葫蘆島市青山水庫(kù)工程二期圍堰和導(dǎo)流方案優(yōu)化

馮國(guó)軍 劉麗秋 佟明明

【摘要】葫蘆島市青山水庫(kù)工程是國(guó)家十二五期間我省內(nèi)重點(diǎn)工程，該樞紐工程二期圍堰初設(shè)批復(fù)方案為堰壩結(jié)合方案，在工程實(shí)施期間結(jié)合工程實(shí)際情況，施工單位建議將堰壩結(jié)合方案修改為土石圍堰方案，該修改方案即節(jié)省了投資也節(jié)省工期。

【關(guān)鍵詞】青山水庫(kù)；二期圍堰；優(yōu)化

1、工程概況

青山水庫(kù)工程位于遼寧省葫蘆島市六股河中游，樞紐工程由主壩、副壩、溢洪道、輸水洞和碼頭組成。庫(kù)容6.61×104m3，為大（2）型水庫(kù)。主壩為粘土心墻砂礫石壩，壩長(zhǎng)735.63m。主壩防滲體采用粘土心墻，心墻上下游兩側(cè)的壩殼系由砂礫料填筑。

2、圍堰設(shè)計(jì)

2.1 二期圍堰設(shè)計(jì)方案比選

2.1.1 批復(fù)設(shè)計(jì)方案

本工程初步設(shè)計(jì)批復(fù)方案為堰壩結(jié)合方案。即在二期填筑壩體上游填筑頂寬6m貼坡式圍堰，完工后作為壩體一部分不在拆除，為了順利進(jìn)行二期壩體填筑還需在堰壩結(jié)合段上游設(shè)一子堰，在子堰的保護(hù)下進(jìn)行堰壩結(jié)合段施工。二期圍堰均為土石圍堰，采用土工膜防滲，基礎(chǔ)為垂直鋪塑防滲，采用斜墻方式。為保證主壩壩體上游面完整性，需將右岸一期壩體同時(shí)在馬道處向上游延伸6m。

2.1.2 實(shí)施方案

由于青山水庫(kù)樞紐工程截留工期比設(shè)計(jì)工期滯后一年，原方案中右岸一期壩體需向上游延伸的部位，干砌石砌筑已完畢。如按設(shè)計(jì)圖紙給出的堰壩結(jié)合段的位置，則后期右岸向上游延伸部位需拆除，且此部位填筑及開挖作業(yè)會(huì)直接影響已完工程的質(zhì)量。

2.2 圍堰設(shè)計(jì)

2.2.1上游圍堰設(shè)計(jì)

（1）度汛標(biāo)準(zhǔn)和圍堰高程

按汛前十年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的上游水位為60.82m，二期上游圍堰堰頂高程根據(jù)導(dǎo)流洞泄流能力定為62.5m；下游圍堰堰頂高程按汛前十年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，考慮安全超高后定為55.0m。二期圍堰按汛后10年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)洪峰流量為68.75m3/s。

（2）圍堰軸線選擇

上游圍堰軸線位置根據(jù)規(guī)范要求，上游圍堰坡腳距泄水建筑物進(jìn)口的距離不小于20m，考慮壩基排水及壩體開挖填筑施工的場(chǎng)地布置等因素，確定上游圍堰軸線位于大壩上游與導(dǎo)流洞進(jìn)口之間。圍堰頂高程62.5m，圍堰堰頂軸線長(zhǎng)度267m。

（3）圍堰結(jié)構(gòu)及填筑料分區(qū)

圍堰采用心墻防滲型式土石圍堰，堰頂寬7m。上游填筑開挖料，邊坡坡比1∶1.8，下游側(cè)填筑砂礫料，坡比為1∶2.0。

（4）防滲型式

采用粘土心墻防滲，心墻頂寬1m，兩側(cè)坡比1：0.15，心墻底部截水槽開挖至巖基面，回填粘土，上部正常填筑粘土。

2.2.2 下游圍堰設(shè)計(jì)

（1）圍堰軸線選擇

考慮下游圍堰要距離導(dǎo)流洞出口一定的距離，將下游圍堰布置在大壩下游側(cè)距壩軸線 210m，堰頂高程55.0m，堰頂長(zhǎng)190m。

（2）圍堰結(jié)構(gòu)

