混合型大壩分期導(dǎo)截流研究與應(yīng)用

劉進(jìn)喜 李想 侯宇 李帥 江杰

【摘要】施工導(dǎo)截流設(shè)計(jì)是施工組織設(shè)計(jì)的重要組成部分，具有較強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性。本文通過(guò)小盤(pán)河水庫(kù)主體工程混合型大壩分期導(dǎo)流工程實(shí)例，總結(jié)、介紹施工導(dǎo)流、截流方面的設(shè)計(jì)工作經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，為今后類(lèi)似的水利工程施工組織設(shè)計(jì)，提供可供參考和借鑒的作用，進(jìn)而促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】分期導(dǎo)流；截流設(shè)計(jì)；混合型大壩

1、工程背景

小盤(pán)河水庫(kù)總庫(kù)容4732萬(wàn)m3，為中型水庫(kù)。樞紐建筑物從左岸到右岸依次由混凝土重力壩、底孔泄洪排沙閘、表孔泄洪閘、引水管壩段、右岸均質(zhì)土壩段等建筑物組成，壩頂總長(zhǎng)度268.00m。

2、導(dǎo)流建筑選擇

2.1導(dǎo)流方式

本工程導(dǎo)流建筑物級(jí)別為5級(jí)，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)5年一遇洪水重現(xiàn)期。采用分期導(dǎo)流方式，一期圍護(hù)左岸混凝土壩段，擴(kuò)挖右岸河床過(guò)流，進(jìn)行一期建筑物的施工。二期圍護(hù)右岸，由已經(jīng)完成的底孔壩段兩孔泄洪底孔過(guò)流，進(jìn)行導(dǎo)墻和三期上游圍堰的施工。三期圍護(hù)右岸均質(zhì)土壩段，由已經(jīng)完成的底孔壩段5孔泄洪底孔過(guò)流，進(jìn)行右岸均質(zhì)土壩段的施工。一期導(dǎo)流時(shí)段為第2016年5月下旬～2017年10月，導(dǎo)流設(shè)計(jì)流量為1870m3/s。二期導(dǎo)流時(shí)段為2017年10月下旬～2018年3月，導(dǎo)流設(shè)計(jì)流量為28.85m3/s。三期導(dǎo)流時(shí)段為2018年3月～2018年9月，導(dǎo)流設(shè)計(jì)流量為1870m3/s。

2.2 導(dǎo)流建筑物布置

1、 一期導(dǎo)流建筑物

（1）上游圍堰

一期上游圍堰圍堰頂高程972.0m，最大堰高14.0m，堰頂軸線長(zhǎng)119.0m，堰頂寬6.0m。圍堰迎水面和背水面邊坡坡比均為1：2。

穩(wěn)定計(jì)算如下：

工況一：穩(wěn)定滲流期背水側(cè)邊坡穩(wěn)定計(jì)算，擋水水位970.5m。

工況二：庫(kù)水位降落期迎水側(cè)邊坡穩(wěn)定計(jì)算，水位由970.5m降至963.0m。

根據(jù)上圍堰滲流計(jì)算結(jié)果，上游圍堰正常運(yùn)行期穩(wěn)定滲流單寬滲流量為9.28×10-6m3/s.m。

（2）下游圍堰

下游圍堰擋水水位967.5m，堰頂高程969.0m，最大堰高13.5m，堰頂軸線長(zhǎng)137.5m，堰頂寬6.0m，圍堰迎水面和背水面邊坡坡比均為1：2。

穩(wěn)定計(jì)算如下：

工況一：穩(wěn)定滲流期背水側(cè)邊坡穩(wěn)定計(jì)算，擋水水位967.5m，背水面無(wú)水。

工況二：水位降落期迎水側(cè)邊坡穩(wěn)定計(jì)算，水位由967.5m降至960.0m。

計(jì)算參數(shù)與上游圍堰相同，見(jiàn)表1。

計(jì)算結(jié)果：

根據(jù)下游圍堰滲流計(jì)算結(jié)果，下游圍堰正常運(yùn)行期穩(wěn)定滲流單寬滲流量為8.54×10-6m3/s.m。

（3）縱向圍堰

縱向圍堰堰頂高程為972.0～969.00m，最大堰高9.0m，堰頂軸線長(zhǎng)256.0m，堰頂寬5.0m，圍堰迎水面邊坡坡比為1：1.5，背水面邊坡坡比為1：1.5。

穩(wěn)定計(jì)算如下：

工況一：穩(wěn)定滲流期背水側(cè)邊坡穩(wěn)定計(jì)算，上游水位970.5m，下游無(wú)水。

工況二：水位降落期迎水側(cè)邊坡穩(wěn)定計(jì)算，水位由970.5m降至963.0m。

計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1。

計(jì)算結(jié)果：

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，圍堰穩(wěn)定滿足要求。縱向圍堰滲流計(jì)算結(jié)果，縱向圍堰正常運(yùn)行期穩(wěn)定滲流單寬滲流量為1.01×10-5m3/s.m。

