永定桥水库堰塞体治理工程施工技术要点

2016-12-21龙军飞王会杰

水电站设计 2016年4期

关键词：堆积体保证率库容

龙军飞，胡平，王会杰

(1.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072；2. 四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室，四川成都 610065)

永定桥水库堰塞体治理工程施工技术要点

龙军飞1，胡平1，王会杰2

(1.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072；2. 四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室，四川成都 610065)

由于水位的抬高，加上恶劣天气、地震等原因，水库库区经常出现边坡滑塌，形成堰塞体。水库库区堰塞体不仅侵占库容，破坏水质，还增加库区泥沙量，对水库的建设、运营管理都造成不可估量的危害。本文水库堰塞体治理技术要点、施工方案对类似工程具有一定的参考作用，故对水库库区堰塞体的治理研究有实际的工程效益。解除溃坝风险是堰塞体治理的目标之一，本文通过实地考察、根据实际情况提出了采用明渠排水、开挖部分堰塞体恢复部分被侵占的水库库容的方案，对该水库的正常运行基本没有影响，对原设计灌溉供水的影响较小，达到了堰塞体治理的目标，同时该方案具有工程量小、成本低、工期短的特点。

水库堰塞体；堰塞体治理；施工技术；施工方法

1 概况

该堰塞体位于永定桥(三等中型工程)库区内，距永定桥坝址2.0 km，是由左岸支沟—飞水沟右侧基岩岸坡发生了倾倒崩塌滑坡，滑坡堆积体冲入河中形成堰塞体。堆积体垂直河向宽约350 m，沿河向长约200 m，高约30 m，总方量约200万m3，其中崩塌堆积体中堆积于流沙河床以上部分形成堰塞体，堰塞体宽度约200 m，厚度为25～39 m，平均厚约30 m，顶高程约1 543 m，方量约60万m3。堰塞体造成上游流沙河河水最大壅高约40 m。目前，河水从松散架空的大块石中渗流至下游。初步计算，堰塞湖库容约为200万m3，根据《堰塞湖风险等级划分标准》(SL450-2009)，其规模属小(1)型堰塞湖。

由于堰塞体下游大坝、导流洞、高粱坪堆积体和关顶上料场正在施工，威胁到下游工区人员、水工建筑物和下游集镇的安全，堰塞体发生溃决后的危害性较大，其溃决损失较严重。该堰塞体的危险级别为中等危险性，堰塞湖风险等级为Ⅲ级。

2 危害

堰塞体方量约60万m3，大部分位于1 505.00 m死水位以上，侵占水库有效库容。由于永定桥水库为瀑布沟水电站移民安置的配套供水工程，总库容总体较小，堰塞体所占有效库容比重较大。

目前，堰塞湖水位高程1 532.90 m左右，上游入库水量和坝体渗透水量基本平衡。堰塞体整体稳定，溃坝的可能性较小。但今后汛期可能存在漫顶溃决的可能性。且堰塞体下游大坝、导流洞、高粱坪堆积体和关顶上料场正在施工，威胁到下游工区人员、水工建筑物和下游集镇的安全，堰塞体发生溃坝后的危害性较大，其溃决危险系数大、损失较严重，对堰塞体的处理是必要的。

3 施工方案选择

崩塌堆积体主要由弱风化的大块石组成，充填碎砾石，块石块径一般为0.5～2.0 m，少数块径达5～10 m。根据地形、地质条件分析，堆积体下部坡度较缓，堆积体中上部坡度较陡，天然状态整体稳定，堰塞体具备开挖条件。

根据堰塞体地形、地质条件和现场施工条件，考虑堰塞体稳定、恢复全部或部分有效库容并采取其他补偿措施、达到上下水库通水通沙的治理目标，并以节约工程治理投资为原则，堰塞体治理设计拟定了两种方案：堰塞体全部挖除恢复库容方案(即方案一)；堰塞体部分挖除、利用水库调节供水保证率的补偿措施(即方案二)。

3.1 堰塞体全部挖除

方案一考虑恢复堰塞体侵占的全部有效库容。开挖底高程至死水位下2.0m，略低于原河床底部，右侧开挖至原陡直基岩坡，左侧正常蓄水位以下开挖至原地面线(为基岩岸坡)，正常蓄水位以上按坡比1∶2.0进行开挖。根据稳定分析，开挖边坡基本稳定，不需进行边坡支护。

左岸滑坡堆积体稳定计算成果见表1。

表1 左岸滑坡堆积体抗滑稳定计算成果

3.2 堰塞体部分挖除

3.2.1 堰塞体开挖

由于方案一考虑恢复堰塞体侵占的全部有效库容，开挖工程量较大。为降低工程造价，方案二考虑在满足堰塞体稳定、恢复一定有效库容、上下水库通水通沙治理目标的基础上，恢复堰塞体侵占的部分有效库容。考虑以上因素，根据施工条件，开挖方案确定为：开挖底宽10 m，开挖底高程至死水位下2.0 m，略低于原河床底部，右侧开挖至原陡立基岩坡，左侧按综合坡比1∶2.5进行开挖，其中在中下部布置一条宽7.0 m的施工马道。堰塞体处理施工布置及典型断面见图1、2。

