南陽市白桐灌區渠首樞紐復建工程施工導流設計與施工

□姜 輝（河南省水利勘測設計研究有限公司）

一、工程概況

白桐灌區為鴨河口水庫的主要灌區，設計灌溉面積12.56萬hm2。白桐灌區渠首樞紐工程位于鴨河口水庫下游19km處的南陽市宛城區新店鄉北大占頭村附近，主要建筑物包括活動壩一座、沖沙閘一座、進水閘一座。

2010年7月25日，白河上游遭遇暴雨，行洪期間活動壩發生垮塌。白桐渠首攔河壩垮塌，使得河道水位無法壅高，進水閘無法正常進流，農田灌溉及下游工業供水失去水源，嚴重影響著灌區農業、生產用水安全。

白桐灌區渠首樞紐復建主要工程項目有：活動壩、沖沙閘拆除，新建攔河閘，干渠進水閘加固處理及調度管理設施更新改造等內容。

二、工程條件

主要建筑材料及機電、閘門、啟閉機等設備可由南陽市經省道S231運輸至工地倉庫及堆存場。

樞紐區右岸場地較為平坦、開闊，可用來布置生產、生活區，施工場地條件較好。

施工期間的用水根據工程需要，采用河內抽水并視其情況設置蓄水池，或利用管理單位現有供水系統，滿足工程需要。

施工供電從南陽市大占頭村東10kV變電站高壓側引入，經工地變電站降壓后使用。

三、自然條件

本流域位于秦嶺和伏牛山以南，氣候分帶屬暖溫帶大陸性季風氣候區，有溫帶向亞熱帶過渡的特點，春季回暖快，雨量均勻，多大風天氣；夏季炎熱，雨量充沛；秋季涼爽，雨水逐漸減少；冬季干冷，雨雪稀少。多年平均氣溫為14.90℃；多年平均降雨量為799.6mm，年最大降雨量為1290.1mm（1963年），年最小降雨量為492.2mm（1978年）。全年無霜期225～240d。

樞紐區為白河沖積地貌，由主河道、河漫灘及河流階地組成。河道右側為河漫灘，寬約140m，地面高程137.7m～137.0m。河道左側為河流階地，由兩級階地組成：二級階地臺面平坦，標高141～142m，表層為粘土覆蓋，分布于白河左岸小占頭一帶；一級階地分布于白河左岸大占頭之西，與二級階地呈明顯陡坎接觸。高差4m左右，表層為亞粘土覆蓋。

工程區地層巖性主要由新第三系粘土巖、砂礫巖和第四系松散堆積物組成。

四、導流標準

白桐灌區渠首樞紐復建工程主要建筑物級別為Ⅰ級，根據《水利水電工程施工組織設計規范》(SL303-2004)的有關規定，該導流建筑物應按IV級設計，土石圍堰的導流標準應為10-20年一遇。根據水文資料分析以及其保護對象、失事后果、使用年限和圍堰工程規模等綜合分析確定導流標準按10年一遇，建筑物采用非汛期10月份-5月份施工。其中，由于鴨河口水庫除險加固施工影響，一期施工時洪水流量為390m3／s，水位134.1m；汛后鴨河口水庫除險加固施工完成，二期施工時洪水流量為1525m3／s，水位136.22m；汛期主體工程停止施工。

五、導流方案比較

按照工程規模，對導流方式進行了方案比較：

方案I，分期導流（U型土石圍堰）方案

優點：由于樞紐區白河河床寬約350m，施工空間較大，適宜進行分期導流；對施工期灌區的引水影響較小。

缺點：施工場內交通布置困難。

方案II，全斷面截流右岸明渠導流方案

優點：根據工程的地形，河道右岸有大片灘地，并且在攔河閘址下游有一條汛期洪水沖刷而成的河溝，寬約20m，可用來布置導流明渠；施工場內交通較方便。

缺點：由于河道流量較大，明渠開挖較寬（約100m），開挖量大，并且為了不影響白河河堤的安全，需對導流明渠進行塊石防護，投資較大；對施工期灌區的引水影響較大。

經綜合比較，選用方案I分期導流施工的方案，一期首先完成沖沙閘拆除、進水閘加固、新建攔河閘左岸1～5聯底板、閘墩及部分機電、金屬結構設備安裝調試等工程；二期完成攔河閘1～5聯上部結構、6～12聯全部及剩余機電、金屬結構設備安裝調試等工程。

