某水庫工程施工期防洪度汛方案及工程措施

章慧倩，段立早

(昆明市水利學會，云南 昆明 650000)

1 工程概況

某新建水庫位于滇中南地區，是一座以農業灌溉為主的小(一)型水利工程，總庫容440萬 m3，灌溉面積1.9萬畝，年供水量640萬 m3。水庫區域屬云南省低緯度高原南亞熱帶季風氣候，立體氣候明顯，具有雨熱同季、夏秋多雨、干濕分明、冬春干旱的特點；多年平均降雨量1 670 mm，5～10月為雨季，其降雨量占全年降雨量的81 %，11～次年4月為旱季，其降雨量占全年降雨量的19 %。

水庫流域的洪水均由暴雨形成，暴雨、洪水發生的時間及頻次相近。年最大暴雨多發生在6～9月，個別年份發生在5月或10月。水庫庫區和壩址區為典型的山區地貌，水系較為發育，故其洪水過程呈陡漲陡落，具有山區型小流域的一般洪水特性。

工程由水庫樞紐工程和輸水灌溉工程組成，樞紐工程由大壩、導流及生態輸水隧洞、溢洪道、輸水涵管組成；輸水灌溉工程由新建的輸水隧洞、輸水明渠組成。施工總工期30個月，準備期6個月(主要辦理工程用地、招投標、三通等事宜)；主體工程施工期24個月，跨越兩個雨季、兩個旱季。

大壩為粘土心墻堆石壩，壩頂高程1 614.5 m，最大壩高54.0 m，壩頂長138.0 m、寬6.0 m。輸水涵管位于左壩肩，是一段用以接通原灌溉渠道的矩形連通管，比壩頂低4.0 m，水庫水位低時仍可以從位置較高的水源點引水。

2 汛前工程形象面貌和計劃要完成的工作

主體工程導流隧洞于2017年6月中旬開工，大壩清基一期工程(永久圍堰)10月上旬開始，大壩清基二期工程11月上旬開始。

2.1 汛前工程形象面貌

2018年汛期(施工期第一個汛期)來臨前，截止2018年3月20日，各作業面具體完成的工程形象面貌如下。

2.1.1 導流隧洞

導流隧洞除回填灌漿外，過水部分(洞身、進口和出口、明渠泄水槽)全線完工、驗收合格，具備過流(導流)條件，導流隧洞基本符合進度計劃，不影響大壩施工。導流隧洞后續工作回填灌漿，按進度計劃第一年汛期過后實施，灌漿施工不影響過流；生態輸水管待回填灌漿驗收合格后施工。

2.1.2 攔河壩

攔河壩已完成上游永久圍堰風化料填筑，驗收合格，可以使用。

大壩清基二期工程(上下游基坑、兩岸清基)的隱蔽工程已驗收合格，包括勘探洞的處理(回填埋石混凝土并鉆孔灌漿)。驗收時提出的夾縫清理、回填細石混凝土的工作已完成，基坑底部個別出水點的滲水已做處理[清平出水點基底面、用預制混凝土管罩住、使滲水不四處散流，定時監測滲水量(讀取水深、舀排)，管外壁四周做反濾，沿地表水平埋設反濾透水管向下游引排]，經監理工程師現場核驗合格；山坡局部滲水已匯攏至臨時集水坑、集中引排，待壩體填筑到同等高程時，將井和積水坑清理干凈、用壩料分層回填、人工夯實。見圖1。

完成河床段固結灌漿、帷幕灌漿工作；左岸灌漿蓋板澆筑至1 575.5 m，右岸澆筑至1 574.7 m。施工計劃：灌漿工程全部完工后，填筑壩體；灌漿工作比進度計劃遲1個月，與壩體填筑形成交叉作業。

壩體粘土心墻和堆石料原計劃2月初開始填筑，由于多種原因：①未能在計劃的時間結點辦妥工程建設用地、料場臨時用地，現場碾壓試驗推遲1個月；②土料場土料指標與設計要求相比有偏差，2月中旬取料送甲級檢測單位做試驗檢測，出初步成果需1個半月，提供正式成果還需1個多月。③心墻粘土料填筑需做第二次現場碾壓試驗，等試驗成果出來，心墻料的填筑要到4月10日才能施工。

圖1 處理基底滲水點的出水Fig.1 Treatment of effluent from substrate seepage point

壩殼堆石料、反濾料(一反二反)和過渡料現場碾壓試驗已完成，填筑技術參數已確定。按照心墻料、壩殼料填筑上升高度基本同步(高差不超過3-4層)的原則，壩體填筑工作比計劃工期推遲2個月。

