托口水電站壩后護(hù)岸修復(fù)設(shè)計(jì)及無(wú)圍堰施工方案

李治中

(中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000)

托口水電站位于湖南省懷化市洪江區(qū)托口鎮(zhèn)境內(nèi)，沅水規(guī)劃梯級(jí)開(kāi)發(fā)中的第5級(jí)電站，壩址上距托口鎮(zhèn)3.5 km。本工程屬Ⅰ等大(1)型工程，樞紐建筑物由東游祠主壩、王麻溪副壩、電站廠房、引水系統(tǒng)、通航建筑物、白土沖副壩等組成。托口水電站2005年3月開(kāi)始建設(shè)，2012年首臺(tái)機(jī)組發(fā)電。

東游祠主壩由左岸碾壓混凝土重力壩段、河床碾壓混凝土溢流壩段、右岸粘土心墻堆石壩壩端組成。溢流壩段長(zhǎng)220.00 m，最大壩高82.0 m，壩基寬度54.0 m。設(shè)9孔開(kāi)敞式溢流堰，每孔孔口尺寸(寬×高)為18.0 m×17.0 m。溢流堰堰頂高程233.00 m，壩體上游面鉛直，堰頂曲線的型式為WES型曲線，堰頂曲線上游段為三圓弧曲線，堰頂曲線下游段方程為Y=0.050 04X1.85，堰頂曲線與下游1∶1的直線段銜接，溢流壩采用挑流消能，鼻坎高程216.50 m，反弧段半徑R=23.00 m，挑角30°。

水毀護(hù)岸位于東游祠主壩溢流壩段下游左岸，距壩軸線下游約150.00 m處，沿河長(zhǎng)度約77 m，高程范圍為190.00～206.00 m，水毀范圍較大。主壩的生態(tài)放水設(shè)施工程布置在左岸岸坡上，若2020年汛期主壩泄洪，水毀護(hù)岸范圍繼續(xù)擴(kuò)大或岸坡失穩(wěn)，將危及生態(tài)放水設(shè)施的安全和電站的正常運(yùn)行。

水毀護(hù)岸邊坡屬順層坡，地層巖體出露，灰?guī)rC2+3和南沱冰磧巖Zant巖體存在不整合接觸帶和臨河變形巖體，且靠主壩一帶的后緣山坡殘坡積覆蓋層分布較厚，邊坡穩(wěn)定性和巖體完整性較差。

水毀護(hù)岸修復(fù)設(shè)計(jì)采用單排連續(xù)樁方案，樁順?biāo)鞣较虿贾茫S線長(zhǎng)85.50 m，共62根，樁的總長(zhǎng)888.8 m，最大樁長(zhǎng)22.90 m，樁徑上、下游分別為1.2 m和1.0 m，樁頂高程159.90 m。樁頂布置承臺(tái)梁，梁的寬度與樁的直徑相同，其尺寸1.2 m(1.0 m)×1.2 m(寬×高)，梁頂高程197.10 m。承臺(tái)梁內(nèi)測(cè)布置一排Φ32水泥砂漿錨桿，長(zhǎng)9.0 m，入巖長(zhǎng)度不小于5.0 m。承臺(tái)梁頂澆筑C25混凝土面板與原面板相接，板厚0.7 m，面板內(nèi)側(cè)塌陷空腔回填C15素混凝土。

1 護(hù)岸現(xiàn)狀及損毀成因

1.1 護(hù)岸現(xiàn)狀

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)護(hù)岸沖毀情況進(jìn)行測(cè)量，按沖毀部位的不同將水毀區(qū)劃分為三個(gè)區(qū)，生態(tài)小機(jī)組放空管支管出口護(hù)坡沖毀區(qū)，上游護(hù)腳沖毀區(qū)和下游護(hù)腳沖毀區(qū)。護(hù)岸水毀位置示意圖見(jiàn)圖1，水毀現(xiàn)狀見(jiàn)圖2，主要沖毀情況如下：

