荒田沟水库施工导流方案优化与施工

杨玉友

(贵州同源建设工程有限公司，贵阳，550000)

1 概述

1.1 工程概况

荒田沟水库位于贵州省黔南州瓮安县珠藏镇新华村境内，坝址以上集雨面积15.4km2，多年平均径流量488万m3，多年平均流量为0.156m3/s。总库容350万m3，工程等别为Ⅳ等，工程规模为小(1)型。水库主要任务是为瓮安县江界河镇乌江以北片区和珠藏镇农村供水。荒田沟水库工程由枢纽建筑物、取水输水建筑物、引洪建筑物三部分组成，工程总体布置为堆石混凝土重力坝+坝顶开敞式溢洪道+坝身放水建筑物+库内泵站+上水管道+高位水池+输水管道+引洪拦水坝+引洪隧洞等。荒田沟水库大坝坝轴线长130.675m，坝顶宽6.00m，最大坝高50.50m，坝底最大宽度43.40m。

挡水建筑物、泄洪建筑物等主要水工建筑物为4级建筑物，次要建筑物及临时性水工建筑物为5级建筑物。大坝挡水建筑物设计洪水标准30年一遇，校核洪水标准200年一遇；输水建筑物设计洪水标准10年一遇，校核洪水标准20年一遇；临时建筑物设计洪水标准5年一遇。

1.2 水文特性

水库坝址集雨面积15.4km2，河长8.4km，比降4.709%。

水库设计流域河流属山区雨源型河流，洪水由暴雨产生，洪水特性与暴雨特性基本一致，坝址处河流具有陡涨陡落的特点。流域一般5月份进入汛期，10月份结束，年最大日降水量主要集中在5-10月，占75%左右。

1.3 导流标准

大坝最大坝高50.5m，总库容350万m3，属小(1)型水库，大坝为4级建筑物，根据《水利水电工程施工组织设计规范》规定，相应导流建筑物为5级[1]。

水库大坝导流及度汛标准为：

(1)导流洪水设计标准采用枯水期5年一遇(P=20%)洪水[2]；

(2)大坝施工度汛标准采用10年一遇(P=10%)全年洪水[2]，度汛流量为63m3/s。

2 初步设计阶段施工导流方案

初步设计阶段采用一次拦断河床，上、下游土石围堰挡水，右岸导流涵管(DN800双壁波纹管)结合坝体881.00m高程预留导流底孔(2.5m宽×2.5m高)导流的方式。大坝河床以下高程浇筑时，采用安装在884.00m高程的导流涵管导流；当坝体浇筑出河床，完成导流底孔施工后，拆除涵管改为坝体预留底孔导流。导流涵管导流时段为10月至次年2月，相应导流流量为11.7m3/s；导流底孔导流时段为2月至4月，相应的导流流量为5.91m3/s。汛期采用大坝临时挡水，大坝预留底孔过水，遇超标准洪水时，坝面临时过水。设计度汛标准为10年一遇洪水，洪峰流量63m3/s，度汛时段为5-10月。

3 施工阶段施工导流方案优化

3.1 施工难点

(1)进场后通过对河道内水流的观察，尤其是2020年10月份及2021年2月份河道内水流量情况，并非处于断流状态。据此推测，余遵高速长寿坝大桥在下游河床段修建的桥墩基础处理时可能对溶蚀通道有所堵塞，施工期水流量将与初步设计阶段发生较大变化。

(2)由于受库内移民搬迁、村组土地产权纠纷等影响，项目实际开工时间较初步设计阶段晚了5个月，虽然大坝开挖阶段通过采取合理措施赶回来部分工期，混凝土浇筑施工仍比初步设计阶段推后三个半月左右。实际导流时段较初步设计阶段发生较大变化。

3.2 导流建筑物优化设计

经施工单位研究、建议，设计单位复核，参建各方讨论同意，将原DN800双壁波纹管调整为壁厚6mm的钢板加工成型的U型导流槽。同时，根据U型导流槽现场安装条件，结合上、下游围堰可能过水的实际情况，对原上、下游围堰结构形式、断面尺寸等进行适当调整，详见图1。

