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水库施工导流方案比选分析

[摘要]雷塬水库工程地处黄土高原“V”字型峡谷中,两岸岸坡较陡,所在流域暴雨洪峰流量较大,这种特殊地质地形与洪水特性对施工导流的要求比较高,本文在控制投资并满足工期的前提下,提出两种导流方案:全年围堰导流方案和枯水期围堰挡水、汛期高水围堰与坝体结合的导流方案,并进行详细论证,最终选择全年围堰导流,从而达到工程投资合理、工期保证、施工质量较高的目的。

[关键词]施工导流;围堰;方案;比选

1工程概况

雷塬水库地处陕北黄土高原铜川市宜君县城境内雷塬河下游,距雷塬河与洛河交汇口约1.5km。工程开发任务主要为:在满足工程断面下游河道生态基流情况下,给水库周边村镇居民生活和农业灌溉供水。水库总库容1896万m3,属中型工程,工程等别为Ⅲ等。枢纽工程主要建筑物由拦河大坝、导流泄洪洞、溢洪洞、取水工程浮船泵站等四部分组成,主要建筑物等级为3级。拦河大坝为均质土坝,大坝坝顶高程729.5m,防浪墙顶高程730.7m,水库正常蓄水位726.0m,最大坝高65.5m,坝顶长度345.0m,坝顶宽8.0m,最大坝底宽度374.8m。

2水文地质条件

雷塬河流域所处地区属大陆性温带半干旱季风气候,多年平均气温9.7℃,极端最高气温34.6℃(2006年),极端最低气温-19.7℃(2009年),最冷月平均气温-7.0℃,其中11月~翌年1月为最低温度时段;多年平均降水量676.4mm,全年雨量分布不均,年际间变化大,其中汛期7月~10月径流量占年径流量的59.8%,枯水期11月~翌年2月占12.6%,而量级和强度较大暴雨80%都发生在7月~9月。雷塬河流域的洪水由暴雨形成,暴雨特性和流域下垫面决定了该河的洪水陡涨陡落,峰型略瘦。由于流域面积较小,河槽调蓄能力差,一次暴雨形成一个洪峰,洪峰流量较大,在多雨季节形成涨落明显的连续洪峰。坝址处地貌类型以残塬沟壑为主,呈“V”字型,基本对称,河谷宽92.8m,河谷底宽64m~116m,河床高程665m~672m,河床宽度约16m~29m;在坝址区左右两岸冲沟均有发育,垂直主河道,支沟呈树枝状发育,两岸以黄土状壤土为主。左坝肩上部为土质边坡,坝顶高程以下为岩质边坡,形态完整,边坡稳定。右坝肩上部为湿陷性土层,湿陷等级为Ⅲ级(严重),坝顶高程以下基岩斜坡表层为碎石土。

3导流标准

根据水库库容、工程等别及主要建筑物等级,按照《水利水电工程施工组织设计规范》(SL303-2017)的规定,导流建筑物按5级设计,采用土石围堰,相应的洪水标准重现期为10年~5年。根据水库所在流域临近河流域水文站的多年(近60年)水文实测资料,且汛期淹没损失不大,因此本工程导流标准取下限,按洪水重现期5年标准进行设计。