圖1 護(hù)岸水毀位置及范圍示意圖

圖2 生態(tài)小機(jī)組放空管出口護(hù)坡區(qū)水毀現(xiàn)場(chǎng)圖

1)上游護(hù)腳沖毀區(qū)：壩0+133.900 m～0+156.100 m段護(hù)腳被淘刷沖毀，護(hù)坡內(nèi)側(cè)局部淘空。

2)生態(tài)小機(jī)組放空管支管出口護(hù)坡沖毀區(qū)。壩0+155.100 m～壩0+187.400 m段，下游左岸生態(tài)小機(jī)組放空管支管出口、高程204.68 m以下護(hù)坡和護(hù)腳被沖毀，高程204.68 m以上護(hù)坡內(nèi)側(cè)局部被淘空。

3)下游護(hù)腳沖毀區(qū)：壩0+187.400 m～0+214.604 m段腳被淘刷沖毀，護(hù)坡內(nèi)側(cè)局部淘空。

1.2 護(hù)岸損毀成因

2019年7月，沅水流域普降暴雨，電站上游各梯級(jí)電站泄洪，托口電站東游祠主壩泄洪時(shí)，下泄的水流在河床左岸形成回流，水流的流速較大，因護(hù)腳基礎(chǔ)的巖體存在軟弱夾層，巖體的完整性較差，造成護(hù)腳基礎(chǔ)被淘空，溢流壩段下游左岸生態(tài)放空支管出口處的護(hù)坡及其上、下游護(hù)坡的護(hù)腳均被沖毀。

1.3 護(hù)岸地質(zhì)條件

水毀護(hù)岸邊坡屬順層坡，地層巖體出露，C2+3/Zant巖體存在不整合接觸帶和臨河變形巖體，且靠主壩一帶的后緣山坡殘坡積覆蓋層分布較厚。C2+3巖性為石炭系壺天群灰?guī)r，巖體內(nèi)具有巖溶現(xiàn)象，Zant巖性為震旦系下統(tǒng)南沱冰磧巖，弱風(fēng)化C2+3和微風(fēng)化～新鮮Zant巖石的巖體飽和抗壓強(qiáng)度30～40 MPa，巖層產(chǎn)狀一般為N40°～50°E，SE∠65°，C2+3/Zant不整合接觸帶厚1.8～2.5 m，分布有3～5條風(fēng)化夾層，因此邊坡穩(wěn)定性和巖體完整性較差。

2 護(hù)岸修復(fù)設(shè)計(jì)

2.1 護(hù)岸修復(fù)期河道水位確定

托口水電站水毀護(hù)岸工程在枯水期修復(fù)施工，主壩溢流壩段不進(jìn)行泄洪，僅由兩臺(tái)生態(tài)流量小機(jī)組發(fā)電，兩臺(tái)機(jī)額定引用流量為2×35.35 m3/s。根據(jù)小機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況及電站各設(shè)計(jì)階段的報(bào)告，東游祠主壩下游水毀護(hù)岸處的河道水位確定為195.90 m。

2.2 護(hù)岸河床沖刷深度確定

根據(jù)水工模型試驗(yàn)資料，當(dāng)主壩溢流壩段9孔閘門不同的開(kāi)啟方式分別下泄10年一遇、20年一遇、50年一遇、100年一遇洪水時(shí)，主壩下游左岸護(hù)岸沖坑最深點(diǎn)的位置在樁號(hào)0+140.00 m～樁號(hào)0+150.00 m之間，護(hù)岸沖坑最深點(diǎn)高程分別為179.65、179.26 m，167.95、165.25 m，護(hù)岸沖坑最大深度分別為16.75、17.14、28.45、31.15 m。通過(guò)施工難度、經(jīng)濟(jì)投資及安全等多方面因素比較，水毀護(hù)岸按20年一遇防沖洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

