花甲水库工程施工导流建筑物设计

花甲水库工程施工导流建筑物设计

何

摘

要

迎奇

施工导流建筑物设计是水利工程施工组织设计的重要部分，对于中小型水利工程，施工导流建筑物设计力

求简单实用。花甲水库是贵定县城主要供水水源，工期要求紧，其挡水建筑物为混凝土面板堆石坝，河床较为狭窄，工程规模不大。根据工程布置特点，结合坝址处水文、地形地质条件，设计采用全断面围堰法隧洞导流方案，保证大坝堆石体能够全断面同时填筑上升，施工方便、经济，并且施工干扰小，在工程施工中取得了较好效果。关键词

施工导流

TV551

围堰

导流隧洞

花甲水库B

文章编号

1007-6980（2020）02-0019-02

建筑物按枯水期（10月—翌年5月）5年一遇（P=20%）洪水标准设计，Q=65.0m3/s；下游围堰堰顶高程根据度汛下泄洪水流量确定，Q=133m3/s。（2）大坝施工度汛标准

中图分类号

文献标识码

1工程概况花甲水库位于贵州省黔南州贵定县盘江镇马场河社

区新沿村马场河上，坝址以上流域面积63.6km2，水库距贵定县城约16km。总库容2635万m3，兴利库容2064万m3，工程等别为Ⅲ等，工程规模为中型，其永久性主要水工建筑物级别为3级。水库工程任务是以县城供水为主，兼有人饮及农田灌溉。大坝为混凝土面板堆石坝，最大坝高67m，坝体填筑量约57万m3。

采用20年一遇（P=5%）全年洪水，洪峰流量Q=259m3/s。

4导流建筑物工程布置导流建筑物包括导流隧洞、上游围堰和下游围堰。导流隧洞布置于左岸，由进口引渠段、闸井段、洞

身段和出口明渠段组成。进口引渠段长21.61m，底板高程993.50m；闸井段长4.0m，闸井设封堵钢闸门1扇，孔口尺寸为3.50m×4.34m，闸井底板高程取为994.00m；洞身段采用城门洞型断面，隧洞进口底板高程设计为994.00m，出口底板高程设计为990.90m，洞身段长307m，底坡设计为1%，隧洞布置有两处转弯，第1处转弯位于隧洞0+034.09—0+057.56处，转弯半径为25m，角度为54°；第2处转弯位于隧洞0+264.49—0+283.51处，转弯半径为25m，角度为44°；出口明渠段长21.24m，底坡设计为1%。

2坝址处地质条件坝址处河谷为不对称U形横向谷，左岸坡地形下陡

上缓，右岸坡地形上陡下缓，上部为陡岩，河床宽20m左右。坝区两岸基岩多裸露，仅在两岸缓坡地带、坡脚及河床一带有覆盖层分布。坝区地层为二叠系下统梁山组（P1l）、石炭系中统黄龙组（C2h）、下统摆佐组（C1b）、大塘组（C1d）及第四系（Q）。坝基岩体主要为C1d1浅灰至深灰色薄层至中厚层细粒石英砂岩，间夹薄层砂岩、页岩及炭质页岩；坝肩岩体主要由C1d1、C1d2、C1b、C2h的中厚层至厚层白云岩、灰质白云岩及石英砂岩夹页岩组量总体为AⅢ2-CⅣ类，力学指标一般。

