宜興市油車水庫導流方案設計

金 勇

1 工程概況及樞紐布置特點

油車水庫工程位于江蘇省宜興市南部山區湖滏鎮西南的丘陵山區,擬建壩址位于西澗中游,水庫工程的主要任務是防洪和城鎮生活供水,總庫容為3 324萬m3,屬Ⅲ等中型水庫工程,水庫樞紐建筑物包括主壩、副壩、溢洪道、引水放空鋼管等。水庫的大壩、溢洪道、引水放空管等主要建筑物為3級建筑物;次要建筑物為4級建筑物;臨時性建筑物為5級建筑物。

油車水庫攔河大壩主壩全長1 554 m,壩頂高程為44.60 m。南壩段(樁號0+171.40～0+1554.00)為黏土心墻壩,壩體斷面主要由上游碾壓砂卵礫石、黏土心墻、下游碾壓砂卵礫石及開挖碎石土等部分組成,最大壩高28.6 m,上游壩坡采用1∶2.5;下游壩坡在高程33.00 m處設寬10.0 m的馬道,高程33.0 m以上坡比為 1∶2.0,以下為 1∶2.5;北壩段(樁號 0+000.00～ 0+171.40)為均質土壩,最大壩高6.1 m。上游坡比為1∶2.5,下游坡比為1∶2.5;副壩全長 37.50 m,為均質土壩,壩頂高程 44.6 m,最大壩高4.5 m,上游坡比為1∶2.5,下游壩坡坡比為1∶2.5。

2 工程條件

2.1 區域地形地質條件

油車水庫壩址地處河流出山口的河段上,呈寬淺的“U”形谷。溪澗走向為北東東向,靠左岸流經壩區。河水面高程約15 m,河道寬約30 m～40 m。河右岸為寬坦的Ⅰ級階地,上、下游沿河岸均有分布,階面高程17 m～21 m,階面寬300 m～400 m,略向下游和河流方向傾斜,階地前緣為一陡坎,高出河水面2.5 m～3.5 m。階面有0.5 m～2 m的土層覆蓋,土層之下為砂卵礫石層,構成階地沖積層的二元結構;階地后緣接小黃山,山頂高程約58 m,地形坡度 15°～20°,屬低山丘陵地形,由于受到沖溝的切割,其上游有近南北向的青橋溝、仙人泉溝,下游為大沖溝口的洪積低凹地形,小黃山居中,呈現為近南北向延伸的梁狀山,往南緩慢抬升,與九里山相接。左岸為寬廣的洪積扇斜坡地形,坡面平緩,地形坡度一般5°～8°,其上有寬淺的沖溝發育,洪積扇斜坡由岸邊往北直達山前,南北寬約2 km～3 km,北東向沿著山前綿延展布達數十千米。

2.2 水文條件

工程所在地處于北亞熱帶季風氣候區,四季分明,溫和濕潤、雨量充沛、無霜期長。多年平均氣溫為15.7℃,歷年最高月平均氣溫30.8℃(7月),最低月平均氣溫為-0.6℃(1月),極端最高氣溫為 39.6℃(1959年8月22日),極端最低氣溫為-13.1℃(1997年1月31日)。

壩址水位流量關系見表1,施工期設計洪水成果見表2。

表1 水文站測流斷面水位—流量關系

表2 施工期設計洪水統計成果

3 施工導流方式選擇

3.1 導流標準及時段

油車水庫大壩、溢洪道、引水建筑物等主要建筑物為3級建筑物;次要及臨時性建筑物為5級。區內永久公路按3級公路設計。施工導流建筑物主要為主壩施工圍堰及施工導流泄水建筑物,根據SL 303-2004水利水電工程施工組織設計規范有關規定,導流建筑物設計洪水標準可為重現期5年～10年,本工程導流建筑物設計洪水標準取上限10年一遇洪水重現期,相應的洪峰流量為59.00 m3/s,導流建筑物擋水時段采用非汛期10月～次年3月,相應的上游河床水位為25.43 m,下游河床水位為18.15 m。

