錦凌水庫(kù)施工期水流控制措施方案

任妍儒

(遼寧省觀音閣水庫(kù)管理局，遼寧本溪117100)

1 水文地質(zhì)概況

1.1 水文氣象

據(jù)多年統(tǒng)計(jì)資料表明，壩址多年平均氣溫9.2℃，多年平均降水量555 mm，降水年內(nèi)分配極不均，主要集中在7、8月份，占全年降水的51.6%，降水年際間變化較大，豐枯水年降水量相差達(dá)2.4倍;多年平均蒸發(fā)量1747.8 mm;多年平均風(fēng)速4.0 m/s，最大風(fēng)速26.0 m/s;最大凍土深度113 cm。徑流補(bǔ)給主要為大氣降水，年際變化很大，年內(nèi)分配極不均勻。

1.2 工程地質(zhì)

錦凌壩址位于小凌河干流錦州市上游約9.5 km處，村屯距壩址較近，左岸上游600 m為沙河堡，右岸緊臨后山河營(yíng)子。壩址區(qū)基巖巖性主要為安山巖和熔巖。壩址區(qū)地下水主要為第四系松散層孔隙潛水和基巖裂隙水兩種類型，第四系含水層主要為圓礫層?；鶐r裂隙水含水層分布在壩址區(qū)兩岸安山巖及熔巖中，地下水位較低。

2 導(dǎo)流時(shí)段標(biāo)準(zhǔn)及流量

2.1 導(dǎo)流時(shí)段

錦凌水庫(kù)具體圍堰施工時(shí)段為:2010年5月1日開始修建左岸一期“U”型擋圍堰，采用已建成的明渠導(dǎo)流，要求圍堰在2010年7月7日完成，保護(hù)左岸灘地149 m段土石壩填筑在汛期施工不受影響;2010年9月15日前，修建左岸二期一次圍堰，導(dǎo)流明渠一次截流，進(jìn)行左岸明渠及縱向圍堰占?jí)憾瓮潦瘔?350 m)基礎(chǔ)處理施工(左岸二期一次圍堰和左岸明渠及縱向圍堰占?jí)憾瓮潦瘔?350 m)基礎(chǔ)處理由其他標(biāo)段完成)，此期間河水從右岸底孔壩段過(guò)流，二期一次圍堰在2011年3月16日前拆除;2011年9月11日至2011年9月20日進(jìn)行左岸二期二次圍堰施工，導(dǎo)流明渠二次截流，河水從右岸底孔壩段過(guò)流，保護(hù)左岸明渠及縱向圍堰占?jí)憾瓮潦瘔翁钪?350 m)施工，左岸二期二次圍堰在2012年訊前拆除。2012年7月，大壩完建，施工導(dǎo)流任務(wù)完成。

2.2 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)及流量

根據(jù)招標(biāo)文件，本工程左岸灘地149 m壩段施工時(shí)的擋水圍堰(左岸一期圍堰)為全年擋水，導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)取10 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，Q=3460 m3/s，相應(yīng)上游水位為37.3 m，下游水位為32.88 m;剩余350 m壩段施工時(shí)的擋水圍堰(左岸二期圍堰)為枯水期擋水，導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)取10年一遇標(biāo)準(zhǔn)，Q=262 m3/s，相應(yīng)上游水位為35.68 m，下游水位29.85 m。

3 大壩圍堰及截流施工

3.1 導(dǎo)流建筑物布置

3.1.1 一期圍堰

根據(jù)工期安排，本工程左岸一期圍堰是左岸灘地149 m壩體施工的擋水圍堰，擋水標(biāo)準(zhǔn)為全年10 a一遇?？紤]不影響壩體填筑，一期圍堰具體布置如下:一期上游圍堰布置在距壩軸線上游120 m處，圍堰圍堰軸線長(zhǎng)為180 m;一期下游圍堰布置在距壩軸線下游140 m處，下游圍堰軸線長(zhǎng)為200 m;一期縱向圍堰布置在主壩樁號(hào)0+209.00 m處，連接一期上下游圍堰，縱向圍堰軸線長(zhǎng)為300 m。

