某工程導(dǎo)截流方案選擇分析

劉 建（四川二灘國際工程咨詢有限責(zé)任公司，四川成都611130）

某工程導(dǎo)截流方案選擇分析

劉 建（四川二灘國際工程咨詢有限責(zé)任公司，四川成都611130）

水利工程施工過程中，導(dǎo)截流施工十分普遍，近年由于施工機(jī)械的長足進(jìn)步，小型河流的截流已不是問題，因此選擇合理的施工方案，節(jié)約投資是截流方案選擇的最重要因素。本文主要對(duì)某工程的截流方案進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

截流；粘土心墻；導(dǎo)流

1 引言

截流，截流是水利工程施工中的常見項(xiàng)目，有一定風(fēng)險(xiǎn)，需周密計(jì)劃、充分準(zhǔn)備。目前截流工程多使用大塊石和鋼筋石龍等材料，利截流用大型自卸汽車及推土機(jī)施工，小型河流的截流施工多采用立堵法施工，是由龍口一端向另一端或從兩端向龍口同時(shí)拋投進(jìn)占，逐漸束窄龍口直至合龍。由于機(jī)械設(shè)備大，進(jìn)占河道的石塊和鋼筋石龍等體積和重量大，河流流量小，石塊和鋼筋石龍自身穩(wěn)定，這種情況下河流的合攏已沒有難度。然而如何選擇截流方案，缺點(diǎn)防滲方式和材料選擇，直接關(guān)系到截流的工程投資。

2 某工程的實(shí)際截流方案

2.1 工程概況

薩里克特水電站工程第Ⅰ標(biāo)引水樞紐施工導(dǎo)流工程主要包括：一期導(dǎo)流明渠和上下游粘土截水槽、二期縱向圍堰、二期主河床截流及上下游橫向圍堰、三期上下游橫向圍堰、施工期安全度汛和防護(hù)以及一、二期圍堰拆除。該條河流的補(bǔ)給以冰川積雪融水補(bǔ)給為主，降雨補(bǔ)給為輔，地下水補(bǔ)給次之的混合型補(bǔ)給方式，多年平均流量 62.65m3/s，多年平均徑流量19.77×108m3，電站引水樞紐壩址及分期設(shè)計(jì)洪水成果見表1～4。

表1 薩里克特水電站引水樞紐壩址設(shè)計(jì)洪水成果表

表2 壩址截流期旬平均流量

表3 引水樞紐分期設(shè)計(jì)洪水成果表

2.2 導(dǎo)流設(shè)計(jì)

2.2.1 導(dǎo)流設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

二期導(dǎo)流采用上、下游圍堰擋水，導(dǎo)流明渠過流，上下游圍堰為土石圍堰，導(dǎo)流明渠位于左岸Ⅰ級(jí)階地。根據(jù)合同技術(shù)條款要求：“二期圍堰導(dǎo)流采用10年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)洪峰流量558.41m3/s”。

2.2.2 導(dǎo)流方式

上下游擋水圍堰采用土石圍堰結(jié)構(gòu)，施工導(dǎo)流采用河床一次斷流，土石圍堰擋水，左岸導(dǎo)流明渠過流，主體工程全年施工的導(dǎo)流方式。

表4 引水樞紐水位～流量關(guān)系

2.3 圍堰設(shè)計(jì)

2.3.1 圍堰結(jié)構(gòu)

二期上游圍堰（樁號(hào)E0+000.00m～E0+062.036m）設(shè)計(jì)為土石圍堰。圍堰設(shè)計(jì)頂高程為1905.00m，最大堰高7.5m，堰頂長約62m，堰頂寬8.0m，迎水坡1：2.0，背水坡1：1.5，圍堰填筑料取自右岸護(hù)坡開挖料。

圍堰上部基礎(chǔ)為第四系河床沖積含漂石的砂卵礫石層，礫石粒徑一般10～15cm，最大為1.0m，結(jié)構(gòu)密實(shí)。下部為第三系紅褐色泥巖夾薄層砂礫巖，局部呈透鏡體狀。強(qiáng)風(fēng)化層厚1～3m，弱風(fēng)化層厚8～10m。上游圍堰主要采用控制灌漿防滲堆石圍堰形式，防滲體采用控制灌漿和粘土心墻防滲相結(jié)合的方式。

