萌山水庫溢洪閘門更換施工圍堰方案設(shè)計(jì)

張國健，李文訓(xùn)

(淄博市萌山水庫管理處,山東 淄博 255318)

萌山水庫是一座以防洪和工農(nóng)業(yè)供水為主的全國防洪重點(diǎn)中型水庫，總庫容9025萬m3，興利庫容4755萬m3，控制流域面積288km2。工程等別為Ⅲ等，主要建筑物為3級，次要建筑物為4級。設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為2000年一遇。

水庫樞紐工程由大壩、溢洪道和輸水洞三部分組成，其中溢洪道位于大壩左端，為開敞式無底坎寬頂堰，設(shè)溢洪閘6孔，每孔凈寬6m，閘底板高程78.3m，采用直升式平板鋼閘門（寬×高：6.0m×4.5m），啟閉機(jī)為2×125kN，雙吊點(diǎn)卷揚(yáng)式啟閉機(jī)。近幾年，由于萌山水庫一直處于高水位運(yùn)行狀態(tài)，且溢洪道設(shè)計(jì)中未設(shè)檢修閘門，這成為該水庫除險(xiǎn)加固工程的遺留工程，要盡快完成此項(xiàng)工程，必須在溢洪道閘門上游建設(shè)圍堰工程，以此來完成萌山水庫除險(xiǎn)加固溢洪閘門的更換。

1 圍堰型式選擇及結(jié)構(gòu)計(jì)算

1.1 圍堰導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù) 《水利水電施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL3003-2004）規(guī)定，導(dǎo)流建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)為5級建筑物，相應(yīng)導(dǎo)流建筑物擋水標(biāo)準(zhǔn)為5年～10年重現(xiàn)期洪水。

1.2 施工期洪水計(jì)算

1.2.1 施工期設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)

考慮保護(hù)對象、失事后果、使用期限、臨時(shí)工程規(guī)模及對下游區(qū)域的洪水影響，本次設(shè)計(jì)導(dǎo)流建筑物擋水標(biāo)準(zhǔn)采用上限值10年重現(xiàn)期洪水，即確定圍堰設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇。

按施工計(jì)劃要求，施工期10-11月，按入庫洪水分別大于 10m3/s、20m3/s、30m3/s三種方案，利用輸水洞控制10m3/s放水，并以正常蓄水位高程82.30m作為起調(diào)水位。

1.2.2 施工期設(shè)計(jì)暴雨

萌山水庫地處山丘區(qū)，地形坡度大，源短流急，洪水過程陡漲陡落，次洪過程持續(xù)時(shí)間較短，一般在24h左右，因此設(shè)計(jì)雨期取24h。

由于磁村、黃家峪等雨量站均為汛期站，缺乏枯季雨量觀測資料，因此選取萌山水庫站、王村站作為施工期設(shè)計(jì)暴雨基本站。資料系列取1961-2006年，在實(shí)測資料中統(tǒng)計(jì)出歷年10-11月最大24h平均雨量系列數(shù)據(jù)。通過頻率計(jì)算，采用皮爾遜Ⅲ型曲線，取Cs＝3.5Cv,經(jīng)適線求得萌山水庫站設(shè)計(jì)暴雨量成果，頻率10%，設(shè)計(jì)面雨量為45.8mm。

1.2.3 設(shè)計(jì)洪水推求

1）設(shè)計(jì)凈雨計(jì)算。萌山水庫站無實(shí)測流量資料，故本次采用《山東省水文圖集》降雨徑流關(guān)系，萌山水庫流域?qū)偬┮噬奖眳^(qū)張店以西，山丘區(qū)應(yīng)用圖集8號(hào)線，平壓區(qū)采用14號(hào)線推求設(shè)計(jì)凈雨量。設(shè)計(jì)雨型采用1982年《山東省大中型水庫防洪安全復(fù)核洪水計(jì)算辦法》中的雨型，在雨峰左右時(shí)段為1h。

2）設(shè)計(jì)洪水推求。根據(jù)萌山水庫流域洪水資料情況，采用綜合瞬時(shí)單位線法推求設(shè)計(jì)洪水過程。依據(jù)《山東省水文圖集》和《山東省大中型水庫防洪安全復(fù)核洪水計(jì)算辦法》中提供的山丘區(qū)瞬時(shí)單位線參數(shù)綜合公式，以及設(shè)計(jì)頻率逐日凈雨，計(jì)算參數(shù)值，求得瞬時(shí)單位線并轉(zhuǎn)化為時(shí)段為1h的時(shí)段單位線，然后進(jìn)行匯流計(jì)算，得到設(shè)計(jì)頻率10%的設(shè)計(jì)洪水過程，其洪峰流量為147.9m3/s。

1.2.4 施工期設(shè)計(jì)洪水位計(jì)算

利用輸水洞控制10m3/s放水，并以82.30m為起調(diào)水位。萌山水庫水位庫容、泄量關(guān)系采用《山東省淄博市萌山水庫擴(kuò)大初步設(shè)計(jì)》中成果。經(jīng)洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，10年一遇施工圍堰設(shè)計(jì)洪水位為82.89m。

