某水库工程施工期防洪度汛方案及工程措施

章慧倩，段立早

(昆明市水利学会，云南 昆明 650000)

1 工程概况

某新建水库位于滇中南地区，是一座以农业灌溉为主的小(一)型水利工程，总库容440万 m3，灌溉面积1.9万亩，年供水量640万 m3。水库区域属云南省低纬度高原南亚热带季风气候，立体气候明显，具有雨热同季、夏秋多雨、干湿分明、冬春干旱的特点；多年平均降雨量1 670 mm，5～10月为雨季，其降雨量占全年降雨量的81 %，11～次年4月为旱季，其降雨量占全年降雨量的19 %。

水库流域的洪水均由暴雨形成，暴雨、洪水发生的时间及频次相近。年最大暴雨多发生在6～9月，个别年份发生在5月或10月。水库库区和坝址区为典型的山区地貌，水系较为发育，故其洪水过程呈陡涨陡落，具有山区型小流域的一般洪水特性。

工程由水库枢纽工程和输水灌溉工程组成，枢纽工程由大坝、导流及生态输水隧洞、溢洪道、输水涵管组成；输水灌溉工程由新建的输水隧洞、输水明渠组成。施工总工期30个月，准备期6个月(主要办理工程用地、招投标、三通等事宜)；主体工程施工期24个月，跨越两个雨季、两个旱季。

大坝为粘土心墙堆石坝，坝顶高程1 614.5 m，最大坝高54.0 m，坝顶长138.0 m、宽6.0 m。输水涵管位于左坝肩，是一段用以接通原灌溉渠道的矩形连通管，比坝顶低4.0 m，水库水位低时仍可以从位置较高的水源点引水。

2 汛前工程形象面貌和计划要完成的工作

主体工程导流隧洞于2017年6月中旬开工，大坝清基一期工程(永久围堰)10月上旬开始，大坝清基二期工程11月上旬开始。

2.1 汛前工程形象面貌

2018年汛期(施工期第一个汛期)来临前，截止2018年3月20日，各作业面具体完成的工程形象面貌如下。

2.1.1 导流隧洞

导流隧洞除回填灌浆外，过水部分(洞身、进口和出口、明渠泄水槽)全线完工、验收合格，具备过流(导流)条件，导流隧洞基本符合进度计划，不影响大坝施工。导流隧洞后续工作回填灌浆，按进度计划第一年汛期过后实施，灌浆施工不影响过流；生态输水管待回填灌浆验收合格后施工。

2.1.2 拦河坝

拦河坝已完成上游永久围堰风化料填筑，验收合格，可以使用。

大坝清基二期工程(上下游基坑、两岸清基)的隐蔽工程已验收合格，包括勘探洞的处理(回填埋石混凝土并钻孔灌浆)。验收时提出的夹缝清理、回填细石混凝土的工作已完成，基坑底部个别出水点的渗水已做处理[清平出水点基底面、用预制混凝土管罩住、使渗水不四处散流，定时监测渗水量(读取水深、舀排)，管外壁四周做反滤，沿地表水平埋设反滤透水管向下游引排]，经监理工程师现场核验合格；山坡局部渗水已汇拢至临时集水坑、集中引排，待坝体填筑到同等高程时，将井和积水坑清理干净、用坝料分层回填、人工夯实。见图1。

完成河床段固结灌浆、帷幕灌浆工作；左岸灌浆盖板浇筑至1 575.5 m，右岸浇筑至1 574.7 m。施工计划：灌浆工程全部完工后，填筑坝体；灌浆工作比进度计划迟1个月，与坝体填筑形成交叉作业。

坝体粘土心墙和堆石料原计划2月初开始填筑，由于多种原因：①未能在计划的时间结点办妥工程建设用地、料场临时用地，现场碾压试验推迟1个月；②土料场土料指标与设计要求相比有偏差，2月中旬取料送甲级检测单位做试验检测，出初步成果需1个半月，提供正式成果还需1个多月。③心墙粘土料填筑需做第二次现场碾压试验，等试验成果出来，心墙料的填筑要到4月10日才能施工。

图1 处理基底渗水点的出水Fig.1 Treatment of effluent from substrate seepage point

坝壳堆石料、反滤料(一反二反)和过渡料现场碾压试验已完成，填筑技术参数已确定。按照心墙料、坝壳料填筑上升高度基本同步(高差不超过3-4层)的原则，坝体填筑工作比计划工期推迟2个月。

