關坎腳水庫工程施工導流設計

張興林，楊鴻來

(貴州省遵義水利水電勘測設計研究院，貴州 遵義563000)

0 概 述

關坎腳水庫位于湄潭縣洗馬鄉與綏陽縣小關鎮之間的清江上游河段內。工程對外交通運輸采用公路運輸。水庫為小(1)型水庫，最大壩高50.5 m，工程等別為Ⅳ等。大壩、溢洪道等為4 級建筑物。導流等建筑物為5 級建筑物。水庫正常蓄水位975.00 m，水庫總庫容622萬m3，擬建大壩最大壩高為50.50 m。工程的主要任務是農田灌溉及農村人飲。水庫計劃施工期為36個月，本文介紹的導流建筑物施工安排在第一年的4—11月，以保證主體工程能在枯季順利施工。

1 導流設計標準及水文氣象條件

根據SL303—2004《水利水電工程施工組織設計規范》，導流建筑物為5 級建筑物［1］。導流洪水標準采用5 a一遇(P =20%)，施工導流時段選用11—4月，相應洪峰流量Q =11.7 m3/s。大壩施工期的臨時度汛洪水標準取20 a一遇，相應的入庫洪峰流量170 m3/s。項目區氣候溫和濕潤，雨量豐沛，光水熱同季。降雨多發生在5—10月，尤以5—7月最為集中，灌區內降水以團林河、官坎腳水庫流域為最高，由北部向南部遞減。工程區多年平均降水量1 129.1 mm;多年平均氣溫14.9 ℃，多年平均日照1 100.4 h，多年平均無霜期280 d，多年平均最大風速9.3 m/s。氣候條件對本工程施工有利。

2 導流方案及導流程序

水庫壩址所處河段河谷較寬緩，河谷為兩岸基本對稱的“V”型橫向河谷，枯水期河水面寬6 ～21 m，水深0.5 ～1.5 m，壩址兩岸坡基巖多裸露，右岸上游及左岸秦家寨一帶河谷發育有一級階地。加上臺地寬度，壩址河段河谷寬40 ～70 m。考慮其施工特點和技術要求，本水庫大壩施工采用上下游土石圍堰擋水+右岸進出口導流明渠+壩身導流洞段過水的導流方案。導流程序為:上游圍堰擋水→進口導流明渠→壩身導流洞→出口導流明渠→下游河道。

根據施工總進度的安排，本水庫大壩枯季施工導流時段選用11 －4月，此時段采用上下游土石圍堰擋水+右岸進出口導流明渠+壩身導流洞段即可滿足導流要求。本水庫大壩在枯季5個月內大壩高度可澆筑到946.00 m高程以上，第二年5月開始采用壩身導流洞右岸進出口導流明渠+壩身導流洞段+放空兼沖沙孔+放水管過水的方式進行導流、度汛。當壩體高度達到946.00 m，10 a一遇洪水標準時最高水位945.19m，最大庫容13萬m3，由壩體擋水，壩身導流洞段下泄流量142.67 m3/s、放空兼沖沙孔泄流量6.54 m3/s、放水管下泄流量3.79 m3/s。壩身導流洞+放空兼沖沙孔+放水管泄洪能力可滿足施工度汛要求。在導流洞封堵后，拆除導0 +106.85處左側墻預留孔口處的漿砌石，使右壩段交通廊道與壩身灌漿廊道連通，最終使得壩身灌漿能順利進行。

因水庫壩址河段常年水深淺，流量和流速小，截流時采用上下游圍堰全斷面進行施工。水庫下閘蓄水采用在壩身導流洞進口設疊梁門臨時擋水后在壩身導流洞段澆筑混凝土封堵后永久擋水的方式。

經對本工程可研成果的復核，在導流明渠底寬取4.0 m、底坡取0.5%、明渠進出口引渠段底板按C15 混凝土襯砌防滲、側墻采用漿砌石砌筑和水泥砂漿抹面防滲，壩身導流洞段的基座混凝土采用與壩體相同的變態混凝土澆筑，導流洞采用C25 鋼筋混凝土澆筑;導流流量Q =11.7 m3/s(11—4月、5a一遇)時，明渠水深為0.91 m。