图1 调整后的上、下游围堰及U型导流槽平面布置示意

3.2.1 上、下游围堰

根据贵州省黔南州水利水电勘测设计院2019年12月编写的《瓮安县荒田沟水库工程初步设计报告》[3](以下简称“初步设计报告”)中水力计算，上游围堰的堰顶高程应比原导流涵管进口中心高程高1m，调整后U型导流槽进口安装高程为884.00m，考虑安全超高0.5m，故上游围堰堰顶高程调整为885.50m。

上游围堰884.00m高程以下，沿着围堰中心线抽槽采用粘土填筑防渗心墙；884.00m高程以上采用粘土填筑心墙，外侧堆筑石渣，然后在围堰上、下游坡面及顶部设φ6.5@150mm×150mm钢筋网，喷射10cm厚C20混凝土，以防遇超标准洪水时冲刷围堰。

下游围堰同样采用粘土填筑心墙，外侧堆筑石渣，然后在围堰上、下游坡面及顶部挂设φ6.5@150mm×150mm钢筋网，喷射10cm厚C20混凝土，以防遇超标准洪水时，基坑过水冲刷围堰。上下游围堰断面示意见图2。

图2 上下游围堰断面示意

3.2.2 导流槽(替代原初步设计报告中的导流涵管)

根据初步设计报告，荒田沟水库大坝基坑开挖及河床以下坝体混凝土浇筑在12月至次年2月进行，而在实际施工阶段，由于征地搬迁及村组土地纠纷导致开工滞后，大坝基坑及河床以下混凝土浇筑将在3-5月进行，导流时段发生变化，原DN800双壁波纹管将不能满足导流要求。

受地形限制，原双壁波纹管安装位置距离基坑较近，基坑开挖过程中的爆破飞石容易损坏双壁波纹管，且损坏后修复难度较大，考虑将双壁波纹管更换为钢制过水结构。通过对比分析，采用底部为半圆形的U型断面，在水力学上具有糙率低、水流稳定、水流速度快，在相同的过水断面面积情况下过水流量比其他断面型式大等优点，且便于快速施工。采用优化后的钢制U型导流槽(断面尺寸详见图3)后过流断面面积为1.33m2，在其他过流条件不发生变化的情况下，过流面积较原初设报告中导流涵管过流面积大大增加(原DN800mm涵管过流面积为0.50m2)，通过计算过流能力满足要求。

图3 U型导流槽细部结构

3.2.3 导流底孔

在坝体浇筑至高程880.50m时预留3.0m×3.0m(宽×高)导流底孔(坡降2%)。根据设计单位复核，坝前最高水位为884.85m。汛期来临之前，将坝体混凝土浇筑至高程884.85m以上，即可满足度汛要求。

4 导流建筑物施工

4.1 导流槽施工

导流槽进口高程884.00m，出口高程882.00m，按照1.5%的纵坡布置。

坝基884.00m～874.00m梯段爆破后，在坡面上人工使用电镐开挖1m宽水平平台，浇筑20cm厚的C15找平混凝土作为U型导流槽的基础(与U型槽接触部位做成与U型槽对应的弧形)。U型导流槽采用1.5m(长)×3m(宽)×6mm(厚)钢板在厂家加工成型后运输至现场进行安装，U型导流槽进口安装成扩散喇叭口状。U型槽接头采用点焊对接，点焊长度2cm，间距50cm，对接缝隙采用泡沫胶密封。跨齿槽段采用DN150钢管和∠75角钢焊接支架作为支承。为保证U型槽过水时稳定，在内侧边坡上按照间距1.5m施打插筋(C25、L=1m，入岩0.85m)后采用C12钢筋作为拉筋将U型槽上口两侧焊接固定牢固。

