某水庫工程防洪分析

1壩體壩段及壩高結合面這個水庫位于介休市汾河一級支流上。發源于沁源區紅崖山，在介休市洪香村西側匯入汾河。水庫總庫容726萬m3,屬小(1)型工程,工程等別為Ⅳ等。樞紐工程主要建筑物為混凝土重力壩,主要建筑物為4級。大壩壩體包括左岸擋水壩段、溢流表孔壩段、泄洪沖沙底孔及取水口壩段、右岸擋水壩段,大壩壩頂長210m,壩頂寬6m,最大壩高85.30m.左岸擋水壩段長57m,右岸擋水壩段長57m,壩頂相對高程(以相應于壩底的相對高程為零點計)85.3m,壩頂寬6m,上游相對高程36.85m高程以上為鉛直面,以下壩坡為1:0.2,下游相對高程77.96m,以上為鉛直面,以下壩坡為1:0.8.溢流壩段長77m,堰頂相對高程78.00m,溢流面由堰頂曲線段、斜坡直線段及銜接反弧段組成。泄洪沖沙底孔及取水口壩段長19m,壩頂寬6m.泄洪沖沙底孔進口底相對高程20.5m。根據《中國地震動參數區劃圖》(GB18306-2001),確定樞紐工程區地震動峰值加速度為0.10g(相當于地震基本烈度VII度),樞紐工程地震設防烈度為7度。2降水量年降雨量本流域屬干旱半干旱大陸性氣候,年平均氣溫為12.7℃,最高氣溫38.5℃,最低氣溫-23.3℃.介休市多年平均降水量為454.8mm,全年雨量分布不均,降雨主要集中在6~9月份,降水量占全年降水量的72.7%.年平均蒸發量(20cm蒸發皿)為1674mm.3導流洞設計原則按照《水利水電工程施工組織設計規范》(SL303-2004)的規定,根據水庫庫容、工程等級及主要建筑物等級,導流建筑物按5級設計,相應的洪水標準為10~5年洪水重現期。因為水庫所在流域的河流水文實測資料,只有1990—1992年實測資料,實測資料系列較短(小于20年),因此本工程導流標準取上限,按洪水重現期10年標準進行設計。樞紐導流若采用全斷面圍堰擋水,導流洞全年泄流方案,則洪峰流量(p=10%)為Q=859m3/s,經過洪水調節計算,導流洞洞徑6m,圍堰需填筑高度48m.導流洞工程量大,圍堰填筑方量大,顯然不經濟,因此采用枯水期圍堰,相應設計流量為:Q=36m3/s,汛期壩面過流。可行性研究階段采取全斷面圍堰涵管枯水期導流、汛期壩體攔洪臨時渡汛方案。初步設計階段根據工程情況,對全斷面圍堰涵管枯水期導流方案作了進一步研究分析,同時又提出了全斷面圍堰導流洞枯水期導流方案,并對兩種方案進行了比較。3.1壩體混凝土澆筑總工期四年,開工后第一年(第一年10月)截流。一期工程:第一年3-5月先進行大壩左、右岸高臺地及岸坡的開挖,第一年汛后(第一年10月)填筑一期圍堰,原河床泄流,進行大壩左岸壩基的開挖、左岸大壩混凝土澆筑及導流箱涵的修筑工作。二期工程:第一年年底導流箱涵完工后,拆除一期圍堰,第二年1月填筑二期上、下游圍堰,箱涵導流,進行河床基礎開挖、壩體混凝土墊層澆筑、固結灌漿及壩面的澆筑工作;第二年汛期前(第二年5月)澆筑出河床面相對高程9.88m以上,拆除圍堰;汛期(第二年6~9月)壩面過流。三期工程:第二年汛期后(第二年10月)填筑三期上、下游圍堰,進行壩體混凝土澆筑;第三年汛期前(第三年5月)澆筑到攔洪相對高程(P=10%)51.27m以上,汛期(第三年6~9月)壩體攔洪臨時渡汛,洪水由導流箱涵及排沙底孔泄流,壩體混凝土進行澆筑直至第四年10月澆筑至壩頂。一期圍堰長75m,頂寬2m,最大堰高2m,上下游邊坡均為1:1.5,圍堰利用開挖砂礫石料填筑,迎水面做0.5m厚的干砌石護坡。二期上游圍堰長35m,頂寬5m,最大堰高6m,上游邊坡1:2.5,下游邊坡1:2.0,圍堰利用開挖砂礫石料填筑,迎水面做0.5m厚的干砌石護坡。下游圍堰長25m,頂寬5m,最大堰高3m,上游邊坡1:2.0,下游邊坡1:2.0,圍堰利用開挖砂礫石料填筑,迎水面做0.5m厚的干砌石護坡。三期上、下游圍堰的設計斷面同二期的上、下游圍堰。導流箱涵長252m,底板凈寬2.5m,凈高3m,箱涵采用鋼筋混凝土襯砌,邊墻厚0.5m,底板厚0.8m,預制混凝土蓋板覆頂。其斷面形式如圖1.3.2壩體結構及安全圍堰設計總工期四年,開工后第一年(第一年10月)進行第一次截流。一期工程:第一年2~5月先開挖導流洞,同時進行大壩左、右岸高臺地及岸坡的開挖,原河床泄流;第一年汛期前(第一年5月)完成導流洞工作,汛期(第一年6~9月),原河床泄流。二期工程:第一年汛期后(第一年10月)填筑一期上、下游圍堰,圍堰擋水,導流洞泄流,進行大壩的河床開挖、基礎處理及壩面澆筑工作;第二年汛期前(第二年5月)澆筑出河床面相對高程9.88m以上,拆除圍堰,汛期(第二年6~9月)壩面過流。