浩口水電站上下游圍堰快速施工方法研究

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(中國水利水電第十四工程局有限公司，昆明，650041)

1 工程概況

浩口水電站是一座以發(fā)電為主的中型水電樞紐工程，工程規(guī)模屬Ⅲ等中型工程，樞紐主要建筑物為3級。電站以發(fā)電為主，正常蓄水位352.0m，死水位349.0m，校核洪水位354.69m，總庫容0.89億m3，具有日調(diào)節(jié)能力。水電站裝機容量為135MW(2臺×62.5MW+1臺×10.0MW)，保證出力17.2MW，多年平均發(fā)電量4.5489億kW·h。

上游土石圍堰布置于壩軸線上游的河道內(nèi)，堰頂高程329.00m，堰頂寬度為4m，上游側(cè)坡度為1∶2.0，下游側(cè)坡度1∶5.54，截流戧堤布置在上游側(cè)，戧堤上下游側(cè)坡度均為1∶1.5。圍堰采用混凝土防滲墻+土工膜心墻的形式防滲，高程317m以下為防滲墻，317m以上為土工膜心墻，防滲墻厚度0.8m，圍堰上游坡面采用大塊石護坡，下游側(cè)305m高程以上設置0.7m厚鋼筋混凝土護面，305m高程以下為塊石排水棱體。

下游土石圍堰布置于大壩消力池下游的河道內(nèi)，堰頂高程309.00m，堰頂寬度為10m，上游側(cè)坡度為1∶1.5，下游側(cè)坡度1∶2，采用混凝土防滲墻，309m高程以下為防滲墻。

圖1 上游圍堰縱剖面

圖2 下游圍堰縱剖面

2 地質(zhì)水文情況

2.1 地質(zhì)情況

上游圍堰距壩軸線約100m，處于花溪溝溝口，該段河流流向N46°E，河床水位300m時，谷寬60m，河床底高程297.5m，一般水深2m～3m，覆蓋層深度20.0m，主要為卵礫石夾砂層，成分主要為灰?guī)r，大小一般20cm～50cm，成次棱至次圓狀，占40%～60%。鉆孔注水試驗計算成果表明，滲透系數(shù)10m/d～20m/d；下伏基巖為二疊系下統(tǒng)茅口組第三段(P1m3)含泥質(zhì)的團塊狀灰?guī)r，三會向斜核部穿過灰?guī)r。

下游圍堰河床水位300m時，谷寬70m，河床最低高程297.2m，一般水深2m～3m，覆蓋層根據(jù)上游河床鉆孔推測深28m～30m，主要為卵礫石夾砂層，成分主要為灰?guī)r，大小一般20cm～50cm，成次棱至次圓狀，占40%～60%。鉆孔ZK20注水試驗計算成果表明，滲透系數(shù)10m/d～20m/d；下伏基巖為志留系下統(tǒng)韓家店組(S2h)灰綠色粉砂質(zhì)頁巖。

2.2 壩址水位流量特征

查閱招投標文件及以往幾年的水文氣象資料，芙蓉江洪水主要由暴雨形成，年最大洪峰流量較多出現(xiàn)在6、7月份，因本流域?qū)偕絽^(qū)性河流，坡度大，匯流迅速，洪水漲落快，洪量較為集中。漲水歷時一般10h～30h，峰頂持時較短，退水可達數(shù)天，一次洪水過程約5d～10d。多年平均24h洪量約占72h洪量的56%，水位流量關(guān)系及月平均流量見圖3和表1，壩址河床水位最高在每年4月份，10年一遇的洪水水位高程在303.10m左右。

圖3 壩址水位流量關(guān)系曲線

表1 各月平均流量 單位：m3/s

3 主要施工方案調(diào)整

3.1 施工工期的調(diào)整

根據(jù)招投標文件的總進度計劃，導流洞工程于2014年12月1日開工，計劃在2015年10月底過流，隨后依次進行上下游圍堰填筑至防滲墻頂部高程(工期10d)、防滲墻混凝土的施工(工期45d)、剩余填筑的施工(工期15d)，其中防滲墻混凝土的施工為主線工期，是制約大壩基坑開挖的主要因素。為降低防滲墻混凝土施工對大壩基坑開挖工期的制約，將圍堰的施工按照結(jié)構(gòu)進一步細化，分部位施工，利用2015年年初的枯期時段完成水面以下Ⅰ期防滲墻混凝土的澆筑，于2014年12月1日進行下游圍堰右半幅的Ⅰ期防滲墻施工平臺進占工作，采用河床左右半幅分期導流的方式進行施工。

