哈达山水利枢纽工程施工导截流设计

2021-04-20郑希娟迟浩宇其其格

东北水利水电 2021年4期

郑希娟，迟浩宇，其其格，朱策

（1.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021；2.吉林省水利水电勘测设计研究院吉林长春130061）

1 工程概况

哈达山水利枢纽位于吉林省松原市城区东南20 km 的第二松花江干流上，是第二松花江流域最末一级控制性枢纽工程，工程的建设任务是以吉林西部工农业和生活供水为主，兼顾生态环境保护供水、发电等综合利用。哈达山工程为大（1）型水利枢纽工程，工程等别为Ⅰ等。水库正常蓄水位140.50 m，校核洪水位143.95 m，总库容6.04亿m3。

哈达山水利枢纽工程由重力坝、发电厂房、溢流坝、门库、土坝和渠首闸等建筑物组成，坝顶总长2 387.04 m，坝顶高程146.00 m，最大坝高16.00 m。混凝土溢流坝为一级建筑物，溢流坝设有16孔弧形工作闸门，布置在左岸主河道。溢流坝采用WES堰型，消力戽消能，堰顶高程134.00 m，消力戽底板顶高程123.00 m，溢流坝设计泄洪流量10 728 m3/s。

工程于2008 年6 月10 日开工建设，2011 年12月投产发电。2012年4月25日，哈达山水库正式通过渠水干渠向前郭灌区一总引干自流供水，结束了该灌区50年来提水灌溉的历史，哈达山水利枢纽工程使吉林西部地区19万hm2良田得到灌溉。

2 自然条件

2.1 水文、气象条件

第二松花江流域位于中纬度欧亚大陆东缘，属于寒温带大陆性季风气候区，春季干燥且多风，夏季温热且多雨，秋季晴冷温差较大，冬季气候严寒漫长。气温和降水南北差异较大，年内分布很不均匀，流域南部的降水量在800～1 000 mm 以上，北部的年降水量只有400 mm 左右，年平均气温：上游山区为0～2 ℃，下游平原区为4～5 ℃。春季多为西南风，冬季多为西北风，历年的最大风速为29 m/s。实测最大冻土深度达2 m 以上。

根据水文资料，哈达山水库施工分期设计洪水成果见表1；施工截流期月、旬平均流量成果见表2。

表1 施工分期设计洪水成果表 m3/s

表2 施工截流期月旬平均流量成果表m3/s

2.2 地形、地质

工程坝址区河谷底部宽2 935.00～3 025.00 m，河谷两岸的地形不对称，坝址两岸地形低矮，坝址右岸分布着大小不一的波状砂丘，地形呈波状起伏。左岸坝头及上、下游地形坡度较平缓。

坝址区地层多为第四系松散堆积物，下伏白垩系下统姚家组夹粉砂岩薄层的泥岩。主要岩性结构由壤土、中砂、砾质中砂等组成。

2.3 冰情

根据松花江站、扶余站实测资料统计，封冻期一般在130 d 左右，冰厚一般在0.80～1.40 m，最大流冰块尺寸：松花江站为100.00 m×50.00 m，扶余站为300.00 m×200.00 m。

3 施工导流

3.1 导流标准

工程利用二期上游围堰挡水提前发电，各导流建筑物的设计挡水标准：一期导流围堰(土石结构)及二期导流下游围堰(土石结构)设计挡水标准为大汛20年洪水重现期，相应流量为4 910 m3/s；二期导流上游围堰(土石结构)设计挡水标准为大汛50 年洪水重现期，相应流量为6 500 m3/s。

3.2 导流方式

工程导流方式采用两期两段的施工导流方案，主要施工的程序：一期采用束窄河床进行导流，在一期围堰的围护下，施工重力坝段、溢流坝、厂房及部分土坝段；二期通过完建的16 孔溢流坝进行导流，在二期围堰的围护下施工剩余的土坝段。

3.3 导流建筑物设计

3.3.1 一期导流围堰设计

一期导流围堰由左岸的上、下游横向土石围堰及纵向土石围堰组成。一期导流上游围堰的轴线距离坝轴线为121.50 m，一期下游围堰的轴线距坝轴线164.55 m，一期纵向围堰的轴线位于坝桩号K0+991.60 m 处。

一期导流上游横向围堰设计挡水位138.75 m，堰顶高程140.86 m，堰顶长875.14 m。围堰堰体顶宽8.00 m，两侧边坡为1∶3.0，由主体基础开挖的中砂填筑。堰体迎水侧护坡分两部分组成，桩号K0+000～K0+740 m段，采用块石护坡，下设编织袋土垫层及无纺布反滤层；桩号K0+740～K0+875.14 m段,采用格栅石笼护坡，下设无纺布反滤层。考虑到此段水流流速较大，在堰脚处设水平铺盖，水平铺盖由0.30 m 厚格栅石笼及无纺布组成，与堰体格栅石笼护坡相接。截流戗堤高程136.75 m，戗堤顶宽10.00 m，戗堤采用编织袋土和块石进行填筑，边坡1∶1.5，块石护坡厚0.50 m。围堰基础及137.45 m 高程以下部分堰体防渗采用混凝土高喷灌浆防渗墙，137.45 m 高程以上部分堰体防渗采用复合土工膜，土工膜顶高程为139.25 m，复合土工膜与混凝土高喷灌浆防渗墙采用混凝土帽连接。高喷灌浆墙底高程在岩面线以下0.50 m。