2.3 護(hù)岸修復(fù)設(shè)計(jì)方案

水毀區(qū)護(hù)岸順?biāo)鞣较虿贾脝闻胚B續(xù)樁，排樁采用C30混凝土[1]鉆孔灌注樁，順?biāo)鞣较蜉S線長(zhǎng)85.50 m，共62根，樁的總長(zhǎng)888.8 m。壩0+129.274 m～壩0+168.085 m段，樁徑1.20 m，共26根，總長(zhǎng)514.4 m，樁中心距1.50 m，最大樁長(zhǎng)22.90 m；壩0+168.085 m～壩0+214.604 m段，樁徑1.0 m，共36根，總長(zhǎng)374.4 m，樁中心距1.3 m，最大樁長(zhǎng)10.4 m。樁頂高程159.90 m，樁底高程173.00～185.50 m，樁身錨入護(hù)岸沖刷深度線以下錨固段的長(zhǎng)度取樁長(zhǎng)的1/3。樁頂布置承臺(tái)梁，承臺(tái)梁采用C30混凝土結(jié)構(gòu)，順?biāo)鞣较蜉S線長(zhǎng)85.50 m，承臺(tái)梁寬度與樁的直徑相同，其尺寸1.2 m(1.0 m)×1.2 m(寬×高)，梁頂高程197.10 m，梁底高程195.90 m，上、下游承臺(tái)梁之間通過(guò)1∶10的坡度連接。承臺(tái)梁內(nèi)測(cè)布置一排Φ32水泥砂漿錨桿，長(zhǎng)9.0 m，入巖長(zhǎng)度不小于5.0 m，錨桿與承臺(tái)梁中的鋼筋可靠連接。承臺(tái)梁頂澆筑C25混凝土面板與原面板相接，面板厚0.7 m，面層布置雙向鋼筋Φ20@200，面板內(nèi)側(cè)塌陷空腔回填C15素混凝土[2]。

水毀護(hù)岸修復(fù)方案布置平面布置圖見(jiàn)圖3，水毀護(hù)岸分區(qū)修復(fù)設(shè)計(jì)典型斷面圖見(jiàn)圖4。

3 護(hù)岸現(xiàn)場(chǎng)施工及修復(fù)效果

排樁鉆孔前，在護(hù)岸水毀位置，堆渣形成施工平臺(tái)，平臺(tái)寬度4.0 m，平臺(tái)高程197.40 m，高于河道中的水位1.5 m。排樁成孔的順序?yàn)樽韵掠瓮嫌畏较虬?序樁施工。上部堆渣體和下部河床基巖分別選用三一重工SR285R和SR360R旋挖鉆機(jī)成孔，上部堆渣體鉆孔時(shí)，為防止塌孔，采用液壓振動(dòng)錘將鋼護(hù)筒壓至河床基巖面，根據(jù)設(shè)計(jì)樁徑的大小不同，鋼護(hù)筒的直徑分別選用1.4 m和1.2 m，壁厚均為2 cm。樁體混凝土的水灰比不大于0.35，坍落度控制在18～22 cm，混凝土澆筑采用導(dǎo)管法施工[3]，導(dǎo)管的內(nèi)徑為250 mm。為節(jié)省工程投資，在樁頂混凝土初凝前，用液壓振動(dòng)錘徐徐拔出鋼護(hù)筒[4]。樁體澆筑完成后，為保證承臺(tái)梁和灌注樁緊密結(jié)合并成為一個(gè)整體，鑿除樁頂50 cm高的混凝土[5]。2020年3月26日開(kāi)始護(hù)岸修復(fù)，6月10日完成施工，總工期共77 d。

2020年7月，托口電站東游祠主壩泄洪，泄洪后對(duì)水毀修復(fù)部位進(jìn)行專項(xiàng)檢查，護(hù)岸岸坡穩(wěn)定，混凝土面板完整，樁基礎(chǔ)及保護(hù)的護(hù)腳未發(fā)現(xiàn)沖淘現(xiàn)象。

圖3 水毀護(hù)岸修復(fù)方案平面布置圖

圖4 水毀護(hù)岸分區(qū)修復(fù)設(shè)計(jì)典型斷面圖

4 結(jié) 語(yǔ)

護(hù)岸水毀修復(fù)工程采用單排混凝土灌注樁，樁頂設(shè)承臺(tái)梁，輔以水泥砂漿錨桿提高穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)方案合理，施工安全、質(zhì)量可靠，施工時(shí)利用先進(jìn)旋挖鉆孔機(jī)械在堆渣平臺(tái)上鉆孔施工，解決了修建圍堰并進(jìn)行深基坑開(kāi)挖的難題，節(jié)約了成本、縮短了工期，并經(jīng)歷了一個(gè)汛期大壩泄洪的考驗(yàn)，說(shuō)明修復(fù)方案的設(shè)計(jì)和施工是成功的，對(duì)今后類似水下硬巖深孔鉆孔施工和水毀工程修復(fù)設(shè)計(jì)具有很好的借鑒作用和參考價(jià)值。