毛爾蓋水電站大壩上游圍堰岸坡防滲體系優化

葉沙鋒, 剛永才, 孔祥波

(中國水利水電第五工程局有限公司 第三分局,四川成都 610225)

1 工程概述

毛爾蓋水電站位于四川省阿壩藏族羌族自治州黑水縣境內黑水河中游紅巖鄉至俄石壩河段,是黑水河流域水電規劃二庫五級方案開發的第 3個梯級電站,為大(2)型混合式單一發電工程,電站總裝機容量 3×140 M W。首部樞紐由擋水建筑物、溢洪道、放空洞組成。攔河大壩采用礫石土直心墻堆石壩,大壩壩頂高程為 2 138 m,壩頂寬12 m,最大壩高為 147 m。

2 原圍堰結構形式及防滲體系

大壩上游圍堰軸線平行于壩軸線,與水流方向基本垂直,為土工膜覆面斜墻圍堰,堰體與大壩相結合作為永久建筑物的一部分。堰頂高程為2 036 m,最大堰高約 43 m,堰頂寬 10 m,迎水面邊坡 1∶2.5,背水面邊坡 1∶1.75;堰基采用懸掛式混凝土防滲墻防滲,防滲墻頂高程 2 000.5 m,最大深度 40 m,厚 0.8 m;堰體采用復合土工膜斜墻防滲。岸坡防滲采用雙排固結灌漿接單排帷幕灌漿防滲,淺層固結灌漿深 5 m,帷幕灌漿最低高程為 1 955 m,堰頂左、右岸 2 036 m高程設帷幕灌漿廊道,灌漿廊道長度分別為 32.84 m、37.5 m。

原上游圍堰結構形式見圖 1,防滲體系見圖 2。

圖 1 上游圍堰結構形式圖

3 優化方案的提出及可行性分析

3.1 圍堰施工中存在的問題

受“5.12”地震影響,毛爾蓋大壩工程開工不足 1月即被迫停工,在經歷了近 2個月的停工后,大壩工程于 2008年 7月底才逐漸恢復正常施工,復工后大壩工程施工又多次受強余震影響,上游圍堰相關項目施工一直不能正常開展,給現場施工帶來嚴重困難。

(1)工期緊張。

圖 2 上游圍堰防滲剖面圖

原計劃于 2008年 9月開始施工的上游圍堰岸坡底座混凝土和左、右岸灌漿平洞直到 2009年1月才具備施工條件,已無法按原計劃完成上游圍堰施工。

(2)混凝土底座施工難度大。

受上游圍堰兩岸谷坡陡峻的地形條件限制,4 m寬的混凝土底座基礎無法使用大型機具開挖成型,只能采用人工撬挖的方式,隨圍堰填筑進程分層進行開挖,施工難度大、工期長,對圍堰填筑影響較大。

(3)岸坡灌漿施工難度大。

由于地形條件的原因,兩岸帷幕灌漿施工邊坡高,部分地方超過 35 m,施工機具只能通過搭設施工平臺才能進入施工面,施工難度大。同時,固結灌漿和帷幕灌漿施工面與混凝土底座基礎施工面重合,占用圍堰填筑部分施工面,三者在岸坡處形成交叉施工,相互干擾大。

(4)灌漿平洞施工困難。

上游圍堰堰頂 2 136 m高程左右岸各設置有1個帷幕灌漿平洞,其中左岸灌漿平洞長 32.84 m,右岸灌漿平洞長 38 m。結合實際地形,平洞開口位置地勢陡峻,平洞底板與坡腳高差為 36 m,洞臉處超過 40 m。受地形限制和其他標段的影響,無法修建施工臨時便道進行平洞施工,平洞施工只能通過搭設施工平臺才能進行施工;同時,由于無法設置施工便道,施工機械設備無法進入施工面,只能采用人工施工的方式進行,整個平洞施工難度極大、工期特別緊張。

上述問題的出現,使得上游圍堰施工已不可能按原計劃完成,從而直接影響到整個大壩 2009年的安全度汛。

3.2 岸坡防滲體優化可行性分析

為了解決施工中遇到的難題,提出了簡化或取消岸坡防滲體的方案。

經分析得知:上游圍堰擋水期為 2009年 5～9月,實際擋水期為 5個月,圍堰擋水的實際時間相對較短。在對開挖后揭露的地質情況進行分析后得知,巖質岸坡發生管涌等滲透性破壞的可能性較小,抗滲穩定性較好,但是兩岸岸坡卸荷作用較強,左岸平行岸坡的卸荷裂隙較發育,強卸荷巖體具有強透水性的特點,通過岸坡繞滲方式進入基坑的滲流量將增加。優化后的岸坡繞滲流量見表 1。

