小石口水庫工程施工導(dǎo)流設(shè)計及施工

閆夏嬌

(山西省水利水電科學(xué)研究院 山西太原 030002)

1 工程概況

小石口水庫大壩為混凝土面板堆石壩，主要工程項目為建筑工程、機(jī)電設(shè)備安裝工程及金屬結(jié)構(gòu)安裝工程，其中建筑工程由泄洪洞工程、大壩工程以及溢洪道工程三部分組成。

根據(jù)工期安排，全部工程完工約需三年，為保證大壩主體工程在施工期間的正常施工，創(chuàng)造干地施工條件，進(jìn)而確保汛期能安全渡汛，需要根據(jù)工程施工確定適合的導(dǎo)流方式，本著安全、經(jīng)濟(jì)、實用的原則設(shè)計合理的導(dǎo)流建筑物形式。

2 導(dǎo)流建筑物設(shè)計

根據(jù)工程工期要求、庫區(qū)水文及地質(zhì)等方面的技術(shù)資料，結(jié)合現(xiàn)場實地勘察和工程施工進(jìn)度計劃，根據(jù)工程施工需要確定導(dǎo)流方式采用全斷面枯水期圍堰法，由上、下游圍堰擋水，臨時導(dǎo)流泄洪洞泄流。

2.1 流域水文情況

小石口水庫位于桑干河流域黃水河的一級支流小石峪，壩址以上控制流域面積80.2km2，為無資料地區(qū)，采用《山西省水文計算手冊》分別計算徑流、洪水及泥沙。

地表徑流采用冪函數(shù)模型法計算結(jié)果，多年平均地表徑流深54.6mm，折合年地表徑流量438萬m3；基流采用數(shù)學(xué)模型法成果，基流均值15.4mm，折合年基流124萬m3；則小石口水庫多年平均徑流量為562萬m3。徑流計算成果見表1。

表1 徑流計算成果表

小石峪洪水由暴雨形成，全部集中于汛期，經(jīng)與壩址附近調(diào)查洪水比較后，確定設(shè)計洪水采用推理公式法計算，洪水計算成果見表2。

表2洪水計算成果表

2.2 圍堰設(shè)計

導(dǎo)流建筑物級別為5級，導(dǎo)流建筑設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為5年一遇，導(dǎo)流時段為全年，相應(yīng)洪峰流量94.4m3/s。壩體施工期臨時度汛洪水標(biāo)準(zhǔn)采用20年一遇洪水重現(xiàn)期，相應(yīng)洪峰流量407m3/s。

水庫上、下游圍堰均為全斷面堆石圍堰，圍堰斷面詳見圖1、圖2。

圖1 上游圍堰橫剖面圖

圖2 下游圍堰橫剖面圖

上游圍堰位于大壩上游導(dǎo)流洞進(jìn)口下游處，最大堰高8.54m，堰頂長44m，寬6.0 m，上、下游邊坡均為1：2。堰前迎水面設(shè)干砌石護(hù)坡，其下為墊層，堰體采用堆石填筑。

堰體采用土工膜防滲，鋪設(shè)于堰體上游墊層中間，堰基采用黏土截水槽防滲。

下游圍堰位于大壩下游，泄洪洞出口上游處，最大堰高2.0 m，上下游邊坡均為1：1.5，下游側(cè)迎水面設(shè)草袋土護(hù)坡，厚0.5m。

圍堰堆石體填筑采用料場開采的弱風(fēng)化巖石或建筑物開挖棄料填筑。設(shè)計最大粒徑800 mm，設(shè)計孔隙率25%，級配連續(xù)，碾壓鋪料層厚80 cm，碾壓遍數(shù)6～8遍；墊層料采用石料場人工軋制料，最大粒徑為80～100 mm，小于5mm顆粒的含量占30%～50%，小于0.075mm顆粒的含量小于8%，級配連續(xù)。設(shè)計相對密度為0.75，滲透系數(shù)一般在10-3cm/s范圍。

