毛爾蓋水電站大壩上游圍堰岸坡防滲體系優(yōu)化

葉沙鋒, 剛永才, 孔祥波

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司 第三分局,四川成都 610225)

1 工程概述

毛爾蓋水電站位于四川省阿壩藏族羌族自治州黑水縣境內(nèi)黑水河中游紅巖鄉(xiāng)至俄石壩河段,是黑水河流域水電規(guī)劃二庫(kù)五級(jí)方案開(kāi)發(fā)的第 3個(gè)梯級(jí)電站,為大(2)型混合式單一發(fā)電工程,電站總裝機(jī)容量 3×140 M W。首部樞紐由擋水建筑物、溢洪道、放空洞組成。攔河大壩采用礫石土直心墻堆石壩,大壩壩頂高程為 2 138 m,壩頂寬12 m,最大壩高為 147 m。

2 原圍堰結(jié)構(gòu)形式及防滲體系

大壩上游圍堰軸線平行于壩軸線,與水流方向基本垂直,為土工膜覆面斜墻圍堰,堰體與大壩相結(jié)合作為永久建筑物的一部分。堰頂高程為2 036 m,最大堰高約 43 m,堰頂寬 10 m,迎水面邊坡 1∶2.5,背水面邊坡 1∶1.75;堰基采用懸掛式混凝土防滲墻防滲,防滲墻頂高程 2 000.5 m,最大深度 40 m,厚 0.8 m;堰體采用復(fù)合土工膜斜墻防滲。岸坡防滲采用雙排固結(jié)灌漿接單排帷幕灌漿防滲,淺層固結(jié)灌漿深 5 m,帷幕灌漿最低高程為 1 955 m,堰頂左、右岸 2 036 m高程設(shè)帷幕灌漿廊道,灌漿廊道長(zhǎng)度分別為 32.84 m、37.5 m。

原上游圍堰結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖 1,防滲體系見(jiàn)圖 2。

圖 1 上游圍堰結(jié)構(gòu)形式圖

3 優(yōu)化方案的提出及可行性分析

3.1 圍堰施工中存在的問(wèn)題

受“5.12”地震影響,毛爾蓋大壩工程開(kāi)工不足 1月即被迫停工,在經(jīng)歷了近 2個(gè)月的停工后,大壩工程于 2008年 7月底才逐漸恢復(fù)正常施工,復(fù)工后大壩工程施工又多次受強(qiáng)余震影響,上游圍堰相關(guān)項(xiàng)目施工一直不能正常開(kāi)展,給現(xiàn)場(chǎng)施工帶來(lái)嚴(yán)重困難。

(1)工期緊張。

圖 2 上游圍堰防滲剖面圖

原計(jì)劃于 2008年 9月開(kāi)始施工的上游圍堰岸坡底座混凝土和左、右岸灌漿平洞直到 2009年1月才具備施工條件,已無(wú)法按原計(jì)劃完成上游圍堰施工。

(2)混凝土底座施工難度大。

受上游圍堰兩岸谷坡陡峻的地形條件限制,4 m寬的混凝土底座基礎(chǔ)無(wú)法使用大型機(jī)具開(kāi)挖成型,只能采用人工撬挖的方式,隨圍堰填筑進(jìn)程分層進(jìn)行開(kāi)挖,施工難度大、工期長(zhǎng),對(duì)圍堰填筑影響較大。

(3)岸坡灌漿施工難度大。

由于地形條件的原因,兩岸帷幕灌漿施工邊坡高,部分地方超過(guò) 35 m,施工機(jī)具只能通過(guò)搭設(shè)施工平臺(tái)才能進(jìn)入施工面,施工難度大。同時(shí),固結(jié)灌漿和帷幕灌漿施工面與混凝土底座基礎(chǔ)施工面重合,占用圍堰填筑部分施工面,三者在岸坡處形成交叉施工,相互干擾大。

