生态环保型壅水坝导流工程设计

2017-05-15

东北水利水电 2017年5期

关键词：松原市编织袋水坝

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021）

生态环保型壅水坝导流工程设计

熊玲，于淼，程振，韩闯

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021）

松原市生态环保型壅水坝施工导流,采用两期两段施工方案，一期束窄河床导流；二期通过完建的16孔翻板闸泄流。根据该工程施工的实际情况，二期围堰结构型式在初步设计成果的基础上做了适当调整，为主体工程的顺利实施创造了良好条件。

壅水坝；导流围堰；编织袋防渗

1 工程概况

松原壅水坝位于第二松花江下游松原市城区段，前扶大桥下游约4.5 km处，距哈达山水利枢纽工程坝址约32 km。工程枢纽布置为河道右岸主河道布置翻板闸，翻板闸右侧布置过鱼建筑物、左岸滩地布置过水土坝。正常蓄水位131.5 m，前扶大桥～龙华大桥之间河道水面占有率为42%。该工程任务主要是提高主城区段枯水期水位，改善城市水环境，同时形成水面景观，为城市景观设计提供亲水平台，塑造松原“三江水城”的城市形象，并且结合发掘松原市的历史文化遗存，达到增强城市魅力、快速拉动松原市经济发展的目的。

施工导流采用两期两段施工方案，其主要施工程序为：一期束窄河床导流，主要施工右岸翻板闸和右岸过水土坝段；二期通过完建的16孔翻板闸泄流，施工剩余的过水土坝段。

2 工程条件

2.1 水文、气象条件

第二松花江流域地处中纬度欧亚大陆东缘，属中温带大陆性季风气候区，春季干燥多风，夏季温热多雨，秋季晴冷温差大，冬季严寒而漫长。按气候分区，上游为长白山寒冷湿润区，中下游为温和半湿润区，其特点是气温、降水等气象要素南北差异大，且年内分布很不均匀，流域南部降水量在800～1 000 mm以上，年降水日数160～200 d，北部年降水量只有400 mm左右，降水日数超过80 d。年平均气温：上游山区为0～2℃，下游平原区为4～5℃；极端最高气温：下游河口及工程坝址处为37.5℃，上游山区为33.5～34.9℃；极端最低气温：下游河口段为-37.8℃，上游山区为-37.7～-44.5℃。春季多西南风，冬季多西北风，历年最大风速29 m/s，相应风向为SS W。流域内实测最大冻土深达2 m以上，积雪期30～90 d，封冻期多达150 d。多年平均蒸发量从上游向下游递增，上游高植被区为1 100～1 200 mm，中游一般地区为1 300～1 500 mm，下游松辽平原干旱区高达1 700 mm。

第二松花江洪水由暴雨形成，洪水发生季节与雨季变化一致，洪水一般发生在4月至10月，6月至9月洪水最大。

各施工时段不同重现期施工洪水流量见表1。

表1 施工分期设计洪水成果表m3/s

9月中旬5年一遇平均流量为701 m3/s。

2.2 地质条件

坝址处河谷宽阔，主河床靠近坝址右岸，现有水面宽度230 m，左岸地貌类型为河谷冲积平原，地势平坦开阔，地面高程131～135 m，属河谷一级阶地，靠近河床为全新统高漫滩，宽度约为2 km，地面高程一般129～132 m。右岸为上更新统冲积平原，并零星分布有风积砂丘，地面高程145～155 m，多为陡岸，高出江水面约10～13 m。

围堰基础主要地层为第四系全新统冲积层和第四系中更新统湖积层，第四系全新统冲积层层厚10～22 m，岩性有：中细砂、粉土质砂、低液限粉土、低液限粘土，各岩性土之间呈互层状，层位不稳定；第四系中更新统湖积层厚15～20 m，岩性为低液限粘土，层位稳定，间夹有粉土质砂和细砂层透镜体。中细砂为中等～强透水层，四系全新统粉土质砂、低液限粉土属弱透水层岩层，低液限粘土为极微透水层。

3 导流设计标准

该工程施工导流建筑物为5级，一期大汛围堰围护的翻板闸段振冲桩、混凝土和金属结构安装工期相对较长，因此设计洪水采用大汛5年一遇重现期洪水，设计流量为3 250 m3/s。二期汛后围堰围护的左岸过水土石坝段施工从第二年9月中旬到第二年底即可完工，因此洪水重现期取下限值，采用汛后5年一遇重现期洪水，设计流量为722 m3/s。截流标准选用9月中旬5年重现期洪水，其流量为701 m3/s。

