嘉陵江巨亭水电站围堰优化设计

张晓君 李 帅

（湖南省水利水电勘测设计研究总院 长沙市 410007）

1 工程概况

巨亭水电站位于陕西省宁强县境内嘉陵江干流，坝址位于宁强县巨亭镇上游5 km处，该电站上游为荷叶坝水电站，下游为阳平水电站。正常蓄水位599.0m，总库容3 265万m3，是一座以发电为主的Ⅲ等中型水利水电枢纽工程。

枢纽建筑物从右至左依次布置为：右岸副坝、泄洪闸坝段、电站厂房、安装间和左岸副坝。泄洪闸、副坝、发电厂房及开关站等主要建筑物为3级建筑物，次要建筑物为4级建筑物。电站厂房布置2台单机容量16MW和1台单机容量8MW的贯流式水轮发电机组，总装机40MW，机组满发引用流量257m3/s；泄洪闸布置在河床偏右侧，共5孔，孔宽13.0m，堰顶高程 577.0m，闸顶高程 602m，1#～4#孔采用WES实用低堰，5#孔采用平底闸。该工程于2010年开工建设，湖南省水利水电勘测设计研究总院2011年中途续接本项目的技施设计。

2 原导流设计

（1）导流方案。巨亭水电站采用一次拦断河床隧洞导流方案，导流洪水重现期为5年，导流时段选用11月～次年4月，相应导流流量为Q20%=417m3/s。导流隧洞位于河床左岸，进口底板高程576.0m，出口底板高程575.0m，隧洞长295.87m，断面型式为城门洞型，净断面尺寸（宽×高）为6.5m×6.5m。

施工程序及进度安排如下：

2011年11月进行河床截流，截流后进行围堰加高培厚、基坑开挖、两岸副坝、泄洪闸和电站厂房混凝土浇筑施工，枯水期河水由导流隧洞下泄。

2012年汛期基坑过水，汛前拆除上、下游枯期围堰，汛期基坑内不安排主体工程施工，汛后继续进行混凝土浇筑施工及金属结构安装。

2013年汛前完成泄水闸土建工程及闸门安装，厂房进、尾水口完成下闸封堵。2013年汛期由厂房进出口闸门挡水，进行机组安装，在2013年底首台机组投产发电。

（2）围堰设计方案简介。原设计方案中围堰采用枯期不过水土石围堰，导流时段选用11月～次年4月，相应导流流量为Q20%=417m3/s。上游围堰堰顶高程592.0m，下游围堰堰顶高程579.5m，河床底部高程575.0m。

上游围堰堰基采用高压旋喷灌浆防渗，堰体采用高压旋喷灌浆加复合土工膜防渗，堰顶宽度8.0m，最大堰高17m。要求在2012年3月底上游围堰填筑至592.0m顶高程，满足4月挡水要求。下游围堰仅4.5m高，设计顶宽6.0m，堰体及堰基均采用高喷灌浆防渗。

在2012年5～10月的汛期不安排枢纽施工，为防止汛期洪水淘刷上游库区右岸宝成铁路的路基，确保路基边坡稳定，设计在2012年5月洪水来临前将本工程上、下游围堰全部拆除至原河床高程，避免洪水冲击基坑和抬高库区洪水位，库区宝成铁路度汛标准按100年一遇全年洪水考虑。设计在2012年汛后再进行河床截流恢复上游围堰。

3 围堰优化设计

由于嘉陵江洪水特点是涨水快，退水慢，峰高量大，年最大流量在4～10月都有发生，大洪水多发生在6月下旬~9月，11月至次年4月为枯水期，5~10月为汛期。全年5年一遇洪水流量高达3 970m3/s，洪枯比大，汛期基坑内组织施工所采用的导流措施费用巨大，因此本工程汛期不安排基坑内主体工程施工。附表为坝址分期设计洪水成果表。

附表 坝址分期设计洪水成果表 m3/s

技施阶段我们对原围堰设计方案进行了分析研究，对上游围堰结构型式进行设计复核，建议将上游围堰优化为过水围堰，下游围堰过水后恢复工程量较小，因此下游围堰结构形式维持原设计方案。

