摘要：导流洞封堵体设计是水利工程设计中非常重要的一个环节，封堵体的安全可靠、及时完工直接关系到整个工程的运行安全及效益发挥。本文结合李家河水库工程导流洞封堵体设计实例，详述了封堵体布置、长度、体型、灌浆的设计过程，可供其他类似工程参考和借鉴。
关键词：导流洞封堵体；布置；长度；体型；灌浆
导流洞封堵、水库下闸蓄水是水利工程建设中一个关键性的节点，而导流洞封堵体设计是实现这一节点的关键，封堵体的安全可靠、及时完工直接关系到整个水利工程的运行安全及效益发挥。导流洞封堵体是永久性水工建筑物，其级别与大坝等主要建筑物相同。本文结合李家河水库工程实例，对水利工程导流洞封堵体设计进行探讨分析。
1、工程概况
西安市辋川河李家河水库工程位于西安市蓝田县境内，是解决西安市东部用水紧张的骨干供水工程之一，为Ⅲ等中型，工程由水库枢纽和输水渠道两大部分组成。水库枢纽主要由碾压混凝土双曲拱坝、泄洪表孔、底孔、引水洞及电站等组成。
导流洞位于左岸，为临时建筑物，级别为5级。由封堵塔、洞身段和出口明渠段三部分组成。导流洞全长304m，进、出口底板高程分别为806.00m、801.44m，坡降为1.5%。洞身段采用城门洞型，断面尺寸为6.4m×7.8m。
2、封堵体布置
导流洞封堵体为永久建筑物，其布置原则：1.选在地质条件较好的洞段处；2.当洞轴线穿过大坝防渗帷幕时，封堵体应布设在大坝防渗帷幕线上，与大坝防渗帷幕构成整体的防渗系统。由于导流洞是临时建筑物，具有设计标准低、施工质量要求不高、灌浆不好等诸多不利因素，如果封堵体未布置在防渗帷幕线上，导流洞就极可能成为渗水通道，对大坝蓄水及安全运行造成隐患。同时，这样布置可充分利用帷幕灌浆加强封堵体段围岩固结灌浆的效果，也为提前进行或后期补灌提供了可能。
本工程封堵体布置在桩号"导0+111.00"处，底板高程为804.335m。此处岩性为微风化中粗粒斑状黑云母二长花岗岩，属基本稳定的Ⅱ类围岩。
3、s封堵体长度确定
导流洞封堵体为3级建筑物，设计、校核洪水标准与大坝相同，坝前设计洪水位为880.00m，校核洪水位为881.29m，设计水头72.03m，校核水头为73.32m。
（1）按经验公式计算
①按洞径倍数确定
多年来，对封堵体的设计大都比较保守，一般取2～3倍的洞径，近年来也有很多工程打破了此约定（鲁布革1.5，天生桥一级为1.5）。本工程导流洞等效洞径为7.677m，封堵体长度在15.4m～23m间。
②按计算水头与洞径确定
式中： H—作用水头；m—经验系数，一般取0.0125～0.02，当H< 100m时取大值，反之取小值，本工程取0.02。
计算可得：设计工况下,封堵体长11.06m，校核工况下，封堵体长11.26m。
（2）规范公式计算
《水工隧洞设计规范》中，给出了等断面封堵体长度计算公式，考虑到封堵体在施工过程中顶拱和侧墙与围岩接触面密实性不易保证，计算时，对这些部位的抗剪切面积适当折减，引入有效接触系数
。
式中：P—封堵体迎水面承受的总水压，MN； 
—允许剪应力，0.2～0.3MPa ，本工程取0.2MPa；A—封堵体剪切面周长，m； 
—封堵体断面面积； 
—水的容重，10KN/m3； H—作用水头； 
—有效接触系数（顶拱取0，侧墙取0.8，底板取1.0）。
计算可得封堵体长度为10.82m。
（3）按抗剪断公式计算
式中：P—作用水头总推力； A—封堵体剪切面周长，m； 
—封堵体断面面积； 砼—砼的容重，24KN/m3； —砼与围岩或砼与砼之间抗剪断摩擦系数，取1.1； —抗剪断凝聚力，取1.4MPa； —有效接触系数（顶拱取0，侧墙取0.8，底部取1.0）；K—抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数，设计工况时取3.0，校核工况时取2.5。
