某面板堆石壩度汛方案及過流保護(hù)措施淺析

羅知宏，朱兆平，詹 杰

(1.廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院,廣東 廣州 510635；2.江蘇省鹽城市阜寧縣財政投資評審中心,江蘇 鹽城 224400；3.中水珠江規(guī)劃勘測設(shè)計有限公司, 廣東 廣州 510610)

某面板堆石壩度汛方案及過流保護(hù)措施淺析

羅知宏1，朱兆平2，詹 杰3

(1.廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院,廣東 廣州 510635；2.江蘇省鹽城市阜寧縣財政投資評審中心,江蘇 鹽城 224400；3.中水珠江規(guī)劃勘測設(shè)計有限公司, 廣東 廣州 510610)

對某面板堆石壩度汛方案進(jìn)行了對比選擇，經(jīng)比較，采用過壩保護(hù)總體方案及堆石壩壩體過流度汛保護(hù)措施，保證了工程的度汛安全，對同類工程具有借鑒意義。

混凝土面板壩；度汛方案；壩面過水；保護(hù)措施

1 工程概況

某水庫大壩采用鋼筋混凝土面板堆石壩，壩頂高程為678.0 m，壩高為65.6 m，壩頂寬為6 m，壩頂上游設(shè)“L”型混凝土防浪墻，墻高為2.6 m，墻頂高程為679.1 m，壩頂長為192.33 m(不包括右岸溢洪道)。

溢洪道采用開敞式岸邊溢洪道，布置于大壩右岸，由引渠段、進(jìn)口段、閘室段、泄槽段和挑流段組成，全長為243 m，其中閘室段長為20 m，過水凈寬為16 m，分為兩孔，堰型為b型駝峰堰，堰頂高程為671.5 m；兩溢流孔各布置一扇弧形工作閘門，尺寸為8 m×5 m。

引水隧洞采用龍?zhí)ь^的型式與施工導(dǎo)流洞結(jié)合布置，其中與導(dǎo)流洞結(jié)合部分根據(jù)施工期導(dǎo)流要求，隧洞直徑采用3 m，隧洞長243.17 m；引水隧洞水平段及龍?zhí)ь^部分隧洞長為38.619 m，水平段洞徑采用2 m，龍?zhí)ь^段洞徑采用2～3 m順接至導(dǎo)流洞。

大壩施工采用1次攔斷河床，左岸隧洞導(dǎo)流的導(dǎo)流方式。

根據(jù)批復(fù)意見，本工程導(dǎo)流建筑物為5級，導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)采用5年一遇，導(dǎo)流時段為9月—次年3月，導(dǎo)流設(shè)計流量為38.1 m3/s；壩體臨時度汛標(biāo)準(zhǔn)采用20年一遇全年洪水，度汛設(shè)計流量為211 m3/s。根據(jù)施工進(jìn)度安排，汛期來臨前面板堆石壩填筑至651 m高程，超過20年一遇(Q=211 m3/s)[1]，上游洪水位643.60 m，高程約7.4 m，汛期度汛以壩體擋水，上游壩面采用擠壓邊墻保護(hù)，導(dǎo)流隧洞泄流度汛。

2 實(shí)際度汛形勢

該項(xiàng)目2016年2月底，導(dǎo)流隧洞襯砌砼基本澆筑完成，導(dǎo)流洞進(jìn)口閘門井基坑開挖及鋼筋綁扎已基本完成，閘門井砼澆筑完成后即可進(jìn)行截流施工。為盡早發(fā)揮水庫效益，爭取不浪費(fèi)本次枯水期的施工黃金期，業(yè)主要求在2016年汛期來臨前將壩體填筑至度汛高程。但本次枯水期所剩時間較短，將壩體填筑至651 m高程幾無可能。經(jīng)計算分析，原設(shè)計651 m度汛高程已相當(dāng)于50年一遇(規(guī)范上限)度汛標(biāo)準(zhǔn)，而批復(fù)的20年一遇全年洪水上游水位為643.6 m高程，只要壩體填筑至643.6 m高程以上，即可滿足規(guī)范要求，綜合考慮，將度汛高程調(diào)整至645 m，并做好遇超標(biāo)洪水的工程措施。調(diào)整后臨時度汛斷面見圖1[2]。

