萌山水庫溢洪閘門更換施工圍堰方案設計

張國健，李文訓

(淄博市萌山水庫管理處,山東 淄博 255318)

萌山水庫是一座以防洪和工農業供水為主的全國防洪重點中型水庫，總庫容9025萬m3，興利庫容4755萬m3，控制流域面積288km2。工程等別為Ⅲ等，主要建筑物為3級，次要建筑物為4級。設計洪水標準為100年一遇，校核洪水標準為2000年一遇。

水庫樞紐工程由大壩、溢洪道和輸水洞三部分組成，其中溢洪道位于大壩左端，為開敞式無底坎寬頂堰，設溢洪閘6孔，每孔凈寬6m，閘底板高程78.3m，采用直升式平板鋼閘門（寬×高：6.0m×4.5m），啟閉機為2×125kN，雙吊點卷揚式啟閉機。近幾年，由于萌山水庫一直處于高水位運行狀態，且溢洪道設計中未設檢修閘門，這成為該水庫除險加固工程的遺留工程，要盡快完成此項工程，必須在溢洪道閘門上游建設圍堰工程，以此來完成萌山水庫除險加固溢洪閘門的更換。

1 圍堰型式選擇及結構計算

1.1 圍堰導流標準

根據 《水利水電施工組織設計規范》（SL3003-2004）規定，導流建筑物洪水標準為5級建筑物，相應導流建筑物擋水標準為5年～10年重現期洪水。

1.2 施工期洪水計算

1.2.1 施工期設計洪水標準

考慮保護對象、失事后果、使用期限、臨時工程規模及對下游區域的洪水影響，本次設計導流建筑物擋水標準采用上限值10年重現期洪水，即確定圍堰設計洪水標準為10年一遇。

按施工計劃要求，施工期10-11月，按入庫洪水分別大于 10m3/s、20m3/s、30m3/s三種方案，利用輸水洞控制10m3/s放水，并以正常蓄水位高程82.30m作為起調水位。

1.2.2 施工期設計暴雨

萌山水庫地處山丘區，地形坡度大，源短流急，洪水過程陡漲陡落，次洪過程持續時間較短，一般在24h左右，因此設計雨期取24h。

由于磁村、黃家峪等雨量站均為汛期站，缺乏枯季雨量觀測資料，因此選取萌山水庫站、王村站作為施工期設計暴雨基本站。資料系列取1961-2006年，在實測資料中統計出歷年10-11月最大24h平均雨量系列數據。通過頻率計算，采用皮爾遜Ⅲ型曲線，取Cs＝3.5Cv,經適線求得萌山水庫站設計暴雨量成果，頻率10%，設計面雨量為45.8mm。

1.2.3 設計洪水推求

1）設計凈雨計算。萌山水庫站無實測流量資料，故本次采用《山東省水文圖集》降雨徑流關系，萌山水庫流域屬泰沂山北區張店以西，山丘區應用圖集8號線，平壓區采用14號線推求設計凈雨量。設計雨型采用1982年《山東省大中型水庫防洪安全復核洪水計算辦法》中的雨型，在雨峰左右時段為1h。

2）設計洪水推求。根據萌山水庫流域洪水資料情況，采用綜合瞬時單位線法推求設計洪水過程。依據《山東省水文圖集》和《山東省大中型水庫防洪安全復核洪水計算辦法》中提供的山丘區瞬時單位線參數綜合公式，以及設計頻率逐日凈雨，計算參數值，求得瞬時單位線并轉化為時段為1h的時段單位線，然后進行匯流計算，得到設計頻率10%的設計洪水過程，其洪峰流量為147.9m3/s。

1.2.4 施工期設計洪水位計算

利用輸水洞控制10m3/s放水，并以82.30m為起調水位。萌山水庫水位庫容、泄量關系采用《山東省淄博市萌山水庫擴大初步設計》中成果。經洪水調節計算，10年一遇施工圍堰設計洪水位為82.89m。

