克孜勒塔斯水電站粘土心墻圍堰施工淺析

【摘要】本文詳細介紹了克孜勒塔斯水電站粘土心墻圍堰防滲施工方案，重點分析了施工導(dǎo)流、粘土心墻圍堰防滲、填筑及拆除等施工方法，為類似工程施工提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】粘土心墻；圍堰拆除；施工方法

1、工程概況

克孜勒塔斯水電站工程位于新疆阿勒泰地區(qū)布爾津縣境內(nèi)，地理位置：東經(jīng)87°11′10″～87°12′5″，北緯47°52′42″～47°52′16″?？俗卫账顾娬局饕蝿?wù)為發(fā)電，電站總裝機4×6.25MW，主要建筑由溢流堰、泄洪沖沙閘、魚道、廠房組成?？傮w布置自右岸至左岸依次為：溢流堰、泄洪沖沙閘、堆石重力壩、廠房、魚道、土工膜斜墻壩。

克孜勒塔斯水電站工程為?。?）型Ⅳ等工程，主要建筑物為4級，克孜勒塔斯水電站按Ⅶ度地震設(shè)防。一期圍堰采用5年一遇枯水期（9月～次年4月）洪水標(biāo)準，相應(yīng)洪峰流量Q=324m3/s。對應(yīng)的上游水位為561.38m，下游水位為559.85m。根據(jù)設(shè)計圖紙所表示，上游圍堰高程取562.5m，下游圍堰堰頂高561.05m，圍堰堰頂縱坡為i=0.008。

一期圍堰擋水時段為2012年9月至2013年4月，在一期圍堰的保護下進行左岸廠房、泄洪沖沙閘、二期混凝土縱向圍堰、溢流堰（0+000～0+020段）以及相應(yīng)的下游消能防沖結(jié)構(gòu)的土石方及混凝土工程的施工。

2、施工導(dǎo)流方案

根據(jù)目前現(xiàn)場實際情況，設(shè)計單位將一期圍堰進行了如下調(diào)整：

（1）待二期混凝土縱向圍堰施工完畢后，將一期上游圍堰以及一期下游圍堰與二期縱向混凝土圍堰連接，形成封閉，對一期基坑進行防護。

（2）一期上游圍堰加高至568.0m高程，一期下游圍堰加高至565.5～562.5m高程。

（3）拆除一期縱向圍堰以及部分一期上、下游圍堰。

調(diào)整后一期圍堰導(dǎo)流時段為2013年5月至2013年9月，導(dǎo)流標(biāo)準為5年一遇全年洪水，相應(yīng)洪水流量1272m3/s。

3、一期圍堰施工

一期上下游橫向堰接左岸坡，一期圍堰軸線大部分位于河床內(nèi)，左岸為Ⅱ級階地，階坎高7～8m，上部為第四系上更新統(tǒng)沖積（Q3al）砂卵礫石層，河床砂卵礫石層厚2.0～3.0m，為強透水層。該工程圍堰基礎(chǔ)防滲具有地質(zhì)條件復(fù)雜，防滲要求高，施工工期要求短等特點，經(jīng)與建設(shè)單位、設(shè)計單位共同研究，初步方案是采用控制性帷幕灌漿，在完成50米試驗段二序孔灌漿后鉆孔取樣，檢測只在灌漿孔周圍50公分直徑范圍內(nèi)灌漿固結(jié)，一、二序孔間距1.5米，有50公分未形成灌漿固結(jié)，灌漿芯樣深度也不足，如要達到防滲效果，不僅要在一、二序孔間增加灌漿孔，還要加大孔深，根據(jù)圍堰長度和鉆孔灌漿的成本，防滲施工費用不僅增加二百多萬元，而且在現(xiàn)有工期內(nèi)無法完成施工，這直接影響到廠房施工和機組安裝等建設(shè)工期。在建設(shè)、設(shè)計、施工單位根據(jù)現(xiàn)有施工條件研究，決定采用粘土心墻結(jié)構(gòu)形式進行防滲處理，這樣不僅能按現(xiàn)有工期完成，還能節(jié)省費用。

