哈達山水利樞紐工程施工導截流設計

鄭希娟，遲浩宇，其其格，朱 策

（1.中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林長春130021；2.吉林省水利水電勘測設計研究院吉林長春130061）

1 工程概況

哈達山水利樞紐位于吉林省松原市城區東南20 km 的第二松花江干流上，是第二松花江流域最末一級控制性樞紐工程，工程的建設任務是以吉林西部工農業和生活供水為主，兼顧生態環境保護供水、發電等綜合利用。哈達山工程為大（1）型水利樞紐工程，工程等別為Ⅰ等。水庫正常蓄水位140.50 m，校核洪水位143.95 m，總庫容6.04億m3。

哈達山水利樞紐工程由重力壩、發電廠房、溢流壩、門庫、土壩和渠首閘等建筑物組成，壩頂總長2 387.04 m，壩頂高程146.00 m，最大壩高16.00 m。混凝土溢流壩為一級建筑物，溢流壩設有16孔弧形工作閘門，布置在左岸主河道。溢流壩采用WES堰型，消力戽消能，堰頂高程134.00 m，消力戽底板頂高程123.00 m，溢流壩設計泄洪流量10 728 m3/s。

工程于2008 年6 月10 日開工建設，2011 年12月投產發電。2012年4月25日，哈達山水庫正式通過渠水干渠向前郭灌區一總引干自流供水，結束了該灌區50年來提水灌溉的歷史，哈達山水利樞紐工程使吉林西部地區19萬hm2良田得到灌溉。

2 自然條件

2.1 水文、氣象條件

第二松花江流域位于中緯度歐亞大陸東緣，屬于寒溫帶大陸性季風氣候區，春季干燥且多風，夏季溫熱且多雨，秋季晴冷溫差較大，冬季氣候嚴寒漫長。氣溫和降水南北差異較大，年內分布很不均勻，流域南部的降水量在800～1 000 mm 以上，北部的年降水量只有400 mm 左右，年平均氣溫：上游山區為0～2 ℃，下游平原區為4～5 ℃。春季多為西南風，冬季多為西北風，歷年的最大風速為29 m/s。實測最大凍土深度達2 m 以上。

根據水文資料，哈達山水庫施工分期設計洪水成果見表1；施工截流期月、旬平均流量成果見表2。

表1 施工分期設計洪水成果表 m3/s

表2 施工截流期月旬平均流量成果表m3/s

2.2 地形、地質

工程壩址區河谷底部寬2 935.00～3 025.00 m，河谷兩岸的地形不對稱，壩址兩岸地形低矮，壩址右岸分布著大小不一的波狀砂丘，地形呈波狀起伏。左岸壩頭及上、下游地形坡度較平緩。

壩址區地層多為第四系松散堆積物，下伏白堊系下統姚家組夾粉砂巖薄層的泥巖。主要巖性結構由壤土、中砂、礫質中砂等組成。

2.3 冰情

根據松花江站、扶余站實測資料統計，封凍期一般在130 d 左右，冰厚一般在0.80～1.40 m，最大流冰塊尺寸：松花江站為100.00 m×50.00 m，扶余站為300.00 m×200.00 m。

3 施工導流

3.1 導流標準

工程利用二期上游圍堰擋水提前發電，各導流建筑物的設計擋水標準：一期導流圍堰(土石結構)及二期導流下游圍堰(土石結構)設計擋水標準為大汛20年洪水重現期，相應流量為4 910 m3/s；二期導流上游圍堰(土石結構)設計擋水標準為大汛50 年洪水重現期，相應流量為6 500 m3/s。

3.2 導流方式

工程導流方式采用兩期兩段的施工導流方案，主要施工的程序：一期采用束窄河床進行導流，在一期圍堰的圍護下，施工重力壩段、溢流壩、廠房及部分土壩段；二期通過完建的16 孔溢流壩進行導流，在二期圍堰的圍護下施工剩余的土壩段。

3.3 導流建筑物設計

3.3.1 一期導流圍堰設計

一期導流圍堰由左岸的上、下游橫向土石圍堰及縱向土石圍堰組成。一期導流上游圍堰的軸線距離壩軸線為121.50 m，一期下游圍堰的軸線距壩軸線164.55 m，一期縱向圍堰的軸線位于壩樁號K0+991.60 m 處。

一期導流上游橫向圍堰設計擋水位138.75 m，堰頂高程140.86 m，堰頂長875.14 m。圍堰堰體頂寬8.00 m，兩側邊坡為1∶3.0，由主體基礎開挖的中砂填筑。堰體迎水側護坡分兩部分組成，樁號K0+000～K0+740 m段，采用塊石護坡，下設編織袋土墊層及無紡布反濾層；樁號K0+740～K0+875.14 m段,采用格柵石籠護坡，下設無紡布反濾層。考慮到此段水流流速較大，在堰腳處設水平鋪蓋，水平鋪蓋由0.30 m 厚格柵石籠及無紡布組成，與堰體格柵石籠護坡相接。截流戧堤高程136.75 m，戧堤頂寬10.00 m，戧堤采用編織袋土和塊石進行填筑，邊坡1∶1.5，塊石護坡厚0.50 m。圍堰基礎及137.45 m 高程以下部分堰體防滲采用混凝土高噴灌漿防滲墻，137.45 m 高程以上部分堰體防滲采用復合土工膜，土工膜頂高程為139.25 m，復合土工膜與混凝土高噴灌漿防滲墻采用混凝土帽連接。高噴灌漿墻底高程在巖面線以下0.50 m。

