三門峽市白虎潭水庫工程施工導(dǎo)流設(shè)計

□姚新磊（河南省水利勘測設(shè)計研究有限公司）

□付 帥（南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局）

一、工程概況

白虎潭水庫壩址位于弘農(nóng)澗河支流斷密澗河上，在靈寶市蘇村鄉(xiāng)的坂里村南，距靈寶市約15km。白虎潭水庫是一座以城市供水為主，兼顧防洪、灌溉與發(fā)電等綜合利用的?。?）型水庫，白虎潭水庫工程采用碾壓混凝土重力壩設(shè)計方案。

重力壩由擋水壩段、溢流壩段和引水壩段組成，壩頂長度180.50m，共分9個壩段，其中泄流壩段42.0m，左岸擋水壩段77.50m，右岸擋水壩段61.00m。壩頂高程726.30m，壩頂寬6.5m，大壩建基面高程650.0m，最大壩高76.3m。溢流壩段布置在河床中部5＃、6＃壩段，壩段長度均為21m，總寬42m，最大高度69.5m。溢流面堰頂高程719.50m，溢流面坡度1∶0.78，末端670.00m高程設(shè)反弧挑流鼻坎，反弧半徑15m。溢流面兩側(cè)設(shè)混凝土導(dǎo)墻，垂直壩面高度3.0m，溢流面底板采用2m厚C30W6F150混凝土，溢流面以下為三級配碾壓混凝土。

擋水壩段布置在溢流壩段兩側(cè)，分別為左岸1＃、2＃、3＃、4＃壩段和右岸7＃、8＃、9＃壩段，壩段長度分別為12.5m、19.0m、22.0m、24.0m和 20.0m、21.0m、20m。壩頂高程 726.30m，防浪墻高1.2m，上游壩坡垂直，底部自692.0m高程以下變坡，坡度1∶0.15。下游壩坡1∶0.78，壩頂設(shè)6.0m高直墻，后壩坡變坡點高程720.3m。前部壩體材料采用C15W6三級配碾壓混凝土，上游迎水面采用C20W8F150二級配碾壓混凝土。壩基底部采用C20常態(tài)混凝土。其中7＃壩段底部布置有排沙洞，進(jìn)口設(shè)豎井，內(nèi)設(shè)弧形工作閘門，液壓啟閉機(jī)控制。豎井采用C25混凝土澆筑，后部同壩體連接在一起。排沙洞設(shè)計為有壓進(jìn)口，洞身無壓形式，有壓短洞孔徑1.5m×1.625m，無壓洞身為城門洞型式，寬2.5m，總高度為3.5m。進(jìn)口閘底板高程675.0m，洞身坡降i＝0.01，出口采用挑流消能。閘門控制井頂部平壩頂為726.3m。

引水壩段位于右岸8＃壩段，壩段長度為21.0m，壩身埋設(shè)一引水鋼管，引水鋼管穿過壩體后與壩后引水建筑物相連。設(shè)計引水鋼管進(jìn)口高程為685.0m，鋼管設(shè)計內(nèi)徑D=0.8m，最大引水流量1.13m3/s。

壩體前趾設(shè)灌漿廊道，進(jìn)行基礎(chǔ)帷幕灌漿，帷幕下游設(shè)排水。大壩695.0m高程設(shè)交通廊道，內(nèi)設(shè)壩體排水孔，布置內(nèi)部觀測設(shè)施。

二、水文、氣象條件

白虎潭水庫壩址位于弘農(nóng)澗河支流斷密澗河上，壩址以上流域面積116km2，河長約28.2km，河道比降約16‰。河谷兩岸山勢陡峭，地形起伏大，海拔高程在600～1400m，河谷寬度一般為25～80m，庫區(qū)河床坡度較小。

該區(qū)屬于崤山余脈，主要為熊耳群地層組成的淺山區(qū)，地表覆蓋以土石為主，地形較破碎，庫區(qū)內(nèi)溝谷不發(fā)育。

工程區(qū)屬暖溫帶半濕潤大陸型季風(fēng)氣候區(qū)，受季風(fēng)影響，四季溫度和風(fēng)向變化顯著，冬春嚴(yán)寒少雨，夏秋酷熱潮濕。本區(qū)多年平均氣溫為13.9℃，歷年極端最高氣溫42.7℃，歷年極端最低氣溫達(dá)零下17℃。多年平均降雨量約657.2mm，最小降雨量為384 mm（1997年），最大降雨量為 997.6 mm（1964年）。本區(qū)多年平均水面蒸發(fā)量為870.1mm，全年無霜期為215d。

白虎潭水庫地處山區(qū)丘陵地區(qū)，多年平均最大風(fēng)速20m/s。正常運(yùn)用條件下，設(shè)計風(fēng)速采用多年平均最大風(fēng)速的1.5倍，取30m/s，非常運(yùn)用條件下，采用多年平均最大風(fēng)速20 m/s。

