生態(tài)環(huán)保型壅水壩導流工程設計

（中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林長春130021）

生態(tài)環(huán)保型壅水壩導流工程設計

熊玲，于淼，程振，韓闖

（中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林長春130021）

松原市生態(tài)環(huán)保型壅水壩施工導流,采用兩期兩段施工方案，一期束窄河床導流；二期通過完建的16孔翻板閘泄流。根據(jù)該工程施工的實際情況，二期圍堰結(jié)構(gòu)型式在初步設計成果的基礎上做了適當調(diào)整，為主體工程的順利實施創(chuàng)造了良好條件。

壅水壩；導流圍堰；編織袋防滲

1 工程概況

松原壅水壩位于第二松花江下游松原市城區(qū)段，前扶大橋下游約4.5 km處，距哈達山水利樞紐工程壩址約32 km。工程樞紐布置為河道右岸主河道布置翻板閘，翻板閘右側(cè)布置過魚建筑物、左岸灘地布置過水土壩。正常蓄水位131.5 m，前扶大橋～龍華大橋之間河道水面占有率為42%。該工程任務主要是提高主城區(qū)段枯水期水位，改善城市水環(huán)境，同時形成水面景觀，為城市景觀設計提供親水平臺，塑造松原“三江水城”的城市形象，并且結(jié)合發(fā)掘松原市的歷史文化遺存，達到增強城市魅力、快速拉動松原市經(jīng)濟發(fā)展的目的。

施工導流采用兩期兩段施工方案，其主要施工程序為：一期束窄河床導流，主要施工右岸翻板閘和右岸過水土壩段；二期通過完建的16孔翻板閘泄流，施工剩余的過水土壩段。

2 工程條件

2.1 水文、氣象條件

第二松花江流域地處中緯度歐亞大陸東緣，屬中溫帶大陸性季風氣候區(qū)，春季干燥多風，夏季溫熱多雨，秋季晴冷溫差大，冬季嚴寒而漫長。按氣候分區(qū)，上游為長白山寒冷濕潤區(qū)，中下游為溫和半濕潤區(qū)，其特點是氣溫、降水等氣象要素南北差異大，且年內(nèi)分布很不均勻，流域南部降水量在800～1 000 mm以上，年降水日數(shù)160～200 d，北部年降水量只有400 mm左右，降水日數(shù)超過80 d。年平均氣溫：上游山區(qū)為0～2℃，下游平原區(qū)為4～5℃；極端最高氣溫：下游河口及工程壩址處為37.5℃，上游山區(qū)為33.5～34.9℃；極端最低氣溫：下游河口段為-37.8℃，上游山區(qū)為-37.7～-44.5℃。春季多西南風，冬季多西北風，歷年最大風速29 m/s，相應風向為SS W。流域內(nèi)實測最大凍土深達2 m以上，積雪期30～90 d，封凍期多達150 d。多年平均蒸發(fā)量從上游向下游遞增，上游高植被區(qū)為1 100～1 200 mm，中游一般地區(qū)為1 300～1 500 mm，下游松遼平原干旱區(qū)高達1 700 mm。

第二松花江洪水由暴雨形成，洪水發(fā)生季節(jié)與雨季變化一致，洪水一般發(fā)生在4月至10月，6月至9月洪水最大。

各施工時段不同重現(xiàn)期施工洪水流量見表1。

表1 施工分期設計洪水成果表m3/s

9月中旬5年一遇平均流量為701 m3/s。

2.2 地質(zhì)條件

壩址處河谷寬闊，主河床靠近壩址右岸，現(xiàn)有水面寬度230 m，左岸地貌類型為河谷沖積平原，地勢平坦開闊，地面高程131～135 m，屬河谷一級階地，靠近河床為全新統(tǒng)高漫灘，寬度約為2 km，地面高程一般129～132 m。右岸為上更新統(tǒng)沖積平原，并零星分布有風積砂丘，地面高程145～155 m，多為陡岸，高出江水面約10～13 m。

圍堰基礎主要地層為第四系全新統(tǒng)沖積層和第四系中更新統(tǒng)湖積層，第四系全新統(tǒng)沖積層層厚10～22 m，巖性有：中細砂、粉土質(zhì)砂、低液限粉土、低液限粘土，各巖性土之間呈互層狀，層位不穩(wěn)定；第四系中更新統(tǒng)湖積層厚15～20 m，巖性為低液限粘土，層位穩(wěn)定，間夾有粉土質(zhì)砂和細砂層透鏡體。中細砂為中等～強透水層，四系全新統(tǒng)粉土質(zhì)砂、低液限粉土屬弱透水層巖層，低液限粘土為極微透水層。

3 導流設計標準

該工程施工導流建筑物為5級，一期大汛圍堰圍護的翻板閘段振沖樁、混凝土和金屬結(jié)構(gòu)安裝工期相對較長，因此設計洪水采用大汛5年一遇重現(xiàn)期洪水，設計流量為3 250 m3/s。二期汛后圍堰圍護的左岸過水土石壩段施工從第二年9月中旬到第二年底即可完工，因此洪水重現(xiàn)期取下限值，采用汛后5年一遇重現(xiàn)期洪水，設計流量為722 m3/s。截流標準選用9月中旬5年重現(xiàn)期洪水，其流量為701 m3/s。