由于壩體填筑方量較大及施工組織不力，特別是石料場開采滯后，直到2016年5月10日，大壩上游部分才填筑至630 m高程，與設(shè)計要求的645 m度汛高程相差較大，度汛形勢較為嚴(yán)峻。為確保度汛安全，需進(jìn)一步調(diào)整并合理選擇度汛方案和采取有效的防護(hù)措施。

3 度汛方案對比選擇

3.1 可采用度汛方案

初擬以下2個度汛方案：

方案一：大壩全斷面填筑至630 m高程后暫停填筑，并對堆石壩壩體采取過流防護(hù)措施。

圖1 645 m高程臨時度汛斷面

方案二：大壩全斷面填筑至630 m高程后壩體左岸預(yù)留底寬15 m梯形泄槽，泄槽壩體填筑側(cè)邊坡為1∶1.5，對泄槽采取過流防護(hù)措施后，右岸壩體可繼續(xù)填筑。

3.2 度汛方案水力計算

經(jīng)計算兩方案壩體過流水力參數(shù)見表1[3]。

表1 壩體過流度汛水力參數(shù)

由表1計算結(jié)果可知兩方案壩頂出口及下游壩腳流速均較大，需采取安全防護(hù)，防止壩體沖刷；壩頂進(jìn)口段至出口段附近雖然流速相對較小，但由于現(xiàn)狀壩體填筑材料顆粒級配較差，只有大石和小石，缺少中石，粒徑小于100 mm的小石占比較多(大于50%)且含泥量較大，壩面抗沖能力較弱，需采取防護(hù)措施[4]。

3.3 壩面過流防護(hù)措施

3.3.1 方案一壩面過流保護(hù)措施

1) 上游坡面防護(hù)

上游坡面已設(shè)計混凝土擠壓邊墻，不需再做額外防護(hù)處理，洪水來臨前在上游圍堰開口將上游圍堰與壩體間基坑提前充水，減小洪水翻過圍堰時對河床及上游壩面的沖刷。

2) 趾板及止水防護(hù)

趾板澆筑完成后需對趾板止水系統(tǒng)作全面保護(hù)，以4 cm厚木板配角鋼、膨脹螺絲制作保護(hù)盒，保護(hù)盒尺寸須完全包裹周邊縫及趾板伸縮止水系統(tǒng)，保護(hù)盒四周及趾板用堆高1 m的編織土袋包裹覆蓋，以防趾板混凝土及止水銅片等被石塊及洪水破壞[5]。

3) 壩面防護(hù)

為滿足快速施工，并在短時間內(nèi)達(dá)到抗沖防護(hù)要求，不考慮采用碾壓砼、漿砌石、砼砌石等防護(hù)措施；壩頂防護(hù)采用先鋪設(shè)Φ6@200鋼筋網(wǎng)，再澆筑20 cm厚C20常規(guī)砼壓蓋保護(hù)。

4) 下游坡面防護(hù)

下游壩面先鋪設(shè)200 mm厚碎石墊層，上設(shè)雙向土工格柵(孔口尺寸約2 cm×2 cm)1層，再采用2.5 m×1 m×1 m鋼筋石籠防護(hù)，相連鋼筋石籠采用Φ20鋼筋串聯(lián)焊接成整體，同時兩岸山體埋設(shè)長4.5 m、Φ20水平錨筋，錨筋沿坡面每上升1 m布設(shè)1根，并與坡面鋼筋石籠連接[6]。

5) 下游坡腳

下游圍堰與壩體之間用粒徑1～2 m的大塊石全部充填滿，防止壩腳被嚴(yán)重沖刷，拋石上部、下游圍堰、堰頂及背水坡表層采用1.5 m厚2.5 m×1 m×1.5 m鋼筋石籠護(hù)面，相連鋼筋石籠焊接成整體[7]。

方案一過水?dāng)嗝娣雷o(hù)措施見圖2。

圖2 方案一過流斷面防護(hù)措施示意

3.3.2 方案二壩面過流保護(hù)措施

1) 上游坡面防護(hù)、趾板及止水防護(hù)

