馬巖洞水電站二期施工圍堰方案優(yōu)化設(shè)計

許曉忠

（中國水利水電建設(shè)工程咨詢西北公司，青海 西寧 710065）

1 工程概況

馬巖洞水電站位于重慶市彭水縣境內(nèi)郁江中游河段。工程樞紐主要由碾壓混凝土重力壩、泄水建筑物、左岸引水系統(tǒng)及地面下房等建筑物組成，最大壩高70.00 m，其中壩頂高程355.0 m,壩基高程285.0 m,壩頂全長155.08 m，壩頂寬度8.0 m，最大壩底寬54.22 m，水庫正常蓄水位350.00 m，總庫容0.296億m3，電站總裝機容量66 MW，多年平均發(fā)電量2.56億kW·h。

2 水文及地質(zhì)條件

郁江流域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，河流的洪水特性與暴雨特性、流域的自然條件密切相關(guān)。每年4—10月為汛期，雨量充沛，從歷年特大暴雨來看，3 d暴雨量又集中在1 d，因此流域內(nèi)洪峰主要是由1 d暴雨形成，一次洪水過程的洪量主要集中在3 d內(nèi)。

壩址河谷為走向谷，左岸為逆向坡，平均坡角為44°，右岸為順向坡，平均坡角為44°壩址河面高程304 m左右，河面寬50～58 m。

3 工程建設(shè)施工導(dǎo)流程序

該工程大壩主體項目于2004年12月進行施工，根據(jù)合同文件總工期為29個月，工程計劃在2007年4月水庫開始蓄水，5月底實現(xiàn)第一臺機組發(fā)電。

根據(jù)業(yè)主的要求，為了降低工程施工導(dǎo)流的工程投資，業(yè)主在招標中取消了設(shè)計單位在可行性研究報告所提出的右岸布置導(dǎo)流洞、河床斷流的施工導(dǎo)流方案，這樣大壩主體工程施工建設(shè)只能采用分期導(dǎo)流、分期施工。結(jié)合壩址由于受到流域自然條件、洪水水位變化很大的特性及工程工期的限制，一期導(dǎo)流采用在“一枯”時段內(nèi)在右岸壩身段布置臨時導(dǎo)流底孔的設(shè)計施工方案，為了保證導(dǎo)流底孔上游段的正常引水、過水，也為了防止底孔過流后的回水，同時考慮“二枯”時段二期導(dǎo)流施工，因此在一期導(dǎo)流中采用臨時導(dǎo)流底孔上下游分別布置縱向圍堰的設(shè)計方案。主體工程的建設(shè)共要經(jīng)歷6個時段：

1）一枯。進行右岸一期圍堰的施工，左右岸壩肩開挖，右壩基的開挖、右岸導(dǎo)流底孔澆筑并達到高程313 m以上。

2）一汛。拆除一期圍堰，右岸導(dǎo)流底孔及左岸河床同時過流，左右岸壩肩開挖。

3）二枯。右岸導(dǎo)流底孔過流，二期圍堰的施工，二期基坑開挖、二期基坑混凝土澆筑并達到高程313 m以上，左壩肩澆筑及澆筑完成排沙孔。

4）二汛。右岸導(dǎo)流底孔及壩體過水，左右岸混凝土的澆筑。

5）三枯。右岸導(dǎo)流底孔過水，排沙孔閘門施工，大壩混凝土全面上升澆筑，壩體澆筑達到表空溢流面面頂以上高程后，導(dǎo)流底孔下閘封堵并在汛前結(jié)束封堵。

6）三汛。排沙孔及大壩表孔過流，非溢流壩段表孔閘墩繼續(xù)澆筑施工，同期水庫開始進行蓄水，完成第一臺機組發(fā)電的任務(wù)。

4 二期導(dǎo)流設(shè)計

根據(jù)工程施工程序的安排，工程在完成一期導(dǎo)流后需完成“一枯”及“一汛”兩個時段的主體工程建設(shè)，這樣在“二枯”時段完成二期導(dǎo)流的設(shè)計與施工。

4.1 二期導(dǎo)流的設(shè)計標準

1）枯水期流量。根據(jù)招標文件，工程在枯水期導(dǎo)流相應(yīng)時段內(nèi)的洪水流量：壩址上游長順水電站滿發(fā)電的流量加上長順電站至壩址區(qū)間流量為120 m3/s。

2）洪水期流量。根據(jù)水文資料及壩址設(shè)計洪水成果表分析，第二個汛期，按全年P(guān)=5%頻率洪水計算，相應(yīng)流量為3 840 m3/s。

