大壩導流施工方案技術研究與應用

翟景科 吳川花

中國水利水電第十一工程局有限公司（450000）

1 工程概況

辛女溪水庫工程位于湖南省瀘溪縣白沙鎮紅巖村，壩址距瀘溪縣白沙新城約13 km，壩址以上控制流域面積24.3 km2，屬沅江水系支流，水庫正常蓄水位196.6 m，相應水庫庫容424 萬m3。工程等級為4 等小（1）型工程，主要建筑物為混凝土擋水壩、溢流壩和灌溉進水口，按4 級建筑物設計。辛女溪水庫是一個以灌溉、鄉鎮供水為主，兼顧生態用水的水庫工程。

2 原設計導流方案

2.1 導流方式

辛女溪水庫大壩為混凝土重力壩。根據地形地質條件及樞紐布置方案，大壩左、右岸均為陡峭山體，施工期洪水流量較小，主河槽位于河床右側，壩址左岸上游有一自然崩塌形成的臺地。經過分析比選，設計采用分期導流方式[1]。

2.2 導流標準

當地材料比較豐富，除大壩二期縱向圍堰采用混凝土圍堰外，其他圍堰采用土石圍堰，大壩導流標準初選5年一遇洪水標準。根據壩型及壩前攔洪庫容，壩體施工期臨時度汛洪水標準初選10年一遇洪水重現期。

辛女溪流域汛期時段為5-8 月，年最大洪水出現在 6-7 月，枯期時段比較了 9 到次年 4 月、10 到次年3 月兩個時段，為了爭取時間搶攔洪度汛高程，選擇9 到次年4 月的枯期導流時段，相應枯水期5年一遇流量為28.3 m3/s。

2.3 導流程序

一期圍左岸擋水壩段，利用疏挖后的束窄河床過流。二期圍右岸擋水壩段及溢流壩段，利用已完工的放空底孔過流，并將壩體整體上升到攔洪度汛高程；汛期利用放空底孔及預留壩體缺口度汛。

具體導流程序如下： 第一年9 月初開始修筑大壩一期圍堰，圍左岸擋水壩段，由右岸疏挖后的束窄河床過流。第一年年底將左岸壩段澆筑至153 m 高程以上，并形成放空底孔。第二年1 月初拆除一期枯期圍堰，左岸壩段繼續上升，同時施工二期圍堰，進行右岸二期施工，由已形成的放空底孔過流。在第二年汛前將右岸壩段澆筑至攔洪度汛高程156.3 m，在右岸中間河床擋水壩段預留缺口度汛，缺口高程153.5 m，缺口寬度19 m。第二年汛期大壩由導流底孔和壩體預留缺口聯合過流，壩體臨時擋水度汛。汛期整個大壩可采用洪中搶枯的方式繼續上升，大壩在第三年3 月中旬上升至設計高程。

3 導流建筑物設計

3.1 圍堰

大壩一期上下游圍堰、 縱向圍堰采用均質土圍堰，二期上下游圍堰采用黏土斜墻圍堰，二期縱向圍堰采用混凝土圍堰。一期上游圍堰頂寬3 m，頂高程150.0 m，一期下游圍堰頂寬3 m，頂高程147.5 m，內外坡比均為1：2，基礎采用高噴灌漿防滲。二期上游圍堰頂寬3 m，頂高程152.0 m。二期縱向圍堰部分利用溢流壩導墻擋水。二期土石圍堰上下游坡比均采用1∶1.5，迎水面采用塊石護坡，上游采用高噴灌漿防滲，下游采用黏土斜墻防滲，混凝土圍堰墻背坡比 1∶0.6[2]。

