小型水库施工组织设计初步探讨
【摘 要】本文在总结小型水库的施工组织设计的基础上，提出了采用抽排的方式进行山区小型水库的施工导流，并通过工程实例分析知，采用抽排的方式可以节约大量的资金，为小型水库的除险加固设计提供切实可行的施工方案。
【关键词】小型水库 施工导流设计 抽排 围堰
1引言
小型水库问题多，资金少，在资金有限的情况下，尽可能的完成病险水库的除险加固设计，给设计人员带来了极大的挑战，特别是施工导流方案，几乎每个小型水库的施工组织设计都遇到这个难题，在设计的过程中，作者根据几个小型水库的特点进行了总结。主要存在2个方面的问题：一是库容曲线较为平坦，施工期水库水位上升小，这种情况一般采用围堰的方式较为经济；二是库容曲线较陡，施工期水库水位上升快，如果按照传统的导流方案，采用围堰的型式，是小型水库总投资300多万不能承受的，遇到这种情况，作者认为采用抽排的方式较为经济实用。本文以竹山县古家沟水库施工组织设计为实例重点阐述第二种情况的施工导流设计。
2工程概况
古家沟水库位于湖北省竹山县擂鼓镇西河村，水库大坝拦截西河上游古家沟和武昌庙沟来水，水库坝址以上承雨面积3.2km 2，河道长2.9km ，分水岭至坝址主河道平均坡降为115.2‰，地势较高。坝址距擂鼓镇10km ，距竹山县城60km 。是一座以灌溉为主，兼有防洪和供水等综合利用功能的小（1）型水库枢纽工程。水库枢纽工程现有建筑物包括：粘土心墙大坝、溢洪道和输水涵管组成。水库总库容171.0万m 3，其中兴利库容140.7万m 3，死库容6.3万m 3。水库为下游灌区0.3万亩农田提供灌溉用水，同时还担负着下游擂鼓镇及305省道等设施的防洪任务，保护农田0.30万亩、人口1.0万人。古家沟水库枢纽属Ⅳ等工程，小（1）型规模，其挡水、泄水、输水建筑物为4级建筑物。
水库除险加固初步设计项目主要包括：①对大坝心墙部位采用充填灌浆法进行处理，解决心墙渗透系数不满足要求的问题；对大坝和溢洪道基岩中等透水层采用帷幕灌浆处理；②针对坝坡变形和护坡风化破碎情况，对上游坝坡翻修，采用30cm 厚的干砌块石护坡，下游坝坡在整平的基础上种植草皮护坡，完善坝面构造；③封堵原输水涵管，于大坝右岸上游新开泄洪隧洞，兼作灌溉输水。将原溢洪道封堵，拆除重建进水渠和控制段左边墙，新建长21m 的挡水土坝；④更新启闭设备，增设进口检修闸门和出口工作闸门。
3. 施工组织设计
古家沟水库所在流域地区属亚热带大陆性季风气候，具有温暖湿润，四季分明，雨量充沛，光照充足等特点。无霜期为250天左右，年平均气温10.2℃～15.6℃，极端最底气温零下9.9℃，极端最高气温43.4℃。
区域库区多年平均降雨量849.5mm ，多年平均迳流深353mm ，多年平均来水量429万m 3。流域内洪水由暴雨产生，暴雨发生时间一般为7～10月，暴雨形成多为低涡切变线和锋雨面，台风深入形成大暴雨次数极少。暴雨历时一般1～3天，大暴雨范围一般遍及整个流域，降雨特点是雨量集中、强度大，洪水峰高量大、陡涨陡落。坝址处多年平均最大风速13m/s，风向一般为东北风。
3.1 施工导流标准
本工程永久建筑物属4级建筑物。根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303—2004）和本工程的具体条件，导流临时建筑物级别定为5级。结合本工程的导流要求，选用枯水期5年一遇洪水作为导流标准。
3.2 施工组织设计
