水電站工程施工中導流圍堰施工技術

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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。設計正常蓄水位1240.00m，死水位1185.00m，正常庫容為7000萬m3，水電站總裝機容量為95MW，設計年平均發(fā)電量為2.14億kWh。電站樞紐工程主要水工建筑物設計按3級劃分，其中大壩按2級建筑物設計，次要建筑物為4級設計，臨時建筑物為5級設計。上游圍堰擋水標準按全年20a一遇洪水流量設計，設計流量389m3/s，經(jīng)水力學計算，上游圍堰擋水水位為1175.20m。

2進口圍堰原設計方案

2.1原方案介紹

導流洞進口圍堰的原設計方案按照20a一遇洪水標準進行設計，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構，基礎開挖到1123.00m高程時，澆筑1.50m厚的C15毛石混凝土，上部采用漿砌石結構。圍堰不占壓導流洞進口底板混凝土，全部布置底板邊緣外側，圍堰總布置長度為480m。經(jīng)計算確定堰頂寬度為8m，迎水面坡比為1∶2.20，背水面坡比為1∶2.50，堰體按照10m為單位進行分塊，各塊之間設橡膠止水帶。

2.2原設計方案實施缺點與難點分析

原導截流方案中上游圍堰設計按照原來的施工進度安排，這種圍堰設計方案是可行的，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備的配置的優(yōu)勢。但是在整體工程施工過程中，由于導流洞工程滯后，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，原圍堰設計中除防滲底板外沒有采取其它的防滲漏工程設計，因此一旦發(fā)生圍堰滲漏，并造成實質性的破壞，將會對施工安全和工程進度造成嚴重影響。

3優(yōu)化設計方案

3.1優(yōu)化方案設計思路

3.1.1上游圍堰堰體結構設計按照工程設計，導流洞進口圍堰按照20a一遇的洪水標準進行設計，在此標準下圍堰擋水水位為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，最大堰高設計為27.78m，堰頂寬10m，堰頂長度480.09m。堰體由砂礫料、防滲體以及護坡組成。迎水面坡度設計為1：2.20，背水面坡度設計為1：2.00，以利于圍堰穩(wěn)定。

3.1.2圍堰防滲體設計為保證大壩施工的干地條件，同時防止圍堰因為滲流遭到破壞，在堰體內(nèi)增設防滲體，由于圍堰基底及堰體填筑均為砂礫石料，因此擬設計采用高噴板墻。防滲墻頂高程按照五年一遇標準設計，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，并且以此為基礎組成良好的垂直防滲體系。墻頂長380.50m，高噴鉆孔孔距設計為1m。1166.50m以上堰體的防滲也是設計中不可忽視的問題，在設計中此段采用瀝青混凝土心墻防滲。將其設計在堰體中部，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，進一步加強防滲作用，并改善心墻的應力分布。瀝青混凝土與常態(tài)混凝土的結合部以瑪?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)定計算導流洞進口圍堰為Ⅳ級建筑物，高度為27.80m，因此根據(jù)土石壩的計算規(guī)定，需要對圍堰進行抗滑穩(wěn)定安全計算。利用改良圓弧法對圓弧滑裂面的安全系數(shù)進行計算，結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，圍堰改良設計的穩(wěn)定安全系數(shù)滿足要求。

3.2優(yōu)化設計方案概述

3.2.1堰體1166.50m高程以下施工在戧堤施工結束后要迅速組織抽排水施工作業(yè)，然后進行覆蓋層開挖，開挖作業(yè)利用挖掘機逐層剝離，并將其運到1.50km外的右岸棄渣場。由于圍堰基礎下以砂礫石層為主，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流洞進水口開挖料。填筑料利用推土機平料，攤鋪厚度為每層50cm。每攤鋪完一層，利用24t自行式振動碾進行碾壓。考慮到堰體具有一定的長度，因此可以在兩端分別進行攤鋪和碾壓作業(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行，相鄰的異序孔孔距設計為1.00m。高噴板墻施工順序為先造孔后高壓噴射注漿。采用地質鉆機鉆孔，泥漿護壁；噴漿采用“三重管法”，噴射機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束后即可開始瀝青混凝土心墻基礎開挖，工程量約為4266m3。槽挖工程施工以4m一段自上而下進行，施工采用鉆孔爆破的方式，開挖渣料以挖掘機裝載，利用自卸汽車運至棄渣場。槽挖工程結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2cm瑪?shù)僦盍希员ＷC瀝青混凝土與常態(tài)混凝土緊密結合。瀝青混凝土心墻兩側的過渡料，與瀝青心墻施工同時進行，其分區(qū)寬度設計為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流洞進水口開挖料或砂礫料場料，平均運距1.60km左右。

3.3方案的優(yōu)化效果

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

4結語

石門水電站導流洞進口圍堰設計中，根據(jù)現(xiàn)場施工條件和地質情況，對圍堰的結構型式進行合理優(yōu)化，不僅滿足了施工工期的要求，同時提高了圍堰的防滲水平和自身結構安全穩(wěn)定。本次設計優(yōu)化的經(jīng)驗值得類似工程借鑒。

作者：張臻 單位：新疆水利水電勘測設計研究院