3 導流建筑物設計

3.1 進出口導流明渠

本工程兩岸地形地質條件、施工交通、壩體結構及樞紐布置情況、施工工期、工程投資和施工工藝等因素，經綜合比較，選用右岸導流明渠方案。

根據選擇的渠線方案，結合右岸地形、沖溝、巖層產狀及水庫樞紐布置情況，為節省投資，明渠進出口軸線方向在滿足水流順暢的條件下盡可能與河流走向有較大的交角，并結合壩址的河彎地形，明渠進口選在大壩上游約62 m 處，出口選在大壩下游約69 m處，壩肩段靠近壩肩開挖面布置。經布置，導流洞軸線總長218.0 m，其中:進口段長101 m，出口段長79 m;進口軸線方向E79.8°S，出口軸線方向E1.7°S;第一個轉彎(樁號0 +069 ～0 +099)轉角57.3°，轉彎半徑30 m;第二個轉彎(樁號0 +140 ～0+160)轉角20.8°，轉彎半徑55 m。

導流明渠要承擔大壩施工初期的枯季施工導流和汛期度汛洪水，根據壩址河段的比降，明渠底坡取i =1/200，進口底板高程取937.70 m，出口底板高程取936.60 m。進出口明渠斷面按梯形斷面設計，明渠底板采用混凝土襯砌防滲，兩側側墻體采用水泥砂漿抹面防滲。根據地形條件布置，設計最大渠深6.0 m，底寬4.0 m，導流時渠內設計水深0.91 m。明渠兩側側墻采用M7.5 漿砌石砌筑，兩側墻坡比均為1∶0.5，墻體為貼坡式，寬0.8 m，明渠兩側墻開挖邊坡取1∶0.5 ～1∶1，采用M10 水泥砂漿抹面防滲;底板采用0.3 m厚的C20 混凝土澆筑。

3.2 壩身導流洞

結合壩體結構及施工工藝，并考慮利用大壩右壩段交通廊道，本工程導流明渠壩身段采用導流洞結構形式，靠近右岸壩肩開挖面布置，底坡與進出口明渠相同，取i =1/200;導流洞斷面按導流時為無壓隧洞、度汛時為有壓隧洞的條件考慮，結合工程壩體結構及工程度汛情況，導流洞主要按全斷面鋼筋混凝土護砌設計。導流洞斷面型式采用頂拱夾角為120°角的城門洞型，根據上述條件，設計導流洞凈高5.755 m，底寬4.0 m，側墻高4.6 m，頂拱半徑2.309 m，洞身長39 m，導流洞段進口底板高程取937.19 m，導流洞段出口底板高程取936.99 m;本階段導流洞段頂拱及側墻均采用0.4 m厚C25 鋼筋混凝土襯砌，底板采用0.3 m厚C25 鋼筋混凝土襯砌，導流洞底部至大壩壩肩開挖面部分采用與壩體相同的二級配變態混凝土澆筑。壩身導流洞澆筑時，在導0 +106.85處左側墻設計位置預留孔口作為后期灌漿廊道，在預留孔口處采用1.5 m厚的漿砌石砌筑封堵，便于后期拆除。

3.3 擋水圍堰

根據選用的導流方式和大壩施工進度的安排，本水庫樞紐施工初期有攔蓄枯季洪水的上、下游土石圍堰［2］。圍堰均采用黏土心墻土石圍堰，并沿心墻軸線進行堰基帷幕灌漿，帷幕底界延伸至基巖面3 m以下。

3.4 邊坡支護

根據導流明渠及壩身導流洞段沿線的地質情況，對導流明渠及壩身導流洞段沿線局部不穩邊坡需作噴錨處理［3］。根據實際情況導流明渠及壩身導流洞段沿線邊坡采用系統錨桿錨固，錨桿按梅花形布置，間距2.0 m;錨筋直徑φ25、長度4.5 m，錨固深度4.3 m。具體施工導流布置見圖1。

