王清峰，靳 恒，鄭敏哲，張恒強(qiáng)，楊 帆

（中國水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司,陜西 西安 710065）

1 工程概況

斗門水庫工程為Ⅲ等中型平原水庫工程,水庫總庫容5052 萬m3,庫區(qū)總面積10.4 km2,庫周總長14.9 km,樞紐工程大壩為攔河氣盾壩,為3 級建筑物設(shè)計等級。氣盾壩底板設(shè)計高程為397.50 m,壩頂設(shè)計高程401.30 m,壩高3.8 m。

2 水文地質(zhì)

（1）徑流與洪水

由《西安市實(shí)用水文手冊》“西安市多年平均年徑流深等值線圖”查得區(qū)間徑流深為50 mm,計算得到區(qū)間多年平均年徑流量為0.0275 億m3。將與該水庫相鄰的兩個水文站之間的年徑流加區(qū)間徑流,計算得到工程斷面多年平均徑流量為4.122 億m3。

此外,這兩個水文站實(shí)測洪水過程采用合成流量法、再另外選取相鄰的兩個水文站為參證站采用水文比擬法計算設(shè)計洪水,綜合分析,確定計算斷面的洪水成果采用合成流量法計算成果,見表1。（2）地質(zhì)條件

表1 工程斷面洪水計算成果表

工程區(qū)所處地貌單元為秦嶺北麓近山前沖積平原。工程區(qū)出露地層巖性主要為第四系（Q）上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土及第四系全新統(tǒng)沖洪積、沖積堆積的松散堆積物,其中渭河二級階地上部為上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土構(gòu)成,全新統(tǒng)沖洪積、沖積堆積主要分布于河流階地及河漫灘。據(jù)勘探揭露,庫壩區(qū)地層自上而下分別見圖1。

圖1 地質(zhì)斷面圖

3 施工導(dǎo)流設(shè)計總體思路

根據(jù)施工進(jìn)度計劃總體目標(biāo),灃河攔河樞紐工程需在導(dǎo)流前完成的施工流程為：①修建灃河分洪閘,使其具備過流條件；②修建導(dǎo)流明渠,使其具備過流條件；③導(dǎo)流為在12 月中旬枯水期由上游戧堤擋水,使灃河上游水流通過分洪閘進(jìn)入導(dǎo)流渠排入灃河下游；④修建灃河上游圍堰；⑤修建灃河下游圍堰,最終完成圍堰填筑施工,圍堰具備攔擋5 年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)；⑥截斷灃河后,右岸利用分洪閘交通橋連接施工道路進(jìn)行右岸施工,左岸利用鄉(xiāng)道連接左岸河堤段施工道路進(jìn)行施工。施工導(dǎo)流平面布置圖見圖2,施工導(dǎo)流平面效果圖見圖3。

圖2 施工導(dǎo)流平面布置圖

圖3 施工導(dǎo)流平面示意圖

4 截流設(shè)計

4.1 截流方式

選用單戧單向立堵的截流方案,即上游戧堤由右岸向左岸預(yù)進(jìn)占至河道左岸束窄原河床,預(yù)留15 m 作為龍口停止進(jìn)占,截流合龍時采用單戧堤單向從右至左岸截流合攏。

