光山县龙山大闸导流工程设计与应用

光山县龙山大闸导流工程设计与应用

□谌永强

（河南省水利第二工程局）

摘要：水利工程中的导流工程是整个水利工程能够顺利实施的重要保证，导流围堰、导流建筑物的设计关系到整个施工节点目标能否顺利实现，同时导流工程也是整个工程在汛期内安全的重要保证，文章结合光山县龙山大闸工程实例，介绍了工程现场实际情况，施工导流设计过程及实际应用过程，以期为今后类似工程导流设计施工提供相关的技术参考。

关键词：龙山大闸；导流工程；导流设计

0 引言

光山县龙山大闸坐落在淮河支流潢河上，位于光山县城西南约7 km的槐店乡珠山村，是一座防洪、灌溉、供水、发电等综合利用的水利枢纽工程。设计洪水标准为50 a一遇，设计洪水位57.79 m，校核洪水标准为200 a一遇，校核洪水位58.12 m。该地区最小年降水量为620.60 mm，最大年降水量为1 660.20 mm，降雨集中在6-9月份，最大一般发生在7月份，一次洪水历时一般在24 h左右，平均径流深为400～500 mm。

1 导流要求

围堰要利于排水，不应过多压缩流水断面，以免壅水过高；围堰内要满足基础施工的尺寸要求；堰身尺寸断面要保证有足够的强度和稳定性，基坑开挖后围堰不发生破裂、滑动或倾覆；采取有效措施防止渗漏，减少排水工作，对围堰外围边坡的冲刷进行防护。

2 导流设计

2.1 上游导流设计

2.1.1 断面设计

龙山大闸围堰设计标准为10 a一遇，此标准下施工期闸上水位为55.16 m。故设计如下：上游采用均质土围堰，由于上游围堰填高超过5 m，故顶宽设计5 m，顶部高程为56.16 m，水位高程55.16 m。两侧水下边坡为1：5，水上边坡为1：3，迎水侧设0.30 m厚编织袋装土压盖土工膜（150 g/m2～0.30 mm～150 g/ m2）防护，编织袋防护高程为55.16 m。土工膜起底防护至顶，顶部预留1 m宽度，并用长1 m、直径6 cm的木桩固定，木桩间距2 m，距堰肩0.50 m，土工膜顶端埋入堰体30 cm，背水面设0.60 m厚编织袋防护，防护高度为2 m。

2.1.2 位置选址

围堰位置靠上游，距离铺盖段约85 m。现场情况，左岸地势平坦，右岸在浆砌石翼墙上游，能与山体直接结合，提高围堰的稳定性和安全系数，为上游铺盖段和闸室段提供较大工作面，有利于施工进度安排。

2.1.3 防渗设计

围堰处水面宽度200 m左右，水深4.10～7.70 m，地层由人工填土、中细砂和安山岩组成，围堰基础左岸约150 m范围内位于砂层（alQ4）中，右岸50 m范围内位于强风化和弱风化安山岩中，砂层结构较疏松，具中等～强透水性，抗冲刷、抗渗透能力较差。根据现场情况，上游左、右岸各一条老河道，其中右岸50 m范围内河道较窄，水流较急。为确保上游围堰稳定，对围堰基础和部分堰体设单排高压旋喷套接截渗墙，截渗墙底部入岩0.50 m，平均顶部高程为54.16 m，桩径1.00 m，孔距0.95 m。

2.2 下游围堰设计

2.2.1 断面设计

下游水位高程47 m时满足设计过流要求。由于下游围堰是珠山村乡村交通及施工主干道，车量及人流量较大，结合文明施工要求，故设计如下：下游采用均质土围堰，设计顶宽8 m，两侧各50 cm路肩，顶部高程为48.30 m（碎石路面30 cm厚），水位高程47.00 m，两侧边坡为1：3。围堰两侧安装防护柱，柱断面尺寸15 cm×15 cm，长2 m，间距2 m，埋入路肩50 cm深，外漏部分刷红白相间漆。