一期下游横向围堰设计挡水位138.03 m，堰顶高程139.45 m，堰顶长737.27 m。围堰堰型基本与上游围堰相同，其截流戗堤顶高程为135.63 m，高喷灌浆防渗墙顶高程为136.76 m，土工膜顶高程为138.95 m。

纵向围堰堰顶高程由140.86 m渐变至139.45 m，围堰堰顶长396.94 m，堰顶宽8.00 m，迎水侧及背水侧边坡均为1∶3.0。戗堤顶高程由136.75 m 渐变至135.63 m，戗堤顶宽10.00 m，两侧边坡均为1∶1.5。纵向围堰迎水侧护坡均采用格栅石笼护坡，下设无纺布反滤层。格栅石笼护坡及堰脚处水平铺盖相连接，水平铺盖宽50.00 m，由0.30 m厚格栅石笼及无纺布组成。纵向围堰堰体及防渗墙结构与上游围堰相同。其高喷灌浆防渗墙顶高程由137.45 m 渐变至136.76 m，土工膜顶高程由140.36 m 渐变至138.95 m。

3.3.2 二期导流围堰设计

二期导流围堰由右岸的上、下游横向土石围堰和纵向土石围堰组成。上游围堰的轴线距离坝轴线104.95 m，二期下游围堰的轴线距离坝轴线140.80 m，二期纵向围堰轴线位于坝桩号K0+922.86 m 处。

二期导流上游横向围堰和纵向围堰设计挡水位140.52 m，堰顶高程142.92 m，堰顶长1 699.48 m。堰顶兼做临时交通，顶宽8.00 m，两侧边坡1∶3.0，堰体采用中砂填筑，迎水侧采用块石护坡，下设编织袋土垫层及无纺布反滤层；背水侧采用无纺布（200 g/m2）护坡，编织袋土压重。截流戗堤高程138.54 m，顶宽10.00 m，采用编织袋土和块石进行填筑，边坡1∶1.5，块石护坡厚0.50 m。围堰基础及137.45 m 高程以下部分堰体防渗采用混凝土高喷灌浆防渗墙，137.45 m高程以上部分堰体防渗采用复合土工膜（200 g/m2/0.3 mm/200 g/m2），土工膜顶高程为139.25 m，复合土工膜与混凝土高喷灌浆防渗墙采用混凝土帽连接。高喷灌浆墙底高程为122.50 m。

二期导流下游横向围堰及纵向围堰设计挡水位138.03 m，堰顶高程139.45 m，堰顶长1 523.61 m。围堰堰型基本与上游围堰相同，其截流戗堤顶高程为136.93 m，二期下游横向围堰及纵向围堰堰体和基础防渗采用垂直铺塑防渗方案。

3.4 截流设计与实施

一期、二期截流设计时段分别为2007，2009 年的10 月中旬，截流设计标准均采用10 月中旬10 年重现期洪水，设计流量为644 m3/s。一期、二期截流方式分别采用单戗堤和双戗堤立堵截流方式，均为左、右岸两侧同时进占，堰体随后跟进。一期龙口位于左侧河道深槽内，二期龙口位置在天然河道中心主河槽内，龙口宽度均为50.00 m。一期截流平抛护底材料采用土工布袋土，每袋重150 kg；二期龙口截流前需进行平抛护底，合龙顺序先上游、后下游。经计算，一期上游截流戗堤设计高程为136.75 m，下游戗堤设计高程为135.63 m；二期戗堤高程为138.54 m；一期、二期戗堤顶宽均为10.00 m，两侧边坡1∶1.5。

在戗堤预进占过程中，戗堤间水流流态较平稳，平抛护底较稳定。上游预进占戗堤在由100.00 m 向75.00 m 进占时，改为组合砂袋。由龙口宽75.00 m 继续进占时，改用0.30～0.50 m 的块石进占上游戗堤的挑角，其余用组合砂袋，块石和组合砂袋的比例约为1∶3。

龙口段（从龙口宽50.00 m 至合龙）进占方式采用上、下游戗堤双向进占，下游戗堤跟进，并保持相对上游戗堤龙口宽10.00 m。当上游截流龙口进占至龙口宽20.00 m 时，下游戗堤可不再跟进，即上游戗堤由龙口宽20.00 m 至合龙，下游戗堤保持龙口30.00 m 宽度不变。

上游龙口在宽50.00～30.00 m 时，采用0.30～0.50 m 的块石和150 kg×3 的组合砂袋进占，从龙口宽30.00 m 时开始，戗堤进占用料全部用块石才能完成。其中，在龙口宽20.00 m 至合龙段，用0.50～1.00 m 和0.30～0.50 m 的块石进占。龙口进占从宽50.00 m 至合龙，块石用量总计3 455 m3，150 kg×3的组合砂袋用量总计1 024 m3。下游龙口戗堤在60.00～30.00 m 跟进时抛投料用150 kg×3的组合砂袋完成。上游平抛护底的块石（0.50～1.00 m）用料量为1 050 m3，组合砂袋用量为1 050 m3。