潛明水庫一期工程施工導(dǎo)流創(chuàng)新和優(yōu)化

鄭國兵，呂志升，吳 蕾，余建平，彭銀生

（1.浙江省水利水電勘測設(shè)計院，浙江 杭州 310002；2.縉云縣水利局，浙江 縉云 321400）

1 工程概況

好溪水利樞紐潛明水庫工程一期壩址位于縉云縣雁嶺鄉(xiāng)潛明村下游約1.4 km處。潛明水庫主要工程任務(wù)是以防洪、供水為主，結(jié)合灌溉和發(fā)電，兼顧改善河道水環(huán)境等綜合利用。潛明水庫總庫容7 193萬m3，電站裝機6.0 MW；潛明水庫一期總庫容3 413萬m3，電站裝機3.0 MW。工程規(guī)模為中型，工程等級為Ⅲ等。工程主要建筑物攔河壩、泄水建筑物、發(fā)電引水進水口等建筑物級別為3級，發(fā)電引水建筑物（除進水口）、發(fā)電廠及升壓站等為4級建筑物，臨時性建筑物為5級。

2 水文地質(zhì)條件

2.1 水文條件

本流域降水量時空分布不均，不僅年際變化較大，而且年內(nèi)差異顯著。主雨峰一般發(fā)生于5 — 6月和8 — 9月間。其中，前者以梅雨為主，后者以臺風雨為主，是形成流域大洪水的主要因素。潛明壩址排在首位的實測最大一日雨量為239.5 mm（發(fā)生在1974年8月19日），最大三日雨量為303.5 mm（發(fā)生在1990年8月31日— 9月2日）。

潛明水庫壩址分期不同設(shè)計頻率洪峰流量見表1。

表1 壩址分期不同設(shè)計頻率洪峰流量表 m3/s

同時根據(jù)縉云當?shù)氐臍庀筇攸c，考慮一期圍堰需在梅汛期開始施工的實際需要，對工程所在地的梅汛期可施工天數(shù)及伏旱期天數(shù)、汛期分月洪水和堰前水位等進行統(tǒng)計和分析。

梅雨期和臺汛期之間一般有伏旱期，伏旱期天氣晴熱、降雨也相對較小，可以考慮作為施工時段。伏旱期短則6 d，長達63 d，2001 — 2016年的相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表2。根據(jù)表2統(tǒng)計數(shù)據(jù)，梅汛期可施工天數(shù)約55 d，伏旱期天數(shù)約28 d。一期圍堰工程施工期分月洪水和堰前水位成果見表3。

表2 2001 — 2016年 梅汛期施工天數(shù)及伏旱期天數(shù)統(tǒng)計表 d

表3 一期圍堰工程施工期分月洪水和堰前水位成果表

2.2 地質(zhì)條件

壩址段河流流向210°，河谷底寬180 ～ 200 m，呈“U”形。施工階段經(jīng)勘探，圍堰建筑區(qū)主要地層巖性自上而下分布如下：①灰 ～ 灰黃黏質(zhì)粉土（al - plQ4），夾少量粉細砂、淤泥和腐植質(zhì)，其物理力學(xué)性質(zhì)差。主要分布于河流兩岸淺表部，厚度2.00 ～ 3.00 m，在河中低凹水坑底部也有分布；②砂卵礫石層（al - plQ4），含少量（占5% ～ 10%）泥質(zhì)，厚度2.00 ～ 6.00 m不等。地表經(jīng)多次人工采砂篩選、堆積，級配雜亂，深部級配相對較好。砂礫石中卵石粒徑一般小于15 cm，少數(shù)粒徑在20 ～ 30 cm，占5% ～10%，巖性以青灰、灰褐、紫紅色熔結(jié)凝灰?guī)r、晶屑玻屑凝灰?guī)r為主。砂礫石結(jié)構(gòu)一般松散，一般屬強透水性，滲透系數(shù) K = 1.04×10-1～ 1.28×10-2cm/s，局部地帶滲透系數(shù)K = 3.29×10-3～ 4.95×10-3cm/s，為中等透水性。砂卵礫石分布于河床及河漫灘地；③粉質(zhì)黏土夾碎石層（dlQ4），一般厚度1.00 ～ 3.00 m，局部厚度大于5.00 m，主要分布于左岸山坡。

3 施工導(dǎo)流方案

3.1 導(dǎo)流標準與導(dǎo)流時段

本工程等別為Ⅲ等，攔河壩為3級建筑物。根據(jù)SL 303 —2017《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，相應(yīng)的導(dǎo)流建筑物為5級，其設(shè)計洪水標準：混凝土類圍堰為3 ～ 5 a一遇，土石類圍堰為5 ～ 10 a一遇。壩體施工期臨時度汛洪水標準：壩前攔洪庫容小于0.1億m3，為10 ～ 20 a一遇；壩前攔洪庫容在 0.1 億 ～ 1.0 億 m3，為 20 ～ 50 a 一遇。

