双峰寺水库工程施工导流设计

张文友

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

1 工程概况

双峰寺水库是拟建的大（Ⅱ）型水库，总库容1.37亿m3，坝址位于滦河一级支流武烈河干流上，地处承德市区上游12km。工程任务以解决武烈河流域及承德市区防洪为主，结合城市供水，兼顾生态环境及发电等。

双峰寺水库坝型为碾压混凝土重力坝，坝顶长度533m，最大坝高52.1m，坝顶宽7～15m，坝体上游边坡垂直，下游边坡1:0.75。枢纽工程包括溢流坝段、非溢流坝段、底孔坝段、电站坝段、坝后式厂房等，其中溢流坝段长101m，非溢流坝段长372m，底孔坝段长40m，电站坝段长20m。

主要工程量：碾压混凝土38.73万m3，变态混凝土4.43万m3，常态混凝土12.36万m3，土方开挖41.03万m3，土石方回填17.96万m3，石方开挖41.70万m3，钢筋制安4534t，金属结构949.2t，基础固结灌浆1.39万m，基础帷幕灌浆0.86万m。工程施工总工期3a。

2 水文气象

本地区处于暖温带和寒温带过渡地带，属大陆性燕山山地气候，全年受西伯利亚冷气团和副热带太平洋气团的影响，四季分明，全年最大风速20m/s，年平均气温8.9℃，极端最高气温41.5℃，极端最低气温-29.5℃。全年无霜期110～170d。封冻期最长89d，最早封冻日期11月28日，最厚冻土深度1.26m，最大河心冰厚0.96m。

武烈河流域多年平均年降水量537.2mm。降水量年际变化较大，最大年降水量为最小年降水量的2.3倍。降水量年内分配极不均匀，70%～80%集中在汛期。

3 工程地质

3.1 地形地貌

坝址区为低山河谷地貌，河谷底宽400m。河床呈宽浅的U型，宽度120～170m，高程365.0～367.0m。漫滩地势比较平坦，河床右岸比较开阔，左岸比较狭窄，地面高程366.0～370.0m，高出河床2～3m。

左坝肩山体坡度较为平缓，坡顶高程458.3m，相对高差约90m；右坝肩陡峭，山顶高程462.9m，相对高差100m。

河左岸靠近坝肩为承德至赤峰公路，河右岸沿坝肩坡脚铺设有承德至隆化的单轨铁路线。

坝轴线上游河谷宽度渐增，上行300m河谷宽度达550m。

3.2 地层岩性

坝址区地质结构为土、岩双层结构，地层岩性主要为：第四系全新统冲洪积砂壤土、卵石；上更新统冲洪积黄土状壤土、粘土、含碎石壤土；中更新统坡残积含壤土碎石；太古界单塔子群白庙组黑云斜长片麻岩等。

坝址区地下水类型主要为第四系孔隙潜水，含水层为河床及漫滩分布的卵砾石层，厚度一般4～10m；下伏片麻岩透水性差，可视为相对隔水层。地下水位受大气降水及上游补水影响，变幅2～3m，补排条件为地表水补充地下水。勘察期间坝址区地下水位高程362.0～365.0m，埋深2～5m。

根据环境水对混凝土腐蚀评价标准判定，地表水及地下水均对混凝土无腐蚀性。

坝址区现代河床卵石层渗透系数建议值为260m/d，属强透水层。

4 施工导流

4.1 导流标准

武烈河枯水期为每年10月～次年5月，汛期6～9月，工程区冬季（11月～次年3月）寒冷，且较长，若采用枯水期施工，混凝土浇筑有效施工时间为10、4、5月，结合混凝土坝的施工进度控制要求和工程布置，若采用枯水期施工，虽然可降低施工导流费用，但不能完成工程的控制性进度要求，因此确定导流设计方案采用全年导流，为10a一遇洪水时，施工导流设计流量1008m3/s。

考虑一期纵向围堰按全年土石围堰布置困难，因此一期纵向土石围堰按枯水围堰设计，枯水时段确定为9月10日～次年5月31日，导流设计流量173m3/s，汛前将一期上、下游围堰加高并与上游碾压混凝土纵向围堰和下游消力池右导墙延长段连接，汛期将一期纵向土石围堰拆除。

