大坝导流施工方案技术研究与应用

翟景科 吴川花

中国水利水电第十一工程局有限公司（450000）

1 工程概况

辛女溪水库工程位于湖南省泸溪县白沙镇红岩村，坝址距泸溪县白沙新城约13 km，坝址以上控制流域面积24.3 km2，属沅江水系支流，水库正常蓄水位196.6 m，相应水库库容424 万m3。工程等级为4 等小（1）型工程，主要建筑物为混凝土挡水坝、溢流坝和灌溉进水口，按4 级建筑物设计。辛女溪水库是一个以灌溉、乡镇供水为主，兼顾生态用水的水库工程。

2 原设计导流方案

2.1 导流方式

辛女溪水库大坝为混凝土重力坝。根据地形地质条件及枢纽布置方案，大坝左、右岸均为陡峭山体，施工期洪水流量较小，主河槽位于河床右侧，坝址左岸上游有一自然崩塌形成的台地。经过分析比选，设计采用分期导流方式[1]。

2.2 导流标准

当地材料比较丰富，除大坝二期纵向围堰采用混凝土围堰外，其他围堰采用土石围堰，大坝导流标准初选5年一遇洪水标准。根据坝型及坝前拦洪库容，坝体施工期临时度汛洪水标准初选10年一遇洪水重现期。

辛女溪流域汛期时段为5-8 月，年最大洪水出现在 6-7 月，枯期时段比较了 9 到次年 4 月、10 到次年3 月两个时段，为了争取时间抢拦洪度汛高程，选择9 到次年4 月的枯期导流时段，相应枯水期5年一遇流量为28.3 m3/s。

2.3 导流程序

一期围左岸挡水坝段，利用疏挖后的束窄河床过流。二期围右岸挡水坝段及溢流坝段，利用已完工的放空底孔过流，并将坝体整体上升到拦洪度汛高程；汛期利用放空底孔及预留坝体缺口度汛。

具体导流程序如下： 第一年9 月初开始修筑大坝一期围堰，围左岸挡水坝段，由右岸疏挖后的束窄河床过流。第一年年底将左岸坝段浇筑至153 m 高程以上，并形成放空底孔。第二年1 月初拆除一期枯期围堰，左岸坝段继续上升，同时施工二期围堰，进行右岸二期施工，由已形成的放空底孔过流。在第二年汛前将右岸坝段浇筑至拦洪度汛高程156.3 m，在右岸中间河床挡水坝段预留缺口度汛，缺口高程153.5 m，缺口宽度19 m。第二年汛期大坝由导流底孔和坝体预留缺口联合过流，坝体临时挡水度汛。汛期整个大坝可采用洪中抢枯的方式继续上升，大坝在第三年3 月中旬上升至设计高程。

3 导流建筑物设计

3.1 围堰

大坝一期上下游围堰、 纵向围堰采用均质土围堰，二期上下游围堰采用黏土斜墙围堰，二期纵向围堰采用混凝土围堰。一期上游围堰顶宽3 m，顶高程150.0 m，一期下游围堰顶宽3 m，顶高程147.5 m，内外坡比均为1：2，基础采用高喷灌浆防渗。二期上游围堰顶宽3 m，顶高程152.0 m。二期纵向围堰部分利用溢流坝导墙挡水。二期土石围堰上下游坡比均采用1∶1.5，迎水面采用块石护坡，上游采用高喷灌浆防渗，下游采用黏土斜墙防渗，混凝土围堰墙背坡比 1∶0.6[2]。

