導(dǎo)管排水在粘土心墻土石圍堰施工中的應(yīng)用

李建彬

（中國(guó)葛洲壩集團(tuán)國(guó)際工程有限公司，北京，100022）

0 引言

土石圍堰在水電站工程施工過(guò)程中應(yīng)用比較廣泛，傳統(tǒng)的土石圍堰采用的防滲結(jié)構(gòu)型式有斜墻式、灌漿帷幕式、垂直防滲墻式、斜墻帶水平鋪蓋式、灌漿帶水平鋪蓋式等。垂直防滲結(jié)構(gòu)主要采用防滲墻、高噴灌漿帷幕，防滲墻加帷幕灌漿、粘土心墻結(jié)構(gòu)，斜鋪式防滲結(jié)構(gòu)主要采用粘土斜墻。無(wú)論采用何種防滲結(jié)構(gòu)，土石圍堰的結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟(jì)、施工方便是最終目的。

針對(duì)山區(qū)小型河流，河槽調(diào)蓄能力小，河道比降大，來(lái)水量不大，且河床覆蓋層不厚（不宜大于10 m）的情況下，土石圍堰設(shè)計(jì)中采用導(dǎo)管排水，可以優(yōu)化設(shè)計(jì)斷面，有利于降低工程造價(jià)，是一個(gè)值得推廣的施工方法。

1 依托項(xiàng)目情況

1.1 工程概況

緬甸密松其培施工電源電站由大壩、發(fā)電引水系統(tǒng)和電站廠房等組成，為引水式水電站，總裝機(jī)容量為99 MW，水庫(kù)校核洪水位745.99 m，正常蓄水位740 m。永久建筑物按3級(jí)設(shè)計(jì)，臨時(shí)建筑物按5級(jí)設(shè)計(jì)。

大壩主要由左岸非溢流壩段、溢流壩段、右岸非溢流壩段組成。壩頂高程747.5 m，河床最低建基面高程692 m，最大壩高55.5 m，壩頂全長(zhǎng)234.7 m。

導(dǎo)流隧洞布置于左岸，斷面型式為城門洞形，隧洞橫斷面尺寸為4 m×5 m（寬×高），進(jìn)口底板高程713.0 m，出口底板高程705.0 m。

1.2 水文條件

該水電站壩址位于伊洛瓦底江上游干流恩梅開江一級(jí)支流其培河（Chipwi Hka）交匯區(qū)域，壩址以上控制流域面積552.3 km2，河長(zhǎng)42.1 km，比降為54‰，多年平均流量為40.1 m3/s，多年平均徑流量為12.6億m3，多年平均徑流深為2288 mm。

伊洛瓦底江流域位于亞洲西南季風(fēng)區(qū)，氣候受西南季風(fēng)支配，分屬亞熱帶和熱帶雨林氣候帶，全年分為3季：3-5月為暑季、6-10月為雨季、11-2月為涼季。該地區(qū)屬典型的山區(qū)型河流，河槽調(diào)蓄能力小，洪水過(guò)程呈現(xiàn)典型的山區(qū)洪水特性，陡漲陡落。

1.3 地質(zhì)條件

上游圍堰堰基為砂卵礫石層，厚度0～10 m，滲透系數(shù)為K=10-1～10-2cm/s，透水性強(qiáng)，需進(jìn)行防滲處理。堰基巖體微新，為堅(jiān)硬巖，完整性較好，強(qiáng)度較高，屬中等～弱透水巖體。

壩址區(qū)土料為粉質(zhì)粘土，粘粒含量21.6%，粉粒含量50.1%，天然含水率27%，塑性指數(shù)為15，壓縮系數(shù)0.2 MPa-1，內(nèi)聚力24.9 kPa，內(nèi)摩擦角23.9°，儲(chǔ)量為3萬(wàn)m3。

2 圍堰斷面形式的比選

為了充分利用當(dāng)?shù)夭牧虾烷_挖料，擬定圍堰為土石擋水圍堰，圍堰斷面型式考慮兩種，一種是粘土斜墻水平鋪蓋土石圍堰（見圖1），另一種是導(dǎo)管排水粘土心墻土石圍堰（見圖2）。

圖1 粘土斜墻水平鋪蓋斷面圖Fig.1 Cross section of the horizontal impervious blanket and in?clined clay wall

