荒田溝水庫(kù)施工導(dǎo)流方案優(yōu)化與施工

楊玉友

(貴州同源建設(shè)工程有限公司，貴陽(yáng)，550000)

1 概述

1.1 工程概況

荒田溝水庫(kù)位于貴州省黔南州甕安縣珠藏鎮(zhèn)新華村境內(nèi)，壩址以上集雨面積15.4km2，多年平均徑流量488萬(wàn)m3，多年平均流量為0.156m3/s。總庫(kù)容350萬(wàn)m3，工程等別為Ⅳ等，工程規(guī)模為小(1)型。水庫(kù)主要任務(wù)是為甕安縣江界河鎮(zhèn)烏江以北片區(qū)和珠藏鎮(zhèn)農(nóng)村供水?；奶餃纤畮?kù)工程由樞紐建筑物、取水輸水建筑物、引洪建筑物三部分組成，工程總體布置為堆石混凝土重力壩+壩頂開(kāi)敞式溢洪道+壩身放水建筑物+庫(kù)內(nèi)泵站+上水管道+高位水池+輸水管道+引洪攔水壩+引洪隧洞等?；奶餃纤畮?kù)大壩壩軸線長(zhǎng)130.675m，壩頂寬6.00m，最大壩高50.50m，壩底最大寬度43.40m。

擋水建筑物、泄洪建筑物等主要水工建筑物為4級(jí)建筑物，次要建筑物及臨時(shí)性水工建筑物為5級(jí)建筑物。大壩擋水建筑物設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)30年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)200年一遇；輸水建筑物設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)10年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)20年一遇；臨時(shí)建筑物設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)5年一遇。

1.2 水文特性

水庫(kù)壩址集雨面積15.4km2，河長(zhǎng)8.4km，比降4.709%。

水庫(kù)設(shè)計(jì)流域河流屬山區(qū)雨源型河流，洪水由暴雨產(chǎn)生，洪水特性與暴雨特性基本一致，壩址處河流具有陡漲陡落的特點(diǎn)。流域一般5月份進(jìn)入汛期，10月份結(jié)束，年最大日降水量主要集中在5-10月，占75%左右。

1.3 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)

大壩最大壩高50.5m，總庫(kù)容350萬(wàn)m3，屬小(1)型水庫(kù)，大壩為4級(jí)建筑物，根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，相應(yīng)導(dǎo)流建筑物為5級(jí)[1]。

水庫(kù)大壩導(dǎo)流及度汛標(biāo)準(zhǔn)為：

(1)導(dǎo)流洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用枯水期5年一遇(P=20%)洪水[2]；

(2)大壩施工度汛標(biāo)準(zhǔn)采用10年一遇(P=10%)全年洪水[2]，度汛流量為63m3/s。

2 初步設(shè)計(jì)階段施工導(dǎo)流方案

初步設(shè)計(jì)階段采用一次攔斷河床，上、下游土石圍堰擋水，右岸導(dǎo)流涵管(DN800雙壁波紋管)結(jié)合壩體881.00m高程預(yù)留導(dǎo)流底孔(2.5m寬×2.5m高)導(dǎo)流的方式。大壩河床以下高程澆筑時(shí)，采用安裝在884.00m高程的導(dǎo)流涵管導(dǎo)流；當(dāng)壩體澆筑出河床，完成導(dǎo)流底孔施工后，拆除涵管改為壩體預(yù)留底孔導(dǎo)流。導(dǎo)流涵管導(dǎo)流時(shí)段為10月至次年2月，相應(yīng)導(dǎo)流流量為11.7m3/s；導(dǎo)流底孔導(dǎo)流時(shí)段為2月至4月，相應(yīng)的導(dǎo)流流量為5.91m3/s。汛期采用大壩臨時(shí)擋水，大壩預(yù)留底孔過(guò)水，遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，壩面臨時(shí)過(guò)水。設(shè)計(jì)度汛標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇洪水，洪峰流量63m3/s，度汛時(shí)段為5-10月。

3 施工階段施工導(dǎo)流方案優(yōu)化

3.1 施工難點(diǎn)

