大同市守口堡水庫(kù)施工導(dǎo)流方式的研究

閆 磊 王學(xué)武

（1.山西省晉中市水利建筑工程總公司山西晉中030600；2.山西省水利水電工程建設(shè)監(jiān)理有限公司山西太原030002）

1 項(xiàng)目概況

大同市守口堡水庫(kù)位于陽(yáng)高縣黑水河上游段，守口堡水庫(kù)是我國(guó)設(shè)計(jì)的第一座用于永久工程的膠凝砂礫石壩，壩頂長(zhǎng)366 m，最大壩高61 m。泄水建筑物集中布置于壩體，壩體中部設(shè)有6 孔凈寬9 m 的溢流表孔，4 孔沖沙泄流底孔對(duì)稱布置于溢流表孔兩側(cè)，斷面尺寸為4.0 m×4.8 m。設(shè)計(jì)總庫(kù)容980 萬(wàn)m3，工程等別為Ⅳ等，主要建筑物為4 級(jí)，次要建筑物為5 級(jí)，臨時(shí)建筑物5 級(jí)，洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)選定重現(xiàn)期為50年一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)期為500年一遇。地震設(shè)防烈度7度。壩址區(qū)河谷為“U”型谷，河谷寬約220.0 m，地形較平坦。兩岸山勢(shì)陡峻，右岸邊坡較陡，坡度50°，左岸邊坡相對(duì)較緩，坡度29°。

2 設(shè)計(jì)導(dǎo)流方式

2.1 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)

守口堡水庫(kù)屬小(1)型水庫(kù)，工程等別為Ⅳ等，樞紐工程主要建筑物級(jí)別為4 級(jí)，次要建筑物級(jí)別為5級(jí)，根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL303-2004）的規(guī)定，導(dǎo)流建筑物級(jí)別為5 級(jí)，設(shè)計(jì)洪水按P=10%標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。導(dǎo)流時(shí)段為全年，相應(yīng)流量466 m3/s。

2.2 導(dǎo)流設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的導(dǎo)流方式為：全斷面導(dǎo)流、上下游修建全斷面土石圍堰，下接消力池、導(dǎo)流明渠、導(dǎo)流洞泄流。

上游圍堰位于壩址上游約1.1 km 處，圍堰處河床及河漫灘寬272 m，河床段地面相對(duì)高程5～7 m，河漫灘地面相對(duì)高程7～8 m。圍堰兩岸為裸露基巖，河床地下水水位相對(duì)高程4.0～5 m。圍堰為砂卵石土石圍堰，上游圍堰長(zhǎng)275.8 m，堰頂相對(duì)高程20.4 m，堰頂寬度5 m，最大堰高15.0 m。迎水面邊坡1∶2.0，背水面邊坡1∶1.8，迎水面采用干砌石護(hù)坡，圍堰堰體防滲采用土工膜，堰基采用高噴防滲。

下游圍堰長(zhǎng)91.9 m，堰頂相對(duì)高程為3.0 m，頂寬3 m，最大堰高4.0 m，上游邊坡1∶1.5，下游邊坡1∶2.0，迎水面采用編織袋土防滲，堰基不考慮防滲。

消力池長(zhǎng)50 m，底寬4 m，最大深度8 m，采用鋼筋混凝土防滲。

導(dǎo)流明渠長(zhǎng)800 m，底寬4m，深度4～12 m，采用鉛絲石籠護(hù)砌、土工膜防滲。

導(dǎo)流隧洞布置于河床右岸，斷面為城門洞型，底寬7 m，高8.02 m?？傞L(zhǎng)度為310 m，進(jìn)口底相對(duì)高程7.0 m，出口底相對(duì)高程4.0 m。

2.3 導(dǎo)流工程費(fèi)用

按照設(shè)計(jì)的導(dǎo)流方式，計(jì)算的導(dǎo)流措施費(fèi)用如下：上游圍堰費(fèi)用為500 萬(wàn)元，下游圍堰費(fèi)用10 萬(wàn)元，消力池費(fèi)用250 萬(wàn)元，導(dǎo)流明渠費(fèi)用580 萬(wàn)元，導(dǎo)流洞679 萬(wàn)元?？傎M(fèi)用2 019 萬(wàn)元，占主體標(biāo)費(fèi)用的12.1%，詳見(jiàn)表1。

表1 工程總費(fèi)用 單位：萬(wàn)元

2.4 問(wèn)題分析

守口堡水庫(kù)屬?。?）水庫(kù)，工程導(dǎo)流費(fèi)用占主體費(fèi)用的比例偏高。如果計(jì)入改線公路費(fèi)用730 萬(wàn)元、主體臨建費(fèi)用860 萬(wàn)元，臨時(shí)費(fèi)用占主體標(biāo)費(fèi)用的比例將高達(dá)21.6%，因此，如何盡可能地降低臨時(shí)費(fèi)用在主體標(biāo)費(fèi)用的占比，就成為擺在建設(shè)管理者面前的一個(gè)難題。

3 建議導(dǎo)流方式

守口堡水庫(kù)大壩工期3年，實(shí)際工期估計(jì)6年。在這樣的工程進(jìn)度下，采取分期導(dǎo)流的方式，也不失為一個(gè)值得認(rèn)真考慮的建議。

3.1 可行性研究

守口堡水庫(kù)壩址區(qū)河谷為“U”型谷，河谷寬約220.0 m，地面相對(duì)高程4～10 m，地形較平坦，具有分期導(dǎo)流的地形條件。其次，根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算的洪水分析成果及壩址處水位——流量關(guān)系見(jiàn)表2、表3。

