浅谈溪头水库新建工程施工导流设计与施工

(湖南兴禹建设有限公司，湖南 常德 415000)

1 工程概况

溪头水库位于郴州市汝城县大坪镇东北溪头村境内，距离镇区6.50km，离汝城县城13.50km。坐落在洡水末端浙江支流铁炉江上游左支梨头咀，坝址控制集雨面积3.13km2，坝址以上河流长度2.70km，河流坡降145‰。大坝由河床溢流坝段和两岸非溢流坝段组成，为浆砌石重力坝，坝顶高程798.00m，坝顶宽5m，坝顶轴线长220m，最大坝高47.50m，坝顶上游侧设置防浪墙，防浪墙顶高程799.2m；溢流坝段位于坝体中部，采用开敞式WES 堰，共2 孔，总净宽8m，堰顶上设人行桥，消能防冲采用底流消能的方式。输水箱涵布置于右岸非溢流坝段内，直径为1m，进口设置启闭机房及工作、检修两道闸门，进口高程为767.50m；放空涵管(兼施工导流涵管)直径为1.35m，进口高程764.00m。水库正常蓄水位796.00m，总库容221.76万m3。溪头水库是一座以抗旱应急供水为主，兼为灌溉、防洪等综合利用的拟新建小(1)型水库。

溪头水库工程等别为Ⅳ等工程，主要建筑物级别为4 级，次要建筑物级别为5 级。项目概算总投资约7100万元。

2 工程水文

坝址流域内植被较好，属于低岗山区地形。清江位于汝城县境内，属洪河一级支流、萌渚水二级支流、潇水三级支流、湘江四级支流，发源于汝城县大石桥乡的立下源，经源口、中洞、上洞、白泉塘，于白芒营镇的黄泥江村汇入洪河。

根据提供的9月—次年3月、10月—次年3月、11月—次年3月3个时段5%、20%、50%各频率洪水，利用龙虎洞水库雨量站多年逐月最大日降雨实测资料(1960—2012年降雨量)，作为施工洪水计算基础数据，并依据《暴雨洪水查算手册》计算各分期施工洪水(如下表所列)。

洪水溪头水库施工洪水成果表 单位：m3/s

汝城县属中亚热带季风湿润气候区，具有气候温和，雨量充沛，日照充足，四季分明，春夏多雨，秋冬多旱，夏无酷热，冬无严寒的气候特征。根据汝城气象站资料统计，多年平均气温16.60℃，历年极端最高气温36.40℃，历年极端最低气温-9.80℃，多年平均风速为2.30m/s，历年最大风速为20.30m/s，多年平均相对湿度82%，多年平均无霜期为275 天。

3 工程地质条件

溪头水库库区属中低山冲沟、山谷地貌，整个库水局限于花岗岩山体山谷内。铁炉江总体自NE 流向SW，河谷呈“U”形。Ⅰ号坝线(仙殿垄坝线)位于铁炉江右支流，河床宽20～25m；Ⅱ号坝线(犁头咀坝线)位于铁炉江左支流，河床宽73～76m;Ⅲ号坝线(下游坝线)位于铁炉江干流，河床宽136～140m。库区两岸山顶高程一般在800m 以上，山间谷地高程亦在740～7550m，山坡坡度一般30～45°，地形起伏较大。

坝址右岸上、下游均有一处相对平缓台地，上下游台地高程均在771.00～784.00m之间，上游台地面积约2000m2，下游台地可分成两级，总面积约3000m2。以上场地均可作为施工布置用地，完全能满足施工辅企布置要求。

本工程根据地勘成果，可在下游溪头村开采黏土料。砂采取外购方式由其他承包人提供。石骨料采用开采的块石人工制碎石，开采的块石成分为花岗岩，岩石坚硬，饱和抗压强度高，成块率高，质量较好，适于作块石料，或人工破碎骨料。

4 施工导流设计

4.1 导流标准

按照水利部《水利水电工程施工组织设计规范》(SL303—2004)，本工程施工导流建筑物为5级，相应导流建筑物设计洪水标准为3～5年一遇洪水，本工程采用土石围堰，根据本工程特点，导流标准拟采用枯水期5年一遇洪水，枯水期段11月～次年3月洪峰流量4.20m3/s(一期围堰挡水时段为9～10月，导流流量取9月～次年3月洪峰流量为7.99m3/s)。根据《水利水电工程施工组织设计规范》(SL303—2004)规定：本工程施工度汛采用20年一遇洪水标准，洪峰流量为28.04m3/s，设计度汛水位768.50m。

4.2 导流方式选择

坝址河谷地形地质条件是选择导流方式的主要因素，由于坝址位于“U”形河谷，正常蓄水位796.00m时河谷宽达194m，大坝两岸均为山体，明渠导流明显不合适，隧洞导流成本太高，结合坝址处地形条件，宜采用分期导流方式。一期采用左岸束窄河床导流，一期上下游及纵向围堰挡水，主要施工导流涵管。导流涵管铺设完成后即可开始二期围堰填筑，同时，可进行大坝左岸一期基坑内大坝坝体施工。待二期上下游围堰填筑完成后，可进行大坝全断面施工。施工度汛可利用大坝坝体溢流坝段预留缺口。

4.3 导流方案

根据建筑物布置及坝址地形、地质条件和铁炉江的水文特性，导流方案为：第一年9月开始一期上下游及纵向围堰填筑(含围堰基础截水沟开挖)，9月底围堰填筑全部完成，主体工程具备施工条件。9月开始导流涵管底部基础开挖，然后浇筑基础面混凝土，基础面混凝土浇筑完成后，进行导流涵管底部基础处理。基础处理完成后再进行导流涵管底部浆砌石砌筑，最后铺设导流涵管。10月底，导流涵管具备过流能力。

