水库电站导流设计
赖福梁 2006-02-15
摘要：连江县塘坂水库电站工程位于鳌江干流中游，电站总装机11MW，系福州第二水源工程的配套工程。施工导流设计结合工程总体布置采用两期导流，一期先围左岸，二期围右岸的导流方式。基础砂卵石覆盖厚达7～10m，为福建省所罕见。导流设计是施工组织设计的重点和难点。采用复合型围堰和多种防渗措施，有效控制渗流，大大节约投资。
关键词：导流设计 分期导流 复合型围堰 连江县塘坂水库电站
1. 工程概况
连江县塘坂水库电站工程位于鳌江干流中游，在山仔水库下游约7km，在连江县塘坂村下游3km，距福州市47km，距连江县城38km，坝址左岸有公路在贵安桥与福飞公路相接，对外交通方便。连江县塘坂水库电站是以发电为主，兼有供水等综合利用效益的河床式水电枢纽工程，电站总装机11MW，坝址以上流域面积为1701km2，水库正常蓄水位36.8 m，其相应库容766万m3。该工程系福州第二水源工程的配套工程，为福州市九五计划中重点基本建设项目。工程于1998年10月28日正式开工，2001年4月底首台机组发电，2001年7月底工程竣工，整个工程施工总工期为2年9个月。主要水工建筑物由拦河坝、厂房和开关站等组成。拦河坝顶高程39.8m，坝顶长226.3m，最大坝高27.3m。溢流坝段位于河床中部，上设4孔钢弧形闸门，孔口尺寸为16X12.5m，堰顶高程24.3m。厂房位于河床左岸。
2. 水文地质条件
坝址河谷较宽呈“U”型。岩性为侏罗统南圆组第三段流纹质晶屑凝灰熔岩。两岸山坡残积土夹碎石厚约2～5m。左岸风化程度较右岸深，尤其左岸河边一带风化较深。河床及漫滩阶地有卵石覆盖，厚约7～10m。
坝址控制流域面积为1701km2，坝区气候温和。坝址多年年平均流量59.9 m3/s，10月～4月为枯水期。施工洪水特性如下表。
时段 P(%) 10～12 11～1 10～3 10～4 11～4 全年 5 245 151 265 280 238 4900 10 197 133 242 244 213 3990 20 153 115 224 204 187 3360 33.3 123 103 155 179 167 2240 50 103 94 132 156 149 2180
时段
P(%)
10～12
11～1
10～3
10～4
11～4
全年
5
245
151
265
280
238
4900
10
197
133
242
244
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3990
20
153
115
224
204
187
3360
33.3
123
103
155
179
167
2240
50
103
94
132
156
149
2180
3. 导流标准、流量及导流方式
工程坝址处河床天然常水位为23.5m，相应的水面宽为90m。河道右侧有近60m宽的大片滩地，两岸岸边较缓，故具备分期导流条件。控制工期的关键项目为厂房工程，同时大部分施工辅助企业设在左岸，因此一期导流先围左岸2孔水闸和发电厂房，洪水由右岸明渠通过；二期围右岸2孔水闸及重力坝，洪水由已建的左侧2孔水闸通过。坝址处河床洪枯流量比约为10，汛期洪水较大，而上游山仔水电站系季调节水库，调节性能好，为减少施工难度，降低导流工程造价，施工导流时段采用枯水期10～4月。工程属Ⅳ等工程，主要永久建筑物为4级，相应的临时建筑物为5级。施工洪水导流标准为：洪水重现期10～5年（土石围堰）或5～3年（混凝土围堰）。坝址附近有大量的土料可用于围堰填筑，采用粘土围堰可降低导流造价，围堰结构采用土石围堰。由于厂房工程结构复杂，一期工程量大，施工期长，围堰过水对工期及经济都影响较大，故一期导流标准选为洪水重现期10年；二期拦河坝结构相对较为简单，工程规模小，在一个枯水期可完成，故二期导流标准选为洪水重现期5年。一期导流流量为244m3／s，二期导流流量为204 m3／s。一期厂房施工采用拦砂坎加高围堰或厂房进尾水闸门下闸渡汛。导流平面布置见图3-1。
4. 导流建筑物
4.1导流明渠
导流明渠布置在右岸滩地上，长169.78m，梯形过水断面，左边坡为垂直坡，右边坡为1：1，明渠底宽为20.0m，上游首部底板高程为22.50m，下游尾部底板高程为22.00 m。明渠桩号坝上0+020上游段右转27°后与河道相接，明渠桩号坝上0+020至坝下0+040与坝轴线平行，明渠桩号坝下0+040下游段左转14°后直线与河道顺接。明渠上游首部左侧设一长15.7m的竹笼导墙，改善进口水力条件。明渠底板采