圍堰采用粘土斜墻壩形式，堰體上游側(cè)采用砂礫料填筑，上游坡比1：2，堰高2m。

（3）防滲型式

采用粘土斜墻防滲，頂寬1m，下游坡比1∶2.5，靠下游側(cè)用開挖的塊石防護(hù)。

3、截流設(shè)計(jì)

3.1 截流時(shí)間及標(biāo)準(zhǔn)選擇

綜合考慮庫(kù)區(qū)的水文、氣象資料等，截流時(shí)段定在2012年9月下旬進(jìn)行，截流流量采用9月下旬10年一遇旬平均流量，相應(yīng)流量為13.8m3/s。

3.2 截流方式及截流戧堤布置

截流戧堤布置在上游圍堰上側(cè)，為堰體的一部分，戧堤軸線與上游圍堰軸線平行。戧堤頂高程59.0m，戧堤頂寬7.0m，戧堤頂長(zhǎng)64.5m。戧堤按梯形斷面設(shè)計(jì)，上游邊坡為1∶1.3，下游邊坡為1：1.5。

3.3 截流水力學(xué)計(jì)算

計(jì)算內(nèi)容

不同龍口寬度的上游水位（H上）與龍口泄流量（Qg）關(guān)系。

（2）計(jì)算基本假定及原理

①不計(jì)戧堤滲流量及水庫(kù)調(diào)蓄對(duì)上游水位的影響；

②視龍口為梯形或三角形過水?dāng)嗝娴膶掜斞撸?/p>

③簡(jiǎn)化的寬頂堰理論：檻頂水面是平的，忽略波狀睡眠的影響；非淹沒流時(shí)檻上水深為臨界水深（hp=hk）；淹沒流時(shí)檻上水深取為下游水深（hp=hn）。

（3）計(jì)算公式及計(jì)算過程

口門為梯形時(shí)（兩側(cè)坡度為1：1.5）：

假設(shè)為非淹沒出流：

其他符號(hào)意義同上。

與均為未知，需通過試算。

當(dāng)口門為梯形過水?dāng)嗝鏁r(shí)，由試算得

式中：—臨界水深時(shí)相應(yīng)的口門過水?dāng)嗝鎸挾?，m；

—臨界水深時(shí)相應(yīng)的口門過水?dāng)嗝婷娣e，。

分別設(shè)斷面底寬b=30，20，15，10，8，5，3，1m時(shí)對(duì)應(yīng)的臨界水深分別為：0.227，0.362，0.435，0.562，0.645，0.842，1.072，1.471。求得對(duì)應(yīng)梯形形狀的上游水深分別為：0.478，0.621，0.744，0.951，1.079，1.371，1.682，2.142。

口門為三角形時(shí)：

當(dāng)口門呈三角形過水?dāng)嗝鏁r(shí)，臨界水深由下式求得：

通過上述公式計(jì)算得：河道底高程為53.9m。

3.4截流龍口段拋投材料選擇

（1）截流抗沖材料粒徑計(jì)算

材料粒徑按下列公式計(jì)算：

（《河道截流及流水中筑壩技術(shù)》3.6/106）

其中：v—水流流速，為確保順利截流，按龍口寬度為14.3m時(shí)的最大平均流速2.943m/s；

K—綜合穩(wěn)定系數(shù)，平底抗滑穩(wěn)定，塊石取0.9；

g—重力加速度，9.8m/s2；

γm—石塊容重，2.67t/m3；

γ w—水容重，1t/m3；

D—石塊折算成球體的直徑，m；

拋投體重量：

代入上式得D =0.57m，取0.6m，等效體積為0.11m3，相應(yīng)重量為0.3t。

（2）截流戧堤龍口部位的總拋投量為0.7萬(wàn)m3。拋投料為石料，塊石粒徑為0.1m～0.4m。

4、結(jié)束語(yǔ)

葫蘆島市青山水庫(kù)樞紐工程于2012年汛后截留，目前水庫(kù)蓄水運(yùn)行平穩(wěn)。實(shí)踐證明，取消堰壩結(jié)合方案是正確的。該優(yōu)化方案節(jié)省了工程資金100余萬(wàn)元，節(jié)省工期1.5個(gè)月，為大壩在2013年開始蓄水奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。