某水利樞紐施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)

陳 端 王賢忠 崔海濤

1 水文與地形地貌

壩址位于剝蝕低山區(qū)，地面高程870～1 010 m，高差約為140 m。河谷呈不對稱U形谷，谷底寬約150 m，河道較平緩，坡降約為1.2‰。主河槽偏向右岸，寬約50 m。河漫灘主要分布在河床兩岸，兩岸山體基巖裸露，山頂高程1 000～1 010 m。右岸岸坡較陡，坡度約為42°，沿岸多有陡壁分布。左岸岸坡稍緩，坡度約為30°。

該河流汛期河水陡漲陡落，歷時(shí)較短，枯水期長，年內(nèi)分配不均勻，以春夏季5～7月最集中，占全年徑流量的65%。壩址處全年不同頻率洪水洪峰流量見表1。

表1 壩址處全年不同頻率洪水洪峰流量

2 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)確定

該工程為Ⅱ等工程，工程規(guī)模為大（2）型。攔河壩（含擋水壩段、表孔和底孔壩段、放水兼發(fā)電引水壩段等）及消能防沖建筑物為2級建筑物，過魚建筑物和電站廠房為3級建筑物。

按照SL 303—2004《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，確定導(dǎo)流建筑物級別為4級。該工程導(dǎo)流建筑物為土石結(jié)構(gòu)，洪水標(biāo)準(zhǔn)選為重現(xiàn)期10年一遇。

本工程壩體臨時(shí)攔洪度汛設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年。

3 導(dǎo)流方案比選

壩址處河谷為不對稱U形谷，谷底寬150 m，主河槽寬50 m，左、右岸臺（灘）地各寬約50 m。具備隧洞導(dǎo)流和河床分期導(dǎo)流的條件。

3.1 隧洞導(dǎo)流方案與河床分期導(dǎo)流方案比選

在導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)及導(dǎo)流流量相同的情況下，導(dǎo)流方案比選如表2所示。

與隧洞導(dǎo)流相比，河床分期（底孔）導(dǎo)流為露天施工，導(dǎo)流工程投資較少且工期容易得到保證，故本工程采用河床分期（底孔）導(dǎo)流、左右岸基坑全年施工導(dǎo)流方式。導(dǎo)流泄水建筑物為壩體預(yù)留臨時(shí)底孔，及其上游引渠和下游明渠。

3.2 永久泄洪底孔與導(dǎo)流底孔結(jié)合的可能性研究

本工程攔河壩10#壩段布置有3.0 m×4.5 m永久泄洪底孔，其進(jìn)口高程876.00 m，后部與大壩泄洪表孔（布置11#壩段）共用一個(gè)消能設(shè)施。

表2 施工導(dǎo)流方式比選一覽表

若永久泄洪底孔與導(dǎo)流底孔結(jié)合，則需要：

（1）將永久泄洪底孔與大壩表孔由相鄰布置調(diào)整為相間布置，其后部消能設(shè)施不再共用。

（2）將永久泄洪底孔靠向左岸臺地布置，將其孔口尺寸加大到8.0 m×5.0 m，將其進(jìn)口底高程由876.00 m降至871.00 m，為此增加石方開挖約22 500 m3，增加混凝土澆筑約7 000 m3。

以上調(diào)整惡化了永久泄洪底孔的出流條件，加大了永久底孔及其消能設(shè)施的工程量和投資，并且底孔進(jìn)口高程低于水庫運(yùn)行50年泥沙淤積高程（874.20 m），因而是不合理的。

4 導(dǎo)流程序

工程施工導(dǎo)流程序如下：

階段1：第1年4月1日至第1年8月31日，一期高噴平臺擋水、原河床過水，在第1年8月底前形成左岸導(dǎo)流底孔及上、下游導(dǎo)墻。第1年度汛洪水標(biāo)準(zhǔn)為5年一遇，相應(yīng)洪峰流量333 m3/s。

階段2：第1年9月15日，河床截流，導(dǎo)流底孔過水；在第1年10月底前將圍堰加高培厚至設(shè)計(jì)高程。

階段3：第1年11月初至第3年4月底，上下游土石圍堰及混凝土縱向?qū)跛?，?dǎo)流底孔過水；在此期間，開挖右岸基坑，澆筑左右岸壩體、泄水建筑物及電站廠房。第2年度汛洪水標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇，相應(yīng)洪峰流量425 m3/s。

階段4：第3年5月初至第3年10月底，壩體、下游土石圍堰及下游導(dǎo)墻擋水度汛，導(dǎo)流底孔過水；在此期間，繼續(xù)澆筑壩體及泄水建筑物，并進(jìn)行電站機(jī)組安裝。第3年壩體臨時(shí)度汛洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，相應(yīng)洪峰流量636 m3/s。

階段5：第3年11月1日，導(dǎo)流底孔下閘，水庫蓄水。第4年4～5月進(jìn)行導(dǎo)流底孔封堵施工。底孔下閘設(shè)計(jì)流量為5年一遇11月平均流量13.9 m3/s。