4导流方案

坝址两岸地形陡峭,根据地形条件、枢纽建筑物布置特点、施工进度安排及河道的洪水特性,采用河道一次拦断、导流泄洪洞过流的导流方式,本阶段(可行性研究)选取了两个方案进行比较。方案一:全年围堰导流方案;方案二:枯水期围堰挡水、汛期高水围堰与坝体结合的导流方案[1]。4.1两种方案的共性。经方案比选,泄洪洞布置在大坝右岸,为减少临时工程量和投资,本着结合利用永久建筑物的原则,导流洞结合泄洪洞布置,施工期作为导流洞使用,且泄洪洞进口高程可满足施工导流的高程要求,工程运行期为泄洪洞。导流泄洪洞属永临结合的建筑物,设计时按永久建筑物考虑,建筑物等级为3级[2-3]。导流泄洪洞进口底板高程682.00m,放水塔内设有事故检修闸门和工作弧门各一道,弧门孔口尺寸4m×5m(宽×高)。洞身段采用城门洞型,断面尺寸6.0m×8.2m(B×H),长535m,隧洞比降为i=0.015,钢筋混凝土衬砌,DX0+000.00-DX0+020.00厚度为0.8m,其余厚度为0.6m。隧洞洞身出口接挑流消能段,长32m,挑流鼻坎侧墙高度8m。上游设45m长护坡段,下游设置首宽为6m末端15m厚1.5m的C25钢筋混凝土护坡段防冲。导流泄洪洞总长535m,最大下泄流量486.07m3/s。4.2两种方案的特性。4.2.1方案一。上游围堰采用全年不过水土石围堰,设计洪水标准为全年5年一遇(P=20%),相应洪峰流量为151m3/s;经调洪计算,堰前水位683.7m,堰顶高程685.0m。导流安排:第一年6月~第二年11月,利用原河道导流,进行导流泄洪洞施工,洪水标准为全年5年一遇。第二年12月~第四年5月,11月初进行河道截流后,围堰挡水,导流泄洪洞过流,进行帷幕灌浆,坝体开始填筑,设计洪水标准为全年5年一遇。第四年6月~9月,导流洞泄洪过流,坝体挡水,继续坝体建筑,此时度汛标准为全年50年一遇洪水,相应洪峰流量为747m3/s,坝体填筑到坝顶高程。大坝平均填筑强度:4496m3/d,平均上升速度:4.8m/月。优点:能够保证基坑工作面不过水,施工干扰相对比较小,而且坝体施工强度均衡,在保证工期的前提下,坝体填筑质量比较高。缺点:围堰基础开挖量以及填筑量较大,不经济。4.2.2方案二。导流安排:第一年6月~第二年10月,利用原河道导流,进行导流泄洪洞施工,洪水标准为全年5年一遇。第二年11月~第三年5月,11月初进行河道截流后,导流泄洪洞过流,低水围堰挡水,上游低水围堰采用5年一遇(P=20%)洪水标准的枯水期(11月至翌年5月)不过水土石围堰,设计流量Q=14m3/s,经计算,堰前水位680.25m,堰顶高程682m。进利用一个枯水期将坝体填筑至度汛水位20年一遇(P=5%)洪水度汛高程685.3m。第三年6月~第四年9月,导流洞泄洪过流,上游全年围堰与坝体结合,汛期坝体临时断面挡水,继续坝体施工,此时度汛标准为全年50年一遇(P=2%)洪水,相应洪峰流量为747m3/s。大坝平均填筑强度:6036m3/d,平均上升速度:7m/月。优点:导流工程量小,永临相结合,充分利用枯水期,比较经济。缺点:①在短期内完成坝基清除、灌浆、坝体填筑等工作,施工强度高,且不易保证工程质量;②坝体与围堰结合部分的技术处理难度较大;③高水围堰迎水面度汛挡水需做防护相应的措施,后期还需拆除,施工程序复杂。两种方案比选见表1。综上,全年围堰导流虽然工程量略大,但它的优点也是显而易见的;施工干扰小,坝体填筑的进度不受洪水影响,填筑强度低,填筑质量容易控制;方案二虽然临时工程量少,但上游坝体度汛断面填筑必须在汛期前填筑完成,每个月必须填筑7m左右,满足拦挡20年一遇洪水度汛高程,加之此处冬季寒冷,3个月不能施工,施工进度难以保证,强度高,施工干扰大,坝体与围堰结合部分填筑质量也不易保证;且全年围堰与低水围堰仅差了3m,因此,为了保证工期和施工质量,本阶段推荐方案:全年围堰导流方案。

5上、下游围堰的布置

上游围堰布置于坝址上游300m处,堰体填筑本着尽量利用当地材料的原则采用粘土填筑。堰顶高程685.0m,最大堰高13.56m,围堰顶宽8.0m,堰体上游边坡为1∶3,下游边坡为1∶2.5。上游迎水面采用铅丝笼块石护坡,砌护厚度0.5m。根据导流洞出口位置水位流量关系曲线得出,下游围堰堰前水位为666.7m,考虑安全超高后,下游围堰顶高程取667.5m。堰顶轴线长32.5m,最大堰高2.5m,堰体上、下游边坡均为1∶2.5。上游迎水面采用铅丝笼块石护坡,砌护厚度0.5m。

6结语

在水利水电工程建设中,施工导流贯穿整个施工过程,因此导流方式的选择尤为重要。针对雷塬水库所处的地质条件及所属流域的洪水特性,采用永临建筑物结合,提出两个可实施的导流方案进行详细的比较分析,不仅从工程造价方面衡量,还要考虑工期、质量、安全、施工强度均衡等因素,最终选择出适合本工程特点,且尽可能发挥投资效益的全年围堰导流方式,为同类同等工程选择导流方式提供一定的参考价值。

参考文献

[1]谢亚细.关于某水库工程施工导流方案的探讨[J].甘肃水利水电技术,2009.5.

[2]田小青.张峰水库枢纽工程施工导流方案比选[J].山西水利,2007(3):92-93.

[3]唐瑜.水利水电工程施工导流方案决策探讨[J].农家科技旬刊,2015(012):337.

作者:黄婷 武小龙 邹森 单位:陕西省水利电力勘测设计研究院

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