表 1 圍堰岸坡體系優化后滲流量分析表

根據施工組織設計分析,圍堰擋水期間,基坑設計最大經常性排水強度為 200 m3/h,排水量較小,排水以 7臺清水泵為主,輔助 3臺污水泵間斷抽水即可滿足施工期排水要求。結合上游圍堰擋水時間短的特點,岸坡防滲體系簡化后,通過岸坡繞滲方式進入基坑的滲流量將大幅增加,對此,擬采取將原設計的 7臺清水泵取消,改用4臺 I S 150-125-250泵(1臺備用)抽水,每小時排水強度最大可達 800 m3/h,另輔助 3臺污水泵間斷抽水即能滿足岸坡防滲體系優化后的基坑排水強度,并在排水坑周圍設置了反濾層,避免了強排水帶走細顆粒而形成管涌。

基于上述分析,通過采取增大排水強度的措施,可以消除防滲體系簡化后帶來的滲流增大風險,不但能夠節省大量工期、降低施工難度和干擾,而且對毛爾蓋大壩施工產生了極大的促進作用。

3.3 岸坡防滲體優化方案

2009年安全度汛的岸坡防滲體系優化方案如下:

(1)取消左右岸灌漿平洞施工及堰肩帷幕灌漿,保留防滲墻下的帷幕灌漿;

(2)左右岸底座混凝土部位向岸坡內開挖1.5 m,然后澆筑厚 1 m、寬 1.5 m的底座混凝土,并在其底部和側面分別布置 φ 22、L=3.5 m的錨筋,將剝離土工布后的土工膜深入混凝土 1 m,距離混凝土底部 0.3 m;并在混凝土底部布置一排12 m深的固結灌漿,取消帷幕灌漿;

(3)在圍堰填筑的同時,對圍堰下游壩坡 20～30 m范圍內進行培厚填筑,并在施工時控制好壩料與岸坡接觸部位的清理和壩料的壓實;

(4)改用 4臺 I S 150-125-250泵(1臺備用)替代抽水,每小時排水強度由 200 m3/h增大至 800 m3/h,另輔助 3臺污水泵間斷抽水即能滿足岸坡防滲體系優化后的基坑排水強度。在排水坑周圍設置反濾層,避免強排水帶走細顆粒而形成管涌。

優化后的上游圍堰防滲結構形式見圖 3。

圖 3 優化后的上游圍堰防滲剖面圖

4 實施效果

圍堰優化后,施工項目減少,圍堰填筑、岸坡錨固槽施工難度和施工干擾大幅度降低,現場組織順暢,施工進度明顯得到提升。2009年 5月 10日,上游圍堰迎水面防滲施工至 2 036 m高程,上游圍堰施工全部完成,使得原本受“5.12”地震影響工期滯后嚴重的毛爾蓋水電站上游圍堰提前10 d完成 2009年安全度汛目標。

同時,后續基坑排水期間,受岸坡防滲體系優化影響,通過岸坡繞滲方式進入基坑的滲流量大幅增加至 500 m3/h,在按優化方案采用 4臺I S 150-125-250泵(1臺備用)實施強排水后,排水效果明顯,施工排水強度滿足基坑排水強度要求。

5 方案優化前后比較

5.1 工程量比較

優化前后的圍堰方案比較情況見表 2。

從表 2可以看出,優化后的圍堰方案減少了岸坡防滲體系相應的工程量,降低了施工難度,直接節約投資 290余萬元。

5.2 工期比較

優化前后的工期比較情況見表 3。

5.3 施工質量及安全風險比較

圍堰防滲體系優化后工期提前,安全度訊風險消除。采取了在集水井部位設置反濾層的施工措施,杜絕了細顆粒被抽走形成管涌的潛在隱患, 并加強了填筑質量管控,經檢測,各種施工質量滿足設計及規范要求。

表 2 優化前后工程量對比表

表 3 優化前后工期對比表

6 經濟效益分析

上游圍堰防滲體系的成功實施,直接為業主節約投資 290余萬元。同時,由于工期提前,先后四次獲得業主給予的節點目標獎勵,實現了業主與施工單位雙贏。井周邊設置反濾措施,杜絕了因基坑抽水帶走細顆粒形成管涌的隱患,確保了施工質量,直接追回地震影響工期 2個月,并提前 10 d完成毛爾蓋大壩 2009年安全度汛目標,為毛爾蓋大壩填筑開創了良好的施工局面。