狼貓山水庫除險加固工程施工導(dǎo)流設(shè)計

董德學(xué) ，王永強 ，張 超

（1.濰坊市水利建筑設(shè)計研究院，山東 濰坊 261031；2.山東省水利勘測設(shè)計院，山東 濟南 250014）

狼貓山水庫位于濟南市歷城區(qū)東南部的小清河支流巨野河上，控制流域面積82 km2，總庫容1 560萬m3，興利庫容1 093萬m3，死庫容160萬m3，是一座以防洪、供水為主，結(jié)合灌溉、養(yǎng)殖等綜合效益的中型水庫。水庫樞紐工程主要由大壩、溢洪道（閘）、放水洞組成，建設(shè)時受當(dāng)時經(jīng)濟技術(shù)條件的限制，工程遺留問題較多。除險加固工程的主要內(nèi)容包括：大壩加固工程、溢洪道（閘）加固改造工程、放水洞加固改造工程和管理設(shè)施工程等。

1 導(dǎo)流條件

1.1 地形地貌

場區(qū)地形屬魯中南構(gòu)造侵蝕中低山丘陵區(qū)，強～弱切割侵蝕溶蝕、剝蝕溶蝕中低山丘陵亞區(qū)。水庫三面環(huán)山，山體坡度一般為10°～35°，較為陡峭，所處河床均呈V字形河谷，下游相對地勢較為平坦，為沖積扇區(qū)，地面高程150～162 m。水庫所處地理特點決定了水庫周邊無其他泄水通道，只能利用水庫自身的泄水建筑物泄流。

1.2 水文氣象

狼貓山水庫流域?qū)倥瘻貛О霛駶櫞箨懶约撅L(fēng)氣候，多年平均降水量713.8 mm，年際變化較大，最大年降雨量為1 321 mm（1964年），最小年降雨量為400.6 mm（1968年），豐枯比為3.3。降水年內(nèi)分配也不均勻，主要集中在汛期6～9月，多年平均汛期（6～9月）降水量526.4 mm，占多年平均降水量的73.7%，因此主體工程施工宜安排在非汛期內(nèi)。

1.3 工程設(shè)計

根據(jù)工程設(shè)計要求，本次除險加固需要對大壩、溢洪道（閘）、放水洞等建筑物進行改造，考慮到放水洞、溢洪閘為水庫僅有的泄水通道，為了保證除險加固的順利施工，還必須解決施工期內(nèi)水庫來水的下泄問題，因此合理劃分放水洞、溢洪閘的施工工期，是確保導(dǎo)流工程成敗的關(guān)鍵。

1.4 施工條件

現(xiàn)狀彩石西路直接與水庫壩頂?shù)缆废噙B通，可直接通往彩石中學(xué)、水庫東岸的兩岔河及塔窩等村，同時與濟青高速南線彩石出口相接，交通流量很大，施工期間對外交通不能中斷，是本工程最大的外部干擾。為減少對外交通對本工程的影響，施工企業(yè)可根據(jù)水庫管理部門的要求，并結(jié)合設(shè)計內(nèi)容新修筑一條對外交通道路，同時考慮到施工期間車流量對施工的影響，水庫管理部門應(yīng)結(jié)合交通部門采取限行分流的方式，為施工企業(yè)創(chuàng)造良好的施工環(huán)境。

2 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)和導(dǎo)流時段

根據(jù) 《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000），確定狼貓山水庫樞紐工程等別為Ш等，主要建筑物級別為3級，次要建筑物為4級。根據(jù)水利部《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》（SL303-2004）規(guī)定，根據(jù)本樞紐工程的級別、失事后果、使用年限，確定本工程導(dǎo)流建筑物（擋水建筑物）的級別為5級，相應(yīng)洪水重現(xiàn)期為10～5年。施工過程中如遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水，會對圍堰及開挖基坑造成一定破壞，但對大壩安全及水庫下游人民生命財產(chǎn)影響較小，因此，將本次除險加固工程導(dǎo)流洪水重現(xiàn)期定為5年。

本工程施工期間受庫水位影響的工程項目主要包括：溢洪道（閘）及放水洞加固等工程。根據(jù)工程設(shè)計，溢洪閘閘前現(xiàn)狀底高程181 m，現(xiàn)狀放水洞底高程約為161.83 m。為加快施工進度，減少臨時工程投資，同時確保工程安全度汛，本工程主體工程宜安排于10月至次年5月非汛期內(nèi)施工，其中：溢洪道（閘）工程施工時段為11月至次年4月，放水洞加固工程水下部分施工時段為1～4月。

3 導(dǎo)流流量及施工期水位

3.1 溢洪道（閘）加固工程

溢洪道 （閘）加固工程的導(dǎo)流時段為的11月～次年4月，按現(xiàn)狀閘前底板高程181 m起調(diào)，利用現(xiàn)狀放水洞導(dǎo)流，經(jīng)計算，5年一遇最高庫水位為181.18 m。

3.2 放水洞加固工程

根據(jù)實測資料現(xiàn)狀水庫的底高程為164.5 m，同時為了保證水庫放水后所能達到的庫水位，確定放水洞加固施工期間的起調(diào)水位為166 m，即現(xiàn)狀測量庫底高程164.5 m+1.5 m。

放水洞加固工程的導(dǎo)流時段為1～4月，按汛末水庫放水后，水位在庫水位為166 m時起調(diào)，施工期間在放水洞進口處修筑臨時擋水圍堰，上游來水全部蓄存于庫內(nèi)，經(jīng)計算，5年一遇最大來水量所對應(yīng)的庫水位為171.41 m（扣除各種損耗后的水位）。