第一年11月进行二期围堰填筑，同时一期基坑范围内坝体可继续施工。11 月底二期围堰填筑完成，可进行大坝全断面施工。第一个枯水期末(3月底)，大坝施工至高程771m 以上(高于设计施工度汛水位768.50m)，溢流段顶高程767.00m。汛期度汛可采用导流涵管及预留溢流段缺口导流。汛期继续施工大坝非溢流段。到第二个枯水期(10 月初)，可利用导流涵管继续导流，大坝可全断面同时施工。导流方案布置见图1。

图1 导流方案布置

4.4 导流建筑物设计

4.4.1 导流底涵

根据坝址地形及永久建筑物布置特点，导流底涵布置于右岸非溢流坝体内，其进口高程考虑后期作为放空涵管使用，应适当高于现状地面线，以防淤积使闸门难以启闭，导流涵管进口高程定位764.30m(导流涵管与大坝上游相交处高程764.00m)，出口高程 760.00m，为1根内径为1.35m预制混凝土涵管(坝体内内径1.35m 钢管)，导流涵管长130m，考虑到管顶会过重车，涵管拟专门预制，为钢筋混凝土管，管壁厚25cm。导流涵管坝体以外部分底部设0.30m厚垫层，包角为120°，垫层宽度2.30m。具体见图2。

4.4.2 一期围堰

一期围堰采用土石围堰型式(见图3)，一期围堰挡水时段为第一年9—10月底。设计导流流量取9月—次年3月5年一遇洪水7.99m3/s，束窄河床过水，通过计算，一期围堰设计挡水水位为764.35～761.05m，考虑围堰超高与风浪加高，围堰顶高程取765.00～762.00m，围堰平均高度约3m。围堰顶宽取4m，两侧边坡1∶2，一期围堰轴线长204m。堰体采用黏土心墙防渗，考虑到一期围堰挡水时段较短，为节约投资，堰基不做防渗。基坑施工时渗水采用开挖截水沟，水泵抽排。

图2 一期基坑导流涵管施工示意图

图3 一期围堰断面

4.4.3 二期围堰

二期围堰采用土石围堰型式(见图4)，二期围堰挡水时段为第一年11月—3月底，导流涵管过流，设计导流流量取11月—次年3月5年一遇洪水4.20m3/s。

图4 二期上游围堰断面

通过计算，二期上游围堰设计挡水水位为767.23m，考虑围堰超高与风浪加高，围堰顶高程取768.00m，围堰平均高度约4.50m。考虑到围堰堰顶过车，围堰顶宽取8m，两侧边坡1∶2。堰体采用黏土心墙防渗，基础采用高喷灌浆防渗，高喷灌浆采用单排布置，间距1m，灌浆与强风化岩层搭接。二期上游围堰轴线长119m。

二期下游围堰设计挡水水位为导流流量下天然河床水位，通过查坝址处水位流量关系曲线确定二期下游围堰设计挡水水位为761.35m，考虑围堰超高与风浪加高，围堰顶高程取762.00m，围堰平均高度约2m(见图5)。考虑到围堰堰顶过车，围堰顶宽取8m，两侧边坡1∶2。堰体采用黏土心墙防渗，考虑到本河道坡降非常大(坝址处约4%)，河道枯期平均流量小，为节约投资，二期下游围堰堰基不做防渗。二期下游围堰轴线长76m。

图5 二期下游围堰断面

5 导流建筑物施工

5.1 导流涵管施工

导流涵管采用预制钢筋混凝土管(坝体内为内径1.35m 钢管)，管径1.35m，壁厚0.25m，单根长2m。导流涵管大坝以外部分设C15混凝土垫层，垫层厚度0.30m，包角为120 度，垫层宽度2.30m。垫层混凝土施工采用主体工程混凝土拌和系统拌制混凝土，胶轮车运输入仓，插入式振捣器振捣。模板采用钢模板。导流涵管安装如图6所示。

图6 现场施工图

5.2 围堰施工

围堰石渣填筑可利用大坝常遇水位以上开挖石料，开挖石直接装8～10t自卸汽车运输至围堰填筑部位翻卸，74kW推土机摊铺兼碾压，堰体心墙采用黏土填筑，施工方法同石渣回填。黏土料从土料场取土，运距约4km。围堰高喷灌浆采用三管法施工，采用单排布置，间距1m。上、下游围堰施工如图6所示。

6 施工排水主要工作项目

基坑排水包括初期排水和经常性排水，本工程采用明沟排水系统。排水系统应兼顾基坑开挖和开挖后修建主体建筑物两个时期。基坑内布置排水干沟、支沟，随基坑进展逐渐加深干沟和支沟，集水井布置在建筑物轮廓线外侧，集水井井底低于干沟沟底。初期排水按5d 排干计算，经常性排水包括基坑渗水、降雨及施工弃水等，利用初期排水设备能满足要求。

本工程施工排水控制的主要工作项目包括：大坝工程施工围堰的基坑排水；施工汛期洪水的防护。

7 结 语

溪头水库新建工程导流工程的设计与施工，为之后挡水工程、泄洪工程、引水建筑物工程、交通工程、房屋建筑工程、其他建筑工程的土建工程和机电金结设备制造及安装工程等打下良好的基础，保证了溪头水库新建工程顺利实施。该水库工程的建设，将有效缓解卢阳镇水矛盾，提高卢阳镇抗旱能力，解决卢阳镇供水水源不足及人饮安全等问题。