(1)進(jìn)場(chǎng)后通過(guò)對(duì)河道內(nèi)水流的觀察，尤其是2020年10月份及2021年2月份河道內(nèi)水流量情況，并非處于斷流狀態(tài)。據(jù)此推測(cè)，余遵高速長(zhǎng)壽壩大橋在下游河床段修建的橋墩基礎(chǔ)處理時(shí)可能對(duì)溶蝕通道有所堵塞，施工期水流量將與初步設(shè)計(jì)階段發(fā)生較大變化。

(2)由于受庫(kù)內(nèi)移民搬遷、村組土地產(chǎn)權(quán)糾紛等影響，項(xiàng)目實(shí)際開(kāi)工時(shí)間較初步設(shè)計(jì)階段晚了5個(gè)月，雖然大壩開(kāi)挖階段通過(guò)采取合理措施趕回來(lái)部分工期，混凝土澆筑施工仍比初步設(shè)計(jì)階段推后三個(gè)半月左右。實(shí)際導(dǎo)流時(shí)段較初步設(shè)計(jì)階段發(fā)生較大變化。

3.2 導(dǎo)流建筑物優(yōu)化設(shè)計(jì)

經(jīng)施工單位研究、建議，設(shè)計(jì)單位復(fù)核，參建各方討論同意，將原DN800雙壁波紋管調(diào)整為壁厚6mm的鋼板加工成型的U型導(dǎo)流槽。同時(shí)，根據(jù)U型導(dǎo)流槽現(xiàn)場(chǎng)安裝條件，結(jié)合上、下游圍堰可能過(guò)水的實(shí)際情況，對(duì)原上、下游圍堰結(jié)構(gòu)形式、斷面尺寸等進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，詳見(jiàn)圖1。

圖1 調(diào)整后的上、下游圍堰及U型導(dǎo)流槽平面布置示意

3.2.1 上、下游圍堰

根據(jù)貴州省黔南州水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院2019年12月編寫的《甕安縣荒田溝水庫(kù)工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》[3](以下簡(jiǎn)稱“初步設(shè)計(jì)報(bào)告”)中水力計(jì)算，上游圍堰的堰頂高程應(yīng)比原導(dǎo)流涵管進(jìn)口中心高程高1m，調(diào)整后U型導(dǎo)流槽進(jìn)口安裝高程為884.00m，考慮安全超高0.5m，故上游圍堰堰頂高程調(diào)整為885.50m。

上游圍堰884.00m高程以下，沿著圍堰中心線抽槽采用粘土填筑防滲心墻；884.00m高程以上采用粘土填筑心墻，外側(cè)堆筑石渣，然后在圍堰上、下游坡面及頂部設(shè)φ6.5@150mm×150mm鋼筋網(wǎng)，噴射10cm厚C20混凝土，以防遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)沖刷圍堰。

下游圍堰同樣采用粘土填筑心墻，外側(cè)堆筑石渣，然后在圍堰上、下游坡面及頂部掛設(shè)φ6.5@150mm×150mm鋼筋網(wǎng)，噴射10cm厚C20混凝土，以防遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，基坑過(guò)水沖刷圍堰。上下游圍堰斷面示意見(jiàn)圖2。

圖2 上下游圍堰斷面示意

3.2.2 導(dǎo)流槽(替代原初步設(shè)計(jì)報(bào)告中的導(dǎo)流涵管)

根據(jù)初步設(shè)計(jì)報(bào)告，荒田溝水庫(kù)大壩基坑開(kāi)挖及河床以下壩體混凝土澆筑在12月至次年2月進(jìn)行，而在實(shí)際施工階段，由于征地搬遷及村組土地糾紛導(dǎo)致開(kāi)工滯后，大壩基坑及河床以下混凝土澆筑將在3-5月進(jìn)行，導(dǎo)流時(shí)段發(fā)生變化，原DN800雙壁波紋管將不能滿足導(dǎo)流要求。