圖2 導(dǎo)管排水粘土心墻斷面圖Fig.2 Cross section of the clay core wall with pipe drainage

（1）粘土斜墻水平鋪蓋土石圍堰斷面特點(diǎn)是圍堰體型龐大、填筑量多，截水槽水下開挖困難，粘土斜墻密實(shí)度難以保證。

（2）通過(guò)對(duì)兩種圍堰斷面型式對(duì)比，采用導(dǎo)管排水粘土心墻圍堰，縮小了圍堰體型，減少約1萬(wàn)m3的圍堰填筑量，降低了施工成本。

（3）采用導(dǎo)管排水粘土心墻土石圍堰，河床滲水經(jīng)導(dǎo)管引流至圍堰下游，可避免心墻基礎(chǔ)槽挖時(shí)戧堤滲水滯留于槽內(nèi)，圍堰填筑時(shí)可以避免戧堤滲水對(duì)心墻填筑料質(zhì)量的影響，有利于保證圍堰防滲效果。

3 導(dǎo)管排水在土石圍堰的應(yīng)用

根據(jù)施工進(jìn)度安排，上游圍堰考慮枯水期擋水，導(dǎo)流洞泄流的導(dǎo)流方式。圍堰設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)按11月-4月重現(xiàn)期10年的洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)流量為167 m3/s。

3.1 圍堰斷面設(shè)計(jì)

上游圍堰頂寬取5 m，兩側(cè)邊坡均為1∶1.5，采用粘土心墻式土石圍堰。

根據(jù)導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)，洪峰流量對(duì)應(yīng)的上游堰前水位為720.7 m，堰頂高程為：上游堰前水位＋浪高＋安全超高=722.0 m。

3.2 截流戧堤斷面設(shè)計(jì)

截流戧堤按照11月份10%月平均流量40.7 m3/s標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，戧頂高程718.00 m。戧堤布置在上游圍堰上游約48 m的位置，寬7～9 m，截流戧堤與上游圍堰的相對(duì)位置見圖3。上游側(cè)采用鋼筋石籠碼砌護(hù)坡，戧堤采用石渣混合料填筑，龍口處拋填塊石料，詳見圖4。

圖3 截流戧堤與上游圍堰相對(duì)位置圖Fig.3 Relative position of the closure dike and upstream coffer?dam

圖4 截流戧堤斷面圖Fig.4 Cross section of the closure dike

3.3 導(dǎo)水涵管的設(shè)計(jì)

導(dǎo)水涵管埋設(shè)在上游圍堰底部，上游戧堤的滲流經(jīng)導(dǎo)水涵管排向下游，保證上游圍堰粘土心墻干地施工條件。截流戧堤長(zhǎng)24 m，透水系數(shù)取上限值10－1cm/s，滲水量0.24 m3/s，選擇導(dǎo)水涵管直徑為100 cm，流速按0.5 m/s考慮，過(guò)流能力達(dá)到0.393 m3/s，涵管排水能力大于滲水量。

導(dǎo)水涵管采用預(yù)制混凝土涵管，單節(jié)長(zhǎng)度為200 cm，外包彩條布及鋼筋固定，保證接頭密封。導(dǎo)管上游段封堵用3 m的原木堵塞，孔口用粘土袋密封，導(dǎo)管空腔段用細(xì)石混凝土進(jìn)行回填。

4 導(dǎo)管排水土石圍堰的施工

導(dǎo)管排水圍堰基本的施工程序?yàn)椋簩?dǎo)流洞進(jìn)口段河床疏浚→導(dǎo)流洞進(jìn)口擋水疊梁門拆除→截流戧堤填筑與鋼筋石籠碼砌→河床縱向?qū)坶_挖→上游圍堰導(dǎo)水涵管埋設(shè)→上游圍堰防滲槽體開挖→上游圍堰717 m高程以下防滲槽體粘土料鋪填→上游圍堰涵管封堵與回填混凝土→上游圍堰717 m高程以上部分堰體施工。

4.1 截流戧堤施工

（1）戧堤施工前需要對(duì)導(dǎo)流洞進(jìn)口段進(jìn)行河床疏浚，開啟導(dǎo)流洞疊梁門，便于導(dǎo)流洞過(guò)水分流。

（2）截流戧堤采用自左向右單戧立堵法。從左壩肩上游及下游圍堰儲(chǔ)料堆取料，用1.4 m3反鏟裝料、15 t自卸汽車運(yùn)輸、推土機(jī)輔助推料。當(dāng)龍口寬度達(dá)到8～10 m時(shí)改用大塊石填筑，直至戧堤全線達(dá)到設(shè)計(jì)高程。

