1.中国水利水电第十一工程局有限公司 河南郑州 450000；
2.黄河勘测规划设计有限公司 河南郑州 450000
摘要：施工期为保证下游灌溉用水需要，原设计施工导流临界条件发生变化。为保证陶岔渠首枢纽工程节点目标实现，需重新调整施工导流方案。根据实践证明，调整后的施工导流方案切实可行，解决了工程建设期间下游灌溉用水和工程建设进度的矛盾，为顺利完成节点目标提供了保证。
关键词：陶岔渠首枢纽；施工导流
1 工程概述
1.1 概况
陶岔渠首枢纽工程位于河南省淅川县九重镇陶岔村，既是南水北调中线输水总干渠的引水渠首，也是丹江口水库副坝。南水北调一期工程建成后，该枢纽承担着向北京、天津、河北、河南等城市输水的任务，是南水北调中线工程的重要组成部分。陶岔渠首枢纽位于陶岔老闸下游约70m。陶岔老闸建于1974年，是1977年建成的南阳引丹灌区的水源工程，将在陶岔渠首枢纽工程建成后拆除。
陶岔老闸下游约150m处建有宋岗提灌站，主要承担宋岗灌区的灌溉任务。宋岗灌区有效灌溉面积在2005年达到32.12万亩。陶岔渠首枢纽工程施工期间将拆除宋岗提灌站并重建。根据2010年12月1日在南阳召开的关于陶岔提灌站建设与陶岔渠首枢纽工程建设交叉施工干扰协调会议精神，为配合陶岔提灌站基础石方爆破开挖施工，要求陶岔渠首枢纽工程在2010年12月20日前全力配合提灌站开挖，为其建设让路。
为满足每年3～4月、7～9月提灌期下游灌溉用水需要，施工期间仍由陶岔老闸提闸放水灌溉下游。为保证2011年提灌期正常引水灌溉，汛期陶岔老闸安全度汛，结合现场实际情况，决定采取提灌期陶岔渠首枢纽工程引水闸坝段导流方案。
1.2 导流标准
陶岔渠首枢纽工程主要建筑物为1级建筑物，导流建筑物为4级建筑物；设计洪水标准为10-20年一遇洪水重现期，考虑丹江口水库的调节作用，取下限值10年一遇。
根据丹江口水库1974-2001年间实测库前水位统计分析，10年一遇分月最高库水位为156.99m，接近于丹江口水库正常蓄水位157.00m。故确定拦挡丹江口水库围堰设计水位为157.00m。根据陶岔老闸每年灌溉期下游用水量，提灌期陶岔老闸的灌溉流量不超过50m3/s，按此进行导流方案设计。
2 施工导流方案设计
2.1 导流方式
根据现场实际情况，结合陶岔枢纽工程大坝结构，拟采取在陶岔老闸5#孔与引水闸坝段之间、引水闸与厂闸导墙之间修筑纵向混凝土围堰，连接引水闸左边墩；利用引水闸底板过流，引水闸下游通过厂闸导墙纵向挡水，在厂闸导墙尾部修筑土石围堰将水引至下游现有引渠，形成明渠导流，达到导流目的。在导流期间，电站厂房、安装场坝段土建、金结、水机等施工将能保证连续施工。
2.2 过流断面计算
根据导流性质，采取明渠导流，已知流量Q=50m3/s，过流断面取矩形断面，最窄处在老闸出口处，底宽b=6m，边坡系数m=0.3，渠道底坡i=0.008，渠道粗糙系数n取0.033，根据谢才公式Q=AC（Ri）1/2=K（i）1/2计算水深h。
过流断面A=bh…………………..式1
湿周χ=b+2h…………………..式2
水力半径R=A/χ= bh/（b+2h）…………………..式3
谢才系数C=1/n（R）1/6…………………..式4
∵Q=AC（Ri）1/2=K（i）1/2
∴流量模数KA=Q/（i）1/2=555m3/s
又∵K=AC（R）1/2=A（R1/6/n）R1/2=（A/n）R2/3= A5/3/（nχ）2/3
代入式1、2，
K=（bh）5/3/ [n（b+2h）]2/3
采用试算法计算得：h=6m
因此，保证导流明渠宽度B不小于6m，明渠水位EL146m，考虑安全、防止水位漫过堰顶，围堰顶部高程确定为EL147m。
2.3 混凝土纵向围堰设计
根据过流断面确定纵向围堰顶部高程为EL147m，底部高程约为EL140m。由于围堰高度已考虑超高，所以围堰高度确定约为7m（低于EL140m基础面围堰向下延伸）。混凝土围堰顶宽设计为60cm，底宽为250cm，迎水面为直立面，背水面坡比为1：0.27。挡水墙底部为老闸下游底板混凝土，摩擦系数取0.65。
考虑到挡水墙的稳定性，对挡水墙倾覆稳定性Kt（Kt＞1.5安全）和滑动稳定性Ks（Ks＞1.3安全）两部分进行验算。
（1）水压力计算
取1m墙长为计算单元。
Ea=1/2rh2=180KN/m
水压力作用点距墙趾距离 hf=hc+Ic/hcA=h/2+bh2/[（h/2）×bh]=1/3h
hf=1/3h=（1/3）×6= 2m
（2）挡水墙自重和重心距离墙趾的距离
将挡水墙分成一个三角形和一个矩形，则
G1=1/2×1.9×7×23=152.95KN/m