受地形限制，原雙壁波紋管安裝位置距離基坑較近，基坑開(kāi)挖過(guò)程中的爆破飛石容易損壞雙壁波紋管，且損壞后修復(fù)難度較大，考慮將雙壁波紋管更換為鋼制過(guò)水結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)比分析，采用底部為半圓形的U型斷面，在水力學(xué)上具有糙率低、水流穩(wěn)定、水流速度快，在相同的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e情況下過(guò)水流量比其他斷面型式大等優(yōu)點(diǎn)，且便于快速施工。采用優(yōu)化后的鋼制U型導(dǎo)流槽(斷面尺寸詳見(jiàn)圖3)后過(guò)流斷面面積為1.33m2，在其他過(guò)流條件不發(fā)生變化的情況下，過(guò)流面積較原初設(shè)報(bào)告中導(dǎo)流涵管過(guò)流面積大大增加(原DN800mm涵管過(guò)流面積為0.50m2)，通過(guò)計(jì)算過(guò)流能力滿足要求。

圖3 U型導(dǎo)流槽細(xì)部結(jié)構(gòu)

3.2.3 導(dǎo)流底孔

在壩體澆筑至高程880.50m時(shí)預(yù)留3.0m×3.0m(寬×高)導(dǎo)流底孔(坡降2%)。根據(jù)設(shè)計(jì)單位復(fù)核，壩前最高水位為884.85m。汛期來(lái)臨之前，將壩體混凝土澆筑至高程884.85m以上，即可滿足度汛要求。

4 導(dǎo)流建筑物施工

4.1 導(dǎo)流槽施工

導(dǎo)流槽進(jìn)口高程884.00m，出口高程882.00m，按照1.5%的縱坡布置。

壩基884.00m～874.00m梯段爆破后，在坡面上人工使用電鎬開(kāi)挖1m寬水平平臺(tái)，澆筑20cm厚的C15找平混凝土作為U型導(dǎo)流槽的基礎(chǔ)(與U型槽接觸部位做成與U型槽對(duì)應(yīng)的弧形)。U型導(dǎo)流槽采用1.5m(長(zhǎng))×3m(寬)×6mm(厚)鋼板在廠家加工成型后運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝，U型導(dǎo)流槽進(jìn)口安裝成擴(kuò)散喇叭口狀。U型槽接頭采用點(diǎn)焊對(duì)接，點(diǎn)焊長(zhǎng)度2cm，間距50cm，對(duì)接縫隙采用泡沫膠密封?？琮X槽段采用DN150鋼管和∠75角鋼焊接支架作為支承。為保證U型槽過(guò)水時(shí)穩(wěn)定，在內(nèi)側(cè)邊坡上按照間距1.5m施打插筋(C25、L=1m，入巖0.85m)后采用C12鋼筋作為拉筋將U型槽上口兩側(cè)焊接固定牢固。

4.2 下游圍堰施工

下游圍堰采用反鏟挖掘機(jī)開(kāi)挖至基巖，采用粘土填筑心墻(頂寬1m，兩側(cè)1∶0.5放坡)，外側(cè)堆筑石渣(單側(cè)頂寬2m，1∶1.5放坡)，采用反鏟挖掘機(jī)進(jìn)行填筑、平整、壓實(shí)，填筑分層按照60cm控制，反鏟挖掘機(jī)碾壓密實(shí)，然后在圍堰上、下游坡面及頂部人工掛設(shè)φ6.5@150mm×150mm鋼筋網(wǎng)，噴射10cm厚C20混凝土。

4.3 上游圍堰施工

(1)884.00m高程以下：沿著圍堰中心線在原河床基礎(chǔ)上向下開(kāi)挖抽槽，抽槽底寬1.5m，兩側(cè)坡比1∶0.5，抽槽深度達(dá)到基巖，然后在泵站頂部交通橋橋臺(tái)附近挖取粘土，自卸汽車運(yùn)輸至工作面，采用反鏟挖掘機(jī)進(jìn)行填筑、平整、拍擊緊密，填筑分層按照60cm控制。

(2)884.00m高程以上：采用粘土填筑心墻(頂寬1m，兩側(cè)1∶1.5放坡)，外側(cè)堆筑石渣(單側(cè)頂寬2m，1∶1.5放坡)，采用反鏟挖掘機(jī)進(jìn)行填筑、平整、壓實(shí)，粘土填筑分層按照60cm控制，反鏟挖掘機(jī)碾壓密實(shí)，然后在圍堰上、下游坡面及頂部人工掛設(shè)φ6.5@150mm×150mm鋼筋網(wǎng)，噴射10cm厚C20混凝土。