2.3.2 二期下游圍堰

下游圍堰（樁號(hào)E0+260.202m～E0+328.440m）設(shè)計(jì)為土石圍堰，圍堰設(shè)計(jì)頂高程為1902.50m。最大堰高5.5m，堰頂長約68m，堰體主要采用控制灌漿防滲。

2.3.3 二期縱向圍堰

縱向圍堰設(shè)計(jì)為土石圍堰，圍堰設(shè)計(jì)頂高程 1902.5～1905.0m。堰頂長約198m，堰頂寬8.0m，迎水坡1：2.0，背水坡1：1.5。堰體主要采用粘土斜墻防滲。

2.4 二期縱、橫向圍堰工程量

二期縱、橫向圍堰主要工程量見表5。

表5 二期縱、橫向圍堰主要工程量表

2.5 截流設(shè)計(jì)

2.5.1 截流方式

通過對(duì)現(xiàn)場實(shí)際情況的分析，本工程截流方式為：采用單戧立堵、河床一次斷流的截流方式。左、右岸同時(shí)進(jìn)占，龍口留在左岸。截流正式開始前，先從左岸向右岸進(jìn)行預(yù)進(jìn)占，預(yù)留龍口在河道中間，約35m寬，對(duì)左岸預(yù)留龍口戧堤端部進(jìn)行裹頭保護(hù)防沖。合龍時(shí)，左右岸同時(shí)進(jìn)占，最后合龍，實(shí)現(xiàn)河床斷流。

2.5.2 截流時(shí)間和截流流量

截流標(biāo)準(zhǔn)采用9月份多年月平均流量Q=67.7m3/s。從工程全局安排考慮，與業(yè)主協(xié)商將截流提前至2010年8月10日截流，相應(yīng)的截流標(biāo)準(zhǔn)采用目前樞紐水位對(duì)應(yīng)流量Q=143m3/s。

2.5.3 截流戧堤設(shè)計(jì)

截流堤設(shè)計(jì)為上游圍堰的一部分，與圍堰結(jié)合布置，位于圍堰迎水側(cè)。

上游戧堤堤頂軸線長約55m，最大高約3.5m，堤頂寬8m。戧堤主體采用砂礫料填筑，上游坡比為1：3.0，下游坡比為1：1.5。上游采用粘土斜墻進(jìn)行鋪蓋，頂寬2.5m，粘土斜墻上游面壓墊砂礫料蓋重。

2.5.4 截流水力計(jì)算

根據(jù)截流時(shí)給定的流量和河床的水文特性，龍口現(xiàn)場實(shí)際的邊界條件，進(jìn)行水力學(xué)計(jì)算，先繪制出龍口水位～流量關(guān)系曲線，再將導(dǎo)流明渠泄流曲線和龍口泄流曲線用圖解法求得截流龍口不同時(shí)段的有關(guān)參數(shù)，確定拋投強(qiáng)度和拋投料粒徑大小，作為安排和指揮截流準(zhǔn)備和施工的參數(shù)。截流現(xiàn)場指揮時(shí)，再視實(shí)際情況靈活調(diào)整。根據(jù)截流水力學(xué)計(jì)算結(jié)果，當(dāng)龍口寬度在15.5～35.5m左右時(shí)，流速最大，平均為3.20～3.08m/s左右。龍口寬度范圍內(nèi)流速均大于河床抗沖刷流速，計(jì)劃對(duì)龍口底部進(jìn)行塊石護(hù)底，以減少截流時(shí)水流對(duì)河床基礎(chǔ)覆蓋層的沖刷，降低截流難度。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際地形，在龍口采用50cm以上塊石拋投護(hù)底，鉛絲石籠裹頭防護(hù)。

2.5.5 截流戧堤主要工程量

經(jīng)計(jì)算，截流所需砂礫料、超粒徑石、閉氣土料等物料共計(jì)4000m3，其中各種物料規(guī)格和數(shù)量見表6。

表6 龍口拋投料分區(qū)工程量表

3 方案選擇分析

針對(duì)上述工程實(shí)例，進(jìn)行如下分析：

3.1 導(dǎo)流方式選擇

施工導(dǎo)流的基本方法大體可分為兩類：一類是全段圍堰法導(dǎo)流，即用圍堰攔斷河床，全部水流通過事先修好的導(dǎo)流泄水建筑物流走；另一類是分段圍堰法，即水流通過河床外的束窄河床下泄，后期通過壩體預(yù)留缺口、底孔或其它泄水建筑物下泄。但不管是分段圍堰法還是全段圍堰法導(dǎo)流，當(dāng)擋水圍堰可過水時(shí)，均可采用淹沒基坑的特殊導(dǎo)流方法。工程實(shí)例選擇了第二中方式進(jìn)行導(dǎo)流，選擇此種方式進(jìn)行導(dǎo)流主要原因如下：

