小型水庫施工組織設(shè)計方案初步探討

1、小型水庫施工組織設(shè)計初步探討【摘要】本文在總結(jié)小型水庫的施工組織設(shè)計的基礎(chǔ)上，提出了采用抽排的方式進(jìn)行山區(qū)小型水庫的施工導(dǎo)流，并通過工程實例分析知， 采用抽排的方式可以節(jié)約大量的資金，為小型水庫的除險加固設(shè)計提供切實可行的施工方案?！娟P(guān)鍵詞】小型水庫施工導(dǎo)流設(shè)計抽排圍堰1 引言小型水庫問題多，資金少，在資金有限的情況下，盡可能的完成病險水庫的除險加固設(shè)計， 給設(shè)計人員帶來了極大的挑戰(zhàn)， 特別是施工導(dǎo)流方案， 幾乎每個小型水庫的施工組織設(shè)計都遇到這個難題， 在設(shè)計的過程中， 作者根據(jù)幾個小型水庫的特點進(jìn)行了總結(jié)。 主要存在 2 個方面的問題： 一是庫容曲線較為平坦， 施工期水庫水位上升小， 這種

2、情況一般采用圍堰的方式較為經(jīng)濟； 二是庫容曲線較陡，施工期水庫水位上升快，如果按照傳統(tǒng)的導(dǎo)流方案，采用圍堰的型式，是小型水庫總投資 300 多萬不能承受的， 遇到這種情況， 作者認(rèn)為采用抽排的方式較為經(jīng)濟實用。本文以竹山縣古家溝水庫施工組織設(shè)計為實例重點闡述第二種情況的施工導(dǎo)流設(shè)計。2 工程概況古家溝水庫位于湖北省竹山縣擂鼓鎮(zhèn)西河村，水庫大壩攔截西河上游古家溝和武昌廟溝來水，水庫壩址以上承雨面積3.2km2，河道長 2.9km，分水嶺至壩址主河道平均坡降為115.2 ，地勢較高。壩址距擂鼓鎮(zhèn) 10km，距竹山縣城 60km。是一座以灌溉為主， 兼有防洪和供水等綜合利用功能的?。?）型水庫樞紐工

3、程。水庫樞紐工程現(xiàn)有建筑物包括：粘土心墻大壩、 溢洪道和輸水涵管組成。 水庫總3，其中興利庫容 140.733庫容 171.0 萬 m萬 m，死庫容 6.3萬 m。水庫為下游灌區(qū)0.3 萬畝農(nóng)田提供灌溉用水， 同時還擔(dān)負(fù)著下游擂鼓鎮(zhèn)及305 省道等設(shè)施的防洪任務(wù)，保護(hù)農(nóng)田 0.30 萬畝、人口 1.0 萬人。古家溝水庫樞紐屬等工程，?。?）型規(guī)模，其擋水、泄水、輸水建筑物為4 級建筑物。水庫除險加固初步設(shè)計項目主要包括：對大壩心墻部位采用充填灌漿法進(jìn)行處理，解決心墻滲透系數(shù)不滿足要求的問題；對大壩和溢洪道基巖中等透水層采用帷幕灌漿處理 ；針對壩坡變形和護(hù)坡風(fēng)化破碎情況，對上游壩坡翻修，采用 3

4、0cm 厚的干砌塊石護(hù)坡，下游壩坡在整平的基礎(chǔ)上種植草皮護(hù)坡，完善壩面構(gòu)造 ；封堵原輸水涵管，于大壩右岸上游新開泄洪隧洞，兼作灌溉輸水。將原溢洪道 封堵，拆除重建進(jìn)水渠和控制段左邊墻，新建長 21m 的擋水土壩；更新啟閉設(shè)備，增設(shè)進(jìn)口檢修閘門和出口工作閘門。3. 施工組織設(shè)計古家溝水庫所在流域地區(qū)屬亞熱帶大陸性季風(fēng)氣候， 具有溫暖濕潤， 四季分明，雨量充沛，光照充足等特點。無霜期為 250 天左右，年平均氣溫 10.2 15.6 ，極端最底氣溫零下 9.9 ，極端最高氣溫 43.4 。區(qū)域庫區(qū)多年平均降雨量849.5mm，多年平均逕流深353mm，多年平均來水3量 429 萬 m。流域內(nèi)洪水由