4.4 導(dǎo)流底孔施工

壩體混凝土澆筑過(guò)程中，在壩0+62.40m樁號(hào)處預(yù)留導(dǎo)流底孔，導(dǎo)流底孔進(jìn)口底板高程880.50m，導(dǎo)流底孔斷面尺寸為3m×3m(寬×高)，導(dǎo)流底孔底板、側(cè)墻及頂拱邊線外0.5m范圍內(nèi)澆筑C15自密實(shí)混凝土，混凝土隨著壩體堆石混凝土同步澆筑。在底孔大壩上游預(yù)留封堵閘門槽。導(dǎo)流底孔頂拱采用φ48鋼管搭設(shè)滿堂腳手架作為模板支架，立桿間距1m(縱向)×0.75m(橫向)，橫桿步距0.8m，立桿頂部安裝調(diào)節(jié)絲桿，2根φ48鋼管作為縱向圍囹，3cm×5cm方木條作為橫向圍囹(間距0.3m)，模板采用1cm厚的木板。

4.5 導(dǎo)流槽及圍堰拆除

2021年5月中旬，壩體預(yù)留導(dǎo)流底孔形成，達(dá)到過(guò)水條件，拆除了布置在大壩右岸884.00m高程的U型導(dǎo)流槽和原河床以上部分上、下游圍堰。

4.6 導(dǎo)流底孔封堵

導(dǎo)流底孔擬選定在2022年4月進(jìn)行封堵。封堵設(shè)計(jì)流量采用初步設(shè)計(jì)報(bào)告中的5年一遇、月平均流量0.1m3/s。臨時(shí)封堵采用疊梁閘門，在導(dǎo)流缺口處下閘。

4.6.1 導(dǎo)流底孔封堵施工程序

進(jìn)口閘門制作、養(yǎng)護(hù)→進(jìn)口閘門下閘→導(dǎo)流底孔內(nèi)混凝土鑿毛→堵頭模板安裝→封堵混凝土澆筑→回填灌漿。

4.6.2 封堵長(zhǎng)度

導(dǎo)流底孔采用二級(jí)配C20微膨脹混凝土分段封堵，第一段為進(jìn)口以下5m，第二段為15m，剩余段(長(zhǎng)18.60m)作為第三段。封堵混凝土澆筑時(shí)，頂部預(yù)埋回填灌漿管，待封堵混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%以后，進(jìn)行回填灌漿。

4.6.3 混凝土澆筑

待進(jìn)口閘門下閘后，進(jìn)行導(dǎo)流底孔孔內(nèi)混凝土澆筑。混凝土澆筑前，人工使用電鎬對(duì)原混凝土進(jìn)行鑿毛處理。堵頭模板采用1cm厚木模板拼裝，φ48鋼管作為縱橫向圍囹，間距75cm，在待澆筑倉(cāng)號(hào)內(nèi)底板、側(cè)墻及邊墻混凝土中施打插筋，采用φ12圓鋼內(nèi)拉加固，堵頭模板頂部預(yù)留80cm×80cm進(jìn)人孔，待混凝土澆筑至進(jìn)人孔底部時(shí)再行封堵。混凝土采用泵送入倉(cāng)，φ50軟軸插入式振搗棒振搗密實(shí)。

5 結(jié)語(yǔ)

荒田溝水庫(kù)工程由于受庫(kù)內(nèi)移民搬遷、村組土地產(chǎn)權(quán)糾紛等影響，造成工程開(kāi)工即面臨搶工期、保度汛的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)施工期導(dǎo)流方案進(jìn)行優(yōu)化，解決了工程導(dǎo)流及度汛問(wèn)題，保證了工程施工安全，經(jīng)濟(jì)效益上以較小的成本取得了不錯(cuò)的建設(shè)投資效益，同時(shí)為主體工程施工爭(zhēng)取了寶貴時(shí)間。