三门峡市白虎潭水库工程施工导流设计

□姚新磊（河南省水利勘测设计研究有限公司）

□付 帅（南水北调中线干线工程建设管理局）

一、工程概况

白虎潭水库坝址位于弘农涧河支流断密涧河上，在灵宝市苏村乡的坂里村南，距灵宝市约15km。白虎潭水库是一座以城市供水为主，兼顾防洪、灌溉与发电等综合利用的小（1）型水库，白虎潭水库工程采用碾压混凝土重力坝设计方案。

重力坝由挡水坝段、溢流坝段和引水坝段组成，坝顶长度180.50m，共分9个坝段，其中泄流坝段42.0m，左岸挡水坝段77.50m，右岸挡水坝段61.00m。坝顶高程726.30m，坝顶宽6.5m，大坝建基面高程650.0m，最大坝高76.3m。溢流坝段布置在河床中部5＃、6＃坝段，坝段长度均为21m，总宽42m，最大高度69.5m。溢流面堰顶高程719.50m，溢流面坡度1∶0.78，末端670.00m高程设反弧挑流鼻坎，反弧半径15m。溢流面两侧设混凝土导墙，垂直坝面高度3.0m，溢流面底板采用2m厚C30W6F150混凝土，溢流面以下为三级配碾压混凝土。

挡水坝段布置在溢流坝段两侧，分别为左岸1＃、2＃、3＃、4＃坝段和右岸7＃、8＃、9＃坝段，坝段长度分别为12.5m、19.0m、22.0m、24.0m和 20.0m、21.0m、20m。坝顶高程 726.30m，防浪墙高1.2m，上游坝坡垂直，底部自692.0m高程以下变坡，坡度1∶0.15。下游坝坡1∶0.78，坝顶设6.0m高直墙，后坝坡变坡点高程720.3m。前部坝体材料采用C15W6三级配碾压混凝土，上游迎水面采用C20W8F150二级配碾压混凝土。坝基底部采用C20常态混凝土。其中7＃坝段底部布置有排沙洞，进口设竖井，内设弧形工作闸门，液压启闭机控制。竖井采用C25混凝土浇筑，后部同坝体连接在一起。排沙洞设计为有压进口，洞身无压形式，有压短洞孔径1.5m×1.625m，无压洞身为城门洞型式，宽2.5m，总高度为3.5m。进口闸底板高程675.0m，洞身坡降i＝0.01，出口采用挑流消能。闸门控制井顶部平坝顶为726.3m。

引水坝段位于右岸8＃坝段，坝段长度为21.0m，坝身埋设一引水钢管，引水钢管穿过坝体后与坝后引水建筑物相连。设计引水钢管进口高程为685.0m，钢管设计内径D=0.8m，最大引水流量1.13m3/s。

坝体前趾设灌浆廊道，进行基础帷幕灌浆，帷幕下游设排水。大坝695.0m高程设交通廊道，内设坝体排水孔，布置内部观测设施。

二、水文、气象条件

白虎潭水库坝址位于弘农涧河支流断密涧河上，坝址以上流域面积116km2，河长约28.2km，河道比降约16‰。河谷两岸山势陡峭，地形起伏大，海拔高程在600～1400m，河谷宽度一般为25～80m，库区河床坡度较小。

该区属于崤山余脉，主要为熊耳群地层组成的浅山区，地表覆盖以土石为主，地形较破碎，库区内沟谷不发育。

工程区属暖温带半湿润大陆型季风气候区，受季风影响，四季温度和风向变化显著，冬春严寒少雨，夏秋酷热潮湿。本区多年平均气温为13.9℃，历年极端最高气温42.7℃，历年极端最低气温达零下17℃。多年平均降雨量约657.2mm，最小降雨量为384 mm（1997年），最大降雨量为 997.6 mm（1964年）。本区多年平均水面蒸发量为870.1mm，全年无霜期为215d。

白虎潭水库地处山区丘陵地区，多年平均最大风速20m/s。正常运用条件下，设计风速采用多年平均最大风速的1.5倍，取30m/s，非常运用条件下，采用多年平均最大风速20 m/s。