5、暴雨產(chǎn)生， 暴雨發(fā)生時間一般為710 月，暴雨形成多為低渦切變線和鋒雨面，臺風(fēng)深入形成大暴雨次數(shù)極少。暴雨歷時一般13天，大暴雨范圍一般遍及整個流域，降雨特點是雨量集中、強度大，洪水峰高量大、陡漲陡落。壩址處多年平均最大風(fēng)速13m/s，風(fēng)向一般為東北風(fēng)。3.1施工導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)本工程永久建筑物屬4 級建筑物。根據(jù)水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范（ SL3032004）和本工程的具體條件，導(dǎo)流臨時建筑物級別定為工程的導(dǎo)流要求，選用枯水期5 年一遇洪水作為導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)。3.2施工組織設(shè)計5 級。結(jié)合本根據(jù)本工程工程量及項目特點， 利用 1 個枯水期完成大壩樞紐工程的加固及管理設(shè)施建設(shè)，即施工總工期定為 12 個

6、月。第一年 7 月為施工準(zhǔn)備期， 準(zhǔn)備期內(nèi)修筑、 完善施工道路， 做好料場的準(zhǔn)備工作，保證施工期有合格的土料和良好的施工道路。第一年 8 月上旬主體工程全面開工，首先進(jìn)行輸水隧洞0+0100+080 段的開挖，該項目是控制工期的關(guān)鍵項目。 先進(jìn)行隧洞出口明挖， 明挖結(jié)束即進(jìn)行洞挖，利用 3 個月的時間完成隧洞 0+010 0+080 段石方洞挖，然后利用 3 個月時間完成隧洞砼襯砌和隧洞洞頂回填灌漿施工。第一年 11 月上旬隧洞進(jìn)口段0+000 0+010 段施工待庫水位降低后立即開始，至第二年 2 月中旬，完成泄洪隧洞的全部施工。同時可完成進(jìn)、出口閘室、出水渠施工。第一年 11 月上旬也可進(jìn)

7、行大壩壩頂整治、上、下游壩坡平整和護(hù)砌的施工。同時完成壩體帷幕灌漿施工。在第二年 2 月中旬隧洞襯砌工作全部結(jié)束后可進(jìn)行原低輸水涵管的封堵，利用 1.5 個月時間完成全部封堵工作。同時非常溢洪道加固等項目也可進(jìn)行。至第二年 4 月底，完成大壩上游坡護(hù)坡、 下游坡整治和大部分主體工程以及金屬結(jié)構(gòu)、啟閉設(shè)備的安裝調(diào)試工作等施工；第二年 5 月完成全部施工、壩頂?shù)缆肥┕ず痛髩喂芾碓O(shè)施建設(shè)；第二年 6 月進(jìn)行工程收尾及清場工作。3.3施工洪水根據(jù)對流域內(nèi)的降雨特性情況分析，古家溝水庫的汛期在每年的410 月，枯水期在每年的11 月到次年的 3 月。根據(jù)本次施工組織設(shè)計，需要施工導(dǎo)流的時段為枯水期（ 1

8、1 月 3 月），導(dǎo)流建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)為5 年一遇。根據(jù)堵河流域四級區(qū)19562000 年共 45 年徑流深排頻計算出各月相應(yīng)頻率的徑流總量。根據(jù)竹山氣象站1980 2006 年共 27 年實測枯水期逐年逐月24 小時最大降水量資料，得施工期設(shè)計洪水計算成果?？菟趶搅饔嬎愠晒姳?、施工期設(shè)計洪水成果見表2。表 1古家溝水庫枯水期徑流成果表單位：萬m3洪水頻率11月12月1月2月3月122月113月P=20%7.323.22.693.928.937.2622.28表 2古家溝水庫施工期設(shè)計洪水成果表113 月洪水頻率P=20%3）5.1洪峰流量（ m/s洪量（萬 m3）5.83.4施工導(dǎo)流方式

