三道灣水電站樞紐一期工程圍堰防滲形式的優(yōu)化

仵海強(qiáng)，于建，李亞強(qiáng)，徐勇

(中國水利水電第五工程局有限公司第一分局，四川雙流，610225)

1 工程概況

三道灣水電站位于甘肅省張掖市肅南縣境內(nèi)的討賴河干流上，是出山口已建冰溝水電站的上一級梯級電站，為閘壩引水式水電站。電站由首部樞紐、引水發(fā)電隧洞、調(diào)壓井、高壓水道及地下廠房等建筑物組成，壩高29.7m，裝機(jī)容量90MW。首部樞紐沿壩線方向全長160m，自左至右依此為左岸防滲墻段、重力式混凝土左副壩段、溢流壩段、泄沖閘段、壩內(nèi)式進(jìn)水口段、重力式混凝土右副壩段、右岸防沖混凝土刺墻段。

討賴河屬于河西內(nèi)陸河流域的黑河水系，為黑河一級支流，河道平面展布呈凸向右岸的弧形，河水面寬20～35m，河谷開闊，漫灘發(fā)育，橫剖面呈開闊的“U”字型，河床覆蓋層厚3.5～9.5m。按照5年一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)，該河流相應(yīng)洪水流量為201m3/s，工程共分為三期進(jìn)行施工。

一期圍堰位于樞紐左岸，由上游圍堰、下游圍堰和縱向圍堰組成，均為土石圍堰。一期基坑寬約86m，長約200m，基坑底高程低于堰外河床7.5m。

2 原投標(biāo)設(shè)計(jì)方案

2.1 原圍堰結(jié)構(gòu)形式

原投標(biāo)方案中，一期圍堰全部采用土石圍堰，防滲采用高壓旋噴防滲墻，一期圍堰上游圍堰長46.75m，最大堰高3.51m，圍堰頂寬5m，防滲采用高壓旋噴防滲墻，防滲墻厚度為0.6m，最大深度為12.5m;下游圍堰長49.72m，最大堰高2.67m，圍堰頂寬5m，防滲采用高壓旋噴防滲墻，防滲墻厚度為0.6m，最大深度為11.7m;縱向圍堰長197.02m，采用土石圍堰及高噴防滲墻，形式與上下游圍堰相同，圍堰迎水面采用0.7m鋼筋籠作防沖措施。原上游圍堰結(jié)構(gòu)形式詳見圖1。

圖1 原上游圍堰典型斷面

2.2 工程量

根據(jù)原一期圍堰結(jié)構(gòu)形式，計(jì)算原一期圍堰結(jié)構(gòu)工程量如表1所示。

表1 一期圍堰工程量

2.3 成本分析

原投標(biāo)方案中，一期圍堰全部采用土石圍堰，防滲采用高壓旋噴防滲墻，圍堰迎水面采用鋼筋籠作防沖措施。圍堰填筑料源在工程區(qū)域附近挖取，主要填筑方案為:采用液壓反鏟裝15t自卸汽車運(yùn)渣料至現(xiàn)場填筑，SD22推土機(jī)平料，13.5t振動(dòng)碾振壓，最后利用PC220型液壓反鏟修坡。根據(jù)投標(biāo)文件規(guī)定，此項(xiàng)目報(bào)價(jià)為總價(jià)2591213元。成本計(jì)算詳見表2。

表2 一期圍堰原投標(biāo)方案成本計(jì)算

3 優(yōu)化后的實(shí)施方案

3.1 優(yōu)化方案的提出

原投標(biāo)方案中，一期圍堰全部采用高壓旋噴防滲墻防滲，造價(jià)較高，施工時(shí)間長，且本工程工期非常緊迫，很難在計(jì)劃工期內(nèi)完成高噴防滲施工。項(xiàng)目部進(jìn)場后，對施工現(xiàn)場進(jìn)行了詳細(xì)勘察和分析，發(fā)現(xiàn)除壩基沖積層砂礫石覆蓋層較厚外，左岸壩肩為砂礫石松散堆積體，砂礫石塊徑較大，如果采用高噴防滲墻，防滲效果恐難保證。介于河床砂礫石層的滲透系數(shù)為(5.8～9.3)×10－4cm/s，且一期圍堰基坑較小，圍堰高度也較小，一期工程施工工期也較短，施工期采用淺層黏土心墻防滲，并在基坑加強(qiáng)排水的方案完全能保證基坑施工安全，并能縮短圍堰施工工期，降低導(dǎo)流工程造價(jià)。

3.2 控制參數(shù)計(jì)算分析

3.2.1 一期過流河槽水力計(jì)算

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際地形情況，一期圍堰按照最小范圍布置，并對右岸河槽進(jìn)行擴(kuò)寬后，可保證右岸最小15m的河槽底寬。按照寬頂堰堰流基本公式:Q=δc×m×n×b×(2g)1/2×(Ho)3/2計(jì)算，按照5年一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)來水量201m3/s，堰前水頭(雍高水位)為4.084m，對應(yīng)流速3.28m/s，該流速超過了砂卵石的不沖流速，故此圍堰迎水面及砂卵石河床須做抗沖防護(hù)。