3.2 導流建筑物方案選擇及設計

3.2.1 導流建筑物方案選擇

受地形條件限制,本工程引水放空管進口引渠距離壩腳位置較近,且該處地形較低,因此上游采用與壩體相結合的黏土斜墻圍堰結構,并在上游河道覆蓋層上部設置較長的水平防滲鋪蓋,將圍堰堰身防滲體與壩體防滲結構相結合,阻斷水流的水平滲漏通道,這樣既解決了狹小空間上的上游圍堰的布置問題,同時又減少大壩壩體填筑工程量。主壩壩體防滲結構采用混凝土防滲墻上部設置黏土心墻結構,考慮將壩基混凝土防滲墻抬高至下游水位以上(大壩防滲墻頂高程抬高至20.50 m,下游常水位17.10 m),待上游圍堰閉氣合龍以后即填筑防滲墻平臺,進行下部混凝土防滲墻的施工,這樣便解決了施工期間的壩基防滲問題。

在下游圍堰設計中,大壩防滲墻施工平臺上部黏土心墻底高程為18.50 m,根據壩址水位流量關系曲線及洪枯期水位相差較大的特點,河床段心墻填筑考慮在枯水期填筑。在施工期間下游可不設置圍堰擋水的設計方案,這樣既節省修筑下游圍堰的工程投資,又可加快導流工程的施工進度。

3.2.2 導流建筑物設計

大壩河床段上游施工圍堰采用黏土斜墻結構,圍堰與河床部位壩體相結合,考慮安全超高因素后頂高程定為26.20 m,最大堰高10.20 m,堰頂寬度考慮交通要求定為6.00 m。上游坡比為1∶2.75,在河床段圍堰則設置水平防滲黏土鋪蓋,鋪蓋厚度2.0 m,順水流方向長度10 m;圍堰下游坡1∶1.5,一坡到底。圍堰上游坡設置一道石渣保護層,石渣厚50 cm(水平向),石渣保護層下設黏土斜墻;斜墻防滲體斷面頂部水平寬度2.70 m,頂高程26.00 m,斜墻上游邊坡為1∶2.75,下游邊坡為1∶1.5(反坡),下游保護層為30 cm(水平向)的等厚中砂層組成,圍堰下游為碾壓砂卵石,碾壓砂卵石堰體頂寬3.00 m,上、下游邊坡均為 1∶1.5,堰頂上鋪20 cm厚碎石墊層,頂高程為26.20 m。由于圍堰后期作為壩體永久結構的一部分,堰頂及上游坡面23.50 m高程以上護坡后期經修整后采用與壩體同結構,修整后最終頂高程為26.32 m。上游圍堰斷面見圖1。根據壩址水位流量關系曲線,在洪峰流量為59.00 m3/s的洪水條件下,對應的下游水位為18.15 m,而大壩防滲墻施工平臺上部黏土心墻底高程為18.50 m,由于上游圍堰已設斜墻防滲體及水平防滲鋪蓋,防滲墻平臺施工期間圍堰已閉氣合龍,在心墻施工期間其下部平臺水位要低于心墻底高程,不影響心墻黏土填筑,故不需要下游擋水,因此本工程大壩下游無需修筑下游圍堰擋水施工。

4 結語

本工程根據壩址地形條件和合理的施工工藝選擇、施工工序安排,通過上游圍堰與上游壩體結合,并在上游河床設置水平防滲結構,減少了大壩壩體的填筑工程量,大大節省了工程的投資,又解決了圍堰的防滲問題;在考慮上游圍堰防滲結構及防滲墻施工與大壩壩體結構相結合的基礎上,節省了修筑下游施工圍堰的投資,可為今后類似結構的大型水利水電工程的施工導截流設計提供實踐依據。

[1] 王 暉,胡勝豐,李衛超.廣西坡甲大壩工程施工導流設計[J].山西建筑,2009,35(13):362-363.