大壩導(dǎo)流施工方案技術(shù)研究與應(yīng)用

翟景科 吳川花

中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司（450000）

1 工程概況

辛女溪水庫(kù)工程位于湖南省瀘溪縣白沙鎮(zhèn)紅巖村，壩址距瀘溪縣白沙新城約13 km，壩址以上控制流域面積24.3 km2，屬沅江水系支流，水庫(kù)正常蓄水位196.6 m，相應(yīng)水庫(kù)庫(kù)容424 萬(wàn)m3。工程等級(jí)為4 等?。?）型工程，主要建筑物為混凝土擋水壩、溢流壩和灌溉進(jìn)水口，按4 級(jí)建筑物設(shè)計(jì)。辛女溪水庫(kù)是一個(gè)以灌溉、鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水為主，兼顧生態(tài)用水的水庫(kù)工程。

2 原設(shè)計(jì)導(dǎo)流方案

2.1 導(dǎo)流方式

辛女溪水庫(kù)大壩為混凝土重力壩。根據(jù)地形地質(zhì)條件及樞紐布置方案，大壩左、右岸均為陡峭山體，施工期洪水流量較小，主河槽位于河床右側(cè)，壩址左岸上游有一自然崩塌形成的臺(tái)地。經(jīng)過(guò)分析比選，設(shè)計(jì)采用分期導(dǎo)流方式[1]。

2.2 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)?shù)夭牧媳容^豐富，除大壩二期縱向圍堰采用混凝土圍堰外，其他圍堰采用土石圍堰，大壩導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)初選5年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)壩型及壩前攔洪庫(kù)容，壩體施工期臨時(shí)度汛洪水標(biāo)準(zhǔn)初選10年一遇洪水重現(xiàn)期。

辛女溪流域汛期時(shí)段為5-8 月，年最大洪水出現(xiàn)在 6-7 月，枯期時(shí)段比較了 9 到次年 4 月、10 到次年3 月兩個(gè)時(shí)段，為了爭(zhēng)取時(shí)間搶攔洪度汛高程，選擇9 到次年4 月的枯期導(dǎo)流時(shí)段，相應(yīng)枯水期5年一遇流量為28.3 m3/s。

2.3 導(dǎo)流程序

一期圍左岸擋水壩段，利用疏挖后的束窄河床過(guò)流。二期圍右岸擋水壩段及溢流壩段，利用已完工的放空底孔過(guò)流，并將壩體整體上升到攔洪度汛高程；汛期利用放空底孔及預(yù)留壩體缺口度汛。

具體導(dǎo)流程序如下： 第一年9 月初開始修筑大壩一期圍堰，圍左岸擋水壩段，由右岸疏挖后的束窄河床過(guò)流。第一年年底將左岸壩段澆筑至153 m 高程以上，并形成放空底孔。第二年1 月初拆除一期枯期圍堰，左岸壩段繼續(xù)上升，同時(shí)施工二期圍堰，進(jìn)行右岸二期施工，由已形成的放空底孔過(guò)流。在第二年汛前將右岸壩段澆筑至攔洪度汛高程156.3 m，在右岸中間河床擋水壩段預(yù)留缺口度汛，缺口高程153.5 m，缺口寬度19 m。第二年汛期大壩由導(dǎo)流底孔和壩體預(yù)留缺口聯(lián)合過(guò)流，壩體臨時(shí)擋水度汛。汛期整個(gè)大壩可采用洪中搶枯的方式繼續(xù)上升，大壩在第三年3 月中旬上升至設(shè)計(jì)高程。

3 導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)

3.1 圍堰

大壩一期上下游圍堰、 縱向圍堰采用均質(zhì)土圍堰，二期上下游圍堰采用黏土斜墻圍堰，二期縱向圍堰采用混凝土圍堰。一期上游圍堰頂寬3 m，頂高程150.0 m，一期下游圍堰頂寬3 m，頂高程147.5 m，內(nèi)外坡比均為1：2，基礎(chǔ)采用高噴灌漿防滲。二期上游圍堰頂寬3 m，頂高程152.0 m。二期縱向圍堰部分利用溢流壩導(dǎo)墻擋水。二期土石圍堰上下游坡比均采用1∶1.5，迎水面采用塊石護(hù)坡，上游采用高噴灌漿防滲，下游采用黏土斜墻防滲，混凝土圍堰墻背坡比 1∶0.6[2]。