3 導(dǎo)流建筑物施工

3.1 土石方開挖

導(dǎo)流工程土石方開挖主要為圍堰建基面覆蓋層的砂卵石開挖。

對于覆蓋層開挖深度及開挖工程量均較小部位，擬采用推土機(jī)推運(yùn)堆積成堆，而后裝載機(jī)挖裝20 t自卸汽車運(yùn)至指定的棄渣場，對于局部開挖厚度較大部位采用反鏟挖機(jī)開挖，自卸汽車運(yùn)輸。

3.2 導(dǎo)流圍堰填筑

導(dǎo)流圍堰填筑材料采用建筑物開挖棄料填筑，填筑時優(yōu)先選用壩址范圍臺地部位的開挖料，對于河灘部位含水量較大的開挖料可在施工現(xiàn)場附近堆放并進(jìn)行翻曬，待其含水量達(dá)到填筑要求后，方可進(jìn)行填筑。

3.2.1 黏土截水槽填筑

黏土截水槽在堆石料填筑后采用進(jìn)占法填筑，當(dāng)堆石料填筑至2～3m時，從已填筑堆石上進(jìn)行截水槽的填筑。每一填筑層的主要施工工序為：基礎(chǔ)面（結(jié)合面）處理→卸料→鋪料、平倉→碾壓→質(zhì)檢。自卸汽車運(yùn)輸至現(xiàn)場附近卸料，因截水槽底部較窄，挖機(jī)順圍堰軸線方向鋪料，小型振動碾碾壓，邊角部分人工夯實，對于截水槽上部，由于填筑面較寬，故可全倉面鋪料，條帶寬度以碾壓機(jī)械的工作寬度為準(zhǔn)并應(yīng)符合設(shè)計及規(guī)范要求，填筑時每層鋪料厚度應(yīng)符合規(guī)范要求，一般不大于50 cm。鋪料后，采用振動平碾順鋪料方向進(jìn)行進(jìn)退法壓實，其壓實度一定要滿足設(shè)計所要求的壓實度標(biāo)準(zhǔn)，并應(yīng)保證層與層之間的結(jié)合強(qiáng)度。

3.2.2 堆石料填筑

由于施工導(dǎo)流圍堰填筑面均較大，圍堰堰體填筑時擬分段采用土石料分層分條帶鋪料填筑，在填筑現(xiàn)場采用流水線施工作業(yè)，即反鏟挖掘機(jī)裝土石料至自卸汽車，自卸汽車將土石料運(yùn)至現(xiàn)場后進(jìn)行后退法卸料，而后推土機(jī)鋪料、平倉，最后振動平碾壓實。

堆石料采用20 t自卸汽車運(yùn)輸，直接運(yùn)輸至施工區(qū)，進(jìn)占法鋪料，用TY320推土機(jī)攤鋪平料，鋪料厚度根據(jù)碾壓試驗確定，其誤差不超過層厚的10%,為了提高堆石的壓實效果，減少后期沉降量，在壓實前后和壓實過程中，采用專用灑水車適當(dāng)加水，加水量根據(jù)石料的巖性、細(xì)粒含量及其風(fēng)化程度來確定，一般為填筑量的10%以內(nèi)。堆石料攤鋪平整后采用18t自行式振動平碾壓實，碾壓方向沿圍堰軸線方向，應(yīng)用進(jìn)退錯距法碾壓。

