水库电站导流设计

简介： 连江县塘坂水库电站工程位于鳌江干流中游，电站总装机11MW，系福州第二水源工程的配套工程。施工导流设计结合工程总体布置采用两期导流，一期先围左岸，二期围右岸的导流方式。基础砂卵石覆盖厚达7～10m，为福建省所罕见。导流设计是施工组织设计的重点和难点。采用复合型围堰和多种防渗措施，有效控制渗流，大大节约投资。
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1. 工程概况

连江县塘坂水库电站工程位于鳌江干流中游，在山仔水库下游约7km，在连江县塘坂村下游3km，距福州市47km，距连江县城38km，坝址左岸有公路在贵安桥与福飞公路相接，对外交通方便。连江县塘坂水库电站是以发电为主，兼有供水等综合利用效益的河床式水电枢纽工程，电站总装机11MW，坝址以上流域面积为1701km²，水库正常蓄水位36.8 m，其相应库容766万m³。该工程系福州第二水源工程的配套工程，为福州市九五计划中重点基本建设项目。工程于1998年10月28日正式开工，2001年4月底首台机组发电，2001年7月底工程竣工，整个工程施工总工期为2年9个月。主要水工建筑物由拦河坝、厂房和开关站等组成。拦河坝顶高程39.8m，坝顶长226.3m，最大坝高27.3m。溢流坝段位于河床中部，上设4孔钢弧形闸门，孔口尺寸为16X12.5m，堰顶高程24.3m。厂房位于河床左岸。

2. 水文地质条件

坝址河谷较宽呈“U”型。岩性为侏罗统南圆组第三段流纹质晶屑凝灰熔岩。两岸山坡残积土夹碎石厚约2～5m。左岸风化程度较右岸深，尤其左岸河边一带风化较深。河床及漫滩阶地有卵石覆盖，厚约7～10m。

坝址控制流域面积为1701km²，坝区气候温和。坝址多年年平均流量59.9 m³/s，10月～4月为枯水期。施工洪水特性如下表。

3. 导流标准、流量及导流方式

工程坝址处河床天然常水位为23.5m，相应的水面宽为90m。河道右侧有近60m宽的大片滩地，两岸岸边较缓，故具备分期导流条件。控制工期的关键项目为厂房工程，同时大部分施工辅助企业设在左岸，因此一期导流先围左岸2孔水闸和发电厂房，洪水由右岸明渠通过；二期围右岸2孔水闸及重力坝，洪水由已建的左侧2孔水闸通过。坝址处河床洪枯流量比约为10，汛期洪水较大，而上游山仔水电站系季调节水库，调节性能好，为减少施工难度，降低导流工程造价，施工导流时段采用枯水期10～4月。工程属Ⅳ等工程，主要永久建筑物为4级，相应的临时建筑物为5级。施工洪水导流标准为：洪水重现期10～5年（土石围堰）或5～3年（混凝土围堰）。坝址附近有大量的土料可用于围堰填筑，采用粘土围堰可降低导流造价，围堰结构采用土石围堰。由于厂房工程结构复杂，一期工程量大，施工期长，围堰过水对工期及经济都影响较大，故一期导流标准选为洪水重现期10年；二期拦河坝结构相对较为简单，工程规模小，在一个枯水期可完成，故二期导流标准选为洪水重现期5年。一期导流流量为244m³／s，二期导流流量为204 m³／s。一期厂房施工采用拦砂坎加高围堰或厂房进尾水闸门下闸渡汛。导流平面布置见图3-1。

4. 导流建筑物

4.1导流明渠

导流明渠布置在右岸滩地上，长169.78m，梯形过水断面，左边坡为垂直坡，右边坡为1：1，明渠底宽为20.0m，上游首部底板高程为22.50m，下游尾部底板高程为22.00 m。明渠桩号坝上0+020上游段右转27°后与河道相接，明渠桩号坝上0+020至坝下0+040与坝轴线平行，明渠桩号坝下0+040下游段左转14°后直线与河道顺接。明渠上游首部左侧设一长15.7m的竹笼导墙，改善进口水力条件。明渠底板采

用150^#竹筋砼，厚300mm，竹筋间距为200X200mm。明渠左侧为一期纵向砼围堰，右侧为浆砌块石护坡挡墙。

4.2一期围堰

一期纵向围堰布置在3#闸墩右侧25m处（坝0+095.3），长169.78m，围堰顶高程从27.0m渐变到26.5m，围堰顶宽2.0m，最大堰高11m，纵向围堰桩号坝上0+020以上段两侧边坡1：0.3，其余段迎水面垂直，背水面1：0.6，采用150#混合料砼。一期纵向围堰子堰采用土石围堰，利用纵向围堰外侧原状砂卵石，在右侧增加防渗结构，防渗结构采用粘土心墙结合土工膜形式。一期纵向围堰及子堰断面见图4-1。

