萌山水库溢洪闸门更换施工围堰方案设计

张国健，李文训

(淄博市萌山水库管理处,山东 淄博 255318)

萌山水库是一座以防洪和工农业供水为主的全国防洪重点中型水库，总库容9025万m3，兴利库容4755万m3，控制流域面积288km2。工程等别为Ⅲ等，主要建筑物为3级，次要建筑物为4级。设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为2000年一遇。

水库枢纽工程由大坝、溢洪道和输水洞三部分组成，其中溢洪道位于大坝左端，为开敞式无底坎宽顶堰，设溢洪闸6孔，每孔净宽6m，闸底板高程78.3m，采用直升式平板钢闸门（宽×高：6.0m×4.5m），启闭机为2×125kN，双吊点卷扬式启闭机。近几年，由于萌山水库一直处于高水位运行状态，且溢洪道设计中未设检修闸门，这成为该水库除险加固工程的遗留工程，要尽快完成此项工程，必须在溢洪道闸门上游建设围堰工程，以此来完成萌山水库除险加固溢洪闸门的更换。

1 围堰型式选择及结构计算

1.1 围堰导流标准

根据 《水利水电施工组织设计规范》（SL3003-2004）规定，导流建筑物洪水标准为5级建筑物，相应导流建筑物挡水标准为5年～10年重现期洪水。

1.2 施工期洪水计算

1.2.1 施工期设计洪水标准

考虑保护对象、失事后果、使用期限、临时工程规模及对下游区域的洪水影响，本次设计导流建筑物挡水标准采用上限值10年重现期洪水，即确定围堰设计洪水标准为10年一遇。

按施工计划要求，施工期10-11月，按入库洪水分别大于 10m3/s、20m3/s、30m3/s三种方案，利用输水洞控制10m3/s放水，并以正常蓄水位高程82.30m作为起调水位。

1.2.2 施工期设计暴雨

萌山水库地处山丘区，地形坡度大，源短流急，洪水过程陡涨陡落，次洪过程持续时间较短，一般在24h左右，因此设计雨期取24h。

由于磁村、黄家峪等雨量站均为汛期站，缺乏枯季雨量观测资料，因此选取萌山水库站、王村站作为施工期设计暴雨基本站。资料系列取1961-2006年，在实测资料中统计出历年10-11月最大24h平均雨量系列数据。通过频率计算，采用皮尔逊Ⅲ型曲线，取Cs＝3.5Cv,经适线求得萌山水库站设计暴雨量成果，频率10%，设计面雨量为45.8mm。

1.2.3 设计洪水推求

1）设计净雨计算。萌山水库站无实测流量资料，故本次采用《山东省水文图集》降雨径流关系，萌山水库流域属泰沂山北区张店以西，山丘区应用图集8号线，平压区采用14号线推求设计净雨量。设计雨型采用1982年《山东省大中型水库防洪安全复核洪水计算办法》中的雨型，在雨峰左右时段为1h。

2）设计洪水推求。根据萌山水库流域洪水资料情况，采用综合瞬时单位线法推求设计洪水过程。依据《山东省水文图集》和《山东省大中型水库防洪安全复核洪水计算办法》中提供的山丘区瞬时单位线参数综合公式，以及设计频率逐日净雨，计算参数值，求得瞬时单位线并转化为时段为1h的时段单位线，然后进行汇流计算，得到设计频率10%的设计洪水过程，其洪峰流量为147.9m3/s。

1.2.4 施工期设计洪水位计算

利用输水洞控制10m3/s放水，并以82.30m为起调水位。萌山水库水位库容、泄量关系采用《山东省淄博市萌山水库扩大初步设计》中成果。经洪水调节计算，10年一遇施工围堰设计洪水位为82.89m。

1.3 围堰设计

1.3.1 土石围堰设计原则及标准

1）围堰型式选择原则。围堰选型须遵循以下原则：安全可靠、能满足稳定、抗渗及抗冲要求；结构要求简单，施工方便，宜于拆除并能充分利用当地材料，堰基易于处理，堰体便于与岸坡或已有建筑物连接，同时必须能保证闸门的顺利更换且满足工期要求。

根据上述原则及实际情况，本设计对以下两种围堰型式作了分析：

（1）钢板围堰。考虑到施工期间能够方便调洪泄洪，拟采用钢板围堰在单孔溢洪闸上游进水口进行封堵施工，但经仔细分析钢板围堰存在几方面的问题：一是运输与拼装，由于机架桥、交通桥空间高度小，钢板围堰配件不能直接在交通桥及闸后溢洪道内吊装，需具有起重设备的施工平台或大型船只进行安装；二是支撑与封堵渗漏，钢板围堰的支撑需靠溢洪闸墩作为撑点，势必对溢洪闸墩的美观和耐久性造成影响。溢洪闸前铺盖为浆砌石，地质为岩石，钢板围堰不能依靠地质条件防渗，钢板围堰与基础结合处的防渗难度大；三是钢板围堰在单孔溢洪闸上游进水口进行封堵施工，闸门的吊装必须在下游施工，但是机架桥与交通桥之间、交通桥与闸底板之间高度小(高差分别为3.4m、9.6m)，25t汽车起重机的基本臂长为10.6m，闸门不能直接在交通桥上及闸后溢洪道内吊装。

（2）土石围堰。围堰结构简单，能够充分利用当地材料，围堰围成的工作面宽阔，25t汽车起重机作业安全方便，闸门可直接吊至要求位置。

经分析比较，本工程拟采用防渗堆土石围堰作临时挡水建筑物。

2）设计标准。萌山水库为中型水库，其溢洪道为3级建筑物，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252－2000）的规定，该施工围堰洪水标准定为10年一遇。根据 《水利水电施工组织设计规范》（SL3003-2004）确定本工程土石围堰级别为5级。