4、主要工程量

圍堰為土石圍堰，采用粘土心墻防滲結(jié)構(gòu)形式進行堰體防滲，圍堰迎水坡面及背水坡面坡比為1：1.5和1：1.0，，最大堰高7.0m，堰頂高程564.5m，堰前水位563.5m，圍堰頂寬為5m，粘土心墻頂寬3m，圍堰軸線長約320m，上、下游坡比按照1：0.3進行填筑，上游面采用大塊石進行護坡。圍堰主體填筑砂礫料及石碴防護料均取自3#棄渣場。圍堰心墻防滲粘土料取自水電站施工區(qū)東側(cè)約5km處粘土料場，距離填筑施工作業(yè)區(qū)約6km，考慮到運輸距離較遠，為確保粘土供給強度滿足圍堰填筑施工強度，在一期圍堰上游側(cè)備料46000m3，剩余粘土用量則根據(jù)圍堰填筑施工強度進行轉(zhuǎn)運、堆存、填筑。大塊石主要由棄渣場進行篩選采取。圍堰結(jié)構(gòu)形式見圖表01。

5、圍堰填筑及拆除施工方法

5.1 圍堰填筑程序

根據(jù)河床水位及來水情況，采用同時進占方式進行一期圍堰上、下游左岸側(cè)部分填筑，施工程序為：道路修整→預(yù)進占段施工→預(yù)進占段加寬及堤頭防護（上游圍堰進占30m，下游圍堰進占20m）→預(yù)進占段圍堰心墻換填粘土→碾壓。

在一期縱向圍堰戧堤合龍后，按照1m厚進行圍堰堰體逐層填筑，單層填筑完成后進行心墻換填粘土，換填完成，經(jīng)振動碾碾壓完成后方可進行下一升層填筑作業(yè)。

束窄河床右岸河道，將圍堰龍口設(shè)置在河道靠左岸處，填筑過程中，為防止河床水位壅高沖刷堰底，需在堰底（迎水面）拋填大塊石進行圍堰護腳，避免水流將堰體填筑料沖刷、掏蝕，水下部分填筑完成后，采用挖掘機進行圍堰水下部分粘土心墻換填，完成后采用20t振動碾進行碾壓。

圍堰填筑工藝流程如下：測量放線（粘土備料）→填筑料運輸→卸料→鋪料→壓實→粘土心墻換填→碾壓→修坡→下一升層。

測量放線：圍堰填筑施工前，對圍堰軸線、填筑高程，堰體內(nèi)外側(cè)坡比進行測量控制。

填筑料運輸：采用挖掘機將填筑料（石渣、砂礫料）挖裝至20t自卸汽車上，自3#棄渣場沿場內(nèi)道路運輸至一期圍堰左岸上、下游填筑區(qū)。

卸料：卸料時，沿圍堰軸線中間填筑細級配砂礫石料，盡可能防止流水沖刷帶走含泥顆粒。防滲區(qū)域采用粒徑小于30cm的混合料，采用端進法進行填筑，自卸車卸料后由ZL50裝載機將渣料推趕至水中。

鋪料：水上部分鋪料采用挖掘機進行分層鋪料、整平。

壓實：根據(jù)圍堰填筑實際情況，待圍堰填筑至水上部分后，按照1m/層采用20t振動碾進行有振碾壓1～2遍。

粘土心墻換填：根據(jù)砂礫料及石渣料填筑情況，采用挖掘機進行心墻掏挖，換填粘土。

碾壓：粘土換填完成后采用20t振動碾進行有振碾壓4～5遍。

修坡：圍堰填筑完成，對圍堰邊坡進行修整，使其達到設(shè)計要求的坡比，修坡用挖掘機從下到上逐層進行修整，并將坡面壓實。

5.2 圍堰拆除程序

水上部分拆除程序：縱向土石圍堰→上下游裹頭段（分上、下游2個作業(yè)面）→一期上下游圍堰（分上、下游2個作業(yè)面）。

水下部分拆除過程中需先將外側(cè)維護大塊石挖除后再進行圍堰堰體拆除，拆除程序：縱向圍堰→上下游裹頭段（分上、下游2個作業(yè)面）→一期上下游圍堰（分上、下游2個作業(yè)面）。