原导流设计方案中围堰挡水标准为11月～次年4月5年一遇洪水，相应流量为Q20%=417m3/s，围堰设计顶高592.0m。若选择11月～次年3月时段5年一遇洪水，流量仅为Q20%=127m3/s，上游围堰堰前水位为582.0m，围堰只需修筑至583.0m高程。为挡4月份一个月的洪水，需将围堰从583.0 m加高至592.0m，加高所需工程量及投资偏大，但由于工程为枯期施工，工期较为紧张，若完全放弃4月份的施工时间又会对工程进度或施工强度带来一定的不利影响，综合考虑后设计建议在母堰上设置子堰，将围堰堰顶高程设为589.0m，按导流隧洞泄流能力，上游过水围堰可挡350m3/s的来流量。

将上游围堰优化为过水围堰的主要依据如下：

（1）在《水利水电工程施工组织设计规范》中，规定有采用过水围堰的型式，在湖南、广西、贵州、四川等地的中小型水电工程中均有采用土石过水围堰的成功先例。

（2）按照SL 303-2004《水利水电工程施工组织设计规范》规定，本工程导流建筑物为5级，过水标准可按全年5年一遇洪水3 970m3/s设计，扣除导流隧洞泄流后，堰顶过流量约3 600m3/s，堰顶长约105m，则其单宽流量约34m3/s/m，其过水流量和过堰流速，在对过水围堰堰面采用混凝土护面防护后是可以控制的，因此本工程上游围堰采用过水围堰在技术上是可行的。

（3）改为过水围堰后，母堰顶高583.5m，当遭遇全年5年一遇洪水3 970m3/s流量时，上游围堰堰前水位590.5m，下游水位585.0m；当遭遇全年10年一遇洪水5 420m3/s流量时，上游围堰堰前水位592.5m，下游水位586.8m；而本工程正常蓄水位599.0 m，施工期受影响的部分宝成铁路路基可在2012年汛前完成防护施工，因此，在设计过水标准下不会因为改建过水围堰而对上游库区宝成铁路造成大的破坏。原设计采用汛期拆除围堰的方案，一个重要原因是考虑保证宝成铁路100年一遇的度汛标准，湖南水电院认为100年一遇的标准是对于长期运行而言的，对于本工程仅1~2年的短期施工时间内度汛标准可适当降低。

（4）原方案中计划在2012年汛前将围堰全部拆除至原河床高程，采用过水围堰可减少围堰拆除工程量，更可减少2012年汛后围堰恢复的工程量，2012年汛后不需要再进行截流与高喷灌浆防渗等，减少工程投资。经经济分析，虽然改为过水围堰后增加了过水围堰保护的投资费用，但减少了围堰拆除的费用、围堰二次截流恢复以及二次高喷灌浆及修筑的费用，也可解决二次修筑围堰时料源不足的问题，在经济上是合理的。

（5）本工程施工工期非常紧张，洪水期基本不安排基坑施工，第一个枯水期（即2012年汛前）主要进行基坑开挖与厂房、泄水闸等底板混凝土浇筑；第二个枯水期（2012年11月至2013年4月）要求完成全部5孔泄水闸施工，厂房进、尾水门下闸具备挡水条件。将上游围堰改为过水围堰后汛后可直接进行基坑排水恢复生产，不需再进行河床截流及围堰高喷灌浆等，可最少节约直线工期2个月，确保2013年汛前完成5孔泄水闸施工，使泄水闸在2013年汛前具备挡水条件。

基于以上分析，对原围堰方案和现过水围堰方案综合比较，显示围堰采用过水围堰方案后对工程投资、施工难度、施工进度等各方面都是有利的。

4 结 语

本次巨亭水电站上游围堰已按优化后的设计结构型式进行施工，且已经经过了2012年汛期洪水的检验。上游过水围堰母堰防护采用0.7m厚混凝土护面，背水面边坡1∶2.5，背水面579.0m处设5.0m宽平台，经过2012年汛期洪水后，上游围堰母堰基本无破坏，过水效果较好，在节省工程投资的同时有效地节约了施工工期，为2012年汛后的生产恢复工作提供了有利的保障。

嘉陵江是长江的一级支流，嘉陵江上游陕西境内共规划16个梯级，目前正在各方努力下积极开发建设，对于这种洪枯比大、河床相对狭窄的河流，采用枯水期导流是较好的选择；同时在考虑过水围堰对库区重要设施的洪水雍高临时性影响时，应注意不宜采用其永久运行状态下的设计洪水标准。