根据本工程工程量及项目特点，利用1个枯水期完成大坝枢纽工程的加固及管理设施建设，即施工总工期定为12个月。
第一年7月为施工准备期，准备期内修筑、完善施工道路，做好料场的准备
工作，保证施工期有合格的土料和良好的施工道路。
第一年8月上旬主体工程全面开工，首先进行输水隧洞0+010～0+080段的开挖，该项目是控制工期的关键项目。先进行隧洞出口明挖，明挖结束即进行洞挖，利用3个月的时间完成隧洞0+010～0+080段石方洞挖，然后利用3个月时间完成隧洞砼衬砌和隧洞洞顶回填灌浆施工。
第一年11月上旬隧洞进口段0+000～0+010段施工待库水位降低后立即开始，至第二年2月中旬，完成泄洪隧洞的全部施工。同时可完成进、出口闸室、出水渠施工。
第一年11月上旬也可进行大坝坝顶整治、上、下游坝坡平整和护砌的施工。同时完成坝体帷幕灌浆施工。
在第二年2月中旬隧洞衬砌工作全部结束后可进行原低输水涵管的封堵，利用1.5个月时间完成全部封堵工作。同时非常溢洪道加固等项目也可进行。
至第二年4月底，完成大坝上游坡护坡、下游坡整治和大部分主体工程以及金属结构、启闭设备的安装调试工作等施工；
第二年5月完成全部施工、坝顶道路施工和大坝管理设施建设；
第二年6月进行工程收尾及清场工作。
3.3 施工洪水
根据对流域内的降雨特性情况分析，古家沟水库的汛期在每年的4～10月，枯水期在每年的11月到次年的3月。根据本次施工组织设计，需要施工导流的时段为枯水期（11月～3月），导流建筑物洪水标准为5年一遇。
根据堵河流域四级区1956～2000年共45年径流深排频计算出各月相应频率的径流总量。根据竹山气象站1980～2006年共27年实测枯水期逐年逐月24小时最大降水量资料，得施工期设计洪水计算成果。
枯水期径流计算成果见表1、施工期设计洪水成果见表2。
表1 古家沟水库枯水期径流成果表 单位：万m 3
表2 古家沟水库施工期设计洪水成果表
3.4 施工导流方式
根据本次除险加固工程设计要求，大坝上游坝坡翻修、隧洞进口段、非常溢洪道施工需要进行施工导流。原涵管开挖拆除及回填封堵等施工还必须将库水放空后才能施工。据此施工特点，结合工程的实际布置情况，本工程的施工导流采用二期施工导流。
第一期直接利用原低输水涵管放水、泄水。在第一年10月下旬通过原输水涵管将库水位降低到原死水位549.49m 高程，在第一年11月上旬利用低水位进行上游坝坡干砌块石护坡翻修的施工和泄洪隧洞进口段施工。
第二期在隧洞施工过程中采用必要的方式进行施工导流，进行泄洪隧洞的开挖衬砌、原涵管开挖拆除与封堵等项目施工。根据本工程取水口规模及施工安排，本次设计施工期间（第一年11月～第二年3月）共5个月的来水考虑两套施工导流方案进行比较：
方案一：水泵排水方案，即第一年11月～第二年3月的来水全部通过水泵进行抽排。根据表2知：施工期间洪水频率P ＝20％的一场暴雨的洪峰流量为
5.1m 3/s，其洪水总量为5.8万m 3。隧洞进口段施工前期可先将原死库容抽排5.8万m 3作为设计标准（P ＝20％）的一场洪水预留的防洪库容。
来水总量按逐月径流量排频（P=20％）计算，5个月来水总量约为22.28万m 3。即本工程需要抽排的总水量为22.28万m 3设计水泵（扬程16m ）按600m 3/h（0.167m 3/s）的流量进行抽排，按2台水泵考虑，可以满足施工抽排的要求。
经计算，每台水泵按45Kw 的功率，抽水期间共需用电10530Kw·h，该方案投资0.96万元。