4.2 二期導(dǎo)流圍堰結(jié)構(gòu)形式

根據(jù)工程水文地質(zhì)、地形條件及工程工期要求等特點，同時結(jié)合一期導(dǎo)流的設(shè)計施工意見，工程二期導(dǎo)流采用不過水上下游橫向土石圍堰。

因受地形條件限制，河床較窄（壩址區(qū)河床寬度僅有42.5 m），工程二期縱向圍堰采用混凝土圍堰，該圍堰已在一期施工導(dǎo)流工程中完成。在二期橫向圍堰設(shè)計時，考慮二期河床束窄后流速較大，為保證圍堰坡腳安全穩(wěn)定及二期基坑施工道路的布置，因此考慮在上游橫向圍堰迎水坡面及下游橫向圍堰迎水坡面、背水坡面基礎(chǔ)底部部分采用鋼筋石籠防護坡腳，基礎(chǔ)以上部分坡面采用鋼管架、竹架板等材料的防護形式。

堰體由截流戧堤、鋼管架、竹架板、彩條布、土工膜布、鋼筋鉛絲石籠、土石渣混合料、粘土心墻及堰基防滲結(jié)構(gòu)組成。

4.3 二期導(dǎo)流上下游圍堰堰頂高程的確定

堰頂高程取決于導(dǎo)流設(shè)計流量及圍堰的工作條件。

1）下游圍堰堰頂高程

根據(jù)招標文件，在枯水期工程導(dǎo)流的設(shè)計標準流量為：壩址上游長順水電站滿發(fā)電的流量加上長順電站至壩址區(qū)間流量為120 m3/s，壩址二期導(dǎo)流特性見表1。

表1 二期導(dǎo)流特性表

根據(jù)經(jīng)驗公式，下游圍堰的堰頂高程：

式中：hd——下游水位高程，m，根據(jù)表1取307.1 m；ha——波浪爬高，m，根據(jù)有關(guān)公式計算并結(jié)合現(xiàn)場的實際情況取1.2；δ——圍堰的安全超高，m，根據(jù)有關(guān)手冊并結(jié)合現(xiàn)場的實際情況取1.0。

計算得出下游圍堰的堰頂高程Hd=309.3 m。2）上游圍堰堰頂高程

根據(jù)經(jīng)驗公式，上游圍堰的堰頂高程：

式中：z——上下游水位差，根據(jù)表1取3.9 m。

計算得出上游圍堰的堰頂高程Hu=313.2 m。

4.4 堰體斷面及平面布置設(shè)計

根據(jù)計算得出上下游橫向圍堰堰頂高程分別為313.2，309.3 m，河床底高程為304.0 m，最大堰高為9.2 m。根據(jù)現(xiàn)場實際地形為確保圍堰運行安全穩(wěn)定，同時考慮圍堰堰頂作為后期部分混凝土澆筑施工道路，因此堰頂寬度均取6.0 m。上游圍堰軸線與壩縱軸線夾角取20°，相應(yīng)堰頂軸線長51.1 m；下游圍堰軸線與壩縱軸線夾角取28°，相應(yīng)堰頂軸線長62.2 m。上游橫向圍堰迎水面坡比為 1∶0.2，背水面坡比為 1∶1.2；下游圍堰迎水面、背水面坡比均為1∶0.2。

4.5 堰體與岸坡及已有建筑物的接頭處理

采用通過擴大接觸面以延長塑性防滲體的接觸，達到防止集中繞滲破壞的目的。接頭處增加堰體的寬度，具體寬度應(yīng)視具體情況確定。在此部位，該工程圍堰堰體增寬至原來的2倍。并且應(yīng)將岸坡處滲透性很大、穩(wěn)定性很差的坡積物全部清除。

二期橫向圍堰與縱向混凝土圍堰接頭處為避免發(fā)生集中繞滲破壞，縱向混凝土圍堰接頭處采用刺墻型式插入二期土石圍堰的防滲體中，以保證滿足繞流滲徑長度的要求，一般刺墻深入心墻的長度不小于0.5倍的水頭。根據(jù)該工程實際情況，最大水頭高度為5 m，二期縱向混凝土圍堰刺墻的長度取3 m。

4.6 截流戧堤

截流工程的難易程度取決于河道流量、泄水條件，龍口的落差、流速、地形地質(zhì)條件；材料供應(yīng)情況及施工方法、施工設(shè)備等因素。并且應(yīng)對截流水力進行計算，計算目的是確定龍口諸水力參數(shù)的變化規(guī)律，主要解決3個問題：1）確定截流過程中龍口各水力參數(shù)，如單寬流量、落差及流速的變化規(guī)律；2）由此確定截流材料的尺寸或重量及相應(yīng)的數(shù)量等；3）確定適合該工程的截流施工方法。根據(jù)該工程的河道流量（截流設(shè)計流量為40 m3/s）、泄水條件、截流落差（約為2 m，截流落差小于3.5 m）等實際條件，確定該工程截流戧堤采用單戧立堵截流的施工方法，戧堤頂寬4.0 m，截流戧堤合龍后加寬培厚形成堰體。

