冯 菊，龙军飞，周德彦，张 洁

（中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，成都 610072）

草街航电枢纽是嘉陵江干流自下而上渠化梯级开发的第二级，具有航运、发电、灌溉等综合效益。工程布置从左至右依次为左岸非溢流坝、船闸、检修厂房、电厂、5孔冲沙闸、15孔泄洪闸及右岸非溢流重力坝。水库正常蓄水位203.00m，总库容23.92亿m3。电站装机容量4×125MW，枯期平均出力96.1MW，多年平均发电量20.18亿kW·h。

枢纽工程采用分期导流方式，主体工程分两期施工。一期施工采用全年导流，导流流量QP=5%为41100m3/s，围左岸修建船闸、厂房及5孔冲砂闸，利用右岸扩挖河道泄流和通航。二期施工采用枯期导流，围右岸修建15孔泄洪闸，枯期利用已建5孔冲砂闸泄流，船闸通航，汛期二期土石围堰过水，全河床泄流。此过水围堰汛期实际经历最大过流量约为40000m3/s，与设计流量接近，围堰经受住了大流量、高流速的考验，达到设计预想效果。

1 围堰设计条件与标准

施工导流方案比选结果表明，二期基坑采用枯期导流最经济，施工方法亦可行、合理。但施工进度分析表明，二期基坑完建需两个枯期，而一期完建的泄水建筑物仅有5孔冲砂闸，不能满足度汛要求，故二期围堰汛期采用过水型式、设计为过水围堰。

1.1 设计条件

（1）水文、气象条件

草街航电枢纽工程区位于嘉陵江下游的浅山区地带，河道较为顺直，平均比降0.29‰。夏季热且多雨，冬季温暖干燥，多年平均年降水量1131.8mm、降水日数156.1d。洪水主要由暴雨形成，主汛期为5～10月。洪枯时段流量差别大，围堰施工要在一个枯水期完成。

（2）地形、地质条件

枢纽区河道较顺畅，河谷呈不对称“U”型谷，左岸地形平缓，右岸地形较陡峻。枯期河床水位178m时，水面宽440m，有江心滩出露，其高程为180.00～183.00m。

坝址区两岸山体雄厚，地形较完整，多为基岩裸露。河床覆盖层主要由砂卵砾石组成，一般厚1～3m，局部4～7m。左岸残留有Ⅰ+Ⅱ级阶地堆积的黄色粉质粘土，一般厚3～5m ，局部可达8m；右岸坡脚附近有厚1～5 m崩坡积堆积的块碎石土。围堰设计中应着重考虑两岸堰肩接头设计，以减少堰肩渗透量。

1.2 设计标准

根据《水电工程施工组织设计规范》DL/T 5397-2007，确定导流建筑物为Ⅳ级。结合前期施工导流规划，二期施工时段为11月～翌年4月，围右岸施工15孔泄洪闸确保其干地施工条件，由一期完建的5孔冲沙闸渲泄导流设计流量，船闸通航。枯水期土石围堰挡水保证右岸基坑施工，其挡水标准为10年一遇，相应流量为5440m3/s。枯期由一期完建的5孔冲沙闸过流；5～10月进入汛期，为保证度汛，作为过水围堰使用，其导流标准为20年一遇，相应流量为41100m3/s，由5孔冲沙闸及右岸基坑过水。

2 土石过水围堰结构设计

根据施工导流模型试验成果，二期过水围堰设计泄流量27000m3/s左右，单宽泄流量约106m3/(s.m)，堰面最大流速约7m/s，堰脚最大流速达13m/s。过水围堰的泄流量、单宽流量、流速大，对过水围堰堰面保护的要求高，而且难度大，在国内已建工程中都数罕见。

2.1 围堰顶高程

枯期围堰挡水，设计标准下洪水由5孔冲沙闸过流，相应上游水位191.91m，上游通航最低水位要求为191.80m。考虑二期汛期壅水对上游库区淹没程度不超过一期的影响，经分析研究，确定上游围堰过水堰面顶高程为192.50m。设计标准下对应下游围堰处水位为183.50m，考虑围堰超高、过流条件后，确定下游围堰过水堰面顶高程为185.00m。

