山西左云十里河水库除险加固工程施工导流设计

李晋平

山西左云十里河水库除险加固工程施工导流设计

李晋平

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

山西左云十里河水库除险加固工程主要施工项目为：大坝加固、灌溉洞改造及新建泄洪冲砂闸等工程。分析了十里河流域的水文地质条件，探讨了其导流工程的导流标准、导流方式、导流建筑物设计和导流应急方案。

山西左云；十里河水库；除险加固；施工导流；方案设计

1 工程概况

十里河水库位于海河流域桑干河支流十里河上，地处山西省左云县县城西南角，是一座防洪、城市供水、灌溉等综合利用的中型水库。该水库现状总库容1 060万m3，坝址以上控制流域面积127 km2，现状枢纽由大坝、冲沙泄洪洞和灌溉输水洞组成。

十里河水库大坝为均质土坝 （由主坝和副坝组成），长1 230m。其中：主坝长330m，最大坝高为16m；副坝长900m，最大坝高为10.6m。大坝上游坝坡为干砌石护坡，下游为碎石护坡。冲沙泄洪洞位于主坝左端桩号0+073m处，为2孔无压涵洞，原设计泄洪量为240m3／s。涵洞长51m、浆砌石结构、内衬为0.4m厚的混凝土，断面为城门洞形，底宽为3.2m，高为4.5m。灌溉输水洞位于坝轴线桩号0+ 346.5m处，为无压城门洞形涵洞，高为2m，底宽为1.6m，长62m，原设计泄洪量为10m3／s。

本除险加固工程主要施工项目包括大坝加固、灌溉输水洞改造及新建泄洪冲沙闸等工程。大坝加固包括：主坝坝基高压喷射灌浆、重建坝顶防浪墙、整修坝顶路面和上下游护坡、新建大坝位移和渗流观测系统等。灌溉输水洞改造包括：洞身混凝土凿毛衬砌和新建进水塔混凝土等。新建泄洪冲沙闸包括：原泄洪洞拆除、土石方开挖及混凝土浇筑等。

2 库区水文地质条件

2.1 水文条件

本流域气候类型属于温带大陆性干旱、半干旱季风气候，多年平均降水量为413.8mm，多年平均气温为5.2℃，多年平均蒸发量为1 787mm，平均风速为2.8m／s，最大风速为19m／s，风向NE，最大冻土深为186 cm，无霜期为120 d。

十里河水库所在的十里河上有观音堂水文站，该站控制流域面积为1 185 km2。由于该水文站与十里河水库控制流域面积相差较大，因此，设计洪水按无资料地区考虑，采用《山西省暴雨洪水计算实用手册》计算。计算结果如表1所示。

表1 十里河水库洪水成果表Table 1 Shilihe reservoir flood

2.2 地质条件

十里河水库位于大同盆地西北部，为中低山区，所处大地构造单元为内蒙断块的南缘，出露地层为白垩系上统助马堡组泥岩夹长石石英沙岩，上第三系上新统低液限黏土，第四系中更新统洪积低液限黏土、中更新统洪积低液限黏土、上更新统风积低液限粉土、洪冲积低液限粉土与卵石混合土，全新统洪冲积低液限粉土与卵石混合土，以及全新统水库淤积物。库区地质构造简单，断裂构造不发育，为单斜岩层。库区主要接受大气降水补给，地下水类型为碎屑岩类裂隙水和松散岩类孔隙潜水。库区两岸岩体土稳定性较好，库区及库底不存在渗漏问题。但库区淤积问题比较严重，目前淤积厚度达6m。坝址十里河流向N30°E，左岸岸坡陡立，岸坡坡度为30°～50°，且冲沟发育；右岸地势较平缓，发育内叠式Ⅰ、Ⅱ级堆积阶地。河谷宽90～130m，呈不对称型，库坝区工程地质条件尚好［1］。