三、地形、地質(zhì)條件

壩址區(qū)屬中低山侵蝕峽谷地形，“V”字行河谷，地勢起伏，高差大，地形地貌較復(fù)雜。壩區(qū)河道較順直，河谷底寬20～40m，高程654～656m，呈北北東走向，河床比降約2/1000，谷底和兩側(cè)山頂相對高差150～200m。山體陡壁巖石裸露，斷裂發(fā)育；緩坡多為薄層坡積層覆蓋，植被發(fā)育；溝谷方向受斷層和裂隙所控制。

壩址區(qū)主要出露有中元古界熊耳群許山的組流紋班巖，上覆第四紀(jì)黃土、碎石土以及砂卵石等。

壩址區(qū)基本沒有大的斷層通過，壩址區(qū)裂隙較發(fā)育。根據(jù)鉆探、平硐及聲波探測，壩址區(qū)基巖強(qiáng)風(fēng)化厚度一般為5m左右，部分<1m。微風(fēng)化巖體巖面分布高程各處不一，微風(fēng)化巖體中常夾有囊狀強(qiáng)～弱風(fēng)化巖體。

四、施工導(dǎo)流

（一）導(dǎo)流方式及導(dǎo)流時段

東澗河為季節(jié)性河流，枯水期流量很小，洪水陡漲陡落，根據(jù)水文特性，施工導(dǎo)流時段劃分為4個時段：第一時段（第一年11月1日—第二年3月末）為枯水期施工，進(jìn)行兩岸與導(dǎo)流明渠開挖，采用5年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，設(shè)計流量為7.76m3/s，在原河床左側(cè)開挖一矩形過流溝槽，采用鋼筋混凝土蓋板封口，蓋板頂上回填開挖料，將河水通過溝槽泄之下游，河底作為出渣工作面。第二年4～9月進(jìn)行導(dǎo)流明渠混凝土澆筑，恢復(fù)原河床泄流，安全度汛。第二時段（第二年10月1日—第三年5月末）為枯水期施工，進(jìn)行基礎(chǔ)開挖和壩體澆筑，采用5年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，設(shè)計流量為28.7m3/s，在左岸布置導(dǎo)流明渠，將河水通過導(dǎo)流明渠泄之下游。大壩基坑11月份開挖完成后，基礎(chǔ)混凝土安排在12月澆筑，先澆筑1.0m混凝土底板，然后進(jìn)行壩基固結(jié)灌漿及壩體混凝土施工。第三時段（第三年4月上旬）對大壩迎水面部分導(dǎo)流明渠進(jìn)行封堵，本時段旬平均洪水流量為0.47m3/s，導(dǎo)流明渠不再泄流，壩前水位雍高至排沙洞底高程后，上游來水通過該洞泄流。第四時段（第三年6月1日—9月末）為排沙洞和壩面全部參與泄流，汛期（7—8月）壩體停止施工，壩頂用混凝土塊防護(hù)，采用5年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，設(shè)計流量為233m3/s。

（二）導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)

本工程大壩為碾壓混凝土重力壩，主要建筑物為4級建筑物，次要建筑物為5級，按照《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》（SL303-2004），導(dǎo)流建筑物為5級，其洪水標(biāo)準(zhǔn)為5年一遇。

（三）導(dǎo)流工程設(shè)計

1.導(dǎo)流溝槽設(shè)計

導(dǎo)流溝槽布置在河床左岸，設(shè)計為矩形槽，進(jìn)口底部高程655.0m，出口高程約653.0m，長約150m，縱坡約1/75，溝槽深度2m，寬度1.5m，糙率取0.025，經(jīng)計算溝槽內(nèi)流速約2.97m/s，水深約1.8m，設(shè)預(yù)制鋼筋混凝土蓋板，板厚50cm，單塊寬度50cm，長170cm。

導(dǎo)流溝槽總工程量約614m3，其中石方開挖約330m3（大壩基礎(chǔ)以外），C30混凝土蓋板約142m3，鋼筋約21.3t，混凝土蓋板拆除約142m3。

2.壩體外導(dǎo)流明渠設(shè)計

上游導(dǎo)流明渠布置在河左岸，利用河床岸坡開挖澆筑而成，進(jìn)口底部高程設(shè)為658.4m，縱坡為1/100，與壩體內(nèi)導(dǎo)流明渠連接，明渠長約40m，設(shè)計斷面為矩形，底寬2.5m，靠河一側(cè)采用C15鋼筋混凝土墻結(jié)構(gòu)，底部插入錨筋，設(shè)計墻高2.5m，墻頂設(shè)計厚度0.5m，墻內(nèi)側(cè)為垂直面，墻外側(cè)的坡面為1∶0.2，糙率取0.015，經(jīng)計算明渠內(nèi)流速約5.62m/s，水深約2.04m。下游導(dǎo)流明渠連接壩體內(nèi)導(dǎo)流明渠，利用河床岸坡開挖澆筑而成，坡降為1/100，長約40m，出口高程657.6m，結(jié)構(gòu)形式與上游明渠相同。