计算可得：设计工况下，导流洞封堵体长4.32m，校核工况下，封堵体长3.66m。
通过计算分析，进行参考类比、考虑到施工水平等，综合确定封堵体长度为16m。
4、封堵体体型设计
封堵体设计应在安全可靠的前提下，充分考虑现场施工条件、施工工期，体型尽量简单，便于施工，尽可能有较大的超载能力。
本工程封堵体采用“底板、侧墙三向扩挖齿槽型”，较近年来多用的“楔形”，能较好地改善封堵体及围岩应力状况。底板、侧墙的最大扩挖深度分别为1.5m、1.35m，为避免锐缘应力集中，留3.5m的平段，底板上游坡比1：2.083，下游坡比1：9.541，侧墙上游坡比1：2，下游坡比1：8。封堵体采用C25微膨胀混凝土浇筑，抗渗等级W6，抗冻等级F150。
为了封堵体灌浆的需要，同时有利于施工期混凝土的散热，在封堵体内设置纵向灌浆廊道。廊道上游面距封堵体上游面6.0m，城门洞型，断面尺寸为2.5m×3.0m，待封堵体灌浆工作完成后，采用C25微膨胀混凝土封填灌浆廊道。为保证封堵体混凝土与顶拱原喷砼之间粘结良好，在浇筑前必须对原喷砼表面全部凿毛，冲洗干净，并清除松动、空鼓部位。
封堵体全断面布设φ25砂浆锚杆，单根长3.5m，深入基岩3.0m，间、排距2m，错开布置，以加强封堵体与围岩间的连接。此外在封堵体与基岩接触面的上游侧布设一周铜止水兼作止浆片，在封堵体与基岩接触面的下游侧以及灌浆廊道下游侧布设一周止浆片。
5、灌浆设计
（1）回填灌浆。封堵体顶部混凝土、灌浆廊道顶部混凝土施工空间狭小，施工条件差，难以浇筑密实，需埋设回填灌浆管路，采用与封堵体混凝土相同强度的砂浆，将封堵体全段顶部空腔回填密实。回填灌浆范围为顶拱中心角120°，回填灌浆孔排距2.0m，每排2孔或3孔，错开布置，回填灌浆经由灌浆管路引至封堵体下游，在封堵体混凝土达到70%设计强度后进行。（2）固结灌浆。为提高封堵段围岩的整体性，使围岩原生裂隙和软弱结构面得以固结补强，保证围岩的弹性抗力，减少渗漏，对封堵段围岩进行固结灌浆。固结灌浆孔全断面环向360°布设，每个断面11孔，错开布置，深入基岩4m，。固结灌浆经灌浆引管引至封堵体纵向灌浆廊道内进行。固结灌浆在回填灌浆结束7天后进行。（3）接缝灌浆。考虑到混凝土干缩特性的影响，在封堵体混凝土与围岩接触面以及封堵体灌浆廊道封填混凝土的顶拱、侧墙布设接缝灌浆系统，以确保封堵体的整体性、使其具有良好的防渗效果，并能有效地传递应力。接缝灌浆经由灌浆引管引至封堵体下游进行。接缝灌浆在封堵体混凝土浇筑完成后，待温度降至满足温控要求后施灌。
李家河水库于2015年4月正式下闸蓄水，三年来，导流洞封堵体一直运行良好。
6、结语
导流洞封堵体作为水库蓄水的主要控制条件之一，对水利工程的安全运行有着极其重要的作用。本工程封堵体设计中未考虑扩挖齿槽产生的阻滑力、封堵体变形产生的摩擦阻力，仅作为安全储备，也未考虑利用大坝灌浆廊道提前进行固结灌浆的可行性，若计入这些有利因素，则可缩短封堵体长度、不设置灌浆廊道，对简化施工、缩短工期，提早发挥效益有重要意义。
参考文献
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论文作者:杨婷婷
论文发表刊物:《基层建设》2018年第32期
论文发表时间:2018/12/21
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