黑虎山水庫施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)

蘇 剛 ，董德學(xué) ，劉梅松

（1.山東省水利勘測設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南 250013；2.濰坊市水利建筑設(shè)計(jì)研究院，山東 濰坊 261041）

黑虎山水庫位于青州市西南25 km，王墳鎮(zhèn)章莊村西。庫區(qū)在彌河支流石溝河中游，壩址距石溝河與彌河交匯點(diǎn)8.5 km。水庫總庫容5 520萬m3，興利水位163 m，死水位144.6 m，興利庫容2 820萬m3。該水庫是一座以防洪為主，兼顧農(nóng)業(yè)灌溉及城市供水的中型水庫。水庫樞紐有主壩、副壩、溢洪道、非常溢洪道、放水洞等，建筑物等別為Ⅲ級(jí)。

1 工程概況

黑虎山水庫位于魯中南構(gòu)造侵蝕中低山丘陵區(qū)，壩址坐落于石溝河中上游。主河槽分布于右岸，分布樁號(hào)0+086～0+450，河床寬364 m，主河床底高程125 m。主壩壩體心墻采用壤土填筑，褐黃色、灰褐色，土質(zhì)不均，可塑～硬塑狀，無規(guī)律的夾有礫石，局部粉粒含量較高。壩殼由卵礫石填筑而成，卵礫石來源于主河槽沉積物，主要成分為灰?guī)r，次磨圓狀，直徑1～25 cm。副壩壩體填筑土為壤土，褐黃色，土質(zhì)較均勻，可塑～硬可塑，土質(zhì)不均勻，局部夾礫石。

溢洪道位于水庫右岸，為開敞式，底寬48～50 m，進(jìn)口底高程163.5 m，出口底高程142 m。左岸和右岸巖性均為厚層灰?guī)r與頁巖互層，左岸高度4～16 m，右岸高度 10～26 m，邊坡陡峭，坡角 65°～80°，均屬于懸坡。

除險(xiǎn)加固主要包括：主副壩加固、新建溢洪閘、溢洪道加固、放水洞加固以及管理設(shè)施維修改造等。

2 水文氣象

黑虎山水庫地處溫帶、亞溫帶，屬溫帶大陸性氣候，氣候四季分明，具有春旱、夏澇、晚秋又旱的特點(diǎn)。該區(qū)域多年平均氣溫為12.5℃，多年平均無霜期180 d左右，封凍期約為55 d，多年平均年最大風(fēng)速14 m/s。根據(jù)王墳、臨朐等雨量站實(shí)測連續(xù)降水量觀測資料統(tǒng)計(jì)分析，黑虎山水庫多年平均降水量668.5 mm。降水主要集中在汛期6—9月，其中7—8月降水量尤為集中。多年平均汛期降水量469.6 mm，占多年平均降水量的70.4%。

根據(jù)以上資料，考慮到降雨、度汛、低溫等對(duì)工程施工的影響，確定年有效施工天數(shù)約為230 d。

3 施工導(dǎo)流

受庫水影響的壩前工程項(xiàng)目包括：主副壩漿砌石護(hù)坡、壩基高壓旋噴灌漿、壩體薄混凝土防滲墻、新建溢洪閘、放水洞加固改造等工程，其中主副壩漿砌石護(hù)坡底高程為147.0 m，壩基高壓旋噴灌漿和壩體薄混凝土防滲墻的施工平臺(tái)高程均為170.5 m，放水洞進(jìn)口開挖底高程144.6 m，溢洪道進(jìn)口底高程163.5 m，新建溢洪閘進(jìn)口底高程161 m。壩基高壓旋噴灌漿和壩體薄混凝土防滲墻的施工平臺(tái)遠(yuǎn)高于興利水位，其施工不受庫水影響，其他工程均在興利水位附近或以下，為確保工程安全施工，必須做好施工導(dǎo)流工作。

3.1 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)確定

根據(jù) 《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252—2000）的規(guī)定，本工程規(guī)模為大（2）型，工程等別為Ⅲ等，主要建筑物級(jí)別為3級(jí)。結(jié)合《水利水電施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL303—2004）的規(guī)定，臨時(shí)導(dǎo)流建筑物級(jí)別為5級(jí)，相應(yīng)施工導(dǎo)流洪水標(biāo)準(zhǔn)為10～5年重現(xiàn)期洪水。由于河流水文實(shí)測資料系列較長，且圍堰為常用的土石圍堰，因此，施工導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)采用水庫5年一遇重現(xiàn)期洪水。

3.2 導(dǎo)流方式選擇

黑虎山水庫泄水出口有2個(gè)，分別為放水洞和溢洪道，均需加固處理?？紤]到溢洪道進(jìn)口較高，為減少放水損失，溢洪道施工期間水庫暫不放水，在溢洪道進(jìn)口修筑圍堰擋水，水庫可利用放水洞泄流。

主副壩上游護(hù)坡施工前，將水庫放水至死水位，利用3個(gè)月的時(shí)間將大壩下部受庫水影響的護(hù)坡工程施工完成，期間放水洞正常泄流，而大壩上部的護(hù)坡工程可與放水洞工程同期施工。