3.2 导流底孔

导流底孔结合永久放空底孔设置，型式为箱型，进口底板高程147.50 m，全长62 m。

3.3 导流明渠

一期导流明渠利用束窄河床疏挖而成，疏挖底高程146.5～146.0 m，底宽5 m，边坡坡度为岩石边坡自然坡度。

二期导流明渠与导流底孔相接，进口底板高程147.5 m，出口底板高程145.9 m，底宽2.5 m，岩石开挖坡比为 1∶0.3。

4 优化的导流方案

4.1 导流程序

2018年1-2 月，在大坝河床位置开挖临时导流明渠，左岸导流底孔混凝土浇筑未完成前承担导流任务。

2018年 3-4 月，5 号坝段浇筑至 EL151 高程形成导流底孔，完成大坝上游围堰，利用导流底孔导流，然后完成基坑开挖，2018年汛期来临前完成建基面垫层混凝土的浇筑，并将坝体浇筑至河床高程EL147.5。

2018年 5 月-2019年 4 月，汛期利用放空底孔过流度汛，非汛期利用已完成的导流底孔进行导流，汛期整个大坝采用洪中抢枯的方式继续上升，大坝在2019年3 月底上升至设计高程[3]。

4.2 导流建筑物设计

4.2.1 围堰设计

上、下游围堰均采用土石围堰，上游围堰顶宽4 m，顶高程152 m，下游围堰顶宽4 m，顶高程 148 m，内外坡比均为1∶1.5，堰体采用黏土墙防渗围堰迎水面采用钢筋笼护角、块石护坡，围堰最大高度5.0 m，上游围堰总长约35 m，下游围堰总长约45 m。

4.2.2 导流明渠设计

4.2.2.1 临时导流明渠

在大坝河床位置开挖断面尺寸2 m×1 m 临时导流明渠，进口高程EL145.6，出口高程EL144.6，全长100 m，明渠四周铺设彩条布，作为防水层。

排水明渠水流流速计算公式：

其中，R=A/P，A=WH，P=W+2H，n=粗糙系数。

根据规范相关规定，天然河道的粗糙系数n取值 0.03～0.05，本工程n=0.05，渠深 H=1 m，渠宽 W=2 m。假设导流明渠最大流量时，根据导流明渠截面形式，可求得：

水流断面为2 m2

流速V=1.532 m/s

可过流量Q=3.094 m3/s＞0.916 m3/s

所以临时导流明渠符合枯水季溪水导流要求。

4.2.2.2 坝体段导流箱涵

坝体段采用C30 混凝土箱涵，断面2.5 m×3 m，截面呈矩形。

根据规范相关规定，混凝土渠道的粗糙系数n取值 0.013～0.014，本工程n=0.014，箱涵高H=3 m，宽W=2.5 m。假设导流箱涵最大流量时，根据导流箱涵截面形式，可求得：

水流断面为7.5 m2

流速为7.81 m/s

可过流量Q=58.575 m3/s＞0.916 m3/s

所以导流箱涵符合枯水季溪水导流要求。

4.2.2.3 坝体外导流明渠

同上，经过计算后，过流流量Q=31.45 m3/s＞0.916 m3/s

所以坝体外导流明渠符合枯水季溪水导流要求。

5 导流建筑物施工

5.1 围堰施工

堰壳料及块石护坡均利用岸坡土石方开挖料及覆盖层开挖料，采用1.6 m3反铲挖装，20 t 自卸汽车运输上堰，SD220 推土机平整，18t 振动碾压实，块石护坡由反铲辅助整平[4]。

5.2 围堰施工工艺

5.2.1 测量放线

根据确定的围堰堰顶轴线、设计边坡和护脚需要正确测放出围堰起坡线，并在外侧设延长控制点。

5.2.2 围堰岸坡清理

采用反铲装车，自卸汽车运输。

5.2.3 堰体填筑压实

在岸坡清理完成后，采用大坝开挖料进行围堰填筑，采用反铲挖装，自卸汽车运输上堰，推土机平整，振动碾压实。

5.2.4 黏土料填筑

从大坝开挖区用自卸汽车运料，进行黏土墙填筑，采取分层碾压填筑，填筑分层30 cm。

5.2.5 抛石护坡及钢筋笼护角施工

围堰迎水面采用抛填块石防护，坡脚采用钢筋笼进行护角，抛石护坡厚度1.0 m，钢筋笼高度1.0 m。抛填块石块粒径选用80～120 cm，在大坝开挖区采用1.6 m3反铲拣集，用20 t 自卸汽车运输至现场，反铲抛填。

