淺談溪頭水庫新建工程施工導流設計與施工

(湖南興禹建設有限公司，湖南 常德 415000)

1 工程概況

溪頭水庫位于郴州市汝城縣大坪鎮(zhèn)東北溪頭村境內，距離鎮(zhèn)區(qū)6.50km，離汝城縣城13.50km。坐落在洡水末端浙江支流鐵爐江上游左支梨頭咀，壩址控制集雨面積3.13km2，壩址以上河流長度2.70km，河流坡降145‰。大壩由河床溢流壩段和兩岸非溢流壩段組成，為漿砌石重力壩，壩頂高程798.00m，壩頂寬5m，壩頂軸線長220m，最大壩高47.50m，壩頂上游側設置防浪墻，防浪墻頂高程799.2m；溢流壩段位于壩體中部，采用開敞式WES 堰，共2 孔，總凈寬8m，堰頂上設人行橋，消能防沖采用底流消能的方式。輸水箱涵布置于右岸非溢流壩段內，直徑為1m，進口設置啟閉機房及工作、檢修兩道閘門，進口高程為767.50m；放空涵管(兼施工導流涵管)直徑為1.35m，進口高程764.00m。水庫正常蓄水位796.00m，總庫容221.76萬m3。溪頭水庫是一座以抗旱應急供水為主，兼為灌溉、防洪等綜合利用的擬新建小(1)型水庫。

溪頭水庫工程等別為Ⅳ等工程，主要建筑物級別為4 級，次要建筑物級別為5 級。項目概算總投資約7100萬元。

2 工程水文

壩址流域內植被較好，屬于低崗山區(qū)地形。清江位于汝城縣境內，屬洪河一級支流、萌渚水二級支流、瀟水三級支流、湘江四級支流，發(fā)源于汝城縣大石橋鄉(xiāng)的立下源，經源口、中洞、上洞、白泉塘，于白芒營鎮(zhèn)的黃泥江村匯入洪河。

根據提供的9月—次年3月、10月—次年3月、11月—次年3月3個時段5%、20%、50%各頻率洪水，利用龍虎洞水庫雨量站多年逐月最大日降雨實測資料(1960—2012年降雨量)，作為施工洪水計算基礎數據，并依據《暴雨洪水查算手冊》計算各分期施工洪水(如下表所列)。

洪水溪頭水庫施工洪水成果表 單位：m3/s

汝城縣屬中亞熱帶季風濕潤氣候區(qū)，具有氣候溫和，雨量充沛，日照充足，四季分明，春夏多雨，秋冬多旱，夏無酷熱，冬無嚴寒的氣候特征。根據汝城氣象站資料統(tǒng)計，多年平均氣溫16.60℃，歷年極端最高氣溫36.40℃，歷年極端最低氣溫-9.80℃，多年平均風速為2.30m/s，歷年最大風速為20.30m/s，多年平均相對濕度82%，多年平均無霜期為275 天。

3 工程地質條件

溪頭水庫庫區(qū)屬中低山沖溝、山谷地貌，整個庫水局限于花崗巖山體山谷內。鐵爐江總體自NE 流向SW，河谷呈“U”形。Ⅰ號壩線(仙殿壟壩線)位于鐵爐江右支流，河床寬20～25m；Ⅱ號壩線(犁頭咀壩線)位于鐵爐江左支流，河床寬73～76m;Ⅲ號壩線(下游壩線)位于鐵爐江干流，河床寬136～140m。庫區(qū)兩岸山頂高程一般在800m 以上，山間谷地高程亦在740～7550m，山坡坡度一般30～45°，地形起伏較大。

壩址右岸上、下游均有一處相對平緩臺地，上下游臺地高程均在771.00～784.00m之間，上游臺地面積約2000m2，下游臺地可分成兩級，總面積約3000m2。以上場地均可作為施工布置用地，完全能滿足施工輔企布置要求。