用150#竹筋砼，厚300mm，竹筋间距为200X200mm。明渠左侧为一期纵向砼围堰，右侧为浆砌块石护坡挡墙。
4.2一期围堰
一期纵向围堰布置在3#闸墩右侧25m处（坝0+095.3），长169.78m，围堰顶高程从27.0m渐变到26.5m，围堰顶宽2.0m，最大堰高11m，纵向围堰桩号坝上0+020以上段两侧边坡1：0.3，其余段迎水面垂直，背水面1：0.6，采用150#混合料砼。一期纵向围堰子堰采用土石围堰，利用纵向围堰外侧原状砂卵石，在右侧增加防渗结构，防渗结构采用粘土心墙结合土工膜形式。一期纵向围堰及子堰断面见图4-1。
一期上游围堰采用土石围堰，堰项高程为27.0m，堰顶宽6.0m，两侧边坡为1：2.0，最大堰高约为9.0m，围堰基础采用粘土心墙结合土工膜防渗，上下游采用填筑石料护面。一期下游围堰采用土石围堰，堰项高程为26.0m，最大堰高约为8.0m，围堰结构形式同上游围堰。一期上游围堰断面见图4-2。
4.3二期围堰
二期纵向围堰利用拦河闸2#中墩并向上游延伸到坝上0+030.965，向下游延伸至坝下0+073.97。纵向围堰上游段堰顶高程27.0 m，采用75#浆砌石堰身，宽600mm的150#砼心墙防渗结构，堰顶宽2.0m，最大堰高8.0m，迎水面垂直，背水面1：0.6。纵向围堰下游段堰顶高程26.0 m，采用150#砼心墙两侧夯填砂卵石结构，堰顶宽700mm，最大堰高6.4m。砼心墙迎水面上部垂直，下部边坡1：0.25，背水面成阶梯状，台阶宽700mm ，高2.0 m。二期纵向围堰下游断面见图4-3。
二期上游围堰采用土石围堰，堰项高程为27.0m，堰顶宽5.5m，迎水面边坡为1：2.5，背水面边坡为1：1.5，最大堰高约为4.5m，围堰基础采用粘土斜墙结合铺盖防渗。二期下游围堰采用土石围堰，堰项高程为26.0m，最大堰高约为4.0m，围堰结构形式同上游围堰。
4.4围堰防渗形式
一期纵向围堰布置在3#闸墩右侧25m处（坝0+095.3），提高建基面高程，覆盖层较浅。纵向围堰基础开挖和渗水量较小，在纵向围堰左侧填筑子堰， 防渗结构采用粘土心墙结合土工膜形式。在纵向子堰的左侧依次填筑袋装砂、土工布、土工膜、土工布和粘土，防渗效果良好。
一期上下游围堰基础防渗形式在招标阶段选用旋喷砼防渗墙。这种防渗体防渗效果较有保证，基坑渗流小，但施工时间长，且其施工期内要求防渗墙两侧不能形成较大的水位差，导致基坑排水和开挖时间滞后，影响施工工期。在施工图阶段经多方面比较论证，一期上下游横向围堰采用粘土心墙结合土工膜复合防渗。这种防渗形式具有施工时段较短，不占用截流后的关键线路工期，为主体工程施工争取较多的施工时间，但需要解决防渗体水中施工的技术问题。通过调查分析，上游的山仔水库为季调节水库，冬季库水位较低，一般不泄流。塘坂坝址来水主要为山仔水库的发电泄水。因此考虑山仔水库短时间停机，降低塘坂坝址水位，为堰基防渗体沟槽开挖施工创造条件。防渗体沟槽采用长臂反铲挖掘机开挖，倒退法施工。长臂反铲挖掘机挖深可达6～7m，基本能将覆盖层挖除。粘土填筑采取端进法施工。由于防渗土料系在水中抛填，无法压实，无法完全达到抗渗要求，故拟在粘土之后铺设一道土工膜，粘土和土工膜共同防渗，基本解决堰基渗流问题。通过几个月的观察和量测，其渗流基本控制在30m3/h之内，达到预期效果。
二期上下游围堰在导流明渠上，基础为砼底板，主要是堰体的防渗，由于堰高较小，采用粘土斜墙加铺盖的防渗形式。上游部分围堰和纵向围堰采用浆砌石加砼心墙结构防渗。
5.截流
根据施工总进度的安排，大坝一期截流安排在1999年10月初，二期围堰截流安排在2000年10月中旬。截流时考虑山仔水库短时间停机，截流设计流量很小，施工难度较小。采用单戗堤立堵截流。
6.结语
连江塘坂水库电站施工导流设计，根据实际情况，选择多种围堰结构和防渗形式，有效解决了在河卵石覆盖层中的防渗问题，节约投资约90万元。
施工导流设计中围堰结构和防渗形式的选择是设计的重点和难点。选择的是否恰当直接影响施工工期和导流投资。在经济、可行的指导原则下，结合工程总体布置和施工条件，应对围堰的布置和防渗措施进行了详细的科学论证，选择多种围堰和防渗形式，将起到缩短施工工期、降低投资的良好效益。连江塘坂水库电站施工导流设计在这方面起到抛砖引玉的效果。
