陰坪水電站施工導(dǎo)流建筑物與永久建筑物結(jié)合的應(yīng)用

唐海北, 劉 華, 牟小玲

(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 工程概況

陰坪水電站位于四川省平武縣境內(nèi)的涪江一級(jí)支流火溪河上,為火溪河水電梯級(jí)開(kāi)發(fā)的最后一級(jí),采用低閘引水式開(kāi)發(fā)。

陰坪水電站總裝機(jī)容量 100 M W,樞紐主要建筑物為Ⅲ級(jí),根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》S D J 338-89規(guī)定,其導(dǎo)流建筑物為Ⅴ級(jí)。

首部樞紐建筑物從左到右由左岸擋水壩 6#～1#壩段、2孔泄洪閘、1孔沖沙閘段和右岸取水建筑物等組成。閘(壩)頂高程為 1 249.5 m,閘(壩)頂軸線長(zhǎng) 147.5 m。左岸擋水壩 6#～1#壩段為重力壩,壩高 14～29.5 m;泄洪、沖沙閘建基高程為 1 215.5 m,底板高程為 1 220.5 m,最大閘高 34 m,閘室長(zhǎng) 50 m,寬 28 m,設(shè)兩邊墩和兩中墩,墩厚分別為 3 m和 3.5 m。泄洪沖沙閘前設(shè)置混凝土鋪蓋,長(zhǎng) 25 m,下游設(shè)置護(hù)坦和防護(hù)段,護(hù)坦長(zhǎng) 50 m,防護(hù)段長(zhǎng)35 m。取水建筑物位于河道右岸,由進(jìn)水閘和岸坡連接墻等組成。

2 導(dǎo)流方式

根據(jù)工程的實(shí)際情況,采用分期導(dǎo)流方式。導(dǎo)流分三個(gè)階段:第一階段為導(dǎo)流明渠施工階段,導(dǎo)流建筑物為新填筑的縱向圍堰,在其擋水后由束窄的河床過(guò)流;第二階段為沖沙閘、泄洪閘施工階段,由二期上游橫向土石圍堰和下游橫向土石圍堰圍成基坑,導(dǎo)流明渠過(guò)水;第三階段由明渠封堵圍堰擋水,由三孔泄洪沖沙閘過(guò)水,其中一期和二期均采用全年導(dǎo)流方案,三期采用枯期導(dǎo)流方案。

3 導(dǎo)流明渠方案的選定

導(dǎo)流明渠在本工程中的平面位置見(jiàn)圖 1。

根據(jù)原設(shè)計(jì)方案,導(dǎo)流明渠軸線穿過(guò) 2#壩擋水壩段,右側(cè)為混凝土重力式擋墻,左側(cè)為貼坡混凝土(圖 2)。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)察看發(fā)現(xiàn)九環(huán)線跨壩肩通過(guò),高程較高,明渠左邊墻又緊貼九環(huán)線改線公路邊坡,為保證過(guò)流斷面,明渠開(kāi)挖邊線幾乎影響到九環(huán)線路面寬度,更談不上九環(huán)線的邊坡安全了。九寨溝為國(guó)家級(jí)旅游風(fēng)景區(qū),其九環(huán)線每天過(guò)往車輛非常多,為交通要道,必須保證其安全。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的勘察,結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙,對(duì)導(dǎo)流明渠位置進(jìn)行了調(diào)整。具體調(diào)整為:將導(dǎo)流明渠調(diào)整到 1#壩段,并結(jié)合護(hù)坦左邊墻作為明渠右邊墻進(jìn)行導(dǎo)流。此方案不僅遠(yuǎn)離了九環(huán)線,同時(shí)也利用了護(hù)坦左邊墻,既節(jié)約了大量成本,又保證了九環(huán)線安全。

4 明渠設(shè)計(jì)方案

4.1 總體布置

為最大可能平順?biāo)?改善水流流態(tài),將導(dǎo)流明渠緊貼永久建筑物布置。為確保在開(kāi)挖時(shí)導(dǎo)流明渠的抗滑穩(wěn)定,增設(shè)了固坡齒槽;出口段與護(hù)坦左邊墻連接,利用護(hù)坦左邊墻作為明渠右邊墻進(jìn)行擋水,將左側(cè)邊坡由原方案的 1∶1.25調(diào)整為 1∶1,在護(hù)坦段出口接鋼筋防沖石籠進(jìn)行消能。

由于防護(hù)段不具備施工明渠條件(主要確保九環(huán)線暢通),因此將原布置在防護(hù)段的下游圍堰上移至護(hù)坦段,護(hù)坦段的底板、右邊墻待下閘蓄水及隧洞過(guò)流后再進(jìn)行施工。

