桂林市防洪及漓江補(bǔ)水工程建設(shè)中的關(guān)鍵因素及應(yīng)對措施

馬品君

（廣西水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院，南寧530023）

1 概述

桂林市防洪及漓江補(bǔ)水工程由漓江上游干、支流上的斧子口、小溶江及川江3座水利樞紐組成，是國務(wù)院批準(zhǔn)的《珠江流域防洪規(guī)劃》確定的桂江重點(diǎn)控制性防洪工程。工程開發(fā)任務(wù)是以桂林市防洪及漓江生態(tài)補(bǔ)水為主，結(jié)合發(fā)電等綜合利用。工程建成后，與青獅潭、五里峽、思安江等已建水庫及城市堤防工程聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行，可將桂林市總體防洪能力由現(xiàn)狀約20年一遇提高到100年一遇；枯水期通過與已建水庫聯(lián)合向漓江補(bǔ)水，可使桂林市斷面枯水期目標(biāo)流量達(dá)到60 m3/s，補(bǔ)水月保證率達(dá)到90%以上，使漓江生態(tài)環(huán)境、通航條件和旅游景觀得到明顯改善。小溶江、斧子口兩座水利樞紐的勘測設(shè)計(jì)工作由我院承擔(dān)。

小溶江、斧子口水庫均屬大（2）型水庫，Ⅱ等工程，樞紐主要由攔河壩、泄水建筑物、補(bǔ)水建筑物及壩后式廠房等組成。其中小溶江水庫正常蓄水位267 m，總庫容1.52億m3，最大壩高89.5 m；斧子口水庫正常蓄水位為267 m，總庫容1.88億m3，最大壩高76.5 m。

2 影響工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素及應(yīng)對措施

桂林市是中國著名旅游勝地和歷史文化名城，因此充分考慮旅游城市的特點(diǎn)，減小對生態(tài)環(huán)境的不利影響是工程建設(shè)中的關(guān)鍵因素，在進(jìn)行水利樞紐總體布置時(shí)應(yīng)將工程建設(shè)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)有機(jī)結(jié)合起來，達(dá)到興利和環(huán)保的雙重目的。

為了結(jié)合桂林市的特點(diǎn)對工程項(xiàng)目建設(shè)的要求，桂林市防洪及漓江補(bǔ)水工程設(shè)計(jì)時(shí)在壩型選擇、生態(tài)環(huán)境補(bǔ)水設(shè)施、水生生物保護(hù)措施等方面考慮了生態(tài)環(huán)境的要求，盡量減小工程建設(shè)對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的不利影響。

2.1 壩型選擇

桂林市防洪及漓江補(bǔ)水工程壩址均位于高山峽谷地區(qū)，屬V型峽谷，兩岸山體陡峻雄厚。在進(jìn)行壩型選擇時(shí)，根據(jù)壩址處的地形地質(zhì)條件，選擇了碾壓混凝土重力壩和混凝土面板堆石壩兩種適合建設(shè)的壩型進(jìn)行比較。混凝土面板堆石壩的優(yōu)點(diǎn)是可以利用部分溢洪道開挖的石料填筑大壩，剩余部分筑壩石料從料場開采，而碾壓混凝土重力壩骨料均需從料場開采，因此在工程投資上混凝土面板堆石壩小于碾壓混凝土重力壩，但混凝土面板堆石壩溢洪道開挖形成大面積的高邊坡增加了防護(hù)難度及運(yùn)行期的安全隱患；同時(shí)，大面積的邊坡開挖及從新的石料場開采石料也會對當(dāng)?shù)鼐坝^及生態(tài)環(huán)境造成極大影響；另外，溢洪道及料場開挖料中無法用于壩體填筑的大量棄渣，不但占用大量土地，也會對工程區(qū)的原始地貌和植被造成破壞。而混凝土重力壩開挖范圍、邊坡開挖高度及土石方開挖量相對較小，對當(dāng)?shù)鼐坝^及生態(tài)環(huán)境的影響程度相對較低。

根據(jù)桂林市生態(tài)環(huán)境對工程建設(shè)的要求，結(jié)合工程地形地質(zhì)條件、工程投資、施工條件、工期及運(yùn)行管理?xiàng)l件等多方面因素綜合考慮，最終選擇碾壓混凝土重力壩作為推薦壩型。

