砬子溝水電站增容改造施工分析

劉 力

(丹東市水利勘測設(shè)計研究院，遼寧 丹東 118000)

1 工程概況

砬子溝水電站位于遼寧省寬甸縣古樓子鄉(xiāng)砬子溝村蒲石河河床上，距上游小孤山電站4.1 km，距下游蒲石河大橋約12 km。水電站類型為引水式水電站，為IV級工程，年發(fā)電量僅為65萬kW·h，裝機(jī)容量為250 kW。為增強(qiáng)其發(fā)電效率，確定實施增容改造施工，對其擋水壩段、溢流壩段以及廠房等主要建筑進(jìn)行施工改造。增容改造后，水電站正常蓄水位升高4.5 m，電站的裝機(jī)容量由250 kW增加到3 260 kW。

2 施工技術(shù)分析

砬子溝水電站的增容改造施工主要是擋水壩段、溢流壩段以及廠房等建筑。

從前期導(dǎo)流臨時建筑物的施工，到后期混凝土的澆筑與養(yǎng)護(hù)方法，嚴(yán)格按照《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》以及施工現(xiàn)場的地形水文條件進(jìn)行選擇。因地形平坦的優(yōu)勢，采用了明渠導(dǎo)流，并建造臨時圍堰分時分段施工；在圍堰工程以及壩體的防滲工作中利用了土工膜技術(shù)和帷幕灌漿等方法。

2.1 明渠導(dǎo)流分段圍堰法

水利工程施工常用的導(dǎo)流方式包括明渠導(dǎo)流、隧洞導(dǎo)流、涵管導(dǎo)流等，導(dǎo)流施工主要依據(jù)為地質(zhì)地貌類型分類。在該工程采用明渠導(dǎo)流、分段圍堰法。明渠導(dǎo)流，是指在平坦的灘地河岸上，采用圍堰，擋住迎向施工基礎(chǔ)的水流，將迎水流引導(dǎo)至渠道上，再流向下游；這種方法能夠減少工作量，節(jié)約成本，縮短工期。導(dǎo)流施工過程中還應(yīng)盡可能增加高程，增大排水流量。此外，基坑的清淤排污工作也是重點。

圍堰作為一種臨時的擋水建筑物，通常應(yīng)用于大型工程施工當(dāng)中，成本較高。砬子溝電站工程工期較長、工作量大，具體采用一期圍左岸，二期圍右岸的施工順序。分段圍堰法優(yōu)點是施工過程較為方便，主要施工流程為：圍堰→基坑開挖→基坑排水→混凝土澆筑。

在施工導(dǎo)流及圍堰技術(shù)的使用中，需要根據(jù)實際的情況選擇相應(yīng)的技術(shù)類型；尤其在工作前期，需要充足的準(zhǔn)備。圍堰前需要測量人員測量劃線，對尺寸維度進(jìn)行確定后再清淤打樁。

2.2 土工膜防滲施工

圍堰工程，在水電站的擴(kuò)建增容施工過程中起到關(guān)鍵性的作用，圍堰的防滲技術(shù)則是保證工程安全達(dá)標(biāo)的前提保障。當(dāng)今水利工程施工中，新型復(fù)合土工膜材料被行業(yè)廣泛使用，其中復(fù)合土工膜以成本經(jīng)濟(jì)、防滲效率高等特點在施工中常為首選。

當(dāng)?shù)亟ú臉屑~工程混凝土需要量為2.03萬m3，土石方填筑2.04萬m3，模板1.06萬m2，鋼筋478.00 t。該工程所需的混凝土骨料取材于當(dāng)?shù)厣皥?，在建材方面有大量儲備，施工運(yùn)輸上節(jié)省了成本；但由于當(dāng)?shù)厝鄙兖ね敛牧?，而且使用黏土將會在雨季造成不便，具有運(yùn)輸距離長、滯延工期等缺點；因此在施工過程中使用了土工膜進(jìn)行圍堰的防滲工作。