一期上游围堰采用土石围堰，堰项高程为27.0m，堰顶宽6.0m，两侧边坡为1：2.0，最大堰高约为9.0m，围堰基础采用粘土心墙结合土工膜防渗，上下游采用填筑石料护面。一期下游围堰采用土石围堰，堰项高程为26.0m，最大堰高约为8.0m，围堰结构形式同上游围堰。一期上游围堰断面见图4-2。

4.3二期围堰

二期纵向围堰利用拦河闸2#中墩并向上游延伸到坝上0+030.965，向下游延伸至坝下0+073.97。纵向围堰上游段堰顶高程27.0 m，采用75#浆砌石堰身，宽600mm的150#砼心墙防渗结构3fc9，堰顶宽2.0m，最大堰高8.0m，迎水面垂直，背水面1：0.6。纵向围堰下游段堰顶高程26.0 m，采用150#砼心墙两侧夯填砂卵石结构，堰顶宽700mm，最大堰高6.4m。砼心墙迎水面上部垂直，下部边坡1：0.25，背水面成阶梯状，台阶宽700mm ，高2.0 m。二期纵向围堰下游断面见图4-3。

二期上游围堰采用土石围堰，堰项高程为27.0m，堰顶宽5.5m，迎水面边坡为1：2.5，背水面边坡为1：1.5，最大堰高约为4.5m，围堰基础采用粘土斜墙结合铺盖防渗。二期下游围堰采用土石围堰，堰项高程为26.0m，最大堰高约为4.0m，围堰结构形式同上游围堰。

4.4围堰防渗形式

一期纵向围堰布置在3#闸墩右侧25m处（坝0+095.3），提高建基面高程，覆盖层较浅。纵向围堰基础开挖和渗水量较小，在纵向围堰左侧填筑子堰, 防渗结构采用粘土心墙结合土工膜形式。在纵向子堰的左侧依次填筑袋装砂、土工布、土工膜、土工布和粘土，防渗效果良好。

一期上下游围堰基础防渗形式在招标阶段选用旋喷砼防渗墙。这种防渗体防渗效果较有保证，基坑渗流小，但施工时间长，且其施工期内要求防渗墙两侧不能形成较大的水位差，导致基坑排水和开挖时间滞后，影响施工工期。在施工图阶段经多方面比较论证，一期上下游横向围堰采用粘土心墙结合土工膜复合防渗。这种防渗形式具有施工时段较短，不占用截流后的关键线路工期，为主体工程施工争取较多的施工时间，但需要解决防渗体水中施工的技术问题。通过调查分析，上游的山仔水库为季调节水库，冬季库水位较低，一般不泄流。塘坂坝址来水主要为山仔水库的发电泄水。因此考虑山仔水库短时间停机，降低塘坂坝址水位，为堰基防渗体沟槽开挖施工创造条件。防渗体沟槽采用长臂反铲挖掘机开挖，倒退法施工。长臂反铲挖掘机挖深可达6～7m，基本能将覆盖层挖除。粘土填筑采取端进法施工。由于防渗土料系在水中抛填，无法压实，无法完全达到抗渗要求，故拟在粘土之后铺设一道土工膜，粘土和土工膜共同防渗,基本解决堰基渗流问题。通过几个月的观察和量测，其渗流基本控制在30m³/h之内，达到预期效果。

二期上下游围堰在导流明渠上，基础为砼底板，主要是堰体的防渗，由于堰高较小，采用粘土斜墙加铺盖的防渗形式。上游部分围堰和纵向围堰采用浆砌石加砼心墙结构防渗。

5.截流

根据施工总进度的安排，大坝一期截流安排在1999年10月初，二期围堰截流安排在2000年10月中旬。截流时考虑山仔水库短时间停机，截流设计流量很小，施工难度较小。采用单戗堤立堵截流。

6.结语

连江塘坂水库电站施工导流设计，根据实际情况，选择多种围堰结构和防渗形式，有效解决了在河卵石覆盖层中的防渗问题，节约投资约90万元。

施工导流设计中围堰结构和防渗形式的选择是设计的重点和难点。选择的是否恰当直接影响施工工期和导流投资。在经济、可行的指导原则下，结合工程总体布置和施工条件，应对围堰的布置和防渗措施进行了详细的科学论证，选择多种围堰和防渗形式，将起到缩短施工工期、降低投资的良好效益。连江塘坂水库电站施工导流设计在这方面起到抛砖引玉的效果。 (连江塘坂水库电站一期导流设计获福建省水利水电勘测设计研究院2000年度优秀成果三等奖。）