4.2 進(jìn)口段布置

圖 1 導(dǎo)流明渠平面布置圖

圖 2 導(dǎo)流明渠原設(shè)計(jì)方案示意圖

進(jìn)口段根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況全部調(diào)整為圓弧,底板為 60 c m厚混凝土,底寬 12 m,進(jìn)口點(diǎn)高程為 1 221.5 m,底板坡度為 0.005;右邊墻底部為 1 m高的 C 15混凝土,上部為 M 10漿砌石,迎水面為垂直面,背面坡度為 1∶0.7,頂部寬 1 m,墻頂高程為 1 228 m,在邊墻與底板連接處設(shè) 651型橡膠止水;左邊墻采用漿砌石護(hù)坡,坡度為 1∶1.25,直接開(kāi)挖形成(對(duì)于局部地形缺失部位,采用洞渣料分層回填和碾壓,反鏟削坡成型),漿砌石護(hù)坡厚度為 60 c m,漿砌石分縫處預(yù)留缺口,缺口采用C 20混凝土作永久沉降縫(縫間設(shè) 651型橡膠止水)。典型布置情況見(jiàn)圖 3。

4.3 壩體段布置

明渠段在 1#壩段處,與 1#壩段永臨結(jié)合,保證過(guò)流寬度為 12 m。邊墻頂部高程為 1 229 m,為增強(qiáng) 1#壩段底板的抗折能力,在底板增設(shè)了φ 16鋼筋,并將防滲墻下游的底板鋼筋與防滲墻鋼筋連接。

圖 3 調(diào)整后的導(dǎo)流明渠平面位置示意圖

4.4 出口連接段的布置

1#壩段與護(hù)坦邊墻連接的部位為連接段,連接段長(zhǎng) 20 m,底板為 C 15鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),底板厚 60 c m,底坡寬度由 12 m漸變?yōu)?8 m,高 程 由1 221 m降為 1 219.2 m,底板坡度為 0.072;左邊墻為扭面布置,混凝土標(biāo)號(hào)為C 15,頂寬1 m,頂部高程由 1 228 m漸變?yōu)?1 224 m,迎水面由直坡漸變?yōu)?1∶1,背側(cè)由 1∶0.3漸變?yōu)?1∶1,左邊墻利用設(shè)計(jì)開(kāi)挖邊坡,襯砌 1 m厚 C 15混凝土,每 8 m設(shè)一道沉降縫,縫間設(shè)651型橡膠止水。對(duì)于1#、2#壩段因振沖超挖部位,采用洞渣料分層回填;右邊墻采用 C 20埋石混凝土(埋石率為 20%),為扭面布置,頂寬 1 m,頂部 高程 由 1 228 m漸變?yōu)? 224 m,迎水面由直坡漸變?yōu)?1∶0.7,背側(cè)由 1∶0.7漸變?yōu)橹逼隆榇_保泄洪閘開(kāi)挖時(shí)明渠的穩(wěn)定,增設(shè)了固坡齒槽,齒槽底寬 4 m,底部高程與泄洪閘建基高程一致。

連接段設(shè)永久沉降縫,縫間設(shè) 651型橡膠止水。為防止超標(biāo)準(zhǔn)洪水,右邊墻頂部在特殊情況下采用漿砌石作臨時(shí)擋水子堤。

4.5 護(hù)坦段明渠布置

護(hù)坦段明渠結(jié)合永久結(jié)構(gòu)物進(jìn)行布置,將護(hù)坦左邊墻作為導(dǎo)流明渠的右邊墻(為便于止水布置,將護(hù)坦邊墻鋼筋在止水處打折后通過(guò)),坡度為 1∶0.5,頂寬為 1.5 m;底板采用洞渣料分層回填并碾壓至相應(yīng)高程后,澆筑 60 c m厚鋼筋混凝土底板,底板寬度不低于 8 m,坡度為 0.02;左邊墻為水平寬度 1 m的 C 15混凝土,坡度為 1∶1。

該段底板及左貼坡每隔8 m設(shè)一道永久沉降縫,縫間設(shè) 651型橡膠止水。

根據(jù)設(shè)計(jì)文件并考慮沉降關(guān)系,施工順序?yàn)橄乳l室、后護(hù)坦。為防止因先施工護(hù)坦邊墻而造成止水失效,在與泄洪閘左邊墻止水連接處,采用預(yù)留二期混凝土的方式進(jìn)行處理。一期混凝土不設(shè)止水,待泄洪閘右邊墻澆筑完成后再進(jìn)行護(hù)坦部位的止水混凝土澆筑。

4.6 出口防護(hù)段布置

護(hù)坦出口處的高程為 1 218.2 m,天然河床的高程為 1 216 m左右,為防止水流對(duì)原河床造成沖刷,在 0+100～0+120處完成底板混凝土澆筑,底板以上部位采用鋼筋石籠進(jìn)行防護(hù)。鋼筋石籠采用 φ 20鋼筋編制,籠內(nèi)裝塊石,鋼筋石籠間采用 φ 20鋼筋連成整體;邊墻采用 C 20混凝土防護(hù),水平寬度為 1 m。

