堰河水庫施工導(dǎo)流與度汛設(shè)計(jì)實(shí)例

【摘要】 堰河水庫大壩為混凝土重力壩，本文詳細(xì)介紹了該重力壩施工導(dǎo)流與度汛設(shè)計(jì)方案。

【關(guān)鍵詞】 重力壩；隧洞導(dǎo)流；缺口度汛

1、工程概況

堰河水庫位于湖北省谷城縣五山鎮(zhèn)，為新建水庫工程，主要任務(wù)是灌溉和供水。水庫總庫容563萬m3，為Ⅳ等?。?）型工程，大壩布置于堰河主河床，壩型為常態(tài)混凝土重力壩，壩頂高程212.40m，最大壩高46.4m，壩頂寬4m，長114m，共分為7個(gè)壩段，兩岸各有2個(gè)非溢流壩段，中間3個(gè)壩段為溢流壩段。溢流壩采用WES實(shí)用堰，無閘門控制，堰頂高程208.00m。大壩土石方開挖量11.1萬m3，混凝土澆筑量6.7萬m3。

2、水文氣象條件

堰河為漢江的二級(jí)支流，總流域面積211km2，堰河水庫位于流域的上游，控制流域面積37.38km2，河長14.39km，平均坡降達(dá)63.2‰。流域降雨量年內(nèi)分配不均，主要分布在5～9月，冬季降雨量較少。洪水由暴雨形成，具有集水時(shí)間短、匯流快、陡漲陡落的特點(diǎn)，洪水過程以單峰性洪水為主，洪水歷時(shí)1～2天。枯水期為10～4月，其中11～3月最枯。壩址處各分期5～20年一遇設(shè)計(jì)流量如下表：

3、地形地質(zhì)條件

壩址處河谷呈左右岸略對(duì)稱的“V”型谷，為斜向谷。該處為河流的拐彎處，河流凸向右岸，大致流向?yàn)橛杀敝聊限D(zhuǎn)為由北西至南東，該處河谷寬約28m，河底高程約174m，非下雨時(shí)節(jié)溝谷內(nèi)水面寬2m，水深0.3m，河床兩岸山腳均為基巖陡坎。壩址區(qū)出露地層主要為中元古界下武當(dāng)群楊坪組（Ptw1y3）和第四系全新統(tǒng)（Q4）的松散地層。巖層傾向340～355°，傾角14～20°，整體傾向北北西，巖層為單斜構(gòu)造，壩址區(qū)河谷為斜向谷，兩岸山體大部分基巖出露，山坡中部為殘坡積碎石土層所覆蓋。兩岸壩肩上強(qiáng)風(fēng)化帶較厚，一般7.5～9.8m；壩基河床部位強(qiáng)風(fēng)化帶相對(duì)較薄，一般3～4m。

根據(jù)下文選定的導(dǎo)流方案，導(dǎo)流洞位于河道左岸，埋深一般20～60m，洞向NE102°。洞臉口位置山坡傾向約270°，坡度45°，坡度較陡峭，洞線走向與坡面近垂直。洞身所處地層巖性為武當(dāng)群楊坪組（Ptw1y2）石英片巖，隧洞進(jìn)出口段屬于Ⅲ～Ⅳ類圍巖，穩(wěn)定性較差，會(huì)產(chǎn)生塑性變形，中部洞身段屬于Ⅲ類圍巖，局部穩(wěn)定性差，毛洞短時(shí)間內(nèi)可穩(wěn)定。

圍堰處河谷寬約20m，兩岸均為陡崖，基巖出露，河床覆蓋層最大厚度5.6m，覆蓋層物質(zhì)組成為第四系沖洪積砂卵石層，為中密～密實(shí)狀，滲透系數(shù)為3.5×10-3cm/s，屬中等透水性。下伏強(qiáng)風(fēng)華武當(dāng)群楊坪組（Ptw1y3）石英片巖，為弱～中等透水性。

4、施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)

4.1導(dǎo)流方式

大壩兩岸地勢(shì)陡峭，坡度大于45°，且河床狹窄，不具備明渠導(dǎo)流及分期導(dǎo)流條件，大壩施工推薦采用全段圍堰擋水，左岸隧洞過流的導(dǎo)流方式。

4.2導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)

混凝土重力壩級(jí)別為4級(jí)，根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》及《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，本工程臨時(shí)建筑物為5級(jí)，導(dǎo)流建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)為5～10年一遇?？紤]到5年一遇和10年一遇設(shè)計(jì)流量相差較大，壩址下游居民少且無重要企業(yè)，導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)選擇5年一遇。

全年和枯水期5年一遇洪峰流量相差較大，若采用全年導(dǎo)流，導(dǎo)流洞洞徑需達(dá)到4m×6m，臨時(shí)工程投資費(fèi)用較枯水期導(dǎo)流方案大幅增加。根據(jù)流域洪水特點(diǎn)、工程特性及施工進(jìn)度安排，分析比較了11～3月、11～4月、10～4月三個(gè)時(shí)段。

大壩最大壩高46.4m，其中河床以下部分高8.2m，綜合考慮壩基開挖、基礎(chǔ)固結(jié)灌漿、壩體澆筑進(jìn)度安排及導(dǎo)流工程投資，導(dǎo)流時(shí)段選擇為11月～次年4月，相應(yīng)5年一遇洪峰流量為43.62 m3/s。