本工程根據地勘成果，可在下游溪頭村開采黏土料。砂采取外購方式由其他承包人提供。石骨料采用開采的塊石人工制碎石，開采的塊石成分為花崗巖，巖石堅硬，飽和抗壓強度高，成塊率高，質量較好，適于作塊石料，或人工破碎骨料。

4 施工導流設計

4.1 導流標準

按照水利部《水利水電工程施工組織設計規(guī)范》(SL303—2004)，本工程施工導流建筑物為5級，相應導流建筑物設計洪水標準為3～5年一遇洪水，本工程采用土石圍堰，根據本工程特點，導流標準擬采用枯水期5年一遇洪水，枯水期段11月～次年3月洪峰流量4.20m3/s(一期圍堰擋水時段為9～10月，導流流量取9月～次年3月洪峰流量為7.99m3/s)。根據《水利水電工程施工組織設計規(guī)范》(SL303—2004)規(guī)定：本工程施工度汛采用20年一遇洪水標準，洪峰流量為28.04m3/s，設計度汛水位768.50m。

4.2 導流方式選擇

壩址河谷地形地質條件是選擇導流方式的主要因素，由于壩址位于“U”形河谷，正常蓄水位796.00m時河谷寬達194m，大壩兩岸均為山體，明渠導流明顯不合適，隧洞導流成本太高，結合壩址處地形條件，宜采用分期導流方式。一期采用左岸束窄河床導流，一期上下游及縱向圍堰擋水，主要施工導流涵管。導流涵管鋪設完成后即可開始二期圍堰填筑，同時，可進行大壩左岸一期基坑內大壩壩體施工。待二期上下游圍堰填筑完成后，可進行大壩全斷面施工。施工度汛可利用大壩壩體溢流壩段預留缺口。

4.3 導流方案

根據建筑物布置及壩址地形、地質條件和鐵爐江的水文特性，導流方案為：第一年9月開始一期上下游及縱向圍堰填筑(含圍堰基礎截水溝開挖)，9月底圍堰填筑全部完成，主體工程具備施工條件。9月開始導流涵管底部基礎開挖，然后澆筑基礎面混凝土，基礎面混凝土澆筑完成后，進行導流涵管底部基礎處理?；A處理完成后再進行導流涵管底部漿砌石砌筑，最后鋪設導流涵管。10月底，導流涵管具備過流能力。

第一年11月進行二期圍堰填筑，同時一期基坑范圍內壩體可繼續(xù)施工。11 月底二期圍堰填筑完成，可進行大壩全斷面施工。第一個枯水期末(3月底)，大壩施工至高程771m 以上(高于設計施工度汛水位768.50m)，溢流段頂高程767.00m。汛期度汛可采用導流涵管及預留溢流段缺口導流。汛期繼續(xù)施工大壩非溢流段。到第二個枯水期(10 月初)，可利用導流涵管繼續(xù)導流，大壩可全斷面同時施工。導流方案布置見圖1。

圖1 導流方案布置

4.4 導流建筑物設計

4.4.1 導流底涵

根據壩址地形及永久建筑物布置特點，導流底涵布置于右岸非溢流壩體內，其進口高程考慮后期作為放空涵管使用，應適當高于現狀地面線，以防淤積使閘門難以啟閉，導流涵管進口高程定位764.30m(導流涵管與大壩上游相交處高程764.00m)，出口高程 760.00m，為1根內徑為1.35m預制混凝土涵管(壩體內內徑1.35m 鋼管)，導流涵管長130m，考慮到管頂會過重車，涵管擬專門預制，為鋼筋混凝土管，管壁厚25cm。導流涵管壩體以外部分底部設0.30m厚墊層，包角為120°，墊層寬度2.30m。具體見圖2。

4.4.2 一期圍堰

一期圍堰采用土石圍堰型式(見圖3)，一期圍堰擋水時段為第一年9—10月底。設計導流流量取9月—次年3月5年一遇洪水7.99m3/s，束窄河床過水，通過計算，一期圍堰設計擋水水位為764.35～761.05m，考慮圍堰超高與風浪加高，圍堰頂高程取765.00～762.00m，圍堰平均高度約3m。圍堰頂寬取4m，兩側邊坡1∶2，一期圍堰軸線長204m。堰體采用黏土心墻防滲，考慮到一期圍堰擋水時段較短，為節(jié)約投資，堰基不做防滲?；邮┕r滲水采用開挖截水溝，水泵抽排。

