水電站工程施工中導(dǎo)流圍堰施工技術(shù)

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1工程概況

石門水電站位于新疆呼圖壁縣的呼圖壁河中游河段，是該河中下游河段梯級開發(fā)規(guī)劃中的第三級。設(shè)計(jì)正常蓄水位1240.00m，死水位1185.00m，正常庫容為7000萬m3，水電站總裝機(jī)容量為95MW，設(shè)計(jì)年平均發(fā)電量為2.14億kWh。電站樞紐工程主要水工建筑物設(shè)計(jì)按3級劃分，其中大壩按2級建筑物設(shè)計(jì)，次要建筑物為4級設(shè)計(jì)，臨時(shí)建筑物為5級設(shè)計(jì)。上游圍堰擋水標(biāo)準(zhǔn)按全年20a一遇洪水流量設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)流量389m3/s，經(jīng)水力學(xué)計(jì)算，上游圍堰擋水水位為1175.20m。

2進(jìn)口圍堰原設(shè)計(jì)方案

2.1原方案介紹

導(dǎo)流洞進(jìn)口圍堰的原設(shè)計(jì)方案按照20a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，洪峰流量為389m3/s，圍堰堰頂高程為1176.00m。圍堰采用重力壩式結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)開挖到1123.00m高程時(shí)，澆筑1.50m厚的C15毛石混凝土，上部采用漿砌石結(jié)構(gòu)。圍堰不占壓導(dǎo)流洞進(jìn)口底板混凝土，全部布置底板邊緣外側(cè)，圍堰總布置長度為480m。經(jīng)計(jì)算確定堰頂寬度為8m，迎水面坡比為1∶2.20，背水面坡比為1∶2.50，堰體按照10m為單位進(jìn)行分塊，各塊之間設(shè)橡膠止水帶。

2.2原設(shè)計(jì)方案實(shí)施缺點(diǎn)與難點(diǎn)分析

原導(dǎo)截流方案中上游圍堰設(shè)計(jì)按照原來的施工進(jìn)度安排，這種圍堰設(shè)計(jì)方案是可行的，并且這種方案具有工程投資較低，便于大壩施工的人員和設(shè)備的配置的優(yōu)勢。但是在整體工程施工過程中，由于導(dǎo)流洞工程滯后，留給上游圍堰的施工周期有所縮短，若仍按此方案實(shí)施，在工期上有一定的困難，此外，由于堰體的填充材料主要是砂礫石料，并且圍堰基底為砂礫層，因此對圍堰的防滲要求較高，原圍堰設(shè)計(jì)中除防滲底板外沒有采取其它的防滲漏工程設(shè)計(jì)，因此一旦發(fā)生圍堰滲漏，并造成實(shí)質(zhì)性的破壞，將會(huì)對施工安全和工程進(jìn)度造成嚴(yán)重影響。

3優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

3.1優(yōu)化方案設(shè)計(jì)思路

3.1.1上游圍堰堰體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按照工程設(shè)計(jì)，導(dǎo)流洞進(jìn)口圍堰按照20a一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在此標(biāo)準(zhǔn)下圍堰擋水水位為1175.20m，考慮到安全、浪高以及冬季冰情等因素的影響，計(jì)算確定圍堰堰頂高程為1176.00m，圍堰位置的河床高程為1148.22m，因此，最大堰高設(shè)計(jì)為27.78m，堰頂寬10m，堰頂長度480.09m。堰體由砂礫料、防滲體以及護(hù)坡組成。迎水面坡度設(shè)計(jì)為1：2.20，背水面坡度設(shè)計(jì)為1：2.00，以利于圍堰穩(wěn)定。

3.1.2圍堰防滲體設(shè)計(jì)為保證大壩施工的干地條件，同時(shí)防止圍堰因?yàn)闈B流遭到破壞，在堰體內(nèi)增設(shè)防滲體，由于圍堰基底及堰體填筑均為砂礫石料，因此擬設(shè)計(jì)采用高噴板墻。防滲墻頂高程按照五年一遇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，洪水流量為171m3/s，圍堰擋水水位為1166.00m，為確保圍堰防滲效果，高噴板墻施工作業(yè)平臺高程在此基礎(chǔ)上加高0.50m至1166.50m，底部深入基巖0.50m，因此高噴板墻最大高度24.40m，并且以此為基礎(chǔ)組成良好的垂直防滲體系。墻頂長380.50m，高噴鉆孔孔距設(shè)計(jì)為1m。1166.50m以上堰體的防滲也是設(shè)計(jì)中不可忽視的問題，在設(shè)計(jì)中此段采用瀝青混凝土心墻防滲。將其設(shè)計(jì)在堰體中部，以圍堰軸線作為心墻軸線。防滲心墻頂高程1176.00m，頂部厚0.50m，并按1：0.02的坡度放坡至高程1167.00m的混凝土基座。瀝青混凝土與混凝土基座接觸面做成弧形，進(jìn)一步加強(qiáng)防滲作用，并改善心墻的應(yīng)力分布。瀝青混凝土與常態(tài)混凝土的結(jié)合部以瑪?shù)僦盍献鳛檫^渡材料，高噴板墻與瀝青混凝土心墻連接以蓋帽混凝土相連。