图1 堰塞体处理施工布置示意

图2 堰塞体处理典型断面示意

3.2.2 侵占有效库容补救措施

对于堰塞体部分挖除方案，经复核，永定桥水库长期有效库容为964.3万m3，比初设阶段有效库容小27.2万m3。根据长系列径流调节计算成果，水库多年平均城市生活及工业供水量为1 568.6万m3，48年中只有1年缺水，供水保证率为95.9%，工业供水量比原初步设计阶段小0.4万m3，满足设计保证率要求。多年平均农业灌溉供水量为2 430万m3，比初设阶段小17.0万m3，约占0.7%。48年中有13年缺水，供水保证率为71.4%，略低于灌溉设计保证率75%。

因此，和原初设阶段成果相比，堰塞体部分开挖方案对城市生活和工业供水基本没有影响，灌溉保证率略有降低，但灌溉缺水量、缺水程度等均无大的变化，对原设计灌溉供水的影响较小。

3.2.3 方案比较及推荐方案

根据上述分析：

方案一对正常蓄水位下的堰塞体全部挖除，正常蓄水位以上按坡比1∶2.0进行开挖，有效库容得以全部恢复，永定桥水库长期有效库容和初设阶段一致，供水、灌溉等均满足原设计要求；方案二对堰塞体部分挖除，侵占有效库容约27.2万m3，经复核，该方案对城市生活和工业供水基本没有影响，灌溉保证率略有降低，但灌溉缺水量、缺水程度等均无大的变化，对原设计灌溉供水的影响较小，基本满足设计要求。

根据投资分析，方案二较方案一节约工程投资约2 854万元，方案二投资约占方案一投资的67%。

堰塞体处理工程要求在永定桥水库蓄水前完成，方案二工程量省、施工快速、工期保证性好。

综合以上技术、经济比较，选择方案二为堰塞体及左岸滑坡堆积体开挖治理的推荐方案。

4 施工组织设计

4.1 施工时段及导流方案的选择

根据永定桥水利工程总体施工进度计划安排，2014年9月份后进行大坝导流洞封堵，水库开始蓄水。因此，堰塞体治理工程需在9月份之前完成。堰塞湖治理工程位于流沙河河道内，施工时先开挖出泄水通道，降低堰塞湖水位，水位下降后再水上开挖堰塞体，不单独设置导流设施。考虑到施工作业期间流沙河仍需过流，施工临时泄水通道过流标准采用枯水期5年重现期，设计泄流量按坝址11月至5月5年一遇重现期洪水取值，相应设计泄流量为37.2 m3/s。

4.2 泄水渠的尺寸计算及布置

根据选定的处理方案，在堰塞体上需开挖泄水渠作为泄流通道。根据地形条件，泄水渠布置在右岸，渠底宽10 m，右侧为原基岩陡坡，左侧开挖坡比为1∶2.5，泄水渠泄流能力按宽顶堰公式计算。

根据计算，施工期间渠内最大设计水深约2 m，最大平均流速为1.8 m/s，过流面满足抗冲稳定要求。

4.3 堰塞体开挖

考虑在满足堰塞体稳定、恢复一定有效库容、上下水库通水通沙治理目标的基础上，恢复堰塞体侵占的部分有效库容。根据施工条件和开挖坡稳定需要，开挖方案确定为：开挖底宽10 m，开挖底高程为死水位高程下2.0 m，右侧开挖至原陡直基岩坡，左侧按1∶2.5坡比进行开挖，其中在中下部布置一条宽7.0 m的施工马道，开挖坡面死水位至正常蓄水位以上2 m范围的水位变幅区利用干砌石护坡处理。

堰塞湖治理工程位于流沙河河道内。堰塞体处理主要为堰塞体的土石方开挖，1 520.00 m以上堰塞体由1 520.00 m高程改线道路爬坡至堰塞体顶部进行开挖，1 520.00 m高程以下堰塞体由1 520.00 m高程马道下卧至工作面进行开挖。

堰塞体在2013年1月中旬开始开挖，施工时在靠近右岸侧先开挖出一定深度的泄水沟渠，降低堰塞湖水位，水位下降后再开挖堰塞体，堰塞体开挖随着泄水渠的开挖逐步进行，堰塞体在4月底开挖完成。

土方明挖采用1.6 m3液压挖掘机挖装15 t自卸汽车运输，74 kW推土机辅助。石方明挖及大块石解小均采用手风钻钻孔爆破，1.6 m3液压挖掘机挖装15 t自卸汽车运输，74 kW推土机辅助。

施工时，需采取必要的安全措施。在孤石爆破时，尽量做到使孤石爆破破碎而不飞石，并在爆破过程中做好安全警戒。暴雨来临暂停施工，人员撤离到安全地带防止滑坡。对堰前水位采用全站仪进行安全检测，对堰后进行巡查，发现大量管涌等险情及时报警。