3 施工导流方案

3.1 导流标准

本工程为中型水库，工程等别为Ⅲ等，主要建筑物级别为3级。根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2004）的规定，导流建筑物按5级设计，相应的洪水重现期为5～10年。由于泄洪冲沙闸施工需将大坝进行大开挖，考虑到遇超标准洪水失事后果的严重性，导流标准采用坝体拦洪度汛标准。本工程坝型为土坝，围堰拦蓄库容为415.8万m3，小于1 000万m3，拦洪度汛标准为20～50年一遇。考虑到主体工程施工期较短，洪峰流量较小，导流标准采用汛期20年一遇标准，相应洪峰流量为610m3／s［2］。

3.2 导流方式

首先施工泄洪冲沙闸，施工导流采用围堰挡水灌溉输水洞泄流方式，灌溉输水洞进口底高程为1 312.1m，最大泄洪量为10.0m3／s；泄洪冲沙闸施工完成后，进行灌溉输水洞施工。施工导流采用围堰挡水泄洪冲沙闸泄流方式，泄洪冲沙闸进口底高程为1 310.9m，最大泄洪量为306.0m3／s。

3.3 导流建筑物设计

3.3.1 结构形式

灌溉输水洞及泄洪冲沙闸围堰均采用均质土围堰［3］。泄洪冲沙闸围堰长为164m，按汛期20年一遇洪水设计，洪峰流量为501m3／s，相应水位为1 322.81 m，堰顶高程为1 323.31m，超高为0.5m，最大堰高为6.80m，堰顶宽为4m，迎水面边坡为1∶2.0，背水面边坡为1∶1.75，迎水面采用80 cm厚编织袋土填筑。灌溉输水洞围堰长为94m，围堰按汛期20年一遇洪水设计，相应水位为1 319.64m，堰顶高程为1 320.14 m，最大堰高为3.68m，堰顶宽为3m，迎水面边坡为1∶2.0，背水面边坡为1∶1.75，迎水面采用80 cm厚编织袋土填筑。

3.3.2 稳定计算

灌溉输水洞围堰高度较小，因此，仅对泄洪冲沙闸围堰进行稳定计算。泄洪冲沙闸围堰堰体为均质土围堰，堰底高程为1316.50m，上游水位取1322.81m，下游水位按泄洪冲沙闸底高程1 310.9m选取。根据土料场及开挖土料物理力学试验成果，采用《理正岩土计算软件》对围堰进行渗流分析和下游边坡稳定分析，计算结果如表2和表3所示。

表2 施工围堰渗流分析成果表Table 2 Seepage analysis of the construction cofferdam

表3 施工围堰边坡分析成果表Table 3 Side slope analysis of the construction cofferdam

由表2和表3可知，围堰渗流分析和下游边坡稳定分析均满足规范要求。这说明，上游围堰是稳定的。

3.4 导流应急方案

围堰设计中，在冲沙闸轴线方向预留8m宽的缺口，底板和边墙采用浆砌石防护，底板厚度为1m，边墙顶宽为0.5m。挡水时，缺口回填，如遇超标准洪水，挖开缺口泄水。进度安排上，将冲沙闸下部结构施工安排在非汛期，汛期具备过水条件。

4 结语

十里河水库除险加固工程的施工导流是根据除险加固工程主要设计内容的情况设计的，完全符合该工程的要求。

［1］水利部山西水利水电勘测设计研究院组织编写.十里河水库除险加固初设报告［R］.山西省水利水电勘测设计研究院，2008.

［2］水利电力部水利水电建设总局组织编写.水利水电工程施工组织设计手册 ［M］.北京：中国水利水电出版社，2009：363-774.

［3］SL 645-2013，水利水电工程围堰设计规范［S］.

[责任编辑 杨明庆]

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1008-486X（2015）03-0008-02

2015-05-28

李晋平（1980-），女，山西左权人，工程师，主要从事水利工程施工。