胡家莊水庫工程施工導流方案設計

劉亞平

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024）

胡家莊水庫工程施工導流方案設計

劉亞平

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024）

胡家莊水庫為中部引黃工程保德縣的調(diào)蓄水庫，具有調(diào)節(jié)工業(yè)供水量、防洪灌溉等效益。本文就導流方案中導流方式的比選、導流圍堰設計、大壩臨時渡汛斷面確定等方面進行了論述，確定了采用全斷面圍堰枯水期導流方案為施工導流設計方案。

施工導流；圍堰；臨時渡汛；胡家莊水庫

1 工程概況

保德縣胡家莊水庫位于朱家川河的一級支流泥彩河的支溝馮子溝內(nèi)，樞紐工程由大壩、左岸放空洞、供水管道和上壩道路4部分組成，為中部引黃工程調(diào)蓄水庫。大壩為碾壓均質(zhì)土壩，壩頂高程1 124.82 m，壩長308.0 m，壩頂寬度8.0 m，最大壩高56.82 m，壩底最大寬度270.0 m。

水庫總庫容545.0萬m3，屬小（一）型水庫，工程等別為Ⅳ等，樞紐建筑物中大壩、放空洞、供水管為4級建筑物，臨時建筑物為5級。水庫工程任務是調(diào)節(jié)引黃水，向保德縣橋頭鎮(zhèn)工業(yè)園區(qū)、堯圪臺鄉(xiāng)工業(yè)園區(qū)和楊家灣鎮(zhèn)工業(yè)園區(qū)供水，工業(yè)總引水量為2 703.1萬m3。

主要工程量，土方開挖445.44萬m3，土方洞挖0.52萬m3，土方回填125.22萬m3，干砌石護坡2.29萬m3，堆石棱體4.28萬m3，砂礫石墊層、粗砂反濾、碎石反濾及墊層9.20萬m3，漿砌石1 041 m3，混凝土4 258 m3，鋼筋制安205 t，素土擠密樁7.34萬m3。

施工條件和特點：壩址對外交通較方便，施工供水，供電條件較好；壩址區(qū)筑壩材料儲量較豐富；氣候較寒冷，不利于全年施工。樞紐工程布置集中，施工易于統(tǒng)一管理和協(xié)調(diào)，施工時需要合理安排進度，避免各工程項目之間的干擾。

2 導流標準及設施

根據(jù)《水利水電工程施工組織設計規(guī)范》（SL 303-2004）的規(guī)定，胡家莊水庫導流建筑物級別為Ⅴ級，導流建筑設計洪水標準為5～10年洪水重現(xiàn)期，考慮到失事后后果不嚴重，故取下限值，按洪水重現(xiàn)期5年標準設計。施工時當壩體筑高到超過圍堰堰頂高程時，其臨時渡汛洪水標準，在導流泄水建筑物沒有封堵的情況下，采用20年洪水重現(xiàn)期標準。

水庫左岸布置放空洞。放空洞由引洞段、進水塔段、放水洞段、出口消能段組成。引洞為有壓洞，斷面為圓形，直徑2.0 m，進口底高程1 085.0 m；放水洞進口設工作閘門、事故檢修閘門各一扇及配套的啟閉設備，出口采用底流消能。

供水管道結合放空洞及進水塔進行布置，由壓力鋼管段和出口控制閥井組成。鋼管進口布置在進水塔塔內(nèi)，利用進水塔檢修閘門進行鋼管段及出口閥井的檢修維護，鋼管穿過進水塔塔壁后水平向下游側至塔身外邊緣，后豎直向下至放水洞底板下側，沿放空洞底板下埋設，全長190.0 m，管道直徑1.2 m，設計供水流量1.38 m3/s。

上壩公路布置于大壩右岸之間相對平緩的位置，上壩道路最大縱坡為20%，路面為瀝青混凝土路面，凈寬8.0 m，長約250 m。

3 導流方式

壩址處河谷底寬50～80 m，大壩為均質(zhì)土壩，具有全斷面導流及分期導流的條件。從圍堰工程量、臨時工程投資及大壩施工難易程度等方面，對全斷面圍堰全年導流，全斷面圍堰枯水期導流和分期圍堰法3種導流方式進行比選。

全斷面全年圍堰法。上、下游圍堰采用全年土圍堰擋水，放空洞泄流。大壩上游為兩條支溝匯入，圍堰需在兩支溝上修筑，右岸支溝沒有泄水通道，需要將右岸支溝內(nèi)洪水引入左岸支溝內(nèi)。當洪水標準采用5年洪水重現(xiàn)期時，經(jīng)計算右岸支溝需要埋設DN2000管道引流洪水，根據(jù)地形情況，右岸支溝圍堰高7.7m，左岸支溝圍堰高4.6 m。此方案優(yōu)點是壩體施工不受汛期影響，壩體土方填筑施工強度均衡；缺點是施工導流工程量較大，造價高，圍堰施工工期較長。