3.1.3圍堰穩(wěn)定計(jì)算導(dǎo)流洞進(jìn)口圍堰為Ⅳ級建筑物，高度為27.80m，因此根據(jù)土石壩的計(jì)算規(guī)定，需要對圍堰進(jìn)行抗滑穩(wěn)定安全計(jì)算。利用改良圓弧法對圓弧滑裂面的安全系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果顯示上游邊坡最小安全系數(shù)為2.49，下游邊坡最小安全系數(shù)為1.73，圍堰改良設(shè)計(jì)的穩(wěn)定安全系數(shù)滿足要求。

3.2優(yōu)化設(shè)計(jì)方案概述

3.2.1堰體1166.50m高程以下施工在戧堤施工結(jié)束后要迅速組織抽排水施工作業(yè)，然后進(jìn)行覆蓋層開挖，開挖作業(yè)利用挖掘機(jī)逐層剝離，并將其運(yùn)到1.50km外的右岸棄渣場。由于圍堰基礎(chǔ)下以砂礫石層為主，因此開挖工作前必須將河床淤泥及不合格覆蓋層徹底清除干凈。本部分填筑量40.35萬m3，填筑料主要來自經(jīng)過分選的引水洞和導(dǎo)流洞進(jìn)水口開挖料。填筑料利用推土機(jī)平料，攤鋪厚度為每層50cm。每攤鋪完一層，利用24t自行式振動(dòng)碾進(jìn)行碾壓?？紤]到堰體具有一定的長度，因此可以在兩端分別進(jìn)行攤鋪和碾壓作業(yè)，以提高施工效率，縮短工期。

3.2.2高噴板墻施工高噴板墻鉆孔施工分序進(jìn)行，相鄰的異序孔孔距設(shè)計(jì)為1.00m。高噴板墻施工順序?yàn)橄仍炜缀蟾邏簢娚渥{。采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，泥漿護(hù)壁；噴漿采用“三重管法”，噴射機(jī)可采用高噴液壓臺車。高噴板墻鉆孔及灌漿8116m3。

3.2.3堰體1166.50m以上填筑施工高噴板墻施工結(jié)束后即可開始瀝青混凝土心墻基礎(chǔ)開挖，工程量約為4266m3。槽挖工程施工以4m一段自上而下進(jìn)行，施工采用鉆孔爆破的方式，開挖渣料以挖掘機(jī)裝載，利用自卸汽車運(yùn)至棄渣場。槽挖工程結(jié)束后澆筑兩岸基座混凝土以及1166.50m高程平臺上的蓋帽混凝土，混凝土量1462m3。澆筑完畢后再在蓋帽混凝土和瀝青混凝土相接部鋪設(shè)2cm瑪?shù)僦盍?，以保證瀝青混凝土與常態(tài)混凝土緊密結(jié)合。瀝青混凝土心墻兩側(cè)的過渡料，與瀝青心墻施工同時(shí)進(jìn)行，其分區(qū)寬度設(shè)計(jì)為4m。本部位填筑砂礫料量為24.40萬m3，過渡料11.60萬m3，瀝青混凝土0.24萬m3，其填筑料均來自引水洞和導(dǎo)流洞進(jìn)水口開挖料或砂礫料場料，平均運(yùn)距1.60km左右。

3.3方案的優(yōu)化效果

按照優(yōu)化后的方案，進(jìn)口圍堰施工歷時(shí)61d，在年枯水時(shí)段順利完工，并且當(dāng)年汛期5a一遇的洪水中經(jīng)受住了考驗(yàn)，汛期最大洪峰流量為183m3/s，相對應(yīng)的進(jìn)口圍堰最高水位高程為1166.25m，圍堰安然無恙，內(nèi)側(cè)基本沒有滲水，總體運(yùn)行情況良好。

4結(jié)語

石門水電站導(dǎo)流洞進(jìn)口圍堰設(shè)計(jì)中，根據(jù)現(xiàn)場施工條件和地質(zhì)情況，對圍堰的結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行合理優(yōu)化，不僅滿足了施工工期的要求，同時(shí)提高了圍堰的防滲水平和自身結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。本次設(shè)計(jì)優(yōu)化的經(jīng)驗(yàn)值得類似工程借鑒。

作者：張臻 單位：新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院