4 二期導流建筑物設計

4.1 初步設計階段成果

二期導流工程主要包括樞紐左岸的汛后上、下游橫向土石圍堰。

二期汛后上游橫向圍堰設計擋水位為130.72 m，堰頂高程為131.22 m，堰頂長度為1 441.22 m，堰頂寬度均為6.0 m，圍堰堰頂兼做臨時交通道路。右岸河道段圍堰堰體由中砂填筑而成，迎水側(cè)邊坡為1∶1.5，背水側(cè)邊坡為1∶3.0。截流戧堤設計水位為130.74 m，戧堤頂高程為131.22 m，頂寬度均為3.0 m，主要為編織袋土填筑而成，編織袋土填筑邊坡采用1∶1.5，編織袋土護坡厚0.5 m。圍堰防滲型式采用土工膜防滲，沿戧堤迎水坡布置至戧堤坡腳。左岸灘地段圍堰堰體由中砂填筑而成，迎水側(cè)、背水側(cè)邊坡均為1∶3.0，編織袋土護坡厚0.5 m。圍堰防滲型式采用土工膜防滲，沿圍堰迎水坡護坡布置至坡腳。

二期汛后下游橫向圍堰設計擋水位為130.60 m，堰頂高程為131.60 m，堰頂長度為1 519.16 m，圍堰堰型基本與上游圍堰相同。其截流戧堤設計水位為130.61 m，頂高程為131.60 m，結(jié)構(gòu)型式與上游戧堤基本相同。下游圍堰結(jié)構(gòu)形式、防滲型式與上游圍堰相同。

4.2 技施階段成果

由于一期導流工程的使用期超過了設計使用年限，另外，設計要求一期導流期間需對壩址區(qū)影響范圍內(nèi)的二松河道進行清障，但此要求遇到困難并未實施，導致導流明渠沖刷嚴重，最大沖深約18 m，地形和初步設計階段相比已發(fā)生很大變化。為了保證工程安全，設計對二期導流工程進行了更改。

2014年7月中旬，設計組織相關專業(yè)人員對一期導流明渠水下地形進行了補充測量?？紤]到導流明渠沖深影響范圍較大，2014年7月24日，設計人員聯(lián)合施工單位對一期導流明渠水位進行了實測，壩址上游水位約129.70 m，壩址下游水位約129.54 m，通過查詢扶余水文站（距壩址上游4.5km）的當日觀測資料，河道流量約為675 m3/s（二期導流圍堰截流設計流量701 m3/s）。

根據(jù)相關資料，2014年8月，設計編寫了《松原市生態(tài)環(huán)保型壅水壩二期導流設計方案論證報告》，并通過了松原市水利局的審查。結(jié)合專家審查意見，設計進行了修改并完成了《松原市生態(tài)環(huán)保型壅水壩二期導流工程變更設計報告》。

1）圍堰設計。根據(jù)初步設計成果，結(jié)合現(xiàn)場地形，二期導流圍堰仍然分為左岸和右岸兩段，中間以小孤島隔開。由于左岸段地形地質(zhì)條件變化不大，二期左岸圍堰平面布置及結(jié)構(gòu)型式沿用初步設計階段成果。

右岸段沖刷嚴重，圍堰最大高度將由原初步設計階段的4 m左右增加到15～22 m。堰體如果仍采用中砂，由于大部分位于水下，中砂極易被水流沖走，難以成形。設計初擬采用草袋土或塊石填筑，但考慮到土料及塊石料運距遠，投資大，經(jīng)比較確定，圍堰填筑材料就地取材，采用粉細砂裝編織袋填筑，戧堤直接填筑至圍堰頂高程，頂寬為10 m，上下游坡比為1∶1.5。

根據(jù)設計標準及導流方式，經(jīng)計算，右岸段上下游圍堰設計洪水位分別為130.72 m、130.60，設計超高按1.5 m考慮，上下游圍堰堰頂高程分別為132.22 m、132.10 m，圍堰最大高度約15 m。

上游圍堰軸線采用凸向上游的曲線，離壩軸線最遠處約170 m，軸線長度498.79 m；下游圍堰軸線采用凸向下游的曲線，離壩軸線最遠處約121 m，軸線長度530.80 m。

由于本次設計水工專業(yè)采用江砂水力沖填方式回填沖坑，并用振沖砂樁擠壓密實方案，所以不要求圍堰采取防滲處理。

2）截流設計。根據(jù)施工總進度的安排，二期截流時段選擇在2014年9月中旬，截流標準選用9月中旬5年重現(xiàn)期洪水，其流量為701 m3/s。為了安全起見，截流計算時下游水位采用實測水位129.60 m（此時扶余水文站流量約為675 m3/s）。

經(jīng)計算，龍口底部軸線長度約20 m。

由于河床表層為粉細砂，抗沖流速很小，需對河槽底部非龍口段進行1 m厚的編織袋土平拋護底；龍口段先平鋪無紡布，再平拋1m厚塊石，粒徑不小于30 cm。

采用立堵截流，左、右岸兩側(cè)采用編織袋土同時進占，上游圍堰堰體即為戧堤。龍口位置選擇在主河槽內(nèi)，龍口段采用塊石截流，最大塊石粒徑為1.3 m。

5 結(jié)語

如果現(xiàn)場實際情況發(fā)生較大的變化，原設計方案已經(jīng)無法滿足工程設計要求，工程參加方應該積極配合，盡快啟動設計變更工作，設計變更報告完成后應按照建設程序報批報審確定方案，以免延誤建設工期。目前，松原市生態(tài)環(huán)保型壅水壩在二期圍堰保護已經(jīng)施工完成，二期導流工程也已圓滿完成使命。

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2016-12-23