1.3 圍堰設(shè)計(jì)

1.3.1 土石圍堰設(shè)計(jì)原則及標(biāo)準(zhǔn)

1）圍堰型式選擇原則。圍堰選型須遵循以下原則：安全可靠、能滿足穩(wěn)定、抗?jié)B及抗沖要求；結(jié)構(gòu)要求簡單，施工方便，宜于拆除并能充分利用當(dāng)?shù)夭牧希呋子谔幚?，堰體便于與岸坡或已有建筑物連接，同時(shí)必須能保證閘門的順利更換且滿足工期要求。

根據(jù)上述原則及實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)對以下兩種圍堰型式作了分析：

（1）鋼板圍堰。考慮到施工期間能夠方便調(diào)洪泄洪，擬采用鋼板圍堰在單孔溢洪閘上游進(jìn)水口進(jìn)行封堵施工，但經(jīng)仔細(xì)分析鋼板圍堰存在幾方面的問題：一是運(yùn)輸與拼裝，由于機(jī)架橋、交通橋空間高度小，鋼板圍堰配件不能直接在交通橋及閘后溢洪道內(nèi)吊裝，需具有起重設(shè)備的施工平臺(tái)或大型船只進(jìn)行安裝；二是支撐與封堵滲漏，鋼板圍堰的支撐需靠溢洪閘墩作為撐點(diǎn)，勢必對溢洪閘墩的美觀和耐久性造成影響。溢洪閘前鋪蓋為漿砌石，地質(zhì)為巖石，鋼板圍堰不能依靠地質(zhì)條件防滲，鋼板圍堰與基礎(chǔ)結(jié)合處的防滲難度大；三是鋼板圍堰在單孔溢洪閘上游進(jìn)水口進(jìn)行封堵施工，閘門的吊裝必須在下游施工，但是機(jī)架橋與交通橋之間、交通橋與閘底板之間高度小(高差分別為3.4m、9.6m)，25t汽車起重機(jī)的基本臂長為10.6m，閘門不能直接在交通橋上及閘后溢洪道內(nèi)吊裝。

（2）土石圍堰。圍堰結(jié)構(gòu)簡單，能夠充分利用當(dāng)?shù)夭牧?，圍堰圍成的工作面寬闊?5t汽車起重機(jī)作業(yè)安全方便，閘門可直接吊至要求位置。

經(jīng)分析比較，本工程擬采用防滲堆土石圍堰作臨時(shí)擋水建筑物。

2）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。萌山水庫為中型水庫，其溢洪道為3級建筑物，根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252－2000）的規(guī)定，該施工圍堰洪水標(biāo)準(zhǔn)定為10年一遇。根據(jù) 《水利水電施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL3003-2004）確定本工程土石圍堰級別為5級。

1.3.2 土石圍堰平面布置

溢洪道土石圍堰的布置應(yīng)有利于閘門拆卸、運(yùn)輸、吊裝，根據(jù)實(shí)際地形，擬將土石圍堰的軸線放在溢洪道閘門軸線上游60m處位置，采用“一”字型布置，梯形斷面圍堰，圍堰長88m，圍堰左右端頭分別與溢洪道左右岸岸坡巖體相接。

1.3.3 圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1）土石圍堰斷面設(shè)計(jì)。根據(jù)有關(guān)規(guī)范，通過計(jì)算得：堰頂高程為83.96m，溢洪道引水渠底高程為78.3m，圍堰設(shè)于引水渠進(jìn)口處，呈直線布置，長88m，堰高5.96m。

堰頂寬度：依據(jù)相關(guān)規(guī)范，并考慮工程施工實(shí)際需要，堰頂寬度取5m，面層填鋪30cm碎石土壓平。

邊坡確定：圍堰堰體為土石堰，堰基防滲采用壘疊粘土土工膜袋心墻，邊進(jìn)占邊填筑的方式，心墻高1m。圍堰迎水坡坡比1∶2.5，采用兩布一膜復(fù)合土工膜防滲，復(fù)合土工膜自堰腳向上游延伸5～10m，并用編織袋裝石渣壓牢，圍堰合攏后在上游鋪設(shè)編織袋裝石渣護(hù)坡；背水坡1∶2，0.5m厚土工袋護(hù)坡腳。在下游坡腳設(shè)截流槽，截流集水抽排。

2）圍堰穩(wěn)定計(jì)算。依據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL303-2004）的規(guī)定，圍堰穩(wěn)定分析計(jì)算荷載只考慮正常情況，5級土石圍堰邊坡穩(wěn)定最小安全系數(shù)取1.05。

通過計(jì)算得上游坡滑弧半徑為92m，最小安全系數(shù)為K=1.26，下游坡滑弧半徑116m，最小安全系數(shù)K=1.15，滿足規(guī)范要求。

