某水电站过水围堰设计论文_蒋书伟1,史晓阳2,张琳琳1

1.天津市华淼给排水研究设计院有限公司天津南开 300110 2.北京市水利规划设计研究院北京海淀 100089

摘要：过水围堰是指在一定条件下允许堰顶过水的围堰。过水围堰在枯水期担负挡水任务，在汛期洪峰流量大时可以泄洪，主要适用于洪枯流量比值大，水位变幅显著的河流。可以减小施工导流泄水建筑物的规模，不足之处是汛期基坑内不能施工，减少了基坑施工时间。本文主要介绍了某水电站过水围堰的设计，详细论述了围堰的设计标准、防渗形式、冲刷防护等内容，为其他过水围堰的设计提供了参考和借鉴。

关键词：过水围堰；防渗；冲刷；子堰

1 工程概况

某水电站工程以水力发电为主要任务，总装机容量160MW，为引水式开发，工程由首部枢纽、引水系统、岸边厂房、尾水建筑物等建筑物组成。首部枢纽建筑物包括泄洪排沙闸（新增）、进水闸、引水明渠、泄洪冲沙闸、泄水明渠、侧堰及过鱼设施。根据《防洪标准》（GB50201-2014）及《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》（DL5180-2003）的规定，确定工程等别为III等中型工程。永久性主要建筑物级别为3级，次要建筑物级别为4级。

结合工程施工形象面貌及水文地质条件，新增泄洪排沙闸采用枯期围堰一次拦断河床，枯水期泄水明渠泄流，汛期基坑与泄水明渠联合泄流的导流方式。新增泄洪排沙闸为3级建筑物。根据《水电工程施工组织设计规范》（DL/T5397-2007）的规定，确定导流建筑物级别为5级。

2 围堰设计

2.1导流标准

本工程上游围堰采用土石类过水围堰，围堰挡水标准在3~20年重现期范围内选定，拟采用枯水期（10月~4月）5年一遇洪水作为过水围堰挡水标准。未延长基坑施工时间，在围堰上部设计子堰，采用枯水期（10月~5月）5年一遇洪水作为子堰挡水标准。

汛期过流时，对于5级土石类导流建筑物，相应导流标准采用10~5年一遇洪水，考虑到本工程拟在施工期利用围堰挡水发电，且坝址处10年一遇及5年一遇洪峰流量相差不大，故本工程采用10年一遇洪水作为围堰过水标准。

表2.1-1 某水电站闸址分期洪水成果表

表2.1-2 某水电站闸址设计洪水成果表

根据相关水文资料，泄水明渠在下泄流量121 m3/s时，水位为2156.50m，不影响基坑施工，故不设下游围堰。

2.2导流建筑物的设计

上游土石过水围堰位于泄洪排沙闸闸桩号0±000.00轴线上游37.0m，与河床水流向垂直布置，采用碎石土填筑，堰顶轴线长74.70m，堰顶顶宽21.0m，上、下游坡比分别为1:1.5、1:2.0。

（1）主要堰体挡水标准采用枯水时段（10月~4月）5年一遇洪水，相应洪峰流量50.2m3/s，挡水水位2159.54m，因此堰顶高程2160m。主要围堰迎水面采用复合土工膜斜墙段与水平段防渗，水平段土工膜铺设高程2159.0m，长度为15.25m；斜墙段土工膜由高程2159m降至河槽以内1.0m，坡比为1:1.5；土工膜两侧分别为50cm厚垫层料。

（2）为延长基坑内主体工程施工工期，在主体围堰上设置袋装碎石土子堰，挡水标准采用枯水时段（10月~5月）5年一遇洪水，相应洪峰流量121m3/s，挡水水位为2161.83m，子堰堰顶高程2162.5m。

（3）汛期基坑与引水渠系统联合泄流，上游围堰主要堰体（2160.0高程以下）与导墙均过流，导流标准采用全年10年一遇洪水标准，相应洪峰流量473m3/s，上游水位2161.88m，未超过上游库区淹没控制水位2162.0。

（4）上游围堰采用全断面块石防护，经水力学计算，汛期过堰最大流速为3.00m/s，因此上游围堰采用0.5m厚块石护坡进行防护，上游防护范围延伸至河槽以下1.0m，下游防护范围延伸至堰脚以外4.4m。

2.3 上游过水围堰渗流计算

上游过水围堰计算横断面，见图2.3-1。有限元计算模型中纵向上以围堰堰体为中心，上、下游各取45m；垂向上从堰顶向下20m作为本次计算的范围。计算剖面的材料分区和有限元模型网格如图2.3-2和图2.3-3所示。渗流计算所需材料参数见表2.3-1。计算中的网格总数为7685个，计算节点数为4011个，网格在尺寸较小的填筑层、土工膜等部位有所加密，以保证计算的精确度。由图2.3-5和图2.3-6可知，堰基内水平方向最大的渗透坡降为0.214，大于允许渗透坡降0.14，垂直方向最大的渗透坡降为0.491，小于允许渗透坡降0.67。考虑不要造成渗透破坏，施工阶段在下游坡脚处设置反滤层。

表2.3-1 材料参数表