3.3 鋪設(shè)土工膜

3.3.1 土工膜的鋪設(shè)施工

土工膜施工工藝為：鋪設(shè)、裁剪→對正、搭齊→壓膜定型→擦拭塵土→焊接試驗→焊接→檢測→修補(bǔ)→復(fù)檢→驗收。

土工膜的鋪設(shè)宜采用人工進(jìn)行鋪設(shè)。鋪設(shè)施工人員必須穿膠底或軟底鞋；按規(guī)定順序和方向分區(qū)分塊進(jìn)行土工膜的鋪設(shè)；鋪設(shè)土工膜時，應(yīng)適當(dāng)放松，并避免人為硬折和損傷；鋪設(shè)土工膜時，膜塊間形成的結(jié)點，應(yīng)為“T”字型，不得成“十”字形；土工膜焊縫搭接面不得有污垢、砂土、積水（包括露水）等影響焊接質(zhì)量的雜質(zhì)存在；鋪設(shè)土工膜時，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧鉁刈兓群凸S產(chǎn)品說明書要求，預(yù)留出溫度變化引起的伸縮變形量；土工膜鋪設(shè)完畢、未加保護(hù)層前，應(yīng)在膜的邊角處每隔2～5m放1個20～40 kg重的砂袋；土工膜應(yīng)自然松馳與支持層貼實，不宜折褶、懸空。特殊情況需要褶皺布置時，應(yīng)另作特殊處理。

3.3.2 土工膜的焊接

用干凈紗布擦試焊縫搭接處，做到無水、無塵、無垢；土工膜應(yīng)平行對正，適量搭接，一般各邊焊寬10～12cm；根據(jù)當(dāng)時當(dāng)?shù)貧夂驐l件，設(shè)備調(diào)至最佳工作狀態(tài)；在調(diào)節(jié)好的工作狀態(tài)下，做小樣焊接試驗，試焊接1m長的土工膜樣品；采用現(xiàn)場撕拉檢驗試樣，焊縫不被撕拉破壞、母材被撕裂認(rèn)為合格；現(xiàn)場撕拉試驗合格后，用已調(diào)節(jié)好工作狀態(tài)的熱合機(jī)逐幅進(jìn)行正式焊接；用擠壓焊接機(jī)進(jìn)行T字疤和特殊結(jié)點的焊接。

土工膜現(xiàn)場聯(lián)接應(yīng)符合以下規(guī)定：根據(jù)氣溫和材料性能，隨時調(diào)整和控制焊機(jī)工作溫度、速度，焊機(jī)工作溫度應(yīng)為180～200℃；焊縫處土工膜應(yīng)熔結(jié)為一個整體，不得出現(xiàn)虛焊、漏焊或超量焊；出現(xiàn)虛焊、漏焊時，必須切開焊縫，使用熱熔擠壓機(jī)對切開損傷部位用大于破損直徑一倍以上的母材補(bǔ)焊；焊縫雙縫寬度宜采用2×10 mm。橫向焊縫間錯位尺寸應(yīng)大于或等于500 mm；T字形接頭宜采用母材補(bǔ)疤，補(bǔ)疤尺寸可為300 mm×300 mm。疤的直角應(yīng)修圓；焊接時，必須及時將已發(fā)現(xiàn)破損的土工膜裁掉，并用熱熔擠壓法補(bǔ)焊牢固；聯(lián)接的兩層土工膜必須搭接平展、舒緩。

3.4 導(dǎo)流建筑物拆除

圍堰拆除時采用挖機(jī)一次性挖除，拆除土石料裝20 t自卸汽車運(yùn)往棄渣場。

4 小結(jié)

本工程根據(jù)工程工期要求、庫區(qū)水文及地質(zhì)等方面的技術(shù)資料并結(jié)合現(xiàn)場實地勘察和工程施工進(jìn)度計劃確定了導(dǎo)流方式采用全斷面枯水期圍堰法，由上、下游圍堰擋水，臨時導(dǎo)流泄洪洞泄流的導(dǎo)流方式。本著安全、經(jīng)濟(jì)、實用的原則確定了上下游圍堰結(jié)構(gòu)，圍堰的填筑堆石體的填筑、黏土截水槽的填筑以及土工膜的鋪設(shè)等導(dǎo)流工程項目的施工安排合理。整個導(dǎo)流工程的設(shè)計、施工科學(xué)合理，為小石口水庫樞紐工程的順利施工奠定了堅實的基礎(chǔ)。