壩體以外段明渠總工程量約2840m3，其中石方開挖約2650m3，C15混凝土澆筑約 190m3，鋼筋約 9.5t，模板 530m2。

3.壩體內(nèi)導(dǎo)流明渠設(shè)計

壩體內(nèi)導(dǎo)流明渠非汛期泄流，汛期與壩頂聯(lián)合泄流。壩體內(nèi)導(dǎo)流明渠布置在4#擋水壩段，斷面尺寸同進(jìn)、出口段導(dǎo)流明渠，進(jìn)口底部高程658.0m，長約80m，出口高程658.0m。

壩體內(nèi)導(dǎo)流明渠C15混凝土澆筑約190m3，鋼筋約9.5t，模板530m2，混凝土拆除190m3。

為了解決進(jìn)入大壩工作面的交通問題，在合適位置設(shè)預(yù)制鋼筋混凝土臨時交通蓋板，總寬度12m，板厚50cm，單塊寬度50cm，板長3.5m。C30混凝土約23m3，鋼筋約3.45t，混凝土蓋板拆除約23m3。

4.圍堰設(shè)計

根據(jù)壩址地形條件，為了大壩能夠安全施工，到汛期圍堰既能過水又經(jīng)濟(jì)可靠的要求，對上游圍堰進(jìn)行了以下3種堰型的比較。

方案一：在壩軸線上游約30m處，修建細(xì)石混凝土漿砌石圍堰。由于明渠進(jìn)口底部高程為660.3m，渠內(nèi)設(shè)計水深約2.04m，確定圍堰擋水位為662.34m，考慮安全超高加風(fēng)浪高，圍堰設(shè)計高程為663.0m，圍堰底部高程655.0m，圍堰頂寬3.0m，圍堰高約8.0m，上游面在高程660.0m以上為垂直，660.0m以下為1∶0.2的坡，下游面在高程660m以上為垂直，660.0m以下坡度為1∶0.7，底寬7.95m，圍堰頂長約20.0m。

方案二：在壩軸線上游約40m處，修建土石圍堰。擋水位為662.34m，考慮安全超高加風(fēng)浪高，圍堰設(shè)計高程為663.5m，圍堰底部高程655.5m，圍堰頂寬5.0m，圍堰高約8.0m，上游面坡度為1∶3，下游面坡度為1∶2，底寬45.0m，圍堰頂長約20.0m。內(nèi)設(shè)粘土心墻，頂寬2m，坡度1∶1，底寬19.0m，心墻底部清基厚度0.5m，為防止?jié)B透破壞，在粘土心墻下游鋪設(shè)400g/m2土工布。

方案三：在壩軸線上游約40m處，修建土石圍堰。擋水位為662.34m，考慮安全超高加風(fēng)浪高，圍堰設(shè)計高程為663.5m，圍堰底部高程655.5m，圍堰頂寬5.0m，圍堰高約8.0m，上游面坡度為1∶3，下游面坡度為1∶2，底寬45m，圍堰頂長約20.0m。內(nèi)設(shè)兩布一膜防滲，土工膜底部清基厚度0.5m，寬度2.0m，采用C10混凝土回填，將土工膜嵌入混凝土中，在土（工膜上、下游分別填土寬度1m，預(yù)防土工膜在施工中受到損壞。

從以上3種堰型來看：方案一施工速度較慢，堰頂過水不易損壞，但投資較大；方案二施工方便，防滲效果比較可靠，當(dāng)?shù)卣惩寥狈?，堰頂過水易損壞，投資較方案一少；方案三施工不便，防滲效果沒有方案二可靠，堰頂過水易損壞，投資與方案二接近。經(jīng)綜合分析比較，選擇方案二作為上游圍堰的設(shè)計方案。

下游圍堰在開挖線以外，修建土石圍堰，圍堰設(shè)計高程為654.5m，圍堰底部高程6535m，圍堰頂寬3.0m，圍堰高約1.0m，上、下游坡度均為1∶2，圍堰底寬7.0m，圍堰頂長約10.0m。工程結(jié)束后拆除。

（四）截流

根據(jù)施工進(jìn)度安排，截流時段選在開工后第二年的10月下旬，按照《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》（SL 303-2004）規(guī)定，采用5年重現(xiàn)期10月下旬平均流量0.71m3/s，作為截流設(shè)計流量，圍堰合龍后，上游來水，通過已完建的導(dǎo)流明渠導(dǎo)向下游。

導(dǎo)流明渠截流安排在枯水期進(jìn)行，根據(jù)總進(jìn)度安排，計劃第3年的4月上旬，標(biāo)準(zhǔn)為非汛期5年一遇，旬平均流量為0.40m3/s。導(dǎo)流明渠不再泄流，壩前水位壅高至排沙洞底高程后，上游來水通過該洞泄流。

五、結(jié)語

本工程為了優(yōu)化臨時工程量，滿足施工導(dǎo)流要求，先后采用了上游導(dǎo)流矩形槽、壩體導(dǎo)流槽和壩外導(dǎo)流明渠3種導(dǎo)流設(shè)計。此導(dǎo)流設(shè)計在本工程壩體工程量大的特殊情況下，最大限度地保證了工期的順利進(jìn)行。