（4）導(dǎo)流明渠

1）導(dǎo)流明渠設(shè)計(jì)

導(dǎo)流明渠底寬20.0m，進(jìn)口高程為959.0m，底坡為0.0042，明渠軸線長(zhǎng)378.5m，明渠左、右岸邊坡均為1：1.5，導(dǎo)流明渠過(guò)水?dāng)嗝娌捎?.8m厚鋼筋石籠防護(hù)，鋼筋石籠底部鋪設(shè)一層土工布抗沖。

2）導(dǎo)流明渠水力計(jì)算

導(dǎo)流明渠為陡坡渠道，陡坡渠道進(jìn)口按自由出流寬頂堰公式推求上游雍高水深，計(jì)算公式如下：

對(duì)應(yīng)流量為1870m3/s的上游堰前壅高水位為970.5m。

按明渠均勻流計(jì)算泄流能力，計(jì)算值見(jiàn)表5。

2、二期導(dǎo)流建筑物

（1）上游圍堰

二期上游圍堰堰頂高程963.0m，最大堰高4.5m，堰頂軸線長(zhǎng)177.0m，堰頂寬3.0m。圍堰迎水面、背水面坡比均為1：2，堰體迎水部分采用編織袋填土填筑，堰體采用土工膜防滲。

（2）下游圍堰

二期下游圍堰頂高程962.5m，最大堰高3.0m，堰頂軸線長(zhǎng)30m，堰頂寬3.0m。圍堰迎水面、背水面坡比均為1：2，堰體迎水部分采用編織袋填土填筑，堰體采用土工膜防滲。

圍堰抗滑穩(wěn)定計(jì)算如下：

①上游圍堰

工況一：穩(wěn)定滲流期背水側(cè)邊坡穩(wěn)定計(jì)算，擋水水位961.5m，下游無(wú)水。

工況二：庫(kù)水位降落期迎水側(cè)邊坡穩(wěn)定計(jì)算，水位由961.5m降至960.0m。

②下游圍堰

工況一：穩(wěn)定滲流期背水側(cè)邊坡穩(wěn)定計(jì)算，擋水水位962.5m，背水面無(wú)水。

工況二：水位降落期迎水側(cè)邊坡穩(wěn)定計(jì)算，水位由962.5m降至960.0m。

計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1。

計(jì)算結(jié)果：

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，圍堰穩(wěn)定滿足要求。二期上游圍堰正常運(yùn)行期穩(wěn)定滲流單寬滲流量為8.5×10-6m3/s.m，二期下游圍堰正常運(yùn)行期穩(wěn)定滲流單寬滲流量為1.2×10-6m3/s.m。

（3）泄洪底孔水力計(jì)算

二期導(dǎo)流采用2孔泄洪底孔過(guò)流。泄洪底孔尺寸為9m×10m（寬×高），底板高程為960.00m。按自由出流寬頂堰公式推求上游雍高水深，計(jì)算公式如下：

經(jīng)過(guò)計(jì)算可知，堰前上游雍高水位為961.5m。

3、 三期導(dǎo)流建筑物

（1）上游圍堰

三期上游圍堰堰頂高程971.5m，最大堰高8.5m，堰頂軸線長(zhǎng)52.5m，堰頂寬6.0m。圍堰迎水面坡比為1：3，背水面坡比為1：2，堰體采用壤土填筑。

（2）下游圍堰

三期下游圍堰擋水水位967.5m，堰頂高程969.0m，最大堰高6.0m，堰頂軸線長(zhǎng)100.0m，堰頂寬6.0m，圍堰迎水面和背水面邊坡坡比均為1：2，堰體采用壤土填筑。

抗滑穩(wěn)定計(jì)算如下：

①上游圍堰

工況一：穩(wěn)定滲流期背水側(cè)邊坡穩(wěn)定計(jì)算，擋水水位970.0m，下游無(wú)水。

工況二：庫(kù)水位降落期迎水側(cè)邊坡穩(wěn)定計(jì)算，水位由970.0m降至960.0m。

②下游圍堰

工況一：穩(wěn)定滲流期背水側(cè)邊坡穩(wěn)定計(jì)算，擋水水位967.5m，背水面無(wú)水。

工況二：水位降落期迎水側(cè)邊坡穩(wěn)定計(jì)算，水位由967.5m降至960.0m。

計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1。

計(jì)算結(jié)果：

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，圍堰穩(wěn)定滿足要求。三期上游圍堰正常運(yùn)行期穩(wěn)定滲流單寬滲流量為6.27×10-6m3/s.m，三期下游圍堰正常運(yùn)行期穩(wěn)定滲流單寬滲流量為4.25×10-6m3/s.m。

