本文结合咸阳市亭口水库大坝工程施工情况，介绍了施工导流围堰设计的方案确定、稳定安全性分析计算等内容。 标签：亭口水库；大坝工程；围堰；设计
1.工程概况
亭口水库工程地处陕西省咸阳市长武县境内、彬长矿区中部、泾河一级支流黑河上，坝址位于黑河干流下游，距河口2.0km。工程建设开发的主要任务是给彬长矿区工业供水和彬、长两县县城生活供水，同时兼有减淤、发电等功能，属综合利用的大（二）型Ⅱ手动提升机等水利工程。工程枢纽由大坝、溢洪道、泄洪排沙洞、输水洞、坝后电站等建筑物组成。水库大坝建筑物按2级设计，工程次要建筑物为3级，临时建筑物按4级设计。防洪标准为：主要建筑物大坝、溢洪道、泄洪排沙洞、输水洞按100年一遇洪水设计，2000年一遇洪水校核；泄洪建筑物出口消能防冲的洪水标准为50年一遇；坝后电站厂房设计洪水标准为50年一遇，校核洪水标准为200年一遇。施工期导流为10年一遇洪水标准。
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2.施工期导流控制标准
纯植物洗面奶2.1导流标准：大坝、泄洪排沙洞、溢洪道、输水洞等主要建筑物为2级，次要建筑物电站厂房为3级。根据《水利水电施工组织设计规范》（SL303—2004），大坝施工导流建筑物按4级设计，围堰采用土石围堰，上游围堰为全年不过水土石围堰，导流标准选取为10年一遇的洪水标准，相应的洪峰流量为Q=1310m3/s，经调洪计算，堰前水位868.60m，堰顶高程869.80m。 2.2导流方式：本工程采用围堰挡水、导流泄洪洞过流的导流方式。
水压力传感器3.围堰设计及计算
3.1围堰设计原则，
3.1围堰形式选择原则：
3.1.1围堰要求安全可靠、能满足稳定、抗渗及抗冲刷要求；3.1.2结构上要求简单，施工方便，宜于拆除并能充分利用当地材料及开挖渣料，同时满足工期要求；3.1.3堰基易于处理，
堰体便于与岸坡连接；3.1.4在预定施工期内修筑到需要的断面及高程，能满足施工进度要求；3.1.5具有良好的技术经济指标。根据上述原则及实地情况拟采用4级土石围堰。
3.2围堰设计方案
3.2.2围堰平面设计：导流泄洪排沙洞位于大坝右岸，上游围堰右侧止于导流泄洪排沙洞放水塔体左侧，上游围堰轴线与大坝轴线夹角约45°，堰体距离大坝上游坝脚线距离：左岸约380m，右岸不足5m，围堰顶部高程轴线长度约412m，顶部宽度8m；下游围堰轴线与大坝轴线夹角约25°，下游围堰位于导流洞出口上游侧约100m处，堰体距离大坝上游坝脚线距離：左岸约130m，右岸约25m，围堰顶部高程轴线长度约290m，顶部宽度8m；上、下游围堰均为粘土心墙土石围堰。3.2.3围堰横断面设计，3.2.3.1上游围堰横断面设计，上游围堰在第一个汛期挡水，围堰设计洪水标准为全年P=10%，Q=1310m3/s（2012年10月～2013年9月），相应堰前水位为868.6m，加上安全超高围堰设计顶高程为869.80m。结合上坝运输道路布置，设计堰顶宽度8m，堰体上、下游坡比分别为1：2.2和1：2.0，最大围堰高度18.80m。堰体结构为粘土心墙土石结构，在防渗心墙的上、下游侧均为砂砾石填筑料区，粘土心墙由河床底部基岩面开始填筑，心墙底面高程约为844.50m，顶高程为868.8
m，顶宽4m，在851m高程以上，心墙的上、下游坡比均为1：0.4；围堰上游护坡采用铅丝笼块石护坡（或块石护坡），围堰堰体填筑与截流戗堤填筑相结合，截流戗堤做为上游围堰的一部分，当上游围堰填筑至▽t型槽螺母858.00m高程时，作为截流戗堤进行围堰截流施工。上游围堰标准填筑断面。
3.2.3.2下游围堰横断面设计：下游围堰设计洪水标准为P=10%，Q=1310m3/s，围堰顶宽8m，围堰最大高度3.5m，堰体为粘土心墙土石结构，在防渗心墙的上、下游分别为砂砾石填筑料区，迎水面采用块石护坡；围堰上下游边坡均1：2.0，堰顶高程854.2m，粘土心墙顶高程853.8m，顶宽4m，上下游边坡坡比均为1：0.5。断面形式类同上游围堰（图略）。
