青墩水库除险加固工程施工导流设计

2021-08-25苏刚，龚晶，黄钢

山东水利 2021年8期

苏刚，龚晶，黄钢

（山东省水利勘测设计院，山东济南250014）

青墩水库位于诸城市皇华镇青墩村南，是一座集防洪、灌溉、城镇供水、发电、养殖等综合利用于一体的中型水库。总库容4389万m3，调洪库容2331万m3，兴利库容1899万m3，死库容159万m3。水库枢纽工程由主坝、副坝、溢洪道、东西放水洞、电站及其它附属建筑物组成。

青墩水库除险加固工程主要内容包括：主坝上游砂壳翻压、抛石压重、拆除改建干砌块石护坡，主坝心墙段塑性混凝土防渗墙，主坝坝顶防浪墙、坝顶防汛道路拆除改建，主坝下游坝坡修整、重建草皮护坡、拆除改建坝坡排水系统及坝脚贴坡排水体；新建副坝下游贴坡排水体；主坝东放水洞处坝轴线向库内调整，同时拆除重建东放水洞竖井、洞身及上下游连接段；溢洪闸闸墩加高至95.50m，相应拆除改建墩顶以上排架、机架桥及启闭机房。

1 施工导流

施工期受库水影响的工程主要为上游砂壳翻压、主坝干砌石护坡、东放水洞拆除重建及东放水洞处坝轴线内移等工程。上游砂壳翻压底高程为84.20m，上游护坡底高程为85.50m，东放水洞进口底高程83.12m，西放水洞进口底高程85.0m，溢洪闸进口底高程87.2m。其中溢洪闸主要为闸墩加高工程，不需采取导流措施，其他工程均需采取导流措施后干地施工。

1.1 导流标准确定

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2017），青墩水库除险加固工程规模为中型，工程等别为Ⅲ等，主要建筑物主副坝、溢洪道、放水洞级别为3级，次要建筑物为4级。

施工导流建筑物属临时建筑物，根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2017），按所保护的对象、失事后果、导流建筑物使用年限和规模等因素，确定导流建筑物级别为5级，导流建筑物洪水标准为5～10年。鉴于本工程实测水文资料系列较长（1963—2013年），施工围堰采用当地土石围堰，结构型式简单，确定导流建筑物洪水标准为5年一遇。

1.2 导流方式

根据主体工程布置情况和主要工程建设任务，施工导流工程拟在一个非汛期内分两期完成：一期导流利用东放水洞泄流，施工主坝上游抛石压重、上游砂壳翻压、砌筑大坝部分护坡工程和溢洪闸工程；二期导流利用西放水洞泄流，施工大坝剩余护坡工程、拆除重建东放水洞及东放水洞处坝轴线内移等工程。

1.3 导流时段

根据水文气象资料，流域内降水主要集中在汛期6～9月，其中7～8月降水量尤为集中。为确保工程安全度汛，减少导流工程费用，施工期安排于非汛期的10月至次年5月。

水库施工前首先利用东放水洞将库水位降至83.12m。一期工程施工时段为10月至次年1月，利用东放水洞导流，起调水位为83.12m；二期工程施工时段为次年2月至5月，利用西放水洞导流，由于一期工程施工期间东放水洞一直处于敞泄状态，二期工程施工前库水位仍为83.12m，二期工程施工前在东放水洞前填筑围堰，施工期间水库即可蓄水，直到库水位超过西放水洞底高程85.0m后才开始泄流。

2 施工期洪水分析计算

青墩水库建库后无水库水文观测资料，采用附近桃园雨量1963—2013年的实测雨量资料进行施工期洪水计算。

1）设计雨量计算。设计点雨量的频率分析计算以矩法初估统计参数均值、变差系数Cv，取偏态系数Cs=3.5Cv，采用P-Ⅲ型曲线适线，以理论频率曲线与经验点据拟合较好为原则，确定统计参数计算成果。青墩水库不同施工期最大日降雨量频率曲线分别见图1、2。不同施工期5年一遇最大日降雨量乘1.1系数转换为最大24h降雨量，经点面折减换算后，求得最大24h设计面雨量，不同施工期最大24h面雨量成果见表1。

图1 桃园站非汛期（10～1月）最大日点雨量频率曲线图

表1 青墩水库不同施工期最大24小时设计雨量成果表

2）施工期洪水计算。净雨计算采用降雨径流相关图法，根据流域所在区域采用P+Pa～R降雨径流关系6号线查算，前期影响雨量Pa取25mm，设计雨型采用泰沂山南北区1h雨型，汇流计算扣除上游水库流域面积。采用山东省综合瞬时单位线法推算青墩水库施工期设计洪水，经计算，10月～次年1月、2～5月5年一遇施工期洪水洪峰流量分别为25.0m3/s、34.5m3/s。

经分析计算，各施工期最高洪水位如下：

图2 桃园站非汛期（2～5月）最大日点雨量频率曲线图

1）一期工程。10月～次年1月，利用东放水洞泄流，以现状东放水洞闸底高程83.12m作为起调水位，5年一遇最高洪水位为84.13m。

2）二期工程。当年2～5月，利用西放水洞泄流，以83.12m作为起调水位，5年一遇最高洪水位为84.55m，未达到西放水洞底高程85.0m，因此，二期施工期洪水可以全部蓄在库内不下泄。

3 导流设计

1）一期导流建筑物。一期导流利用东放水洞泄流，施工上游抛石压重、上游砂壳翻压、砌筑大坝部分护坡工程和溢洪闸工程。由于5年一遇水位为84.13m，抛石压重不受水位影响，上游砂壳翻压底高程为84.20m，上游护坡底高程为85.50m，溢洪闸底高程为87.2m，均高于84.13m，因此，以上工程施工均不会受到洪水影响，但上游砂壳翻压底高程距洪水位较近，因此，应趁库水位在低位时，将底部砂壳抢筑至较高的高程，以避免受到施工期洪水的影响。

2）二期导流建筑物。二期导流利用西放水洞泄流，施工大坝剩余护坡工程、拆除重建东放水洞及东放水洞处坝轴线内移等工程。

二期导流时段内5年一遇库水位为84.55m，不影响大坝剩余护坡施工，但对东放水洞施工有影响，需在东放水洞进口处填筑围堰挡水，围堰顶高程按下式确定：

H＝h+hω+δ （1）

式中：H为围堰堰顶高程，m；h为围堰堰前水位，m；hω为波浪爬高，m，为0.6m。δ为围堰的安全超高，根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2017）规定，围堰超高为0.5m。

按上式计算，东放水洞施工围堰顶高程为85.65m。围堰堰底高程82.91～83.36m，围堰最大堰高为2.74m。围堰设在东放水洞进口前60m处，围堰水上边坡1∶2.5，水下为自然坡1∶4，考虑与施工机械交通要求，围堰顶宽为5m。为防止波浪冲刷，迎水坡采用编织袋装土护坡，下铺复合土工膜防渗，复合土工膜自堰脚向外延伸3m，以增强防渗效果。