高升桥水库扩建工程上游围堰方案优化设计

金连军

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司,成都 610072)

1 工程概况

荣昌区高升桥水库扩建工程是一座兼具城乡供水、农业灌溉等综合任务的中型水利工程。工程扩建后,水库正常蓄水位327.00 m,总库容1187万m3,年新增供水量736万m3。该工程由枢纽工程和输水工程两部分组成,枢纽工程包括主坝、副坝(1#、2#)、取水建筑物、上坝公路及管理房。枢纽工程利用两枯进行施工,枯水期采用围堰挡水、明渠过流的方式进行导流,汛期主坝基坑过流(围堰为过水围堰,汛期不拆除),主坝暂停施工。

2 度汛方案

2.1 度汛标准

根据高升桥水库扩建工程施工进度安排,2020年输水工程已完工,2021年施工期度汛仅涉及枢纽工程。按照中华人民共和国《防洪标准》(GB 50201-2014)及《水利水电工程施工组织设计规范》(SL 303-2017)等规范要求,参考各建筑物的设计洪水标准,该工程2021年施工期防洪度汛标准为:

(1)交通工程:施工临时道路及贝雷桥采用10年一遇度汛标准。

(2)临时营地:防洪度汛标准采用20年一遇。

(3)导流工程:本工程导流建筑物为5级临时建筑物,2021年施工期临时度汛标准采用10年一遇。

(4)施工临时设施:所有施工场地(含施工临时设施)的设计洪水标准均采用10年一遇。

2.2 度汛措施

原初设阶段工程采用围堰挡水、明渠导流的导流方式,导流时段为11月-次年4月,导流建筑物只拦挡、宣泄枯期流量。导流建筑物包括上游围堰、下游围堰和左岸导流明渠。

受前期移民工程影响,主体工程开工时间较原设计延期3个月,2021年汛前大坝混凝土计划浇筑至317.00 m高程。按照中华人民共和国《防洪标准》(GB 50201-2014)及《水利水电工程施工组织设计规范》(SL 303-2017)等规范要求,参考各建筑物的设计洪水标准,高升桥水库扩建工程2021年施工期临时度汛标准选为10年一遇,流量698 m3/s。明渠泄流能力有限,单独泄流不能满足度汛要求;同时上游水位受2#贝雷桥桥面高程324.00 m限制,上游围堰需参与度汛。

3 围堰优化设计

3.1 水力计算

泄流能力计算根据《溢洪道设计规范》(SL 253-2000)附录A宽顶堰泄流能力的公式进行计算。

式中,Q为流量, m3/s;B为总净宽,m;m为流量系数,取值0.30、0.32;H0为记入行近流速的堰上水头,m;ε为收缩系数,堰顶泄槽宽度基本一致,这里取ε=1。

经水力学计算(见表1),上游围堰堰顶高程要降低至319.50 m高程,与导流明渠联合泄流,方能满足2021年施工期临时度汛要求。

表1 高升桥水库扩建工程2021年度汛水力学计算结果

根据2021年度汛水力学计算结果,导流明渠与上游围堰联合泄流水位流量关系见表2。

表2 导流明渠与上游围堰联合泄流水位流量关系

3.2 优化设计

根据水力学计算数据,结合相似工程案例分析[1-2],汛期围堰过流高程选取319.5 m较为合理,故上游围堰堰面C20混凝土护面保护将由原设计的322.2 m高程降低至319.5 m高程,高压旋喷灌浆高程也随之降至319.5 m,319.5 m高程以上堰体采用黏土填筑(自溃式子堰)。2021年1-4月主体工程干地施工,上游围堰挡水,由导流明渠单独泄流。汛期根据上游水情预报,当流量低于30 m3/s时,由导流明渠单独泄流;当上游水位超过322.2 m高程时,子堰自溃,由导流明渠与上游围堰(堰顶高程319.5 m)联合泄流,流量698 m3/s时上游水位323.24m,导流明渠(桩号0+010.00 m～0+177.83 m)渠身水深2.2～1.92 m,满足施工期临时度汛要求。上游围堰优化设计后典型剖面见图1(图中尺寸以mm计)。

图1 上游围堰典型剖面

4 投资对比分析

上游围堰通过优化设计,后经汛期两次洪峰过流验证,围堰安全稳定;优化后围堰投资减少,为工程建设节约了资金,同时也保证了工程的施工进度,资金节约情况见表3。

表3 围堰优化投资对比分析

5 结语

高升桥水库扩建工程上游围堰方案经过优化设计,降低堰顶过流高程,顺利完成导流明渠与上游围堰联合泄洪任务,并经受住两次洪峰考验,也实现了安全度汛目标,这说明设计方案优化是可行的。该优化设计既为工程建设节省了投资,工期又得到了保证,并赢得业主单位的高度赞同与肯定。