葫芦岛市青山水库工程二期围堰和导流方案优化

冯国军 刘丽秋 佟明明

【摘要】葫芦岛市青山水库工程是国家十二五期间我省内重点工程，该枢纽工程二期围堰初设批复方案为堰坝结合方案，在工程实施期间结合工程实际情况，施工单位建议将堰坝结合方案修改为土石围堰方案，该修改方案即节省了投资也节省工期。

【关键词】青山水库；二期围堰；优化

1、工程概况

青山水库工程位于辽宁省葫芦岛市六股河中游，枢纽工程由主坝、副坝、溢洪道、输水洞和码头组成。库容6.61×104m3，为大（2）型水库。主坝为粘土心墙砂砾石坝，坝长735.63m。主坝防渗体采用粘土心墙，心墙上下游两侧的坝壳系由砂砾料填筑。

2、围堰设计

2.1 二期围堰设计方案比选

2.1.1 批复设计方案

本工程初步设计批复方案为堰坝结合方案。即在二期填筑坝体上游填筑顶宽6m贴坡式围堰，完工后作为坝体一部分不在拆除，为了顺利进行二期坝体填筑还需在堰坝结合段上游设一子堰，在子堰的保护下进行堰坝结合段施工。二期围堰均为土石围堰，采用土工膜防渗，基础为垂直铺塑防渗，采用斜墙方式。为保证主坝坝体上游面完整性，需将右岸一期坝体同时在马道处向上游延伸6m。

2.1.2 实施方案

由于青山水库枢纽工程截留工期比设计工期滞后一年，原方案中右岸一期坝体需向上游延伸的部位，干砌石砌筑已完毕。如按设计图纸给出的堰坝结合段的位置，则后期右岸向上游延伸部位需拆除，且此部位填筑及开挖作业会直接影响已完工程的质量。

2.2 围堰设计

2.2.1上游围堰设计

（1）度汛标准和围堰高程

按汛前十年一遇洪水标准计算的上游水位为60.82m，二期上游围堰堰顶高程根据导流洞泄流能力定为62.5m；下游围堰堰顶高程按汛前十年一遇洪水标准，考虑安全超高后定为55.0m。二期围堰按汛后10年一遇洪水标准，相应洪峰流量为68.75m3/s。

（2）围堰轴线选择

上游围堰轴线位置根据规范要求，上游围堰坡脚距泄水建筑物进口的距离不小于20m，考虑坝基排水及坝体开挖填筑施工的场地布置等因素，确定上游围堰轴线位于大坝上游与导流洞进口之间。围堰顶高程62.5m，围堰堰顶轴线长度267m。

（3）圍堰结构及填筑料分区

围堰采用心墙防渗型式土石围堰，堰顶宽7m。上游填筑开挖料，边坡坡比1∶1.8，下游侧填筑砂砾料，坡比为1∶2.0。

（4）防渗型式

采用粘土心墙防渗，心墙顶宽1m，两侧坡比1：0.15，心墙底部截水槽开挖至岩基面，回填粘土，上部正常填筑粘土。

2.2.2 下游围堰设计

（1）围堰轴线选择

考虑下游围堰要距离导流洞出口一定的距离，将下游围堰布置在大坝下游侧距坝轴线 210m，堰顶高程55.0m，堰顶长190m。

（2）围堰结构

围堰采用粘土斜墙坝形式，堰体上游侧采用砂砾料填筑，上游坡比1：2，堰高2m。

（3）防渗型式

采用粘土斜墙防渗，顶宽1m，下游坡比1∶2.5，靠下游侧用开挖的块石防护。

3、截流设计

3.1 截流时间及标准选择

综合考虑库区的水文、气象资料等，截流时段定在2012年9月下旬进行，截流流量采用9月下旬10年一遇旬平均流量，相应流量为13.8m3/s。

3.2 截流方式及截流戗堤布置

截流戗堤布置在上游围堰上侧，为堰体的一部分，戗堤轴线与上游围堰轴线平行。戗堤顶高程59.0m，戗堤顶宽7.0m，戗堤顶长64.5m。戗堤按梯形断面设计，上游边坡为1∶1.3，下游边坡为1：1.5。

3.3 截流水力学计算

计算内容

不同龙口宽度的上游水位（H上）与龙口泄流量（Qg）关系。

（2）计算基本假定及原理

①不计戗堤渗流量及水库调蓄对上游水位的影响；

②视龙口为梯形或三角形过水断面的宽顶堰；

③简化的宽顶堰理论：槛顶水面是平的，忽略波状睡眠的影响；非淹没流时槛上水深为临界水深（hp=hk）；淹没流时槛上水深取为下游水深（hp=hn）。

（3）计算公式及计算过程

口门为梯形时（两侧坡度为1：1.5）：

假设为非淹没出流：

其他符号意义同上。

与均为未知，需通过试算。

当口门为梯形过水断面时，由试算得

式中：—临界水深时相应的口门过水断面宽度，m；

—临界水深时相应的口门过水断面面积，。

分别设断面底宽b=30，20，15，10，8，5，3，1m时对应的临界水深分别为：0.227，0.362，0.435，0.562，0.645，0.842，1.072，1.471。求得对应梯形形状的上游水深分别为：0.478，0.621，0.744，0.951，1.079，1.371，1.682，2.142。

口门为三角形时：

当口门呈三角形过水断面时，临界水深由下式求得：

通过上述公式计算得：河道底高程为53.9m。

3.4截流龙口段抛投材料选择

（1）截流抗冲材料粒径计算

材料粒径按下列公式计算：

（《河道截流及流水中筑坝技术》3.6/106）

其中：v—水流流速，为确保顺利截流，按龙口宽度为14.3m时的最大平均流速2.943m/s；

K—综合稳定系数，平底抗滑稳定，块石取0.9；

g—重力加速度，9.8m/s2；

γm—石块容重，2.67t/m3；

γ w—水容重，1t/m3；

D—石块折算成球体的直径，m；

抛投体重量：

代入上式得D =0.57m，取0.6m，等效体积为0.11m3，相应重量为0.3t。

（2）截流戗堤龙口部位的总抛投量为0.7万m3。抛投料为石料，块石粒径为0.1m～0.4m。

4、结束语

葫芦岛市青山水库枢纽工程于2012年汛后截留，目前水库蓄水运行平稳。实践证明，取消堰坝结合方案是正确的。该优化方案节省了工程资金100余万元，节省工期1.5个月，为大坝在2013年开始蓄水奠定了坚实基础。