2.2.2 位置选址

地方村民在下游围堰附近河道内种植了大量树木，故围堰选址有限。根据初设方案及现场情况，该围堰对应龙山大闸桩号为0+260，中心坐标见图纸。

2.3 导流明渠进口围堰设计

根据初设方案，导流明渠进口围堰顶部高程53 m，设计挡水位52 m，顶宽3 m，水上边坡为1：3，水下边坡为1：5，迎水面设30 cm装土编织袋防护至52 m高程。挡水围堰设计指标汇总表见表1。

表1 挡水围堰设计指标汇总表

项目指标上游围堰下游围堰导流明渠进口围堰设计挡水位（m）55.16 47 52顶部高程（m）56.16 48.30 53顶宽（m）5 8 3边坡系数3～5 3 3～5

2.4 导流明渠设计

初设期北干渠向光山县城供水，目前城市供水水源地更换为泼河水库。初设期导流明渠下游为河滩地，目前该河滩地被开发成度假村，下游排水通道被填筑成堤，原始地形地貌发生较大变化，过水断面不能满足设计要求。因此，结合实际情况与厄尔尼诺现象（2014年春汛及秋汛过流量超过10 a一遇标准），故设计如下：

第一，导流明渠分进口段、泄槽段、消力池及出口海幔段，各接缝填塞2 cm厚聚乙烯闭孔泡沫板，下游排水通道增加一个出水口。第二，进口段长48 m，进口底板高程51 m，出口底板高程50.95 m，底宽20 m，底板为30 cm厚C20混凝土护底，下设10 cm厚碎石垫层；边坡为10 cm厚C20混凝土护坡，坡度1：3，下设10 cm厚碎石垫层；护坡高程56 m，左、右岸各设3 m宽一级马道，平台以上坡度为1：2。第三，泄槽段长24 m，坡降1：4，底板为90 cm厚混凝土护底，下设10 cm厚碎石垫层，边坡为10 cm厚C20混凝土护坡，坡度1：3，与进口段和消力池顺接，下设10 cm厚碎石垫层；第四，消力池段长18.50 m，底板高程45 m，为1.20 m厚C20混凝土护底，下设60 cm反滤层，底板净宽25 m，下游侧设四排Φ100PVC冒水孔（梅花型布置，孔排距均为2.50 m，距离边线1.25 m，孔内3～4 cm碎石填塞）。消力池两边设重力式浆砌石挡墙，挡墙顶高程47 m，顶宽50 cm，起坡护砌，边坡为10 cm厚C20混凝土护坡，坡度1：3，护坡顶高程50.50 m，下设10 cm厚碎石垫层；第五，海幔段长28 m，底部高程47 m，底宽25 m，为30 cm厚C20混凝土护底，边坡为10 cm厚C20混凝土护坡，坡度1：3，护坡顶高程50.50 m，下设10 cm厚碎石垫层。第六，下游段两侧导堤采用土方填筑，计划8月份开始下游段明渠施工，大坝此时仍不能开挖，故需从取土场取土。导堤顶宽3 m，内坡1：3，外坡1：2，堤顶高程56.00～50.50 m。第七，钢筋设计。根据初设方案和《水工混凝土结构设计规范》：为保证施工进度和工程质量，特采用三级钢。导流明渠工程等级为5级，安全级别为Ⅲ级。HRB400钢筋强度为360 N/mm2其强度应不低于95%的保证率。导流明渠钢筋保护层为5 cm。钢筋混凝土构件纵向受力钢筋最小配筋百分率如表2。

截面配筋面积计算：

式中：As：截面配筋面积；K：结构物安全系数取1.15；ρmin:最小配筋率为0.40%；b:截面宽度fy：钢筋抗拉设计值取360 N/mm2；M：弯矩设计值，其计算公式如下(钢筋混凝土自重25 kN/m3，其截面线荷载为25×0.90×20=450 kN/m)：