3.1.2 二期圍堰

左岸二期一次圍堰主要為左岸明渠及縱向圍堰占?jí)憾瓮潦瘔?350 m)基礎(chǔ)處理施工(左岸二期一次圍堰和左岸明渠及縱向圍堰占?jí)憾瓮潦瘔?350 m)基礎(chǔ)處理由其他標(biāo)段完成)進(jìn)行擋水。二期二次圍堰是左岸明渠及圍堰占?jí)?50 m壩體施工的擋水圍堰，擋水標(biāo)準(zhǔn)為枯水期?？紤]不影響壩體填筑，二期二次圍堰具體布置如下:二期二次上游圍堰布置在距壩軸線上游120 m處，圍堰圍堰軸線長(zhǎng)為70 m，左岸連接左岸一期上游圍堰，右岸連接右岸縱向圍堰;二期二次下游圍堰布置在距壩軸線下游140 m處，下游圍堰軸線長(zhǎng)為65 m，左岸連接左岸一期下游圍堰，右岸連接右岸縱向圍堰[1]。

3.2 圍堰結(jié)構(gòu)型式

3.2.1 左岸一期圍堰

左岸一期圍堰為全年擋水圍堰，根據(jù)汛期10 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，Q=3460m3/s，相應(yīng)上游水位高程為37.3 m，下游水位高程為32.88 m。由此確定左岸一期上游圍堰頂高程為38.00 m，一期下游圍堰頂高程為33.50 m，左岸一期縱向圍堰頂高程為38.00 m變坡至33.50 m，與左岸一期上下游圍堰銜接。上游圍堰處地面平均高程為33.40 m，下游圍堰處地面平均高程為32.50 m，縱向圍堰處地面平均高程為33.10 m，可確定左岸一期上游圍堰堰高為4.6 m，左岸一期下游圍堰堰高為1.0 m，縱向圍堰平均高度為2.65 m。

圍堰采用土石圍堰，考慮通車要求及邊坡穩(wěn)定，左岸一期圍堰堰頂寬均為8 m，圍堰兩側(cè)邊坡為1∶2，圍堰堰體防滲采用在應(yīng)水面?zhèn)冗吰落佋O(shè)防滲土工膜，圍堰基礎(chǔ)不設(shè)防滲，對(duì)于圍堰基礎(chǔ)以下滲水采用在圍堰內(nèi)設(shè)泵站強(qiáng)排。為保證圍堰邊坡的穩(wěn)定及抗沖刷能力，圍堰迎水面邊坡采用人工裝草袋土防護(hù)。

3.2.2 左岸二期二次圍堰

3.2.2.1 二期二次上游圍堰

根據(jù)工期安排，截流時(shí)段安排在2011年大汛期以后，因此截流戧堤的防汛標(biāo)準(zhǔn)采用汛后期10 a一遇最高水為流量192 m3/s，相應(yīng)水位高程約為30.50 m。由此確定截流戧堤堤頂高程為31.50 m。

由于本工程上游圍堰的擋水時(shí)段為主汛期以后的汛后期至次年的汛前期結(jié)束，因此根據(jù)枯水期10 a一遇最高水位流量262 m3/s，相應(yīng)水位高程為35.68 m，可確定上游圍堰堰頂高程為36.1 m。

根據(jù)上游圍堰布置位置，可確定圍堰及戧堤底高程為28.23 m。圍堰采用土石圍堰，上游圍堰堰頂考慮通車要求，確定圍堰頂寬8 m，圍堰上下游邊坡為1∶2，圍堰防滲采用在上游側(cè)邊坡鋪設(shè)防滲土工膜，為保證圍堰邊坡的穩(wěn)定及抗沖刷能力，圍堰應(yīng)水面邊坡采用人工裝草袋土防護(hù)。

