大同市守口堡水库施工导流方式的研究

闫 磊 王学武

（1.山西省晋中市水利建筑工程总公司山西晋中030600；2.山西省水利水电工程建设监理有限公司山西太原030002）

1 项目概况

大同市守口堡水库位于阳高县黑水河上游段，守口堡水库是我国设计的第一座用于永久工程的胶凝砂砾石坝，坝顶长366 m，最大坝高61 m。泄水建筑物集中布置于坝体，坝体中部设有6 孔净宽9 m 的溢流表孔，4 孔冲沙泄流底孔对称布置于溢流表孔两侧，断面尺寸为4.0 m×4.8 m。设计总库容980 万m3，工程等别为Ⅳ等，主要建筑物为4 级，次要建筑物为5 级，临时建筑物5 级，洪水设计标准选定重现期为50年一遇，校核标准重现期为500年一遇。地震设防烈度7度。坝址区河谷为“U”型谷，河谷宽约220.0 m，地形较平坦。两岸山势陡峻，右岸边坡较陡，坡度50°，左岸边坡相对较缓，坡度29°。

2 设计导流方式

2.1 导流标准

守口堡水库属小(1)型水库，工程等别为Ⅳ等，枢纽工程主要建筑物级别为4 级，次要建筑物级别为5级，根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2004）的规定，导流建筑物级别为5 级，设计洪水按P=10%标准设计。导流时段为全年，相应流量466 m3/s。

2.2 导流设计

设计的导流方式为：全断面导流、上下游修建全断面土石围堰，下接消力池、导流明渠、导流洞泄流。

上游围堰位于坝址上游约1.1 km 处，围堰处河床及河漫滩宽272 m，河床段地面相对高程5～7 m，河漫滩地面相对高程7～8 m。围堰两岸为裸露基岩，河床地下水水位相对高程4.0～5 m。围堰为砂卵石土石围堰，上游围堰长275.8 m，堰顶相对高程20.4 m，堰顶宽度5 m，最大堰高15.0 m。迎水面边坡1∶2.0，背水面边坡1∶1.8，迎水面采用干砌石护坡，围堰堰体防渗采用土工膜，堰基采用高喷防渗。

下游围堰长91.9 m，堰顶相对高程为3.0 m，顶宽3 m，最大堰高4.0 m，上游边坡1∶1.5，下游边坡1∶2.0，迎水面采用编织袋土防渗，堰基不考虑防渗。

消力池长50 m，底宽4 m，最大深度8 m，采用钢筋混凝土防渗。

导流明渠长800 m，底宽4m，深度4～12 m，采用铅丝石笼护砌、土工膜防渗。

导流隧洞布置于河床右岸，断面为城门洞型，底宽7 m，高8.02 m。总长度为310 m，进口底相对高程7.0 m，出口底相对高程4.0 m。

2.3 导流工程费用

按照设计的导流方式，计算的导流措施费用如下：上游围堰费用为500 万元，下游围堰费用10 万元，消力池费用250 万元，导流明渠费用580 万元，导流洞679 万元。总费用2 019 万元，占主体标费用的12.1%，详见表1。

表1 工程总费用 单位：万元

2.4 问题分析

守口堡水库属小（1）水库，工程导流费用占主体费用的比例偏高。如果计入改线公路费用730 万元、主体临建费用860 万元，临时费用占主体标费用的比例将高达21.6%，因此，如何尽可能地降低临时费用在主体标费用的占比，就成为摆在建设管理者面前的一个难题。

3 建议导流方式

守口堡水库大坝工期3年，实际工期估计6年。在这样的工程进度下，采取分期导流的方式，也不失为一个值得认真考虑的建议。

3.1 可行性研究

守口堡水库坝址区河谷为“U”型谷，河谷宽约220.0 m，地面相对高程4～10 m，地形较平坦，具有分期导流的地形条件。其次，根据设计计算的洪水分析成果及坝址处水位——流量关系见表2、表3。

表2 洪水分析成果表

表3 守口堡水库坝址处水位-流量关系

从表2 可知：洪水按P=10%标准设计，洪峰流量约为450 m3/s，采用半河宽度泄流时，洪峰流量增加一倍按900 m3/s 考虑。从表3 可知：洪峰流量1 000 m3/s时的洪水高度为2.3 m。考虑一定的安全系数，围堰高度采用4 m，完全能满足P=10%洪水频率、全时段导流、相应流量900 m3/s 的要求。

采用分两期导流方式时，可围绕开挖基坑先修筑左岸（或右岸）的纵横向围堰，围堰迎水面仍采用干砌石护坡、土工膜防渗的砂卵石土石围堰，只是高喷防渗墙工程量是原设计的2.3 倍，围堰长度是原设计的2.3 倍。

3.2 费用分析

围堰顶宽按4 m 设计，坡度同原设计时，费用总测算为：830 万元。其中：围堰填筑29 800 m3，费用454 450 元；50 cm 干砌石2 800 m3，费用336 000 元；土工膜2 800 m2，费用44 772 元；30 cm 碎石垫层1680m3，费用186 127 元；20 cm 粗砂1 120 m3，费用89 801 元；高喷10 280 m，费用5 806 555 元；合计669.7 万元，按20%增加费用计830 万元。

3.3 带来的问题

原设计胶凝砂砾石坝，坝体不设横向缝。分期导流施工后，坝体需要设计一道横向缝。胶凝砂砾石坝不设计横缝主要是考虑到胶凝砂砾石水泥用量很少，仅40～50 kg/m3，水化热很低，因此不需要设置横缝以释放坝体的温升应力及变形。但笔者认为：胶凝砂砾石坝即使温度应力低，也有必要设计横缝，因为守口堡胶凝砂砾石坝坝顶长350 m，大坝建成后的坝基变形以及胶凝料的干缩变形，都有可能使坝体产生较大的应力，产生坝体裂缝，因此，胶凝砂砾石坝设计横缝是必要的。

4 方案比较

对比两个导流方案可知：“建议方案”由于采用了分期导流，节省了消力池、导流明渠、导流洞的费用，一期导流结束时，可以利用大坝的底孔进行二期的泄流，或者，利用一期坝体填筑至和地平面高程一致时漫顶过流。

对比两个导流方案的费用可知：建议方案”费用830 万元，而原设计导流方案费用为2 019 万元，节省费用1 189 万元。节省比例58.8%，导流工程费用占主体标费用降低为4.96%；即使计入改线公路费用730万元、主体临建费用860 万元，临时费用占主体标费用的比例也将降低为14.4%；同时，胶凝砂砾石坝横缝的设计，也有利于避免坝体横向裂缝的产生。

5 结论

守口堡水库胶凝砂砾石坝坝址具有分期导流的良好地形条件，通过对原设计导流方案的技术经济分析，得出：原设计导流方案偏于保守、标准高，造成了导流工程费用占主体标工程费用的比例高达12.1%；如果计入公路改线及主题临建费用，临时费用占主体标费用的比例将高达21.6%；在此基础上，提出了分期导流施工的新方案，通过对分期导流施工新方案的技术经济分析，得出：新导流方案技术上是可行的、经济上是合理的，新方案的费用仅830 万元，而原设计导流方案费用为2 019 万元，节省费用1 189 万元。节省比例58.8%，导流工程费用占主体标费用降低为4.96%；即使计入改线公路费用730 万元、主体临建费用860 万元，临时费用占主体标费用的比例也将降低为14.4%；最后，对胶凝砂砾石坝提出了设计横缝的新建议。