永定橋水庫堰塞體治理工程施工技術(shù)要點

龍軍飛，胡 平，王會杰

(1.中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610072；2. 四川大學 水力學與山區(qū)河流開發(fā)保護國家重點實驗室，四川 成都 610065)

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永定橋水庫堰塞體治理工程施工技術(shù)要點

龍軍飛1，胡 平1，王會杰2

(1.中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610072；2. 四川大學 水力學與山區(qū)河流開發(fā)保護國家重點實驗室，四川 成都 610065)

由于水位的抬高，加上惡劣天氣、地震等原因，水庫庫區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)邊坡滑塌，形成堰塞體。水庫庫區(qū)堰塞體不僅侵占庫容，破壞水質(zhì)，還增加庫區(qū)泥沙量，對水庫的建設(shè)、運營管理都造成不可估量的危害。本文水庫堰塞體治理技術(shù)要點、施工方案對類似工程具有一定的參考作用，故對水庫庫區(qū)堰塞體的治理研究有實際的工程效益。解除潰壩風險是堰塞體治理的目標之一，本文通過實地考察、根據(jù)實際情況提出了采用明渠排水、開挖部分堰塞體恢復部分被侵占的水庫庫容的方案，對該水庫的正常運行基本沒有影響，對原設(shè)計灌溉供水的影響較小，達到了堰塞體治理的目標，同時該方案具有工程量小、成本低、工期短的特點。

水庫堰塞體；堰塞體治理；施工技術(shù)；施工方法

1 概 況

該堰塞體位于永定橋(三等中型工程)庫區(qū)內(nèi)，距永定橋壩址2.0 km，是由左岸支溝—飛水溝右側(cè)基巖岸坡發(fā)生了傾倒崩塌滑坡，滑坡堆積體沖入河中形成堰塞體。堆積體垂直河向?qū)捈s350 m，沿河向長約200 m，高約30 m，總方量約200萬m3，其中崩塌堆積體中堆積于流沙河床以上部分形成堰塞體，堰塞體寬度約200 m，厚度為25～39 m，平均厚約30 m，頂高程約1 543 m，方量約60萬m3。堰塞體造成上游流沙河河水最大壅高約40 m。目前，河水從松散架空的大塊石中滲流至下游。初步計算，堰塞湖庫容約為200萬m3，根據(jù)《堰塞湖風險等級劃分標準》(SL450-2009)，其規(guī)模屬小(1)型堰塞湖。

由于堰塞體下游大壩、導流洞、高粱坪堆積體和關(guān)頂上料場正在施工，威脅到下游工區(qū)人員、水工建筑物和下游集鎮(zhèn)的安全，堰塞體發(fā)生潰決后的危害性較大，其潰決損失較嚴重。該堰塞體的危險級別為中等危險性，堰塞湖風險等級為Ⅲ級。

2 危 害

堰塞體方量約60萬m3，大部分位于1 505.00 m死水位以上，侵占水庫有效庫容。由于永定橋水庫為瀑布溝水電站移民安置的配套供水工程，總庫容總體較小，堰塞體所占有效庫容比重較大。

目前，堰塞湖水位高程1 532.90 m左右，上游入庫水量和壩體滲透水量基本平衡。堰塞體整體穩(wěn)定，潰壩的可能性較小。但今后汛期可能存在漫頂潰決的可能性。且堰塞體下游大壩、導流洞、高粱坪堆積體和關(guān)頂上料場正在施工，威脅到下游工區(qū)人員、水工建筑物和下游集鎮(zhèn)的安全，堰塞體發(fā)生潰壩后的危害性較大，其潰決危險系數(shù)大、損失較嚴重，對堰塞體的處理是必要的。

3 施工方案選擇

崩塌堆積體主要由弱風化的大塊石組成，充填碎礫石，塊石塊徑一般為0.5～2.0 m，少數(shù)塊徑達5～10 m。根據(jù)地形、地質(zhì)條件分析，堆積體下部坡度較緩，堆積體中上部坡度較陡，天然狀態(tài)整體穩(wěn)定，堰塞體具備開挖條件。