(4)灌漿平洞施工困難。

上游圍堰堰頂 2 136 m高程左右岸各設(shè)置有1個(gè)帷幕灌漿平洞,其中左岸灌漿平洞長(zhǎng) 32.84 m,右岸灌漿平洞長(zhǎng) 38 m。結(jié)合實(shí)際地形,平洞開(kāi)口位置地勢(shì)陡峻,平洞底板與坡腳高差為 36 m,洞臉處超過(guò) 40 m。受地形限制和其他標(biāo)段的影響,無(wú)法修建施工臨時(shí)便道進(jìn)行平洞施工,平洞施工只能通過(guò)搭設(shè)施工平臺(tái)才能進(jìn)行施工;同時(shí),由于無(wú)法設(shè)置施工便道,施工機(jī)械設(shè)備無(wú)法進(jìn)入施工面,只能采用人工施工的方式進(jìn)行,整個(gè)平洞施工難度極大、工期特別緊張。

上述問(wèn)題的出現(xiàn),使得上游圍堰施工已不可能按原計(jì)劃完成,從而直接影響到整個(gè)大壩 2009年的安全度汛。

3.2 岸坡防滲體優(yōu)化可行性分析

為了解決施工中遇到的難題,提出了簡(jiǎn)化或取消岸坡防滲體的方案。

經(jīng)分析得知:上游圍堰擋水期為 2009年 5～9月,實(shí)際擋水期為 5個(gè)月,圍堰擋水的實(shí)際時(shí)間相對(duì)較短。在對(duì)開(kāi)挖后揭露的地質(zhì)情況進(jìn)行分析后得知,巖質(zhì)岸坡發(fā)生管涌等滲透性破壞的可能性較小,抗?jié)B穩(wěn)定性較好,但是兩岸岸坡卸荷作用較強(qiáng),左岸平行岸坡的卸荷裂隙較發(fā)育,強(qiáng)卸荷巖體具有強(qiáng)透水性的特點(diǎn),通過(guò)岸坡繞滲方式進(jìn)入基坑的滲流量將增加。優(yōu)化后的岸坡繞滲流量見(jiàn)表 1。

表 1 圍堰岸坡體系優(yōu)化后滲流量分析表

根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)分析,圍堰擋水期間,基坑設(shè)計(jì)最大經(jīng)常性排水強(qiáng)度為 200 m3/h,排水量較小,排水以 7臺(tái)清水泵為主,輔助 3臺(tái)污水泵間斷抽水即可滿足施工期排水要求。結(jié)合上游圍堰擋水時(shí)間短的特點(diǎn),岸坡防滲體系簡(jiǎn)化后,通過(guò)岸坡繞滲方式進(jìn)入基坑的滲流量將大幅增加,對(duì)此,擬采取將原設(shè)計(jì)的 7臺(tái)清水泵取消,改用4臺(tái) I S 150-125-250泵(1臺(tái)備用)抽水,每小時(shí)排水強(qiáng)度最大可達(dá) 800 m3/h,另輔助 3臺(tái)污水泵間斷抽水即能滿足岸坡防滲體系優(yōu)化后的基坑排水強(qiáng)度,并在排水坑周圍設(shè)置了反濾層,避免了強(qiáng)排水帶走細(xì)顆粒而形成管涌。

基于上述分析,通過(guò)采取增大排水強(qiáng)度的措施,可以消除防滲體系簡(jiǎn)化后帶來(lái)的滲流增大風(fēng)險(xiǎn),不但能夠節(jié)省大量工期、降低施工難度和干擾,而且對(duì)毛爾蓋大壩施工產(chǎn)生了極大的促進(jìn)作用。

3.3 岸坡防滲體優(yōu)化方案

2009年安全度汛的岸坡防滲體系優(yōu)化方案如下:

(1)取消左右岸灌漿平洞施工及堰肩帷幕灌漿,保留防滲墻下的帷幕灌漿;

