東湖電站進(jìn)水口圍堰修建技術(shù)

劉聰（遼寧潤中供水有限責(zé)任公司，遼寧沈陽110166）

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東湖電站進(jìn)水口圍堰修建技術(shù)

劉聰
（遼寧潤中供水有限責(zé)任公司，遼寧沈陽110166）

［摘 要］東湖電站進(jìn)水口圍堰位于桓仁水庫庫區(qū)內(nèi)，是保證整個(gè)電站建設(shè)安全的咽喉部位，該圍堰修建具有水深大、料源受限、跨越冬季等特點(diǎn)，施工難度大。文中對圍堰型式選擇、填筑施工、灌漿閉氣等技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)闡述，有效解決了工期緊迫、料源受限條件下的圍堰修建，高水頭、空隙率大條件下的圍堰防滲處理等難題。

［關(guān)鍵詞］圍堰；填筑；灌漿

1　工程概況

東湖電站位于桓仁縣桓仁水庫大東溝附近，主體建筑物包括取水口工程、壓力引水洞工程、地下電站工程以及升壓站、交通洞等工程。取水口工程為獨(dú)立式取水口，總高度56.8 m。

東湖電站進(jìn)水口施工前，需先修建進(jìn)水口圍堰，保證進(jìn)水口建筑物在干地內(nèi)施工。

2　圍堰地質(zhì)條件

圍堰地質(zhì)勘查段長95 m，位于桓仁水庫水位以下，勘察期間庫水位高程約300 m。水底基本無松散堆積物，基巖裸露，基巖巖性較單一，巖性以元古界二長花崗巖為主，分布面積大。弱風(fēng)化底板埋深10～30 m，巖體完整性差，局部較破碎或破碎。

3　圍堰型式的確定

圍堰按使用的材料可分為土石圍堰、混凝土圍堰、鋼板樁圍堰、竹籠圍堰，木籠圍堰及草土圍堰等。工程地處北方，最大圍堰高度達(dá)到50多米，填筑為水中施工，混凝土圍堰、木籠圍堰及草土圍堰不適合該工程。經(jīng)分析比較，土石圍堰比較好。

3.1土石圍堰

電站隧洞進(jìn)口導(dǎo)流建筑物采用圍堰+巖坎擋水，設(shè)計(jì)靜水位為304.89 m，考慮風(fēng)浪爬高2.156 m及水面雍高0.006 m及0.5 m安全超高后，圍堰頂高程為307.552 m，圍堰頂高程最終確定為307.60 m。巖坎頂高程為 283.20 m，底高程為249.00 m。圍堰采用1號支洞控制段、地下電站廠房石方開挖料填筑，填筑料來源豐富，運(yùn)距較近。

4　圍堰施工

工程施工期間桓仁水庫正常運(yùn)行，正常蓄水位301.14 m，圍堰頂高程為307.60 m，最底部位高程為249.00 m，最大堰高58.60 m，水上施工部分堰高6.46 m，填筑工程量為1.28×104m3，占圍堰填筑總量4.47%，工程填筑一次成型，防滲工程在圍堰填筑完成后進(jìn)行。

工程設(shè)計(jì)上圍堰堰體采用鉆爆法洞挖石渣料填筑，為塊石架空結(jié)構(gòu)，空隙率較大，且部分塊石體積較大。圍堰填筑利用永久交通洞作為運(yùn)輸通道，填筑自基坑左岸單向進(jìn)占。圍堰防滲采用堰體膏狀漿液防滲和基礎(chǔ)帷幕灌漿結(jié)合。

表1　圍堰工程特性表

4.1圍堰施工特點(diǎn)與措施

4.1.1施工特點(diǎn)

該圍堰位于桓仁電站庫區(qū)內(nèi)，設(shè)計(jì)圍堰所在區(qū)域水位較深，圍堰填筑時(shí)存在洞渣料分離嚴(yán)重；該圍堰和傳統(tǒng)圍堰基礎(chǔ)差別很大，不是在有充分沉積層的河床上進(jìn)行，施工時(shí)缺乏良好的制約邊界條件；圍堰填筑使用的是鉆爆法洞挖石渣料填筑而成，圍堰填筑存在塊石架空結(jié)構(gòu)，空隙率較大；圍堰填筑在冬季進(jìn)行，對填筑產(chǎn)生一定影響；圍堰填筑前期拋投石渣自然堆積坡比為1∶1.2～1∶1.3，與設(shè)計(jì)坡比存在差異。

4.1.2采取措施

針對該圍堰位于桓仁電站庫區(qū)內(nèi)，圍堰所在區(qū)域水位較深，圍堰填筑時(shí)存在洞渣料分離嚴(yán)重以及圍堰填筑存在塊石架空結(jié)構(gòu)，空隙率較大問題，填筑時(shí)將洞渣料在現(xiàn)場或?qū)⒍赐谑阎羾咂脚_(tái)上進(jìn)行挑選，對粒徑大于20 cm進(jìn)行破碎處理或運(yùn)走，符合要求的填至圍堰防滲線附近，不符合要求的填至其它部位。