根據(jù)堰塞體地形、地質(zhì)條件和現(xiàn)場施工條件，考慮堰塞體穩(wěn)定、恢復全部或部分有效庫容并采取其他補償措施、達到上下水庫通水通沙的治理目標，并以節(jié)約工程治理投資為原則，堰塞體治理設(shè)計擬定了兩種方案：堰塞體全部挖除恢復庫容方案(即方案一)；堰塞體部分挖除、利用水庫調(diào)節(jié)供水保證率的補償措施(即方案二)。

3.1 堰塞體全部挖除

方案一考慮恢復堰塞體侵占的全部有效庫容。開挖底高程至死水位下2.0m，略低于原河床底部，右側(cè)開挖至原陡直基巖坡，左側(cè)正常蓄水位以下開挖至原地面線(為基巖岸坡)，正常蓄水位以上按坡比1∶2.0進行開挖。根據(jù)穩(wěn)定分析，開挖邊坡基本穩(wěn)定，不需進行邊坡支護。

左岸滑坡堆積體穩(wěn)定計算成果見表1。

表1 左岸滑坡堆積體抗滑穩(wěn)定計算成果

3.2 堰塞體部分挖除

3.2.1 堰塞體開挖

由于方案一考慮恢復堰塞體侵占的全部有效庫容，開挖工程量較大。為降低工程造價，方案二考慮在滿足堰塞體穩(wěn)定、恢復一定有效庫容、上下水庫通水通沙治理目標的基礎(chǔ)上，恢復堰塞體侵占的部分有效庫容。考慮以上因素，根據(jù)施工條件，開挖方案確定為：開挖底寬10 m，開挖底高程至死水位下2.0 m，略低于原河床底部，右側(cè)開挖至原陡立基巖坡，左側(cè)按綜合坡比1∶2.5進行開挖，其中在中下部布置一條寬7.0 m的施工馬道。堰塞體處理施工布置及典型斷面見圖1、2。

圖1 堰塞體處理施工布置示意

圖2 堰塞體處理典型斷面示意

3.2.2 侵占有效庫容補救措施

對于堰塞體部分挖除方案，經(jīng)復核，永定橋水庫長期有效庫容為964.3萬m3，比初設(shè)階段有效庫容小27.2萬m3。根據(jù)長系列徑流調(diào)節(jié)計算成果，水庫多年平均城市生活及工業(yè)供水量為1 568.6萬m3，48年中只有1年缺水，供水保證率為95.9%，工業(yè)供水量比原初步設(shè)計階段小0.4萬m3，滿足設(shè)計保證率要求。多年平均農(nóng)業(yè)灌溉供水量為2 430萬m3，比初設(shè)階段小17.0萬m3，約占0.7%。48年中有13年缺水，供水保證率為71.4%，略低于灌溉設(shè)計保證率75%。

因此，和原初設(shè)階段成果相比，堰塞體部分開挖方案對城市生活和工業(yè)供水基本沒有影響，灌溉保證率略有降低，但灌溉缺水量、缺水程度等均無大的變化，對原設(shè)計灌溉供水的影響較小。

3.2.3 方案比較及推薦方案

根據(jù)上述分析：

方案一對正常蓄水位下的堰塞體全部挖除，正常蓄水位以上按坡比1∶2.0進行開挖，有效庫容得以全部恢復，永定橋水庫長期有效庫容和初設(shè)階段一致，供水、灌溉等均滿足原設(shè)計要求；方案二對堰塞體部分挖除，侵占有效庫容約27.2萬m3，經(jīng)復核，該方案對城市生活和工業(yè)供水基本沒有影響，灌溉保證率略有降低，但灌溉缺水量、缺水程度等均無大的變化，對原設(shè)計灌溉供水的影響較小，基本滿足設(shè)計要求。