（3）龍口合龍后在上游面拋填碎石和砂質(zhì)土，然后用鋼筋石籠對(duì)戧堤上游面進(jìn)行防護(hù)。

4.2 堰體施工

（1）截流戧堤堵漏處理、縱向?qū)坶_挖完成后進(jìn)行堰體施工。

（2）導(dǎo)水涵管鋪設(shè)前，對(duì)導(dǎo)水槽圍堰體范圍內(nèi)進(jìn)行透水層的開挖，接近不透水層后用碎石碴找平，堰體截水槽范圍內(nèi)用粘土找平，安裝排水涵管，將截流戧堤滲水引向圍堰下游。

（3）用反鏟清除心墻處的透水層，大孤石體采用鉆爆開挖的施工方法，粘土心墻槽體開挖至基巖面。

（4）開挖槽體排水。在導(dǎo)水涵管上游進(jìn)口附近開挖一個(gè)集水坑，在心墻槽體開挖低洼處布置2～3臺(tái)小型潛水泵，將透水層滲水抽排至集水坑，再通過(guò)導(dǎo)水涵管排入圍堰下游。

（5）粘土心墻按40 cm厚分層填筑碾壓，碾壓遍數(shù)按4～6遍控制，碾壓后干密度按不小于1.55 g/cm3控制，合格率大于90%。粘土心墻填筑高程超過(guò)透水層后，堰體與心墻同步上升。

（6）圍堰填筑高程到達(dá)717 m以后開始涵管上游段封堵，人工用小于涵管直徑的原木堵塞管口，再用粘土或粘土袋密封；導(dǎo)水涵管剩余空腔段回填，采用6 m3的攪拌車運(yùn)輸?shù)绞┕げ课唬琀B50混凝土泵泵送回填。

（7）堰體水上石渣料的填筑厚度按80 cm控制，采用端進(jìn)法施工。每層鋪筑完畢后用20 t振動(dòng)碾碾壓，局部邊腳采用蛙式打夯機(jī)夯實(shí)，碾壓滯后于填筑10～20 m，碾壓條帶搭接寬度控制不小于20 cm。

5 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）導(dǎo)管排水在粘土心墻土石圍堰的應(yīng)用，優(yōu)化了圍堰設(shè)計(jì)斷面，減少了圍堰填筑工程量，降低了工程造價(jià)。

（2）在導(dǎo)流洞泄流的條件下，粘土心墻底部埋設(shè)導(dǎo)水涵管，將上游圍堰戧堤滲水引至圍堰下游，減少了戧堤與堰體之間的積水，降低了圍堰截水槽開挖難度。

（3）粘土心墻圍堰施工過(guò)程中，對(duì)堰體截水槽內(nèi)少量滲水通過(guò)強(qiáng)排導(dǎo)入涵管泄流后，心墻填筑碾壓基本上能在干地施工，改善了粘土心墻填筑條件，有效控制了粘土填筑的密實(shí)度及液限指標(biāo)，保證了粘土心墻填筑的施工質(zhì)量。

6 結(jié)語(yǔ)

（1）在山區(qū)小型河流，河槽調(diào)蓄能力小，河道比降大，來(lái)水量不大，且河床覆蓋層不厚（不宜大于10 m）的情況下，粘土心墻土石圍堰設(shè)計(jì)中采用導(dǎo)管排水，可以優(yōu)化設(shè)計(jì)斷面，有利于降低工程造價(jià)，是一個(gè)值得推廣的施工方法。

（2）導(dǎo)管排水在粘土心墻土石圍堰的應(yīng)用，減少了圍堰的工程量，降低了截水槽開挖的難度，創(chuàng)造了粘土心墻干地施工的條件，提高了粘土填筑的施工質(zhì)量，降低了工程造價(jià)。

（3）考慮到導(dǎo)水涵管封堵時(shí)部分作業(yè)在水下進(jìn)行，施工安排時(shí)做好導(dǎo)管封堵材料、設(shè)備及場(chǎng)地布置工作。■