3）土石圍堰填筑材料選擇。圍堰填筑料取自萌山水庫大壩右岸山體風(fēng)化料，距圍堰距離約900m，擬采用1.0m3反鏟挖掘機(jī)配8.0t自卸車運(yùn)輸。圍堰自溢洪道右岸至左岸填筑，采用水中倒碴方式施工。圍堰防滲土料從水庫大壩壩后粘土料場取用。

2 圍堰施工組織設(shè)計(jì)

2.1 主要施工方法確定

按照確定的圍堰位置，用挖掘機(jī)將溢洪道右岸邊坡按1∶0.5～1∶1削出坡度，堰基防滲采用壘疊粘土土工膜袋心墻，邊進(jìn)占邊填筑的方式，心墻高1m，自溢洪道右岸端向左岸端沿圍堰軸線用加長臂挖掘機(jī)向水中投放、堆碼粘土土工袋，土袋高程達(dá)到79.0m后，然后向水中傾倒土石料，達(dá)到設(shè)計(jì)高程后向左岸繼續(xù)進(jìn)占。

2.2 施工要求

圍堰堆土石體水中部分采用風(fēng)化土石料。圍堰填筑共需土石料9997.51m3，土工袋、編織袋風(fēng)化料砌體 1800m3，土工膜 2100m2。

圍堰施工自溢洪道右岸端開始填筑，水下部分采用水中倒碴方式施工，水上部分土石料鋪填后采用74kW推土機(jī)推平，以確保鋪料層厚度均勻。填筑土石料高出水面0.5～1.0m后采用不小于10t的振動(dòng)碾碾壓，施工時(shí)應(yīng)平行于圍堰軸線方向進(jìn)行，相鄰兩段交接帶碾跡彼此搭接，垂直碾壓方向搭接帶寬度不小于0.3～0.5m，順碾壓方向搭接帶寬度不小于1～1.5m。

圍堰采用土工膜防滲，規(guī)格為兩布一膜，圍堰填筑上游坡達(dá)到1∶2～1∶2.5時(shí)鋪設(shè)土工膜，土工膜向上游延伸至設(shè)計(jì)堰腳外5m，兩端與溢洪道岸坡連接處亦延伸至設(shè)計(jì)堰腳位置，土工膜上覆土工袋裝石渣壓牢，采用船舶、挖掘機(jī)將土工袋拋至預(yù)定位置。

2.3 施工排水

圍堰填筑后，應(yīng)盡快開啟閘門排除堰內(nèi)積水?；觾?nèi)積水排干后，即可進(jìn)行經(jīng)常性排水。經(jīng)常性排水主要為圍堰滲水，采用明排方案，在圍堰下游壩腳外開挖排水溝，排水溝內(nèi)設(shè)集水井，用電動(dòng)潛水泵將集水井內(nèi)水排至水庫內(nèi)。施工降排水包括：基坑的積水排除、基坑滲水和基坑四周降雨匯入的積水，各施工場地的降雨排除，基槽開挖降低地下水等。

2.4 圍堰維護(hù)及遇汛搶險(xiǎn)措施

圍堰在日常運(yùn)行中，應(yīng)安排專人進(jìn)行日常維護(hù)，保證圍堰的安全運(yùn)行。為確保在汛期提前或突遇大雨的情況下圍堰的安全，應(yīng)制定相應(yīng)的措施。一是設(shè)立觀測點(diǎn)，觀測上游圍堰的相對位移和沉降。及時(shí)收集當(dāng)?shù)貧庀?、水文資料，定期觀測圍堰外的水位變化和圍堰的位移、沉降，做好記錄，制成圖標(biāo)，分析其變化規(guī)律。二是建立防汛組織。成立以項(xiàng)目負(fù)責(zé)人為組長，其他各部門、作業(yè)隊(duì)負(fù)責(zé)人參加的應(yīng)急防汛領(lǐng)導(dǎo)小組，進(jìn)行統(tǒng)一指揮，統(tǒng)一調(diào)度。三是備足防汛物資。四是做好防汛搶險(xiǎn)工作。施工期內(nèi)若遇不可預(yù)測的自然災(zāi)害或發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，在做好安全防護(hù)的同時(shí)，積極主動(dòng)做好搶險(xiǎn)和泄洪導(dǎo)流工作。

2.5 圍堰拆除

圍堰拆除應(yīng)從溢洪道左岸端向右岸拆除，圍堰拆除時(shí)，先關(guān)閉新閘門，用水泵向圍堰內(nèi)注水至與圍堰外水位相同的凈水平衡狀態(tài)，用挖掘機(jī)拆除，從左岸向右岸裝載自卸汽車運(yùn)輸，棄土運(yùn)至圍堰填筑取土區(qū)。

3 結(jié)語

萌山水庫溢洪道閘門更換施工圍堰工程已按建設(shè)要求完成了工程任務(wù)，通過實(shí)踐驗(yàn)證效果來看，本圍堰設(shè)計(jì)方案簡單可行，施工方便，施工期短，投資較少。圍堰在運(yùn)行過程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、截滲效果好、抗風(fēng)浪性強(qiáng)、安全可靠。