根據(jù)本工程樞紐建筑物布置、工程量、水文條件等，結(jié)合目前工程的實際推進情況和施工進度安排，經(jīng)分析研究，本工程一期橫向和縱向圍堰均采用土石結(jié)構(gòu)，其擋水設(shè)計洪水標準選用5 a一遇（Q = 910 m3/s）；二期橫向圍堰采用土石結(jié)構(gòu)，縱向圍堰采用混凝土結(jié)構(gòu)，其擋水設(shè)計洪水標準選用非汛期5 a一遇（Q = 208 m3/s）。壩體施工期臨時度汛洪水標準：壩前攔洪庫容小于0.1億m3，采用10 a一遇；壩前攔洪庫容在0.1億 ～ 1.0億m3，采用20 a一遇。

3.2 導(dǎo)流方案

根據(jù)本工程地形、地質(zhì)條件和樞紐建筑物布置等情況，本工程采用“分期圍堰導(dǎo)流”的方式[1]。

考慮位于壩址右岸的庫區(qū)公路（42省道）臨時改建工程尚未完成，在工程施工前期右岸庫區(qū)公路仍需繼續(xù)使用；且根據(jù)本工程目前的實際推進情況，本工程庫區(qū)內(nèi)的移民拆遷工作在左岸一期工程施工期仍在進行中，所以一期先施工圍左岸壩段（左岸發(fā)電廠房、非溢流壩段和左側(cè)2個溢流壩段，并形成壩體導(dǎo)流底孔），施工期天然來水由一期圍堰擋水、束窄河床過流；二期施工右岸壩段，非汛期天然來水由二期圍堰擋水，一期溢流壩段內(nèi)的導(dǎo)流底孔泄流。汛期天然來水由壩體擋水，導(dǎo)流底孔、預(yù)留缺口和泄洪閘聯(lián)合泄流。

本工程一、二期施工導(dǎo)流平面布置見圖1 ～ 2。

圖1 一期施工導(dǎo)流平面布置圖

圖2 二期施工導(dǎo)流平面布置圖

4 施工導(dǎo)流創(chuàng)新和優(yōu)化

本工程實際施工過程中，施工導(dǎo)流建筑物根據(jù)圍堰的實際施工時間、工程施工進度安排和施工安全等因素，主要針對一期圍堰汛期施工、混凝土齒槽和黏土斜墻聯(lián)合防滲及過水結(jié)構(gòu)、二期縱向混凝土圍堰壩體段留置等3個方面進行創(chuàng)新和優(yōu)化。

4.1 一期圍堰汛期施工的創(chuàng)新和優(yōu)化

根據(jù)加快本工程推進的要求，在省內(nèi)創(chuàng)新性提出圍堰汛期施工的理念。經(jīng)反復(fù)論證和分析，考慮到本工程有梅汛期洪水較小、出梅后有段伏旱期的氣候特點，這為圍堰汛期施工創(chuàng)造有利的水文條件；同時圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計方案中需根據(jù)汛期洪水相對較大等特點，并考慮圍堰在汛期需能安全快速施工，堰體、堰腳及護面材料需具有防沖耐沖等要求，對圍堰結(jié)構(gòu)方案進行有針對性的優(yōu)化。主要的優(yōu)化設(shè)計方案如下：①將圍堰混凝土防滲墻打設(shè)位置由原戧堤頂調(diào)整至堰頂，有效提高混凝土防滲墻汛期施工的安全性；②因地制宜、就地取材對圍堰護腳方案進行優(yōu)化，創(chuàng)新性提出采用包袋充填砂卵石工藝替代傳統(tǒng)的大塊石拋填；③迎水面護坡由原來的砌石和拋石優(yōu)化為鋼筋混凝土材料，便于快速施工和增加抗沖性。

同時，為給一期圍堰工程施工期安全度汛提供數(shù)據(jù)支撐，細算圍堰施工期分月洪水，據(jù)此提出圍堰相應(yīng)的分月填筑高程，以此作為圍堰汛期施工的進度控制要求（見表3）。

初設(shè)階段及施工圖階段一期上游圍堰斷面見圖3 ～ 4。

圖3 初設(shè)階段一期上游圍堰斷面圖

圖4 施工圖階段一期上游圍堰斷面圖

優(yōu)化后的一期圍堰經(jīng)歷汛期施工（2016年6月上旬—9月中旬）的嚴峻考驗，最終順利完成，讓工程提前半年多開工建設(shè)。保證后續(xù)大壩基礎(chǔ)混凝土在低溫季節(jié)澆筑及工程質(zhì)量。

4.2 混凝土齒槽和黏土斜墻聯(lián)合防滲及過水結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新和優(yōu)化