2.2 围堰防渗

因围堰处地质情况差，为减少围堰渗流量，保证围堰本身的渗流稳定要求，围堰需进行防渗设计。采用高喷或混凝土防渗墙防渗工程投资较大，高喷防渗效果受限因素较多，混凝土防渗墙不仅工程造价高，而且工期长。复合土工膜能较好地适应围堰变形，施工方便，相对投资较低，且满足环保要求，在国内需多水电工程中都得到了成功应用。

图1 上游过水围堰结构

图2 下游过水围堰结构

为有效节约土地资源和减少征地移民的难度及工程投资，同时考虑围堰为临时挡水建筑物这一特点，防渗材料考虑采用复合土工膜。坝址区河床覆盖层深度不大，一般厚1～3m，局部4～7m，基础具备采用复合土工膜的条件，故围堰堰体和基础均采用复合土工膜心墙防渗，心墙基础置于基覆分界线以下0.5m的基岩上。

2.3 过水围堰布置

由于河床基岩体破碎、渗透性强，采用混凝土围堰基础处理量大、工期长、工序多、造价高；而土石坝能充分利用当地材料，结构简单，施工方便，既能适应覆盖层基础，又可使用大型施工设备进行高强度堆筑，因此上下游围堰均采用土石类围堰。考虑设计标准下水位、围堰本身的安全超高及库区淹没高程，最终确定堰顶高程192.50m。考虑过流条件顺畅且流态稳定，确定堰顶宽约41m，最大堰高约18m。

为增加围堰抗冲刷能力，减小围堰修复造价，还须对堰面进行保护，具体措施见表1。

下游围堰堰顶高程185.00m。堰顶宽10.00m，最大堰高约11m。上游面坡比1∶2.5，下游面坡比：高程180.00m以上为1∶4，高程180.00m以下为1∶2.5。其180.00m高程以上堰面保护措施与上游围堰相同，见表1。

堰后设一级消能平台，平台顶高程180.00m，平台宽8.00m，典型砼面板防冲，厚度0.8m。平台以下采用1.00m厚大块石护坡。

上、下游过水围堰结构见图1、图2。

表1 上、下游过水围堰堰面保护措施表

3 运行效果评价

草街航电枢纽工程二期土石过水围堰从2010年4月底建成到2012年汛前拆除共经历了两个汛期。汛期经历最大过流量约为40000m3/s的考验，达到设计预想效果，过水工况与计算情况基本相同。从使用情况来看，围堰的挡水标准Qp=10%=5440m3/s的选择是合适的。

经过一个汛期最大流量（与设计流量接近）过流，除局部两块混凝土板有抬动外围堰其他部分均良好，汛后修复工程量很少。工程实践说明结构设计体型满足现场过水运行，尤其是堰面的抗冲刷能力较强，基本未见冲刷破坏情况出现。上游过水围堰经过两个汛期之后的运行效果见图3。

图3 上游过水围堰过水运行照片

4 围堰相关构造设计

过水堰面保护：经比较混凝土护面、大块石护面及钢筋网护面等方案，确定二期过水围堰堰面主要采用抗冲能力较强的C20混凝土面板进行保护。见表1。

镇墩：为防止冲刷并支撑面板，上游围堰下游堰脚设置混凝土镇墩，镇墩顶高程184.00m，宽2.0 m，基础置于基岩上，基础底板设插筋Φ25，L=3m，间距1.5m，入岩2m，梅花形布置。镇墩上设置四排排水孔，孔径100mm，孔距1.5m，将围堰渗漏水排出。堰脚考虑施工因素采用抛大块石防护，以增加其抗冲能力。

分缝：按围堰结构设计分缝，缝宽1.5cm，纵、横缝均采用聚氨酯硬质泡沫板填缝。

钢筋：面板中布双层双向钢筋，均为Φ20@20cm。

排水孔：为减小过水时砼楔形面板上的扬压力，在上下游围堰的下游坡面上设直径100mm的排水孔，间排距2m。

5 结论

草街二期土石过水围堰经过汛期洪水考验，确保工程汛后施工基坑内的快速恢复，为工程按期完工、发电提供了保障，实践说明草街航电枢纽工程二期土石过水围堰的设计是成功的，值得类似工程参考借鉴。但设计在满足工程需要的同时，还需考虑结构体型的优化，以节约更多工程量。

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