成。坝基、坝肩岩体为中硬-硬质岩夹软质岩类，岩体质

上游围堰位于大坝河床趾板上游约40m处，该处河床基础岩石裸露，覆盖层较薄，为充分利用开挖料，节约工程投资，围堰型式考虑采用土石围堰。

下游围堰位于大坝下游坝脚处。为节约工程投资，设计考虑施工期利用C20混凝土截流墙兼作下游围堰。

3导流建筑物级别及导流标准根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》和《水

55.1

导流建筑物设计导流隧洞设计结构设计

导流隧洞进口引渠段和出口明渠段采用梯形断面，岩石

利水电工程施工组织设计规范》相关规定，结合本工程实际情况，确定相应导流建筑物为5级。大坝为混凝土面板堆石坝，工程规模不大，导流流量较小，大坝堆石体全断面同时填筑上升最为经济，施工最为简单方便，工期最短。根据施工洪水、大坝工程规模和工程实际情况，设计考虑坝体在第1个枯水期填筑至度汛高程以上，第2个枯水期时填筑完成，结合坝址地形地质条件，设计采用全断面围堰法隧洞导流方案。上、下游围堰枯水期挡水，汛期坝体临时断面拦洪度汛，隧洞全年导流。

导流建筑物洪水标准为：（1）为保证1个枯水期将大坝填筑至拦洪度汛高程，导流挡水建筑物和导流泄水

5.1.1

开挖边坡1∶0.5，表面覆盖层开挖边坡1∶1。

洞身段采用城门洞型断面，在满足导流要求的情况下，为便于机械化施工，隧洞开挖断面宽度设计为4.30m，直墙段高设计为3.70m，顶拱中心角为120°，半径为2.48m。桩号0+000.00—0+155.00洞室周边围岩主要为中厚层细粒石英砂岩夹薄层砂岩及页岩，总体属Ⅲ类围

岩，边墙和顶拱喷5cm厚的C20混凝土，底板采用0.2m厚C15混凝土找平；桩号0+155.00—0+175.00洞室周边

·20·

水利水电工程设计DWRHE·2020年第39卷第2期

围岩主要为薄层石英砂岩夹页岩、炭质页岩及薄至中厚层灰岩，总体属Ⅳ类围岩，边墙和顶拱采用0.4m厚、底板采用0.3m厚C20钢筋混凝土衬砌；桩号0+175.00—0+302.96细粒石英砂岩，局部夹薄层砂岩及页岩，总体属洞室周边围岩主要为薄至中厚层层灰岩、中厚层Ⅲ类围岩，边墙和顶拱喷5cm厚的C20混凝土，底板采用0.2

m围岩主要为中厚层细粒石英砂岩，局部夹薄层砂岩及页厚C15混凝土找平；桩号0+302.96—0+306.96洞室周边岩，总体属Ⅳ类围岩，边墙和顶拱采用0.4m厚、底板

采用0.3m厚C20钢筋混凝土衬砌。5.1.2

水力计算

导流隧洞过5年一遇（P=20%）10月—翌年5月枯期洪水时考虑为无压过流方式。隧洞底坡为陡坡，泄流能力不受洞长影响，按短洞工作状态考虑，进口水流为宽顶堰流，采用下列公式计算堰上总水头：

Q=mσsb2gH

1.5

0

式中Q——流量；

b——矩形隧洞过水断面的宽度；m——流量系数；

σs——淹没系数；

H经过0——上游总水头。

计算，导流隧洞在过导流设计流量65m3堰上总水头H/s时，

0为5.36m。导流隧洞洞身为无压流，过流能力采用明渠均匀流公式计算：

Q=AC

Ri

式中A——水流的断面面积；

R——水力半径，等于面积与湿周的比值；i——隧洞的底坡；

C——其值与隧洞的糙率n和水力半径R有

关，C=1

R1/6n

；

n——隧洞的糙率，对钢筋混凝土衬砌断面取

经计算，0.015喷混，对喷混凝土断面取凝土断面底宽为4.20.021m，。

水深为3m

时，其过流能力为69.08m3为3.5m，水深为3m时，其过流能力为/s；钢筋混凝土衬砌断面底宽74.83m3流设计流量为Q=65m3/s，而导求；并且导流洞洞内水面线以上净空面积占隧洞断面总

