某水库枢纽工程施工导流方案比选

2011-07-20赵秀改

山西水利科技 2011年4期

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

某水库位于介休市境内的汾河一级支流上，发源于沁源县境内的红崖山，于介休市的洪相村西汇入汾河。水库总库容726万m3，属小（1）型工程，工程等别为Ⅳ等。枢纽工程主要建筑物为混凝土重力坝，主要建筑物为4级。大坝坝体包括左岸挡水坝段、溢流表孔坝段、泄洪冲沙底孔及取水口坝段、右岸挡水坝段，大坝坝顶长210 m，坝顶宽6 m，最大坝高85.30 m.

左岸挡水坝段长57 m，右岸挡水坝段长57 m，坝顶相对高程（以相应于坝底的相对高程为零点计）85.3 m，坝顶宽6 m，上游相对高程36.85 m高程以上为铅直面，以下坝坡为1：0.2，下游相对高程77.96 m，以上为铅直面，以下坝坡为 1：0.8.

溢流坝段长77 m，堰顶相对高程78.00m，溢流面由堰顶曲线段、斜坡直线段及衔接反弧段组成。

泄洪冲沙底孔及取水口坝段长19 m，坝顶宽6 m.泄洪冲沙底孔进口底相对高程20.5 m。

根据《中国地震动参数区划图》（GB 18306-2001），确定枢纽工程区地震动峰值加速度为0.10 g（相当于地震基本烈度VII度），枢纽工程地震设防烈度为7度。

2 自然条件

本流域属干旱半干旱大陆性气候，年平均气温为12.7℃，最高气温38.5℃，最低气温-23.3℃.介休市多年平均降水量为454.8 mm，全年雨量分布不均，降雨主要集中在6～9月份，降水量占全年降水量的72.7%.年平均蒸发量（20 cm蒸发皿）为1 674 mm.

3 导流标准及导流方案

按照《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2004）的规定，根据水库库容、工程等级及主要建筑物等级，导流建筑物按5级设计，相应的洪水标准为10～5年洪水重现期。因为水库所在流域的河流水文实测资料，只有1990—1992年实测资料，实测资料系列较短（小于20年），因此本工程导流标准取上限，按洪水重现期10年标准进行设计。

枢纽导流若采用全断面围堰挡水，导流洞全年泄流方案，则洪峰流量（p=10%）为Q=859 m3/s，经过洪水调节计算，导流洞洞径6 m，围堰需填筑高度48 m.导流洞工程量大，围堰填筑方量大，显然不经济，因此采用枯水期围堰，相应设计流量为：Q=36 m3/s，汛期坝面过流。

可行性研究阶段采取全断面围堰涵管枯水期导流、汛期坝体拦洪临时渡汛方案。初步设计阶段根据工程情况，对全断面围堰涵管枯水期导流方案作了进一步研究分析，同时又提出了全断面围堰导流洞枯水期导流方案，并对两种方案进行了比较。

3.1 方案一：分期围堰挡水，箱涵枯水期导流

总工期四年，开工后第一年（第一年10月）截流。

一期工程：第一年3-5月先进行大坝左、右岸高台地及岸坡的开挖，第一年汛后（第一年10月）填筑一期围堰，原河床泄流，进行大坝左岸坝基的开挖、左岸大坝混凝土浇筑及导流箱涵的修筑工作。

二期工程：第一年年底导流箱涵完工后，拆除一期围堰，第二年1月填筑二期上、下游围堰，箱涵导流，进行河床基础开挖、坝体混凝土垫层浇筑、固结灌浆及坝面的浇筑工作；第二年汛期前（第二年5月）浇筑出河床面相对高程9.88 m以上，拆除围堰；汛期（第二年6～9月）坝面过流。

三期工程：第二年汛期后（第二年10月）填筑三期上、下游围堰，进行坝体混凝土浇筑；第三年汛期前（第三年5月）浇筑到拦洪相对高程（P=10%）51.27m以上，汛期（第三年6～9月）坝体拦洪临时渡汛，洪水由导流箱涵及排沙底孔泄流，坝体混凝土进行浇筑直至第四年10月浇筑至坝顶。

一期围堰长75 m，顶宽2 m，最大堰高2 m，上下游边坡均为1：1.5，围堰利用开挖砂砾石料填筑，迎水面做0.5 m厚的干砌石护坡。

二期上游围堰长35 m，顶宽5 m，最大堰高6 m，上游边坡1：2.5，下游边坡1：2.0，围堰利用开挖砂砾石料填筑，迎水面做0.5 m厚的干砌石护坡。下游围堰长25 m，顶宽5 m，最大堰高3 m，上游边坡1：2.0，下游边坡1：2.0，围堰利用开挖砂砾石料填筑，迎水面做0.5 m厚的干砌石护坡。

三期上、下游围堰的设计断面同二期的上、下游围堰。

导流箱涵长252 m，底板净宽2.5 m，净高3 m，箱涵采用钢筋混凝土衬砌，边墙厚0.5 m，底板厚0.8 m，预制混凝土盖板覆顶。其断面形式如图1.