三期工程:第二年汛期后(第二年10月),填筑二期上、下游圍堰,進行河床面以上的壩體混凝土澆筑;第三年汛期前(第三年5月)大壩若澆筑到攔洪相對高程(P=10%)57.23m以上,需要澆筑混凝土21.3萬m3,澆筑強度1705m3/d,施工強度大,根據施工場地及混凝土拌制、澆筑設備能力分析,達到澆筑強度施工難度很大,因此在壩體上預留缺口,預留缺口部位為溢流壩段右岸2個壩段,預留缺口相對高程22m,寬度38m,汛期(第三年6~9月)洪水由大壩預留缺口、導流洞及排沙底孔泄流。四期工程:第三年汛期后(第三年10月)直至第四年汛期前(第四年5月)大壩全部壩段澆筑到攔洪相對高程(P=10%)57.23m以上,汛期(第四年6~9月)壩體攔洪臨時度汛,導流洞及排沙底孔泄流,壩體混凝土進行澆筑直至第四年10月澆筑至壩頂。結合導流洞泄洪能力和水庫10年一遇枯水期流量,確定施工導流圍堰的設計水位,考慮一定的安全超高,確定圍堰堰頂高程。一期上游圍堰位于導流洞引水渠下游,距壩軸線約160m,圍堰長23.4m,按枯水期10年一遇標準設計,設計流量為36m3/s,最大堰高5.7m,頂寬4m,迎水面邊坡1:2.5,背水面邊坡1:2.0,圍堰利用開挖砂礫石料填筑,迎水面做干砌石及反濾料護坡。堰體采用黏土斜墻防滲,巖基采用黏土鋪蓋防滲,鋪蓋上面采用50cm的砂礫石防護。一期下游圍堰位于導流洞泄水渠上游,圍堰長19.4m,按枯水期10年一遇標準設計,最大堰高4.0m,頂寬6m,迎水面、背水面邊坡均采用1:2.0,圍堰利用開挖砂礫石料填筑,迎水面做0.3m厚的干砌石護坡,下游圍堰不作防滲處理。二期上、下游圍堰的設計斷面同一期的上、下游圍堰。導流洞布置在大壩右岸,為圓形隧洞,進口底相對高程15.5m,出口底相對高程11.17m,縱坡i=1/100,洞徑4.0m,洞長433.5m.隧洞洞身Ⅴ類圍巖段采用掛網噴錨支護,C20混凝土襯砌,襯砌厚度30cm,局部嚴重破碎段采用鋼桁架支護;Ⅳ類圍巖段采用掛網噴錨支護,C20混凝土襯砌,襯砌厚度30cm;Ⅲ類圍巖段采用噴錨支護。噴混凝土厚10cm,錨桿長度2.5m,間、排距2m,呈梅花形布置,掛網鋼筋為φ6@200.其斷面形式如圖2.導流洞進口引水渠為梯形斷面,設計底寬4m,渠道底板及邊坡采用干砌石護砌,進口段設置閘門,以便后期封堵。導流洞出口泄水渠為梯形斷面,設計底寬4m,設計縱坡i=1/100.底板及邊坡采用鉛絲籠石護砌。方案一箱涵導流方案布置圖見圖3,方案二導流洞導流方案布置圖見圖4.3.3高樁導流洞結構方案各施工導流方案分別從導流標準、工程規模、工程投資、方案優缺點等方面比較如下:(1)導流標準:方案一箱涵導流方案和方案二導流洞導流方案,其導流標準相同,均為枯水期10年一遇標準。(2)工程規模:方案一的主要工程量:土石圍堰填筑11196m3,黏土填筑2095m3,砂礫石開挖15768m3,石方開挖1822m3,鋼筋混凝土及預制混凝土1353m3,鋼筋制安86.8t;方案二的主要工程量:土石圍堰填筑4446m3,黏土填筑1039m3,砂礫石開挖2641m3,石方開挖1374m3,石方洞挖6922m3,噴混凝土及鋼筋混凝土1337m3,鋼筋制安59.8t,鋼支撐27.1t.(3)工程投資:方案一直接投資255.5萬元;方案二直接投資321.2萬元。(4)方案優缺點:方案一的優點:工期較緊湊,箱涵工程量較小。方案一的缺點:修筑導流箱涵需要分期導流,但壩址處河床較窄,分期后一期左岸施工工作面大,施工強度低;二期右岸施工工作面小,開挖量及澆筑量均很大,施工強度高,施工干擾性大,且二期進行右岸的石方開挖對左岸已澆筑的混凝土及導流箱涵的的影響較大。本方案二期施工工作面小,一、二期施工相互干擾大,施工強度不均衡,施工期難于保證。方案二的優點:圍堰填筑量小,大壩施工工作面大,施工干擾性小,施工強度均衡,大壩施工期易于保證。方案二的缺點:導流洞開挖工程量較大,投資較大。方案一與方案二相比,雖然修筑箱涵比開挖導流洞工程量小,但其需要填筑的圍堰工程量大,而且存在一、二期施工相互干擾大,施工工作面小和施工強度不均衡的情況,施工期難于保證。方案二導流洞導流方案是全斷面一次導流,避免了這些不利的情況,雖然方案二投資比方案一投資大些,但相差不大。由上述導流方案綜合比較分析,從工程規模,投資和施工難度比較,采用枯水期10年一遇的圍堰擋水,導流泄洪洞泄洪較為合理,即方案二較為合理,因此導流方案推薦方案二。4方案二:圍堰擋水+導流洞通過以上比較分析,方案