/s，设计隧洞断面过流能力满足要面积最小值为19.21%，满足规范关于无压隧洞的规定，故设计隧洞断面满足导流要求。5.2上游围堰设计5.2.1

堰顶高程确定

堰顶高程=上游施工洪水静水位+波浪高+安全超高（1）上游设计洪水静水位为隧洞在10月—翌年5月的20%施工洪水时库区水位，经过计算为5.36m。

（2）安全超高：根据围堰级别，土石围堰取为0.5m。（3）波浪高：对于内陆峡谷水库，当W<20m/s，D<

20000m时，波浪的波高可采用官厅水库公式计算：

gh

-1/12

W2=0.0076W(gD

)1/3

式中

高h250时，W2

h——当gD/W2=20～为累积频率5%的波

5%，m；当gD/W2=250～1000时，为累

积频率10%的波高h根据水文资料和地形条件，计算得10%，m。

h堰顶高程=994.00+5.36+0.5+0.39=1000.25（m5%）=0.39。m。土石

5.2.2

结构设计

上游围堰采用土石围堰黏土心墙防渗。计算P=20%

的10月—翌年5月枯期导流流量65m3顶高程取为1000.30m，堰顶长136m，堰顶设计宽为∕s，考虑超高后堰

3m，最大堰高7.3m，断面形式为梯形，迎水面坡度为1∶2，背水面坡度为1∶2，迎水面采用块石护坡。黏土防渗心墙上下游侧坡度为1∶0.25。5.3

下游围堰设计

下游围堰堰顶高程根据度汛最大下泄洪水流量确

定。汛期导流洞最大下泄流量为133m3位为994.10m，不考虑波浪影响，考虑0.5/s，m相安应全下游水加高，

则堰顶高程应不低于994.60m。

为满足运行期大坝坝基、坝体渗流量监测需要，本工程下游坝脚处设计有截流墙及量水堰。截流墙采用墙C20顶混宽凝0.4土浇m，筑上，墙下顶游长坡96度均m，为墙1顶∶高0.24程，为墙995.19底高m程，989.00994.60mm，墙底宽，为节约工程投资，设计考虑施工期利用截流

3m，最大墙高6.19m。墙顶高程高于墙作为下游围堰，待大坝填筑完成后再对其进行改造成量水堰。

截流墙采用C20混凝土浇筑，需在子堰围护下施工，根据施工进度计划安排，下游围堰施工时间为9月中下旬，子堰堰顶高程根据9月份5年一遇洪峰流量确定。根据水文计算成果，坝址处9月份5年一遇洪峰流量为36.70顶高程为m3/s，洪水位为993.00m，堰顶长992.80m62，偏安全考虑，设计子堰堰m，底部高程为990.50m，

最大堰高2.5m，子堰采用编织袋装黏土堆筑，迎水面坡度为1∶1，背水面坡度1∶0.5，堰顶宽0.5m。5.4

围堰基础防渗设计

由于河床浅部强风化及弱风化基岩节理裂隙发育，透水性较强，岩体透水率基本都大于20Lu，局部达50Lu置一排帷幕孔，孔距均为以上，为避免围堰发生较大的渗漏，拟沿围堰轴线布3m，钻孔平均伸入基岩5m。上游围堰设计帷幕孔47个，总进尺321m，有效进尺235m，无效进尺86m，下游围堰利用截流墙，设计帷幕孔34个，总进尺238m，有效进尺170m，无效进尺68m。6结语花甲水库大坝为混凝土面板堆石坝，导流流量不大，设计采用全断面围堰法隧洞导流，大坝堆石体全断面同时填筑上升，施工方便，干扰小。目前大坝已顺利填筑完成，即将下闸蓄水。全断面围堰法隧洞导流在花甲水库工程施工中取得了较好的效果，为其他类似水利水电工程导流设计施工提供了宝贵经验，可供借鉴。作者简介何迎奇

女

高级工程师

贵州省黔南州骨干水源工程建

设服务中心

贵州都匀

558000（收稿日期

2020-02-22）