3.2.2.2 二期二次下游圍堰

下游圍堰主要為圍堰堰體填筑施工。下游圍堰防汛標(biāo)準(zhǔn)為枯水期。根據(jù)招標(biāo)文件，10 a一遇全年最高水為流量262 m3/s，相應(yīng)下游水位高程約為29.85 m，由此確定圍堰堰頂高程30.50 m。根據(jù)下游圍堰布置位置，可確定圍堰底高程為28.23 m。圍堰采用土石圍堰，下游圍堰堰頂考慮通車要求，確定圍堰頂寬8 m，圍堰上下游邊坡為1∶2，圍堰防滲采用在下游側(cè)應(yīng)水面邊坡鋪設(shè)防滲土工膜，為保證圍堰邊坡的穩(wěn)定及抗沖刷能力，圍堰應(yīng)水面邊坡采用人工裝草袋土防護(hù)。

3.3 圍堰填筑方法

3.3.1 截流

選擇單戧堤立堵截流方式。截流戧堤布置在大壩上游圍堰的上游堰腳。截流采用由左岸向右岸單向單戧堤立堵進(jìn)占方式。截流戧堤龍口寬度20 m。

3.3.1.1 拋石塊徑計(jì)算

根據(jù)拋石塊徑計(jì)算公式，結(jié)合本標(biāo)的流域情況及水文特點(diǎn)計(jì)算為:

式中:d為石塊粒徑;g為重力加速度，9.8m/s2;rs，r分別為塊石容重和水容重，2.6t/m3，1t/m3;v為計(jì)算流速，3.5m/s;K為穩(wěn)定系數(shù)，K=0.86。

計(jì)算得:d=0.53 m，初步確定龍口拋石粒徑最大為0.6 m，圍堰戧堤填筑主要利用上壩公路及橋涵工程基礎(chǔ)開挖石料。

3.3.1.2 塊石儲(chǔ)備

在圍堰左岸灘地設(shè)置臨時(shí)大塊石儲(chǔ)備場(chǎng)，料源為上壩公路及橋涵工程基礎(chǔ)開挖石料。粒徑為0.6 m，并根據(jù)截流前天氣預(yù)報(bào)情況，預(yù)先制做鋼筋石籠備用。確保截流工作順利進(jìn)行。

3.3.1.3 截流方法

用3.0 m3裝載機(jī)裝渣，20 t自卸汽車運(yùn)輸上堰，同時(shí)采用TY 220推土機(jī)平整振動(dòng)碾壓實(shí)。當(dāng)戧堤填筑至龍口位置時(shí)，為防止戧堤頭部石渣由于水流流速過(guò)快造成沖刷流失，可用拋填大塊石的方法對(duì)已形成的戧堤頭部進(jìn)行塊石裹頭處理。

3.3.2 龍口合龍

1)龍口合龍前，首先對(duì)龍口水流情況進(jìn)行認(rèn)真測(cè)定分析，為了隨時(shí)觀測(cè)合龍過(guò)程中龍口上、下游側(cè)水位落差和水面曲線變化情況，在龍口上、下游側(cè)，左右岸分別設(shè)置4個(gè)水尺，設(shè)專人觀測(cè)。同時(shí)對(duì)合龍料物、設(shè)備等情況進(jìn)行詳細(xì)的檢查核對(duì)后方可進(jìn)行施工。

2)合龍施工開始時(shí)由用2 m3反鏟將4臺(tái)預(yù)備車量提前裝料并停放于施工道路一側(cè)，合龍開始時(shí)采用單戧堤單向進(jìn)占立堵形式，所用石料主要利用20 t自卸車從石料存放場(chǎng)運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)，載渣車輛倒退傾填，用一臺(tái)TY220推土機(jī)平料，并保證戧堤石料的連續(xù)拋投，龍口一次性合龍。

3)合龍施工時(shí)，根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，石料拋投采用上游拋投法。如發(fā)現(xiàn)戧堤下游腳出現(xiàn)淘刷現(xiàn)象，立即采用上、下游角均突出拋投進(jìn)占法，隨后中部拋投跟進(jìn)，直至合龍成功。

