。

三期工程，壩體澆筑不再需要圍堰，枯水期利用永久底孔泄流，三期工程施工完成：壩體混凝土澆筑、金屬結(jié)構(gòu)及機電設(shè)備安裝等。

4.3 導(dǎo)流泄水建筑物

根據(jù)壩址附近地形、地質(zhì)條件和樞紐布置特點，導(dǎo)流泄水建筑物宜采用與工程永久泄水底孔相結(jié)合的布置形式。按照有利于導(dǎo)流和環(huán)境保護的原則，泄水建筑物底高程應(yīng)盡可能接近河底，據(jù)此永久泄水底孔底高程確定為366.0m，底孔規(guī)模由水工布置確定為4孔5m×5m。二期工程施工利用永久底孔導(dǎo)流。

4.4 圍堰型式及工程量

4.4.1 一期圍堰

一期圍堰設(shè)低圍堰和高圍堰，先期施工低圍堰，汛前加高形成高圍堰。

（1）低圍堰包括上游土圍堰、縱向土圍堰、下游土圍堰，根據(jù)導(dǎo)流設(shè)計流量173m3/s，按明渠均勻流公式計算。

式中 Q為設(shè)計導(dǎo)流流量（m3/s）；m為渠道邊坡系數(shù)，取2.0；b為渠道底寬（m），取65m；n為糙率，取0.03；i為設(shè)計縱坡，取0.24%；h0m為正常水深比，h0m＝h0/b。

在（1）式中代入Q、m、b、n、i、h0m，經(jīng)計算，明渠均勻流的正常水深h0為1.5m。

上游壅水高度Z計算按淹沒寬頂堰公式計算。

式中 Ve為進口斷面處流速；φ為流速系數(shù)，取0.8；V0為行進流速；g為重力加速度，取9.81m/s2。

在（2）式中代入Ve、φ、V0、g，經(jīng)計算，上游壅高水深Z為0.25m。

則，上游水深＝h0+Z=1.5+0.25＝1.75m

上游圍堰及縱向圍堰：長度458m，采用梯形斷面，為不過水均質(zhì)土圍堰，土工膜防滲，圍堰頂寬按防滲墻施工要求取13m，上下游邊坡1∶2，圍堰上游水深1.75m，考慮超高1m，堰高2.8m，堰頂高程為368.8m?？紤]基礎(chǔ)為砂礫石地層，滲透系數(shù)較大，施工排水較困難，因此基礎(chǔ)防滲采用混凝土防滲墻，墻厚0.4m，因壩基巖石透水性小，防滲墻深入巖石1.0m。

下游圍堰頂高程按河道水位流量關(guān)系確定，水位366.0m，超高0.5m，堰頂高程366.5m，堰高按2.0m考慮，堰長134m。圍堰采用梯形斷面，為不過水均質(zhì)土圍堰，土工膜防滲，圍堰頂寬按防滲墻施工要求取13m，上下游邊坡1∶2?？紤]基礎(chǔ)為砂礫石地層，滲透系數(shù)較大，施工排水較困難，因此基礎(chǔ)防滲采用混凝土防滲墻，墻厚0.4m，因壩基巖石透水性小，防滲墻深入巖石1.0m。

（2）高圍堰包括上游土圍堰、縱向碾壓混凝土圍堰、下游土圍堰?？v向碾壓混凝土圍堰同時作為二期工程縱向圍堰。

一期高圍堰按全年10a一遇洪水設(shè)計，導(dǎo)流設(shè)計流量1008m3/s，按明渠均勻流公式計算。

式中 Q為設(shè)計導(dǎo)流流量（m3/s）；m為渠道邊坡系數(shù)，取1.0；b為渠道底寬 （m）， 取95m；n為糙率， 取0.03；i為設(shè)計縱坡，取0.24%；h0m為正常水深比，h0m＝h0/b。

在（3）中代入Q、m、b、n、i、h0m，經(jīng)計算，明渠均勻流的正常水深h0為3.4m。

上游壅水高度Z計算按淹沒寬頂堰公式計算。

式中 Ve為進口斷面處流速；φ為流速系數(shù)，取0.8；V0為行進流速；g為重力加速度，取9.81m/s2；

在（4）式中代入Ve、φ、V0、g，經(jīng)計算，上游壅高水深Z為0.7m。

上游水深4.1m。

上游圍堰長300m，采用梯形斷面，為不過水均質(zhì)土圍堰，土工膜防滲，圍堰頂寬8m，上下游邊坡1∶2.5，圍堰上游水深4.1m，考慮超高1m，堰高5.1m，堰頂高程為371.6m?？紤]基礎(chǔ)為砂礫石地層，滲透系數(shù)較大，施工排水較困難，因此基礎(chǔ)防滲采用混凝土防滲墻，墻厚0.4m，考慮壩基巖石透水性小，防滲墻深入巖石1.0m。

