青墩水庫除險加固工程施工導(dǎo)流設(shè)計

蘇 剛，龔 晶，黃 鋼

（山東省水利勘測設(shè)計院，山東 濟南250014）

青墩水庫位于諸城市皇華鎮(zhèn)青墩村南，是一座集防洪、灌溉、城鎮(zhèn)供水、發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合利用于一體的中型水庫。總庫容4389萬m3，調(diào)洪庫容2331萬m3，興利庫容1899萬m3，死庫容159萬m3。水庫樞紐工程由主壩、副壩、溢洪道、東西放水洞、電站及其它附屬建筑物組成。

青墩水庫除險加固工程主要內(nèi)容包括：主壩上游砂殼翻壓、拋石壓重、拆除改建干砌塊石護坡，主壩心墻段塑性混凝土防滲墻，主壩壩頂防浪墻、壩頂防汛道路拆除改建，主壩下游壩坡修整、重建草皮護坡、拆除改建壩坡排水系統(tǒng)及壩腳貼坡排水體；新建副壩下游貼坡排水體；主壩東放水洞處壩軸線向庫內(nèi)調(diào)整，同時拆除重建東放水洞豎井、洞身及上下游連接段；溢洪閘閘墩加高至95.50m，相應(yīng)拆除改建墩頂以上排架、機架橋及啟閉機房。

1 施工導(dǎo)流

施工期受庫水影響的工程主要為上游砂殼翻壓、主壩干砌石護坡、東放水洞拆除重建及東放水洞處壩軸線內(nèi)移等工程。上游砂殼翻壓底高程為84.20m，上游護坡底高程為85.50m，東放水洞進口底高程83.12m，西放水洞進口底高程85.0m，溢洪閘進口底高程87.2m。其中溢洪閘主要為閘墩加高工程，不需采取導(dǎo)流措施，其他工程均需采取導(dǎo)流措施后干地施工。

1.1 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)確定

根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2017），青墩水庫除險加固工程規(guī)模為中型，工程等別為Ⅲ等，主要建筑物主副壩、溢洪道、放水洞級別為3級，次要建筑物為4級。

施工導(dǎo)流建筑物屬臨時建筑物，根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》（SL303-2017），按所保護的對象、失事后果、導(dǎo)流建筑物使用年限和規(guī)模等因素，確定導(dǎo)流建筑物級別為5級，導(dǎo)流建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)為5～10年。鑒于本工程實測水文資料系列較長（1963—2013年），施工圍堰采用當(dāng)?shù)赝潦瘒撸Y(jié)構(gòu)型式簡單，確定導(dǎo)流建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)為5年一遇。

1.2 導(dǎo)流方式

根據(jù)主體工程布置情況和主要工程建設(shè)任務(wù)，施工導(dǎo)流工程擬在一個非汛期內(nèi)分兩期完成：一期導(dǎo)流利用東放水洞泄流，施工主壩上游拋石壓重、上游砂殼翻壓、砌筑大壩部分護坡工程和溢洪閘工程；二期導(dǎo)流利用西放水洞泄流，施工大壩剩余護坡工程、拆除重建東放水洞及東放水洞處壩軸線內(nèi)移等工程。

1.3 導(dǎo)流時段

根據(jù)水文氣象資料，流域內(nèi)降水主要集中在汛期6～9月，其中7～8月降水量尤為集中。為確保工程安全度汛，減少導(dǎo)流工程費用，施工期安排于非汛期的10月至次年5月。

水庫施工前首先利用東放水洞將庫水位降至83.12m。一期工程施工時段為10月至次年1月，利用東放水洞導(dǎo)流，起調(diào)水位為83.12m；二期工程施工時段為次年2月至5月，利用西放水洞導(dǎo)流，由于一期工程施工期間東放水洞一直處于敞泄?fàn)顟B(tài)，二期工程施工前庫水位仍為83.12m，二期工程施工前在東放水洞前填筑圍堰，施工期間水庫即可蓄水，直到庫水位超過西放水洞底高程85.0m后才開始泄流。