4.7 堰體的防滲設(shè)計

圍堰堰體防滲由兩部分組成：上部（306 m高程以上部分）為粘土心墻結(jié)合土工膜防滲，下部（306 m高程以下部分）為灌漿幕墻防滲。

1）粘土心墻防滲。墻厚為2 m，心墻迎水面鋪設(shè)一層土工膜。心墻的土料就地取用，主要控制土料的含水量，土料的含水量過高或過低，都將影響填筑的密實性。

2）帷幕灌漿墻防滲。根據(jù)地質(zhì)資料，壩址區(qū)段原河床沖積物厚6～12.5 m，主要為砂、卵石夾礫石；一期圍堰鉆孔灌漿時發(fā)現(xiàn)原河床底部存在大的孤石較多、空隙較大，這些地方堰基采用高壓旋噴方式灌漿已不能滿足防滲要求。因此根據(jù)現(xiàn)場實際施工情況，結(jié)合以往經(jīng)驗，對于二期上下游圍堰堰基防滲采用塑性灌漿的方式進行施工。

3）塑性灌漿設(shè)計參數(shù)：

a）帷幕厚度設(shè)計。上游圍堰布置3排孔，通過灌漿形成4～6 m厚的防滲墻；下游圍堰布置2排孔，通過灌漿形成2～4 m厚的防滲墻。

b）孔排距。由于是在動水情況下進行灌漿施工，參照以往施工經(jīng)驗，孔排距分別定為1.50 m和2.00 m。

c）帷幕體搭接要求。灌漿孔底部要求進入基巖2.0 m，先導(dǎo)孔要求進入基巖4 m，以進一步探明基巖裂隙發(fā)育情況等，以便及時調(diào)整鉆孔深度，與粘土心墻搭接2 m，上游圍堰灌漿高程范圍為308～295 m，下游圍堰灌漿高程范圍為306～293 m。

d）灌漿漿液。根據(jù)一期圍堰灌漿吸漿量較大的情況，上游圍堰上下游排采用混合漿液，即在漿液中摻入一定量的粉煤灰以取代水泥，節(jié)約成本。中間排采用穩(wěn)定漿液，即在漿液中加入少量的膨潤土、塑化劑；下游圍堰兩排孔均采用混合漿液。混合漿液配比為水泥∶粉煤灰∶水=1∶2∶1.5；穩(wěn)定漿液配比為水泥∶粉煤灰∶水=7∶1∶4，并在穩(wěn)定漿液中摻入總灰量（水泥與粉煤灰的總和）1%的膨潤土和1.3%的塑化劑。漿液比重在1.75 g/cm3以上。

e）灌漿壓力及方式。灌漿壓力為0.20～0.50 MPa。鉆孔時壓入水量Q≥50 L/min，則采用純壓式灌漿方法；若Q＜50 L/min，則采用循環(huán)式灌漿方法。塑性灌漿采用自下而上分段灌漿，段長5 m。

f）結(jié)束標準。灌漿注入率Q≤0.50 L/min時，再持續(xù)30 min，上下游排灌漿孔段每米單耗（干料）達3 t時，均可結(jié)束該段灌漿。

g）特殊情況處理。在施工中主要碰到地表面冒漿而不易封堵的情況，采用限壓、限流、停停灌灌或掃孔后復(fù)灌的方法。

h）效果檢查。灌漿完成7 d后，鉆孔壓水檢查防滲效果，壓水壓力為0.30 MPa，單位吸水量q≤0.1 L/（min·m·m）為合格。

4）后期補灌防滲。在上下游圍堰灌漿完成后，發(fā)現(xiàn)在下游圍堰有兩處明顯的集中滲水點：一處位于圍堰中部，一處位于圍堰與左岸岸坡的接觸處。針對兩處滲水點共補灌了8個孔，補灌時的鉆孔孔深根據(jù)滲漏點的高程、位置進行有針對的集中灌漿。通過灌后與灌前的實際滲流量比較，效果較為理想。

5 結(jié)語

二期上下游橫向圍堰經(jīng)過43 d的施工，順利完成，說明設(shè)計方案優(yōu)化是可行的，在第二年2月份突發(fā)一場超標準洪水（流量為300 m3/s）從圍堰頂部過流，檢驗了二期圍堰的安全穩(wěn)定性以及良好的防滲效果，盡管超標準洪水仍對圍堰頂部沖刷造成了一定的破壞，但對后續(xù)“二汛、三枯”時段的主體工程施工未產(chǎn)生影響。