三、地形、地质条件

坝址区属中低山侵蚀峡谷地形，“V”字行河谷，地势起伏，高差大，地形地貌较复杂。坝区河道较顺直，河谷底宽20～40m，高程654～656m，呈北北东走向，河床比降约2/1000，谷底和两侧山顶相对高差150～200m。山体陡壁岩石裸露，断裂发育；缓坡多为薄层坡积层覆盖，植被发育；沟谷方向受断层和裂隙所控制。

坝址区主要出露有中元古界熊耳群许山的组流纹班岩，上覆第四纪黄土、碎石土以及砂卵石等。

坝址区基本没有大的断层通过，坝址区裂隙较发育。根据钻探、平硐及声波探测，坝址区基岩强风化厚度一般为5m左右，部分<1m。微风化岩体岩面分布高程各处不一，微风化岩体中常夹有囊状强～弱风化岩体。

四、施工导流

（一）导流方式及导流时段

东涧河为季节性河流，枯水期流量很小，洪水陡涨陡落，根据水文特性，施工导流时段划分为4个时段：第一时段（第一年11月1日—第二年3月末）为枯水期施工，进行两岸与导流明渠开挖，采用5年一遇洪水标准设计，设计流量为7.76m3/s，在原河床左侧开挖一矩形过流沟槽，采用钢筋混凝土盖板封口，盖板顶上回填开挖料，将河水通过沟槽泄之下游，河底作为出渣工作面。第二年4～9月进行导流明渠混凝土浇筑，恢复原河床泄流，安全度汛。第二时段（第二年10月1日—第三年5月末）为枯水期施工，进行基础开挖和坝体浇筑，采用5年一遇洪水标准设计，设计流量为28.7m3/s，在左岸布置导流明渠，将河水通过导流明渠泄之下游。大坝基坑11月份开挖完成后，基础混凝土安排在12月浇筑，先浇筑1.0m混凝土底板，然后进行坝基固结灌浆及坝体混凝土施工。第三时段（第三年4月上旬）对大坝迎水面部分导流明渠进行封堵，本时段旬平均洪水流量为0.47m3/s，导流明渠不再泄流，坝前水位雍高至排沙洞底高程后，上游来水通过该洞泄流。第四时段（第三年6月1日—9月末）为排沙洞和坝面全部参与泄流，汛期（7—8月）坝体停止施工，坝顶用混凝土块防护，采用5年一遇洪水标准设计，设计流量为233m3/s。

（二）导流标准

本工程大坝为碾压混凝土重力坝，主要建筑物为4级建筑物，次要建筑物为5级，按照《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2004），导流建筑物为5级，其洪水标准为5年一遇。

（三）导流工程设计

1.导流沟槽设计

导流沟槽布置在河床左岸，设计为矩形槽，进口底部高程655.0m，出口高程约653.0m，长约150m，纵坡约1/75，沟槽深度2m，宽度1.5m，糙率取0.025，经计算沟槽内流速约2.97m/s，水深约1.8m，设预制钢筋混凝土盖板，板厚50cm，单块宽度50cm，长170cm。

导流沟槽总工程量约614m3，其中石方开挖约330m3（大坝基础以外），C30混凝土盖板约142m3，钢筋约21.3t，混凝土盖板拆除约142m3。

2.坝体外导流明渠设计

上游导流明渠布置在河左岸，利用河床岸坡开挖浇筑而成，进口底部高程设为658.4m，纵坡为1/100，与坝体内导流明渠连接，明渠长约40m，设计断面为矩形，底宽2.5m，靠河一侧采用C15钢筋混凝土墙结构，底部插入锚筋，设计墙高2.5m，墙顶设计厚度0.5m，墙内侧为垂直面，墙外侧的坡面为1∶0.2，糙率取0.015，经计算明渠内流速约5.62m/s，水深约2.04m。下游导流明渠连接坝体内导流明渠，利用河床岸坡开挖浇筑而成，坡降为1/100，长约40m，出口高程657.6m，结构形式与上游明渠相同。