2.2 生態(tài)環(huán)境補(bǔ)水

漓江生態(tài)環(huán)境補(bǔ)水是桂林市防洪及漓江補(bǔ)水工程的主要任務(wù)之一。根據(jù)斧子口水利樞紐生態(tài)環(huán)境補(bǔ)水要求，水庫運(yùn)行期間，當(dāng)水庫處于死水位226 m時(shí)，最小下泄流量應(yīng)達(dá)到15 m3/s。當(dāng)庫水位在發(fā)電死水位239 m以上時(shí)，電站單臺機(jī)組發(fā)電流量19.85 m3/s（電站共安裝兩臺水輪發(fā)電機(jī)組），可滿足漓江生態(tài)用水要求，不需向下游另行補(bǔ)水；當(dāng)庫水位處于發(fā)電死水位與死水位之間時(shí)，不再發(fā)電，為了滿足漓江生態(tài)環(huán)境補(bǔ)水的要求，設(shè)計(jì)時(shí)考慮在發(fā)電引水主管215 m高程處連接一條生態(tài)環(huán)境補(bǔ)水管向下游補(bǔ)水，生態(tài)環(huán)境補(bǔ)水管與電站發(fā)電機(jī)組引水共用一條發(fā)電引水主管，共用一個(gè)進(jìn)水口。

由于電站水輪發(fā)電機(jī)組與漓江生態(tài)環(huán)境補(bǔ)水共用一個(gè)進(jìn)水口，因此水電站進(jìn)水口的布置需同時(shí)滿足發(fā)電和生態(tài)環(huán)境補(bǔ)水的要求?？紤]到斧子口水庫建成后庫水較深，水體溫度隨水深的不同會有一定差別，而下游河道水深較淺，河道水溫基本與水庫表層水溫相同，為了降低水庫下泄水流與下游河道水體的溫差，減小對下游生態(tài)環(huán)境造成的不利影響，取水時(shí)應(yīng)盡可能取表層水，因此進(jìn)水口設(shè)計(jì)時(shí)采用分層取水方式加以解決，進(jìn)水口共分兩層，即表層進(jìn)水口和底層進(jìn)水口。

根據(jù)工程調(diào)度運(yùn)行成果，斧子口水利樞紐壩前多年平均各月水位變化為243～263 m，結(jié)合水庫各月不同水深的水溫情況，電站表層進(jìn)水口底高程可設(shè)置在正常蓄水位（267 m）以下15 m左右（可浮動區(qū)間為正常蓄水位以下13～20 m），且應(yīng)低于汛限水位254.4 m。如此只有1～4月的多年平均水位低于表層進(jìn)水口，但因?yàn)檫@幾個(gè)月天然河道本身水溫較低，下泄水流與天然河道水流溫差不大，通過底層進(jìn)水口引水至水輪發(fā)電機(jī)組或環(huán)境補(bǔ)水管向下游補(bǔ)水即可滿足要求。為了滿足取表層水的需要，同時(shí)考慮在汛限水位254.4 m時(shí)仍能通過表層進(jìn)水口取水，確定表層進(jìn)水口底高程為250 m，當(dāng)庫水位高于汛限水位時(shí)，關(guān)閉底層進(jìn)水口工作閘門，電站從表層進(jìn)水口取水；當(dāng)庫水位低于汛限水位時(shí)，開啟底層進(jìn)水口工作閘門，電站從底層進(jìn)水口取水。底層進(jìn)水口底高程需滿足的條件是：高于水庫淤沙高程221 m；當(dāng)庫水位為發(fā)電死水位239 m時(shí)滿足最小淹沒深度要求；當(dāng)庫水位為死水位226 m時(shí)，滿足向下游生態(tài)環(huán)境補(bǔ)水15 m3的要求。經(jīng)計(jì)算分析，最終確定底層進(jìn)水口底高程為223 m。

2.3 水生生物保護(hù)