4.2 截流水力計算

4.2.1計算條件

斗門水庫截流水力計算條件見表2。

表2 截流水力計算條件

分洪閘的水位及流量的關(guān)系見表3。

表3 分洪閘流量與水位關(guān)系高程表

4.2.2流態(tài)的判定方法

寬頂堰自由出流與淹沒出流的判定方法見表4。

表4 龍口流態(tài)判定表

4.2.3龍口的水力計算

（1）三角堰流龍口寬度的判定

當(dāng)戧堤截流進(jìn)占到一定距離2L時,中間龍口成為三角形,形成三角堰。

式中：H為戧堤高度,m；I為為龍口軸線處兩側(cè)坡比,1.5；L為形成三角堰的龍口寬度的一半,m。

經(jīng)計算龍口寬度2L=2×7.0×1.5=21 m,在21 m 時,龍口呈三角形,大于21 m 時,龍口呈梯形。

（2）龍口為梯形斷面時流態(tài)判定計算

在龍口為梯形斷面hs=0.8H0時,即H0=hk=1.8 m 時為淹沒流與非淹沒（自由流）流的分界,根據(jù)堰流流量公式計算龍口平均水面寬度：

式中：Q為龍口過流流量,38.5m3/s； 為淹沒系數(shù),取1.0；m為考慮側(cè)收縮的流量系數(shù),取0.32；b為龍口水面平均寬度,m；H0為包含行進(jìn)流速的上游水深,取1.8 m。

經(jīng)計算b=11.15 m,按照龍口平均水面寬度b=11.15 m 計算出龍口寬度為20.35 m,說明當(dāng)龍口寬度不小于20.35 m 時hs≥0.8H0為淹沒流,當(dāng)龍口寬度小于20.35 m 時為自由流。

（3）龍口為三角形斷面時流態(tài)判定計算

根據(jù)上面對三角堰龍口寬度的計算,龍口形成三角堰時為自由流流態(tài)。

（4）龍口流速計算

龍口平均流速按照下式試算：

式中：H0為龍口上游行進(jìn)水頭,m；hc為龍口收縮斷面水深,m；a為取1.1；v 為龍口平均流速,m/s；Q為龍口流量,m3/s；b為龍口水流平均寬度,m。

最終水力計算成果見表5。

表5 龍口水力計算結(jié)果

4.2.4截流拋投料粒徑選擇計算

根據(jù)單戧立堵截流的特點(diǎn)及截流龍口水力計算結(jié)果,將截流分為預(yù)進(jìn)占時段、龍口形成三角堰前時段及龍口形成三角堰后直至全部合龍三個時段,其龍口進(jìn)占至三角堰后龍口流速最大,是截流最困難時段。

拋投料粒徑大小根據(jù)下式進(jìn)行計算：

式中：V為流速；k為穩(wěn)定系數(shù),立堵截流塊石取0.9；r1為塊石容重,取2.60 t/m3；r為水容重,取1 t/m3；d為塊石化引直徑,m。

將截流各時段最大流速代入上式計算出截流合龍形成三角堰前和形成三角堰后兩個時段拋投塊石最大粒徑分別為0.49 m 和0.57 m。

4.2.5圍堰設(shè)計

明槽梯形斷面水力要素的計算公式如下：

式中：b為梯形斷面底寬（本次計算取分洪閘過水寬度15m）；m為梯形斷面邊坡系數(shù)（分洪閘邊坡系數(shù)為0）；h為過閘水深。

工程斷面附近無水位流量觀測資料,本次分洪閘過流水位采用曼寧公式進(jìn)行計算。式中：Q為流量,m3/s；n為河道糙率（人工渠道糙率0.014）；R為水力半徑,m；i為水力坡降（0.25‰）；A為過水?dāng)嗝婷娣e,m2。

安全超高取1.7 m,波浪爬高不考慮。

由以上參數(shù)代入曼寧公式,采用試算法可對圍堰參數(shù)進(jìn)行堰頂高程計算。

最終計算分洪閘過流水深為3.32 m,分洪閘底板高程398.00 m,故堰頂高程為402.76 m。

4.3 關(guān)鍵施工工藝

4.3.1導(dǎo)流明渠施工

導(dǎo)流渠全長160 m,過流斷面面積為：114 m2,左右岸邊坡坡比1∶1.5,坡面及底板采用0.2 m 厚C20 素混凝土防護(hù),斜坡面與底板交叉坡腳設(shè)0.4 m×0.5 m 混凝土擋墻,穩(wěn)固坡面混凝土,渠道坡降3‰,渠頂左右岸設(shè)6 m 寬0.5 m 厚泥結(jié)碎石防汛路,導(dǎo)流明渠橫剖面圖見圖4。