4.2 施工导流方式

坝址处的河道较为宽阔、平坦，宽度390m，结合拦河坝枢纽建筑物的布置和泄水底孔的布置情况，采用分期导流，拦河坝分三期施工。

一期工程，围堰围左岸，利用束窄原河床导流，纵向土石低围堰位于8＃坝块位置，纵向碾压混凝土高围堰位于10#坝块上游，一期工程施工包括底孔坝段、电站坝段、左岸非溢流坝段的土石方开挖、坝基处理、混凝土浇筑，混凝土浇筑要求达到永久底孔顶板以上，高程371～374.0m。一期纵向碾压混凝土围堰长101.5m，同时作为二期工程上游纵向围堰，要求在一期工程汛前完成。

二期工程，围堰围右岸，永久底孔泄流，二期上游围堰与上游混凝土纵向围堰相接，二期下游围堰与底孔坝段的右导墙相接。二期工程施工包括溢流坝段、右岸非溢流坝段的土石方开挖、基础处理、混凝土浇筑，混凝土浇筑高程要达到底孔顶板高程371m以上，考虑施工度汛水位377.6m，左岸挡水坝体浇筑高程按380.0m控制。

三期工程，坝体浇筑不再需要围堰，枯水期利用永久底孔泄流，三期工程施工完成：坝体混凝土浇筑、金属结构及机电设备安装等。

4.3 导流泄水建筑物

根据坝址附近地形、地质条件和枢纽布置特点，导流泄水建筑物宜采用与工程永久泄水底孔相结合的布置形式。按照有利于导流和环境保护的原则，泄水建筑物底高程应尽可能接近河底，据此永久泄水底孔底高程确定为366.0m，底孔规模由水工布置确定为4孔5m×5m。二期工程施工利用永久底孔导流。

4.4 围堰型式及工程量

4.4.1 一期围堰

一期围堰设低围堰和高围堰，先期施工低围堰，汛前加高形成高围堰。

（1）低围堰包括上游土围堰、纵向土围堰、下游土围堰，根据导流设计流量173m3/s，按明渠均匀流公式计算。

式中 Q为设计导流流量（m3/s）；m为渠道边坡系数，取2.0；b为渠道底宽（m），取65m；n为糙率，取0.03；i为设计纵坡，取0.24%；h0m为正常水深比，h0m＝h0/b。

在（1）式中代入Q、m、b、n、i、h0m，经计算，明渠均匀流的正常水深h0为1.5m。

上游壅水高度Z计算按淹没宽顶堰公式计算。

式中 Ve为进口断面处流速；φ为流速系数，取0.8；V0为行进流速；g为重力加速度，取9.81m/s2。

在（2）式中代入Ve、φ、V0、g，经计算，上游壅高水深Z为0.25m。

则，上游水深＝h0+Z=1.5+0.25＝1.75m

上游围堰及纵向围堰：长度458m，采用梯形断面，为不过水均质土围堰，土工膜防渗，围堰顶宽按防渗墙施工要求取13m，上下游边坡1∶2，围堰上游水深1.75m，考虑超高1m，堰高2.8m，堰顶高程为368.8m。考虑基础为砂砾石地层，渗透系数较大，施工排水较困难，因此基础防渗采用混凝土防渗墙，墙厚0.4m，因坝基岩石透水性小，防渗墙深入岩石1.0m。

下游围堰顶高程按河道水位流量关系确定，水位366.0m，超高0.5m，堰顶高程366.5m，堰高按2.0m考虑，堰长134m。围堰采用梯形断面，为不过水均质土围堰，土工膜防渗，围堰顶宽按防渗墙施工要求取13m，上下游边坡1∶2。考虑基础为砂砾石地层，渗透系数较大，施工排水较困难，因此基础防渗采用混凝土防渗墙，墙厚0.4m，因坝基岩石透水性小，防渗墙深入岩石1.0m。

（2）高围堰包括上游土围堰、纵向碾压混凝土围堰、下游土围堰。纵向碾压混凝土围堰同时作为二期工程纵向围堰。

一期高围堰按全年10a一遇洪水设计，导流设计流量1008m3/s，按明渠均匀流公式计算。

式中 Q为设计导流流量（m3/s）；m为渠道边坡系数，取1.0；b为渠道底宽 （m）， 取95m；n为糙率， 取0.03；i为设计纵坡，取0.24%；h0m为正常水深比，h0m＝h0/b。

