某水电站围堰深化设计

某水电站围堰深化设计

凡伟

关键词：某水电站；围堰；深化；设计

1工程概况

某水电站属二等大（2）型工程，电站的开发任务是发电，水库具有日调节性能。电站位于贵州省某河干流上，是规划的梯级电站之一，上游30km为另一座已建的水电站。电站坝址控制流域面积3000余km2，多年平均流量约70余m3/s。

枢纽工程由碾压混凝土重力坝、坝身开敞式溢流表孔、右岸引水系统+地下厂房等主要建筑物组成。碾压混凝土重力坝最大坝高120m，分为左、右岸非溢流坝段和河床溢流坝段。引水系统由岸边进水塔、引水隧洞、压力管道、岔管、支管、尾水洞、尾水闸门室等组成。厂区枢纽主要由厂房洞室、排水廊道、出线竖井、排风洞、进厂交通洞等地下洞室和出线窑洞组成。

2可研阶段围堰设计情况

2.1导流设计概述

可研阶段审定的施工导流方式为围堰一次拦断河床、隧洞导流：枯期采用土石围堰一次拦断河床、隧洞导流；截流后第一个汛期由导流洞和大坝基坑联合过流，第二个汛期由导流洞及大坝预留缺口联合泄流度汛，第三个汛期由导流洞及2孔溢流堰联合过流。

导流建筑物4级，相应的导流建筑物设计洪水重现期为5年一遇，导流时段为枯期10月~次年4月，对应流量为874m3/s。

2.2围堰水文条件

水电站坝址处5年一遇设计洪水最大流量为3360m3/s，10年一遇设计洪水最大流量为4520m3/s，20年一遇设计洪水最大流量为5700m3/s，50年一遇设计洪水最大流量为7280m3/s。选定的枯期时段为10月~次年4月，相应时段3年一遇设计洪水最大流量为668m3/s，5年一遇设计洪水最大流量为874m3/s，10年一遇设计洪水最大流量为1130m3/s，20年一遇设计洪水最大流量为1380m3/s。

2.3围堰地质条件

上游围堰两岸地形基本对称，左岸地形坡度75°~80°；右岸352m高程以下地形坡度约32°，352m高程之上坡度为70~75°。河床覆盖层最厚约23m，两岸出露地层为O1t3中厚~厚层夹薄层微晶灰岩夹弱白云化灰岩，根据揭露河床基岩地层为O1t2-3薄层泥岩与薄层灰岩互层、O1t2-2薄~中厚层钙质泥岩、O1t2-1中厚层灰岩夹泥岩。

下游围堰两岸地形不对称，左岸地形坡度75°~80°；右岸地形坡度变化大，400m高程以下坡度55~75°，400m高程以上坡度80~85°。河床覆盖层最厚约23m，两岸及河床基岩为O1t3中厚~厚层夹薄层微晶灰岩夹弱白云化灰岩、O1t2-3薄层泥岩与薄层灰岩互层、O1t2-2薄~中厚层钙质泥岩、O1t2-1中厚层灰岩夹泥岩、O1t1薄~中厚层灰岩。河床覆盖层属强透水层，下伏基岩主要为O1t2-1薄~中厚层灰岩夹泥岩，透水率一般＜4Lu，大部分属弱透水。

2.4围堰设计

本工程围堰为过水围堰，枯期挡水，汛期过流，挡水设计标准为枯期（10月~次年4月）5年一遇洪水，对应流量为874m3/s。

（1）上游围堰

根据导流建筑工程的级别及导流建筑物结构型式，围堰设计洪水标准为P=20%，相应挡水流量Q20%=874m3/s，通过导流洞下泄时，对应上游水位363.30m（可研阶段对应水位）；上游围堰为土石过水围堰，堰顶高程364.0m，最大堰高25.0m，最大底宽135.11m。子堰高4.0m，顶高程364.0m，顶宽4.0m，迎水面坡度1:1.2，背水面坡度1:1.2。形成过水围堰时堰顶高程360.0m，堰顶宽15m，堰高21.0m。消能平台高程351.0m，堰顶平台与消能平台间坡度1:5，消能平台以下边坡1:1.5，迎水面坡度为1:2。截流戗堤布置在围堰轴线下游侧，采用高喷板墙堰体防渗形式，防渗体伸入基岩1m，堰面采用混凝土护面板保护。上游围堰横剖面见图1。