由于桂林市防洪及漓江補(bǔ)水樞紐工程的建設(shè)，阻斷了原河道魚類的洄游通道，魚類無法洄游，活動區(qū)域更狹窄，產(chǎn)卵繁殖將受到不利影響，而水域湖泊化改變了魚類居住的自然環(huán)境，許多土著江河急流型魚類由于無法遷移將逐步減少或消失，使漓江魚類的自然資源受到一定的負(fù)面影響。針對這些不利影響，在工程建設(shè)中需要采取相應(yīng)的環(huán)保措施對魚類資源進(jìn)行保護(hù)和補(bǔ)償?？紤]到桂林市防洪及漓江補(bǔ)水工程中的斧子口、小溶江及川江水利樞紐基本在同一地區(qū)，區(qū)域現(xiàn)狀水生生態(tài)及工程對水生生態(tài)的影響基本相似，而根據(jù)國內(nèi)成功經(jīng)驗(yàn)，江河湖庫投入大規(guī)格魚種作為保護(hù)增殖水產(chǎn)資源是行之有效的措施，因此考慮為3座水利樞紐共同建設(shè)一個(gè)漁業(yè)增殖站，以補(bǔ)償工程建設(shè)造成的漁業(yè)損失。

漁業(yè)增殖站年增殖放流總量為80萬尾，其中斧子口、小溶江水利樞紐庫區(qū)每年分別投放各類大規(guī)格魚種20萬尾，川江水利樞紐庫區(qū)每年投放各類大規(guī)格魚種10萬尾，向漓江干流增殖放流各類大規(guī)格魚種30萬尾。運(yùn)行初期，受規(guī)模和技術(shù)的影響，向庫區(qū)人工增殖放流魚的種類為6～8種，以后每年增加1～2個(gè)新的增殖品種，10年后即可提供大面積涵蓋漓江魚類缺失明顯、必須增殖放流的土著大型經(jīng)濟(jì)類和珍稀類魚種。

3 影響工程施工的關(guān)鍵因素及應(yīng)對措施

3.1 壩體構(gòu)造

根據(jù)碾壓混凝土壩設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，在進(jìn)行壩體結(jié)構(gòu)布置時(shí)，需根據(jù)工程的具體條件和需要設(shè)置橫縫或誘導(dǎo)縫，其間距宜為20～30 m。小溶江及斧子口水利樞紐在壩體結(jié)構(gòu)布置時(shí)，非溢流壩段的壩體分塊長度均在15～27 m之間，而溢流壩段長度為39 m，為了維持溢流壩段的整體性，設(shè)計(jì)時(shí)將整個(gè)溢流壩段分為一個(gè)壩塊，由于壩塊長度超過30 m，因此在溢流壩塊中部上游側(cè)表面設(shè)置深3 m的誘導(dǎo)縫。

小溶江水利樞紐工程實(shí)施過程中，當(dāng)澆筑基礎(chǔ)墊層混凝土?xí)r，在溢流壩段壩塊中部出現(xiàn)一條順?biāo)飨虻牧芽p。據(jù)分析，出現(xiàn)裂縫的原因是由于混凝土壩塊結(jié)構(gòu)尺寸較大，混凝土凝固期間釋放出大量的水化熱積蓄于壩體內(nèi)，造成壩體內(nèi)部溫度較高，而短期內(nèi)外界氣溫變化幅度較大，從而使混凝土內(nèi)外溫差過大，所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。

小溶江水利樞紐溢流壩段澆筑至接近溢流壩頂部時(shí)，在上部也出現(xiàn)了一條順?biāo)鞣较虻牧芽p，裂縫位置處于溢流壩段沿軸線方向的中部。據(jù)分析，裂縫出現(xiàn)的原因，也是因?yàn)榛炷恋乃療崾够炷羶?nèi)部溫度升高，同時(shí)遭遇外界溫度急劇降低，導(dǎo)致大壩混凝土內(nèi)外溫差過大而產(chǎn)生裂縫。

針對溢流壩基礎(chǔ)墊層及壩體產(chǎn)生的裂縫，根據(jù)裂縫寬度的大小分別采用水泥灌漿和化學(xué)灌漿對裂縫進(jìn)行充填，保證壩體的整體性及強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)在裂縫的上游側(cè)增加止水及防水措施，確保壩體不會通過裂縫位置發(fā)生滲漏，另外在裂縫上部增加鋼筋網(wǎng)，控制裂縫不會往上部壩體繼續(xù)延伸。為了防止大壩建成后溢流壩段可能再沿溢流面產(chǎn)生裂縫，影響溢流壩的安全運(yùn)行，施工期將溢流壩段中部上游面的誘導(dǎo)縫沿著溢流面往下游延伸至與消力池連接處，并在誘導(dǎo)縫內(nèi)增加了相應(yīng)的止水措施。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)后，斧子口水利樞紐溢流壩段未出現(xiàn)類似小溶江水利樞紐溢流壩段上部混凝土出現(xiàn)裂縫的情況。