一期下游橫向圍堰設計擋水位138.03 m，堰頂高程139.45 m，堰頂長737.27 m。圍堰堰型基本與上游圍堰相同，其截流戧堤頂高程為135.63 m，高噴灌漿防滲墻頂高程為136.76 m，土工膜頂高程為138.95 m。

縱向圍堰堰頂高程由140.86 m漸變至139.45 m，圍堰堰頂長396.94 m，堰頂寬8.00 m，迎水側及背水側邊坡均為1∶3.0。戧堤頂高程由136.75 m 漸變至135.63 m，戧堤頂寬10.00 m，兩側邊坡均為1∶1.5。縱向圍堰迎水側護坡均采用格柵石籠護坡，下設無紡布反濾層。格柵石籠護坡及堰腳處水平鋪蓋相連接，水平鋪蓋寬50.00 m，由0.30 m厚格柵石籠及無紡布組成。縱向圍堰堰體及防滲墻結構與上游圍堰相同。其高噴灌漿防滲墻頂高程由137.45 m 漸變至136.76 m，土工膜頂高程由140.36 m 漸變至138.95 m。

3.3.2 二期導流圍堰設計

二期導流圍堰由右岸的上、下游橫向土石圍堰和縱向土石圍堰組成。上游圍堰的軸線距離壩軸線104.95 m，二期下游圍堰的軸線距離壩軸線140.80 m，二期縱向圍堰軸線位于壩樁號K0+922.86 m 處。

二期導流上游橫向圍堰和縱向圍堰設計擋水位140.52 m，堰頂高程142.92 m，堰頂長1 699.48 m。堰頂兼做臨時交通，頂寬8.00 m，兩側邊坡1∶3.0，堰體采用中砂填筑，迎水側采用塊石護坡，下設編織袋土墊層及無紡布反濾層；背水側采用無紡布（200 g/m2）護坡，編織袋土壓重。截流戧堤高程138.54 m，頂寬10.00 m，采用編織袋土和塊石進行填筑，邊坡1∶1.5，塊石護坡厚0.50 m。圍堰基礎及137.45 m 高程以下部分堰體防滲采用混凝土高噴灌漿防滲墻，137.45 m高程以上部分堰體防滲采用復合土工膜（200 g/m2/0.3 mm/200 g/m2），土工膜頂高程為139.25 m，復合土工膜與混凝土高噴灌漿防滲墻采用混凝土帽連接。高噴灌漿墻底高程為122.50 m。

二期導流下游橫向圍堰及縱向圍堰設計擋水位138.03 m，堰頂高程139.45 m，堰頂長1 523.61 m。圍堰堰型基本與上游圍堰相同，其截流戧堤頂高程為136.93 m，二期下游橫向圍堰及縱向圍堰堰體和基礎防滲采用垂直鋪塑防滲方案。

3.4 截流設計與實施

一期、二期截流設計時段分別為2007，2009 年的10 月中旬，截流設計標準均采用10 月中旬10 年重現期洪水，設計流量為644 m3/s。一期、二期截流方式分別采用單戧堤和雙戧堤立堵截流方式，均為左、右岸兩側同時進占，堰體隨后跟進。一期龍口位于左側河道深槽內，二期龍口位置在天然河道中心主河槽內，龍口寬度均為50.00 m。一期截流平拋護底材料采用土工布袋土，每袋重150 kg；二期龍口截流前需進行平拋護底，合龍順序先上游、后下游。經計算，一期上游截流戧堤設計高程為136.75 m，下游戧堤設計高程為135.63 m；二期戧堤高程為138.54 m；一期、二期戧堤頂寬均為10.00 m，兩側邊坡1∶1.5。

在戧堤預進占過程中，戧堤間水流流態較平穩，平拋護底較穩定。上游預進占戧堤在由100.00 m 向75.00 m 進占時，改為組合砂袋。由龍口寬75.00 m 繼續進占時，改用0.30～0.50 m 的塊石進占上游戧堤的挑角，其余用組合砂袋，塊石和組合砂袋的比例約為1∶3。

龍口段（從龍口寬50.00 m 至合龍）進占方式采用上、下游戧堤雙向進占，下游戧堤跟進，并保持相對上游戧堤龍口寬10.00 m。當上游截流龍口進占至龍口寬20.00 m 時，下游戧堤可不再跟進，即上游戧堤由龍口寬20.00 m 至合龍，下游戧堤保持龍口30.00 m 寬度不變。

上游龍口在寬50.00～30.00 m 時，采用0.30～0.50 m 的塊石和150 kg×3 的組合砂袋進占，從龍口寬30.00 m 時開始，戧堤進占用料全部用塊石才能完成。其中，在龍口寬20.00 m 至合龍段，用0.50～1.00 m 和0.30～0.50 m 的塊石進占。龍口進占從寬50.00 m 至合龍，塊石用量總計3 455 m3，150 kg×3的組合砂袋用量總計1 024 m3。下游龍口戧堤在60.00～30.00 m 跟進時拋投料用150 kg×3的組合砂袋完成。上游平拋護底的塊石（0.50～1.00 m）用料量為1 050 m3，組合砂袋用量為1 050 m3。

4 結語

哈達山水利樞紐施工導截流設計采用高噴灌漿結合土工膜防滲墻方案、編織袋砂墊層、土工格柵防護、大土工布袋土護底等方案的成功實踐，不僅縮短了工期，還節省了投資，為盡早下閘蓄水，保證電站提前發電提供了保障。

工程利用二期上游圍堰擋水提前發電，上下游圍堰采用不同的標準，既提前發揮發電效益，又節省了工程投資，還經受住了2010 年松花江大洪水的考驗（壩址通過洪峰流量5 500 m3/s）。