（1）本工程河流流量小，洪水標(biāo)準(zhǔn)較低。

（2）水工建筑物的主體結(jié)構(gòu)大部分在河流右岸，且較為集中，后期可以采用永久過流建筑物進(jìn)行過流。

（3）樞紐周邊地形開闊，比較適合明渠導(dǎo)流。

（4）原河床寬淺，同時(shí)由于水工建筑物規(guī)模不大，同時(shí)左岸壩體長度大。

與全段圍堰法導(dǎo)流結(jié)合導(dǎo)流明確方式對(duì)比如下：

（1）全段圍堰法施工，可以減少縱向圍堰的施工工程量。但由于縱向圍堰的施工工程量不大，且洪水標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)較低，該縱向圍堰的工程投資較少。

（2）全段圍堰法施工將必須結(jié)合導(dǎo)流明渠。該明渠將產(chǎn)生較大的土石方開挖工程量，對(duì)比分期導(dǎo)流利用原河道的方案，明顯投資增加較大。

（3）全段圍堰法施工的導(dǎo)流明渠將產(chǎn)生較大的征地，導(dǎo)致移民征地費(fèi)用大幅增加。

（4）全段圍堰施工的導(dǎo)流明渠開挖產(chǎn)生的棄渣不易處理。

（5）導(dǎo)流明渠的后期恢復(fù)也將產(chǎn)生較大費(fèi)用。

3.2 截流方式選擇

截流方式可歸納為戧堤法截流和無戧堤法截流兩種。戧堤法截流主要有平堵、立堵及混合堵截流；無戧堤法截流主要有建閘截流、水力沖填法、定向爆破截流、浮運(yùn)結(jié)構(gòu)截流等。目前常見的截流方式為戧堤法截流，該方式主要有平堵法、立堵法和混合堵法三種施工方式。本工程采用單戧立堵法進(jìn)行施工，選擇該種方案主要有以下原因：

（1）工程所在地的水文地質(zhì)條件不適合采用無戧堤法截流；

（2）截流處地形平坦、河流水流量小、河道寬、水流速小適合采用立堵法施工；

（3）由于截流工程量小，為了節(jié)約施工機(jī)械，采用單戧法。

3.3 截流斷面及圍堰設(shè)計(jì)分析

本工程采用上述的截流斷面和圍堰分析如下：

（1）相比混凝土圍堰，土石圍堰占地大，但費(fèi)用較低，本工程壩址地形開闊，大壩開挖料可以用于圍堰施工，故選擇土石圍堰較為合適，同時(shí)可以節(jié)約大量投資；

（2）上游圍堰采用控制灌漿方式是由于上游水位較高，為了較好的防滲效果，避免后期基坑抽水產(chǎn)生的大量費(fèi)用，同時(shí)影響正常施工；

（3）縱向圍堰采用粘土心墻的方式是為在滿足施工需要的同時(shí)節(jié)約工程，由于河道流量小，河水深度小，較薄的粘土心墻就可以滿足防滲要求，同時(shí)本工程的粘土料場較近，因此選擇粘土心墻圍堰比起上游圍堰一樣的控制性灌漿要大幅節(jié)約投資。

[1]于淑芳，王錦成.淺議水利工程施工中導(dǎo)流與截流方案的重要性[J].中國水運(yùn)月刊，2012，12（3）：141～142.

[2]李 建.水利工程施工導(dǎo)截流控制要點(diǎn)分析[J].廣東科技，2014（8）：78～79.

[3]張玉民.水利工程施工中導(dǎo)流與截流方案淺析[J].黑龍江科學(xué)，2013（11）：67.

TV551.2

A

2095-2066（2016）36-0143-02

2016-12-12

劉 建（1981-），男，工程師，大學(xué)本科，主要從事水電工程施工監(jiān)理工作。