3.2 導(dǎo)流底孔

導(dǎo)流底孔結(jié)合永久放空底孔設(shè)置，型式為箱型，進(jìn)口底板高程147.50 m，全長(zhǎng)62 m。

3.3 導(dǎo)流明渠

一期導(dǎo)流明渠利用束窄河床疏挖而成，疏挖底高程146.5～146.0 m，底寬5 m，邊坡坡度為巖石邊坡自然坡度。

二期導(dǎo)流明渠與導(dǎo)流底孔相接，進(jìn)口底板高程147.5 m，出口底板高程145.9 m，底寬2.5 m，巖石開挖坡比為 1∶0.3。

4 優(yōu)化的導(dǎo)流方案

4.1 導(dǎo)流程序

2018年1-2 月，在大壩河床位置開挖臨時(shí)導(dǎo)流明渠，左岸導(dǎo)流底孔混凝土澆筑未完成前承擔(dān)導(dǎo)流任務(wù)。

2018年 3-4 月，5 號(hào)壩段澆筑至 EL151 高程形成導(dǎo)流底孔，完成大壩上游圍堰，利用導(dǎo)流底孔導(dǎo)流，然后完成基坑開挖，2018年汛期來(lái)臨前完成建基面墊層混凝土的澆筑，并將壩體澆筑至河床高程EL147.5。

2018年 5 月-2019年 4 月，汛期利用放空底孔過(guò)流度汛，非汛期利用已完成的導(dǎo)流底孔進(jìn)行導(dǎo)流，汛期整個(gè)大壩采用洪中搶枯的方式繼續(xù)上升，大壩在2019年3 月底上升至設(shè)計(jì)高程[3]。

4.2 導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)

4.2.1 圍堰設(shè)計(jì)

上、下游圍堰均采用土石圍堰，上游圍堰頂寬4 m，頂高程152 m，下游圍堰頂寬4 m，頂高程 148 m，內(nèi)外坡比均為1∶1.5，堰體采用黏土墻防滲圍堰迎水面采用鋼筋籠護(hù)角、塊石護(hù)坡，圍堰最大高度5.0 m，上游圍堰總長(zhǎng)約35 m，下游圍堰總長(zhǎng)約45 m。

4.2.2 導(dǎo)流明渠設(shè)計(jì)

4.2.2.1 臨時(shí)導(dǎo)流明渠

在大壩河床位置開挖斷面尺寸2 m×1 m 臨時(shí)導(dǎo)流明渠，進(jìn)口高程EL145.6，出口高程EL144.6，全長(zhǎng)100 m，明渠四周鋪設(shè)彩條布，作為防水層。

排水明渠水流流速計(jì)算公式：

其中，R=A/P，A=WH，P=W+2H，n=粗糙系數(shù)。

根據(jù)規(guī)范相關(guān)規(guī)定，天然河道的粗糙系數(shù)n取值 0.03～0.05，本工程n=0.05，渠深 H=1 m，渠寬 W=2 m。假設(shè)導(dǎo)流明渠最大流量時(shí)，根據(jù)導(dǎo)流明渠截面形式，可求得：

水流斷面為2 m2

流速V=1.532 m/s

可過(guò)流量Q=3.094 m3/s＞0.916 m3/s

所以臨時(shí)導(dǎo)流明渠符合枯水季溪水導(dǎo)流要求。

4.2.2.2 壩體段導(dǎo)流箱涵

壩體段采用C30 混凝土箱涵，斷面2.5 m×3 m，截面呈矩形。

根據(jù)規(guī)范相關(guān)規(guī)定，混凝土渠道的粗糙系數(shù)n取值 0.013～0.014，本工程n=0.014，箱涵高H=3 m，寬W=2.5 m。假設(shè)導(dǎo)流箱涵最大流量時(shí)，根據(jù)導(dǎo)流箱涵截面形式，可求得：