表2 洪水分析成果表

表3 守口堡水庫(kù)壩址處水位-流量關(guān)系

從表2 可知：洪水按P=10%標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，洪峰流量約為450 m3/s，采用半河寬度泄流時(shí)，洪峰流量增加一倍按900 m3/s 考慮。從表3 可知：洪峰流量1 000 m3/s時(shí)的洪水高度為2.3 m。考慮一定的安全系數(shù)，圍堰高度采用4 m，完全能滿足P=10%洪水頻率、全時(shí)段導(dǎo)流、相應(yīng)流量900 m3/s 的要求。

采用分兩期導(dǎo)流方式時(shí)，可圍繞開(kāi)挖基坑先修筑左岸（或右岸）的縱橫向圍堰，圍堰迎水面仍采用干砌石護(hù)坡、土工膜防滲的砂卵石土石圍堰，只是高噴防滲墻工程量是原設(shè)計(jì)的2.3 倍，圍堰長(zhǎng)度是原設(shè)計(jì)的2.3 倍。

3.2 費(fèi)用分析

圍堰頂寬按4 m 設(shè)計(jì)，坡度同原設(shè)計(jì)時(shí)，費(fèi)用總測(cè)算為：830 萬(wàn)元。其中：圍堰填筑29 800 m3，費(fèi)用454 450 元；50 cm 干砌石2 800 m3，費(fèi)用336 000 元；土工膜2 800 m2，費(fèi)用44 772 元；30 cm 碎石墊層1680m3，費(fèi)用186 127 元；20 cm 粗砂1 120 m3，費(fèi)用89 801 元；高噴10 280 m，費(fèi)用5 806 555 元；合計(jì)669.7 萬(wàn)元，按20%增加費(fèi)用計(jì)830 萬(wàn)元。

3.3 帶來(lái)的問(wèn)題

原設(shè)計(jì)膠凝砂礫石壩，壩體不設(shè)橫向縫。分期導(dǎo)流施工后，壩體需要設(shè)計(jì)一道橫向縫。膠凝砂礫石壩不設(shè)計(jì)橫縫主要是考慮到膠凝砂礫石水泥用量很少，僅40～50 kg/m3，水化熱很低，因此不需要設(shè)置橫縫以釋放壩體的溫升應(yīng)力及變形。但筆者認(rèn)為：膠凝砂礫石壩即使溫度應(yīng)力低，也有必要設(shè)計(jì)橫縫，因?yàn)槭乜诒つz凝砂礫石壩壩頂長(zhǎng)350 m，大壩建成后的壩基變形以及膠凝料的干縮變形，都有可能使壩體產(chǎn)生較大的應(yīng)力，產(chǎn)生壩體裂縫，因此，膠凝砂礫石壩設(shè)計(jì)橫縫是必要的。

4 方案比較

對(duì)比兩個(gè)導(dǎo)流方案可知：“建議方案”由于采用了分期導(dǎo)流，節(jié)省了消力池、導(dǎo)流明渠、導(dǎo)流洞的費(fèi)用，一期導(dǎo)流結(jié)束時(shí)，可以利用大壩的底孔進(jìn)行二期的泄流，或者，利用一期壩體填筑至和地平面高程一致時(shí)漫頂過(guò)流。

對(duì)比兩個(gè)導(dǎo)流方案的費(fèi)用可知：建議方案”費(fèi)用830 萬(wàn)元，而原設(shè)計(jì)導(dǎo)流方案費(fèi)用為2 019 萬(wàn)元，節(jié)省費(fèi)用1 189 萬(wàn)元。節(jié)省比例58.8%，導(dǎo)流工程費(fèi)用占主體標(biāo)費(fèi)用降低為4.96%；即使計(jì)入改線公路費(fèi)用730萬(wàn)元、主體臨建費(fèi)用860 萬(wàn)元，臨時(shí)費(fèi)用占主體標(biāo)費(fèi)用的比例也將降低為14.4%；同時(shí)，膠凝砂礫石壩橫縫的設(shè)計(jì)，也有利于避免壩體橫向裂縫的產(chǎn)生。

5 結(jié)論

守口堡水庫(kù)膠凝砂礫石壩壩址具有分期導(dǎo)流的良好地形條件，通過(guò)對(duì)原設(shè)計(jì)導(dǎo)流方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，得出：原設(shè)計(jì)導(dǎo)流方案偏于保守、標(biāo)準(zhǔn)高，造成了導(dǎo)流工程費(fèi)用占主體標(biāo)工程費(fèi)用的比例高達(dá)12.1%；如果計(jì)入公路改線及主題臨建費(fèi)用，臨時(shí)費(fèi)用占主體標(biāo)費(fèi)用的比例將高達(dá)21.6%；在此基礎(chǔ)上，提出了分期導(dǎo)流施工的新方案，通過(guò)對(duì)分期導(dǎo)流施工新方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，得出：新導(dǎo)流方案技術(shù)上是可行的、經(jīng)濟(jì)上是合理的，新方案的費(fèi)用僅830 萬(wàn)元，而原設(shè)計(jì)導(dǎo)流方案費(fèi)用為2 019 萬(wàn)元，節(jié)省費(fèi)用1 189 萬(wàn)元。節(jié)省比例58.8%，導(dǎo)流工程費(fèi)用占主體標(biāo)費(fèi)用降低為4.96%；即使計(jì)入改線公路費(fèi)用730 萬(wàn)元、主體臨建費(fèi)用860 萬(wàn)元，臨時(shí)費(fèi)用占主體標(biāo)費(fèi)用的比例也將降低為14.4%；最后，對(duì)膠凝砂礫石壩提出了設(shè)計(jì)橫縫的新建議。