3.3上游围堰的稳定安全性分析计算：因为上游围堰为全年不过水土石围堰，导流标准为10年一遇洪水标准，相应设计流量为Q=1310m3/s，它是保证大坝安全度汛的唯一重要挡水建筑物；而下游围堰高度仅为3.5m，主要抵御导流洞出口10年一遇洪水的反渗流作用，二者相比，上游围堰是进行安全性分析计算的重点。
3.3.1安全分析内容及方法：（1）渗流分析。通过渗流分析确定围堰浸润线、围堰及基础
等势线，估算渗漏量，确定围堰及基础渗透比降，判断其渗透稳定性。渗流计算按照《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）相关的计算原理和有关规定，采用南京水利水电科学研究院编制的《二维渗流有限元计算程序UNSST2》进行计算。（2）稳定分析。稳定分析的目的在于分析围堰在施工期、挡水期及水位变化各个时期稳定性。计算程序采用中国水利科学院陈祖煜院士开发的《土质边坡稳定分析程序STAB》进行计算。
3.3.2渗流分析：由于围堰为导流建筑物，在围堰运行过程中导流洞始终处于全开状态，汛期洪水历时较短，因此围堰在高水位下运行的时间很短，围堰内不会形成高水位下的稳定渗流浸润线，需要计算围堰在水位上涨及降落过程中浸润线的变化情况。计算水位变化的浸润线变化，必须确定初始水位，洪水一般出现在7～9月，以7月份的月平均流量对应的水位作为稳定渗流浸润线的初始水位，再经过调洪计算出库水位的变化过程见库水位的变化过程表，通过非稳定渗流计算确定围堰的浸润线变化。围堰防渗土料天然含水量偏低，施工过程中由于时间紧迫不能进行加水，土料不能得到充分压实，设计压实度为0.96，渗透系数取1×10-5cm/s。砂砾石含泥量较高，设计碾压后相对密度为0.7，渗透渗透系数取1×10-3cm/s。基础砂壤土渗透系数取1×10-4cm/s。稳定渗流期库水位取858m，单宽渗漏量为0.63m3/d，围堰总渗漏量约为265m3/d。结合槽底部最大渗透比降为0.9，小于允许渗
透比降，不会发生渗透破坏。根据调洪结果库水位变化过程进行非稳定渗流计算，达到最高水位868.6m时及库水位下降至858m时的浸润线见下图：水位868.6m时的浸润线
水位降至858m时的浸润线
由于洪水历时很短，共72小时，水位达到868.6m时仅16个小时，而后逐渐降落，当水位上升至868.6m时，心墙上部仅有很少的区域饱和，心墙下部浸润线仍保持858m水位稳定渗流期的浸润线位置。洪水过后，心墙上游侧浸润线略微向上抬高，中部及下游侧浸润线仍保持858m水位稳定渗流期的浸润线位置。
3.3.3稳定分析：计算断面选取河床段围堰最大断面，考虑到防渗土料天然含水量偏低，施工过程中由于时间紧迫不能进行加水，土料不能得到充分压实，设计压实度为0.96，强度指标取大坝设计采用土料强度的0.9倍。砂砾石砂砾石含泥量较高，考虑围堰为临时工程，设计压实后的相对密度为0.7，强度指标较大坝设计采用的砂砾石强度适当降低。计算所采用的围堰填筑材料和坝基参数根据相关地质资料确定。
根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）相关规定，大坝稳定计算按以下几种工况进行计算。
①施工期的上、下游坝坡；②稳定渗流期的上、下游坝坡；③水库水位降落期的上游坝坡。
计算程序采用中国水利科学院陈祖煜院士开发的《土质边坡稳定分析程序STAB》进行计算。施工期计算坝体竣工未蓄水时的上、下游坝坡的稳定，采用毕肖普法的有效应力法和总应力法两种方法进行计算，强度指标采用不排水剪强度。土料填筑含水量为13%，饱和度为0.55，鉴于孔隙水压力的消散过程较难确定，故设计采用总应力法计算结果进行控制。稳定渗流期取最高水位868.6m和858m两个水位进行分析，洪水位不能形成稳定渗流，故浸润线均采用非稳定渗流期868.6m水位对应的浸润线进行计算，计算方法采用毕肖普法的有效应力法，土料强度指标采用固结不排水剪有效应力指标。水库水位降落期浸润线采用非稳定渗流期水位868.6m降至858m后的浸润线，由于计算过程中孔隙水压力的消散过程很难确定，目前对于土石坝库水位骤降的稳定分析主要采用总应力法，因此采用总应力法计算结果进行控制，土料强度指标采用固结不排水剪总应力指标。
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