2.2 进度计划、防洪度汛方案和要求

本水库库容曲线较陡，施工期水库水位上升快。根据工程设计和施工组织，枯期施工采用永久围堰挡水、导流隧洞泄洪；永久围堰堰顶高程1 574.0 m按枯期10年一遇洪水设计。永久围堰施工时，采用临时围堰挡水、临时涵管导流以保证永久围堰的清基和填筑。

汛期施工设计洪水为全年20年一遇，防洪度汛方案：第一个汛期采用一期坝体挡水，设计坝体顶高程1 592.0 m，导流隧洞排洪；按原进度计划，汛前(4月30日前)拦河坝应达到的工程形象面貌为坝体填筑到高程1 592.0 m，比永久围堰顶高程高18 m。

2.3 目前面临的情况及问题

土石坝的施工非常讲究季节。坝体填筑的施工进度主要受粘土心墙制约，而粘土心墙的填筑受季节和天气的影响很大。由于坝体填筑工作的延迟，旱季坝体施工的3个月黄金时间只剩20天：①原计划第一个旱季完成坝体2/3工程量的目标不能实现；②距第一期坝体挡水的高程目标还差18 m，第一个汛期的防洪度汛任务不能按原计划完成。

雨季即将到来，一旦遭遇暴雨洪水，施工区域将面临坝前一塘水坝后一个坑的危险境地。大坝施工工区、作业队生活营地如何安全、顺利度过第一个汛期，是急需解决的首要问题。

3 施工期第一个汛期防洪度汛方案

本着“①防洪度汛工作采取主动控制、早研究、早部署、早着手、早落实、防范于未然；②汛期必须采取切实可行的方案和措施，防止因洪涝灾害产生破坏事件”的原则，3月下旬总监组织工程建设的施工、监理、设计、管理局四方，共同研究第一个施工期防洪度汛方案。

3.1 施工条件和坝体填筑进度安排

大坝4月10日开始填筑，若4月份的20天天气好，坝体可以整体上升、填筑到永久围堰和倒滤体顶高程1 574.0 m，若天气不好，把基坑部位填满、坝体整体填筑高度高于原地面(以上)，利于自流排水。

气象部门给出的5月份天气预报和降雨预测，2018年雨量会多于正常年份，进入雨季的时间基本上与往年差不多，一般是5月中旬，雨季时间预计会延长(结束时间推后15-20天，施工期会减少)。2017年雨水偏多，有几次长历时大雨且形成了较大洪水，预测2018年出现超标(超过20年一遇)洪水的可能性不大。

如果不出现早雨，5月上旬可以施工10天，但这10天不纳入进度计划安排，能抢筑就尽量抢。

3.2 防洪度汛方案

2018年防洪度汛总目标：①确保已建工程安全度汛，汛后水利工程设施基本完好；②组织保障，机构和人员就位，提高思想认识，全力做到万无一失；③措施保证，施工单位、设计单位根据“2018年度汛专题会议”确定的技术方案和工程措施，编制《2018年防洪度汛方案》(包括防洪度汛应急预案、救援方案和措施，设备及物资的准备，工程预算等)，报送项目监理部、管理局审批，将工程进度、各项防洪措施落实到位。

防洪保护目标：①已完工程——永久围堰；②大坝基坑；③下游施工平台和施工工区。

做2018年防洪度汛方案时，增加全年10年一遇洪水的分析，一方面这次只做一年的防洪度汛方案，一方面评估坝体达到不同高度时、抵御洪水的能力。见表1。

表1 设计施工洪水成果表Tab.1 Designed construction flood results

防洪度汛方案分3个阶段，第一阶段5月上旬，截止5月10日需完成的工程措施：①坝体填筑整体上升到倒滤体顶高程1 574.0 m；②永久围堰上游面铺设垫层和护坡块石；③利用左岸填筑永久围堰时形成的施工临时道路排水、泄洪，见图2。

图2 左岸施工临时道路Fig. 2 Temporary construction road on the left bank

进入4月份，天气逐渐热起来，气温高、空气湿度增加，正午、夜间温差大，夜晚水汽下降、凝结。4月下旬、5月上旬，土料场粘土含水量大、超过最优含水量的3%。为降低含水量，每天上午翻晒土料，下午填筑。由于粘土心墙填筑速度缓慢，影响到整个坝体的填筑，未能达到倒滤体顶高程的进度目标；心墙部位的填筑高度，只略高于原地面线。

3.2.1 具体工程措施：

1)在永久围堰左侧对应施工临时道路部位挖开一个缺口(泄洪槽进口)以泄洪，泄洪槽为梯形断面，边坡1：1，面层先铺设土工膜，膜上铺设预制混凝土护坡块，过水面糙率按混凝土取0.016。