表1 兩個方案工程量及投資對比表

六、導流建筑物設計和施工

為了白桐灌區渠首樞紐復建工程能夠順利實施，施工導流需要修建土石圍堰，對圍堰型式進行方案比較：

方案一，堰體防滲采用粘土心墻方案,共需粘土約32242m3，投資39.53萬元；

方案二，堰體防滲采用采用高噴灌漿方案，需灌漿2537.5m，投資111.81萬元。

經比較，方案一比較經濟合理，圍堰型式采用方案一。

一期施工期洪水流量為390m3／s，相應上游水位134.3m，下游水位134.1m，施工攔河閘1～5聯。圍堰底部最低高程131.50m，確定堰頂高程為135.0～134.8m，圍堰最大高度3.5m，圍堰頂寬度取6m，迎、背水面坡分別為1：2.5和1：2，圍堰總長約470m。根據圍堰的高度和斷面設計，圍堰填筑18259m3，圍堰拆除12325m3，圍堰迎水面采用土工布2213m2，編織袋防護664m3。

二期施工期洪水流量為1525m3／s，相應上游水位137.6m，下游水位136.22m，施工攔河閘6～12聯，通過1～5聯導流。圍堰底部最低高程131.5m，確定堰頂高程為138.5～137.0m，圍堰最大高度7.0m，圍堰頂寬度取6m，迎、背水面坡分別為1：2.5和1：2，圍堰總長約490m。根據圍堰的高度和斷面設計，圍堰填筑52222m3，圍堰拆除47000m3，圍堰迎水面采用土工布4615m2，編織袋防護1385m3。

由于主體工程建基面位于第①～③地層中，其中第①、③層具有強透水性，滲透系數分別為2.07×10-2～3.53×10-2cm/s、1.10×10-2～8.38×10-2cm/s，其下為隔水層砂礫質中壤土，滲透系數K=2.32×10-5cm/s。為確保工程順利實施，在各期基坑外采用高噴灌漿的防滲方案。高噴灌漿軸線布置在圍堰下，灌漿鉆孔至第④層砂礫質中壤土中，平均鉆孔深度10m，孔距1.2m，周長920m，鉆孔進尺8050m。各期臨時工程量見表2。

圍堰填筑充分利用河灘開挖料，粘土心墻所需土料從河道左岸取土，待圍堰拆除后再回填土料場；圍堰填筑采用1m3挖掘機裝8～10t自卸汽車運輸，采用進占法施工，74kW推土機碾壓。圍堰拆除，采用后退法施工，1m3挖掘機裝8～10t自卸汽車運1km至棄渣場。

表2 臨時工程量表

七、施工期灌區引水

一期施工時，不考慮灌區的農業灌溉供水要求，僅滿足工業供水要求（供水流量1m3/s），在圍堰內埋設5根直徑50cm的鋼管并配備4臺IS100-80-125型清水式離心泵（流量50m3/h，揚程5m，電機功率1.5kW）；二期施工時，修筑土石圍堰，水位雍高至136.0m，通過進水閘調節，滿足灌區用水基本需求。

八、施工排水

施工排水任務主要是基坑滲水、雨水和施工棄水。采用挖排水明溝，設集水井的方法匯集基坑集水。排水明溝沿基坑底部周邊布置，集水井設在四角，配備IS50-32-125型清水式離心泵4臺，流量12.5m3/h，揚程20m，電機功率2.2kW。

九、結語

白桐灌區渠首樞紐是白桐灌區的重要建筑物，擔負著整個灌區的正常供水使命。本設計從實際勘查出發，充分結合了本工程的自然地形、地質條件，經技術經濟綜合分析研究，采用分期導流（U型土石圍堰）方案可以達到經濟、合理和安全的目標。