本工程施工階段，考慮實際開工時間比計劃晚3個月，造成一期基坑內(nèi)主體工程施工進度滯后，給二期基坑施工和度汛、乃至整個工程的順利完工均帶來較大的不利影響和壓力。為縮短二期上游圍堰的施工時間，給二期基坑主體工程施工創(chuàng)造盡可能多的時間，從而有效降低二期基坑混凝土澆筑強度，減少工程的安全和管理風險。同時經(jīng)細致分析研究，二期圍堰相對一期圍堰擋水歷時相對較短，因此原二期圍堰防滲方案（混凝土防滲墻）客觀上具備一定的創(chuàng)新優(yōu)化條件。綜合以上考慮和分析研究，最終決定創(chuàng)新和優(yōu)化二期上下游圍堰的防滲結(jié)構(gòu)方案：堰基從施工便利角度考慮采用混凝土齒槽方案進行防滲，堰身采用黏土斜墻方案進行防滲，這種聯(lián)合防滲結(jié)構(gòu)在浙江省同類型水利水電工程也屬首次。

另由于二期基坑實際開始施工時間較晚，在一個非汛期內(nèi)難以施工至度汛高程以上。所以，需要對二期上游圍堰（原擋水設(shè)計標準為非汛期5 a一遇）按照滿足梅汛期施工的要求，參照過水圍堰的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，從而延長二期基坑的有效施工時間，有效降低和減輕汛期二期基坑進水后對上游圍堰沖毀、基坑清理等相應(yīng)的工期和經(jīng)濟損失，保障整個工程的進度和度汛安全[3]。初設(shè)階段及施工圖階段二期上游圍堰斷面見圖5 ～ 6。

圖5 初設(shè)階段二期上游圍堰斷面圖

圖6 施工圖階段二期上游圍堰斷面圖

優(yōu)化后的二期上下游圍堰僅1.5個月左右（2017年12月至2018年2月）完成施工，比原混凝土防滲墻圍堰結(jié)構(gòu)縮短約1/2施工期。優(yōu)化后的二期上游圍堰防滲效果良好（圍堰擋水期滲水量為2 ～ 5 m3/h），且經(jīng)歷2019年“利奇馬”臺風的考驗，保障二期基坑內(nèi)主體工程的順利施工。圖7為二期圍堰（基坑）鳥瞰圖。

圖7 二期圍堰（基坑）鳥瞰圖

4.3 二期縱向混凝土圍堰壩體段留置的創(chuàng)新和優(yōu)化

本工程為重力壩，且為壩后式電站，為避免圍堰保留對泄流、壩區(qū)整體景觀等產(chǎn)生不利影響，圍堰使用完成后通常會考慮拆除。本工程初設(shè)階段，二期縱向混凝土圍堰壩體段使用完后按全部拆除方案進行考慮。

工程施工過程中，根據(jù)本工程的實際施工情況，為避免二期縱向混凝土圍堰下游段拆除對工程已建永久建筑物的安全和質(zhì)量帶來隱患和影響，切實提升工程的安全保障水平和工程質(zhì)量，保障工程的施工進度和工期，降低工程投資，創(chuàng)新提出將二期縱向混凝土圍堰壩體段采用留置（不拆除）方案，這在浙江省同類型水利水電工程中尚屬首次。據(jù)此方案和思路，壩下游左庫堰壩拆除恢復(fù)后的堰頂高程也進行相應(yīng)的調(diào)整，二期縱向混凝土圍堰壩體段在下游堰壩恢復(fù)后將淹沒在水中（圍堰頂距下游堰壩水面2.00 m左右），不會對整個樞紐的景觀效果產(chǎn)生影響。并考慮圍堰結(jié)構(gòu)考慮與消力池底板綜合受力、圍堰邊坡坡度需有利于泄流等要求，對其布置和結(jié)構(gòu)進行相應(yīng)的設(shè)計優(yōu)化，優(yōu)化后的二期縱向混凝土圍堰壩體段布置兼顧泄洪、景觀等多方面需求和功能，邊坡也更具流線型[2]。初設(shè)階段及施工圖階段二期縱向混凝土壩體段圍堰斷面見圖8 ～ 9。

圖8 初設(shè)階段二期縱向混凝土壩體段圍堰斷面圖

圖9 施工圖階段二期縱向混凝土壩體段圍堰斷面圖

同時采用數(shù)模研究方法，對二期縱向混凝土圍堰壩體段留置方案，從流速分布和流態(tài)、下游水位及閘下效能率等方面進行分析，總體上認為圍堰留置對泄洪基本沒影響。綜合以上考慮和分析研究的成果，最終確定二期縱向混凝土圍堰壩體段采用留置（不拆除）方案。

5 結(jié) 語

施工導(dǎo)流時段和導(dǎo)流方案的合理性對保障工程施工進度和施工安全、利于施工總布置和施工管理、有效控制工程投資等方面均具有重要的作用和意義，須足夠重視，并進行多專業(yè)、多維度的綜合分析研究[4-6]。

本工程實際施工過程中，施工導(dǎo)流建筑物基于保障施工安全和質(zhì)量、有效推進工程施工進度和保證工期、利于工程施工和管理以及控制節(jié)約工程投資等方多面的考慮，進行相應(yīng)的創(chuàng)新和優(yōu)化，達到預(yù)期的作用和效果，為浙江省同類型施工導(dǎo)流設(shè)計和施工提供借鑒和參考。