2)沿围堰上游侧边码放编织袋土料包，砌筑30 cm的超高，洪水位控制在1 573.8 m，以此计算槽口的过流能力、确定槽底高程。

根据气象部门5月上旬的天气预报，没有较大降雨和洪水，前两项工程未实施。

3)沿道路外侧边码放编织袋土料包，形成泄水槽，平时道路不过水，路面保持干硬；道路内侧开挖排水沟，排泄山坡面的雨水，见图3。

图3 道路内侧排水沟排泄山坡面的雨水Fig.3 Draining of rainwater on hillside through drainage ditch inside the road

3.2.2 洪水调节分析计算

永久围堰顶高程1 574.0 m，围堰高11.5 m，对应防洪水位1 573.8 m的库容(调洪库容)为5.01万m3，围堰顶高程只能抵挡全年3年一遇洪水，不能抵挡5年一遇洪水。槽口后没有高差，不能形成堰流，按明渠公式计算过流量，进口局部水头损失直接扣减0.01 m；根据《初步设计报告》设计洪水频率P=5%的洪水过程线成果和“水位高程～库容”关系表进行调洪计算，调洪过程及成果，见表2。

表2 第一阶段：坝体顶高程H=1574.0 m时，洪水调节计算表Tab.2 First phase: Flood regulation calculation table at dam crest elevation H=1 574.0 m

调洪结果：坝体顶高程1 574 m，防洪水位1 573.85 m(进口水头损失0.01 m)，导流隧洞下泄流量12.1 m3/s，坝顶泄洪槽槽底高程1 572.5 m，底宽4.45 m，口宽7.45 m、深1.5 m，边坡1：1，泄洪槽前段底坡2.5 %，计算得下泄流量66.4 m3/s，合计过流能力78.5 m3/s，满足泄洪要求。道路前段需要适当拓宽1 m，道路中段、后段较陡，满足要求的底部宽度3.0 m、水深≤1.0 m。

第二阶段5月中下旬，具体方案和工程措施：上游堆石区填筑至1 577.3 m高程，一方面保护永久围堰，一方面提升上游坝体高程、提高抗洪能力，堆石后坡坡比1：1.5；汛期过后填筑坝体时，结合部位重新翻填；坝体顶部左侧仍然设置泄洪槽。洪水调节分析计算，见表3。

表3 第二阶段：上游坝体顶高程H=1 577.3 m时，洪水调节计算表Tab.3 Second phase: Flood regulation calculation table at upstream dam crest elevation H=1 577.3 m

调洪结果：坝体顶高程1 577.3 m，防洪水位1 576.81 m，对应水库容积(调洪库容)11.37万m3，导流隧洞下泄流量14.2 m3/s，坝顶泄洪槽槽底高程1 575.5 m，底宽4.3 m、口宽7.3 m、深1.5 m，边坡1：1，泄洪槽底坡2%，计算得下泄流量57.64 m3/s，合计过流能力71.84 m3/s，基本满足泄洪要求。

根据气象部门的天气预报，5月中下旬没有较大降雨和洪水，左侧开挖泄洪槽口的工程措施没有实施。5月中旬有阵雨，雨量不大，没有形成洪水。

第三阶段6月上旬，具体方案和工程措施：在上游坝体填筑至1 577.3 m高程的基础上，填筑上游抬头坝、坝顶高程1 583.0 m，防洪水位1 582.0 m，对应水库容积26.9万m3。经计算分析，上游抬头坝(坝顶高程1 583 m)不满足“遇全年10年一遇洪水、不留坝顶槽口”的挡水要求，预留槽口下泄洪水是必然的选择，槽口宽度按20年一遇洪水调节计算确定。

经洪水调节计算(分析计算表略)，导流隧洞下泄流量17.2 m3/s，坝顶泄洪槽槽底高程1 580.5 m，底宽2.8 m、口宽5.8 m、深1.5 m，边坡1：1，泄洪槽底坡2%，计算得泄洪槽下泄流量38.6 m3/s，大于设计院调洪后的下泄流量38.0 m3/s，合计过流能力55.8 m3/s，满足要求。

第三阶段为第一个汛期的防洪度汛方案，实施了对应的工程措施。不同防洪阶段的筑坝高程，见图4。

3.3 防洪度汛工程措施和施工计划

3.3.1 第一个汛期防洪度汛需要采取的工程措施

1)永久工程：由于拦河坝永久围堰顶低于死水位，设计没有考虑铺设护坡石，为避免水流冲刷永久围堰，确保永久围堰安全度汛，对围堰前坡进行护坡、接到设计的护坡起点(死水位下1m处)，护坡采用块石，增加坡面粗糙度，减小波浪爬高，块石下面铺设10 cm厚砂石混合垫层。