方案二：围堰挡水方案，即利用围堰挡水，水库调蓄施工期全部来水，查库容曲线，得到相应设计水位556.3m ，考虑安全加高等，取围堰顶部高程556.8m 。
围堰围绕取水口布置，并与坝址附近山体相连接形成封闭的防洪体系。围堰采用石渣混合料为堰体，粘土斜墙防渗的围堰结构型式，堰顶高程556.8m ，堰高14.25m ，堰顶宽3.5m ，迎水面边坡采用1:3，背水面边坡采用1:1.5，围堰长50m 。
主要工程量：填筑土石围堰12150m 3，粘土7123m 3，施工道路0.3km 。该方案投资39.38万元。
方案一比方案二更加有效地利用现有死库容，避免了填筑围堰造成较大方量开挖和填筑工作，从而减少了施工风险和工期，且无施工道路，不受上游坝坡施工影响。两者比较直接投资方案一较方案二节约38.42万元，因此推荐选用方案一作为第二期施工导流方案。
根据表1和表2知：在整个泄洪隧洞和原输水涵管封堵工程的施工期间（11月～3月）洪水频率P ＝20％的一场暴雨的洪峰流量为5.1m 3/s，而期间洪水总量为22.28万m 3。考虑到资金限制及上游不便修建施工道路及围堰，在进行整个泄洪隧洞的开挖衬砌、原涵管开挖拆除与封堵项目施工过程中，不修建施工围堰，直接采用潜水泵将库水通过新建输水隧洞排至下游，利用5个月的时间完成泄洪隧洞和原涵管开挖拆除与封堵的施工。
4. 结语
小型水库除险加固设计由于受到自身地理位置条件和配套资金的限制，在进行施工导流设计中，特别是山区小型水库绝大多数情况下不能采用常规的围堰导流的方式进行施工导流，而采用抽排的方式既节约投资又能很好的实施。
参考文献：
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小型水库施工组织设计初步探讨
【摘 要】本文在总结小型水库的施工组织设计的基础上，提出了采用抽排的方式进行山区小型水库的施工导流，并通过工程实例分析知，采用抽排的方式可以节约大量的资金，为小型水库的除险加固设计提供切实可行的施工方案。
【关键词】小型水库 施工导流设计 抽排 围堰
1引言
小型水库问题多，资金少，在资金有限的情况下，尽可能的完成病险水库的除险加固设计，给设计人员带来了极大的挑战，特别是施工导流方案，几乎每个小型水库的施工组织设计都遇到这个难题，在设计的过程中，作者根据几个小型水库的特点进行了总结。主要存在2个方面的问题：一是库容曲线较为平坦，施工期水库水位上升小，这种情况一般采用围堰的方式较为经济；二是库容曲线较陡，施工期水库水位上升快，如果按照传统的导流方案，采用围堰的型式，是小型水库总投资300多万不能承受的，遇到这种情况，作者认为采用抽排的方式较为经济实用。本文以竹山县古家沟水库施工组织设计为实例重点阐述第二种情况的施工导流设计。
2工程概况
古家沟水库位于湖北省竹山县擂鼓镇西河村，水库大坝拦截西河上游古家沟和武昌庙沟来水，水库坝址以上承雨面积3.2km 2，河道长2.9km ，分水岭至坝址主河道平均坡降为115.2‰，地势较高。坝址距擂鼓镇10km ，距竹山县城60km 。是一座以灌溉为主，兼有防洪和供水等综合利用功能的小（1）型水库枢纽工程。水库枢纽工程现有建筑物包括：粘土心墙大坝、溢洪道和输水涵管组成。水库总库容171.0万m 3，其中兴利库容140.7万m 3，死库容6.3万m 3。水库为下游灌区0.3万亩农田提供灌溉用水，同时还担负着下游擂鼓镇及305省道等设施的防洪任务，保护农田0.30万亩、人口1.0万人。古家沟水库枢纽属Ⅳ等工程，小（1）型规模，其挡水、泄水、输水建筑物为4级建筑物。