3.2 導流底孔

導流底孔結合永久放空底孔設置，型式為箱型，進口底板高程147.50 m，全長62 m。

3.3 導流明渠

一期導流明渠利用束窄河床疏挖而成，疏挖底高程146.5～146.0 m，底寬5 m，邊坡坡度為巖石邊坡自然坡度。

二期導流明渠與導流底孔相接，進口底板高程147.5 m，出口底板高程145.9 m，底寬2.5 m，巖石開挖坡比為 1∶0.3。

4 優化的導流方案

4.1 導流程序

2018年1-2 月，在大壩河床位置開挖臨時導流明渠，左岸導流底孔混凝土澆筑未完成前承擔導流任務。

2018年 3-4 月，5 號壩段澆筑至 EL151 高程形成導流底孔，完成大壩上游圍堰，利用導流底孔導流，然后完成基坑開挖，2018年汛期來臨前完成建基面墊層混凝土的澆筑，并將壩體澆筑至河床高程EL147.5。

2018年 5 月-2019年 4 月，汛期利用放空底孔過流度汛，非汛期利用已完成的導流底孔進行導流，汛期整個大壩采用洪中搶枯的方式繼續上升，大壩在2019年3 月底上升至設計高程[3]。

4.2 導流建筑物設計

4.2.1 圍堰設計

上、下游圍堰均采用土石圍堰，上游圍堰頂寬4 m，頂高程152 m，下游圍堰頂寬4 m，頂高程 148 m，內外坡比均為1∶1.5，堰體采用黏土墻防滲圍堰迎水面采用鋼筋籠護角、塊石護坡，圍堰最大高度5.0 m，上游圍堰總長約35 m，下游圍堰總長約45 m。

4.2.2 導流明渠設計

4.2.2.1 臨時導流明渠

在大壩河床位置開挖斷面尺寸2 m×1 m 臨時導流明渠，進口高程EL145.6，出口高程EL144.6，全長100 m，明渠四周鋪設彩條布，作為防水層。

排水明渠水流流速計算公式：

其中，R=A/P，A=WH，P=W+2H，n=粗糙系數。

根據規范相關規定，天然河道的粗糙系數n取值 0.03～0.05，本工程n=0.05，渠深 H=1 m，渠寬 W=2 m。假設導流明渠最大流量時，根據導流明渠截面形式，可求得：

水流斷面為2 m2

流速V=1.532 m/s

可過流量Q=3.094 m3/s＞0.916 m3/s

所以臨時導流明渠符合枯水季溪水導流要求。

4.2.2.2 壩體段導流箱涵

壩體段采用C30 混凝土箱涵，斷面2.5 m×3 m，截面呈矩形。

根據規范相關規定，混凝土渠道的粗糙系數n取值 0.013～0.014，本工程n=0.014，箱涵高H=3 m，寬W=2.5 m。假設導流箱涵最大流量時，根據導流箱涵截面形式，可求得：

水流斷面為7.5 m2

流速為7.81 m/s

可過流量Q=58.575 m3/s＞0.916 m3/s

所以導流箱涵符合枯水季溪水導流要求。

4.2.2.3 壩體外導流明渠

同上，經過計算后，過流流量Q=31.45 m3/s＞0.916 m3/s

所以壩體外導流明渠符合枯水季溪水導流要求。

5 導流建筑物施工

5.1 圍堰施工

堰殼料及塊石護坡均利用岸坡土石方開挖料及覆蓋層開挖料，采用1.6 m3反鏟挖裝，20 t 自卸汽車運輸上堰，SD220 推土機平整，18t 振動碾壓實，塊石護坡由反鏟輔助整平[4]。

5.2 圍堰施工工藝

5.2.1 測量放線

根據確定的圍堰堰頂軸線、設計邊坡和護腳需要正確測放出圍堰起坡線，并在外側設延長控制點。

5.2.2 圍堰岸坡清理

采用反鏟裝車，自卸汽車運輸。

5.2.3 堰體填筑壓實

在岸坡清理完成后，采用大壩開挖料進行圍堰填筑，采用反鏟挖裝，自卸汽車運輸上堰，推土機平整，振動碾壓實。

5.2.4 黏土料填筑

從大壩開挖區用自卸汽車運料，進行黏土墻填筑，采取分層碾壓填筑，填筑分層30 cm。

5.2.5 拋石護坡及鋼筋籠護角施工

圍堰迎水面采用拋填塊石防護，坡腳采用鋼筋籠進行護角，拋石護坡厚度1.0 m，鋼筋籠高度1.0 m。拋填塊石塊粒徑選用80～120 cm，在大壩開挖區采用1.6 m3反鏟揀集，用20 t 自卸汽車運輸至現場，反鏟拋填。