圖4 導(dǎo)流明渠橫剖面

（1）導(dǎo)流明渠開挖

分洪工程導(dǎo)流明渠底寬10 m,坡比1∶1.5,明渠施工與分洪閘施工同步進(jìn)行,采用1.6 m3液壓挖掘挖、裝,20 t 自卸汽車運(yùn)輸,就近臨時堆存。

（2）渠底及邊坡防護(hù)

導(dǎo)流明渠渠底及坡面采用0.2 m 厚C20 素混凝土防護(hù),8 m3混凝土罐車運(yùn)輸商品混凝土至施工現(xiàn)場,人工配合混凝土汽車泵進(jìn)行分倉、錯縫澆筑施工,縫內(nèi)填充2 cm 厚閉孔泡沫板,板頂灌注3 cm 厚乳化瀝青灌封防滲處理。

（3）渠道填筑

氣盾壩施工完成,依次拆除上下游圍堰,拆除導(dǎo)流明渠襯砌混凝土,拆除渣土、混凝土等建筑垃圾清運(yùn)至下游渣場,然后采用土質(zhì)較好土料分層回填導(dǎo)流明渠至原設(shè)計高程,導(dǎo)流明渠回填壓實(shí)度按照設(shè)計圖紙要求執(zhí)行。

4.3.2圍堰施工

（1）戧堤進(jìn)占施工

戧堤原河床預(yù)進(jìn)占先回填粘土斜墻下游回填料,再依次回填粘土斜墻及上游護(hù)坡石施工,每層回填厚度不超過50 cm,采用20 t 自行式振動碾碾壓6～8 遍。采用此方法回填直到堤頂400.4 m 高程?；靥钌嫌纹卤?∶2,下游坡比1∶1.5。之后利用戧堤形成的工作面向堰體迎水面傾倒粘土,粘土選擇料場上較好的黃土。粘土傾倒完成后,挖掘機(jī)在圍堰迎水面對粘土斜坡面進(jìn)行壓實(shí)作業(yè),并隨后挖裝塊石向迎水面鋪設(shè)1 m厚塊石進(jìn)行護(hù)腳和護(hù)坡的施工。

（2）截流施工

截流施工時直接由自卸汽車運(yùn)輸至工作面向水下端拋,卸料后用裝載機(jī)配合向水中推料,同時平整施工工作面,利用振動碾進(jìn)行壓實(shí),以便于設(shè)備運(yùn)行,靠近岸坡部位均以較細(xì)的石碴料鋪筑,邊坡坡比采用1.2 m3液壓挖機(jī)修整至設(shè)計邊坡。

（3）圍堰填筑施工

堰體填筑采用進(jìn)占法施工,遵循先粗后細(xì)、全斷面均衡上升的原則。堰體填筑過程中,各道工序攤鋪、碾壓、檢驗(yàn)等工藝及標(biāo)準(zhǔn)均按土石壩的標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)施,確保圍堰填筑質(zhì)量與安全度汛。

5 結(jié)語

作為重要的水利工程,分洪樞紐工程在國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生產(chǎn)安全中有舉足輕重的地方。斗門水庫工程為引漢濟(jì)渭輸配水工程的調(diào)蓄水庫,是以城市供水、改善生態(tài)環(huán)境為主,兼顧防洪等綜合利用的平原水庫。通過現(xiàn)場試驗(yàn)、理論分析以及現(xiàn)場監(jiān)測等多種手段結(jié)合,制定切實(shí)可行的工程導(dǎo)截流施工方案,總結(jié)導(dǎo)截流關(guān)鍵施工技術(shù),該技術(shù)可應(yīng)用至類似項目工程中,可以節(jié)約資金,具有顯著的經(jīng)濟(jì)性和社會效益。