3.2 施工順序的調(diào)整

結(jié)合現(xiàn)場導流洞工程施工進度、壩址段的水位流量特征、上下游圍堰結(jié)構(gòu)等，上游圍堰防滲墻軸線位置的河床流速左緩右急、左深右淺；下游圍堰防滲墻軸線位置的河床流速右緩左急、右深左淺。對圍堰施工的順序按照導流洞過流時間和防滲墻位置流速緩急情況調(diào)整為兩個施工時段：(1)導流洞過流前，利用河床寬度分左右半幅導流，依次分半幅完成上下游圍堰水面以下防滲墻混凝土的施工；(2)導流洞過流后，利用導流洞導流，水面以上混凝土采用立模現(xiàn)澆的方式進行施工，與上下游圍堰的填筑交替上升。

4 主要施工方法

4.1 分期施工

將防滲墻混凝土按枯期水面高程分為兩期進行施工，水面以下為Ⅰ期，水面以上為Ⅱ期。其中上游圍堰Ⅰ期防滲墻頂部高程為301m，防滲墻厚度0.8m，深入基巖1m；下游圍堰Ⅰ期防滲墻左半幅頂部高程為303m，右半幅頂部高程為301m，防滲墻厚度0.6m，深入基巖1m。根據(jù)壩址段的水位流量特征，將上游圍堰Ⅰ期防滲墻施工平臺定在306m；將下游圍堰Ⅰ期防滲墻施工平臺定在304m。Ⅱ期以上采用P6015組合鋼模立模，每倉按30m×3m(長×高)的設計厚度分倉分層施工，與圍堰填筑交替上升，豎向施工縫增加橡膠止水，水平施工縫增加橡膠止水和連接鋼筋。

上下游圍堰分期施工如下：

(1)上游圍堰右半幅Ⅰ期防滲墻施工平臺進占→河床右半幅Ⅰ期防滲墻混凝土澆筑→挖除右半幅平臺至防滲墻頂→上游圍堰左半幅Ⅰ期防滲墻施工平臺進占→河床左半幅Ⅰ期防滲墻混凝土澆筑→挖除左半幅平臺至防滲墻頂→導流洞過流→下游圍堰體填筑及Ⅱ期防滲墻混凝土交替上升；

(2)下游圍堰左半幅Ⅰ期防滲墻施工平臺進占→河床左半幅Ⅰ期防滲墻混凝土澆筑→挖除左半幅平臺至防滲墻頂→下游圍堰右半幅Ⅰ期防滲墻施工平臺進占→河床右半幅Ⅰ期防滲墻混凝土澆筑→挖除左半幅平臺至防滲墻頂→導流洞過流→下游圍堰體填筑及Ⅱ期防滲墻混凝土交替上升。

4.2 Ⅰ期防滲墻混凝土施工

4.2.1 Ⅰ期防滲墻混凝土施工程序如圖4所示。

圖4 Ⅰ期防滲墻混凝土施工程序框圖

4.2.2 Ⅰ期防滲墻混凝土施工平臺填筑

上游圍堰Ⅰ期混凝土防滲墻的施工平臺高程為306m(周邊抬高至307m)，防滲墻施工平臺分左、右兩幅施工。右半幅通過右岸臨建路開始進占，進占長度為40m，往軸線上游擴寬15m，往軸線下游擴寬10m。左半幅通過6#路開始進占。軸線位置5m范圍需清理原河床的大塊石。

下游圍堰Ⅰ期混凝土防滲墻的施工平臺高程為304m(周邊抬高至305m)，防滲墻施工平臺分左、右兩幅施工。左半幅通過漫水橋開始進占，進占長度為70m，往軸線上游擴寬15m，往軸線下游擴寬10m。右半幅通過8#路開始進占。軸線位置5m范圍需清理原河床的大塊石。

4.2.3 導墻施工

待施工平臺填渣至306m/304m高程后，開始進行導墻的施工。測量放線確定導墻軸線，對附近地基進行勘測，如地基土較松散或較弱時，采取加固措施，保證導墻修筑在穩(wěn)固的地基上。導墻橫斷面為直角梯形，頂寬100cm，底寬40cm，高150cm，采用C20混凝土澆筑。兩導墻平行于防滲墻中心線修筑，形成的導墻槽的中心線與防滲墻軸線重合。導墻內(nèi)側(cè)間距比防滲墻厚度大10cm，上游防滲墻內(nèi)側(cè)間距為90cm，下游防滲墻內(nèi)側(cè)70cm。