4.3導(dǎo)流建筑物布置

壩址位于河流的拐彎處，河流凸向右岸，導(dǎo)流洞布置于河道左岸，呈直線布置，進(jìn)口在壩體上游約300m處，進(jìn)水條件較好，出口選擇在大壩下游約460m處，出口水流與主河道流向交角約24°，隧洞全長336m。大壩上游圍堰布置于大壩上游約120m處，該處河道較窄，兩岸基巖出露，便于圍堰防滲處理。大壩護(hù)坦末端下游約40m處現(xiàn)狀有一攔河堰，導(dǎo)流期間下游水位低于現(xiàn)狀攔河壩堰頂高程，因此大壩下游可不設(shè)圍堰。

4.4導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)

（1）導(dǎo)流隧洞

導(dǎo)流隧洞采用城門洞型，后期在洞內(nèi)鋪設(shè)管道作為放空和供水管，隧洞按4級(jí)永久建筑物設(shè)計(jì)?？紤]到洞內(nèi)管道、鎮(zhèn)墩施工及檢修需要，洞徑不宜小于2.5m×3.5m。經(jīng)水力計(jì)算導(dǎo)流隧洞采用上述斷面時(shí)可滿足枯水期5年一遇洪水導(dǎo)流要求，因此導(dǎo)流洞斷面尺寸擬定為2.5m×3.5m，頂拱包含角120°。

導(dǎo)流隧洞由進(jìn)水渠段、閘井段、洞身段、出口消力池段組成，進(jìn)口底板高程176.50m，出口高程171.00m，總長368.68m，底坡1.68%。引渠段長7.5m，渠道由0.3m厚C25混凝土襯砌，底部高程176.5m，邊坡1：0.3，擴(kuò)散角6°；閘井段長15m，閘底板高程176.5m，進(jìn)水口三面收縮為喇叭口，閘墩及頂拱為1/4橢圓曲線，控制段設(shè)閘門，導(dǎo)流結(jié)束后作為沖砂閘；洞身段全長321.18m，進(jìn)口20m及出口25m為C25鋼筋混凝土全斷面襯砌，襯砌厚度均為0.4m，中部底板采用C25混凝土找平，厚0.2m，中部洞身為0.1m厚C25素噴混凝土襯砌；消力池長20m，擴(kuò)散角10°，斜坡段坡比1：4，底板高程169.40m。

主體工程施工完成后，導(dǎo)流洞進(jìn)口閘門下閘擋水，于隧洞進(jìn)口襯砌段后澆筑混凝土封堵體并埋設(shè)鋼管，供水庫放空、沖砂及供水之用。

（2）上游圍堰

圍堰型式選擇為土石圍堰，筑堰材料為粘土、河床砂卵石及開挖石渣，堰體采用粘土心墻防滲，心墻頂寬1m，坡比為1：0.5；圍堰處河床砂礫石覆蓋層最大厚度5.6m，左右岸均基巖出露，其中左岸岸坡巖體破碎，局部為倒坡，圍堰填筑前需將表面破碎巖體和倒坡清除。圍堰基礎(chǔ)挖截滲槽回填粘土防滲，截滲槽開挖邊坡1：1.5，底寬不小于3m；圍堰設(shè)計(jì)頂寬5m，坡比1：2，迎水面、背水面回填開挖石渣，石渣與心墻之間填筑河床砂卵石。根據(jù)隧洞泄流能力與壩址處P=20%洪水過程線調(diào)洪演算得堰前最高水位為181.71m，對(duì)應(yīng)下泄流量為41.48m3/s。圍堰擋水后堰前水深、吹程均較小，風(fēng)浪爬高可忽略不計(jì)，堰頂高程取擋水水位加0.5m安全超高，為182.40m，最大堰高約7.7m。

5、施工度汛

根據(jù)施工進(jìn)度安排，在第1年10月底截流，在進(jìn)行完圍堰閉氣、基坑排水后，即著手進(jìn)行基坑范圍內(nèi)的壩基開挖。兩岸壩肩水上部分開挖可在截留前進(jìn)行。大壩混凝土計(jì)劃于第1年12月開始澆筑，至第二年4月底，大壩非缺口壩段澆筑至189m高程，缺口壩段上升至缺口高程185m?；炷翝仓┕r(shí)間月5個(gè)月，月上升高度4.6m，混凝土澆筑方量3.9萬m3，月高峰強(qiáng)度1萬m3。第2年5月～10月為汛期，壩體缺口度汛。堰河水庫壩型為混凝土重力壩，臨時(shí)度汛期間壩體攔洪庫容小于0.1億m3，根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》，壩體施工期臨時(shí)度汛洪水標(biāo)準(zhǔn)選擇為10年一遇，設(shè)計(jì)流量為198m3/s。汛期由大壩臨時(shí)斷面擋水，導(dǎo)流隧洞和大壩缺口聯(lián)合過流，缺口壩段停止施工，其他壩段繼續(xù)澆筑上升。缺口壩段寬20m，預(yù)留缺口高程185m，經(jīng)調(diào)洪演算，汛期壩前最高水位為187.83m，導(dǎo)流隧洞最大下泄流量為59m3/s，大壩缺口下泄流量136m3/s。為防止高速水流對(duì)壩腳的沖刷破壞，汛前完成壩腳回填和下游鋼筋混凝土護(hù)坦?jié)仓Ｑ春笸瓿扇笨趬味螡仓?/p>

6、結(jié)語

通過對(duì)堰河水庫壩址處水文、地形、地質(zhì)條件分析，結(jié)合主體工程布置情況和施工工期安排，采用了技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理的施工導(dǎo)流和度汛方案，為大壩施工安全、施工進(jìn)度提供了保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]SL252-2017水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)[S]。

[2] SL303-2017水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范[S]。

[3]SL623-2013水利水電工程施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)規(guī)范[S]。

[4] 水利水電工程施工手冊(cè)（第5卷：施工導(dǎo)截流與度汛工程）[M]，中國電力出版社，2005。

作者簡介：周進(jìn)（1987-），男，工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作。