水流斷面為7.5 m2

流速為7.81 m/s

可過(guò)流量Q=58.575 m3/s＞0.916 m3/s

所以導(dǎo)流箱涵符合枯水季溪水導(dǎo)流要求。

4.2.2.3 壩體外導(dǎo)流明渠

同上，經(jīng)過(guò)計(jì)算后，過(guò)流流量Q=31.45 m3/s＞0.916 m3/s

所以壩體外導(dǎo)流明渠符合枯水季溪水導(dǎo)流要求。

5 導(dǎo)流建筑物施工

5.1 圍堰施工

堰殼料及塊石護(hù)坡均利用岸坡土石方開挖料及覆蓋層開挖料，采用1.6 m3反鏟挖裝，20 t 自卸汽車運(yùn)輸上堰，SD220 推土機(jī)平整，18t 振動(dòng)碾壓實(shí)，塊石護(hù)坡由反鏟輔助整平[4]。

5.2 圍堰施工工藝

5.2.1 測(cè)量放線

根據(jù)確定的圍堰堰頂軸線、設(shè)計(jì)邊坡和護(hù)腳需要正確測(cè)放出圍堰起坡線，并在外側(cè)設(shè)延長(zhǎng)控制點(diǎn)。

5.2.2 圍堰岸坡清理

采用反鏟裝車，自卸汽車運(yùn)輸。

5.2.3 堰體填筑壓實(shí)

在岸坡清理完成后，采用大壩開挖料進(jìn)行圍堰填筑，采用反鏟挖裝，自卸汽車運(yùn)輸上堰，推土機(jī)平整，振動(dòng)碾壓實(shí)。

5.2.4 黏土料填筑

從大壩開挖區(qū)用自卸汽車運(yùn)料，進(jìn)行黏土墻填筑，采取分層碾壓填筑，填筑分層30 cm。

5.2.5 拋石護(hù)坡及鋼筋籠護(hù)角施工

圍堰迎水面采用拋填塊石防護(hù)，坡腳采用鋼筋籠進(jìn)行護(hù)角，拋石護(hù)坡厚度1.0 m，鋼筋籠高度1.0 m。拋填塊石塊粒徑選用80～120 cm，在大壩開挖區(qū)采用1.6 m3反鏟揀集，用20 t 自卸汽車運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，反鏟拋填。

5.2.6 堰體加高

采用分層全斷面上升，自卸汽車后退法卸料，土料層填筑厚度為30 cm，碾壓6～8 遍，碾壓采用進(jìn)退錯(cuò)距法，進(jìn)退錯(cuò)距約33 cm。

5.3 導(dǎo)流渠施工

臨時(shí)導(dǎo)流明渠進(jìn)口高程EL145.6，出口高程EL144.5，全長(zhǎng) 100 m，斷面尺寸 2 m×1 m。

5.3.1 坑槽開挖

坑槽采用挖掘機(jī)開挖。

施工順序按由下游至上游的順序施工，以利坑槽的臨時(shí)排水。

開挖時(shí)，隨時(shí)測(cè)量監(jiān)控，保證開挖尺寸及槽底的高程達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

土方采用挖掘機(jī)開挖，人工配合。溝槽開挖土方調(diào)至填方區(qū)填土或用自卸車外運(yùn)至指定渣場(chǎng)。

坑槽挖至設(shè)計(jì)高程，清除地面和坡面上的浮土達(dá)到設(shè)計(jì)要求，坡面上的松動(dòng)塊石和過(guò)于破碎的土石方也要挖出已滿足施工要求。

基礎(chǔ)面清理和施工縫處理

5.3.2 測(cè)量放線

基礎(chǔ)面處理合格后，用全站儀、水準(zhǔn)儀等進(jìn)行測(cè)量放線，并驗(yàn)收合格。放線時(shí)，將建筑物體型的控制點(diǎn)線放在明顯的位置，并在方便度量的地方給出高程點(diǎn)，確定立模邊線，作好標(biāo)記。

