高升橋水庫擴(kuò)建工程上游圍堰方案優(yōu)化設(shè)計

金連軍

(中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院有限公司,成都 610072)

1 工程概況

榮昌區(qū)高升橋水庫擴(kuò)建工程是一座兼具城鄉(xiāng)供水、農(nóng)業(yè)灌溉等綜合任務(wù)的中型水利工程。工程擴(kuò)建后,水庫正常蓄水位327.00 m,總庫容1187萬m3,年新增供水量736萬m3。該工程由樞紐工程和輸水工程兩部分組成,樞紐工程包括主壩、副壩(1#、2#)、取水建筑物、上壩公路及管理房。樞紐工程利用兩枯進(jìn)行施工,枯水期采用圍堰擋水、明渠過流的方式進(jìn)行導(dǎo)流,汛期主壩基坑過流(圍堰為過水圍堰,汛期不拆除),主壩暫停施工。

2 度汛方案

2.1 度汛標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)高升橋水庫擴(kuò)建工程施工進(jìn)度安排,2020年輸水工程已完工,2021年施工期度汛僅涉及樞紐工程。按照中華人民共和國《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50201-2014)及《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》(SL 303-2017)等規(guī)范要求,參考各建筑物的設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn),該工程2021年施工期防洪度汛標(biāo)準(zhǔn)為:

(1)交通工程:施工臨時道路及貝雷橋采用10年一遇度汛標(biāo)準(zhǔn)。

(2)臨時營地:防洪度汛標(biāo)準(zhǔn)采用20年一遇。

(3)導(dǎo)流工程:本工程導(dǎo)流建筑物為5級臨時建筑物,2021年施工期臨時度汛標(biāo)準(zhǔn)采用10年一遇。

(4)施工臨時設(shè)施:所有施工場地(含施工臨時設(shè)施)的設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)均采用10年一遇。

2.2 度汛措施

原初設(shè)階段工程采用圍堰擋水、明渠導(dǎo)流的導(dǎo)流方式,導(dǎo)流時段為11月-次年4月,導(dǎo)流建筑物只攔擋、宣泄枯期流量。導(dǎo)流建筑物包括上游圍堰、下游圍堰和左岸導(dǎo)流明渠。

受前期移民工程影響,主體工程開工時間較原設(shè)計延期3個月,2021年汛前大壩混凝土計劃澆筑至317.00 m高程。按照中華人民共和國《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50201-2014)及《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》(SL 303-2017)等規(guī)范要求,參考各建筑物的設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn),高升橋水庫擴(kuò)建工程2021年施工期臨時度汛標(biāo)準(zhǔn)選為10年一遇,流量698 m3/s。明渠泄流能力有限,單獨(dú)泄流不能滿足度汛要求;同時上游水位受2#貝雷橋橋面高程324.00 m限制,上游圍堰需參與度汛。

3 圍堰優(yōu)化設(shè)計

3.1 水力計算

泄流能力計算根據(jù)《溢洪道設(shè)計規(guī)范》(SL 253-2000)附錄A寬頂堰泄流能力的公式進(jìn)行計算。

式中,Q為流量, m3/s;B為總凈寬,m;m為流量系數(shù),取值0.30、0.32;H0為記入行近流速的堰上水頭,m;ε為收縮系數(shù),堰頂泄槽寬度基本一致,這里取ε=1。

經(jīng)水力學(xué)計算(見表1),上游圍堰堰頂高程要降低至319.50 m高程,與導(dǎo)流明渠聯(lián)合泄流,方能滿足2021年施工期臨時度汛要求。

表1 高升橋水庫擴(kuò)建工程2021年度汛水力學(xué)計算結(jié)果

根據(jù)2021年度汛水力學(xué)計算結(jié)果,導(dǎo)流明渠與上游圍堰聯(lián)合泄流水位流量關(guān)系見表2。

表2 導(dǎo)流明渠與上游圍堰聯(lián)合泄流水位流量關(guān)系

3.2 優(yōu)化設(shè)計

根據(jù)水力學(xué)計算數(shù)據(jù),結(jié)合相似工程案例分析[1-2],汛期圍堰過流高程選取319.5 m較為合理,故上游圍堰堰面C20混凝土護(hù)面保護(hù)將由原設(shè)計的322.2 m高程降低至319.5 m高程,高壓旋噴灌漿高程也隨之降至319.5 m,319.5 m高程以上堰體采用黏土填筑(自潰式子堰)。2021年1-4月主體工程干地施工,上游圍堰擋水,由導(dǎo)流明渠單獨(dú)泄流。汛期根據(jù)上游水情預(yù)報,當(dāng)流量低于30 m3/s時,由導(dǎo)流明渠單獨(dú)泄流;當(dāng)上游水位超過322.2 m高程時,子堰自潰,由導(dǎo)流明渠與上游圍堰(堰頂高程319.5 m)聯(lián)合泄流,流量698 m3/s時上游水位323.24m,導(dǎo)流明渠(樁號0+010.00 m～0+177.83 m)渠身水深2.2～1.92 m,滿足施工期臨時度汛要求。上游圍堰優(yōu)化設(shè)計后典型剖面見圖1(圖中尺寸以mm計)。

圖1 上游圍堰典型剖面

4 投資對比分析

上游圍堰通過優(yōu)化設(shè)計,后經(jīng)汛期兩次洪峰過流驗(yàn)證,圍堰安全穩(wěn)定;優(yōu)化后圍堰投資減少,為工程建設(shè)節(jié)約了資金,同時也保證了工程的施工進(jìn)度,資金節(jié)約情況見表3。

表3 圍堰優(yōu)化投資對比分析

5 結(jié)語

高升橋水庫擴(kuò)建工程上游圍堰方案經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計,降低堰頂過流高程,順利完成導(dǎo)流明渠與上游圍堰聯(lián)合泄洪任務(wù),并經(jīng)受住兩次洪峰考驗(yàn),也實(shí)現(xiàn)了安全度汛目標(biāo),這說明設(shè)計方案優(yōu)化是可行的。該優(yōu)化設(shè)計既為工程建設(shè)節(jié)省了投資,工期又得到了保證,并贏得業(yè)主單位的高度贊同與肯定。