4 二期导流建筑物设计

4.1 初步设计阶段成果

二期导流工程主要包括枢纽左岸的汛后上、下游横向土石围堰。

二期汛后上游横向围堰设计挡水位为130.72 m，堰顶高程为131.22 m，堰顶长度为1 441.22 m，堰顶宽度均为6.0 m，围堰堰顶兼做临时交通道路。右岸河道段围堰堰体由中砂填筑而成，迎水侧边坡为1∶1.5，背水侧边坡为1∶3.0。截流戗堤设计水位为130.74 m，戗堤顶高程为131.22 m，顶宽度均为3.0 m，主要为编织袋土填筑而成，编织袋土填筑边坡采用1∶1.5，编织袋土护坡厚0.5 m。围堰防渗型式采用土工膜防渗，沿戗堤迎水坡布置至戗堤坡脚。左岸滩地段围堰堰体由中砂填筑而成，迎水侧、背水侧边坡均为1∶3.0，编织袋土护坡厚0.5 m。围堰防渗型式采用土工膜防渗，沿围堰迎水坡护坡布置至坡脚。

二期汛后下游横向围堰设计挡水位为130.60 m，堰顶高程为131.60 m，堰顶长度为1 519.16 m，围堰堰型基本与上游围堰相同。其截流戗堤设计水位为130.61 m，顶高程为131.60 m，结构型式与上游戗堤基本相同。下游围堰结构形式、防渗型式与上游围堰相同。

4.2 技施阶段成果

由于一期导流工程的使用期超过了设计使用年限，另外，设计要求一期导流期间需对坝址区影响范围内的二松河道进行清障，但此要求遇到困难并未实施，导致导流明渠冲刷严重，最大冲深约18 m，地形和初步设计阶段相比已发生很大变化。为了保证工程安全，设计对二期导流工程进行了更改。

2014年7月中旬，设计组织相关专业人员对一期导流明渠水下地形进行了补充测量。考虑到导流明渠冲深影响范围较大，2014年7月24日，设计人员联合施工单位对一期导流明渠水位进行了实测，坝址上游水位约129.70 m，坝址下游水位约129.54 m，通过查询扶余水文站（距坝址上游4.5km）的当日观测资料，河道流量约为675 m3/s（二期导流围堰截流设计流量701 m3/s）。

根据相关资料，2014年8月，设计编写了《松原市生态环保型壅水坝二期导流设计方案论证报告》，并通过了松原市水利局的审查。结合专家审查意见，设计进行了修改并完成了《松原市生态环保型壅水坝二期导流工程变更设计报告》。

1）围堰设计。根据初步设计成果，结合现场地形，二期导流围堰仍然分为左岸和右岸两段，中间以小孤岛隔开。由于左岸段地形地质条件变化不大，二期左岸围堰平面布置及结构型式沿用初步设计阶段成果。

右岸段冲刷严重，围堰最大高度将由原初步设计阶段的4 m左右增加到15～22 m。堰体如果仍采用中砂，由于大部分位于水下，中砂极易被水流冲走，难以成形。设计初拟采用草袋土或块石填筑，但考虑到土料及块石料运距远，投资大，经比较确定，围堰填筑材料就地取材，采用粉细砂装编织袋填筑，戗堤直接填筑至围堰顶高程，顶宽为10 m，上下游坡比为1∶1.5。

根据设计标准及导流方式，经计算，右岸段上下游围堰设计洪水位分别为130.72 m、130.60，设计超高按1.5 m考虑，上下游围堰堰顶高程分别为132.22 m、132.10 m，围堰最大高度约15 m。

上游围堰轴线采用凸向上游的曲线，离坝轴线最远处约170 m，轴线长度498.79 m；下游围堰轴线采用凸向下游的曲线，离坝轴线最远处约121 m，轴线长度530.80 m。

由于本次设计水工专业采用江砂水力冲填方式回填冲坑，并用振冲砂桩挤压密实方案，所以不要求围堰采取防渗处理。

2）截流设计。根据施工总进度的安排，二期截流时段选择在2014年9月中旬，截流标准选用9月中旬5年重现期洪水，其流量为701 m3/s。为了安全起见，截流计算时下游水位采用实测水位129.60 m（此时扶余水文站流量约为675 m3/s）。

经计算，龙口底部轴线长度约20 m。

由于河床表层为粉细砂，抗冲流速很小，需对河槽底部非龙口段进行1 m厚的编织袋土平抛护底；龙口段先平铺无纺布，再平抛1m厚块石，粒径不小于30 cm。

采用立堵截流，左、右岸两侧采用编织袋土同时进占，上游围堰堰体即为戗堤。龙口位置选择在主河槽内，龙口段采用块石截流，最大块石粒径为1.3 m。