4.2 下游围堰施工

下游围堰采用反铲挖掘机开挖至基岩，采用粘土填筑心墙(顶宽1m，两侧1∶0.5放坡)，外侧堆筑石渣(单侧顶宽2m，1∶1.5放坡)，采用反铲挖掘机进行填筑、平整、压实，填筑分层按照60cm控制，反铲挖掘机碾压密实，然后在围堰上、下游坡面及顶部人工挂设φ6.5@150mm×150mm钢筋网，喷射10cm厚C20混凝土。

4.3 上游围堰施工

(1)884.00m高程以下：沿着围堰中心线在原河床基础上向下开挖抽槽，抽槽底宽1.5m，两侧坡比1∶0.5，抽槽深度达到基岩，然后在泵站顶部交通桥桥台附近挖取粘土，自卸汽车运输至工作面，采用反铲挖掘机进行填筑、平整、拍击紧密，填筑分层按照60cm控制。

(2)884.00m高程以上：采用粘土填筑心墙(顶宽1m，两侧1∶1.5放坡)，外侧堆筑石渣(单侧顶宽2m，1∶1.5放坡)，采用反铲挖掘机进行填筑、平整、压实，粘土填筑分层按照60cm控制，反铲挖掘机碾压密实，然后在围堰上、下游坡面及顶部人工挂设φ6.5@150mm×150mm钢筋网，喷射10cm厚C20混凝土。

4.4 导流底孔施工

坝体混凝土浇筑过程中，在坝0+62.40m桩号处预留导流底孔，导流底孔进口底板高程880.50m，导流底孔断面尺寸为3m×3m(宽×高)，导流底孔底板、侧墙及顶拱边线外0.5m范围内浇筑C15自密实混凝土，混凝土随着坝体堆石混凝土同步浇筑。在底孔大坝上游预留封堵闸门槽。导流底孔顶拱采用φ48钢管搭设满堂脚手架作为模板支架，立杆间距1m(纵向)×0.75m(横向)，横杆步距0.8m，立杆顶部安装调节丝杆，2根φ48钢管作为纵向围囹，3cm×5cm方木条作为横向围囹(间距0.3m)，模板采用1cm厚的木板。

4.5 导流槽及围堰拆除

2021年5月中旬，坝体预留导流底孔形成，达到过水条件，拆除了布置在大坝右岸884.00m高程的U型导流槽和原河床以上部分上、下游围堰。

4.6 导流底孔封堵

导流底孔拟选定在2022年4月进行封堵。封堵设计流量采用初步设计报告中的5年一遇、月平均流量0.1m3/s。临时封堵采用叠梁闸门，在导流缺口处下闸。

4.6.1 导流底孔封堵施工程序

进口闸门制作、养护→进口闸门下闸→导流底孔内混凝土凿毛→堵头模板安装→封堵混凝土浇筑→回填灌浆。

4.6.2 封堵长度

导流底孔采用二级配C20微膨胀混凝土分段封堵，第一段为进口以下5m，第二段为15m，剩余段(长18.60m)作为第三段。封堵混凝土浇筑时，顶部预埋回填灌浆管，待封堵混凝土达到设计强度的75%以后，进行回填灌浆。

4.6.3 混凝土浇筑

待进口闸门下闸后，进行导流底孔孔内混凝土浇筑。混凝土浇筑前，人工使用电镐对原混凝土进行凿毛处理。堵头模板采用1cm厚木模板拼装，φ48钢管作为纵横向围囹，间距75cm，在待浇筑仓号内底板、侧墙及边墙混凝土中施打插筋，采用φ12圆钢内拉加固，堵头模板顶部预留80cm×80cm进人孔，待混凝土浇筑至进人孔底部时再行封堵。混凝土采用泵送入仓，φ50软轴插入式振捣棒振捣密实。

5 结语

荒田沟水库工程由于受库内移民搬迁、村组土地产权纠纷等影响，造成工程开工即面临抢工期、保度汛的问题，通过对施工期导流方案进行优化，解决了工程导流及度汛问题，保证了工程施工安全，经济效益上以较小的成本取得了不错的建设投资效益，同时为主体工程施工争取了宝贵时间。