淺談金銀臺水電站二期圍堰施工

鄭勁遠，蒲紅枚

(中國水利水電第五工程局有限公司第二分局，四川成都 610225)

1 工程概況

金銀臺航電樞紐工程位于四川省閬中市河溪鎮境內的嘉陵江干流上，是嘉陵江干流規劃十六級電站中的第五個梯級。金銀臺航電樞紐工程為航電結合的綜合利用工程，具有日調節能力的水庫。工程由發電廠房、泄洪閘、沖沙閘、擋水壩及船閘等組成，電站總裝機容量為3×40萬kW。

2 導流標準

金銀臺航電工程主要建筑物等級為Ⅲ級，其導流建筑物為Ⅴ級，根據嘉陵江的洪水及水文資料及其特點，圍堰均采用枯水圍堰，擋水標準均采用10年一遇枯期(11月～翌年4月)洪水(P=10%)，相應導流設計流量為2 010 m3/s。

3 導流程序

一枯是在左岸灘地完成導流明渠施工。二枯為導流明渠過水，主河道截流在一期圍堰維護下完成右岸擋水壩、廠房及6#～14#孔泄洪沖沙閘的施工。三枯為6#～14#孔泄洪閘過水，在明渠二期圍堰的維護下，進行二期1#～5#孔泄洪閘和左岸擋水壩段施工，但要在汛前拆除下游圍堰，并利用上游圍堰擋水發電。同時，在汛期完成1#～5#閘頂啟閉機排架施工，上游圍堰需滿足過水要求。工程于2005年10月底竣工并拆除圍堰。

4 二期圍堰前期結構設計

4.1 二期圍堰結構方案的選擇

二期圍堰上游圍堰段長98 m，下游圍堰共長193 m。二期上、下游圍堰均為土石圍堰，圍堰基礎為原導流明渠基巖面，其高程分別為334 m和333 m，計劃堰體采用黏土斜墻防滲。

4.2 圍堰堰頂高程的確定

根據設計圖紙，枯期洪水(P=10%，θ=2 010 m3/s)對應的二期圍堰上、下游水位分別為高程339.96 m和339.5 m。因需利用二期圍堰擋水發電，保證一臺機組最低發電水位為高程342 m，擬定二期上、下游圍堰安全超高分別為1 m、0.5 m，最終確定二期上、下游圍堰堰頂高程分別為343 m和340 m。

4.3 截流及壩頂寬度、堰體邊坡的確定

由于二期圍堰處于原一枯已施工完畢的導流明渠內，而原導流明渠開挖前絕大部分地域為河道漫灘。枯期時，漫灘大多不過流，高程在336 m以上(開挖后底板高程為333 m)，并且地處河道轉彎的內側，遠離主河道。經計算，截流時龍口最大流速小于1.5 m/s。為避免基坑淤積，截流在下游圍堰進行。為滿足截流要求，下游圍堰堰頂寬度為9 m;上游圍堰堰頂無交通要求，圍堰頂寬為6 m。根據《水工設計手冊》第四冊、《土石壩》中相關內容并經理論計算，在保證堰體穩定、安全的前提下，確定堰體邊坡采用1∶1.5，均質黏土斜墻坡比采用 1∶2.5。

上游圍堰承擔擋水發電和可能過水的任務，因此，上游圍堰形成后，需進行防護(擬采用鐵絲竹籠防護)。圍堰結構形式見圖1。

4.4 防滲設計

二期圍堰擬采用黏土斜墻防滲;細部著重對圍堰與左岸岸坡和一期縱向導墻接觸處進行防滲處理。

圖1 二期圍堰結構圖

5 施工階段所遇困難及分析

5.1 施工階段所遇困難

現場實際料源情況如下:基坑上游料場存料為船閘開挖時堆存的少量壤土，其余均為第⑥層砂巖，存放期已超過一年。從地質資料上反映，第⑥層砂巖黏土巖強度低，易風化崩解，從現場實際情況看，風化情況較嚴重，但直徑在30～50 cm以下塊體較多，并有部分超徑大塊;此外，料場周邊已征用耕地有少量覆蓋壤土，僅有30～50 cm厚，數量十分有限。

基坑下游料場堆存料除部分為下引航道開挖所得輕砂壤土外，與上游情況基本相同;經取樣檢測表明直徑小于5 mm的細粒含量占33.2%，主要成分為黏性土。

經初步估算，上下游圍堰防滲斜墻黏土需求量共約12 000 m3，而施工區域及周邊范圍黏土儲量較少，無法滿足施工需求。

5.2 現場情況分析

根據現場的實際情況，若仍采用黏土斜墻防滲，黏土料源問題將很難解決，根據對料源以及上下游圍堰的布置情況進行分析后認為:導流明渠基礎面為較平整的巖石面，上下游圍堰底板高程分別為334 m和333 m，枯期正常情況下水面高程約337 m，最大高差為4 m，截流時段流速不會太大。料場存料為第⑥層砂巖黏土巖，風化后，剔除大塊超徑石(塊度大于50 cm以上)后，級配情況較好;若在施工過程中能避免粗細料的分離，采用此料填筑堰體應可以滿足堰體防滲要求，而無需做黏土防滲斜墻。