在（3）中代入Q、m、b、n、i、h0m，经计算，明渠均匀流的正常水深h0为3.4m。

上游壅水高度Z计算按淹没宽顶堰公式计算。

式中 Ve为进口断面处流速；φ为流速系数，取0.8；V0为行进流速；g为重力加速度，取9.81m/s2；

在（4）式中代入Ve、φ、V0、g，经计算，上游壅高水深Z为0.7m。

上游水深4.1m。

上游围堰长300m，采用梯形断面，为不过水均质土围堰，土工膜防渗，围堰顶宽8m，上下游边坡1∶2.5，围堰上游水深4.1m，考虑超高1m，堰高5.1m，堰顶高程为371.6m。考虑基础为砂砾石地层，渗透系数较大，施工排水较困难，因此基础防渗采用混凝土防渗墙，墙厚0.4m，考虑坝基岩石透水性小，防渗墙深入岩石1.0m。

下游围堰顶高程按河道水位流量关系确定，水位367.5m，超高1m，堰顶高程368.5m，堰高3.0m，堰长187m。围堰采用梯形断面，为不过水均质土围堰，土工膜防渗，围堰顶宽8m，上下游边坡1∶2。考虑基础为砂砾石地层，渗透系数较大，施工排水较困难，因此基础防渗采用混凝土防渗墙，墙厚0.4m，防渗墙深入岩石1.0m。下游围堰与消力池右导墙连接，需要延长消力池右导墙，长20m。

纵向碾压混凝土围堰与二期工程共用，且其顶高程由二期导流上游水位控制，因此在二期围堰设计中叙述。

4.4.2 二期围堰

二期围堰包括上游围堰、混凝土纵向围堰、下游围堰。

二期围堰按全年10a一遇洪水设计、底孔泄流，经调洪计算，相应上游水位为374.5m，二期上游围堰挡水位据此确定；二期下游围堰挡水位按水位流量关系曲线确定。

二期上下游围堰结构均采用梯形断面，为不过水均质土围堰，土工膜防渗，基础防渗采用混凝土防渗墙，墙厚0.4m，考虑坝基强风化岩石为弱透水，防渗墙深入岩石1.0m。

上游围堰长223m，顶宽8m，围堰上下游边坡1∶2.5，上游水位为374.5m，考虑超高1m，堰顶高程为375.5m，堰高10.2m。防渗墙施工平台按枯水期5a一遇洪水82m3/s考虑，水位368.1m，平台顶高程为369m。

混凝土纵向围堰:为了加快施工进度，采用碾压混凝土结构，长度101.5m，分5个坝块，每个坝块20～21.5m，顶宽5.0m，最大堰高26.5m，上游边坡1∶0.7，下游边坡1∶0.7，堰底宽31.25m，堰底高程349m，堰前设计水位374.5m，堰顶高程375.5m，围堰上游面设2m厚的二级配碾压混凝土防渗层，下游设0.5m厚的变态混凝土层，底部设1m厚的常态混凝土垫层，堰体内部为三级配碾压混凝土，围堰基础座落在强风化岩层上，岩体与混凝土接触面抗剪断强度f′＝0.55、c′＝0.25MPa，安全系数为3.09，大于规范要求的3.0。基础岩石进行固结灌浆，孔距和排距均为3.0m，灌浆深度8.0m。

（3）下游围堰长157m，围堰顶宽8m，围堰上下游边坡1∶2，挡水位367.5m，超高1m，堰顶高程368.5m，堰高3.5m。

5 结语

综上所述，双峰寺水库施工导流具有如下特点：

（1）施工导流流量较大，结合两岸地形地质条件，采用分期围堰导流是合理的。

（2）结合永久工程底孔布置，二期工程充分利用永久底孔导流，不设导流底孔，降低了施工导流投资。

（3）从导流时段上，根据河流的水文特性采用全年导流，为主体工程施工争取了时间，有利于减小施工强度，保证工程顺利实施。

（4）从围堰设计上，围堰材料就地取材，利用工程开挖土料，节省了投资；围堰基础防渗采用混凝土薄墙，可大大减小基坑排水对混凝土施工的干扰。

［1］河北省水利水电勘测设计研究院.河北省承德市双峰寺水库工程可行性研究报告［R］.2009.

［2］纪云生，康世荣，陈东山，等.水利电力部水利水电建设总局.水利水电工程施工组织设计手册第一卷［M］.北京:中国水利水电出版社，1986.

［3］SL303—2004，水利水电工程施工组织设计规范［S］.

［4］SL252—2000，水利水电工程等级划分及洪水标准［S］.

［5］吴国栋.水利工程施工［R］.1983.