澆筑時采用鋼模板立模，利用腳手架鋼管支撐，以防止出現(xiàn)偏移?；炷潦褂煤訛┝侠猛跈C配合澆筑，插入式振搗器振實。

導墻施工完成后，于外側(cè)填入土石料，并機械夯實。夯實土石料時，用腳手架鋼管支撐導墻，防止導墻顛覆或出現(xiàn)位移。導墻澆筑完成后，用紅土把導槽填實。

圖5 圍堰導墻剖面布置示意

4.2.4 鉆機平臺、倒?jié){平臺及排漿溝施工

在防滲墻上游側(cè)沿防滲墻軸線布置鉆機行走軌道平臺，寬7.5m。在經(jīng)過夯實的地基平臺上與防滲墻軸線方向平行埋設4道臥木，在臥木上按50cm間距鋪設枕木，2道鋼軌用軌道釘固定于枕木之上，形成鉆機行走軌道平臺。

在防滲墻下游側(cè)布置倒?jié){平臺，坡度3%，采用C20混凝土現(xiàn)場澆筑，平臺寬1.5m，厚度0.2m。

在倒?jié){平臺下游沿防滲墻軸線方向設置一縱向排漿溝，排漿溝采用人工開挖溝槽，5cm砂漿抹面。溝寬0.5m，深0.5m，坡度1%。

4.2.5 排污系統(tǒng)

在防滲墻下游側(cè)布置一個泥漿循環(huán)池系統(tǒng)，旁邊安設一臺泥漿凈化池，對槽孔抽掏出來的混合泥漿進行水土分離。施工所產(chǎn)生的棄漿經(jīng)倒?jié){平臺流入排漿溝，通過自流進入沉淀池，經(jīng)凈化系統(tǒng)分離，泥沙堆放在指定的棄渣場。

4.2.6 Ⅰ期防滲墻槽孔劃分

防滲墻鉆孔分一期槽段、二期槽段，兩序施工，槽段劃分見圖6所示。上、下游圍堰混凝土防滲墻一期槽段分段長度6.0m，包括4個主孔3個副孔；二期槽段分段長度6.0m(含接頭孔)，包括4個主孔3個副孔。每個分段按先主孔、后副孔的順序鉆鑿至設計高程。兩個相鄰的一期槽段澆筑完成24h之后，再施工中間的二期槽段。一、二期槽段采用接頭管法連接成墻。

圖6 圍堰混凝土防滲墻槽孔施工分段示意

4.3 上、下游圍堰填筑(含Ⅱ期防滲混凝土)

4.3.1 上、下游圍堰填筑施工程序

(1)上游圍堰填筑施工程序：施工準備→道路修建→截流戧堤合龍、閉氣→上游圍堰防滲墻加高到308m高程→上游圍堰同步填筑到308m→上游圍堰防滲墻檢查及處理→上游圍堰填筑到323m(防滲體同步)→堰頂混凝土澆筑→粘土草袋填筑→上游圍堰填筑完工，等待沉降期后進行護面混凝土澆筑；

(2)下游圍堰填筑施工程序：施工準備→道路修建→截流戧堤合龍、閉氣→下游圍堰防滲墻加高到308m高程→下游圍堰一期填筑到309m→下游圍堰防滲墻檢查及處理→下游圍堰二期填筑到318m→下游圍堰填筑完工。

4.3.2 上、下游圍堰填筑主要施工方法及措施

4.3.2.1 料源

夾土石渣料采用大壩、廠房開挖利用料和導流洞出口臨時存渣場料，過渡料采用河灘砂礫料加工而成，塊石護坡料在經(jīng)過試驗基礎(chǔ)上可部分選用主體工程開采的石料，不足部分從觀音臺料場開采。

4.3.2.2 施工方法及措施

堰體303m高程水下主要采用自卸汽車直接傾倒，推土機推平。

堰體303m高程水面以上填筑的主要施工方法如下：

(1)堰體填筑施工中各種堰料應平起，堰面應盡量保持均衡上升：①上游圍堰317m高程以下、下游圍堰上游面填筑順序：夾土石渣→上游過渡料→塊石護坡；②上游圍堰317m高程以下、下游圍堰下游面填筑順序：夾土石渣→排水陵體→塊石護坡；③高程317m以上上游面填筑順序：土工膜及風化料→夾土石渣→上游過渡料→塊石護坡；④高程317m以上下游面填筑順序：土工膜及風化料→夾土石渣；⑤碎石墊層待混凝土澆筑前按混凝土單元鋪筑；