防護(hù)方式同方案一，上游坡面已設(shè)計混凝土擠壓邊墻，不需再做額外防護(hù)處理；趾板澆筑完成后采用保護(hù)盒及編織土袋包裹覆蓋對趾板止水系統(tǒng)作全面保護(hù)。

2) 壩面防護(hù)

在洪水來臨前及時將預(yù)留泄槽壩頂水平段先鋪設(shè)Φ8@200鋼筋網(wǎng)，再澆筑20 cm厚C20常規(guī)砼；泄槽靠山體開挖側(cè)，采用掛Φ8@200鋼筋網(wǎng)，再噴15 cm厚C20砼護(hù)面；泄槽靠壩體填筑側(cè)，采用寬為2 m的大塊石護(hù)面，坡面設(shè)長4.5 m(入壩4 m)、Φ20水平錨筋，錨筋入壩設(shè)3道間距1 m長50 cm的錨腳，錨筋層距1.4 m、平距1.4 m，坡面采用Φ20鋼筋網(wǎng)與錨筋連接，鋼筋網(wǎng)間距20 cm×20 cm，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性。

3) 下游坡面防護(hù)

下游壩面先鋪設(shè)200 mm厚碎石墊層，上設(shè)雙向土工格柵(孔口尺寸約2 cm×2 cm)1層，再采用2.5 m×1 m×1 m鋼筋石籠防護(hù)，相連鋼筋石籠焊接成整體，同時兩岸山體埋設(shè)長4.5 m、Φ20水平錨筋，錨筋沿坡面每上升1 m布設(shè)1根，并與坡面鋼筋石籠連接。

4) 下游坡腳

下游圍堰與壩體之間用粒徑1～2 m的大塊石全部充填滿，防止壩腳被嚴(yán)重沖刷，拋石上部、下游圍堰、堰頂及背水坡表層采用1.5 m厚2.5 m×1 m×1.5 m鋼筋石籠護(hù)面，相連鋼筋石籠焊接成整體。

方案二過水?dāng)嗝娣雷o(hù)措施見圖3～4。

圖3 方案二過流橫斷面防護(hù)措施示意

圖4 方案二過流縱斷面防護(hù)措施示意

3.4 度汛方案選擇

上述2方案優(yōu)缺點(diǎn)比較見表2所示。

表2 2方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

由上述比較可知：

1) 方案二(左岸流槽方案)較方案一最大的優(yōu)點(diǎn)為汛期右岸部分壩體可繼續(xù)施工，經(jīng)計算右岸630 m高程至壩頂高程可填筑方量約為4.7萬m3，相當(dāng)于枯水期不到1個月的填筑方量，可提前工期較短，且汛期受雨水影響，壩體填筑干擾因素較多，施工質(zhì)量控制難度較大，安全隱患多；此外，由于主石料場剝離尚未完成，開采面未能形成，右岸壩肩備用料場石料已基本開采完畢，現(xiàn)場備料不足，汛期壩體填筑材料一時難以解決，汛期繼續(xù)填筑強(qiáng)度小，意義不大。

2) 大壩施工臨時道路位于右岸，要想汛期施工，泄槽需布置于壩體中間或者壩體左岸；布置于壩體中間過流條件較好，對兩岸的沖刷小，但汛期右岸壩體可繼續(xù)填筑的方量更小，因此不予考慮，只能將泄槽布置于左岸；左岸泄槽出口處山體向河床內(nèi)延伸，洪水對左岸及導(dǎo)流隧洞出口直接沖刷，由于流槽后過流流速更大，且主流不在河床中心，對左岸及導(dǎo)流隧洞出口造成的后果較難估計，后期修復(fù)成本大。