1.3 圍堰設計

1.3.1 土石圍堰設計原則及標準

1）圍堰型式選擇原則。圍堰選型須遵循以下原則：安全可靠、能滿足穩定、抗滲及抗沖要求；結構要求簡單，施工方便，宜于拆除并能充分利用當地材料，堰基易于處理，堰體便于與岸坡或已有建筑物連接，同時必須能保證閘門的順利更換且滿足工期要求。

根據上述原則及實際情況，本設計對以下兩種圍堰型式作了分析：

（1）鋼板圍堰?？紤]到施工期間能夠方便調洪泄洪，擬采用鋼板圍堰在單孔溢洪閘上游進水口進行封堵施工，但經仔細分析鋼板圍堰存在幾方面的問題：一是運輸與拼裝，由于機架橋、交通橋空間高度小，鋼板圍堰配件不能直接在交通橋及閘后溢洪道內吊裝，需具有起重設備的施工平臺或大型船只進行安裝；二是支撐與封堵滲漏，鋼板圍堰的支撐需靠溢洪閘墩作為撐點，勢必對溢洪閘墩的美觀和耐久性造成影響。溢洪閘前鋪蓋為漿砌石，地質為巖石，鋼板圍堰不能依靠地質條件防滲，鋼板圍堰與基礎結合處的防滲難度大；三是鋼板圍堰在單孔溢洪閘上游進水口進行封堵施工，閘門的吊裝必須在下游施工，但是機架橋與交通橋之間、交通橋與閘底板之間高度小(高差分別為3.4m、9.6m)，25t汽車起重機的基本臂長為10.6m，閘門不能直接在交通橋上及閘后溢洪道內吊裝。

（2）土石圍堰。圍堰結構簡單，能夠充分利用當地材料，圍堰圍成的工作面寬闊，25t汽車起重機作業安全方便，閘門可直接吊至要求位置。

經分析比較，本工程擬采用防滲堆土石圍堰作臨時擋水建筑物。

2）設計標準。萌山水庫為中型水庫，其溢洪道為3級建筑物，根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252－2000）的規定，該施工圍堰洪水標準定為10年一遇。根據 《水利水電施工組織設計規范》（SL3003-2004）確定本工程土石圍堰級別為5級。

1.3.2 土石圍堰平面布置

溢洪道土石圍堰的布置應有利于閘門拆卸、運輸、吊裝，根據實際地形，擬將土石圍堰的軸線放在溢洪道閘門軸線上游60m處位置，采用“一”字型布置，梯形斷面圍堰，圍堰長88m，圍堰左右端頭分別與溢洪道左右岸岸坡巖體相接。

1.3.3 圍堰結構設計

1）土石圍堰斷面設計。根據有關規范，通過計算得：堰頂高程為83.96m，溢洪道引水渠底高程為78.3m，圍堰設于引水渠進口處，呈直線布置，長88m，堰高5.96m。

堰頂寬度：依據相關規范，并考慮工程施工實際需要，堰頂寬度取5m，面層填鋪30cm碎石土壓平。

邊坡確定：圍堰堰體為土石堰，堰基防滲采用壘疊粘土土工膜袋心墻，邊進占邊填筑的方式，心墻高1m。圍堰迎水坡坡比1∶2.5，采用兩布一膜復合土工膜防滲，復合土工膜自堰腳向上游延伸5～10m，并用編織袋裝石渣壓牢，圍堰合攏后在上游鋪設編織袋裝石渣護坡；背水坡1∶2，0.5m厚土工袋護坡腳。在下游坡腳設截流槽，截流集水抽排。

2）圍堰穩定計算。依據《水利水電工程施工組織設計規范》（SL303-2004）的規定，圍堰穩定分析計算荷載只考慮正常情況，5級土石圍堰邊坡穩定最小安全系數取1.05。