(2)填筑工序：測量放線→卸料→平料→碾壓→質(zhì)檢→下一循環(huán)；

(3)測量：控制堰坡線、不同圍堰料填筑分界線及填筑層高；

(4)卸料：夾土石渣料采用進占法施工，由反鏟裝20t自卸汽車運輸至堰面，鋪料厚度初擬為1.5m左右，過渡料采用后退法施工，采用20t自卸汽車運輸，人工配合反鏟攤鋪，鋪料厚度初擬為1.5m左右；

(5)平料：過渡料、風化料采用反鏟平料，其它料采用推土機平料；

(6)灑水：夾土石渣料在碾壓前、碾壓時進行適量灑水，增加潤滑，破壞棱角，便于壓實；

(7)碾壓：過渡料、夾土石渣料采用自行式振動平碾碾壓。碾壓工藝采用進退錯距法，當兩種料齊平時，須騎縫進行碾壓。夾土石渣料與岸坡接合處用細料鋪填成弧形，便于碾壓壓實?？拷炷恋牟课?，施工時采用細料鋪填，小型碾壓機具平碾靜壓等措施，防止破壞結(jié)構(gòu)混凝土。

堰體施工參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場碾壓生產(chǎn)性試驗確定。

嚴格控制壓實參數(shù)，壓實合格后才能鋪筑下層新料。堰面施工統(tǒng)一管理、嚴密組織，保證工序銜接，分段流水作業(yè)，層次清楚和大面平整，均衡上升，減少接縫。

4.3.3 土工膜施工

4.3.3.1 復合土工膜鋪設

復合土工膜按“之”字形鋪設，兩側(cè)回填寬度為1m～3m的風化料，風化料粒徑不大于50mm。復合土工膜折皺高度及折皺角度按施工圖紙的要求控制。復合土工膜鋪設前，先清除鋪設面上的雜物和尖石，對鋪設面上的凸出及凹陷，人工配合1.0m3反鏟修整和拍實。復合土工膜鋪設時，適當放松，以適應變形，避免人為硬折和損傷。在鋪設期間，所有的復合土工膜均用沙袋或軟性重物壓住，直至噴混凝土保護層施工完畢為止，當天鋪設的復合土工膜在當天全部拼接完成。復合土工膜與基礎(chǔ)及支持層之間壓平貼緊，避免架空，清除氣泡，以保證安全。防滲墻混凝土伸入土工膜心墻內(nèi)，土工膜心墻范圍圍堰兩岸岸坡澆筑護坡混凝土，土工膜伸入護坡混凝土內(nèi)，保證形成整體防滲效果。

4.3.3.2 復合土工膜拼接

上、下游圍堰中的復合土工膜拼接方式采用粘接方式，搭接長度符合設計要求。復合土工膜接頭施工前先進行工藝試驗，試驗項目和內(nèi)容：粘接劑的比較、粘接后的抗拉強度和延伸率。拼接前對粘接面進行清掃，清除粘接面上的油污和灰塵。陰雨天在雨棚下作業(yè)，以保持粘(搭)接面干燥。在涂膠時，使其均勻布滿粘接面，不過厚、不漏涂。在粘接過程中和粘接后2h內(nèi)，粘接面不得承受任何拉力，保證粘接面不發(fā)生錯動。復合土工膜剪裁整齊，保證足夠的粘(搭)接寬度。當施工中出現(xiàn)脫空、收縮起皺及扭曲鼓包等現(xiàn)象時，將其剔除后重新進行粘接。在斜坡上搭接時，將高處的膜搭接在低處的膜面上。復合土工膜搭接好后，妥善保護，避免陽光直曬，以防受損。

4.3.4 施工排水

圍堰合龍閉氣以后，為了使主體工程能夠在干地施工，必須首先排除基坑內(nèi)積水及堰身和堰基的滲水，此為初期基坑排水。初期排水完成后，必須經(jīng)常保持基坑干燥，使主體工程在干地施工，此時準備足夠的抽水容量，進行經(jīng)常性排水。

