劉亞平

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

胡家莊水庫(kù)工程施工導(dǎo)流方案設(shè)計(jì)

劉亞平

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

胡家莊水庫(kù)為中部引黃工程保德縣的調(diào)蓄水庫(kù)，具有調(diào)節(jié)工業(yè)供水量、防洪灌溉等效益。本文就導(dǎo)流方案中導(dǎo)流方式的比選、導(dǎo)流圍堰設(shè)計(jì)、大壩臨時(shí)渡汛斷面確定等方面進(jìn)行了論述，確定了采用全斷面圍堰枯水期導(dǎo)流方案為施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)方案。

施工導(dǎo)流；圍堰；臨時(shí)渡汛；胡家莊水庫(kù)

1 工程概況

保德縣胡家莊水庫(kù)位于朱家川河的一級(jí)支流泥彩河的支溝馮子溝內(nèi)，樞紐工程由大壩、左岸放空洞、供水管道和上壩道路4部分組成，為中部引黃工程調(diào)蓄水庫(kù)。大壩為碾壓均質(zhì)土壩，壩頂高程1 124.82 m，壩長(zhǎng)308.0 m，壩頂寬度8.0 m，最大壩高56.82 m，壩底最大寬度270.0 m。

水庫(kù)總庫(kù)容545.0萬(wàn)m3，屬?。ㄒ唬┬退畮?kù)，工程等別為Ⅳ等，樞紐建筑物中大壩、放空洞、供水管為4級(jí)建筑物，臨時(shí)建筑物為5級(jí)。水庫(kù)工程任務(wù)是調(diào)節(jié)引黃水，向保德縣橋頭鎮(zhèn)工業(yè)園區(qū)、堯圪臺(tái)鄉(xiāng)工業(yè)園區(qū)和楊家灣鎮(zhèn)工業(yè)園區(qū)供水，工業(yè)總引水量為2 703.1萬(wàn)m3。

主要工程量，土方開(kāi)挖445.44萬(wàn)m3，土方洞挖0.52萬(wàn)m3，土方回填125.22萬(wàn)m3，干砌石護(hù)坡2.29萬(wàn)m3，堆石棱體4.28萬(wàn)m3，砂礫石墊層、粗砂反濾、碎石反濾及墊層9.20萬(wàn)m3，漿砌石1 041 m3，混凝土4 258 m3，鋼筋制安205 t，素土擠密樁7.34萬(wàn)m3。

施工條件和特點(diǎn)：壩址對(duì)外交通較方便，施工供水，供電條件較好；壩址區(qū)筑壩材料儲(chǔ)量較豐富；氣候較寒冷，不利于全年施工。樞紐工程布置集中，施工易于統(tǒng)一管理和協(xié)調(diào)，施工時(shí)需要合理安排進(jìn)度，避免各工程項(xiàng)目之間的干擾。

2 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)施

根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 303-2004）的規(guī)定，胡家莊水庫(kù)導(dǎo)流建筑物級(jí)別為Ⅴ級(jí)，導(dǎo)流建筑設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為5～10年洪水重現(xiàn)期，考慮到失事后后果不嚴(yán)重，故取下限值，按洪水重現(xiàn)期5年標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。施工時(shí)當(dāng)壩體筑高到超過(guò)圍堰堰頂高程時(shí)，其臨時(shí)渡汛洪水標(biāo)準(zhǔn)，在導(dǎo)流泄水建筑物沒(méi)有封堵的情況下，采用20年洪水重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)。

水庫(kù)左岸布置放空洞。放空洞由引洞段、進(jìn)水塔段、放水洞段、出口消能段組成。引洞為有壓洞，斷面為圓形，直徑2.0 m，進(jìn)口底高程1 085.0 m；放水洞進(jìn)口設(shè)工作閘門、事故檢修閘門各一扇及配套的啟閉設(shè)備，出口采用底流消能。