根據(jù)投資分析，方案二較方案一節(jié)約工程投資約2 854萬元，方案二投資約占方案一投資的67%。

堰塞體處理工程要求在永定橋水庫蓄水前完成，方案二工程量省、施工快速、工期保證性好。

綜合以上技術(shù)、經(jīng)濟比較，選擇方案二為堰塞體及左岸滑坡堆積體開挖治理的推薦方案。

4 施工組織設(shè)計

4.1 施工時段及導流方案的選擇

根據(jù)永定橋水利工程總體施工進度計劃安排，2014年9月份后進行大壩導流洞封堵，水庫開始蓄水。因此，堰塞體治理工程需在9月份之前完成。堰塞湖治理工程位于流沙河河道內(nèi)，施工時先開挖出泄水通道，降低堰塞湖水位，水位下降后再水上開挖堰塞體，不單獨設(shè)置導流設(shè)施?？紤]到施工作業(yè)期間流沙河仍需過流，施工臨時泄水通道過流標準采用枯水期5年重現(xiàn)期，設(shè)計泄流量按壩址11月至5月5年一遇重現(xiàn)期洪水取值，相應(yīng)設(shè)計泄流量為37.2 m3/s。

4.2 泄水渠的尺寸計算及布置

根據(jù)選定的處理方案，在堰塞體上需開挖泄水渠作為泄流通道。根據(jù)地形條件，泄水渠布置在右岸，渠底寬10 m，右側(cè)為原基巖陡坡，左側(cè)開挖坡比為1∶2.5，泄水渠泄流能力按寬頂堰公式計算。

根據(jù)計算，施工期間渠內(nèi)最大設(shè)計水深約2 m，最大平均流速為1.8 m/s，過流面滿足抗沖穩(wěn)定要求。

4.3 堰塞體開挖

考慮在滿足堰塞體穩(wěn)定、恢復一定有效庫容、上下水庫通水通沙治理目標的基礎(chǔ)上，恢復堰塞體侵占的部分有效庫容。根據(jù)施工條件和開挖坡穩(wěn)定需要，開挖方案確定為：開挖底寬10 m，開挖底高程為死水位高程下2.0 m，右側(cè)開挖至原陡直基巖坡，左側(cè)按1∶2.5坡比進行開挖，其中在中下部布置一條寬7.0 m的施工馬道，開挖坡面死水位至正常蓄水位以上2 m范圍的水位變幅區(qū)利用干砌石護坡處理。

堰塞湖治理工程位于流沙河河道內(nèi)。堰塞體處理主要為堰塞體的土石方開挖，1 520.00 m以上堰塞體由1 520.00 m高程改線道路爬坡至堰塞體頂部進行開挖，1 520.00 m高程以下堰塞體由1 520.00 m高程馬道下臥至工作面進行開挖。

堰塞體在2013年1月中旬開始開挖，施工時在靠近右岸側(cè)先開挖出一定深度的泄水溝渠，降低堰塞湖水位，水位下降后再開挖堰塞體，堰塞體開挖隨著泄水渠的開挖逐步進行，堰塞體在4月底開挖完成。

土方明挖采用1.6 m3液壓挖掘機挖裝15 t自卸汽車運輸，74 kW推土機輔助。石方明挖及大塊石解小均采用手風鉆鉆孔爆破，1.6 m3液壓挖掘機挖裝15 t自卸汽車運輸，74 kW推土機輔助。

施工時，需采取必要的安全措施。在孤石爆破時，盡量做到使孤石爆破破碎而不飛石，并在爆破過程中做好安全警戒。暴雨來臨暫停施工，人員撤離到安全地帶防止滑坡。對堰前水位采用全站儀進行安全檢測，對堰后進行巡查，發(fā)現(xiàn)大量管涌等險情及時報警。

5 結(jié) 語

采用明渠排水、開挖部分堰塞體恢復部分被侵占的水庫庫容的方案，對該水庫的正常運行基本沒有影響，灌溉保證率略有降低，但灌溉缺水量、缺水程度等均無大的變化，對原設(shè)計灌溉供水的影響較小，達到了堰塞體治理的目標，同時該方案具有工程量小、成本低、工期短的特點。按照該方案設(shè)計進行施工，永定橋水庫堰塞體得到治理。

2015-10-04

龍軍飛(1979-)，男，吉林松原人，高級工程師，從事水電水利施工組織設(shè)計工作。

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