（2）下游围堰

根据水位～流量关系曲线，5年一遇Q20%=874m3/s通过导流洞下泄时，对应导流洞出口河床水位为345.14m，考虑过水围堰的冲刷和上下游水流衔接，下游土石过水围堰堰顶高程353.0m，最大堰高18.0m，最大底宽114.0m。消能平台高程343.0m，堰顶平台与消能平台间坡度1:5，底平台以下边坡1:1.5，迎水面坡度为1:2.0。截流戗堤布置在围堰轴线下游侧，拟采用高喷板墙堰体防渗形式，防渗体伸入基岩1m，堰面采用混凝土护面板保护。下游围堰横剖面见图2。

图2下游围堰横剖面图（可研阶段）

3施工图阶段围堰深化设计

3.1围堰深化思路

本工程河流上游30km已建水库为大一型水库，具备季调节功能，从建成后历年的运行资料反馈，上游水库每年仅有1~2次的开闸泄洪记录，且泄洪时段均在6月份下旬，其它时段均无泄洪记录。围堰堰体结构需考虑上游水库的运行资料，适时根据上游水库的蓄水高程，利用本河所在流域中长期水情预报，分析区间流量+上游水电站两台机组满发流量对本工程施工期洪水的影响，据此深化调整本工程上下游过水围堰的堰体结构、防渗结构、过流面保护结构等。

水文专业对上游电站在本工程施工期间的影响分析成果，在枯期10月~次年4月时段，5年一遇设计洪水最大流量为413m3/s，10年一遇设计洪水最大流量为492m3/s；在枯期11月~次年5月时段，5年一遇设计洪水最大流量为701m3/s，10年一遇设计洪水最大流量为873m3/s

上游水库的拦洪调蓄作用得到发挥，则围堰设计标准下，枯期时段内流量将由874m3/s下降到413m3/s；同时，为争取宝贵的施工时段，可以考虑枯期施工时段延长至5月份，延长至5月份时，对应5年一遇洪水位701m3/s。

3.2上游围堰深化设计

（1）围堰设计

上游围堰堰顶高程以满足枯期施工时段延长至5月份为目的，根据导流洞过流能力，通过枯期（11月~次年5月）5年一遇洪水701m3/s时，对应上游水位为361.22m，考虑安全超高，上游围堰堰顶高确定为362.00m。围堰的过流面高程考虑挡枯期（10月~次年4月）5年一遇洪水413m3/s，对应上游水位为352.00m，确定过流面高程为353.00m。过流面高程的降低，为下游围堰高程降低提供了条件。根据类似工程经验，水流落差确定为9m，上游围堰消能平台高程344.00m。围堰防渗采用防渗墙和粘土心墙，防渗墙深入基岩1m。围堰上游临时侧边坡坡度为1:1.75，子围堰边坡坡度为1:1.5，353m高程以下下游边坡坡度为1:5，经围堰稳定计算，围堰稳定满足规范要求。

图3上游围堰深化横剖面图

3.3下游围堰设计

3.3.1方案一：大围堰方案

为确保下游围堰洪水过流时消能平台的稳定和消能效果，下游围堰消能平台稍低于下游水位，确定消能平台高程为341.00m。下游围堰堰顶高程为346.00m，高于上游围堰消能平台高程2m，高于下游围堰消能平台高程5.0m。

3.3.2方案二：小围堰方案

考虑到下游围堰过流面顶部高程为346.00m，距离河底339.00m仅7m，属于过水围堰正常范围。另外，根据类似工程经验，下游围堰过流后防渗墙及上游不易冲毁，为减少下游围堰的填筑量，防渗墙采用混凝土加高至过流面底部，过流面仅布置在围堰顶部平台，下游边坡坡比为1:2.0，采用大块石护坡。

图5下游围堰深化方案二横剖面图

3.4深化效益分析

对深化后的围堰进行了投资估算，并与可研设计方案进行了对比。上游围堰可研阶段设计方案投资为280万，深化后投资为297万，深化节省投资约-17万元，上游围堰之所以还会增加投资，主要是因为施工图阶段，对导流洞进行了优化，过流能力减小，围堰高度基本没变。下游围堰可研阶段设计方案投资为372万，深化方案一投资为224万，深化节省投资约148万元；深化方案二投资为165万，节省投资约207万元。

4结论

根据上游梯级电站建成后的水库运行资料和泄洪资料，可以充分利用上游电站水库调蓄能力，降低本电站围堰高度和延长了枯期施工时段。

围堰深化直接节省投资比较显著，约200万元，若计及延长施工工期，则带来的效益更显著。

作者简介：凡伟（1986.5-），男，工程师