哈達(dá)山水利樞紐工程施工導(dǎo)截流設(shè)計

鄭希娟，遲浩宇，其其格，朱 策

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

1 工程概況

哈達(dá)山水利樞紐位于吉林省松原市城區(qū)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(shè)任務(wù)是以吉林西部工農(nóng)業(yè)和生活供水為主，兼顧生態(tài)環(huán)境保護(hù)供水、發(fā)電等綜合利用。哈達(dá)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(dá)山水利樞紐工程由重力壩、發(fā)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(shè)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(shè)計泄洪流量10 728 m3/s。

工程于2008 年6 月10 日開工建設(shè)，2011 年12月投產(chǎn)發(fā)電。2012年4月25日，哈達(dá)山水庫正式通過渠水干渠向前郭灌區(qū)一總引干自流供水，結(jié)束了該灌區(qū)50年來提水灌溉的歷史，哈達(dá)山水利樞紐工程使吉林西部地區(qū)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(fēng)氣候區(qū)，春季干燥且多風(fēng)，夏季溫?zé)崆叶嘤?，秋季晴冷溫差較大，冬季氣候嚴(yán)寒漫長。氣溫和降水南北差異較大，年內(nèi)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(qū)為0～2 ℃，下游平原區(qū)為4～5 ℃。春季多為西南風(fēng)，冬季多為西北風(fēng)，歷年的最大風(fēng)速為29 m/s。實測最大凍土深度達(dá)2 m 以上。

根據(jù)水文資料，哈達(dá)山水庫施工分期設(shè)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(shè)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(zhì)

工程壩址區(qū)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(qū)地層多為第四系松散堆積物，下伏白堊系下統(tǒng)姚家組夾粉砂巖薄層的泥巖。主要巖性結(jié)構(gòu)由壤土、中砂、礫質(zhì)中砂等組成。

2.3 冰情

根據(jù)松花江站、扶余站實測資料統(tǒng)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(dǎo)流

3.1 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)

工程利用二期上游圍堰擋水提前發(fā)電，各導(dǎo)流建筑物的設(shè)計擋水標(biāo)準(zhǔn)：一期導(dǎo)流圍堰(土石結(jié)構(gòu))及二期導(dǎo)流下游圍堰(土石結(jié)構(gòu))設(shè)計擋水標(biāo)準(zhǔn)為大汛20年洪水重現(xiàn)期，相應(yīng)流量為4 910 m3/s；二期導(dǎo)流上游圍堰(土石結(jié)構(gòu))設(shè)計擋水標(biāo)準(zhǔn)為大汛50 年洪水重現(xiàn)期，相應(yīng)流量為6 500 m3/s。

3.2 導(dǎo)流方式

工程導(dǎo)流方式采用兩期兩段的施工導(dǎo)流方案，主要施工的程序：一期采用束窄河床進(jìn)行導(dǎo)流，在一期圍堰的圍護(hù)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(jìn)行導(dǎo)流，在二期圍堰的圍護(hù)下施工剩余的土壩段。

3.3 導(dǎo)流建筑物設(shè)計

3.3.1 一期導(dǎo)流圍堰設(shè)計

一期導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)流上游橫向圍堰設(shè)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(cè)邊坡為1∶3.0，由主體基礎(chǔ)開挖的中砂填筑。堰體迎水側(cè)護(hù)坡分兩部分組成，樁號K0+000～K0+740 m段，采用塊石護(hù)坡，下設(shè)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(hù)坡，下設(shè)無紡布反濾層。考慮到此段水流流速較大，在堰腳處設(shè)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(hù)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(jìn)行填筑，邊坡1∶1.5，塊石護(hù)坡厚0.50 m。圍堰基礎(chǔ)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(fù)合土工膜，土工膜頂高程為139.25 m，復(fù)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(shè)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(cè)及背水側(cè)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(cè)邊坡均為1∶1.5。縱向圍堰迎水側(cè)護(hù)坡均采用格柵石籠護(hù)坡，下設(shè)無紡布反濾層。格柵石籠護(hù)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?？v向圍堰堰體及防滲墻結(jié)構(gòu)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(dǎo)流圍堰設(shè)計

二期導(dǎo)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(dǎo)流上游橫向圍堰和縱向圍堰設(shè)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(cè)邊坡1∶3.0，堰體采用中砂填筑，迎水側(cè)采用塊石護(hù)坡，下設(shè)編織袋土墊層及無紡布反濾層；背水側(cè)采用無紡布（200 g/m2）護(hù)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(jìn)行填筑，邊坡1∶1.5，塊石護(hù)坡厚0.50 m。圍堰基礎(chǔ)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(fù)合土工膜（200 g/m2/0.3 mm/200 g/m2），土工膜頂高程為139.25 m，復(fù)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(dǎo)流下游橫向圍堰及縱向圍堰設(shè)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(chǔ)防滲采用垂直鋪塑防滲方案。

3.4 截流設(shè)計與實施

一期、二期截流設(shè)計時段分別為2007，2009 年的10 月中旬，截流設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)均采用10 月中旬10 年重現(xiàn)期洪水，設(shè)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(cè)同時進(jìn)占，堰體隨后跟進(jìn)。一期龍口位于左側(cè)河道深槽內(nèi)，二期龍口位置在天然河道中心主河槽內(nèi)，龍口寬度均為50.00 m。一期截流平拋護(hù)底材料采用土工布袋土，每袋重150 kg；二期龍口截流前需進(jìn)行平拋護(hù)底，合龍順序先上游、后下游。經(jīng)計算，一期上游截流戧堤設(shè)計高程為136.75 m，下游戧堤設(shè)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(cè)邊坡1∶1.5。

在戧堤預(yù)進(jìn)占過程中，戧堤間水流流態(tài)較平穩(wěn)，平拋護(hù)底較穩(wěn)定。上游預(yù)進(jìn)占戧堤在由100.00 m 向75.00 m 進(jìn)占時，改為組合砂袋。由龍口寬75.00 m 繼續(xù)進(jìn)占時，改用0.30～0.50 m 的塊石進(jìn)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(jìn)占方式采用上、下游戧堤雙向進(jìn)占，下游戧堤跟進(jìn)，并保持相對上游戧堤龍口寬10.00 m。當(dāng)上游截流龍口進(jìn)占至龍口寬20.00 m 時，下游戧堤可不再跟進(jìn)，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(jìn)占，從龍口寬30.00 m 時開始，戧堤進(jìn)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(jìn)占。龍口進(jìn)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(jìn)時拋投料用150 kg×3的組合砂袋完成。上游平拋護(hù)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(jié)語

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

工程利用二期上游圍堰擋水提前發(fā)電，上下游圍堰采用不同的標(biāo)準(zhǔn)，既提前發(fā)揮發(fā)電效益，又節(jié)省了工程投資，還經(jīng)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）。