山西左云十里河水库除险加固工程施工导流设计

2015-04-20李晋平

黄河水利职业技术学院学报 2015年3期

关键词：河水库水洞除险

李晋平

李晋平

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原 030024）

山西左云十里河水库除险加固工程主要施工项目为：大坝加固、灌溉洞改造及新建泄洪冲砂闸等工程。分析了十里河流域的水文地质条件，探讨了其导流工程的导流标准、导流方式、导流建筑物设计和导流应急方案。

山西左云；十里河水库；除险加固；施工导流；方案设计

1 工程概况

十里河水库位于海河流域桑干河支流十里河上，地处山西省左云县县城西南角，是一座防洪、城市供水、灌溉等综合利用的中型水库。该水库现状总库容1 060万m3，坝址以上控制流域面积127 km2，现状枢纽由大坝、冲沙泄洪洞和灌溉输水洞组成。

十里河水库大坝为均质土坝（由主坝和副坝组成），长1 230m。其中：主坝长330m，最大坝高为16m；副坝长900m，最大坝高为10.6m。大坝上游坝坡为干砌石护坡，下游为碎石护坡。冲沙泄洪洞位于主坝左端桩号0+073m处，为2孔无压涵洞，原设计泄洪量为240m3／s。涵洞长51m、浆砌石结构、内衬为0.4m厚的混凝土，断面为城门洞形，底宽为3.2m，高为4.5m。灌溉输水洞位于坝轴线桩号0+ 346.5m处，为无压城门洞形涵洞，高为2m，底宽为1.6m，长62m，原设计泄洪量为10m3／s。

本除险加固工程主要施工项目包括大坝加固、灌溉输水洞改造及新建泄洪冲沙闸等工程。大坝加固包括：主坝坝基高压喷射灌浆、重建坝顶防浪墙、整修坝顶路面和上下游护坡、新建大坝位移和渗流观测系统等。灌溉输水洞改造包括：洞身混凝土凿毛衬砌和新建进水塔混凝土等。新建泄洪冲沙闸包括：原泄洪洞拆除、土石方开挖及混凝土浇筑等。

2 库区水文地质条件

2.1 水文条件

本流域气候类型属于温带大陆性干旱、半干旱季风气候，多年平均降水量为413.8mm，多年平均气温为5.2℃，多年平均蒸发量为1 787mm，平均风速为2.8m／s，最大风速为19m／s，风向NE，最大冻土深为186 cm，无霜期为120 d。

十里河水库所在的十里河上有观音堂水文站，该站控制流域面积为1 185 km2。由于该水文站与十里河水库控制流域面积相差较大，因此，设计洪水按无资料地区考虑，采用《山西省暴雨洪水计算实用手册》计算。计算结果如表1所示。

表1 十里河水库洪水成果表Table 1 Shilihe reservoir flood

2.2 地质条件

十里河水库位于大同盆地西北部，为中低山区，所处大地构造单元为内蒙断块的南缘，出露地层为白垩系上统助马堡组泥岩夹长石石英沙岩，上第三系上新统低液限黏土，第四系中更新统洪积低液限黏土、中更新统洪积低液限黏土、上更新统风积低液限粉土、洪冲积低液限粉土与卵石混合土，全新统洪冲积低液限粉土与卵石混合土，以及全新统水库淤积物。库区地质构造简单，断裂构造不发育，为单斜岩层。库区主要接受大气降水补给，地下水类型为碎屑岩类裂隙水和松散岩类孔隙潜水。库区两岸岩体土稳定性较好，库区及库底不存在渗漏问题。但库区淤积问题比较严重，目前淤积厚度达6m。坝址十里河流向N30°E，左岸岸坡陡立，岸坡坡度为30°～50°，且冲沟发育；右岸地势较平缓，发育内叠式Ⅰ、Ⅱ级堆积阶地。河谷宽90～130m，呈不对称型，库坝区工程地质条件尚好［1］。

3 施工导流方案

3.1 导流标准

本工程为中型水库，工程等别为Ⅲ等，主要建筑物级别为3级。根据《水利水电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5～10年。由于泄洪冲沙闸施工需将大坝进行大开挖，考虑到遇超标准洪水失事后果的严重性，导流标准采用坝体拦洪度汛标准。本工程坝型为土坝，围堰拦蓄库容为415.8万m3，小于1 000万m3，拦洪度汛标准为20～50年一遇。考虑到主体工程施工期较短，洪峰流量较小，导流标准采用汛期20年一遇标准，相应洪峰流量为610m3／s［2］。

3.2 导流方式

首先施工泄洪冲沙闸，施工导流采用围堰挡水灌溉输水洞泄流方式，灌溉输水洞进口底高程为1 312.1m，最大泄洪量为10.0m3／s；泄洪冲沙闸施工完成后，进行灌溉输水洞施工。施工导流采用围堰挡水泄洪冲沙闸泄流方式，泄洪冲沙闸进口底高程为1 310.9m，最大泄洪量为306.0m3／s。

3.3 导流建筑物设计

3.3.1 结构形式

灌溉输水洞及泄洪冲沙闸围堰均采用均质土围堰［3］。泄洪冲沙闸围堰长为164m，按汛期20年一遇洪水设计，洪峰流量为501m3／s，相应水位为1 322.81 m，堰顶高程为1 323.31m，超高为0.5m，最大堰高为6.80m，堰顶宽为4m，迎水面边坡为1∶2.0，背水面边坡为1∶1.75，迎水面采用80 cm厚编织袋土填筑。灌溉输水洞围堰长为94m，围堰按汛期20年一遇洪水设计，相应水位为1 319.64m，堰顶高程为1 320.14 m，最大堰高为3.68m，堰顶宽为3m，迎水面边坡为1∶2.0，背水面边坡为1∶1.75，迎水面采用80 cm厚编织袋土填筑。

3.3.2 稳定计算

灌溉输水洞围堰高度较小，因此，仅对泄洪冲沙闸围堰进行稳定计算。泄洪冲沙闸围堰堰体为均质土围堰，堰底高程为1316.50m，上游水位取1322.81m，下游水位按泄洪冲沙闸底高程1 310.9m选取。根据土料场及开挖土料物理力学试验成果，采用《理正岩土计算软件》对围堰进行渗流分析和下游边坡稳定分析，计算结果如表2和表3所示。