供水管道結(jié)合放空洞及進(jìn)水塔進(jìn)行布置，由壓力鋼管段和出口控制閥井組成。鋼管進(jìn)口布置在進(jìn)水塔塔內(nèi)，利用進(jìn)水塔檢修閘門進(jìn)行鋼管段及出口閥井的檢修維護(hù)，鋼管穿過(guò)進(jìn)水塔塔壁后水平向下游側(cè)至塔身外邊緣，后豎直向下至放水洞底板下側(cè)，沿放空洞底板下埋設(shè)，全長(zhǎng)190.0 m，管道直徑1.2 m，設(shè)計(jì)供水流量1.38 m3/s。

上壩公路布置于大壩右岸之間相對(duì)平緩的位置，上壩道路最大縱坡為20%，路面為瀝青混凝土路面，凈寬8.0 m，長(zhǎng)約250 m。

3 導(dǎo)流方式

壩址處河谷底寬50～80 m，大壩為均質(zhì)土壩，具有全斷面導(dǎo)流及分期導(dǎo)流的條件。從圍堰工程量、臨時(shí)工程投資及大壩施工難易程度等方面，對(duì)全斷面圍堰全年導(dǎo)流，全斷面圍堰枯水期導(dǎo)流和分期圍堰法3種導(dǎo)流方式進(jìn)行比選。

全斷面全年圍堰法。上、下游圍堰采用全年土圍堰擋水，放空洞泄流。大壩上游為兩條支溝匯入，圍堰需在兩支溝上修筑，右岸支溝沒(méi)有泄水通道，需要將右岸支溝內(nèi)洪水引入左岸支溝內(nèi)。當(dāng)洪水標(biāo)準(zhǔn)采用5年洪水重現(xiàn)期時(shí)，經(jīng)計(jì)算右岸支溝需要埋設(shè)DN2000管道引流洪水，根據(jù)地形情況，右岸支溝圍堰高7.7m，左岸支溝圍堰高4.6 m。此方案優(yōu)點(diǎn)是壩體施工不受汛期影響，壩體土方填筑施工強(qiáng)度均衡；缺點(diǎn)是施工導(dǎo)流工程量較大，造價(jià)高，圍堰施工工期較長(zhǎng)。

分期圍堰法。主河床位于壩址中部，修建左岸壩段時(shí)在右岸河床需挖引渠，壩址處河床較窄，分期后需建縱向圍堰及Ⅱ期圍堰，圍堰工程量大，工作面窄，施工強(qiáng)度低，施工時(shí)存在一二期壩體結(jié)合處理，施工較復(fù)雜。

全斷面枯水期圍堰法?？菟谟缮?、下游圍堰擋水，放空洞泄洪；汛期利用填筑到攔洪高程的壩體擋水，放空洞泄洪。此方案優(yōu)點(diǎn)是圍堰低，當(dāng)洪水標(biāo)準(zhǔn)采用5年非汛期洪水重現(xiàn)期時(shí)，右岸支溝埋設(shè)DN 800的管道，右岸支溝圍堰高6.5 m，左岸支溝圍堰高1.3 m，左岸圍堰可以利用壩腳附近的淤地壩。導(dǎo)流工程量較小，造價(jià)相對(duì)較低，壩體填筑整體性好；根據(jù)調(diào)洪計(jì)算結(jié)果，攔洪壩高較低，汛前壩體填筑強(qiáng)度不大，完全可以達(dá)到。

通過(guò)以上比較可看出，全斷面圍堰枯水期導(dǎo)流方案枯水期利用已建成的供水放空洞泄洪，上游圍堰高度較低，汛期壩體臨時(shí)斷面攔洪渡汛，這樣既保證大壩填筑全年施工，同時(shí)圍堰工程量小，投資最省。故推薦全斷面圍堰枯水期導(dǎo)流方案。

4 導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)

4.1 圍堰斷面設(shè)計(jì)