5 水力計(jì)算

5.1 原河床過水

從壩址附近地形條件看，主壩位于河床轉(zhuǎn)彎處，左岸臺地具備布置導(dǎo)流明渠及大壩底孔條件。施工時(shí)，需在這些部位預(yù)留巖坎（或修建擋水小圍堰）。巖坎（或小圍堰）擋水標(biāo)準(zhǔn)為5年一遇，洪峰流量為333 m3/s。

由于巖坎不侵占河床斷面，小圍堰對河床侵占亦小，故認(rèn)為該處水位即為原河床水位。

5.2 導(dǎo)流底孔過水

河床截流后，工程即進(jìn)入圍堰（或壩體）擋水階段，此時(shí)泄水建筑物均為導(dǎo)流底孔及導(dǎo)流明渠，其上游水位與下泄流量關(guān)系曲線計(jì)算如下：根據(jù)底孔泄流曲線，導(dǎo)流底孔流態(tài)從無壓流經(jīng)半有壓流變?yōu)橛袎毫?。?dāng)?shù)卓浊八钚∮?.2倍孔高時(shí)，按無壓流公式計(jì)算；當(dāng)?shù)卓浊八畲笥?.5倍孔高時(shí)，按有壓流公式計(jì)算。

5.3 導(dǎo)流底孔泄流曲線

導(dǎo)流底孔斷面為矩形，寬8.0 m，高5.0 m，長約48.0 m，居中布設(shè)在左岸8#非溢流擋水壩段，其進(jìn)口底高程為871.00 m，出口底高程為870.76 m，縱坡5‰。

導(dǎo)流底孔上游水位—流量關(guān)系曲線見表3。

表3 導(dǎo)流底孔上游水位—流量關(guān)系表

6 導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)

6.1 導(dǎo)流建筑物布置

導(dǎo)流建筑物包括一期圍堰、二期上下游圍堰、二期上下游導(dǎo)墻、上游引渠、導(dǎo)流底孔及下游明渠等。

一期利用原河床過水，在左岸臺地施工。

二期利用設(shè)在左岸8#非溢流擋水壩段的導(dǎo)流底孔泄流，其進(jìn)口底高程為871.00 m，出口底高程為870.76 m，縱坡5‰。

導(dǎo)流底孔上游引水渠及下游泄水明渠底寬均為18.0 m，上游引渠縱坡為5‰，下游泄水明渠縱坡為1.00%。

6.2 導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)

6.2.1 上游圍堰

上游圍堰使用期限為1年，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇，相應(yīng)洪峰流量為425 m3/s。圍堰安全超高取0.50 m，風(fēng)浪爬高取1.18 m，上游圍堰堰頂高程為883.00 m。

上游圍堰為土石結(jié)構(gòu)，最大堰高14.2 m，堰體防滲采用高噴防滲墻+土工膜，圍堰上、下游坡比均為1∶2，堰頂寬10 m。上游圍堰斷面詳見圖1。

圖1 上游圍堰斷面圖

6.2.2 下游圍堰

下游圍堰為土石結(jié)構(gòu)，堰頂高程為872.5 m，最大堰高5.3 m，堰體防滲采用高噴防滲墻，圍堰上、下游坡比均為1∶2，頂寬6 m。

6.2.3 導(dǎo)流底孔及上下游引渠

導(dǎo)流底孔斷面為矩形，寬8.0 m，高5.0 m，長約40.0 m，居中布設(shè)在左岸8#非溢流擋水壩段，縱坡5‰。

導(dǎo)流底孔上游引渠底寬為18.0 m，縱坡為5‰，渠底無襯砌；下游泄水明渠底寬為18.0 m，縱坡為1.00%，渠底及邊坡采用了30 cm厚C25鋼筋混凝土襯砌。

上游引渠臨河側(cè)布置上游縱向?qū)Γ掠蚊髑R河側(cè)布置下游縱向?qū)?，上、下?dǎo)墻均為碾壓混凝土結(jié)構(gòu)。

上游導(dǎo)墻最大高度15.0 m，頂寬3 m，上游鉛直，下游坡比為1∶0.70。下游導(dǎo)墻最大高度8.7 m，頂寬2 m，上游鉛直，下游坡比為1∶0.70。

6.2.4 導(dǎo)流底孔封堵

導(dǎo)流底孔下閘封堵選定在第3年11月初進(jìn)行，封堵閘門及啟閉設(shè)備需在第3年10月底前安裝就位。導(dǎo)流底孔下閘設(shè)計(jì)流量采用5年一遇11月平均流量13.9 m3/s，底孔上游水位872.10 m，閘前水深1.10 m。

導(dǎo)流底孔采用微膨脹混凝土全壩段封堵，并進(jìn)行接縫灌漿。

7 結(jié)語

本工程壩址處河谷為不對稱U形谷，谷底寬150 m，主河槽寬50 m，左、右岸臺地寬約50 m。工程施工可利用左岸臺地預(yù)留的巖坎擋水，進(jìn)行左岸1#～9#壩體及上下游導(dǎo)墻澆筑，二期圍堰截流后即可進(jìn)行全壩段施工。

本工程施工導(dǎo)流采用河床分期（底孔）導(dǎo)流方案，且全部為露天施工，導(dǎo)流工程投資較少且施工工期容易得到保證，因而是經(jīng)濟(jì)的，也是合理的。