2.2 進度計劃、防洪度汛方案和要求

本水庫庫容曲線較陡，施工期水庫水位上升快。根據工程設計和施工組織，枯期施工采用永久圍堰擋水、導流隧洞泄洪；永久圍堰堰頂高程1 574.0 m按枯期10年一遇洪水設計。永久圍堰施工時，采用臨時圍堰擋水、臨時涵管導流以保證永久圍堰的清基和填筑。

汛期施工設計洪水為全年20年一遇，防洪度汛方案：第一個汛期采用一期壩體擋水，設計壩體頂高程1 592.0 m，導流隧洞排洪；按原進度計劃，汛前(4月30日前)攔河壩應達到的工程形象面貌為壩體填筑到高程1 592.0 m，比永久圍堰頂高程高18 m。

2.3 目前面臨的情況及問題

土石壩的施工非常講究季節。壩體填筑的施工進度主要受粘土心墻制約，而粘土心墻的填筑受季節和天氣的影響很大。由于壩體填筑工作的延遲，旱季壩體施工的3個月黃金時間只剩20天：①原計劃第一個旱季完成壩體2/3工程量的目標不能實現；②距第一期壩體擋水的高程目標還差18 m，第一個汛期的防洪度汛任務不能按原計劃完成。

雨季即將到來，一旦遭遇暴雨洪水，施工區域將面臨壩前一塘水壩后一個坑的危險境地。大壩施工工區、作業隊生活營地如何安全、順利度過第一個汛期，是急需解決的首要問題。

3 施工期第一個汛期防洪度汛方案

本著“①防洪度汛工作采取主動控制、早研究、早部署、早著手、早落實、防范于未然；②汛期必須采取切實可行的方案和措施，防止因洪澇災害產生破壞事件”的原則，3月下旬總監組織工程建設的施工、監理、設計、管理局四方，共同研究第一個施工期防洪度汛方案。

3.1 施工條件和壩體填筑進度安排

大壩4月10日開始填筑，若4月份的20天天氣好，壩體可以整體上升、填筑到永久圍堰和倒濾體頂高程1 574.0 m，若天氣不好，把基坑部位填滿、壩體整體填筑高度高于原地面(以上)，利于自流排水。

氣象部門給出的5月份天氣預報和降雨預測，2018年雨量會多于正常年份，進入雨季的時間基本上與往年差不多，一般是5月中旬，雨季時間預計會延長(結束時間推后15-20天，施工期會減少)。2017年雨水偏多，有幾次長歷時大雨且形成了較大洪水，預測2018年出現超標(超過20年一遇)洪水的可能性不大。

如果不出現早雨，5月上旬可以施工10天，但這10天不納入進度計劃安排，能搶筑就盡量搶。

3.2 防洪度汛方案

2018年防洪度汛總目標：①確保已建工程安全度汛，汛后水利工程設施基本完好；②組織保障，機構和人員就位，提高思想認識，全力做到萬無一失；③措施保證，施工單位、設計單位根據“2018年度汛專題會議”確定的技術方案和工程措施，編制《2018年防洪度汛方案》(包括防洪度汛應急預案、救援方案和措施，設備及物資的準備，工程預算等)，報送項目監理部、管理局審批，將工程進度、各項防洪措施落實到位。

防洪保護目標：①已完工程——永久圍堰；②大壩基坑；③下游施工平臺和施工工區。

做2018年防洪度汛方案時，增加全年10年一遇洪水的分析，一方面這次只做一年的防洪度汛方案，一方面評估壩體達到不同高度時、抵御洪水的能力。見表1。

表1 設計施工洪水成果表Tab.1 Designed construction flood results

防洪度汛方案分3個階段，第一階段5月上旬，截止5月10日需完成的工程措施：①壩體填筑整體上升到倒濾體頂高程1 574.0 m；②永久圍堰上游面鋪設墊層和護坡塊石；③利用左岸填筑永久圍堰時形成的施工臨時道路排水、泄洪，見圖2。

圖2 左岸施工臨時道路Fig. 2 Temporary construction road on the left bank

進入4月份，天氣逐漸熱起來，氣溫高、空氣濕度增加，正午、夜間溫差大，夜晚水汽下降、凝結。4月下旬、5月上旬，土料場粘土含水量大、超過最優含水量的3%。為降低含水量，每天上午翻曬土料，下午填筑。由于粘土心墻填筑速度緩慢，影響到整個壩體的填筑，未能達到倒濾體頂高程的進度目標；心墻部位的填筑高度，只略高于原地面線。

3.2.1 具體工程措施：

1)在永久圍堰左側對應施工臨時道路部位挖開一個缺口(泄洪槽進口)以泄洪，泄洪槽為梯形斷面，邊坡1：1，面層先鋪設土工膜，膜上鋪設預制混凝土護坡塊，過水面糙率按混凝土取0.016。