9、根據(jù)本次除險加固工程設(shè)計要求， 大壩上游壩坡翻修、 隧洞進(jìn)口段、 非常溢洪道施工需要進(jìn)行施工導(dǎo)流。 原涵管開挖拆除及回填封堵等施工還必須將庫水放空后才能施工。 據(jù)此施工特點， 結(jié)合工程的實際布置情況， 本工程的施工導(dǎo)流采用二期施工導(dǎo)流。第一期直接利用原低輸水涵管放水、泄水。在第一年 10 月下旬通過原輸水涵管將庫水位降低到原死水位 549.49m 高程，在第一年 11 月上旬利用低水位進(jìn)行上游壩坡干砌塊石護(hù)坡翻修的施工和泄洪隧洞進(jìn)口段施工。第二期在隧洞施工過程中采用必要的方式進(jìn)行施工導(dǎo)流， 進(jìn)行泄洪隧洞的開挖襯砌、原涵管開挖拆除與封堵等項目施工。 根據(jù)本工程取水口規(guī)模及施工安排，本次設(shè)計施工期

10、間（第一年 11 月第二年 3 月）共 5 個月的來水考慮兩套施工導(dǎo)流方案進(jìn)行比較：方案一：水泵排水方案，即第一年 11 月第二年 3 月的來水全部通過水泵進(jìn)行抽排。根據(jù)表 2 知：施工期間洪水頻率 P 20的一場暴雨的洪峰流量為35.1m/s，其洪水總量為35.8 萬 m。隧洞進(jìn)口段施工前期可先將原死庫容抽排5.83萬 m 作為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（ P20）的一場洪水預(yù)留的防洪庫容。來水總量按逐月徑流量排頻（P=20）計算， 5 個月來水總量約為22.28 萬3m。即本工程需要抽排的總水量為322.28 萬 m 設(shè)計水泵（揚程16m）按3600m/h（ 0.167m3/s ）的流量進(jìn)行抽排，按2 臺水

11、泵考慮，可以滿足施工抽排的要求。經(jīng)計算，每臺水泵按45Kw的功率，抽水期間共需用電10530Kw·h，該方案投資0.96 萬元。方案二：圍堰擋水方案，即利用圍堰擋水，水庫調(diào)蓄施工期全部來水，查庫容曲線，得到相應(yīng)設(shè)計水位556.3m，考慮安全加高等， 取圍堰頂部高程556.8m。圍堰圍繞取水口布置， 并與壩址附近山體相連接形成封閉的防洪體系。圍堰采用石渣混合料為堰體，粘土斜墻防滲的圍堰結(jié)構(gòu)型式，堰頂高程556.8m，堰高 14.25m，堰頂寬 3.5m，迎水面邊坡采用 1:3 ，背水面邊坡采用 1:1.5 ，圍堰長50m。33主要工程量：填筑土石圍堰12150m，粘土 7123m，施工道路0.3km。該方案投資 39.38 萬元。方案一比方案二更加有效地利用現(xiàn)有死庫容，避免了填筑圍堰造成較大方量開挖和填筑工作， 從而減少了施工風(fēng)險和工期，且無施工道路， 不受上游壩坡施工影響。兩者比較直接投資方案一較方案二節(jié)約38.42 萬元，因此推薦選用方案一作為第二期施工導(dǎo)流方案。根據(jù)表 1 和表 2 知：在整個泄洪隧洞和原輸水涵管封堵工程的施工期間 （11月 3 月）洪水頻率 P 20的一場暴雨的洪峰流量為 5.1m3/s ，而期間洪水總量3為 22.28 萬 m?？紤]到資金限制及上游不便修建施工道路及圍堰， 在進(jìn)行整個泄洪隧洞的開挖襯砌、原涵管開挖拆