1.3.2 土石围堰平面布置

溢洪道土石围堰的布置应有利于闸门拆卸、运输、吊装，根据实际地形，拟将土石围堰的轴线放在溢洪道闸门轴线上游60m处位置，采用“一”字型布置，梯形断面围堰，围堰长88m，围堰左右端头分别与溢洪道左右岸岸坡岩体相接。

1.3.3 围堰结构设计

1）土石围堰断面设计。根据有关规范，通过计算得：堰顶高程为83.96m，溢洪道引水渠底高程为78.3m，围堰设于引水渠进口处，呈直线布置，长88m，堰高5.96m。

堰顶宽度：依据相关规范，并考虑工程施工实际需要，堰顶宽度取5m，面层填铺30cm碎石土压平。

边坡确定：围堰堰体为土石堰，堰基防渗采用垒叠粘土土工膜袋心墙，边进占边填筑的方式，心墙高1m。围堰迎水坡坡比1∶2.5，采用两布一膜复合土工膜防渗，复合土工膜自堰脚向上游延伸5～10m，并用编织袋装石渣压牢，围堰合拢后在上游铺设编织袋装石渣护坡；背水坡1∶2，0.5m厚土工袋护坡脚。在下游坡脚设截流槽，截流集水抽排。

2）围堰稳定计算。依据《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2004）的规定，围堰稳定分析计算荷载只考虑正常情况，5级土石围堰边坡稳定最小安全系数取1.05。

通过计算得上游坡滑弧半径为92m，最小安全系数为K=1.26，下游坡滑弧半径116m，最小安全系数K=1.15，满足规范要求。

3）土石围堰填筑材料选择。围堰填筑料取自萌山水库大坝右岸山体风化料，距围堰距离约900m，拟采用1.0m3反铲挖掘机配8.0t自卸车运输。围堰自溢洪道右岸至左岸填筑，采用水中倒碴方式施工。围堰防渗土料从水库大坝坝后粘土料场取用。

2 围堰施工组织设计

2.1 主要施工方法确定

按照确定的围堰位置，用挖掘机将溢洪道右岸边坡按1∶0.5～1∶1削出坡度，堰基防渗采用垒叠粘土土工膜袋心墙，边进占边填筑的方式，心墙高1m，自溢洪道右岸端向左岸端沿围堰轴线用加长臂挖掘机向水中投放、堆码粘土土工袋，土袋高程达到79.0m后，然后向水中倾倒土石料，达到设计高程后向左岸继续进占。

2.2 施工要求

围堰堆土石体水中部分采用风化土石料。围堰填筑共需土石料9997.51m3，土工袋、编织袋风化料砌体 1800m3，土工膜 2100m2。

围堰施工自溢洪道右岸端开始填筑，水下部分采用水中倒碴方式施工，水上部分土石料铺填后采用74kW推土机推平，以确保铺料层厚度均匀。填筑土石料高出水面0.5～1.0m后采用不小于10t的振动碾碾压，施工时应平行于围堰轴线方向进行，相邻两段交接带碾迹彼此搭接，垂直碾压方向搭接带宽度不小于0.3～0.5m，顺碾压方向搭接带宽度不小于1～1.5m。

围堰采用土工膜防渗，规格为两布一膜，围堰填筑上游坡达到1∶2～1∶2.5时铺设土工膜，土工膜向上游延伸至设计堰脚外5m，两端与溢洪道岸坡连接处亦延伸至设计堰脚位置，土工膜上覆土工袋装石渣压牢，采用船舶、挖掘机将土工袋抛至预定位置。

2.3 施工排水

围堰填筑后，应尽快开启闸门排除堰内积水。基坑内积水排干后，即可进行经常性排水。经常性排水主要为围堰渗水，采用明排方案，在围堰下游坝脚外开挖排水沟，排水沟内设集水井，用电动潜水泵将集水井内水排至水库内。施工降排水包括：基坑的积水排除、基坑渗水和基坑四周降雨汇入的积水，各施工场地的降雨排除，基槽开挖降低地下水等。

2.4 围堰维护及遇汛抢险措施

围堰在日常运行中，应安排专人进行日常维护，保证围堰的安全运行。为确保在汛期提前或突遇大雨的情况下围堰的安全，应制定相应的措施。一是设立观测点，观测上游围堰的相对位移和沉降。及时收集当地气象、水文资料，定期观测围堰外的水位变化和围堰的位移、沉降，做好记录，制成图标，分析其变化规律。二是建立防汛组织。成立以项目负责人为组长，其他各部门、作业队负责人参加的应急防汛领导小组，进行统一指挥，统一调度。三是备足防汛物资。四是做好防汛抢险工作。施工期内若遇不可预测的自然灾害或发生超标准洪水时，在做好安全防护的同时，积极主动做好抢险和泄洪导流工作。

2.5 围堰拆除

围堰拆除应从溢洪道左岸端向右岸拆除，围堰拆除时，先关闭新闸门，用水泵向围堰内注水至与围堰外水位相同的净水平衡状态，用挖掘机拆除，从左岸向右岸装载自卸汽车运输，弃土运至围堰填筑取土区。

3 结语

萌山水库溢洪道闸门更换施工围堰工程已按建设要求完成了工程任务，通过实践验证效果来看，本围堰设计方案简单可行，施工方便，施工期短，投资较少。围堰在运行过程中结构稳定、截渗效果好、抗风浪性强、安全可靠。