土工膜是一種滿足防水需求、無透水性的材料。土工膜防滲法可以控制材料成本，減小雨季施工的不便性；因此該工程施工采用了土工膜進(jìn)行防滲施工，一定程度上縮減了工期。根據(jù)土工膜鋪設(shè)的施工工序流程，在鋪設(shè)土工膜前首先要進(jìn)行坡面的清理，將雜草碎石移除后鋪水工膜，保證土工膜表面松緊有度，確定后再進(jìn)行縫合焊接工作。鋪設(shè)土工膜通常要先鋪墊層，在雨季施工時還要利用沙袋等重物壓住土工膜，保證土工膜在施工過程中不受環(huán)境和人為失誤的損害。對于膜破損的位置，則要及時修復(fù)。在圍堰臨時工程期間，土工膜的防滲效果較好，是使圍堰工程順利進(jìn)行的關(guān)鍵。

2.3 擋水壩段的防滲

該工程的擋水壩是IV級擋水建筑物，水電站擴(kuò)容后，靜水水位升高4.5 m，為保證工程可行性和建筑物穩(wěn)定性，提高擴(kuò)建了擋水壩段的高程。擋水壩頂高程的設(shè)計根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》(SL 319—2005)第8.1.1條。壩頂高程的設(shè)計主要有最高靜水位、波浪爬高和安全超高3項。在設(shè)計和校核工況計算后，該工程最終確定壩頂高程為47 m(見表1)。

壩高的設(shè)計對壩體能否正常工作運(yùn)行，以及工程能否安全完工有極大的影響；因此設(shè)計要嚴(yán)按照水利規(guī)范，并且進(jìn)行驗算和安全檢查。筆者采用SEEP/W滲流場分析軟件，分別對3種工況繪制水頭等壓線(見圖1)；計算中C25混凝土滲透系數(shù)取7.03×10-10m3/s，基礎(chǔ)為中級風(fēng)化混合巖滲透系數(shù)取6.9×10-5m3/s。

表1 高程計算成果

圖1 基巖滲水及等壓線

中層風(fēng)化混合巖地基表面為滲水面，下游壩身為不透水邊界。由圖1可以看出，迎水面水壓隨水位增高情況而增大；因此在上游應(yīng)當(dāng)設(shè)置有效的防滲措施。通常混凝土壩壩基防滲施工技術(shù)有灌漿帷幕、設(shè)置防滲墻，根據(jù)施工類型分為高壓噴射防滲墻、混凝土防滲墻、自凝灰漿防滲墻、水泥土攪拌樁防滲墻等[1]?；炷林亓蔚膲位切枰罎B施工的重要位置。工程設(shè)計中根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》要求以水泥灌漿方法為主設(shè)置了防滲帷幕，將透水率控制在5 Lu以下。

帷幕灌漿技術(shù)是水利工程中常用的搶險、加固方式，指的是將濃度適中、水灰比合適的漿液灌注到鉆孔之中。帷幕灌漿主要工序為鉆孔→洗孔→壓水試驗→灌漿→封口。在該工程中，壩底前方設(shè)置了1排擋水防滲帷幕，以達(dá)到壩基防滲要求，保證水電站的正常工作運(yùn)行。鉆孔的深度設(shè)計為2 m, 孔距為5 m。兩岸擋水壩段與兩側(cè)山體相接處均進(jìn)行帷幕灌漿，以防產(chǎn)生繞滲，左壩肩灌漿28 m，右壩肩灌漿48 m。

當(dāng)今防水抗?jié)B的技術(shù)主要采用“防排結(jié)合，以防為主”，多道設(shè)防，剛?cè)岵⒂肹2]?，F(xiàn)場施工，有多種截滲方法可選擇，為了提高施工效率，要考慮現(xiàn)場地形以及建材的使用。施工工作要從可行性出發(fā)，追求實際可靠經(jīng)濟(jì)的施工技術(shù)。對于帷幕灌漿鉆孔施工，通常在鉆孔之前會對孔壁進(jìn)行沖洗，并進(jìn)行壓水試驗。簡易壓水實驗時間一般在20 min左右, 間隔5 min需要測讀1次壓水流量, 取最終的流量值計算透水率[3]。在鉆孔作業(yè)過程中應(yīng)注意保證鉆機(jī)的穩(wěn)固，減少人工誤差。鉆孔完成后，清理淤泥防止堵塞。漿液的調(diào)和嚴(yán)格按照水利施工規(guī)范調(diào)制，在鉆孔工作后立即進(jìn)行灌漿作業(yè)。灌漿的方式主要有全孔一次灌漿和全孔分段多次灌漿兩種形式。灌漿完成后，使用分段式壓力灌漿法對鉆孔進(jìn)行密封，防止水分內(nèi)滲。