5 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

5.1 過(guò)流能力驗(yàn)算

導(dǎo)流明渠按 P=20%標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全年導(dǎo)流,相應(yīng)流量為 245 m3/s。但受出口段九環(huán)線限制,導(dǎo)流明渠在閘壩出口段轉(zhuǎn)折較大,斷面急速縮小,致使過(guò)流壅水曲線偏高,嚴(yán)重影響到明渠的過(guò)流量。根據(jù)設(shè)計(jì)提供的水位流量關(guān)系曲線圖(圖 4),明渠實(shí)際過(guò)流能力約為 150 m3/s。

圖 4 導(dǎo)流明渠水位流量曲線圖

由于為保證九環(huán)線改線公路的安全而不能達(dá)到原設(shè)計(jì)的 P=20%的防洪標(biāo)準(zhǔn),相應(yīng)降低了防洪能力,為確保安全,需根據(jù)水文資料制定出相應(yīng)的防洪預(yù)案,在特殊情況下,可以利用改線九環(huán)線已通的現(xiàn)狀,臨時(shí)將出口段進(jìn)行擴(kuò)挖,擴(kuò)大出口斷面,改善流態(tài),增加行洪能力(圖 5)。九環(huán)線附近地勢(shì)較為平緩,在將道路臨時(shí)改道后,仍能保證九環(huán)線的正常通行。

5.2 穩(wěn)定計(jì)算

圖 5 擴(kuò)挖平面布置圖

導(dǎo)流明渠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮了臨時(shí)建筑與永久建筑結(jié)合的方法,重點(diǎn)對(duì) 1#壩段出口段至護(hù)坦左邊墻的擋墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。由于新建擋墻緊臨永久建筑物,其基礎(chǔ)高程高于永久建筑的底高程,為防止后期施工永久建筑時(shí)開(kāi)挖對(duì)明渠擋墻基礎(chǔ)造成失穩(wěn),同時(shí)考慮基礎(chǔ)振沖對(duì)明渠擋墻基礎(chǔ)液化的影響,在明渠擋墻離永久結(jié)構(gòu)較近的基礎(chǔ)下部設(shè)置了一固坡齒槽,底寬 4 m,底部高程與泄洪閘建基高程一致。

導(dǎo)流明渠新建擋墻的穩(wěn)定計(jì)算如下(主要為(閘)0+029.50～ (閘 )0+050.00斷面):

抗滑穩(wěn)定計(jì)算:

式中 W為擋土墻每延米的自重,k N;Pa為作用于墻面每延米的總壓力,k N;斜墻 Pa=γ?z?ta n2(45°-φ/2),豎向 Pa=1/2? K0? γz(K0為靜止土壓力系數(shù),γz為土體重度),該處 K0為 1。μ為擋土墻基底面與地基間的摩擦系數(shù),該處選0.5?？够€(wěn)定取最不利的斷面(閘)0+050.00(圖 6)進(jìn)行計(jì)算,該段擋墻的抗滑系數(shù)為:

圖 6 擋墻受力計(jì)算圖

計(jì)算結(jié)果 1.51＞1.3,滿足抗滑穩(wěn)定要求。抗傾穩(wěn)定計(jì)算:

式中 a,b,h分別為 W,Pay,Pax對(duì)墻址 0點(diǎn)的力臂,m。

同樣,取最不利斷面(閘)0+050.00進(jìn)行計(jì)算:

計(jì)算結(jié)果 1.71＞1.5,滿足抗傾覆穩(wěn)定要求。

經(jīng)驗(yàn)算,導(dǎo)流明渠新建擋墻的抗滑、抗傾覆均滿足要求。

擋墻抗折應(yīng)力計(jì)算:

在護(hù)坦邊墻墻背回填砂礫石,地下水位線位于擋墻 10 m高位置,擋墻配筋已經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)單位多次驗(yàn)算校核,此處不再校核。

壩基應(yīng)力計(jì)算:

1#、2#壩段及護(hù)坦邊墻基礎(chǔ)均采用振沖樁,且已經(jīng)設(shè)計(jì)單位多次驗(yàn)算,滿足要求,此處不再校核。

2008年 5月 12日四川汶川發(fā)生 8.0級(jí)特大地震,工程所處的平武縣為重災(zāi)區(qū),導(dǎo)流明渠經(jīng)受了嚴(yán)峻考驗(yàn)。地震后,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查導(dǎo)流明渠穩(wěn)定,無(wú)滲透現(xiàn)象,充分說(shuō)明設(shè)計(jì)可靠,施工質(zhì)量完好。

6 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)導(dǎo)流明渠軸線進(jìn)行調(diào)整,既保證了九環(huán)線安全,又減少了土石方開(kāi)挖工程量、臨時(shí)混凝土工程量及鋼筋等,為工程節(jié)約了大量資金,同時(shí)也保證了工程順利、安全導(dǎo)流,為在非溢流壩段導(dǎo)流施工積累了一些經(jīng)驗(yàn)。

[1] 張伯平,黨進(jìn)謙.土力學(xué)與地基基礎(chǔ).高等學(xué)校精品規(guī)劃教材[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2006.

[2] 陳仲頤,周景星,王洪瑾.土力學(xué)[M].北京:清華大學(xué)出版社,1997.