2)沿圍堰上游側邊碼放編織袋土料包，砌筑30 cm的超高，洪水位控制在1 573.8 m，以此計算槽口的過流能力、確定槽底高程。

根據氣象部門5月上旬的天氣預報，沒有較大降雨和洪水，前兩項工程未實施。

3)沿道路外側邊碼放編織袋土料包，形成泄水槽，平時道路不過水，路面保持干硬；道路內側開挖排水溝，排泄山坡面的雨水，見圖3。

圖3 道路內側排水溝排泄山坡面的雨水Fig.3 Draining of rainwater on hillside through drainage ditch inside the road

3.2.2 洪水調節分析計算

永久圍堰頂高程1 574.0 m，圍堰高11.5 m，對應防洪水位1 573.8 m的庫容(調洪庫容)為5.01萬m3，圍堰頂高程只能抵擋全年3年一遇洪水，不能抵擋5年一遇洪水。槽口后沒有高差，不能形成堰流，按明渠公式計算過流量，進口局部水頭損失直接扣減0.01 m；根據《初步設計報告》設計洪水頻率P=5%的洪水過程線成果和“水位高程～庫容”關系表進行調洪計算，調洪過程及成果，見表2。

表2 第一階段：壩體頂高程H=1574.0 m時，洪水調節計算表Tab.2 First phase: Flood regulation calculation table at dam crest elevation H=1 574.0 m

調洪結果：壩體頂高程1 574 m，防洪水位1 573.85 m(進口水頭損失0.01 m)，導流隧洞下泄流量12.1 m3/s，壩頂泄洪槽槽底高程1 572.5 m，底寬4.45 m，口寬7.45 m、深1.5 m，邊坡1：1，泄洪槽前段底坡2.5 %，計算得下泄流量66.4 m3/s，合計過流能力78.5 m3/s，滿足泄洪要求。道路前段需要適當拓寬1 m，道路中段、后段較陡，滿足要求的底部寬度3.0 m、水深≤1.0 m。

第二階段5月中下旬，具體方案和工程措施：上游堆石區填筑至1 577.3 m高程，一方面保護永久圍堰，一方面提升上游壩體高程、提高抗洪能力，堆石后坡坡比1：1.5；汛期過后填筑壩體時，結合部位重新翻填；壩體頂部左側仍然設置泄洪槽。洪水調節分析計算，見表3。

表3 第二階段：上游壩體頂高程H=1 577.3 m時，洪水調節計算表Tab.3 Second phase: Flood regulation calculation table at upstream dam crest elevation H=1 577.3 m

調洪結果：壩體頂高程1 577.3 m，防洪水位1 576.81 m，對應水庫容積(調洪庫容)11.37萬m3，導流隧洞下泄流量14.2 m3/s，壩頂泄洪槽槽底高程1 575.5 m，底寬4.3 m、口寬7.3 m、深1.5 m，邊坡1：1，泄洪槽底坡2%，計算得下泄流量57.64 m3/s，合計過流能力71.84 m3/s，基本滿足泄洪要求。

根據氣象部門的天氣預報，5月中下旬沒有較大降雨和洪水，左側開挖泄洪槽口的工程措施沒有實施。5月中旬有陣雨，雨量不大，沒有形成洪水。

第三階段6月上旬，具體方案和工程措施：在上游壩體填筑至1 577.3 m高程的基礎上，填筑上游抬頭壩、壩頂高程1 583.0 m，防洪水位1 582.0 m，對應水庫容積26.9萬m3。經計算分析，上游抬頭壩(壩頂高程1 583 m)不滿足“遇全年10年一遇洪水、不留壩頂槽口”的擋水要求，預留槽口下泄洪水是必然的選擇，槽口寬度按20年一遇洪水調節計算確定。

經洪水調節計算(分析計算表略)，導流隧洞下泄流量17.2 m3/s，壩頂泄洪槽槽底高程1 580.5 m，底寬2.8 m、口寬5.8 m、深1.5 m，邊坡1：1，泄洪槽底坡2%，計算得泄洪槽下泄流量38.6 m3/s，大于設計院調洪后的下泄流量38.0 m3/s，合計過流能力55.8 m3/s，滿足要求。

第三階段為第一個汛期的防洪度汛方案，實施了對應的工程措施。不同防洪階段的筑壩高程，見圖4。

3.3 防洪度汛工程措施和施工計劃

3.3.1 第一個汛期防洪度汛需要采取的工程措施

1)永久工程：由于攔河壩永久圍堰頂低于死水位，設計沒有考慮鋪設護坡石，為避免水流沖刷永久圍堰，確保永久圍堰安全度汛，對圍堰前坡進行護坡、接到設計的護坡起點(死水位下1m處)，護坡采用塊石，增加坡面粗糙度，減小波浪爬高，塊石下面鋪設10 cm厚砂石混合墊層。