(2)左右岸底座混凝土部位向岸坡內(nèi)開(kāi)挖1.5 m,然后澆筑厚 1 m、寬 1.5 m的底座混凝土,并在其底部和側(cè)面分別布置 φ 22、L=3.5 m的錨筋,將剝離土工布后的土工膜深入混凝土 1 m,距離混凝土底部 0.3 m;并在混凝土底部布置一排12 m深的固結(jié)灌漿,取消帷幕灌漿;

(3)在圍堰填筑的同時(shí),對(duì)圍堰下游壩坡 20～30 m范圍內(nèi)進(jìn)行培厚填筑,并在施工時(shí)控制好壩料與岸坡接觸部位的清理和壩料的壓實(shí);

(4)改用 4臺(tái) I S 150-125-250泵(1臺(tái)備用)替代抽水,每小時(shí)排水強(qiáng)度由 200 m3/h增大至 800 m3/h,另輔助 3臺(tái)污水泵間斷抽水即能滿足岸坡防滲體系優(yōu)化后的基坑排水強(qiáng)度。在排水坑周圍設(shè)置反濾層,避免強(qiáng)排水帶走細(xì)顆粒而形成管涌。

優(yōu)化后的上游圍堰防滲結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖 3。

圖 3 優(yōu)化后的上游圍堰防滲剖面圖

4 實(shí)施效果

圍堰優(yōu)化后,施工項(xiàng)目減少,圍堰填筑、岸坡錨固槽施工難度和施工干擾大幅度降低,現(xiàn)場(chǎng)組織順暢,施工進(jìn)度明顯得到提升。2009年 5月 10日,上游圍堰迎水面防滲施工至 2 036 m高程,上游圍堰施工全部完成,使得原本受“5.12”地震影響工期滯后嚴(yán)重的毛爾蓋水電站上游圍堰提前10 d完成 2009年安全度汛目標(biāo)。

同時(shí),后續(xù)基坑排水期間,受岸坡防滲體系優(yōu)化影響,通過(guò)岸坡繞滲方式進(jìn)入基坑的滲流量大幅增加至 500 m3/h,在按優(yōu)化方案采用 4臺(tái)I S 150-125-250泵(1臺(tái)備用)實(shí)施強(qiáng)排水后,排水效果明顯,施工排水強(qiáng)度滿足基坑排水強(qiáng)度要求。

5 方案優(yōu)化前后比較

5.1 工程量比較

優(yōu)化前后的圍堰方案比較情況見(jiàn)表 2。

從表 2可以看出,優(yōu)化后的圍堰方案減少了岸坡防滲體系相應(yīng)的工程量,降低了施工難度,直接節(jié)約投資 290余萬(wàn)元。

5.2 工期比較

優(yōu)化前后的工期比較情況見(jiàn)表 3。

5.3 施工質(zhì)量及安全風(fēng)險(xiǎn)比較

圍堰防滲體系優(yōu)化后工期提前,安全度訊風(fēng)險(xiǎn)消除。采取了在集水井部位設(shè)置反濾層的施工措施,杜絕了細(xì)顆粒被抽走形成管涌的潛在隱患, 并加強(qiáng)了填筑質(zhì)量管控,經(jīng)檢測(cè),各種施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

表 2 優(yōu)化前后工程量對(duì)比表

表 3 優(yōu)化前后工期對(duì)比表

6 經(jīng)濟(jì)效益分析

上游圍堰防滲體系的成功實(shí)施,直接為業(yè)主節(jié)約投資 290余萬(wàn)元。同時(shí),由于工期提前,先后四次獲得業(yè)主給予的節(jié)點(diǎn)目標(biāo)獎(jiǎng)勵(lì),實(shí)現(xiàn)了業(yè)主與施工單位雙贏。井周邊設(shè)置反濾措施,杜絕了因基坑抽水帶走細(xì)顆粒形成管涌的隱患,確保了施工質(zhì)量,直接追回地震影響工期 2個(gè)月,并提前 10 d完成毛爾蓋大壩 2009年安全度汛目標(biāo),為毛爾蓋大壩填筑開(kāi)創(chuàng)了良好的施工局面。