下游圍堰頂高程按河道水位流量關(guān)系確定，水位367.5m，超高1m，堰頂高程368.5m，堰高3.0m，堰長187m。圍堰采用梯形斷面，為不過水均質(zhì)土圍堰，土工膜防滲，圍堰頂寬8m，上下游邊坡1∶2?？紤]基礎(chǔ)為砂礫石地層，滲透系數(shù)較大，施工排水較困難，因此基礎(chǔ)防滲采用混凝土防滲墻，墻厚0.4m，防滲墻深入巖石1.0m。下游圍堰與消力池右導(dǎo)墻連接，需要延長消力池右導(dǎo)墻，長20m。

縱向碾壓混凝土圍堰與二期工程共用，且其頂高程由二期導(dǎo)流上游水位控制，因此在二期圍堰設(shè)計中敘述。

4.4.2 二期圍堰

二期圍堰包括上游圍堰、混凝土縱向圍堰、下游圍堰。

二期圍堰按全年10a一遇洪水設(shè)計、底孔泄流，經(jīng)調(diào)洪計算，相應(yīng)上游水位為374.5m，二期上游圍堰擋水位據(jù)此確定；二期下游圍堰擋水位按水位流量關(guān)系曲線確定。

二期上下游圍堰結(jié)構(gòu)均采用梯形斷面，為不過水均質(zhì)土圍堰，土工膜防滲，基礎(chǔ)防滲采用混凝土防滲墻，墻厚0.4m，考慮壩基強風(fēng)化巖石為弱透水，防滲墻深入巖石1.0m。

上游圍堰長223m，頂寬8m，圍堰上下游邊坡1∶2.5，上游水位為374.5m，考慮超高1m，堰頂高程為375.5m，堰高10.2m。防滲墻施工平臺按枯水期5a一遇洪水82m3/s考慮，水位368.1m，平臺頂高程為369m。

混凝土縱向圍堰:為了加快施工進度，采用碾壓混凝土結(jié)構(gòu)，長度101.5m，分5個壩塊，每個壩塊20～21.5m，頂寬5.0m，最大堰高26.5m，上游邊坡1∶0.7，下游邊坡1∶0.7，堰底寬31.25m，堰底高程349m，堰前設(shè)計水位374.5m，堰頂高程375.5m，圍堰上游面設(shè)2m厚的二級配碾壓混凝土防滲層，下游設(shè)0.5m厚的變態(tài)混凝土層，底部設(shè)1m厚的常態(tài)混凝土墊層，堰體內(nèi)部為三級配碾壓混凝土，圍堰基礎(chǔ)座落在強風(fēng)化巖層上，巖體與混凝土接觸面抗剪斷強度f′＝0.55、c′＝0.25MPa，安全系數(shù)為3.09，大于規(guī)范要求的3.0?；A(chǔ)巖石進行固結(jié)灌漿，孔距和排距均為3.0m，灌漿深度8.0m。

（3）下游圍堰長157m，圍堰頂寬8m，圍堰上下游邊坡1∶2，擋水位367.5m，超高1m，堰頂高程368.5m，堰高3.5m。

5 結(jié)語

綜上所述，雙峰寺水庫施工導(dǎo)流具有如下特點：

（1）施工導(dǎo)流流量較大，結(jié)合兩岸地形地質(zhì)條件，采用分期圍堰導(dǎo)流是合理的。

（2）結(jié)合永久工程底孔布置，二期工程充分利用永久底孔導(dǎo)流，不設(shè)導(dǎo)流底孔，降低了施工導(dǎo)流投資。

（3）從導(dǎo)流時段上，根據(jù)河流的水文特性采用全年導(dǎo)流，為主體工程施工爭取了時間，有利于減小施工強度，保證工程順利實施。

（4）從圍堰設(shè)計上，圍堰材料就地取材，利用工程開挖土料，節(jié)省了投資；圍堰基礎(chǔ)防滲采用混凝土薄墻，可大大減小基坑排水對混凝土施工的干擾。

［1］河北省水利水電勘測設(shè)計研究院.河北省承德市雙峰寺水庫工程可行性研究報告［R］.2009.

［2］紀云生，康世榮，陳東山，等.水利電力部水利水電建設(shè)總局.水利水電工程施工組織設(shè)計手冊第一卷［M］.北京:中國水利水電出版社，1986.

［3］SL303—2004，水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范［S］.

［4］SL252—2000，水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準［S］.

［5］吳國棟.水利工程施工［R］.1983.