3.2 壩體溫度控制

根據(jù)碾壓混凝土施工技術(shù)要求，當(dāng)日平均氣溫高于25℃時(shí)，碾壓混凝土澆筑應(yīng)采取防高溫和防日曬的施工措施。本工程所在地屬于中亞熱帶氣候，夏季氣候比較炎熱，據(jù)統(tǒng)計(jì)，工程區(qū)6～9月的平均氣溫均高于25℃，極端最高氣溫達(dá)38.5℃。由于施工前期的多種因素耽誤了部分工期，為了趕上施工進(jìn)度，工程必須在高溫季節(jié)繼續(xù)施工。如此一來，制定有效的高溫季節(jié)施工溫度控制措施就成了確保碾壓混凝土施工質(zhì)量的關(guān)鍵。根據(jù)本工程的實(shí)際情況，施工時(shí)從骨料存儲到澆筑過程采取了不同的溫控措施。

3.2.1 降低原材料溫度

（1）降低骨料初始溫度。由于工程區(qū)夏季炎熱，為了避免混凝土骨料直接暴露在太眼下暴曬，從而達(dá)到降低骨料初始溫度的目的，施工中采取在骨料倉上部搭建遮陽棚及增加骨料堆積高度，并從底部廊道取料的方式來降低骨料的溫度，骨料堆積高度一般大于8 m。通過以上降溫措施，可使骨料的溫度比外界氣溫降低3℃左右。

（2）降低水泥及粉煤灰溫度。據(jù)統(tǒng)計(jì)，如果夏季將水泥罐和粉煤灰罐放在太陽下暴曬，則水泥罐內(nèi)的溫度可達(dá)70℃，粉煤灰灌內(nèi)溫度也可達(dá)60℃左右。為避免水泥罐和粉煤灰罐遭受暴曬，降低水泥和粉煤灰的初始溫度，本工程通過在水泥罐、粉煤灰罐上搭建遮陽棚，同時(shí)采取給罐體淋水等降溫措施。據(jù)監(jiān)測統(tǒng)計(jì)，采取降溫措施后，水泥、粉煤灰的溫度可以降低20℃左右。

（3）采用低溫水?dāng)嚢杌炷痢?jù)檢測，當(dāng)?shù)叵募揪臏囟容^外界氣溫平均低10℃左右，本工程施工時(shí)充分利用當(dāng)?shù)鼐疁囟容^低的特點(diǎn)，采用抽取井水來攪拌混凝土，有效地降低了混凝土的出機(jī)溫度。

3.2.2 動態(tài)調(diào)整VC值

本工程大壩碾壓混凝土設(shè)計(jì)VC值為3～5 s，考慮到倉面氣溫及運(yùn)輸、攤鋪過程中可能有VC值的損失，因此在施工過程中將出機(jī)口的VC值在設(shè)計(jì)值的基礎(chǔ)上浮動±1～3 s，白天取上限，晚上取下限，在不陷碾的情況下則盡量維持設(shè)計(jì)VC值，以保證碾壓混凝土層間的結(jié)合質(zhì)量。

3.2.3 調(diào)整緩凝高效減水劑用量

正常氣溫條件下，本工程大壩碾壓混凝土（三級配）配比中緩凝高效減水劑的摻量為1.1%，在室溫（25℃）條件下可將混凝土的初凝時(shí)間延緩至25.5 h，現(xiàn)場施工時(shí)由于受到高溫及暴曬等因素的影響，倉面混凝土初凝時(shí)間僅為2～3 h。而混凝土初凝時(shí)間過早，連續(xù)高強(qiáng)度碾壓混凝土施工時(shí)可能對碾壓混凝土層間結(jié)合的質(zhì)量造成影響。為了保證碾壓混凝土層間結(jié)合的質(zhì)量，需適當(dāng)延長倉面混凝土的初凝時(shí)間。通過現(xiàn)場試驗(yàn)，當(dāng)緩凝高效減水劑摻量提高到1.3%后，倉面混凝土的初凝時(shí)間可延長到6～8 h，既可滿足碾壓混凝土施工強(qiáng)度的要求，同時(shí)又能保證碾壓混凝土層間結(jié)合的質(zhì)量。