5.2.6 堰體加高

采用分層全斷面上升，自卸汽車后退法卸料，土料層填筑厚度為30 cm，碾壓6～8 遍，碾壓采用進退錯距法，進退錯距約33 cm。

5.3 導流渠施工

臨時導流明渠進口高程EL145.6，出口高程EL144.5，全長 100 m，斷面尺寸 2 m×1 m。

5.3.1 坑槽開挖

坑槽采用挖掘機開挖。

施工順序按由下游至上游的順序施工，以利坑槽的臨時排水。

開挖時，隨時測量監控，保證開挖尺寸及槽底的高程達到設計要求。

土方采用挖掘機開挖，人工配合。溝槽開挖土方調至填方區填土或用自卸車外運至指定渣場。

坑槽挖至設計高程，清除地面和坡面上的浮土達到設計要求，坡面上的松動塊石和過于破碎的土石方也要挖出已滿足施工要求。

基礎面清理和施工縫處理

5.3.2 測量放線

基礎面處理合格后，用全站儀、水準儀等進行測量放線，并驗收合格。放線時，將建筑物體型的控制點線放在明顯的位置，并在方便度量的地方給出高程點，確定立模邊線，作好標記。

5.3.3 模板安裝

模板材料的質量應符合本工程指明的現行的國家標準或行業標準。模板由載重汽車運至施工現場，汽車吊吊裝就位，并設足夠的臨時固定設施，以防變形和傾覆。倉內設支撐，隨澆筑混凝土上升時拆除，獨立的墻、柱嚴防整體變形、錯臺。

5.3.4 混凝土施工

5.3.4.1 清倉驗收

清理倉號內的雜物，并且沖洗干凈，排除積水，提交有關驗收資料進行倉位驗收，同時作好澆筑準備，搭設簡易腳手架、溜槽架、安全護攔，檢查振搗設備，增加照明，自檢合格后，請監理驗收[5]。

5.3.4.2 混凝土拌制與運輸

混凝土由拌和系統按現場試驗室提供并經監理工程師批準的程序和混凝土配料單進行統一拌制，并在出機口和澆筑現場進行混凝土取樣試驗。

拌制好的混凝土采用混凝土攪拌車或載重汽車運至現場，視不同部位采用不同的入倉方式。

5.3.4.3 混凝土入倉澆筑

澆筑倉位首先通過內部三檢，提供原始資料，由質檢部門提請監理進行驗收。驗收合格后，方可進行混凝土澆筑。在澆筑第一層混凝土前，均勻鋪設一層2～3 cm 水泥砂漿，以保證混凝土與基巖面結合良好。

混凝土澆筑時，由于工作面較小，采用挖機配合人工的方式入倉，也可采用人工入倉。人工平倉，采用平板振搗器或插入式振搗器進行振搗，振搗時間及結束標準應符合相關規范要求。

倉內薄層平鋪，鋪料厚度40～50 cm，嚴禁混凝土入倉沖擊模板。平倉應防止骨料分離，注意層間結合，加強振搗，確保連續澆筑，防止出現冷縫，澆筑過程中要對模板工加強巡視維護，異常情況及時處理。

5.3.4.4 養護和保護

混凝土澆筑結束后，按照要求進行表面覆蓋保溫或灑水養護，養護時間嚴格按照有關規范及設計要求進行。

6 工期及成本分析

經原導流方案與實際導流方案進度對比分析可知，現方案使工期節約5 個月，節省了5 個月的人工、機械費用，降低了成本，節省了資源消耗。

經計算，每月人員費用76.4 萬元，工期節約5個月，人工費用共節約382 萬元。

每個月機械租賃費用59.8 萬元，5 個月工期，機械租賃費用共節省299 萬元。

7 結語

辛女溪大壩導流技術、組織及管理措施等的實施，靈活運用了現場實際地質及地形條件，優化了設計方案，有效節約了工程施工工期和成本，為類似工程提供了借鑒和參考。