4 導(dǎo)流方式

4.1 溢洪道（閘）加固工程

溢洪道（閘）加固工程安排在非汛期11月～次年4月施工，按現(xiàn)狀閘前底板高程181 m起調(diào)，利用現(xiàn)狀放水洞泄流，根據(jù)水文計算成果，施工導(dǎo)流期內(nèi)5年一遇最高庫水位為181.18 m。

鑒于溢洪道（閘）加固工程施工期間5年一遇最大洪水對應(yīng)的最高庫水位為181.18 m，僅比現(xiàn)狀閘前底板高程181 m高0.18 m，5年一遇最大洪水來水量相對較小，施工期間利用現(xiàn)狀放水洞調(diào)蓄，即可控制閘前水位，確保溢洪道（閘）加固工程的干地施工。同時為了減少導(dǎo)流工程的工程量，減少臨時工程投資，因此溢洪道（閘）加固工程施工期間不需再修筑臨時擋水圍堰。

4.2 放水洞加固工程

放水洞加固工程安排在非汛期1～4月，汛末水庫放水后，在放水洞進口處修筑臨時擋水圍堰，上游來水全部蓄存于庫內(nèi)，根據(jù)水文計算成果，施工導(dǎo)流期內(nèi)5年一遇最大來水量所對應(yīng)的庫水位為171.41 m，高于現(xiàn)狀放水洞進口處底高程161.83 m，所以放水洞加固工程施工期間必須在現(xiàn)狀放水洞前修筑擋水圍堰。

5 導(dǎo)流建筑物設(shè)計

放水洞加固工程施工期間受水位影響較大，為保證其干地施工，因此需在洞前修筑臨時擋水圍堰。圍堰頂高程按堰前正常擋水水位加安全超高（0.5 m）再加波浪爬高（0.67 m）確定，根據(jù)水文計算成果，施工期堰前擋水水位為171.41 m，圍堰堰頂高程則為172.58 m。

放水洞進口處底高程為161.83 m，根據(jù)圍堰頂高程知圍堰最大堰高為10.75 m，最大水下高度為9.58 m，圍堰填筑土料需從取土料場借土，土質(zhì)類別為Ⅰ～Ⅱ。根據(jù)工程條件，直接填筑圍堰水下邊坡較緩，工程量大，且不利于圍堰的邊坡穩(wěn)定，因此放水洞圍堰填筑之前需要在放水洞進口處先期修筑一個拋石（碴）子堰。拋石（碴）子堰頂寬4 m，邊坡1∶1.5，最大堰高約為4 m（子堰堰頂高程按起調(diào)水位+1 m確定），總長約150 m。子堰采用挖掘機配自卸車挖運管理區(qū)卸荷開挖石方及溢洪道（閘）加固工程平衡調(diào)配后剩余碴料填筑，待放水洞加固工程結(jié)束后和主堰體一起拆除，采用挖掘機配自卸車挖運至棄碴區(qū)內(nèi)棄置。主要工程量見表1。

拋石（碴）子堰填筑完成后，短時期內(nèi)可以保證主堰體的干地使用，應(yīng)利用基坑無水的有利時機盡快填筑主堰體，同時為確保放水洞加固工程施工期間的安全，圍堰填筑完成后還需儲備部分碴料作為圍堰的應(yīng)急儲料。主堰體頂寬6 m，邊坡為1∶2.5，最大堰高約為10.75 m，總長約120 m，鑒于現(xiàn)狀放水洞洞前水庫淤積比較嚴(yán)重，為保證主堰體的穩(wěn)定，需要將放水洞洞前淤泥清除至原土層。主堰體填筑土料除利用溢洪道（閘）加固工程平衡調(diào)配后剩余土料外，不足土方自取土料場借土，其中溢洪道（閘）加固工程平衡調(diào)配后剩余土料，采用挖掘機配自卸車自棄碴場內(nèi)挖運；取土料場借土，采用挖掘機配自卸車挖運。待放水洞加固工程結(jié)束后，主堰體拆除土料全部采用挖掘機配自卸車挖運至取土料場內(nèi)棄置。鑒于該土料的防滲性能較差，因此需要對主堰體的迎水坡進行防滲處理，根據(jù)各種防滲措施的優(yōu)缺點，采用上游坡鋪設(shè)復(fù)合土工膜防滲，膜上設(shè)編織袋裝石碴護砌，護砌厚度按垂直邊坡0.3 m計。主要工程量見表1。

表1 圍堰填筑工程量

根據(jù)瑞典圓弧法計算圍堰施工運行期穩(wěn)定安全系數(shù)，經(jīng)計算，圍堰迎水坡穩(wěn)定安全系數(shù)K值為2.38，圍堰背水坡穩(wěn)定安全系數(shù)K值為1.39，滿足 《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》（SL303-2004）規(guī)定的V級土石圍堰邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)不小于1.05的要求。

6 結(jié)語

施工導(dǎo)流方案的成敗直接影響主體工程施工，狼貓山水庫根據(jù)自身的實際特點，圍繞著水庫自身泄水建筑物確定了合理的施工導(dǎo)流方式，同時還考慮了自然條件、施工條件及建筑物設(shè)計對導(dǎo)流方案的影響，但僅在理論上進行了分析，還應(yīng)結(jié)合工程實際情況制定相應(yīng)的處理方案，確保工程的順利實施，保證工程質(zhì)量。