狼猫山水库除险加固工程施工导流设计

董德学 ，王永强 ，张 超

（1.潍坊市水利建筑设计研究院，山东 潍坊 261031；2.山东省水利勘测设计院，山东 济南 250014）

狼猫山水库位于济南市历城区东南部的小清河支流巨野河上，控制流域面积82 km2，总库容1 560万m3，兴利库容1 093万m3，死库容160万m3，是一座以防洪、供水为主，结合灌溉、养殖等综合效益的中型水库。水库枢纽工程主要由大坝、溢洪道（闸）、放水洞组成，建设时受当时经济技术条件的限制，工程遗留问题较多。除险加固工程的主要内容包括：大坝加固工程、溢洪道（闸）加固改造工程、放水洞加固改造工程和管理设施工程等。

1 导流条件

1.1 地形地貌

场区地形属鲁中南构造侵蚀中低山丘陵区，强～弱切割侵蚀溶蚀、剥蚀溶蚀中低山丘陵亚区。水库三面环山，山体坡度一般为10°～35°，较为陡峭，所处河床均呈V字形河谷，下游相对地势较为平坦，为冲积扇区，地面高程150～162 m。水库所处地理特点决定了水库周边无其他泄水通道，只能利用水库自身的泄水建筑物泄流。

1.2 水文气象

狼猫山水库流域属暖温带半湿润大陆性季风气候，多年平均降水量713.8 mm，年际变化较大，最大年降雨量为1 321 mm（1964年），最小年降雨量为400.6 mm（1968年），丰枯比为3.3。降水年内分配也不均匀，主要集中在汛期6～9月，多年平均汛期（6～9月）降水量526.4 mm，占多年平均降水量的73.7%，因此主体工程施工宜安排在非汛期内。

1.3 工程设计

根据工程设计要求，本次除险加固需要对大坝、溢洪道（闸）、放水洞等建筑物进行改造，考虑到放水洞、溢洪闸为水库仅有的泄水通道，为了保证除险加固的顺利施工，还必须解决施工期内水库来水的下泄问题，因此合理划分放水洞、溢洪闸的施工工期，是确保导流工程成败的关键。

1.4 施工条件

现状彩石西路直接与水库坝顶道路相连通，可直接通往彩石中学、水库东岸的两岔河及塔窝等村，同时与济青高速南线彩石出口相接，交通流量很大，施工期间对外交通不能中断，是本工程最大的外部干扰。为减少对外交通对本工程的影响，施工企业可根据水库管理部门的要求，并结合设计内容新修筑一条对外交通道路，同时考虑到施工期间车流量对施工的影响，水库管理部门应结合交通部门采取限行分流的方式，为施工企业创造良好的施工环境。

2 导流标准和导流时段

根据 《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），确定狼猫山水库枢纽工程等别为Ш等，主要建筑物级别为3级，次要建筑物为4级。根据水利部《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2004）规定，根据本枢纽工程的级别、失事后果、使用年限，确定本工程导流建筑物（挡水建筑物）的级别为5级，相应洪水重现期为10～5年。施工过程中如遇超标准洪水，会对围堰及开挖基坑造成一定破坏，但对大坝安全及水库下游人民生命财产影响较小，因此，将本次除险加固工程导流洪水重现期定为5年。

本工程施工期间受库水位影响的工程项目主要包括：溢洪道（闸）及放水洞加固等工程。根据工程设计，溢洪闸闸前现状底高程181 m，现状放水洞底高程约为161.83 m。为加快施工进度，减少临时工程投资，同时确保工程安全度汛，本工程主体工程宜安排于10月至次年5月非汛期内施工，其中：溢洪道（闸）工程施工时段为11月至次年4月，放水洞加固工程水下部分施工时段为1～4月。

3 导流流量及施工期水位

3.1 溢洪道（闸）加固工程

溢洪道 （闸）加固工程的导流时段为的11月～次年4月，按现状闸前底板高程181 m起调，利用现状放水洞导流，经计算，5年一遇最高库水位为181.18 m。

3.2 放水洞加固工程

根据实测资料现状水库的底高程为164.5 m，同时为了保证水库放水后所能达到的库水位，确定放水洞加固施工期间的起调水位为166 m，即现状测量库底高程164.5 m+1.5 m。

放水洞加固工程的导流时段为1～4月，按汛末水库放水后，水位在库水位为166 m时起调，施工期间在放水洞进口处修筑临时挡水围堰，上游来水全部蓄存于库内，经计算，5年一遇最大来水量所对应的库水位为171.41 m（扣除各种损耗后的水位）。