水库除险加固初步设计项目主要包括：①对大坝心墙部位采用充填灌浆法进行处理，解决心墙渗透系数不满足要求的问题；对大坝和溢洪道基岩中等透水层采用帷幕灌浆处理；②针对坝坡变形和护坡风化破碎情况，对上游坝坡翻修，采用30cm 厚的干砌块石护坡，下游坝坡在整平的基础上种植草皮护坡，完善坝面构造；③封堵原输水涵管，于大坝右岸上游新开泄洪隧洞，兼作灌溉输水。将原溢洪道封堵，拆除重建进水渠和控制段左边墙，新建长21m 的挡水土坝；④更新启闭设备，增设进口检修闸门和出口工作闸门。
3. 施工组织设计
古家沟水库所在流域地区属亚热带大陆性季风气候，具有温暖湿润，四季分明，雨量充沛，光照充足等特点。无霜期为250天左右，年平均气温10.2℃～15.6℃，极端最底气温零下9.9℃，极端最高气温43.4℃。
区域库区多年平均降雨量849.5mm ，多年平均迳流深353mm ，多年平均来水量429万m 3。流域内洪水由暴雨产生，暴雨发生时间一般为7～10月，暴雨形成多为低涡切变线和锋雨面，台风深入形成大暴雨次数极少。暴雨历时一般1～3天，大暴雨范围一般遍及整个流域，降雨特点是雨量集中、强度大，洪水峰高量大、陡涨陡落。坝址处多年平均最大风速13m/s，风向一般为东北风。
3.1 施工导流标准
本工程永久建筑物属4级建筑物。根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303—2004）和本工程的具体条件，导流临时建筑物级别定为5级。结合本工程的导流要求，选用枯水期5年一遇洪水作为导流标准。
3.2 施工组织设计
根据本工程工程量及项目特点，利用1个枯水期完成大坝枢纽工程的加固及管理设施建设，即施工总工期定为12个月。
第一年7月为施工准备期，准备期内修筑、完善施工道路，做好料场的准备
工作，保证施工期有合格的土料和良好的施工道路。
第一年8月上旬主体工程全面开工，首先进行输水隧洞0+010～0+080段的开挖，该项目是控制工期的关键项目。先进行隧洞出口明挖，明挖结束即进行洞挖，利用3个月的时间完成隧洞0+010～0+080段石方洞挖，然后利用3个月时间完成隧洞砼衬砌和隧洞洞顶回填灌浆施工。
第一年11月上旬隧洞进口段0+000～0+010段施工待库水位降低后立即开始，至第二年2月中旬，完成泄洪隧洞的全部施工。同时可完成进、出口闸室、出水渠施工。
第一年11月上旬也可进行大坝坝顶整治、上、下游坝坡平整和护砌的施工。同时完成坝体帷幕灌浆施工。
在第二年2月中旬隧洞衬砌工作全部结束后可进行原低输水涵管的封堵，利用1.5个月时间完成全部封堵工作。同时非常溢洪道加固等项目也可进行。
至第二年4月底，完成大坝上游坡护坡、下游坡整治和大部分主体工程以及金属结构、启闭设备的安装调试工作等施工；
第二年5月完成全部施工、坝顶道路施工和大坝管理设施建设；
第二年6月进行工程收尾及清场工作。
3.3 施工洪水
根据对流域内的降雨特性情况分析，古家沟水库的汛期在每年的4～10月，枯水期在每年的11月到次年的3月。根据本次施工组织设计，需要施工导流的时段为枯水期（11月～3月），导流建筑物洪水标准为5年一遇。
根据堵河流域四级区1956～2000年共45年径流深排频计算出各月相应频率的径流总量。根据竹山气象站1980～2006年共27年实测枯水期逐年逐月24小时最大降水量资料，得施工期设计洪水计算成果。