4.3.4.1 初期基坑排水

(1)排水量計算

初期基坑排水包括基坑積水、圍堰堰身及岸坡滲水等。根據(jù)本工程截留規(guī)劃，上游圍堰龍口先于下游圍堰合龍，基坑積水可近似地用下游截流水位。

上游圍堰合龍時，下游圍堰高程為303.0m，根據(jù)實際情況，基坑面積約為10000m2，基坑內(nèi)積水約為3.50萬m3，初期排水時段為2015年10月28日～11月3日，最大排水強度為2500m3/h。

在基坑下游圍堰前布置潛水泵WQ-200型(H=20m，Q=200m3/h，37kW)5臺、WQ-300型(H=20m，Q=300m3/h，45kW)5臺和其它各式潛水泵進行抽排。

(2)基坑汛后排水及恢復

本工程在施工導流期間汛期基坑過水，基坑積水應在汛期過后進行排除，2016年汛期過后基坑排水分兩期進行，排水量計算如下：

根據(jù)工程進度計劃，2016年汛前，大壩混凝土澆筑至305.0m高程，汛后基坑內(nèi)積水約為11.2萬m3，但不需要將水全部抽排完才施工，水位適當下降，不影響模板安裝即可，采用基坑經(jīng)常性排水水泵即可。

4.3.4.2 基坑經(jīng)常性排水

經(jīng)常性排水內(nèi)容為在基坑施工期間排出圍堰內(nèi)的基礎(chǔ)滲水、施工廢水和天然降水。

(1)排水量確定

①降雨及滲水量的確定：施工期最大時段降雨及滲水約為600m3/h。

②施工棄水：冷卻用水本標設計為循環(huán)用水不予計入，施工廢水包括混凝土養(yǎng)護、沖洗及施工機械用水等。施工廢水按每小時200m3計。

③經(jīng)常性排水量：經(jīng)常性最大排水量為：600+200=800m3/h。

(2)集水井布置

基坑經(jīng)常性抽排水分別在大壩上游和下游各布設1個6m×3m×2m集水井，分別用于上、下游基坑排水。集水井的位置根據(jù)現(xiàn)場實際情況定。經(jīng)常性排水設備主要利用部分集中排水設備即可滿足經(jīng)常性抽水要求。

(3)水泵設備布置

①基坑上游集水井水泵布置：上游集水坑布置在大壩基坑上游混凝土范圍之外，布置4臺ISG125-250離心清水泵(H=63m，Q=300m3/h，45kW)和4臺ISG125-250離心清水泵(H=63m，Q=200m3/h，37kW)，水泵排水量為2000m3/h，實際排水能力約為1224m3/h，往上游圍堰外(在上游圍堰312m高程預埋φ600鋼管)進行抽排。配8臺小潛水泵(5.5kW)作為排除局部積水之用。在各個小面積積水部位設臨時小集水坑，把周圍滲水引入小集水坑，由潛水泵抽至大集水井。

②基坑下游水泵布置：下游集水坑布置在大壩與消力池交界附近(大壩混凝土范圍之外)，布置4臺ISG125-250離心清水泵(H=63m，Q=200m3/h，37kW)，往下游圍堰外進行抽排，水泵排水量為800m3/h，實際排水能力約為490m3/h，往下游圍堰外(在下游圍堰308m高程預埋φ600鋼管)進行抽排。

5 結(jié)語

本工程的圍堰快速施工方法實現(xiàn)了提前完成圍堰具備擋水條件的節(jié)點工期，提前大壩基坑開挖時間，也是實現(xiàn)浩口水電站能夠較合同工期提前半年發(fā)電的重要舉措。此施工方法的確定主要通過查閱芙蓉江流域水文氣象資料，結(jié)合現(xiàn)場壩址位置實際原始地形地貌、河流的緩急和深淺、上下游圍堰結(jié)構(gòu)等方面綜合考慮，在實踐過程中也證明了該方法適合浩口水電站施工的特點，此快速施工方法主要目的是降低上下游圍堰防滲墻混凝土施工對大壩基坑開挖項目的制約和加快圍堰填筑與防滲墻混凝土的工序轉(zhuǎn)換，主要有以下兩個特點：

(1)對工期的調(diào)整；最大化合理利用芙蓉江流域的枯期施工期，提前完成水面以下防滲墻混凝土的施工，為圍堰的施工爭取到更多的時間；

(2)對施工順序的調(diào)整；將防滲墻混凝土分為兩期進行施工，同時將圍堰填筑與Ⅱ期混凝土同步交叉進行施工，節(jié)約工序轉(zhuǎn)換時間，實現(xiàn)圍堰提前完成的目標。