2 施工期洪水分析計算

青墩水庫建庫后無水庫水文觀測資料，采用附近桃園雨量1963—2013年的實測雨量資料進行施工期洪水計算。

1）設(shè)計雨量計算。設(shè)計點雨量的頻率分析計算以矩法初估統(tǒng)計參數(shù)均值、變差系數(shù)Cv，取偏態(tài)系數(shù)Cs=3.5Cv，采用P-Ⅲ型曲線適線，以理論頻率曲線與經(jīng)驗點據(jù)擬合較好為原則，確定統(tǒng)計參數(shù)計算成果。青墩水庫不同施工期最大日降雨量頻率曲線分別見圖1、2。不同施工期5年一遇最大日降雨量乘1.1系數(shù)轉(zhuǎn)換為最大24h降雨量，經(jīng)點面折減換算后，求得最大24h設(shè)計面雨量，不同施工期最大24h面雨量成果見表1。

圖1 桃園站非汛期（10～1月）最大日點雨量頻率曲線圖

表1 青墩水庫不同施工期最大24小時設(shè)計雨量成果表

2）施工期洪水計算。凈雨計算采用降雨徑流相關(guān)圖法，根據(jù)流域所在區(qū)域采用P+Pa～R降雨徑流關(guān)系6號線查算，前期影響雨量Pa取25mm，設(shè)計雨型采用泰沂山南北區(qū)1h雨型，匯流計算扣除上游水庫流域面積。采用山東省綜合瞬時單位線法推算青墩水庫施工期設(shè)計洪水，經(jīng)計算，10月～次年1月、2～5月5年一遇施工期洪水洪峰流量分別為25.0m3/s、34.5m3/s。

經(jīng)分析計算，各施工期最高洪水位如下：

圖2 桃園站非汛期（2～5月）最大日點雨量頻率曲線圖

1）一期工程。10月～次年1月，利用東放水洞泄流，以現(xiàn)狀東放水洞閘底高程83.12m作為起調(diào)水位，5年一遇最高洪水位為84.13m。

2）二期工程。當(dāng)年2～5月，利用西放水洞泄流，以83.12m作為起調(diào)水位，5年一遇最高洪水位為84.55m，未達到西放水洞底高程85.0m，因此，二期施工期洪水可以全部蓄在庫內(nèi)不下泄。

3 導(dǎo)流設(shè)計

1）一期導(dǎo)流建筑物。一期導(dǎo)流利用東放水洞泄流，施工上游拋石壓重、上游砂殼翻壓、砌筑大壩部分護坡工程和溢洪閘工程。由于5年一遇水位為84.13m，拋石壓重不受水位影響，上游砂殼翻壓底高程為84.20m，上游護坡底高程為85.50m，溢洪閘底高程為87.2m，均高于84.13m，因此，以上工程施工均不會受到洪水影響，但上游砂殼翻壓底高程距洪水位較近，因此，應(yīng)趁庫水位在低位時，將底部砂殼搶筑至較高的高程，以避免受到施工期洪水的影響。

2）二期導(dǎo)流建筑物。二期導(dǎo)流利用西放水洞泄流，施工大壩剩余護坡工程、拆除重建東放水洞及東放水洞處壩軸線內(nèi)移等工程。

二期導(dǎo)流時段內(nèi)5年一遇庫水位為84.55m，不影響大壩剩余護坡施工，但對東放水洞施工有影響，需在東放水洞進口處填筑圍堰擋水，圍堰頂高程按下式確定：

H＝h+hω+δ （1）

式中：H為圍堰堰頂高程，m；h為圍堰堰前水位，m；hω為波浪爬高，m，為0.6m。δ為圍堰的安全超高，根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》（SL303-2017）規(guī)定，圍堰超高為0.5m。

按上式計算，東放水洞施工圍堰頂高程為85.65m。圍堰堰底高程82.91～83.36m，圍堰最大堰高為2.74m。圍堰設(shè)在東放水洞進口前60m處，圍堰水上邊坡1∶2.5，水下為自然坡1∶4，考慮與施工機械交通要求，圍堰頂寬為5m。為防止波浪沖刷，迎水坡采用編織袋裝土護坡，下鋪復(fù)合土工膜防滲，復(fù)合土工膜自堰腳向外延伸3m，以增強防滲效果。

4 結(jié)語

青墩水庫除險加固工程分期導(dǎo)流方案，不但保證了大壩及建筑物工程施工均能在干地條件下進行，還加快了施工進度、節(jié)省了導(dǎo)流工程投資，同時水庫在次年1月底、工程結(jié)束前即可提前蓄水，減少了水庫的放水損失，兼顧了城鎮(zhèn)供水要求，從而使本工程施工達到了經(jīng)濟、合理和安全的目標(biāo)。