5.2.6 堰体加高

采用分层全断面上升，自卸汽车后退法卸料，土料层填筑厚度为30 cm，碾压6～8 遍，碾压采用进退错距法，进退错距约33 cm。

5.3 导流渠施工

临时导流明渠进口高程EL145.6，出口高程EL144.5，全长 100 m，断面尺寸 2 m×1 m。

5.3.1 坑槽开挖

坑槽采用挖掘机开挖。

施工顺序按由下游至上游的顺序施工，以利坑槽的临时排水。

开挖时，随时测量监控，保证开挖尺寸及槽底的高程达到设计要求。

土方采用挖掘机开挖，人工配合。沟槽开挖土方调至填方区填土或用自卸车外运至指定渣场。

坑槽挖至设计高程，清除地面和坡面上的浮土达到设计要求，坡面上的松动块石和过于破碎的土石方也要挖出已满足施工要求。

基础面清理和施工缝处理

5.3.2 测量放线

基础面处理合格后，用全站仪、水准仪等进行测量放线，并验收合格。放线时，将建筑物体型的控制点线放在明显的位置，并在方便度量的地方给出高程点，确定立模边线，作好标记。

5.3.3 模板安装

模板材料的质量应符合本工程指明的现行的国家标准或行业标准。模板由载重汽车运至施工现场，汽车吊吊装就位，并设足够的临时固定设施，以防变形和倾覆。仓内设支撑，随浇筑混凝土上升时拆除，独立的墙、柱严防整体变形、错台。

5.3.4 混凝土施工

5.3.4.1 清仓验收

清理仓号内的杂物，并且冲洗干净，排除积水，提交有关验收资料进行仓位验收，同时作好浇筑准备，搭设简易脚手架、溜槽架、安全护拦，检查振捣设备，增加照明，自检合格后，请监理验收[5]。

5.3.4.2 混凝土拌制与运输

混凝土由拌和系统按现场试验室提供并经监理工程师批准的程序和混凝土配料单进行统一拌制，并在出机口和浇筑现场进行混凝土取样试验。

拌制好的混凝土采用混凝土搅拌车或载重汽车运至现场，视不同部位采用不同的入仓方式。

5.3.4.3 混凝土入仓浇筑

浇筑仓位首先通过内部三检，提供原始资料，由质检部门提请监理进行验收。验收合格后，方可进行混凝土浇筑。在浇筑第一层混凝土前，均匀铺设一层2～3 cm 水泥砂浆，以保证混凝土与基岩面结合良好。

混凝土浇筑时，由于工作面较小，采用挖机配合人工的方式入仓，也可采用人工入仓。人工平仓，采用平板振捣器或插入式振捣器进行振捣，振捣时间及结束标准应符合相关规范要求。

仓内薄层平铺，铺料厚度40～50 cm，严禁混凝土入仓冲击模板。平仓应防止骨料分离，注意层间结合，加强振捣，确保连续浇筑，防止出现冷缝，浇筑过程中要对模板工加强巡视维护，异常情况及时处理。

5.3.4.4 养护和保护

混凝土浇筑结束后，按照要求进行表面覆盖保温或洒水养护，养护时间严格按照有关规范及设计要求进行。

6 工期及成本分析

经原导流方案与实际导流方案进度对比分析可知，现方案使工期节约5 个月，节省了5 个月的人工、机械费用，降低了成本，节省了资源消耗。

经计算，每月人员费用76.4 万元，工期节约5个月，人工费用共节约382 万元。

每个月机械租赁费用59.8 万元，5 个月工期，机械租赁费用共节省299 万元。

7 结语

辛女溪大坝导流技术、组织及管理措施等的实施，灵活运用了现场实际地质及地形条件，优化了设计方案，有效节约了工程施工工期和成本，为类似工程提供了借鉴和参考。