4 导流方式

4.1 溢洪道（闸）加固工程

溢洪道（闸）加固工程安排在非汛期11月～次年4月施工，按现状闸前底板高程181 m起调，利用现状放水洞泄流，根据水文计算成果，施工导流期内5年一遇最高库水位为181.18 m。

鉴于溢洪道（闸）加固工程施工期间5年一遇最大洪水对应的最高库水位为181.18 m，仅比现状闸前底板高程181 m高0.18 m，5年一遇最大洪水来水量相对较小，施工期间利用现状放水洞调蓄，即可控制闸前水位，确保溢洪道（闸）加固工程的干地施工。同时为了减少导流工程的工程量，减少临时工程投资，因此溢洪道（闸）加固工程施工期间不需再修筑临时挡水围堰。

4.2 放水洞加固工程

放水洞加固工程安排在非汛期1～4月，汛末水库放水后，在放水洞进口处修筑临时挡水围堰，上游来水全部蓄存于库内，根据水文计算成果，施工导流期内5年一遇最大来水量所对应的库水位为171.41 m，高于现状放水洞进口处底高程161.83 m，所以放水洞加固工程施工期间必须在现状放水洞前修筑挡水围堰。

5 导流建筑物设计

放水洞加固工程施工期间受水位影响较大，为保证其干地施工，因此需在洞前修筑临时挡水围堰。围堰顶高程按堰前正常挡水水位加安全超高（0.5 m）再加波浪爬高（0.67 m）确定，根据水文计算成果，施工期堰前挡水水位为171.41 m，围堰堰顶高程则为172.58 m。

放水洞进口处底高程为161.83 m，根据围堰顶高程知围堰最大堰高为10.75 m，最大水下高度为9.58 m，围堰填筑土料需从取土料场借土，土质类别为Ⅰ～Ⅱ。根据工程条件，直接填筑围堰水下边坡较缓，工程量大，且不利于围堰的边坡稳定，因此放水洞围堰填筑之前需要在放水洞进口处先期修筑一个抛石（碴）子堰。抛石（碴）子堰顶宽4 m，边坡1∶1.5，最大堰高约为4 m（子堰堰顶高程按起调水位+1 m确定），总长约150 m。子堰采用挖掘机配自卸车挖运管理区卸荷开挖石方及溢洪道（闸）加固工程平衡调配后剩余碴料填筑，待放水洞加固工程结束后和主堰体一起拆除，采用挖掘机配自卸车挖运至弃碴区内弃置。主要工程量见表1。

抛石（碴）子堰填筑完成后，短时期内可以保证主堰体的干地使用，应利用基坑无水的有利时机尽快填筑主堰体，同时为确保放水洞加固工程施工期间的安全，围堰填筑完成后还需储备部分碴料作为围堰的应急储料。主堰体顶宽6 m，边坡为1∶2.5，最大堰高约为10.75 m，总长约120 m，鉴于现状放水洞洞前水库淤积比较严重，为保证主堰体的稳定，需要将放水洞洞前淤泥清除至原土层。主堰体填筑土料除利用溢洪道（闸）加固工程平衡调配后剩余土料外，不足土方自取土料场借土，其中溢洪道（闸）加固工程平衡调配后剩余土料，采用挖掘机配自卸车自弃碴场内挖运；取土料场借土，采用挖掘机配自卸车挖运。待放水洞加固工程结束后，主堰体拆除土料全部采用挖掘机配自卸车挖运至取土料场内弃置。鉴于该土料的防渗性能较差，因此需要对主堰体的迎水坡进行防渗处理，根据各种防渗措施的优缺点，采用上游坡铺设复合土工膜防渗，膜上设编织袋装石碴护砌，护砌厚度按垂直边坡0.3 m计。主要工程量见表1。

表1 围堰填筑工程量

根据瑞典圆弧法计算围堰施工运行期稳定安全系数，经计算，围堰迎水坡稳定安全系数K值为2.38，围堰背水坡稳定安全系数K值为1.39，满足 《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2004）规定的V级土石围堰边坡稳定安全系数不小于1.05的要求。

6 结语

施工导流方案的成败直接影响主体工程施工，狼猫山水库根据自身的实际特点，围绕着水库自身泄水建筑物确定了合理的施工导流方式，同时还考虑了自然条件、施工条件及建筑物设计对导流方案的影响，但仅在理论上进行了分析，还应结合工程实际情况制定相应的处理方案，确保工程的顺利实施，保证工程质量。