图1 导流箱涵横断面图

3.2 方案二：全断面围堰挡水，导流洞枯水期导流

总工期四年，开工后第一年（第一年10月）进行第一次截流。

一期工程：第一年2～5月先开挖导流洞，同时进行大坝左、右岸高台地及岸坡的开挖，原河床泄流；第一年汛期前（第一年5月）完成导流洞工作，汛期（第一年6～9月），原河床泄流。

二期工程：第一年汛期后（第一年10月）填筑一期上、下游围堰，围堰挡水，导流洞泄流，进行大坝的河床开挖、基础处理及坝面浇筑工作；第二年汛期前（第二年5月）浇筑出河床面相对高程9.88m以上，拆除围堰，汛期（第二年6～9月）坝面过流。

三期工程：第二年汛期后（第二年10月），填筑二期上、下游围堰，进行河床面以上的坝体混凝土浇筑；第三年汛期前（第三年5月）大坝若浇筑到拦洪相对高程（P=10%）57.23 m以上，需要浇筑混凝土21.3万m3，浇筑强度1 705 m3/d，施工强度大，根据施工场地及混凝土拌制、浇筑设备能力分析，达到浇筑强度施工难度很大，因此在坝体上预留缺口，预留缺口部位为溢流坝段右岸2个坝段，预留缺口相对高程22 m，宽度38 m，汛期（第三年6～9月）洪水由大坝预留缺口、导流洞及排沙底孔泄流。

四期工程：第三年汛期后（第三年10月）直至第四年汛期前（第四年5月）大坝全部坝段浇筑到拦洪相对高程（P=10%）57.23m以上，汛期（第四年6～9月）坝体拦洪临时度汛，导流洞及排沙底孔泄流，坝体混凝土进行浇筑直至第四年10月浇筑至坝顶。

结合导流洞泄洪能力和水库10年一遇枯水期流量，确定施工导流围堰的设计水位，考虑一定的安全超高，确定围堰堰顶高程。

一期上游围堰位于导流洞引水渠下游，距坝轴线约160 m，围堰长23.4 m，按枯水期10年一遇标准设计，设计流量为36 m3/s，最大堰高5.7 m，顶宽 4 m，迎水面边坡 1：2.5，背水面边坡1：2.0，围堰利用开挖砂砾石料填筑，迎水面做干砌石及反滤料护坡。堰体采用黏土斜墙防渗，岩基采用黏土铺盖防渗，铺盖上面采用50 cm的砂砾石防护。

一期下游围堰位于导流洞泄水渠上游，围堰长19.4m，按枯水期10年一遇标准设计，最大堰高4.0m，顶宽6m，迎水面、背水面边坡均采用1：2.0，围堰利用开挖砂砾石料填筑，迎水面做0.3m厚的干砌石护坡，下游围堰不作防渗处理。

二期上、下游围堰的设计断面同一期的上、下游围堰。

导流洞布置在大坝右岸，为圆形隧洞，进口底相对高程15.5 m，出口底相对高程11.17m，纵坡i=1/100，洞径4.0 m，洞长433.5 m.隧洞洞身Ⅴ类围岩段采用挂网喷锚支护，C20混凝土衬砌，衬砌厚度30 cm，局部严重破碎段采用钢桁架支护；Ⅳ类围岩段采用挂网喷锚支护，C20混凝土衬砌，衬砌厚度30 cm；Ⅲ类围岩段采用喷锚支护。喷混凝土厚10 cm，锚杆长度2.5 m，间、排距2 m，呈梅花形布置，挂网钢筋为φ6@200.其断面形式如图2.

图2 导流洞横断面图

导流洞进口引水渠为梯形断面，设计底宽4 m，渠道底板及边坡采用干砌石护砌，进口段设置闸门，以便后期封堵。导流洞出口泄水渠为梯形断面，设计底宽4 m，设计纵坡i=1/100.底板及边坡采用铅丝笼石护砌。

方案一箱涵导流方案布置图见图3，方案二导流洞导流方案布置图见图4.

图3 箱涵导流方案布置图

图4 导流洞导流方案布置图

3.3 各方案比较分析

各施工导流方案分别从导流标准、工程规模、工程投资、方案优缺点等方面比较如下：

（1）导流标准：方案一箱涵导流方案和方案二导流洞导流方案，其导流标准相同，均为枯水期10年一遇标准。

（2）工程规模：方案一的主要工程量：土石围堰填筑11196 m3，黏土填筑2 095 m3，砂砾石开挖15 768 m3，石方开挖1 822 m3，钢筋混凝土及预制混凝土1 353 m3，钢筋制安86.8 t；方案二的主要工程量：土石围堰填筑4 446 m3，黏土填筑1 039 m3，砂砾石开挖2 641 m3，石方开挖1 374 m3，石方洞挖6 922 m3，喷混凝土及钢筋混凝土1 337 m3，钢筋制安59.8 t，钢支撑27.1 t.

（3）工程投资：方案一直接投资255.5万元；方案二直接投资321.2万元。

（4）方案优缺点：

方案一的优点：工期较紧凑，箱涵工程量较小。

方案一的缺点：修筑导流箱涵需要分期导流，但坝址处河床较窄，分期后一期左岸施工工作面大，施工强度低；二期右岸施工工作面小，开挖量及浇筑量均很大，施工强度高，施工干扰性大，且二期进行右岸的石方开挖对左岸已浇筑的混凝土及导流箱涵的的影响较大。本方案二期施工工作面小，一、二期施工相互干扰大，施工强度不均衡，施工期难于保证。

方案二的优点：围堰填筑量小，大坝施工工作面大，施工干扰性小，施工强度均衡，大坝施工期易于保证。

方案二的缺点：导流洞开挖工程量较大，投资较大。

方案一与方案二相比，虽然修筑箱涵比开挖导流洞工程量小，但其需要填筑的围堰工程量大，而且存在一、二期施工相互干扰大，施工工作面小和施工强度不均衡的情况，施工期难于保证。方案二导流洞导流方案是全断面一次导流，避免了这些不利的情况，虽然方案二投资比方案一投资大些，但相差不大。

由上述导流方案综合比较分析，从工程规模，投资和施工难度比较，采用枯水期10年一遇的围堰挡水，导流泄洪洞泄洪较为合理，即方案二较为合理，因此导流方案推荐方案二。