6 現場施工方案

6.1 確定圍堰進占高程

將汽車進料高程控制在水面上1 m(約338 m高程)，D85推土機送料高程根據水面漲、落情況控制在高于水面0.4～0.5 m范圍。

6.2 采用分段、分料、分層逐步進占

分料:將料場之料分為三類:一類是適當加大含水量后的砂質黏土巖風化料，卸料和推運時，料中塊體不發生分離;第二類，自然含水量的砂質黏土巖料，粗細料可能分離;第三類，自然含水量的砂巖風化料。

分段:圍堰進占時，先采用第一類料(入水)填筑，因該料含水量較大，汽車不能直接卸料就位，需D85推土機推送，分段長度以D85推土機現場安全推運距離而定。

分層:在D85推土機完成推運后，采用第二類料壓頂，必要時采用第三類料，以保證汽車能正常行進即可，并確保濕料能將干料完全包裹、圍堰堰體不至出現‘透水層’。施工程序見圖2。

圖2 施工程序圖

6.3 圍堰分區

圍堰與岸坡及縱向導墻接觸部位較多，加之上游圍堰段沿江填筑的道路可能出現涌水通道，因此，采用黏土料對上述區域作重點防滲處理。

6.4 各防滲區域的處理方式

上游沿江道路采用耕地覆蓋壤土作斜墻防滲，切斷道路下部的滲水通道，斜墻頂寬不少于5 m。圍堰靠近縱向導墻部位的三角體采用船閘開挖時堆存的混合壤土。圍堰與預裂岸坡連接部位采用輕壤土和雨后施工道路路面清理所堆存的混合雜料。龍口截流后，采用第一類料補填外圍。

6.5 圍堰加高及加寬

在圍堰完成338 m高程以下部位施工后，基坑開始排水并對圍堰進行加高，采用分層分時段加高。

分層:為保證圍堰體加高時堰體自身能防滲，分層厚度控制在0.4～0.6 m范圍內。采用第二類料，汽車倒退卸料后，D85推土機鋪料、整平、壓實。

分時段:當圍堰加高至高程339.5 m后，此時圍堰已高出水面約2 m。因圍堰施工是在枯期進行，短時間內無安全隱患，故暫停了加高工作，從而為圍堰提供了一個自然沉降的時間。15 d后，圍堰進行第二次分層加高至342 m防護高程，同時沿基坑內側進行上游圍堰的加寬施工，蓄水發電前加高至高程343 m并完成上游圍堰表層竹籠護坡施工。

7 二期圍堰的施工效果

二期圍堰從2004年10月26日開始施工，至11月2日完成，11月3日開始排水并完成首次加高，11月5日完成基坑排水，11月9日完成清淤，基坑內開始正常施工。

7.1 二期圍堰的防滲效果

基坑排水后，經檢查圍堰滲水情況后發現上游岸坡有巖石裂隙，但滲水較小，其它部位無明顯滲水，上游基坑主要排除來自左岸生活區的生活用水。下游基坑主要排除原一期圍堰保留段底部沿基巖面有少量滲水，基坑內滲水總量約580 m3/d，圍堰實際防滲效果比原預測的好(原預測滲流量約1 100 m3/d)，該情況表明二期圍堰施工非常成功。

7.2 施工完畢的圍堰體型結構

由于圍堰填筑料中第一類料含水量大，在上部荷載作用下，水下部位填筑料位移較大，基坑排水后發現高程339 m以下邊坡比約為1∶3～1∶4，個別部位有擠壓較遠的泥石，厚度均在1 m以下。圍堰施工完畢的體型結構見圖3。

圖3 圍堰施工完畢后體型結構圖

8 結語

二期圍堰施工非常成功，不僅解決了施工現場沒有黏土防滲料的困難，取消了黏土防滲斜墻;更重要的是在保證圍堰自身穩定的前提下，通過堰體自身防滲，從而避免了在高水頭情況下，黏土斜墻容易出現邊坡滑移造成堰體頂部防滲體下滑，導致堰體上部滲水而無法滿足擋水發電和難以補救的問題。同時，也說明了只要選用含水量合適的、開挖后堆存的第⑥層砂質黏土巖，并且在施工中能避免粗、細料分離，第⑥層砂質黏土巖完全可以作為均質圍堰的填筑料，從而為今后嘉陵江流域內圍堰結構設計和施工提供了寶貴的經驗。