2.4 土石方開挖施工

土石方開挖離不開現(xiàn)場施工機(jī)械的配合使用，以及施工現(xiàn)場的安全管理、效率優(yōu)化。施工過程中壩基基礎(chǔ)和廠房基礎(chǔ)石方的開挖采用了爆破開挖和機(jī)械開挖的方式。該工程挖方工具包括手風(fēng)鉆、1 m3挖掘機(jī)以及8 t自卸汽車用于運(yùn)輸石渣等。對于機(jī)械施工，開挖機(jī)械的選型是關(guān)鍵，施工前基于工程預(yù)算，對機(jī)械進(jìn)行設(shè)計、配置；施工機(jī)械種類越少，施工現(xiàn)場越方便管理。

本工程在石方開挖施工時采用了爆破的方法。爆破技術(shù)是水利工程石方開挖的常用技術(shù)，危險性大，因此藥量的控制十分關(guān)鍵；應(yīng)根據(jù)工程情況保守地控制藥量，還要控制藥劑反應(yīng)的時間。

為保護(hù)施工現(xiàn)場環(huán)境和工作人員安全，爆破時通常要預(yù)留一段空間，并設(shè)置保護(hù)層；可以根據(jù)爆破試驗來測定保護(hù)范圍以及保護(hù)層厚度，以免破壞基礎(chǔ)。在開挖施工中，要避免巖石基礎(chǔ)產(chǎn)生裂縫，保證原有結(jié)構(gòu)性、整體性。進(jìn)行預(yù)留爆破后，應(yīng)對巖石壩踵進(jìn)行清污處理。

2.5 混凝土施工

混凝土的施工包括混凝土的攪拌、運(yùn)輸、澆筑、振搗以及后期養(yǎng)護(hù)等，其主要會受溫度、環(huán)境、氣候的影響。該工程混凝土的攪拌由攪拌機(jī)按試驗確定的水灰比攪拌完成，使用右岸0.8 m3混凝土攪拌機(jī)供應(yīng)混凝土。運(yùn)輸工具有皮帶及8 t自卸汽車，以及履帶起重機(jī)。入倉后用插入式振搗器振搗。振搗混凝土是為了保證其均勻和密實。采用機(jī)械振搗可以減少水泥用量，控制成本、保證水泥質(zhì)量，振搗效率高?；炷恋臐仓撬そㄖ镔|(zhì)量的關(guān)鍵影響因素，施工過程要嚴(yán)謹(jǐn)。澆筑前應(yīng)測量和校準(zhǔn)模板尺寸標(biāo)高，清潔模板，保證模板水分和濕潤度；再鋪2～3 cm砂漿，充分振搗完成后，進(jìn)行澆筑。澆筑混凝土?xí)r，按試驗結(jié)果要求精準(zhǔn)地控制每層混凝土的厚度。施工期間若發(fā)現(xiàn)混凝土有不均勻、表面粗糙、蜂窩的情況，必須重新填充，以保證所有混凝土外觀平整。

為保障施工質(zhì)量，還要對混凝土進(jìn)行后期養(yǎng)護(hù)，主要從溫度和濕度兩個方面入手。施工出現(xiàn)溫度裂縫是常見的問題，這是正在硬化過程中的混凝土受溫度條件影響而產(chǎn)生的。在現(xiàn)場條件允許、材料充足情況下，可以將塑料薄膜鋪蓋在混凝土表面，能夠起到減弱陽光直曬，避免溫度升高的影響。這種方法的缺陷是不能進(jìn)行濕度保護(hù)，因此可以在覆蓋塑料薄膜前先保證水泥濕潤度?；炷恋臐穸瑞B(yǎng)護(hù)形式有噴水、灑水等。為使混凝土表面濕潤，養(yǎng)護(hù)管理的時間要在7 d以上，若溫度小于5 ℃，則不能灑水。

3 結(jié) 語

隨著我國水利事業(yè)的發(fā)展，中小型水電站增容改造成為水利行業(yè)一項重要工作。砬子溝水電站的擴(kuò)建工程，使當(dāng)?shù)厮芾眯蚀蟠筇岣?，改造后的水工建筑物穩(wěn)定性高，能夠保障發(fā)電效率和調(diào)洪安全。