通過計算得上游坡滑弧半徑為92m，最小安全系數為K=1.26，下游坡滑弧半徑116m，最小安全系數K=1.15，滿足規范要求。

3）土石圍堰填筑材料選擇。圍堰填筑料取自萌山水庫大壩右岸山體風化料，距圍堰距離約900m，擬采用1.0m3反鏟挖掘機配8.0t自卸車運輸。圍堰自溢洪道右岸至左岸填筑，采用水中倒碴方式施工。圍堰防滲土料從水庫大壩壩后粘土料場取用。

2 圍堰施工組織設計

2.1 主要施工方法確定

按照確定的圍堰位置，用挖掘機將溢洪道右岸邊坡按1∶0.5～1∶1削出坡度，堰基防滲采用壘疊粘土土工膜袋心墻，邊進占邊填筑的方式，心墻高1m，自溢洪道右岸端向左岸端沿圍堰軸線用加長臂挖掘機向水中投放、堆碼粘土土工袋，土袋高程達到79.0m后，然后向水中傾倒土石料，達到設計高程后向左岸繼續進占。

2.2 施工要求

圍堰堆土石體水中部分采用風化土石料。圍堰填筑共需土石料9997.51m3，土工袋、編織袋風化料砌體 1800m3，土工膜 2100m2。

圍堰施工自溢洪道右岸端開始填筑，水下部分采用水中倒碴方式施工，水上部分土石料鋪填后采用74kW推土機推平，以確保鋪料層厚度均勻。填筑土石料高出水面0.5～1.0m后采用不小于10t的振動碾碾壓，施工時應平行于圍堰軸線方向進行，相鄰兩段交接帶碾跡彼此搭接，垂直碾壓方向搭接帶寬度不小于0.3～0.5m，順碾壓方向搭接帶寬度不小于1～1.5m。

圍堰采用土工膜防滲，規格為兩布一膜，圍堰填筑上游坡達到1∶2～1∶2.5時鋪設土工膜，土工膜向上游延伸至設計堰腳外5m，兩端與溢洪道岸坡連接處亦延伸至設計堰腳位置，土工膜上覆土工袋裝石渣壓牢，采用船舶、挖掘機將土工袋拋至預定位置。

2.3 施工排水

圍堰填筑后，應盡快開啟閘門排除堰內積水?；觾确e水排干后，即可進行經常性排水。經常性排水主要為圍堰滲水，采用明排方案，在圍堰下游壩腳外開挖排水溝，排水溝內設集水井，用電動潛水泵將集水井內水排至水庫內。施工降排水包括：基坑的積水排除、基坑滲水和基坑四周降雨匯入的積水，各施工場地的降雨排除，基槽開挖降低地下水等。

2.4 圍堰維護及遇汛搶險措施

圍堰在日常運行中，應安排專人進行日常維護，保證圍堰的安全運行。為確保在汛期提前或突遇大雨的情況下圍堰的安全，應制定相應的措施。一是設立觀測點，觀測上游圍堰的相對位移和沉降。及時收集當地氣象、水文資料，定期觀測圍堰外的水位變化和圍堰的位移、沉降，做好記錄，制成圖標，分析其變化規律。二是建立防汛組織。成立以項目負責人為組長，其他各部門、作業隊負責人參加的應急防汛領導小組，進行統一指揮，統一調度。三是備足防汛物資。四是做好防汛搶險工作。施工期內若遇不可預測的自然災害或發生超標準洪水時，在做好安全防護的同時，積極主動做好搶險和泄洪導流工作。

2.5 圍堰拆除

圍堰拆除應從溢洪道左岸端向右岸拆除，圍堰拆除時，先關閉新閘門，用水泵向圍堰內注水至與圍堰外水位相同的凈水平衡狀態，用挖掘機拆除，從左岸向右岸裝載自卸汽車運輸，棄土運至圍堰填筑取土區。

3 結語

萌山水庫溢洪道閘門更換施工圍堰工程已按建設要求完成了工程任務，通過實踐驗證效果來看，本圍堰設計方案簡單可行，施工方便，施工期短，投資較少。圍堰在運行過程中結構穩定、截滲效果好、抗風浪性強、安全可靠。