4 導建筑物施工

土方采用0.6 m3的挖掘機挖裝，10 ～15 t的自卸汽車出渣。石方采用微差梯段爆破和人工硬打修邊檢底，爆破孔用手風鉆鉆孔，石渣運輸方式與土方開挖相同。邊坡支護采用打錨噴混凝土方式，噴護混凝土厚8 ～10 cm。進出口明渠邊墻漿砌石及壩身導流洞0 +106.85 處左側墻預留孔口漿砌石由人工采用座漿法砌筑。明渠及導流洞襯砌混凝土除立模采用人工作業外，混凝土的拌制、澆筑采用機械施工。

圖1 施工導流布置圖

上游圍堰填筑施工時先在戧堤位置進行截流大塊石拋填，合龍后將戧堤培厚加高到938.40 m高程，并在戧堤迎水面拋填黏土閉氣防滲，圍堰土石渣料填筑采用5t 自卸汽車運輸至填筑部位，人工鋪料夯實。根據工程施工進度安排，本水庫在第二施工年度的汛前大壩全壩段已澆到946.00 m高程。為便于大壩施工度汛，大壩下游圍堰在第二施工年度的4月底拆除。

5 施工度汛方案及水力計算

根據水庫樞紐的特點，其度汛方式采用大壩臨時斷面擋水+壩身導流洞泄洪度汛方式+放空兼沖沙孔+放水孔。本水庫大壩在枯季4個月內大壩全壩段可澆筑到946.00 m高程，大壩施工度汛可利用大壩942.00 m高程上的壩身沖沙兼放空底孔、大壩944.60 m高程上的壩身放水孔及導流洞行洪。根據擬定的大壩施工期度汛方案，結合壩身導流洞段、放空兼沖沙孔及放水孔的結構尺寸(壩身導流洞為城門洞型，B × H = 4.0 × 5.755 m，進口底板高程937.19 m;沖沙兼放空孔為矩形，B × H = 2.0 ×1.6 m，進口底板高程942.00 m;放水孔為圓形，直徑1.2 m，進口底板高程944.60m)，經調洪計算，在壩前水位達到945.19 m時，入庫洪峰流量170 m3/s對應的庫水位不再上漲，設計壩前度汛水位即取為945.19 m，相應庫容13萬m3。度汛洪水分流計算成果見表1。

表1 度汛洪水分流計算成果表

設計壩前度汛水位:945.19 m;設計入庫洪峰流量:170 m3/s(P = 10%);設計下泄洪水流量:153 m3/s(P =10%)，相應下游水位:937.89 m。

經施工進度計劃和混凝土澆筑強度測算，汛前大壩全壩段可澆筑到946.00 m高程以上，滿足工程施工度汛要求。汛前澆筑混凝土7.95萬m3，混凝土澆筑高峰強度約795 m3/d。

只要第一施工年度的12月底以前完成壩基礎開挖及邊坡處理工作，并在第二施工年度的元月1日開始澆筑大壩混凝土，擬定形象面貌和施工度汛方案可行。

6 結 語

本工程可研階段采用導流隧洞導流，經反復方案比較后，初步設計階段采用了壩身導流洞導流，縮短工期、節省了工程投資。工程度汛結合了沖沙兼放空底孔，放水管泄洪，縮小了壩體導流洞斷面，降低了壩體導流洞以及封堵蓄水時的施工難度。該工程現已進入實施階段。

［1］中水東北勘測設計研究有限責任公司.SL303 －2004 水利水電工程施工組織設計規范［S］. 北京:中國水利水電出版社，2004.

［2］譚靖夷. 中國水力發電工程:施工卷［M］. 北京. 中國電力出版社，2000.

［3］羅孝明，張云升. 小灣水電站施工導流設計綜述［J］. 云南水利發電，2008，24(01):31 －36.