宜兴市油车水库导流方案设计

金 勇

1 工程概况及枢纽布置特点

油车水库工程位于江苏省宜兴市南部山区湖滏镇西南的丘陵山区,拟建坝址位于西涧中游,水库工程的主要任务是防洪和城镇生活供水,总库容为3 324万m3,属Ⅲ等中型水库工程,水库枢纽建筑物包括主坝、副坝、溢洪道、引水放空钢管等。水库的大坝、溢洪道、引水放空管等主要建筑物为3级建筑物;次要建筑物为4级建筑物;临时性建筑物为5级建筑物。

油车水库拦河大坝主坝全长1 554 m,坝顶高程为44.60 m。南坝段(桩号0+171.40～0+1554.00)为黏土心墙坝,坝体断面主要由上游碾压砂卵砾石、黏土心墙、下游碾压砂卵砾石及开挖碎石土等部分组成,最大坝高28.6 m,上游坝坡采用1∶2.5;下游坝坡在高程33.00 m处设宽10.0 m的马道,高程33.0 m以上坡比为 1∶2.0,以下为 1∶2.5;北坝段(桩号 0+000.00～ 0+171.40)为均质土坝,最大坝高6.1 m。上游坡比为1∶2.5,下游坡比为1∶2.5;副坝全长 37.50 m,为均质土坝,坝顶高程 44.6 m,最大坝高4.5 m,上游坡比为1∶2.5,下游坝坡坡比为1∶2.5。

2 工程条件

2.1 区域地形地质条件

油车水库坝址地处河流出山口的河段上,呈宽浅的“U”形谷。溪涧走向为北东东向,靠左岸流经坝区。河水面高程约15 m,河道宽约30 m～40 m。河右岸为宽坦的Ⅰ级阶地,上、下游沿河岸均有分布,阶面高程17 m～21 m,阶面宽300 m～400 m,略向下游和河流方向倾斜,阶地前缘为一陡坎,高出河水面2.5 m～3.5 m。阶面有0.5 m～2 m的土层覆盖,土层之下为砂卵砾石层,构成阶地冲积层的二元结构;阶地后缘接小黄山,山顶高程约58 m,地形坡度 15°～20°,属低山丘陵地形,由于受到冲沟的切割,其上游有近南北向的青桥沟、仙人泉沟,下游为大冲沟口的洪积低凹地形,小黄山居中,呈现为近南北向延伸的梁状山,往南缓慢抬升,与九里山相接。左岸为宽广的洪积扇斜坡地形,坡面平缓,地形坡度一般5°～8°,其上有宽浅的冲沟发育,洪积扇斜坡由岸边往北直达山前,南北宽约2 km～3 km,北东向沿着山前绵延展布达数十千米。

2.2 水文条件

工程所在地处于北亚热带季风气候区,四季分明,温和湿润、雨量充沛、无霜期长。多年平均气温为15.7℃,历年最高月平均气温30.8℃(7月),最低月平均气温为-0.6℃(1月),极端最高气温为 39.6℃(1959年8月22日),极端最低气温为-13.1℃(1997年1月31日)。

坝址水位流量关系见表1,施工期设计洪水成果见表2。

表1 水文站测流断面水位—流量关系

表2 施工期设计洪水统计成果

3 施工导流方式选择

3.1 导流标准及时段

油车水库大坝、溢洪道、引水建筑物等主要建筑物为3级建筑物;次要及临时性建筑物为5级。区内永久公路按3级公路设计。施工导流建筑物主要为主坝施工围堰及施工导流泄水建筑物,根据SL 303-2004水利水电工程施工组织设计规范有关规定,导流建筑物设计洪水标准可为重现期5年～10年,本工程导流建筑物设计洪水标准取上限10年一遇洪水重现期,相应的洪峰流量为59.00 m3/s,导流建筑物挡水时段采用非汛期10月～次年3月,相应的上游河床水位为25.43 m,下游河床水位为18.15 m。

3.2 导流建筑物方案选择及设计

3.2.1 导流建筑物方案选择

受地形条件限制,本工程引水放空管进口引渠距离坝脚位置较近,且该处地形较低,因此上游采用与坝体相结合的黏土斜墙围堰结构,并在上游河道覆盖层上部设置较长的水平防渗铺盖,将围堰堰身防渗体与坝体防渗结构相结合,阻断水流的水平渗漏通道,这样既解决了狭小空间上的上游围堰的布置问题,同时又减少大坝坝体填筑工程量。主坝坝体防渗结构采用混凝土防渗墙上部设置黏土心墙结构,考虑将坝基混凝土防渗墙抬高至下游水位以上(大坝防渗墙顶高程抬高至20.50 m,下游常水位17.10 m),待上游围堰闭气合龙以后即填筑防渗墙平台,进行下部混凝土防渗墙的施工,这样便解决了施工期间的坝基防渗问题。

在下游围堰设计中,大坝防渗墙施工平台上部黏土心墙底高程为18.50 m,根据坝址水位流量关系曲线及洪枯期水位相差较大的特点,河床段心墙填筑考虑在枯水期填筑。在施工期间下游可不设置围堰挡水的设计方案,这样既节省修筑下游围堰的工程投资,又可加快导流工程的施工进度。

3.2.2 导流建筑物设计

大坝河床段上游施工围堰采用黏土斜墙结构,围堰与河床部位坝体相结合,考虑安全超高因素后顶高程定为26.20 m,最大堰高10.20 m,堰顶宽度考虑交通要求定为6.00 m。上游坡比为1∶2.75,在河床段围堰则设置水平防渗黏土铺盖,铺盖厚度2.0 m,顺水流方向长度10 m;围堰下游坡1∶1.5,一坡到底。围堰上游坡设置一道石渣保护层,石渣厚50 cm(水平向),石渣保护层下设黏土斜墙;斜墙防渗体断面顶部水平宽度2.70 m,顶高程26.00 m,斜墙上游边坡为1∶2.75,下游边坡为1∶1.5(反坡),下游保护层为30 cm(水平向)的等厚中砂层组成,围堰下游为碾压砂卵石,碾压砂卵石堰体顶宽3.00 m,上、下游边坡均为 1∶1.5,堰顶上铺20 cm厚碎石垫层,顶高程为26.20 m。由于围堰后期作为坝体永久结构的一部分,堰顶及上游坡面23.50 m高程以上护坡后期经修整后采用与坝体同结构,修整后最终顶高程为26.32 m。上游围堰断面见图1。根据坝址水位流量关系曲线,在洪峰流量为59.00 m3/s的洪水条件下,对应的下游水位为18.15 m,而大坝防渗墙施工平台上部黏土心墙底高程为18.50 m,由于上游围堰已设斜墙防渗体及水平防渗铺盖,防渗墙平台施工期间围堰已闭气合龙,在心墙施工期间其下部平台水位要低于心墙底高程,不影响心墙黏土填筑,故不需要下游挡水,因此本工程大坝下游无需修筑下游围堰挡水施工。

4 结语

本工程根据坝址地形条件和合理的施工工艺选择、施工工序安排,通过上游围堰与上游坝体结合,并在上游河床设置水平防渗结构,减少了大坝坝体的填筑工程量,大大节省了工程的投资,又解决了围堰的防渗问题;在考虑上游围堰防渗结构及防渗墙施工与大坝坝体结构相结合的基础上,节省了修筑下游施工围堰的投资,可为今后类似结构的大型水利水电工程的施工导截流设计提供实践依据。

[1] 王 晖,胡胜丰,李卫超.广西坡甲大坝工程施工导流设计[J].山西建筑,2009,35(13):362-363.