北江清遠(yuǎn)水利樞紐工程二期截流施工技術(shù)

黃 健

(清遠(yuǎn)粵華電力有限公司，廣東清遠(yuǎn) 511500)

1 概述

北江清遠(yuǎn)水利樞紐工程位于廣東省清遠(yuǎn)市境內(nèi)北江干流，上距清遠(yuǎn)市區(qū)約16 km，飛來峽水利樞紐約46.7 km;下距清遠(yuǎn)石角鎮(zhèn)約5 km，橫崗梯級壩址44.6 km，思賢滘54 km。水庫正常蓄水位10 m，正常蓄水位庫容1.4億m3，總庫容約3.02億 m3，多年平均發(fā)電量2.17億 kW·h。

本工程干流樞紐工程分二期施工，其中一期工程主要完成右岸土壩、船閘、門庫、14孔泄水閘及左岸電站廠房(受電站廠房基坑開挖的影響，電站廠房相鄰的第1#～3#孔泄水閘及左岸門庫均在電站廠房全年圍堰范圍內(nèi))的施工;二期工程完成左岸14孔泄水閘、左岸土壩的施工。

二期河床截流龍口設(shè)在下游戧堤，采用平拋?zhàn)o(hù)底，單戧立堵截流方式，截流設(shè)計(jì)流量為2 110 m3/s，但經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算表明，流量為800～1 000 m3/s時為最不利情況，截流設(shè)計(jì)總落差1.64 m，平均流速5.51 m/s。

2 工程地質(zhì)與水文氣象條件

二期工程主要完成4#～17#共14孔泄水閘，該河床段地質(zhì)主要為第四系河流沖積層，上部為砂層(主要為中細(xì)砂、含礫中細(xì)砂、含礫中粗砂等)，呈灰～灰黃色，地表部松散，向下慚變中密，局部含泥，層厚12～22.7 m，其抗沖流速＜1 m/s;下部主要為砂卵礫石、含泥砂卵礫石，呈灰～灰黃色，多呈密實(shí)狀，層厚6.3～16.6 m，頂板高程－14～－19.93 m。河床砂層及砂卵礫石層滲透系數(shù)K=4.0×10－2cm/s～K=1.0×10－3cm/s，滲透性屬中等偏強(qiáng)透水，且厚度大。經(jīng)過一期導(dǎo)流期間2009年及2010年度汛期沖刷，中間原主河床經(jīng)一期導(dǎo)流期間2009年及2010年度汛期沖刷，其最深處已沖刷至高程－12.5 m，在廠房右縱圍堰和一枯縱向圍堰鋼筋石籠防沖體外形成較陡邊坡，整個河床形成中間低、兩岸高的地形。深厚砂礫石覆蓋層以及覆蓋層低抗沖流速是本工程二期截流的難點(diǎn)和重點(diǎn)。

北江流域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，受季風(fēng)及地形影響，氣溫常年較高，多年平均降水量1 400～2 500 mm，根據(jù)水文資料分析，每年10月—翌年3月為枯水期。4—9月為豐水期。

3 截流施工

二期截流主要施工工序:河床護(hù)底→左岸預(yù)進(jìn)占 →右岸預(yù)進(jìn)占→合龍→戧堤加寬培厚→閉氣

3.1 龍口護(hù)底施工

龍口護(hù)底施工于2011年7月底完成，護(hù)底范圍為垂直水流方向長150 m，順?biāo)鞣较驗(yàn)?9.4 m，分為4個區(qū)見圖1，共拋投各類拋投護(hù)底石料約3.57萬m3，9 t混凝土五面體300個，鋼筋石籠0.286萬 m3。

圖1 龍口護(hù)底平面布置圖

龍口護(hù)底施工按如下流程進(jìn)行:土工布鋪設(shè)→拋投料裝船運(yùn)輸→石渣拋投→9 t混凝土五面體及鋼筋石籠拋投。

3.1.1 土工布鋪設(shè)

土工布的施工工藝為土工布加工成卷、鋪設(shè)土工布、水下檢查、砂袋拋壓穩(wěn)固。土工布鋪設(shè)前應(yīng)用Φ100的鋼管卷成卷材，然后利用全站儀在左右兩岸給工作船定位，隨后順?biāo)鞣较蜾佋O(shè)土工布。