3.3.3 圍堰堰體施工

龍口和龍后，隨即進(jìn)行上游圍堰的加高、加寬及下游圍堰填筑施工。圍堰填筑采用分層填筑、分層碾壓的施工方法。上下游圍堰填筑料源為一期縱向圍堰拆除料。由3.0 m3裝載機(jī)、2.0 m3反鏟裝料，裝20 t自卸汽車直接運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，垂平行圍堰軸線方向采用后退法卸料每層鋪料厚度為0.75 m，D 85推土機(jī)攤平，碾壓采用13.5 t振動(dòng)碾配2.8 kW蛙式打夯機(jī)壓實(shí)，碾壓方向平行于圍堰軸線方向，邊角部位采用小型手扶振動(dòng)碾或人工夯實(shí)。

根據(jù)大壩工程工期安排，2011年汛期由大壩壩體擋水，因此圍堰基礎(chǔ)不設(shè)防滲，只對(duì)圍堰堰體設(shè)防滲，對(duì)于圍堰基礎(chǔ)滲水采用設(shè)置水泵強(qiáng)排。圍堰堰體防滲采用在圍堰迎水面鋪設(shè)防滲土工膜。圍堰填筑結(jié)束后，分別在上下游圍堰迎水面鋪設(shè)防滲土工膜，由人工鋪設(shè)。堰體兩側(cè)護(hù)坡采用人工裝土編織袋分層錯(cuò)縫碼護(hù)砌。

3.3.4 圍堰拆除

3.3.4.1 左岸一期圍堰拆除

左岸一期圍堰拆除分上下游圍堰及縱向圍堰拆除兩部分，縱向圍堰一次性拆除，拆除料用于二期二次圍堰填筑施工。左岸一期上下游圍堰先降低拆除，左岸一期上下游圍堰先拆除至左岸二期二次圍堰頂高程后，與二期二次圍堰形成聯(lián)合擋水圍堰并形成施工道路，最后與二期二次圍堰一期拆除。圍堰拆除采用圍堰拆除采用2.0 m3液壓反鏟在圍堰頂?shù)雇酥苯娱_挖裝車，20 t自卸車運(yùn)料。

3.3.4.2 左岸二期二次圍堰拆除

左岸二期二次圍堰拆除分上、水下部分分別拆除，先拆除水上部分，再拆除水下部分。圍堰拆除采用圍堰拆除采用2.0 m3液壓反鏟在圍堰頂?shù)雇酥苯娱_挖裝車，20 t自卸車運(yùn)料至渣場(chǎng)。拆除時(shí)間為2012年汛前拆除。

3.4 截流安全準(zhǔn)備

3.4.1 建立安全保障體系

實(shí)行責(zé)任人負(fù)責(zé)制，在截流過(guò)程中，使各種不安全因素得到查清和消除。對(duì)安全系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的兩級(jí)安全人員進(jìn)行系統(tǒng)的安全管理培訓(xùn)，對(duì)參與截流工程施工的全體人員開展安全知識(shí)培訓(xùn)，提高全員的安全意識(shí)。

3.4.2 安全措施準(zhǔn)備

根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)中有關(guān)安全要求和有關(guān)安全規(guī)范，制定詳細(xì)的安全規(guī)定和安全措施，并作為執(zhí)行文件下發(fā)到各單位、各班組貫徹實(shí)施。

3.4.3 安全設(shè)施準(zhǔn)備

根據(jù)施工安全規(guī)定和措施，提前配備截流施工所需的各種安全設(shè)施。

3.5 截流施工水文預(yù)報(bào)與監(jiān)測(cè)

在河道截流期間和截流過(guò)程中，加強(qiáng)水文預(yù)報(bào)和觀測(cè)，有利于截流合龍時(shí)機(jī)的選擇、截流水力學(xué)參數(shù)的確定與復(fù)核、拋投料物規(guī)格和數(shù)量的確定等，為截流指揮提供可靠的依據(jù)。一般龍口開始進(jìn)占后，其水流逐漸成為束窄河道水流。在戧堤頭部作用下，形成帶有旋渦的分離線，把龍口水域分為回流區(qū)、紊流區(qū)和主流區(qū)。龍口測(cè)速擬采用“哨兵”型ADCP法為主，流速儀法和浮標(biāo)法為輔的方案。

[1]王躍峰，李天驕，成保才，劉超.青島產(chǎn)芝水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程施工期水流控制分析[J].水利水電工程設(shè)計(jì)，2005(04):24－25.