3.2.3 混凝土運(yùn)輸及澆筑過程的溫度控制

高溫季節(jié)，混凝土在運(yùn)輸過程中由于受到太陽的暴曬會使混凝土的入倉溫度升高，通過采用隔熱、遮陽防曬等措施，則可有效減小運(yùn)輸過程中混凝土溫度的升高。

通過在倉面上部布置噴霧機(jī)不間斷噴霧，可有效降低倉面環(huán)境的溫度并保持倉面的濕潤，保證碾壓混凝土的碾壓及層間結(jié)合質(zhì)量滿足要求。對已經(jīng)碾壓合格的區(qū)域用彩條布進(jìn)行臨時(shí)遮蓋，達(dá)到防曬降溫的效果。

在高溫季節(jié)施工中，根據(jù)混凝土的拌和能力及澆筑能力，通過合理控制倉面碾壓混凝土的澆筑面積，盡可能縮短層面間歇時(shí)間，對已碾壓層面盡早覆蓋上層混凝土，以保證碾壓混凝土層間的碾壓質(zhì)量。如小溶江水利樞紐大壩碾壓混凝土的平均入倉澆筑強(qiáng)度為120 m3/h，高溫期采用分塊澆筑的方法進(jìn)行施工，將每個(gè)壩塊劃分為一個(gè)澆筑倉面，倉面面積控制在500～900 m2之間，每一層澆筑混凝土200～270 m3，層間間歇時(shí)間為2～3 h，倉面澆筑總方量為1 400～2 100 m3，施工時(shí)間安排在每天下午17時(shí)至第二天上午10時(shí)之間的陰涼時(shí)段進(jìn)行，完成倉面碾壓混凝土施工時(shí)間為17～18 h。通過避開高溫時(shí)段施工，合理控制倉面澆筑面積，有效地控制入倉溫度、VC值及層間結(jié)合的有關(guān)參數(shù)，確保了碾壓混凝土的施工質(zhì)量。

3.2.4 混凝土內(nèi)部溫度控制及外表保溫措施

由于工程區(qū)樹林茂密，河水水溫較低，通過采取在壩內(nèi)埋設(shè)冷卻水管通河水的措施可有效降低混凝土壩體內(nèi)外的溫差。本工程的冷卻水管采用高密聚酯乙烯管，管徑為32 mm，水管間、排距為1.5 m×1.5 m，冷卻水管內(nèi)的水流方向每天改變一次，管中水流速度控制在0.6 m/s左右，使壩體均勻冷卻。冷卻水溫度與壩體混凝土溫差不超過20℃。

在碾壓混凝土澆筑完成收倉后，立即在混凝土表面覆蓋復(fù)合土工布保溫被進(jìn)行保溫，減緩混凝土表面熱量的流失，可有效降低壩體內(nèi)外混凝土的溫差。

通過采取以上措施，有效降低了壩體內(nèi)外的溫差，防止大壩混凝土裂縫的產(chǎn)生，確保了大壩碾壓混凝土的施工質(zhì)量。

4 結(jié)語

桂林市防洪及漓江補(bǔ)水工程結(jié)合桂林市是中國著名旅游勝地和歷史文化名城的特點(diǎn)，在工程建設(shè)中充分考慮了對生態(tài)環(huán)境的影響，力求將工程建設(shè)對生態(tài)環(huán)境的不利影響降至最低。

小溶江、斧子口水利樞紐大壩均為碾壓混凝土重力壩，壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及澆筑混凝土?xí)r的溫度控制是保證大壩混凝土施工質(zhì)量的關(guān)鍵因素，在設(shè)計(jì)及施工過程中，通過優(yōu)化壩塊混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制定合理的溫控措施，有效地控制了混凝土的施工溫度，達(dá)到了在確保大壩混凝土質(zhì)量的前提下滿足了施工進(jìn)度的要求。