八一水庫施工導(dǎo)流建筑物設(shè)計

彭洪元，陳 誠

(1.貴州新中水工程有限公司，貴州 貴陽 550002;2.西北農(nóng)林科技大學(xué)水利水電科學(xué)研究院，陜西 楊凌 712100)

八一水庫位于貴州省遵義市桐梓縣楚米鎮(zhèn)境內(nèi)溱溪河上游八一溝上。水庫最大壩高48m，校核洪水位1074.71m，設(shè)計洪水位1073.97m，正常蓄水位1072.00m，死水位1052.00m，總庫容178萬m3，興利庫容125.8萬m3，死庫容21.2萬m3。混凝土面板堆石壩的壩軸線呈直線布置，最大壩高48m，壩頂高程1075.00m，壩頂總長165.00m。由于八一水庫壩址處河床狹窄，流域山高坡陡，河道比降大，洪水陡漲陡落，洪枯流量變幅較大，不適宜采用分期導(dǎo)流或明渠導(dǎo)流方式。為確保大壩安全施工建設(shè)，結(jié)合工程水文地質(zhì)等條件，優(yōu)選與工程實際相匹配的施工導(dǎo)流和度汛方案是施工組織設(shè)計研究關(guān)鍵[1]。

1 水文地質(zhì)

1.1 地形地質(zhì)條件

壩址區(qū)河段總體較順直，河流流向N33°W。壩址沿線無跌坎或深潭發(fā)育，巖層產(chǎn)狀N40°～45°E/SE∠20°～25°，總體傾下游略偏右岸。壩址區(qū)兩岸坡均以陡坡地形為主，地表水徑流條件較好，河谷為基本對稱的“V”型橫向谷，兩岸自然邊坡總體穩(wěn)定。壩址河床主要為0～4.5m厚的砂卵(礫)石層，兩岸緩坡地帶多為0～8.5m厚砂質(zhì)粘土夾碎石層。

1.2 水文氣象條件

水庫壩址以上流域集水面積5.60km2，主河道長4.07km，主河道平均坡降75.4‰。水庫所屬河流域位于大婁山山脈西緣，河流呈東西向，屬中亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，四季分明，氣候垂直變化明顯，氣候溫和濕潤，雨量較豐沛，降水分布不均。降雨多發(fā)生在5—10月，平均降水量805.4mm，占全年降水79.4%。多年平均氣溫17.7°C，多年平均降水量1014.4mm，多年平均風(fēng)速1.8m/s，最大瞬時風(fēng)速27m/s，多年平均最大瞬時風(fēng)速12m/s，多年平均無霜期325天，多年平均相對濕度78%。

2 施工導(dǎo)流規(guī)劃

2.1 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)及導(dǎo)流流量

八一水庫為Ⅳ等小(1)型水庫。根據(jù)SL 303—2017《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》相關(guān)指標(biāo)要求，當(dāng)采用土石圍堰時，導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)采用枯期5年一遇(P=20%)枯期洪水標(biāo)準(zhǔn)[2]。八一水庫攔洪庫容小于0.1億m3，安全度汛按20年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計[3]。結(jié)合水庫工程特性，壩址區(qū)設(shè)計洪水采用“貴州省暴雨洪水計算實用手冊”分析計算，設(shè)計洪水成果見表1。

根據(jù)11月—次年3月，11月—次年4月，12

表1 水庫壩址區(qū)設(shè)計洪水成果 單位：m3/s

月—次年3月，12月—次年4月共四個時段的分期設(shè)計洪水成果分析，選擇(11月—次年4月)作為枯期導(dǎo)流時段，其5年一遇(P=20%)洪水流量Q20%=13.5m3/s；汛期采用20年一遇(P=5%)洪水流量Q5%=82.5m3/s。

2.2 導(dǎo)流方式與導(dǎo)流程序

八一水庫壩址處河床狹窄，河床高程在1034.0～1036.0m，河谷為基本對稱“V”型橫向谷。擋水大壩為混凝土面板堆石壩，其樞紐布置平面如圖1所示。

八一水庫混凝土面板堆石壩其主體工程填筑量大，且大壩所屬流域洪枯流量變幅較大，不適宜采用分期導(dǎo)流或明渠導(dǎo)流方式。綜合考慮壩址區(qū)地形地貌、水工建筑物布置和施工進度計劃等因素，施工導(dǎo)流設(shè)計優(yōu)選圍堰擋水、隧洞(后期改造成取水兼放空隧洞)過流方式[4]。根據(jù)設(shè)計洪水成果及施工導(dǎo)流布置方案，壩區(qū)施工導(dǎo)流程序見表2。