3.2.2 滲流穩(wěn)定分析

壩基及沖刷區(qū)河床覆蓋層厚3.5～9.5m，組成物為沖洪積砂卵礫石，經(jīng)試驗(yàn)，D10和D60分別為1.0mm和104.28mm，不均勻系數(shù)Cu為104.28，滲透破壞形式為管涌，滲透系數(shù)為(5.8～9.3)×10－4cm/s，臨界滲透坡降0.58，故此粘土心墻伸入基礎(chǔ)以下2.5m能保證圍堰滲流的穩(wěn)定。

3.3 優(yōu)化的實(shí)施方案

3.3.1 優(yōu)化后圍堰結(jié)構(gòu)形式

優(yōu)化后仍分三期進(jìn)行施工導(dǎo)流。一期圍堰采用土石圍堰束窄右岸河床過流，為確保安全渡汛，優(yōu)化后上游堰頂高程增高為2343.34m，下游堰頂高程增高為2340m，堰頂寬度為5m，圍堰實(shí)際填筑長度為202m，最大堰高5.51m，采用粘土心墻土工膜防滲，心墻深入基礎(chǔ)2.5m。上游裹頭和縱向圍堰段總長174.79m，該段處于強(qiáng)沖刷段，圍堰迎水面3m深度采用鋼筋籠護(hù)腳，其余部位不做抗沖防護(hù)。優(yōu)化后上游圍堰結(jié)構(gòu)形式詳見圖2。

圖2 優(yōu)化后上游圍堰典型斷面

3.3.2 施工工序

土石圍堰主要施工程序:圍堰填筑料填筑→碾壓→削坡→鋼筋石籠施工→開槽、粘土心墻及復(fù)合土工膜防滲施工→圍堰加高至設(shè)計(jì)高度。

施工過程中，土工膜粘土心墻與圍堰填筑同步上升，先填筑圍堰石渣料，再鋪黃土，黃土按30cm一層填筑，采用16t振動(dòng)碾碾壓后再用反鏟松動(dòng)表面，然后再填筑上層。鋼筋籠和鉛絲石籠護(hù)坡跟進(jìn)施工。

3.3.3 實(shí)際發(fā)生工程量

根據(jù)優(yōu)化后的一期圍堰結(jié)構(gòu)形式，計(jì)算一期圍堰結(jié)構(gòu)工程量如表3所示。

表3 一期圍堰工程量

3.3.4 成本計(jì)算

方案優(yōu)化后，圍堰填筑施工和左岸碎石土及石方開挖施工同時(shí)施工，故此填筑料源全部利用左岸壩肩碎石土開挖料及石方開挖碴料進(jìn)行填筑，從而節(jié)約了填筑料取料成本，粘土心墻填筑料源就近取料。根據(jù)圍堰過流情況，只進(jìn)行了鋼筋籠護(hù)腳施工。主要施工方案為:采用液壓反鏟裝15t自卸汽車運(yùn)渣料至現(xiàn)場填筑，裝載機(jī)平料，振動(dòng)碾碾壓，鋼筋籠護(hù)坡，粘土心墻土工膜防滲施工跟進(jìn)施工。

對此，根據(jù)圍堰施工過程中的各工序?qū)嶋H成本發(fā)生情況，并結(jié)合實(shí)際發(fā)生工程量，經(jīng)計(jì)算得出了方案優(yōu)化后實(shí)際施工成本為745344元。方案優(yōu)化后實(shí)際成本計(jì)算詳見表4。

表4 樞紐一期圍堰原投標(biāo)方案成本計(jì)算

其中，加上左岸壩肩繞滲水量后，施工期基坑總滲水量達(dá)到了45m3/h左右。對此，根據(jù)基坑繞滲情況及工程施工需求，在基坑上、下游各設(shè)置一個(gè)集水坑，在基坑周圍設(shè)網(wǎng)格狀排水溝將水流匯集到集水坑集中抽排的方法進(jìn)行施工。兩集水坑內(nèi)各布置了一臺8吋潛水泵，平均每天運(yùn)行時(shí)間為10h，混凝土澆筑過程中，采用2吋泵對局部區(qū)域滲水進(jìn)行臨時(shí)加深抽排，以達(dá)到混凝土建基面要求。由此計(jì)算平均每天排水費(fèi)用為2563.35元，一期工程總時(shí)間為119d，從而計(jì)算出施工期排水實(shí)際成本為305515元。

4 方案優(yōu)化的成果

通過施工方案的優(yōu)化，利用就地取材便于施工的粘土心墻，加強(qiáng)排水的圍堰方案代替工序較多、造價(jià)較高、耗時(shí)較長的高噴防滲墻圍堰方案。合理利用現(xiàn)有地形和地質(zhì)條件，縮小圍堰范圍，降低右岸河床高度，擴(kuò)寬河槽過渡寬度，降低了堰前水位，為粘土心墻圍堰方案創(chuàng)造了條件。通過施工過程中對粘土心墻的重視和精心施工，確保了施工期圍堰滲漏安全，從而取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語

在本工程施工過程中，結(jié)合工程實(shí)際情況，并對可能出現(xiàn)的不利影響提前進(jìn)行了分析，對有利因素加以充分利用，成功采用粘土心墻，加強(qiáng)排水圍堰方案代替了原投標(biāo)設(shè)計(jì)的高噴防滲墻圍堰方案，有效地保證了圍堰功能，說明因地制宜的優(yōu)化施工導(dǎo)流措施有利于縮短和保證工期，降低臨時(shí)工程造價(jià)。