5.3.3 模板安裝

模板材料的質(zhì)量應(yīng)符合本工程指明的現(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。模板由載重汽車運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，汽車吊吊裝就位，并設(shè)足夠的臨時(shí)固定設(shè)施，以防變形和傾覆。倉(cāng)內(nèi)設(shè)支撐，隨澆筑混凝土上升時(shí)拆除，獨(dú)立的墻、柱嚴(yán)防整體變形、錯(cuò)臺(tái)。

5.3.4 混凝土施工

5.3.4.1 清倉(cāng)驗(yàn)收

清理倉(cāng)號(hào)內(nèi)的雜物，并且沖洗干凈，排除積水，提交有關(guān)驗(yàn)收資料進(jìn)行倉(cāng)位驗(yàn)收，同時(shí)作好澆筑準(zhǔn)備，搭設(shè)簡(jiǎn)易腳手架、溜槽架、安全護(hù)攔，檢查振搗設(shè)備，增加照明，自檢合格后，請(qǐng)監(jiān)理驗(yàn)收[5]。

5.3.4.2 混凝土拌制與運(yùn)輸

混凝土由拌和系統(tǒng)按現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)室提供并經(jīng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)的程序和混凝土配料單進(jìn)行統(tǒng)一拌制，并在出機(jī)口和澆筑現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行混凝土取樣試驗(yàn)。

拌制好的混凝土采用混凝土攪拌車或載重汽車運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，視不同部位采用不同的入倉(cāng)方式。

5.3.4.3 混凝土入倉(cāng)澆筑

澆筑倉(cāng)位首先通過(guò)內(nèi)部三檢，提供原始資料，由質(zhì)檢部門提請(qǐng)監(jiān)理進(jìn)行驗(yàn)收。驗(yàn)收合格后，方可進(jìn)行混凝土澆筑。在澆筑第一層混凝土前，均勻鋪設(shè)一層2～3 cm 水泥砂漿，以保證混凝土與基巖面結(jié)合良好。

混凝土澆筑時(shí)，由于工作面較小，采用挖機(jī)配合人工的方式入倉(cāng)，也可采用人工入倉(cāng)。人工平倉(cāng)，采用平板振搗器或插入式振搗器進(jìn)行振搗，振搗時(shí)間及結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范要求。

倉(cāng)內(nèi)薄層平鋪，鋪料厚度40～50 cm，嚴(yán)禁混凝土入倉(cāng)沖擊模板。平倉(cāng)應(yīng)防止骨料分離，注意層間結(jié)合，加強(qiáng)振搗，確保連續(xù)澆筑，防止出現(xiàn)冷縫，澆筑過(guò)程中要對(duì)模板工加強(qiáng)巡視維護(hù)，異常情況及時(shí)處理。

5.3.4.4 養(yǎng)護(hù)和保護(hù)

混凝土澆筑結(jié)束后，按照要求進(jìn)行表面覆蓋保溫或?yàn)⑺B(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。

6 工期及成本分析

經(jīng)原導(dǎo)流方案與實(shí)際導(dǎo)流方案進(jìn)度對(duì)比分析可知，現(xiàn)方案使工期節(jié)約5 個(gè)月，節(jié)省了5 個(gè)月的人工、機(jī)械費(fèi)用，降低了成本，節(jié)省了資源消耗。

經(jīng)計(jì)算，每月人員費(fèi)用76.4 萬(wàn)元，工期節(jié)約5個(gè)月，人工費(fèi)用共節(jié)約382 萬(wàn)元。

每個(gè)月機(jī)械租賃費(fèi)用59.8 萬(wàn)元，5 個(gè)月工期，機(jī)械租賃費(fèi)用共節(jié)省299 萬(wàn)元。

7 結(jié)語(yǔ)

辛女溪大壩導(dǎo)流技術(shù)、組織及管理措施等的實(shí)施，靈活運(yùn)用了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)及地形條件，優(yōu)化了設(shè)計(jì)方案，有效節(jié)約了工程施工工期和成本，為類似工程提供了借鑒和參考。