图4 大坝剖面图(示意)Fig.4 Dam profile (section diagram)

2)临时工程：(2-1)粘土心墙和反滤料、过渡料的保护：心墙保护铺设两层粘土(各厚50 cm，碾压覆盖，第二次筑坝时清除)；反滤和过渡料的保护，同样分层铺设同类材料、压实覆盖，厚1.0 m；其上铺设土工复合膜保护。施工单位在膜上又加铺一层三色彩条塑料防水布、用砖块压住(这部分工程量未计入防洪度汛工程预算，进入施工成本)，见图5。(2-2)编织袋粘土包：道路外侧边加高、防护。

图5 心墙和反滤料的保护
Fig.5 Core-wall and filter material protection

3)汛前进行大坝下游河道疏通、清理，完成基坑自流排洪沟的修建。

4)场内施工道路畅通及道路施工排水、道路边坡稳定和防护是确保防洪度汛工作有效实施的重要条件之一。边坡清理和防护，开挖排水沟，按2月份监理例会确定的方案继续施工，汛前完工。

5)汛前完成项目部生活营地及作业队生活营地的安全防护，派专人定期巡视检查。背山一侧开挖排水沟，汛期、降雨时特别注意观察营地后山山坡的稳定、安全，做好夜间值班工作。

该次防洪度汛工作增加16万元的费用，其中：前坡护坡占64 %，临时工程占比不大，费用获监理工程师、管理局、投资方批复认可，按月工程进度款支付，并纳入工程结算。

3.3.2 汛前工程施工计划

施工计划既要保证汛期度汛安全，也要安排好汛前需完成的工程，不耽误汛期工程的正常施工见图6。

图6 二次填筑高度达1577.3 mFig.6 Height of secondary filling up to 1 577.3m

1)汛前(4月30日前)完成1 574.0 m高程(以下)两岸的固结和帷幕灌浆；

2)汛前灌浆盖板浇筑至1 580.0 m高程以上；

3)主汛期(6月10日)前根据《防洪度汛方案》，完成防洪度汛工程措施的实施，将抬头坝填筑到1 583.0 m高程。

4 结 论

1)防洪度汛方案针对工程形象进度、结合实际情况，寻找可靠的排洪泄水通道，根据施工条件、强度和工程进展，分步实施防洪度汛方案；结合天气预报，诀定需要实施的工程措施，既保证了大坝工区的防洪度汛安全，又有效地控制了工程量和经费的增加幅度。

2)对降雨、洪水的预测和应对，做到有备无患、留有余地。2018年汛期，多数时间洪水不大，被挡在临时围堰前(见图7)，有十余次洪水位升高、翻越临时围堰，接近、超越永久围堰堰顶(最高洪水位超越堰顶约2.0 m，见图8，没有到泄洪槽槽底)，汛前抢筑、提高上游坝体高度的决策是正确的、必须的。

图7 多数时间洪水不大，被挡在临时围堰前
Fig.7 Flood being blocked in front of the temporary cofferdam for most of the time

图8 最高洪水位接近、超越永久围堰堰顶
Fig. 8 The highest flood level approaching or exceeding the permanent cofferdam crest

3)该工程永久围堰设计为不过水围堰，若实在没有泄洪排水的条件、设施和通道，又可能发生较大降雨和洪水时，可在填筑上游第二阶段度汛坝体时，沿永久围堰堰顶埋设数根大尺寸引水管至基坑，让洪水提前、有序进入基坑，一方面减小上下游水位差，另一方面尽量避免洪水漫顶。

4)若4月10日至5月10日没有筑坝条件，只能考虑汛前不筑坝，汛后第二个旱季一次性填筑至设计坝顶高度，这是较差的安排。优点是避免了灌浆与大坝施工的交叉作业，缺点和问题是①基坑需二次清理、验收，由此增加的费用不小；②洪水有漫过永久围堰堰顶的风险，会对围堰造成损坏；③第二个旱季工期紧、施工强度大。

因此，遇到此类情况时，应尽量寻找可靠的洪水通道，采取措施疏导、引排洪水，避免洪水漫顶、进入基坑，这是最节省费用、行之有效的防洪度汛方案。

通过严密的组织计划，大坝填筑工程历经1个月旱季、间隔1个雨季、第2个旱季的二次填筑，顺利封顶；工程在24个月的总工期内全部完工，见图9。

图9 2019年5月28日大坝封顶Fig. 9 Dam capping on May 28, 2019