坝体以外段明渠总工程量约2840m3，其中石方开挖约2650m3，C15混凝土浇筑约 190m3，钢筋约 9.5t，模板 530m2。

3.坝体内导流明渠设计

坝体内导流明渠非汛期泄流，汛期与坝顶联合泄流。坝体内导流明渠布置在4#挡水坝段，断面尺寸同进、出口段导流明渠，进口底部高程658.0m，长约80m，出口高程658.0m。

坝体内导流明渠C15混凝土浇筑约190m3，钢筋约9.5t，模板530m2，混凝土拆除190m3。

为了解决进入大坝工作面的交通问题，在合适位置设预制钢筋混凝土临时交通盖板，总宽度12m，板厚50cm，单块宽度50cm，板长3.5m。C30混凝土约23m3，钢筋约3.45t，混凝土盖板拆除约23m3。

4.围堰设计

根据坝址地形条件，为了大坝能够安全施工，到汛期围堰既能过水又经济可靠的要求，对上游围堰进行了以下3种堰型的比较。

方案一：在坝轴线上游约30m处，修建细石混凝土浆砌石围堰。由于明渠进口底部高程为660.3m，渠内设计水深约2.04m，确定围堰挡水位为662.34m，考虑安全超高加风浪高，围堰设计高程为663.0m，围堰底部高程655.0m，围堰顶宽3.0m，围堰高约8.0m，上游面在高程660.0m以上为垂直，660.0m以下为1∶0.2的坡，下游面在高程660m以上为垂直，660.0m以下坡度为1∶0.7，底宽7.95m，围堰顶长约20.0m。

方案二：在坝轴线上游约40m处，修建土石围堰。挡水位为662.34m，考虑安全超高加风浪高，围堰设计高程为663.5m，围堰底部高程655.5m，围堰顶宽5.0m，围堰高约8.0m，上游面坡度为1∶3，下游面坡度为1∶2，底宽45.0m，围堰顶长约20.0m。内设粘土心墙，顶宽2m，坡度1∶1，底宽19.0m，心墙底部清基厚度0.5m，为防止渗透破坏，在粘土心墙下游铺设400g/m2土工布。

方案三：在坝轴线上游约40m处，修建土石围堰。挡水位为662.34m，考虑安全超高加风浪高，围堰设计高程为663.5m，围堰底部高程655.5m，围堰顶宽5.0m，围堰高约8.0m，上游面坡度为1∶3，下游面坡度为1∶2，底宽45m，围堰顶长约20.0m。内设两布一膜防渗，土工膜底部清基厚度0.5m，宽度2.0m，采用C10混凝土回填，将土工膜嵌入混凝土中，在土（工膜上、下游分别填土宽度1m，预防土工膜在施工中受到损坏。

从以上3种堰型来看：方案一施工速度较慢，堰顶过水不易损坏，但投资较大；方案二施工方便，防渗效果比较可靠，当地粘土缺乏，堰顶过水易损坏，投资较方案一少；方案三施工不便，防渗效果没有方案二可靠，堰顶过水易损坏，投资与方案二接近。经综合分析比较，选择方案二作为上游围堰的设计方案。

下游围堰在开挖线以外，修建土石围堰，围堰设计高程为654.5m，围堰底部高程6535m，围堰顶宽3.0m，围堰高约1.0m，上、下游坡度均为1∶2，围堰底宽7.0m，围堰顶长约10.0m。工程结束后拆除。

（四）截流

根据施工进度安排，截流时段选在开工后第二年的10月下旬，按照《水利水电工程施工组织设计规范》（SL 303-2004）规定，采用5年重现期10月下旬平均流量0.71m3/s，作为截流设计流量，围堰合龙后，上游来水，通过已完建的导流明渠导向下游。

导流明渠截流安排在枯水期进行，根据总进度安排，计划第3年的4月上旬，标准为非汛期5年一遇，旬平均流量为0.40m3/s。导流明渠不再泄流，坝前水位壅高至排沙洞底高程后，上游来水通过该洞泄流。

五、结语

本工程为了优化临时工程量，满足施工导流要求，先后采用了上游导流矩形槽、坝体导流槽和坝外导流明渠3种导流设计。此导流设计在本工程坝体工程量大的特殊情况下，最大限度地保证了工期的顺利进行。