3) 由于泄槽寬度較小，泄槽內(nèi)流速較大，壩后坡、下游壩腳及下游河床段流速均較大，且泄槽位于左岸，洪水主流位于河道一側(cè)，造成集中沖刷，壩體防護(hù)難度大，防護(hù)安全系數(shù)低，且根據(jù)目前大壩施工現(xiàn)狀，壩體主、次堆石區(qū)填筑料存在顆粒級配較差，只有大石和小石，缺少中石，粒徑小于100 mm的小石占比較多(大于50%)，含泥量較大等情況，已填筑壩體自身的抗沖能力弱，一旦防護(hù)措施被沖毀，壩體材料將大面積流失，風(fēng)險較大。

4) 方案二泄槽邊坡防護(hù)需與右岸壩體填筑同時施工，施工時間長大，期間存在突遇洪水翻壩，防護(hù)不及時的安全隱患。

由于已進(jìn)入主汛期，至先前制定的5月30號壩體填筑目標(biāo)剩下有效施工時間不多，而度汛方案中壩面及坡面過流保護(hù)措施有一定工作量，需占用相當(dāng)?shù)氖┕r間才能完成。綜合上述分析，經(jīng)參建各方充分討論，最終決定采用方案一(壩體填筑至630 m高程后汛期暫停施工，臨時壩體全斷面防護(hù)度汛)作為度汛方案，5 d內(nèi)將壩體全斷面填筑至630 m高程，轉(zhuǎn)入度汛保護(hù)措施的施工，5月30日前完成度汛保護(hù)措施工作。

4 結(jié)語

工程按最后確定的度汛方案一落實(shí)度汛措施，抓緊將壩體全斷面填筑至630 m高程，即采取壩面保護(hù)措施施工，安全度過了2016年度汛期，期間由于臺風(fēng)的影響，工程所在地多次降暴雨，度汛水位最高1次在2016年7月16日，上游水位為624m與上游漿砌石圍堰基本相同，但持續(xù)時間不長，隨后水位下降至圍堰高程以下。

雖然壩體防護(hù)措施沒有經(jīng)歷洪水翻壩過流考驗(yàn)，無法考證受洪水沖刷的實(shí)際保護(hù)效果，但本文根據(jù)實(shí)際度汛形勢，充分權(quán)衡各方案利弊選擇度汛方案，同時采用合理可靠經(jīng)濟(jì)的壩體防護(hù)措施，可為其他堆石壩施工度汛提供有益的參考。

[1] 唐世龍，陳東山.水利水電工程施工組織設(shè)計手冊[M].北京：中國水利水電出版，1996.

[2] 魏璇.水利水電工程施工組織設(shè)計指南[M].北京：中國水利水電出版社，1999.

[3] 李煒.水利計算手冊[M].北京：中國水利水電出版社，2006.

[4] 梅組亮.堆石壩度汛壩體過流保護(hù)措施探討[J].浙江水利科技，2001(2)：87-88．

[5] 曾憲文，劉經(jīng)軍.古洞口面板堆石壩度汛臨時斷面施工[J].葛洲壩集團(tuán)科技，1998(9)：17-22．

[6] 李韜.莊門源面板堆石壩度汛過流保護(hù)措施淺析[J].科技資訊，2015(7)：105-106．

[7] 李慎平.鄭家灣面板堆石壩壩體過流度汛保護(hù)措施[J].水利水電快報，2009(1)：24-26．

(本文責(zé)任編輯 王瑞蘭)

Scheme and Protection Measure of Flood Passing of Concrete Face Rockfill Dam

LUO Zhihong1，ZHU Zhaoping2，ZHAN Jie3

(1. China Pearl River Water Resource Survey and Design Co. Ltd Guangzhou 510635，China；2.Funing County Financial Investment Review Center, Yancheng 224400，China；3.Guangdong Hydropower Planning &Design Institute, Guangzhou 510610，China)

The flood-passing scheme adjustment of concrete face rockfill dam is briefly introduced, and then comparison and selection of overall protection scheme are set for flood crossing dams. Protection measures of dam in flood-passing are put forward to ensure the safety of the project in flood-passing, which provides some reference significance.

concrete face rockfill dam; flood overflowing control plan; overflow the dam surface; protection measures

2016-11-01;

2016-11-13

羅知宏(1986),男,碩士,工程師,從事施工組織設(shè)計工作。

TV641.4+3

：B

：1008-0112(2016)012-0030-05