5.2.1 準備工作

一期圍堰拆除前需將縱向混凝土圍堰澆筑完成，廠房上下游粘土心墻圍堰填筑基本完成。

對施工機械、臨時供電設(shè)施進行詳細檢查，確保堰體拆除過程中的連續(xù)作業(yè)。

圍堰拆除前需同業(yè)主單位密切聯(lián)系，防止在圍堰拆除期間上游泄洪給施工人員、設(shè)備帶來安全隱患。

圍堰拆除前應(yīng)減少圍堰兩側(cè)水流差，需要在縱向圍堰上破口，堰內(nèi)灌水，使圍堰堰體兩側(cè)水位均等，防止因水流速過大使堰體處于不穩(wěn)定狀態(tài)，導(dǎo)致安全事故發(fā)生。

為確保施工安全，土石圍堰拆除過程中需準備2～3塊鋼板，根據(jù)圍堰拆除實際情況，適時作為挖掘機在堰體上施工時履帶下的墊板，增大其受力面積。

5.2.2 圍堰拆除施工

圍堰拆除遵循由水上部分至水下部挖除，沿一期縱向圍堰分上、下游2個作業(yè)面同時進行開挖作業(yè)。采用反鏟挖機進行堰體填筑料的挖、裝，裝載機配合，采用20t自卸汽車運輸。

堰體斷面拆除步驟見圖表02

利用挖掘機配合裝載機自縱向圍堰往上下游方向退挖，先拆除背水面水位線以上部分，堰頂保留滿足機械行走的寬度，往上下游方向后退，將剩余水上部分砂礫料、粘土挖除。

利用挖掘機將迎水面防護的大塊石挖除，將圍堰內(nèi)側(cè)砂礫料及粘土心墻挖除，可利用料用20t自卸汽車運輸至廠房上下游圍堰進行填筑，棄料直接運往3#棄渣場堆放。

挖掘機在未拆除部分堰頂對下游裹頭處圍堰體（水下部分剩余砂礫料、粘土等）采用掏挖方式予以挖除，可利用料用20t自卸汽車運輸至廠房上下游圍堰進行填筑，棄料直接運往3#棄渣場堆放。

6、施工技術(shù)和成果分析

粘土心墻防滲的主要施工技術(shù)難點為：圍堰在水下部分砂卵石挖除施工時，局部如不能挖至基礎(chǔ)巖石面，會導(dǎo)致圍堰在閉氣后局部出現(xiàn)滲流現(xiàn)象，這部分薄弱層將成為圍堰的滲流通道。解決方法是在圍堰閉氣后，對局部未挖除到基礎(chǔ)巖石面且發(fā)生滲流的部位用長臂挖掘機在該部位進行挖槽填筑粘土或在上下游分別掏槽，灌入粘土制成的高濃度泥漿進行攪拌，使泥漿流入滲流的縫隙達到防滲的效果。

一期圍堰在粘土心墻填筑施工完成后，經(jīng)過抽排水，檢查除了局部有小量滲流外，未發(fā)現(xiàn)有大量滲漏出現(xiàn)，說明此方案是成功的，有效的，粘土心墻圍堰填筑和拆除施工方案工藝簡單，質(zhì)量可靠，與原設(shè)計的控制性灌漿相比不僅除低了成本，不僅在現(xiàn)有工期內(nèi)完成，還節(jié)省了費用，為同類工程累積了豐富的經(jīng)驗。

作者簡介：羅泳，男，1970年9月生，廣西人，新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設(shè)管理局工程師。