表2 钢筋混凝土构件纵向受力钢筋最小配筋百分率表

项次1 2 3分类轴心受压构件的全部受压钢筋偏心受压受拉的受压钢筋受弯、偏心受压的受压钢筋混凝土标号小于200 0.40 250～400 0.40 500～600 0.40 0.200.200.20 0.100.150.20

以20m底宽截面计算配筋面积:

间距250 mm，宽20 m，双层配筋，需要钢筋的根数：

本工程安全系数取1.20，直径为16.10 mm，综上所述，导流明渠泄槽底板纵向钢筋直径为18 mm，横向钢筋直径为20 mm；消力池底板纵向钢筋直径为20 mm，横向钢筋直径为22 mm。

2.5 新增导流出水口设计

导流明渠地形地貌变化较大，现状出水口不能满足过流要求，需增加一个出水口。出水口设计参照导流明渠出口海幔段标准，控制指标包括底部高程47 m，底宽≥25 m。根据现场情况，目前唯一出水口是下游桥梁及向下通道，其现有条件如下：

底部高程45 m；最小底宽12 m（桥梁下游过水卡口）；

计算高度：3 m（不超过下游围堰高程）；

Q为流量，A为断面面积，V为流速，C为谢才系数，n为粗糙系数取0.02，b为底宽，m为边坡系数取1，R为水利半径，P为湿周，h为水深，i为坡降取1/1000。

经研究在明渠桩号0+280处新增一出水口，出水口经树林穿过景区道路。施工期间，本道路不仅要满足过流条件，还应满足施工机械、车辆及行人通行。出水口设计最大流量为362-117=245 m3/s。新增出水口涵管内径1.80 m，外径2.00 m，长2 m，设8排，每排4个。

3 施工方法

3.1 围堰及导堤施工

根据初设，选取北干渠下游左岸王洼村取土场土料，采用分层填筑，填筑过程中适当削坡，填筑完成检验合格后再进行下道工序。上游围堰填筑完成后进行土工膜铺设，土工膜整体覆盖后再用编织袋装土防护。下游围堰碎石层直接填筑，完成后用114 kW推土机压实。

3.2 混凝土浇筑

导流明渠混凝土施工时，底板采用25 t吊车配2 m3吊斗送料，入仓、振捣安排专人负责，确保施工质量及安全。护坡采用定型钢模板（特制滑模），混凝土由溜槽入仓。

3.3 涵管安装

新增出水口底板及侧墙浇筑完成后开始安装涵管，按照设计图纸一次性安装到位。采用25 t吊车吊装，由人工配合摆放并对接紧密。摆放完成后两端用模板封堵，验收合格后用C20混凝土回填，回填时振捣密实并控制回填高程，回填完成后进行路面施工。

3.4 截渗墙施工

上游围堰采用单排高压旋喷套接截渗墙，桩径1.00 m，孔距0.95 m，墙体搭接厚度≥300 mm。采用P.O.42.5普通硅酸盐水泥配制浆液，自上而下连续作业。渗透系数≤5×10-6cm/s，钻孔取样室内试验抗压强度≥1.00 MPa。

3.5 场地恢复

导流工程结束后开始场地恢复。混凝土需破碎拆除并将残渣运至指定弃渣场。围堰及导堤土方尽可能利用，剩余料运至指定弃渣场；新增导流口浆砌石及路面恢复至原状。

4 结论

经过设计、实施，该导流工程能保证龙山大闸施工顺利进行，有效控制施工过程中可能出现的安全隐患，确保人员、机械设备及工程主体的安全，将可能出现的损失降到最低，为龙山大闸的安全生产和进度计划的顺利实施提供了保障，确保了总进度目标的实现，并为该地区同类项目导流提供了实施依据。

编辑：刘青

中图分类号：TV222

文献标识码：A

文章编号：1673-8853（2017）07-0051-03

收稿日期：2017-05-15