分期圍堰法。主河床位于壩址中部，修建左岸壩段時在右岸河床需挖引渠，壩址處河床較窄，分期后需建縱向圍堰及Ⅱ期圍堰，圍堰工程量大，工作面窄，施工強度低，施工時存在一二期壩體結合處理，施工較復雜。

全斷面枯水期圍堰法。枯水期由上、下游圍堰擋水，放空洞泄洪；汛期利用填筑到攔洪高程的壩體擋水，放空洞泄洪。此方案優(yōu)點是圍堰低，當洪水標準采用5年非汛期洪水重現(xiàn)期時，右岸支溝埋設DN 800的管道，右岸支溝圍堰高6.5 m，左岸支溝圍堰高1.3 m，左岸圍堰可以利用壩腳附近的淤地壩。導流工程量較小，造價相對較低，壩體填筑整體性好；根據(jù)調(diào)洪計算結果，攔洪壩高較低，汛前壩體填筑強度不大，完全可以達到。

通過以上比較可看出，全斷面圍堰枯水期導流方案枯水期利用已建成的供水放空洞泄洪，上游圍堰高度較低，汛期壩體臨時斷面攔洪渡汛，這樣既保證大壩填筑全年施工，同時圍堰工程量小，投資最省。故推薦全斷面圍堰枯水期導流方案。

4 導流建筑物設計

4.1 圍堰斷面設計

圍堰為土質(zhì)圍堰，根據(jù)《山西省暴雨洪水實用手冊》計算，非汛期洪峰流量為左右岸支溝匯合流量，為0.77 m3/s，相應洪水位1 087.8 m。根據(jù)地形情況和《水利水電工程施工組織設計規(guī)范》（SL303-2004）的規(guī)定，堰頂安全超高0.5 m，右側支溝上游堰頂高程為1 088.3 m，圍堰高6.5 m，頂寬3.0 m，長度38 m，迎水面邊坡為1∶2.0，背水面邊坡為1∶1.5，迎水面采用0.5 m厚編織袋土護坡；左側支溝利用已有淤地壩，上游迎水面采用0.5 m厚編織袋土護坡，護坡高度1.0 m。

下游圍堰依據(jù)放空洞20年一遇洪水最大泄量6.3 m3/s，根據(jù)復式斷面明渠均勻流公式計算得，下游水位為1 071.5 m，下游堰頂高程為1 072.0 m，迎水面邊坡1∶2.0，背水面邊坡1∶1.5，迎水面采用0.5 m厚編織袋土護坡，頂寬3.0 m，高1.0 m，長16 m。

導流引水管采用DN 800混凝土管，長度255 m，進口高程1 087.0 m，出口高程1 086.5 m，坡度為0.2%。

圍堰工程量：土方開挖2 016m3，土方填筑5 868m3，編織袋土405 m3，DN 800混凝土管255 m，圍堰拆除4 130 m3。

4.2 圍堰穩(wěn)定分析

上游圍堰為均質(zhì)土圍堰，堰前經(jīng)常性水位約在1 087.8 m，根據(jù)規(guī)范要求需進行滲流分析和邊坡穩(wěn)定分析。滲透分析計算方法為有限元法，計算程序采用北京理正軟件開發(fā)公司編制的《滲流計算分析軟件》，圍堰計算斷面為圍堰堰體的最大橫斷面，計算工況為圍堰上游高水位與相應的下游最低水位，邊坡抗滑穩(wěn)定分析按瑞典圓弧法計算，計算結果見表1。

表1 上游圍堰穩(wěn)定分析成果

4.3 攔洪渡汛壩高的確定

攔洪標準為20年洪水重現(xiàn)期，經(jīng)調(diào)洪演算，放空洞泄流量為6.3 m3/s，攔洪水位為1 086.47 m，波浪爬高與超高為0.7 m，故壩體攔洪高程為1 087.17 m，壩基高程為1 068.0 m，攔洪壩高為19.17 m。

5 導流建筑物施工

圍堰填筑利用放空洞進出口開挖棄料及壩基棄料填筑。在基坑內(nèi)挖排水溝、集水井，水泵直接往圍堰外排水。

堰體填筑采用2 m3挖掘機挖裝，15 t自卸汽車運輸，74 kW推土機平土，堰體壓實采用74 kW拖拉機碾壓，局部用蛙式打夯機補夯。

埋設導流引水管開挖采用1 m3挖掘機開挖，推土機推至附近用于回填?；靥畈捎猛仆翙C推運，打夯機夯實。

圍堰堰體土方填筑每層厚度和碾壓遍數(shù)應通過現(xiàn)場碾壓試驗確定。

TU991.34

C

1004-7042（2017）11-0044-02

劉亞平（1973-），男，2003年畢業(yè)于太原理工大學水利工程專業(yè)，工程師。

2017-09-11；

2017-10-18