圖4 大壩剖面圖(示意)Fig.4 Dam profile (section diagram)

2)臨時工程：(2-1)粘土心墻和反濾料、過渡料的保護：心墻保護鋪設兩層粘土(各厚50 cm，碾壓覆蓋，第二次筑壩時清除)；反濾和過渡料的保護，同樣分層鋪設同類材料、壓實覆蓋，厚1.0 m；其上鋪設土工復合膜保護。施工單位在膜上又加鋪一層三色彩條塑料防水布、用磚塊壓住(這部分工程量未計入防洪度汛工程預算，進入施工成本)，見圖5。(2-2)編織袋粘土包：道路外側邊加高、防護。

圖5 心墻和反濾料的保護
Fig.5 Core-wall and filter material protection

3)汛前進行大壩下游河道疏通、清理，完成基坑自流排洪溝的修建。

4)場內施工道路暢通及道路施工排水、道路邊坡穩定和防護是確保防洪度汛工作有效實施的重要條件之一。邊坡清理和防護，開挖排水溝，按2月份監理例會確定的方案繼續施工，汛前完工。

5)汛前完成項目部生活營地及作業隊生活營地的安全防護，派專人定期巡視檢查。背山一側開挖排水溝，汛期、降雨時特別注意觀察營地后山山坡的穩定、安全，做好夜間值班工作。

該次防洪度汛工作增加16萬元的費用，其中：前坡護坡占64 %，臨時工程占比不大，費用獲監理工程師、管理局、投資方批復認可，按月工程進度款支付，并納入工程結算。

3.3.2 汛前工程施工計劃

施工計劃既要保證汛期度汛安全，也要安排好汛前需完成的工程，不耽誤汛期工程的正常施工見圖6。

圖6 二次填筑高度達1577.3 mFig.6 Height of secondary filling up to 1 577.3m

1)汛前(4月30日前)完成1 574.0 m高程(以下)兩岸的固結和帷幕灌漿；

2)汛前灌漿蓋板澆筑至1 580.0 m高程以上；

3)主汛期(6月10日)前根據《防洪度汛方案》，完成防洪度汛工程措施的實施，將抬頭壩填筑到1 583.0 m高程。

4 結 論

1)防洪度汛方案針對工程形象進度、結合實際情況，尋找可靠的排洪泄水通道，根據施工條件、強度和工程進展，分步實施防洪度汛方案；結合天氣預報，訣定需要實施的工程措施，既保證了大壩工區的防洪度汛安全，又有效地控制了工程量和經費的增加幅度。

2)對降雨、洪水的預測和應對，做到有備無患、留有余地。2018年汛期，多數時間洪水不大，被擋在臨時圍堰前(見圖7)，有十余次洪水位升高、翻越臨時圍堰，接近、超越永久圍堰堰頂(最高洪水位超越堰頂約2.0 m，見圖8，沒有到泄洪槽槽底)，汛前搶筑、提高上游壩體高度的決策是正確的、必須的。

圖7 多數時間洪水不大，被擋在臨時圍堰前
Fig.7 Flood being blocked in front of the temporary cofferdam for most of the time

圖8 最高洪水位接近、超越永久圍堰堰頂
Fig. 8 The highest flood level approaching or exceeding the permanent cofferdam crest

3)該工程永久圍堰設計為不過水圍堰，若實在沒有泄洪排水的條件、設施和通道，又可能發生較大降雨和洪水時，可在填筑上游第二階段度汛壩體時，沿永久圍堰堰頂埋設數根大尺寸引水管至基坑，讓洪水提前、有序進入基坑，一方面減小上下游水位差，另一方面盡量避免洪水漫頂。

4)若4月10日至5月10日沒有筑壩條件，只能考慮汛前不筑壩，汛后第二個旱季一次性填筑至設計壩頂高度，這是較差的安排。優點是避免了灌漿與大壩施工的交叉作業，缺點和問題是①基坑需二次清理、驗收，由此增加的費用不小；②洪水有漫過永久圍堰堰頂的風險，會對圍堰造成損壞；③第二個旱季工期緊、施工強度大。

因此，遇到此類情況時，應盡量尋找可靠的洪水通道，采取措施疏導、引排洪水，避免洪水漫頂、進入基坑，這是最節省費用、行之有效的防洪度汛方案。

通過嚴密的組織計劃，大壩填筑工程歷經1個月旱季、間隔1個雨季、第2個旱季的二次填筑，順利封頂；工程在24個月的總工期內全部完工，見圖9。

圖9 2019年5月28日大壩封頂Fig. 9 Dam capping on May 28, 2019