高红水库枢纽工程施工设计

赵秀改

（山西省水利水电勘测设计研究院 太原 030024）

1 工程概况

本文是针对高红水库推荐方案上坝址拦河闸枢纽进行的方案设计。

高红水库位于山西省柳林县薛村镇河峁村下游的三川河干流上，水库总库容202万m3。工程建设的主要任务是为高红工业园区供水。

高红水库由枢纽工程、供水线路及调蓄池三部分组成。枢纽拦河布置7孔大型水闸，每孔净宽12 m，最大闸墩高21 m，总长度105 m。

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），确定水库规模为小（1）型，工程等别为Ⅳ等，主要建筑物水闸、闸后泵站的级别为4级。

2 施工条件及施工特点

柳林县属暖温带大陆性季风气候，全年四季分明，多年平均年降水量500～600 mm，7～9月降水量占年降水量的60%以上，且多暴雨。洪水由暴雨形成，基本出现在汛期（6～9月），以7、8月为主汛期，枯水期为10月至次年5月。

拦河水闸主河床覆盖层厚度3～6 m，坝基强风化层厚1～2 m，弱风化层厚5～6 m；左岸坡及河谷多被松散层覆盖，基岩强风化层厚4.0～5.0 m，弱风化层厚5.5～6.5 m；右岸坡大多基岩裸露，强风化层厚度2.0～3.0 m，弱风化层厚度5.5～6.5 m。

工程区有公路经过，对外交通较为便利；三川河常年有水，水量及水质均能满足施工要求，施工用水可利用河水。用水泵抽水至高位蓄水池，铺设供水管路供水至各用水点。

枢纽工程规模：土方及砂砾石开挖4.4万m3，石方开挖4.6万 m3，混凝土 5.8万 m3，浆砌石 865 m3，帷幕灌浆 1 000 m，钢筋制安 3 875 t。

3 施工导流

高红水库属小（1）型水库，工程等别为Ⅳ等，其主要建筑物为4级，根据《水电水利工程施工组织设计规范》（SL303-2004）的规定，导流建筑物按5级设计，相应的洪水重现期为10～5年。由于汛期流量很大（10年一遇流量2 256 m3/s）,采用全断面洪水期围堰，需开挖导流洞泄洪。全断面洪水期围堰高，填筑工程量大，且导流泄洪洞成本高，不经济，施工难度大。考虑到汛期流量很大，而主体工程施工期较短，导流标准可采用枯水期标准。

经计算枯水期10年一遇标准围堰高度与5年一遇标准围堰高度相差不大，且本地区洪量变化大，因此本工程导流标准取上限，按枯水期10年一遇洪水标准进行设计，相应流量77.6 m3/s。

采用枯水期10年一遇洪水标准，提出了全断面围堰法和分期围堰法两个导流方案，并针对这两个方案进行了比较。

1）枯水期全断面围堰法

采用全断面枯水期围堰，需开挖导流洞泄洪。

围堰均采用均质土围堰，导流洞布置在大坝左岸，为圆形隧洞。

其优点：工期紧凑，围堰工程量较小，施工无干扰。

其缺点：导流泄洪洞工序多、工期短、导流泄洪洞成本高，利用期短，施工难度大。

2）枯水期分期围堰法

采用分期导流围堰挡水、河床泄流方式。一期围堰围护右岸，左岸开挖导流明渠泄流，进行右岸5座闸墩及闸后泵站的施工；二期围堰围护左岸，利用右岸已完工的三孔闸孔泄流，进行左岸3座闸墩的施工。汛期工程停工，水闸过水。

一、二期围堰均采用均质土围堰。

一期围堰按枯水期10年一遇洪水设计，相应泄量为77.6 m3/s，相应水位为672.5 m，超高取1.0 m，则围堰顶高程为673.5 m，最大堰高4.0 m，围堰长331 m，堰顶宽3 m，迎水面边坡1:2.0；背水面边坡1:1.5。迎水面采用干砌石护坡。

导流明渠底宽25 m，开挖边坡1:1.5，采用干砌石护底护坡。

二期围堰按枯水期10年一遇洪水设计，相应泄量为77.6 m3/s，相应水位为 671.5～667.5 m，超高取 1.0 m，则围堰顶高程为672.5～668.5 m，最大堰高3.5 m，围堰长271 m，堰顶宽3 m，迎水面边坡1:2.0；背水面边坡1:1.5。迎水面采用干砌石护坡。围堰填筑土料，可采用土方开挖料。

其优点：工期紧凑，导流明渠工程量较小，施工成本低。

其缺点：施工期短，施工场地较小，围堰修建和拆除工程量较大。

经过以上分析比较，枯水期分期围堰导流方案，其技术可行、经济合理，在2个导流方案中，属于最优方案。

枯水期分期围堰导流方案布置见图1。

图1 枯水期分期围堰导流方案布置图

4 枢纽工程施工方法

枢纽拦河水闸工程主要内容为基础土石方开挖、坝基帷幕灌浆、混凝土浇筑和浆砌石海漫砌筑。

4.1 土石方开挖

土方及砂砾石开挖采用2 m3挖掘机挖装，15 t自卸汽车运输，开挖料中部分用于回填，其余运至弃渣场。

石方开挖采用风钻钻孔，浅孔微差控制爆破，周边孔预裂，接近基岩面1.5 m采用保护层一次开挖，石渣采用15 t自卸汽车运输至弃渣场。

4.2 帷幕灌浆

闸基采用单排帷幕灌浆，钻孔深10 m，孔距2.5 m。

钻孔选用150型岩芯钻机，孔口2 m深处孔径75 mm。灌浆选用2SMS灌浆泵和SGB灌浆泵，每台灌浆泵配一台200 L灰浆搅拌机，用来处理输送中的浆液沉淀并二次拌制成所需比重的灰浆。灌浆采用孔口循环纯压式灌浆法。设制浆站进行集中供浆，制浆采用1 m3高速搅浆机，送浆采用大排量灌浆泵。

4.2 混凝土浇筑

利用先期填筑的左岸泵站平台布置2×1.0 m3混凝土拌和站，系统加工能力为50 m3/h，左右岸分别布置一台10 t塔机作为混凝土垂直运输及钢筋模板吊运，混凝土水平运输采用8 t自卸汽车载2 m3吊罐运输，垂直运输由塔机吊吊罐入仓浇筑。

预制混凝土采用就近现场预制，塔机吊运就位。

4.3 浆砌石海漫砌筑

砌筑包括垫层填筑和砌石铺设两道工序，垫层采用人工铺料，打夯机夯实，充分洒水，分层填筑。

5 施工进度安排

水闸工程施工进度安排：第一年9月份主体工程开工，首先进行右岸台地的土石方开挖施工，10月份开挖左岸导流明渠并衬砌，11月开始截流，开始填筑一期右岸围堰，进行泵站平台填筑、一期基坑开挖及混凝土地板、闸墩下部、铺盖等工程的施工，施工时段为第一年10月至第二年5月；汛期工程停工，取水枢纽过水，第二年汛后10月份开始填筑二期围堰围护左岸，进行二期基坑开挖及混凝土工程的施工，随后混凝土浇筑整体上升，至第三年汛期前取水枢纽施工至设计高程，同时完成上部结构及机电金结设备安装的施工，6月份工程扫尾及验收。