圍堰為土質(zhì)圍堰，根據(jù)《山西省暴雨洪水實(shí)用手冊(cè)》計(jì)算，非汛期洪峰流量為左右岸支溝匯合流量，為0.77 m3/s，相應(yīng)洪水位1 087.8 m。根據(jù)地形情況和《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL303-2004）的規(guī)定，堰頂安全超高0.5 m，右側(cè)支溝上游堰頂高程為1 088.3 m，圍堰高6.5 m，頂寬3.0 m，長(zhǎng)度38 m，迎水面邊坡為1∶2.0，背水面邊坡為1∶1.5，迎水面采用0.5 m厚編織袋土護(hù)坡；左側(cè)支溝利用已有淤地壩，上游迎水面采用0.5 m厚編織袋土護(hù)坡，護(hù)坡高度1.0 m。

下游圍堰依據(jù)放空洞20年一遇洪水最大泄量6.3 m3/s，根據(jù)復(fù)式斷面明渠均勻流公式計(jì)算得，下游水位為1 071.5 m，下游堰頂高程為1 072.0 m，迎水面邊坡1∶2.0，背水面邊坡1∶1.5，迎水面采用0.5 m厚編織袋土護(hù)坡，頂寬3.0 m，高1.0 m，長(zhǎng)16 m。

導(dǎo)流引水管采用DN 800混凝土管，長(zhǎng)度255 m，進(jìn)口高程1 087.0 m，出口高程1 086.5 m，坡度為0.2%。

圍堰工程量：土方開(kāi)挖2 016m3，土方填筑5 868m3，編織袋土405 m3，DN 800混凝土管255 m，圍堰拆除4 130 m3。

4.2 圍堰穩(wěn)定分析

上游圍堰為均質(zhì)土圍堰，堰前經(jīng)常性水位約在1 087.8 m，根據(jù)規(guī)范要求需進(jìn)行滲流分析和邊坡穩(wěn)定分析。滲透分析計(jì)算方法為有限元法，計(jì)算程序采用北京理正軟件開(kāi)發(fā)公司編制的《滲流計(jì)算分析軟件》，圍堰計(jì)算斷面為圍堰堰體的最大橫斷面，計(jì)算工況為圍堰上游高水位與相應(yīng)的下游最低水位，邊坡抗滑穩(wěn)定分析按瑞典圓弧法計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 上游圍堰穩(wěn)定分析成果

4.3 攔洪渡汛壩高的確定

攔洪標(biāo)準(zhǔn)為20年洪水重現(xiàn)期，經(jīng)調(diào)洪演算，放空洞泄流量為6.3 m3/s，攔洪水位為1 086.47 m，波浪爬高與超高為0.7 m，故壩體攔洪高程為1 087.17 m，壩基高程為1 068.0 m，攔洪壩高為19.17 m。

5 導(dǎo)流建筑物施工

圍堰填筑利用放空洞進(jìn)出口開(kāi)挖棄料及壩基棄料填筑。在基坑內(nèi)挖排水溝、集水井，水泵直接往圍堰外排水。

堰體填筑采用2 m3挖掘機(jī)挖裝，15 t自卸汽車運(yùn)輸，74 kW推土機(jī)平土，堰體壓實(shí)采用74 kW拖拉機(jī)碾壓，局部用蛙式打夯機(jī)補(bǔ)夯。

埋設(shè)導(dǎo)流引水管開(kāi)挖采用1 m3挖掘機(jī)開(kāi)挖，推土機(jī)推至附近用于回填?；靥畈捎猛仆翙C(jī)推運(yùn)，打夯機(jī)夯實(shí)。

圍堰堰體土方填筑每層厚度和碾壓遍數(shù)應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)確定。

TU991.34

C

1004-7042（2017）11-0044-02

劉亞平（1973-），男，2003年畢業(yè)于太原理工大學(xué)水利工程專業(yè)，工程師。

2017-09-11；

2017-10-18