G2=0.6×7×23+190×0.5/1=191.6KN/m（考虑底部锚杆抗倾覆）
G1和G2作用点距墙趾O点水平距离分别为：
X1=2/3×1.9=1.27m
X2=1.9+0.6/2=2.2m
（3）倾覆稳定验算
Kt=（G1×X1+ G2 ×X2）/（Ea× hf）
=（152.95×1.27+191.6×2.2）/（180×2）
=1.7＞1.5
倾覆稳定验算安全
（4）滑动稳定性验算
Ks=（G1 + G2）μ/Ea
=（152.95+96.6）×0.65/（180-190×0.7×0.5）
=1.4＞1.3
滑动稳定性验算安全
2.4 土质围堰设计
为保证导流明渠贯通，拟在厂闸导墙下游修筑土质围堰顺接下游河道。纵向土质围堰底部高程与上游混凝土纵向围堰基本一致，设计围堰高度仍按7m考虑，堰顶高程为EL147m，堰顶宽度3m。迎水面坡比为1：2.5，背水面坡比为1：2。
考虑到现场基础面狭窄，为保证土石围堰防渗、防冲刷，迎水面采用填筑1m厚石渣防冲，其后部填筑粘土防渗。
2.4 纵向围堰接头防渗设计
纵向导流围堰各接头部位的防渗至关重要。为保证修筑的纵向混凝土围堰、土石围堰与相邻建筑物平顺连接、有效防渗，采取以下措施：
（1）引水闸上游纵向混凝土围堰与老闸闸墩接头处
为保证混凝土之间减小渗水，在纵向混凝土围堰施工时，与老闸闸墩接触部位预埋两道遇水膨胀止水胶条。
（2）纵向混凝土围堰伸缩缝
考虑到混凝土纵向围堰长度较长，为保证施工质量，20m设一道伸缩缝，伸缩缝处设置两道D型橡胶止水带防渗，缝面贴1cm泡沫板。
（3）纵向围堰与厂闸导墙之间的混凝土围堰接头处
混凝土与混凝土接头采取与（1）引水闸上游纵向混凝土围堰与老闸闸墩接头处处理方式相同。
（4）纵向混凝土围堰与老闸底板混凝土结合面
在浇筑混凝土围堰前，对老闸底板混凝土表面进行人工清理，表面做凿毛处理，为保证混凝土连接牢固，底板布置Φ28插筋，伸入1m，外露1m浇筑在围堰内，插筋布置间排距2m，顺围堰轴线布置两排，错距布置，插筋布置距迎水面25cm。
（5）厂闸导墙与下游土质围堰接头
为保证土质围堰与混凝土有效连接，填筑围堰前，混凝土接触部位涂刷1：2混合的泥浆，填筑时采取 “粘土裹头”处理，即在填筑围堰时，在与混凝土接触段延伸填筑粘土，增加粘土与混凝土接触面，延长水流的渗径，尽可能减少渗水，并保证连接部位顺接，同样应用在厂闸导墙下游的纵向土质围堰。
（6）土质围堰底部与基础面处理
在填筑围堰前，对于混凝土基础必须人工清理干净，保证无杂物，在填筑前涂刷1：2泥浆，以保证连接；对于天然地基，采取挖槽处理，清除岩石基础上部覆盖层，填筑前在基础面涂刷1：2泥浆。
（7）为杜绝导流渠道各部位分缝处渗漏水，对渠道临时建筑物混凝土分缝处均采用聚硫密封胶填塞。
3 导流项目实施
3.1 导流项目实施
为保证过水断面及水流顺畅，对引水闸上游边坡、消力池尾部突出的岩石体需要进一步开挖。对厂闸尾部至下游明渠进口段河道底部淤泥进行清理。
导流明渠右侧基本为已开挖成型的岩石坡面，主要为老闸至引水闸段右侧边坡、消力池右侧边坡及厂闸尾部右侧边坡。为防止在施工导流期间水流对坡面造成冲刷破坏，拟对已开挖成型的岩石坡面进行喷混凝土防护，喷混凝土厚度10cm，混凝土标号为C20。
根据导流施工安排，消力池暂先进行垫层混凝土浇筑，分两块施工，浇筑高程至138.5m；厂闸导墙完成1~4导墙高程147m以下混凝土浇筑，满足导流过水要求。
根据施工导流总体规划，为使导流期引水闸结构安全，平顺过流，结合防渗需要，施工导流前引水闸底板混凝土浇筑至EL140.0m；引水闸左、右边墩浇筑至EL147.0m高程。
3.2 导流方案实施效果
2011年2月19日灌溉导流工程具备过水条件，实现了提水灌溉目标。2011年至2013年陶岔渠首枢纽工程建设期间，灌溉导流工程解决了下游灌溉用水需求，同时又保证了枢纽工程电站厂房坝段正常施工，为陶岔渠首枢纽工程后续各节点目标顺利实现奠定了基础。
4 结束语
水利水电工程施工导流方案的选定，关系到整个工程的工期、质量、安全和投资。针对陶岔渠首枢纽工程施工工期紧、跨多年汛期、灌溉期需提灌放水、施工干扰大等特点。采取利用陶岔老闸5#孔和渠首枢纽引水闸坝段进行明渠导流的方案是可行的，不仅解决了下游灌区用水需求，更为陶岔渠首枢纽工程节点目标的实现提供了保证。可为以后类似水利工程建设施工导流提供借鉴。
论文作者:易磊,刘磊磊
论文发表刊物:《基层建设》2016年9期
论文发表时间:2016/7/26
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