根據(jù)施工進度計劃，第三年2月初下閘蓄水和導(dǎo)流隧洞封堵，水庫蓄水達正常蓄水位后進入試運行，利用大壩左岸溢洪道進行泄水泄洪。

圖1 混凝土面板堆石壩樞紐布置

施工分期主要施工內(nèi)容導(dǎo)流/度汛方式備注籌建年11月—第一年4月工程籌建、施工準(zhǔn)備———工程籌建及施工準(zhǔn)備期不受洪水影響第一年5月—10月導(dǎo)流工程、臨時工程、兩壩肩、溢洪道基礎(chǔ)土石方開挖原河道直接過流導(dǎo)流(兼取水放空)隧洞進出口預(yù)留坎施工第一年11月—第二年4月壩基土石方開挖、趾板混凝土澆筑、大壩填筑、溢洪道施工上游圍堰擋截洪水、右岸導(dǎo)流隧洞過流枯期導(dǎo)流時段,隧洞過流第二年5月—第三年1月底剩余壩體填筑、灌漿工程、壩體沉降后進行上游面板施工及其他細(xì)部施工壩體上游面C5擠壓邊墻擋水、導(dǎo)流隧洞過流遭遇20年一遇洪水(P=5%)時,洪水全部從導(dǎo)流隧洞下泄,壩前最高水位為1050.25m第三年2月及以后下閘蓄水、導(dǎo)流隧洞封堵,取水兼放空管支墩、鋼管安裝及壩區(qū)其他項目施工壩體擋水,溢洪道泄洪永久泄洪通道形成,下閘蓄水

3 導(dǎo)流建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 右岸導(dǎo)流隧洞設(shè)計

八一水庫導(dǎo)流隧洞布置在河床右岸，長236.47m，進(出)口底板高程為1041.00m(1034.00m)，底坡3.13%，進(出)口明渠長21.86m(177.16m)，進口設(shè)混凝土疊梁門。為滿足隧洞枯期過流、汛期度汛等要求，導(dǎo)流隧洞在枯期按無壓流、汛期按有壓流計算過流能力[5]。導(dǎo)流隧洞斷面選擇城門洞型，結(jié)合水工取水兼放空管布置(隧洞內(nèi)后期埋φ800mm鋼管)，襯砌后斷面為2.2m(寬)×2.4m(高)，凈斷面面積4.89m2，頂拱中心角114.44o，頂拱半徑1.31m。汛期由壩體擋水，導(dǎo)流隧洞泄流。

3.2 圍堰設(shè)計

(1)上游圍堰

枯期5年(P=20%)一遇洪水流量Q20%=13.5m3/s，對應(yīng)上游水位為1043.7m。考慮波浪爬高及安全超高后，設(shè)計取頂部高程1044.5m。按不過水土石結(jié)構(gòu)進行圍堰設(shè)計，頂寬3m，頂長66.10m，堰高7.5m，迎(背)水面坡比1∶2.0(1∶1.5)，粘土心墻防滲，帷幕灌漿基礎(chǔ)處理，帷幕孔深入基巖1m。上游圍堰最大設(shè)計斷面如圖2所示。

圖2 上游圍堰最大設(shè)計斷面圖

(2)下游圍堰

枯期(11月—次年4月)5年一遇Q20%=13.5m3/s，對應(yīng)導(dǎo)流隧洞出口河床水位為1027.2m，設(shè)計取頂部高程1028.00m。按不過水土石結(jié)構(gòu)進行圍堰設(shè)計，頂寬3m，頂長9.49m，堰高3.5m，迎(背)水面坡比1∶1.75(1∶1.5)，粘土心墻防滲，結(jié)構(gòu)與圖2類似。

3.3 施工度汛

八一水庫為小(1)型水庫，汛期到來之前大壩主體工程填筑至1052.0m高程，即大壩填筑施工需經(jīng)歷一個汛期，度汛標(biāo)準(zhǔn)為全年20年一遇洪水Q5%=82.5m3/s。調(diào)洪計算成果表明：遭遇度汛洪水(Q5%=82.5m3/s)時，壩前攔蓄最大庫容16.7萬m3，導(dǎo)流隧洞最大下泄流量43.1m3/s，上游水位將達到1050.25m，低于河床截流后第一個汛期來臨之前壩體填筑高程1052.00m，滿足安全度汛要求。

4 結(jié)論

八一水庫壩址處河床狹窄，流域山高坡陡，河道比降大，洪水陡漲陡落。在施工建設(shè)中，施工導(dǎo)截流方案及導(dǎo)流建筑物結(jié)構(gòu)的合理性直接關(guān)系到施工導(dǎo)流及度汛安全、施工進度及工程投資等。規(guī)劃設(shè)計階段，通過施工導(dǎo)流方案科學(xué)的比選和論證，優(yōu)選與工程實際相匹配的施工組織方案。

(1)擋水大壩為混凝土面板堆石壩，填筑工程量大，且洪枯流量變幅較大，水工建筑物布置緊張，不具備分期導(dǎo)流或明渠導(dǎo)流條件。設(shè)計優(yōu)選圍堰擋水、隧洞過流的導(dǎo)流方式。實踐表明該導(dǎo)流方案與壩址區(qū)地形地貌、樞紐布置和施工進度計劃等具有較好匹配性。

(2)選擇11月—次年4月作為導(dǎo)流時段，其5年一遇(P=20%)導(dǎo)流流量為Q20%=13.5m3/s。度汛標(biāo)準(zhǔn)為全年20年一遇洪水Q5%=82.5m3/s，上游水位1050.25m低于河床截流后第一個汛期來臨之前壩體填筑高程1052.00m，滿足大壩主體工程填筑進度工期及安全施工度汛需求。

(3)根據(jù)地質(zhì)條件及施工進度計劃，對導(dǎo)流隧洞、圍堰等導(dǎo)流建筑物結(jié)構(gòu)體型進行合理調(diào)整，為工程順利施工建設(shè)提供了重要技術(shù)保障。