放水洞工程施工期間，由于溢洪道進(jìn)口底高程較高，無法宣泄施工期來水，上游河道來水只能蓄于庫內(nèi)，因此，需在洞前修筑圍堰擋水。

3.3 導(dǎo)流時(shí)段

根據(jù)氣象水文資料，為確保工程安全度汛，工程施工期安排于非汛期的10月至次年5月。

根據(jù)工程規(guī)模和施工進(jìn)度的安排，壩前工程項(xiàng)目分2個(gè)非汛期完成，第1個(gè)非汛期的10月至次年5月進(jìn)行溢洪閘工程施工，利用放水洞導(dǎo)流。第2個(gè)非汛期的10—12月，提前將庫水降至死水位，然后施工受庫水影響的大壩下部護(hù)坡工程，利用放水洞導(dǎo)流；次年1—5月，進(jìn)行放水洞工程和主副壩上部護(hù)坡工程施工，上游來水全部蓄于庫內(nèi)，不再下泄。

3.4 導(dǎo)流流量

根據(jù)以上施工導(dǎo)流安排，第1個(gè)非汛期的10月至次年5月，溢洪道施工期間水庫不需放水，利用放水洞泄流，以興利水位163 m作為起調(diào)水位，計(jì)算5年一遇設(shè)計(jì)洪水時(shí)的最高庫水位。第2個(gè)非汛期的1—5月施工前，需將水庫放水至死水位，但根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，將庫水位降至絕對(duì)的死水位幾乎是不可能的，一般只能降到距死水位15～25 cm處，本次設(shè)計(jì)按降到144.8 m高程計(jì)算，并以144.8 m作為起調(diào)水位，計(jì)算5年一遇來水量在水庫不泄流情況下的最高庫水位。

采用實(shí)測暴雨法分析計(jì)算施工期10月至次年5月的5年一遇設(shè)計(jì)流量。施工期設(shè)計(jì)面雨量分析采用臨朐、廟子、王墳、益都、冶源水庫5站非汛期降水資料進(jìn)行地區(qū)綜合分析，設(shè)計(jì)雨型采用《山東省山丘區(qū)暴雨徑流查算圖》中泰沂山北區(qū)1 h設(shè)計(jì)雨型，匯流計(jì)算采用山東省綜合瞬時(shí)單位線法。經(jīng)分析計(jì)算，施工期10月至次年5月的5年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量為144 m3/s，根據(jù)分析計(jì)算的10月至次年5月5年一遇施工期設(shè)計(jì)洪水過程線，以163 m起調(diào)，放水洞下泄，可以求得黑虎山水庫施工期10月至次年5月設(shè)計(jì)洪水位為163.82 m。

計(jì)算施工期1—5月的5年一遇設(shè)計(jì)來水量。經(jīng)分析計(jì)算，黑虎山水庫施工期1—5月5年一遇設(shè)計(jì)來水量為355萬m3。水位計(jì)算考慮蒸發(fā)損失，根據(jù)冶源水庫1964—2005年蒸發(fā)資料，黑虎山水庫所處區(qū)域1—5月多年平均水面蒸發(fā)深為435 mm，可以求得從水位144.8 m起調(diào)，在水庫不泄流情況下，施工期1—5月庫水位為148.22 m。

3.5 導(dǎo)流設(shè)計(jì)

根據(jù) 《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 303—2004）規(guī)定，圍堰超高為0.5 m。

波浪爬高采用 《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274—2001）中的莆田試驗(yàn)站公式計(jì)算，計(jì)算后可得風(fēng)浪沿圍堰邊坡的爬高為0.6 m。由此計(jì)算，溢洪閘堰頂高程為164.92 m，堰底最低底高程為163.0 m，最大堰高1.92 m；放水洞圍堰堰頂高程為149.32 m，堰底最低底高程143.47 m，最大堰高5.85 m。

為減少圍堰填筑量，溢洪閘圍堰位置設(shè)于溢洪道進(jìn)口處，圍堰兩端分別與溢洪道兩岸山體相接，堰長60 m，堰前尚有部分石方因高程較低而不能開挖，可留待次年水庫降低水位后完成。放水洞洞前圍堰軸線設(shè)于放水洞進(jìn)口前30 m處，圍封后的基坑將上游引渠工程包括在內(nèi)，圍堰兩端均與大壩壩坡相接，長約152 m。

溢洪閘圍堰和放水洞圍堰均為土筑圍堰，根據(jù)鋪填機(jī)械施工需要，堰頂寬度定為5.0 m。溢洪閘圍堰填筑在干地上進(jìn)行，上下游邊坡均為1∶2.5。放水洞需在水中倒土填筑，圍堰水上部分邊坡為1∶2.5，水下按自然邊坡1∶4。圍堰迎水坡鋪設(shè)兩布一膜復(fù)合膜防滲，復(fù)合膜應(yīng)自堰腳向上游延伸3 m，以增強(qiáng)防滲效果，復(fù)合膜上覆編織袋裝土護(hù)坡。

4 結(jié)語

本文根據(jù)自然條件、工程布置，確定施工導(dǎo)流方案，此方案使水庫放水時(shí)段縮短為1年，第2年汛前本工程全部完成，恰好利用汛期充庫蓄水。此方案不但保證了大壩及建筑物的施工均能在干地條件下進(jìn)行，還減少了放水損失、節(jié)省了工程投資，從而使本工程施工達(dá)到了經(jīng)濟(jì)、合理和安全的目標(biāo)。