圖2 一期基坑導流涵管施工示意圖

圖3 一期圍堰斷面

4.4.3 二期圍堰

二期圍堰采用土石圍堰型式(見圖4)，二期圍堰擋水時段為第一年11月—3月底，導流涵管過流，設計導流流量取11月—次年3月5年一遇洪水4.20m3/s。

圖4 二期上游圍堰斷面

通過計算，二期上游圍堰設計擋水水位為767.23m，考慮圍堰超高與風浪加高，圍堰頂高程取768.00m，圍堰平均高度約4.50m?？紤]到圍堰堰頂過車，圍堰頂寬取8m，兩側邊坡1∶2。堰體采用黏土心墻防滲，基礎采用高噴灌漿防滲，高噴灌漿采用單排布置，間距1m，灌漿與強風化巖層搭接。二期上游圍堰軸線長119m。

二期下游圍堰設計擋水水位為導流流量下天然河床水位，通過查壩址處水位流量關系曲線確定二期下游圍堰設計擋水水位為761.35m，考慮圍堰超高與風浪加高，圍堰頂高程取762.00m，圍堰平均高度約2m(見圖5)?？紤]到圍堰堰頂過車，圍堰頂寬取8m，兩側邊坡1∶2。堰體采用黏土心墻防滲，考慮到本河道坡降非常大(壩址處約4%)，河道枯期平均流量小，為節(jié)約投資，二期下游圍堰堰基不做防滲。二期下游圍堰軸線長76m。

圖5 二期下游圍堰斷面

5 導流建筑物施工

5.1 導流涵管施工

導流涵管采用預制鋼筋混凝土管(壩體內為內徑1.35m 鋼管)，管徑1.35m，壁厚0.25m，單根長2m。導流涵管大壩以外部分設C15混凝土墊層，墊層厚度0.30m，包角為120 度，墊層寬度2.30m。墊層混凝土施工采用主體工程混凝土拌和系統(tǒng)拌制混凝土，膠輪車運輸入倉，插入式振搗器振搗。模板采用鋼模板。導流涵管安裝如圖6所示。

圖6 現場施工圖

5.2 圍堰施工

圍堰石渣填筑可利用大壩常遇水位以上開挖石料，開挖石直接裝8～10t自卸汽車運輸至圍堰填筑部位翻卸，74kW推土機攤鋪兼碾壓，堰體心墻采用黏土填筑，施工方法同石渣回填。黏土料從土料場取土，運距約4km。圍堰高噴灌漿采用三管法施工，采用單排布置，間距1m。上、下游圍堰施工如圖6所示。

6 施工排水主要工作項目

基坑排水包括初期排水和經常性排水，本工程采用明溝排水系統(tǒng)。排水系統(tǒng)應兼顧基坑開挖和開挖后修建主體建筑物兩個時期?；觾炔贾门潘蓽稀⒅?，隨基坑進展逐漸加深干溝和支溝，集水井布置在建筑物輪廓線外側，集水井井底低于干溝溝底。初期排水按5d 排干計算，經常性排水包括基坑滲水、降雨及施工棄水等，利用初期排水設備能滿足要求。

本工程施工排水控制的主要工作項目包括：大壩工程施工圍堰的基坑排水；施工汛期洪水的防護。

7 結 語

溪頭水庫新建工程導流工程的設計與施工，為之后擋水工程、泄洪工程、引水建筑物工程、交通工程、房屋建筑工程、其他建筑工程的土建工程和機電金結設備制造及安裝工程等打下良好的基礎，保證了溪頭水庫新建工程順利實施。該水庫工程的建設，將有效緩解盧陽鎮(zhèn)水矛盾，提高盧陽鎮(zhèn)抗旱能力，解決盧陽鎮(zhèn)供水水源不足及人飲安全等問題。