施工時，鐵環(huán)套在定位鋼管上，系上砂袋下沉。水下鋪設(shè)于工作船將土工布沿導(dǎo)線平緩展開，潛水員水下張拉定位，并由水上工作船及時拋砂袋壓穩(wěn)，其后及時拋投石塊磚穩(wěn)固。為保證相鄰兩塊鋪設(shè)塊搭接長度和兩塊鋪設(shè)塊吻貼，在鋪展后一塊時，潛水員將前一鋪設(shè)塊上的砂袋移開，待其吻合再壓上，潛水員還要進(jìn)行調(diào)整，以防鋪展偏斜而產(chǎn)生搭接長度減少。在工作船只不能到達(dá)處，土工布用人工直接鋪設(shè)。

3.1.2 拋投料裝船運(yùn)輸

平拋?zhàn)o(hù)底所用石渣、塊石均在左岸的臨時碼頭裝船運(yùn)輸?shù)綊佂秴^(qū)，在船上進(jìn)行拋投施工。混凝土五面體及鋼筋石籠從左、右岸備料場利用汽車吊運(yùn)至船上后用船上起重吊運(yùn)到護(hù)底部位。

3.1.3 石渣拋投施工

在石渣拋投前進(jìn)行拋填試驗(yàn)，保證石渣的拋投位置符合設(shè)計(jì)要求。施工時，在下游布置一條錨艇作為指揮船，指揮拋投船到指定位置進(jìn)行拋投，并記錄各船的拋填位置和拋投量。利用錨艇作為交通和測量用船，用對講機(jī)把指揮錨艇、測量錨艇等連成通訊網(wǎng)絡(luò)，以控制施工有序進(jìn)行。測量錨艇必須經(jīng)常在拋填區(qū)內(nèi)測量，進(jìn)行整個施工的動態(tài)控制，并及時將測量信息反饋到拋填船。護(hù)底拋投的石渣(包括流失量)均裝船運(yùn)輸，拋投船定位后，人工拋填，船上配備2～3人用測探儀探測水深，以保證拋填料的厚度及連續(xù)性。

3.1.4 塊石、9 t混凝土五面體及鋼筋石籠拋投

拋填塊石和混凝土五面體前需對石渣拋填進(jìn)行復(fù)測，特別是對混凝土五面體的投放基面進(jìn)行平整，以便施工。潛水員要對拋填質(zhì)量進(jìn)行檢查，拋填石渣質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求后才進(jìn)行下序施工。

塊石拋投施工順序?yàn)?鋪土工布→石渣施工→9 t混凝土五面體拋投→混凝土五面體上、下游護(hù)底塊石及鋼筋石籠拋投。中石用人工拋填到指定位置，大石、特大石和混凝土五面體通過起重船吊放指定位置。混凝土五面體采用平板車運(yùn)輸，起重船吊機(jī)吊放，邊吊放邊在預(yù)制塊之間的空隙內(nèi)填石渣作為下一循環(huán)的工作面。護(hù)底9 t五面體混凝土塊的布設(shè)在龍口流速4.0 m/s的主龍口區(qū)，垂直水流向11排，順?biāo)飨?7排，拋投面積為50m×17.7m。

3.2 戧堤進(jìn)占施工

截流戧堤進(jìn)占采用自卸汽車運(yùn)輸，反鏟裝車，進(jìn)占前先適當(dāng)降低二期圍堰端頭的一期圍堰，減少卸料高差，開始進(jìn)占時直接在一期圍堰上卸料，卸料時靠近戧堤上游直至戧堤露出水面，戧堤進(jìn)占進(jìn)入水中后，自卸汽車卸料至戧堤端頭靠上游側(cè)，由推土機(jī)平整堤頭進(jìn)占。戧堤進(jìn)占時觀察水流流速，根據(jù)流速拋填不同粒徑的石料，當(dāng)流速較大時，可采取大石或特大石在戧堤上游進(jìn)行挑角，挑角穩(wěn)定后戧堤石料迅速跟進(jìn)加寬。左岸戧堤預(yù)進(jìn)占65 m，作為截流龍口的左端，龍口采用大塊石進(jìn)行裹頭。戧堤進(jìn)占10 m后，砂粒料堰體跟進(jìn)。