針對圍堰填筑在冬季進(jìn)行，對填筑產(chǎn)生一定影響；計(jì)劃采取加大圍堰填筑施工強(qiáng)度，在冬季結(jié)冰前將圍堰以10%的坡度填至水面附近，后期圍堰水面結(jié)冰后采用反鏟破冰后再進(jìn)行填筑，防止填筑料架空。

針對圍堰填筑前期拋投石渣自然堆積坡比為1∶1.2～1∶1.3，與設(shè)計(jì)坡比存在差異，在保證圍堰堰體穩(wěn)定、盡可能不增加圍堰拆除工程量前提下，也為圍堰填筑及灌漿施工期間創(chuàng)造有利施工平臺(tái)，采取將該圍堰填筑分為兩期進(jìn)行，一期先按自然堆積坡比為1∶1.2～1∶1.3填筑成型，并在一期填筑時(shí)，下游在堰頂預(yù)留出削坡培厚的富裕寬度，待基坑抽水完成后，采用反鏟自上而下按設(shè)計(jì)坡比進(jìn)行修坡至設(shè)計(jì)坡比；上游受水庫影響無法二次消坡，需在一期填筑時(shí)將頂部加寬3～4 m，形成1∶1.2～1∶1.3自然坡，填筑成型形成后采用長臂反鏟自上而下進(jìn)行修坡，盡可能使之底部滿足設(shè)計(jì)坡比要求［1］。

4.2填筑施工

4.2.1圍堰填筑施工順序

填筑與圍堰結(jié)合設(shè)計(jì)，采用石渣由左向右進(jìn)占堆筑。

分區(qū)填筑工程量見表2。

表2　圍堰填筑分區(qū)工程量表

4.2.2圍堰水下拋填

工程圍堰填筑主要為水下填筑。水下填筑施工前先進(jìn)行測量，將圍堰軸線及填筑邊界線放出，并在兩岸岸坡上標(biāo)識(shí)作為水下填筑的控制線。圍堰石渣料采用端進(jìn)法進(jìn)占，自卸汽車直接拋投，推土機(jī)（鏟車、挖掘機(jī)）將堤頭物料推平并反復(fù)碾壓，形成穩(wěn)定的堤頭。堰體水下部分從左岸向右岸自然拋填。水下加寬體填筑時(shí)，一定要按照施工順序先填筑d≤20 cm的土石混合料，隨后再跟進(jìn)填筑石碴料，以避免大的塊石進(jìn)入防滲體區(qū)域，造成防滲體施工的難度。

4.2.3圍堰水上填筑

圍堰水上石碴料填筑作業(yè)按卸料→鋪平→碾壓3道工序，流水作業(yè)法施工。圍堰水面以上填筑施工采用自卸汽車，進(jìn)占法和后退法卸料施工。采用推土機(jī)平整后采用自卸車碾壓。

圍堰填筑施工嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙標(biāo)注的尺寸和要求進(jìn)行施工，控制填筑邊線和堰體坡度，力求避免欠填并將超填控制在規(guī)范規(guī)定的范圍以內(nèi)。圍堰填筑每層施工開始以前，采用測量儀精確的測放點(diǎn)線，標(biāo)示出每層堰體的設(shè)計(jì)邊線，然后再考慮削坡寬度（考慮拋投石渣自然堆積坡比為1∶1.2～1∶1.3，小于設(shè)計(jì)坡比，因此堤頂上下游應(yīng)留出削坡培厚的富裕寬度）后確定出實(shí)際施工的填筑輪廓線，做好標(biāo)記、打出界樁。在填筑施工中嚴(yán)格遵照標(biāo)示的填筑控制邊線進(jìn)行施工。每層堰體填筑完成，再采用測量儀測放點(diǎn)線，定出該層堰體底面和頂面的設(shè)計(jì)邊線并做出明顯的標(biāo)記，然后采用液壓反鏟在專人指揮下進(jìn)行削坡整平，局部在由人工輔以鐵鍬等進(jìn)行削坡處理，削坡培厚過程中應(yīng)分層碾壓，分層厚度不超過0.6 m，經(jīng)削坡處理斜坡碾壓后的坡面力求平整順直，并達(dá)到壓實(shí)后空隙率不大于25%。如為砂礫石料，要求壓實(shí)后相對密度不小于0.7。