（3）泄洪底孔水力計(jì)算

三期導(dǎo)流采用5孔泄洪底孔過(guò)流。泄洪底孔尺寸為9m×10m（寬×高），底板高程為960.00m。按自由出流寬頂堰公式推求上游雍高水深，計(jì)算公式如下：

經(jīng)過(guò)計(jì)算可知，堰前上游雍高水位為970.0m。

3、 施工截流

3.1截流方式

本次截流設(shè)計(jì)施工主要介紹一期截流施工。根據(jù)導(dǎo)流明渠施工進(jìn)度安排，擬定2016年5月下旬進(jìn)行截流。截流設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用截流時(shí)段5年一遇月平均流量，即5月截流，截流流量為2.88m3/s。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，采取由右岸向左岸立堵進(jìn)占為主的截流方式。

上游圍堰預(yù)進(jìn)占戧堤堤頂高程初定971.5m，在戧堤進(jìn)占至龍口部位后，停止龍口段進(jìn)占，并對(duì)龍口段裹頭采用鋼筋石籠進(jìn)行保護(hù)。戧堤進(jìn)占采用自卸汽車(chē)自戧堤前緣后退卸料、推土機(jī)配合的立堵方案。自右岸向左岸單向進(jìn)占為主，戧堤的進(jìn)占采用“上角突出型拋投法”。

3.2截流施工

（1）截流材料準(zhǔn)備

粘土由土料場(chǎng)取得，作為圍堰防滲體用料，截流前在存渣場(chǎng)按計(jì)算量進(jìn)行截流用料備料。

（2）截流階段劃分

預(yù)進(jìn)占先采用一般料拋投，再根據(jù)經(jīng)驗(yàn)用大塊石拋投，最后用鉛絲籠塊石防護(hù)龍口裹頭。

（3）截流施工方法

截流施工采用立堵進(jìn)占方式。由自卸汽車(chē)從戧堤前緣后退卸料、推土機(jī)配合進(jìn)行。戧堤斷面一次形成，戧堤平行施工，戧堤進(jìn)占8～10m后，利用反鏟進(jìn)行坡面修整，粘土填筑跟進(jìn)的順序。

砂礫料填筑由右岸向左岸進(jìn)占，2臺(tái)1.6m3挖掘機(jī)裝6部15t自卸汽車(chē)運(yùn)至堰頭卸料，TY220兩臺(tái)推土機(jī)推入水中，逐漸向前進(jìn)占，快至龍口段時(shí)過(guò)水?dāng)嗝嬷饾u減小，流速和落差逐漸增大，根據(jù)計(jì)算拋投塊石和鉛絲籠進(jìn)行合龍。鋼筋塊石籠由吊車(chē)裝，15t自卸汽車(chē)運(yùn)至龍口，TY220推土機(jī)推入水中。

塊石料按進(jìn)占部位的不同，根據(jù)計(jì)算選取相應(yīng)的塊徑。由1.6m3挖掘機(jī)裝15t自卸汽車(chē)運(yùn)至龍口，TY220推土機(jī)推入水中。

4、結(jié)論

文章分析了水利水電工程的施工導(dǎo)流原則和圍堰技術(shù)，探究了解決實(shí)際施工中存在問(wèn)題的方案。采取在壩體右側(cè)土石壩段開(kāi)挖明渠的方式進(jìn)行導(dǎo)流，上下游及縱向圍堰組成擋水建筑物，采用土工布抗沖反濾、鋼筋石籠護(hù)砌防沖的方式進(jìn)行圍堰護(hù)砌。通過(guò)利用土石壩段基礎(chǔ)開(kāi)挖材料進(jìn)行圍堰填筑，建筑材料得到了充分利用，節(jié)省了大量的施工資源，產(chǎn)生的建筑廢料也相應(yīng)減少。利用土工布反濾，鋼筋石籠護(hù)砌的方法，節(jié)省了混凝土護(hù)砌的用量，明渠施工工期大大縮短，經(jīng)濟(jì)效益顯著。同時(shí)，根據(jù)不同時(shí)期壩型特點(diǎn)，進(jìn)行綜合規(guī)劃，二三期導(dǎo)流利用重力壩抗沖的特點(diǎn)，利用泄洪底孔過(guò)流，為土石壩段干地施工創(chuàng)造了條件，節(jié)省了施工空間，節(jié)約了工程成本。該研究成果的實(shí)施，有效降低了施工成本，能比較理想地縮短施工周期，并能在同類(lèi)工程中進(jìn)行推廣。

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