右岸進(jìn)占設(shè)備在水位較低的時候由上游圍堰道路進(jìn)入截流場地，右岸戧堤與左岸戧堤同時進(jìn)占，方法相同，預(yù)進(jìn)占20 m后，剩余截流龍口寬度為85 m，右岸戧堤龍口端頭采用鋼筋籠裹頭。

3.3 龍口段施工

龍口的斷面采用梯形斷面，上下游坡1∶1.5，設(shè)計(jì)高程6.8 m，頂寬15 m，按照不同的龍口劃分為4個區(qū)(見圖2)，進(jìn)占時采取左右兩岸同時進(jìn)占的方式，龍口段施工采用20 t自卸汽車運(yùn)料。左岸采用兩列車道進(jìn)行施工，一列為重車道，另一列為空車道，組織車輛分別裝載塊石料在重車道等待指揮拋投。在堤頭上設(shè)兩個投料點(diǎn)，堤頭指揮人員根據(jù)現(xiàn)場指揮交叉拋投，左岸堤頭儲存的石料先用推土機(jī)直接推入龍口。戧堤進(jìn)占時先在戧堤上游側(cè)卸料，根據(jù)實(shí)際流速采用大石或特大石，形成挑角，挑角穩(wěn)定后較小粒徑塊石跟進(jìn)加寬，每堤頭為2～3輛自卸汽車同時卸料，兩臺推土機(jī)平行平整堤頭進(jìn)占。右岸由反鏟裝塊石，20 t自卸汽車運(yùn)輸，推土機(jī)推入龍口。在龍口剩余15 m左右流速最大時根據(jù)實(shí)際情況采用拋投鋼筋石籠、預(yù)制混凝土塊體進(jìn)行進(jìn)占，如果在拋投過程中出現(xiàn)塌方、滑坡時，可在堤頭現(xiàn)場把2～3個鋼筋石籠、預(yù)制混凝土塊用鋼絲繩串在一起用D85重型推土機(jī)往上游角拋投。如仍然出現(xiàn)滑坡，則采用鋼筋石籠或預(yù)制混凝土塊體埋在岸邊作地錨用鋼絲繩連接2～3個鋼筋石籠或預(yù)制混凝土塊體拋投的方式進(jìn)占，直至截流成功。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截流實(shí)測流量為650 m3/s，實(shí)測截流落差3.06 m，龍口拋投強(qiáng)度達(dá)到340 m3/h，總拋投量18 500 m3。

圖2 二期截流戧堤分區(qū)圖

4 結(jié)語

北江清遠(yuǎn)水利樞紐工程二期截流于2011年8月31日實(shí)現(xiàn)龍口成功合龍。實(shí)踐證明，二期截流方式采用以左岸為主、右岸為輔的“平拋?zhàn)o(hù)底，單戧立堵”的方案;河床護(hù)底采用鋪設(shè)土工布，上面拋壓石渣、塊石及下游側(cè)設(shè)鋼筋籠的透水保砂、穩(wěn)定河床的技術(shù)，龍口施工在流速最大時采用預(yù)制混凝土塊體串聯(lián)以及采用地錨方式，從而客服了深厚軟基河床上截流大流速、高落差等難題，清遠(yuǎn)水利樞紐二期截流的成功，保證了樞紐二期工程的順利實(shí)施，并證明了截流技術(shù)方案的正確性。

［1］水利水電施工手冊編寫組.水利水電施工手冊:第5卷—施工導(dǎo)(截)流與度汛工程［K］.北京:中國電力出版社，2005.

［2］廣東省水利水電科學(xué)研究院.清遠(yuǎn)水利樞紐二期截流實(shí)驗(yàn)研究報告［R］.廣州:廣東省水利水電科學(xué)研究院，2011.

［3］中水珠江規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)有限公司.清遠(yuǎn)樞紐工程二期導(dǎo)截流設(shè)計(jì)專題報告［R］.廣州:中水珠江規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)有限公司，2011.