4.3圍堰灌漿

4.3.1灌漿方案

圍堰堰體為石渣堆石體，水下拋投為主，孔隙率約為35%～45%，為塊石架空圍堰。參考紅楓水電站堆石壩、小灣水電站圍堰工程、廣西樂灘水電站10號壩基堵漏和重慶彭水電站圍堰堵漏工程的經(jīng)驗(yàn)［2］［3］，該圍堰工程防滲采用速凝膏漿帷幕灌漿防滲。水泥膏漿是指水泥漿中摻入粘土、膨潤土、粉煤灰等摻合料及少量外加劑而構(gòu)成的低水灰比的膏狀漿液，其基本特征是膏漿的剪切屈服強(qiáng)度值大于其本身重力的影響。

4.3.2速凝膏漿的施工工藝

1）施工設(shè)備。膏漿可以利用常規(guī)水泥灌漿的孔位進(jìn)行灌漿施工，因此鉆孔不需要特別的設(shè)備，但速凝水泥膏漿與普通水泥漿在性質(zhì)上有較大的差別，因此需要采用特制的攪拌系統(tǒng)和泵入系統(tǒng)進(jìn)行速凝水泥膏漿施工。如中國水科院研制的M-1000大容量高效制漿機(jī)可以攪拌濃度大于2.5Pa.s的膏漿，且具有工效高、扭距大、壽命長、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。泵入系統(tǒng)可以采用混凝土泵、螺桿泵等進(jìn)行膏漿施工。

2）工藝參數(shù)。膏漿的施工工藝參數(shù)一般可以參照常規(guī)水泥灌漿進(jìn)行，可以采用自上而下、分段填壓式灌注；膏漿的配比參照水泥灌漿通常分為4～6級，通過漿液變換標(biāo)準(zhǔn)逐級變濃；結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)一般可以孔口返漿或孔內(nèi)有壓。

膏漿的孔排距根據(jù)現(xiàn)場地層情況確定，由于膏漿的屈服強(qiáng)度較大，因此其擴(kuò)散范圍受到一定約束，故孔排距應(yīng)比水泥灌漿的孔排距小。為進(jìn)一步提高灌漿效果，可在兩排膏漿灌漿孔中間設(shè)置一排水泥灌漿孔。

3）特殊工藝。①接力灌注法：由于膏漿自身的阻力較大，在運(yùn)動(dòng)過程中容易發(fā)熱，會(huì)縮短漿液的凝結(jié)時(shí)間，且采用速凝材料，容易造成堵管和堵孔事故。同時(shí)在高流速、大開度的架空結(jié)構(gòu)地層，對灌入的漿液要求不僅具有截?cái)嗨?、自身凝固的特性，而且需要具有相?dāng)?shù)牧鲃?dòng)性，能擴(kuò)散到足夠遠(yuǎn)的范圍。采用接力灌注的方法，不僅可以大大減少堵管、堵孔事故發(fā)生的概率，而且由于灌漿泵直接位于所灌孔的附近，管路距離短，可以將相當(dāng)稠度的膏漿泵入孔段內(nèi)且在壓力下擴(kuò)散到一定的距離，在塊石架空地層膏漿擴(kuò)散范圍可達(dá)到4～5 m。

②膏漿的不連續(xù)灌注：在高流速、大開度地層進(jìn)行堵漏灌漿通常采取的方法是提高漿液的灌注速度，使灌入的膏漿量遠(yuǎn)大于被水流沖走的膏漿量。利用速凝膏漿的自堆積、塑性粘度較高以及凝結(jié)時(shí)間可控的特點(diǎn)，在漿液擴(kuò)散范圍要求小于2 m的地層中，可以考慮對速凝膏漿進(jìn)行不連續(xù)灌注。即膏漿在孔徑不大的灌漿孔（<160 mm）中可以克服自身的重力，在孔內(nèi)形成漿柱，將膏漿凝結(jié)過程放在灌漿孔內(nèi)完成，再灌入新拌制的膏漿，將具有一定強(qiáng)度的孔內(nèi)膏漿擠入裂隙里，此時(shí)連續(xù)灌入膏漿以使已凝結(jié)的膏漿擴(kuò)散到盡可能遠(yuǎn)的地方。

③信息化灌漿：對于特大漏量和較高流速地層，速凝膏漿灌注難以奏效時(shí)，可結(jié)合采用孔內(nèi)電視進(jìn)行探測，判斷灌段的地層情況、指導(dǎo)封堵措施，必要時(shí)可配合使用充填級配料、或采用模袋灌漿技術(shù)。

［參考文獻(xiàn)］

［1］劉碧云，南川水庫深水拋石加固壩坡的設(shè)計(jì)與施工［J］.人民長江，1993，（3）：19-22.

［2］符平，趙衛(wèi)全等，塊石架空圍堰防滲施工技術(shù)［J］.中國水利水電科學(xué)研究院院報(bào)，2006，（3）：27-30.

［3］張貴金，胡榮宗等，新型可控性粘土水泥膏漿試驗(yàn)研究［J］.水利水電技術(shù)，2013，（2）：66-70.

［中圖分類號］TV67

［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］B

［文章編號］1002－0624（2016）02－0027－02

［收稿日期］#2015-12-09