嵩山水庫除險加固工程施工導流與排水

賀芳丁，曹雪峰，吳福民

（1.山東省水利科學研究院，山東 濟南 250013；2.濟南水文水資源勘測局，山東 濟南 250014；3.定陶縣水務局，山東 定陶 274100）

嵩山水庫位于山東省臨朐縣西南約25 km處，彌河支流石河上游。水庫始建于1966年10月，1970年1月建成蓄水，是一座以防洪、灌溉為主，兼有水產養殖、水力發電等綜合利用的重點中型水庫。水庫控制流域面積151 km2，總庫容5 628萬m3，“三查三定”核定水庫100年一遇洪水設計，相應洪水位290.03 m；300年一遇洪水校核，最高洪水位290.98 m。

按照《水庫大壩安全鑒定辦法》的有關規定，嵩山水庫于2003年被鑒定為Ⅲ類壩；2008年完成了除險加固初步設計報告并得到上級有關部門的批復。

該水庫除險加固工程主要內容有：大壩抗震加固、防滲加固，壩頂加高、加寬、上下游壩坡整頓補坡整平，上游石護坡、防浪墻拆除重建，下游新建壩腳排水溝、階地壩段增建壩后排水體等；溢洪閘拆除重建、上游鋪蓋及上下游翼墻重建、溢洪道泄槽開挖、新建交通橋及消能防沖設施；放水洞鋼筋混凝土管內襯夾砂玻璃鋼管，豎井、廊道與壩體間接觸灌漿等。

嵩山水庫放水洞底高程與溢洪道底高程相差21.5 m，在溢洪道底高程以下的壩前施工均需通過放水洞導流。本文針對該水庫除險加固工程施工導流與排水方案進行分析。

1 施工導流標準

施工導流建筑物屬臨時建筑物，根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252-2000），本工程的臨時建筑物為5級，其洪水重現期為10～5年。由于嵩山水庫流域面積較大，根據總體工期安排，主體工程施工安排在非汛期進行，為避免非汛期較強降雨影響主體工程施工安全，導流建筑物取10年一遇洪水設計。

2 施工導流洪水計算

各計算時段面雨量采用非汛期（10月1日～次年5月31日）年最大值法進行統計計算，在場次降雨量過程中滑動挑選。本次應用算術平均法計算面雨量，采用嵩山水庫站歷年實測雨量資料系列（1971—2000年連續30年非汛期的降雨資料）推求流域設計面雨量。

利用矩法公式，參照《山東省大中型水庫防洪安全復核洪水計算辦法》（試行），計算出本流域的非汛期設計雨型、設計凈雨，采用山東省綜合瞬時單位線推求出嵩山水庫當年10月～次年5月10年一遇非汛期設計洪水過程線（見表1）。

溢洪道和大壩施工時用放水洞作為導流洞，采用水量平衡方程和庫容、放水洞泄量曲線聯解，逐時段演算推求水庫蓄量、泄量變化過程。

基本公式：

式中：Q1、q1為時段初入庫、出庫流量，m3/s；Q2、q2為時段末入庫、出庫流量，m3/s；V1、V2為時段初、末水庫蓄水量，104m3；Δt為計算時段，取 Δt=1 h。

起調水位為放水洞進口頂高程262.00 m，經查算《嵩山水庫“三查三定資料匯編”》并核對得水庫水位-庫容-放水洞泄量關系，經計算，水庫在大壩和溢洪道除險加固施工時，施工期內10年一遇設計洪水位最高為263.09 m；在放水洞進行除險加固施工時，在放水洞不放水工況下，水庫在施工期內10年一遇洪水位為263.25 m。不同工況調洪計算成果見表2。

表1 非汛期設計洪水成果表 m3/s

表2 施工期洪水調洪計算成果表 （P=10%）

3 圍堰設計

3.1 堰頂高程的確定

經計算，水庫在施工期內10年一遇設計洪水位最高為263.09 m，波浪爬高0.54 m，安全超高取0.5 m，故在施工期用放水洞做導流洞時，施工圍堰堰頂高程為264.13 m；在放水洞進行除險加固施工時，放水洞不放水，水庫在施工期內10年一遇洪水位為263.25 m，波浪爬高0.54 m，安全超高取0.5 m，故在此工況下，施工圍堰堰頂高程為264.29 m。

3.2 圍堰尺寸及結構形式

由于放水洞除險加固工程規模較小，施工工程量不大，主體結構安排在一個非汛期內完成。除險加固工程施工中，需填筑圍堰保護施工的工程項目包括：進水渠、出水渠拆除重建施工，原鋼筋混凝土輸水管內襯夾砂玻璃鋼管施工，豎井底部閘門槽施工等。根據上述工程條件，施工時需在放水洞進水渠上游筑一圍堰，堰頂高程為264.29 m。圍堰采用土石圍堰，根據現狀地形條件，圍堰底高程253.40 m。利用溢洪道開挖土方進行填筑，采用1 m3挖掘機開挖，74 kW推土機推運碾壓。

3.3 圍堰平面布置與結構設計

圍堰布設在放水洞進水口上游，平面上呈弧形分布，兩端分別與大壩及岸坡相接，中心線長約110 m。圍堰采用土石圍堰，堰頂寬度為4 m，坡度1∶2.5。填筑材料利用溢洪閘提前開挖的部分石碴料，總量2 572 m3。圍堰在迎水面采用編織袋土保護，并鋪設復合土工膜防滲，復合土工膜規格為200 g/m2/0.3 mm/200 g/m2，總量約311 m2。

4 施工排水

4.1 基坑初期排水

由于圍堰建在放水洞進水口上游，迎水面用土工布防滲，因此圍堰保護范圍內滲漏水量較少，圍堰范圍內的少量積水初步選用IS80-65-125型離心泵抽排。

4.2 經常性排水

經常性排水主要考慮降雨匯水、施工棄水。施工排水采用明排方式，在圍堰下游面高程264.29 m以下，排水溝隨圍堰下游面分層開挖、逐級下設，在圍堰的下游坡腳挖設相應的集水井，每個集水井配備2臺WQ10×15－1.5 型潛水電泵 （Q=10 m3/h，H=20 m，N=1.5 kW），并備用2臺IS150－125－250A型離心式清水泵（Q=190 m3/h，H=18 m，N=15 kW）。

5 結語

本文根據實際工程情況對嵩山水庫除險加固施工期導流與排水方案進行了具體計算與分析，最終確定了合理的圍堰高程。該水庫加固工程于2009年全面實施，2010年結束，現已運行2年。在水庫運行過程中，未見異?，F象，水庫加固工程發揮了重要作用，水庫的社會經濟效益已逐步顯現。實踐證明，施工導流與排水方案合理可行，可為今后其他水利工程提供參考。