枯水期径流计算成果见表1、施工期设计洪水成果见表2。
表1 古家沟水库枯水期径流成果表 单位：万m 3
表2 古家沟水库施工期设计洪水成果表
3.4 施工导流方式
根据本次除险加固工程设计要求，大坝上游坝坡翻修、隧洞进口段、非常溢洪道施工需要进行施工导流。原涵管开挖拆除及回填封堵等施工还必须将库水放空后才能施工。据此施工特点，结合工程的实际布置情况，本工程的施工导流采用二期施工导流。
第一期直接利用原低输水涵管放水、泄水。在第一年10月下旬通过原输水涵管将库水位降低到原死水位549.49m 高程，在第一年11月上旬利用低水位进行上游坝坡干砌块石护坡翻修的施工和泄洪隧洞进口段施工。
第二期在隧洞施工过程中采用必要的方式进行施工导流，进行泄洪隧洞的开挖衬砌、原涵管开挖拆除与封堵等项目施工。根据本工程取水口规模及施工安排，本次设计施工期间（第一年11月～第二年3月）共5个月的来水考虑两套施工导流方案进行比较：
方案一：水泵排水方案，即第一年11月～第二年3月的来水全部通过水泵进行抽排。根据表2知：施工期间洪水频率P ＝20％的一场暴雨的洪峰流量为
5.1m 3/s，其洪水总量为5.8万m 3。隧洞进口段施工前期可先将原死库容抽排5.8万m 3作为设计标准（P ＝20％）的一场洪水预留的防洪库容。
来水总量按逐月径流量排频（P=20％）计算，5个月来水总量约为22.28万m 3。即本工程需要抽排的总水量为22.28万m 3设计水泵（扬程16m ）按600m 3/h（0.167m 3/s）的流量进行抽排，按2台水泵考虑，可以满足施工抽排的要求。
经计算，每台水泵按45Kw 的功率，抽水期间共需用电10530Kw·h，该方案投资0.96万元。
方案二：围堰挡水方案，即利用围堰挡水，水库调蓄施工期全部来水，查库容曲线，得到相应设计水位556.3m ，考虑安全加高等，取围堰顶部高程556.8m 。
围堰围绕取水口布置，并与坝址附近山体相连接形成封闭的防洪体系。围堰采用石渣混合料为堰体，粘土斜墙防渗的围堰结构型式，堰顶高程556.8m ，堰高14.25m ，堰顶宽3.5m ，迎水面边坡采用1:3，背水面边坡采用1:1.5，围堰长50m 。
主要工程量：填筑土石围堰12150m 3，粘土7123m 3，施工道路0.3km 。该方案投资39.38万元。
方案一比方案二更加有效地利用现有死库容，避免了填筑围堰造成较大方量开挖和填筑工作，从而减少了施工风险和工期，且无施工道路，不受上游坝坡施工影响。两者比较直接投资方案一较方案二节约38.42万元，因此推荐选用方案一作为第二期施工导流方案。
根据表1和表2知：在整个泄洪隧洞和原输水涵管封堵工程的施工期间（11月～3月）洪水频率P ＝20％的一场暴雨的洪峰流量为5.1m 3/s，而期间洪水总量为22.28万m 3。考虑到资金限制及上游不便修建施工道路及围堰，在进行整个泄洪隧洞的开挖衬砌、原涵管开挖拆除与封堵项目施工过程中，不修建施工围堰，直接采用潜水泵将库水通过新建输水隧洞排至下游，利用5个月的时间完成泄洪隧洞和原涵管开挖拆除与封堵的施工。
4. 结语
小型水库除险加固设计由于受到自身地理位置条件和配套资金的限制，在进行施工导流设计中，特别是山区小型水库绝大多数情况下不能采用常规的围堰导流的方式进行施工导流，而采用抽排的方式既节约投资又能很好的实施。
参考文献：
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