淺談塔勒德薩依水電站圍堰選型及施工

劉 華，牟小玲

眾所周知，大多數工程的圍堰填筑均在枯水期進行，以利于圍堰填筑及方便施工，汛期進行基坑開挖及混凝土澆筑施工，可以保證工程全年施工，節約工期，提前發電以創造效益。而新疆塔勒德薩依水電站于2010年3月30日開工，其基坑開挖及圍堰填筑均在汛期進行，圍堰填筑難度非常大。如何按時完成圍堰填筑，保證汛期基坑安全成為工程的一個難點。

1 工程概況

塔勒德薩依水電站裝機容量為80 MW，引水設計流量140 m3/s，冬季最小流量9.75 m3/s，引水渠全長7.4 km;保證出力5.26 MW，裝機年利用小時數為3 500 h，多年平均發電量2.8億kW·h。塔勒德薩依水電站為Ⅲ等中型工程，其中攔河樞紐、引水渠、輸水隧洞、前池及壓力管道、廠房、排洪及交叉建筑物為3級建筑物;泄水陡坡、尾水渠為4級建筑物。水工建筑物抗震設防烈度為8度。

塔勒德薩依水電站承擔的主要任務為發電，主要建筑物由攔河引水樞紐、引水渠、輸水隧洞、壓力前池、泄水陡坡、壓力管道、廠房、尾水渠及渠系建筑物等組成。

2 導流方式

根據工程特點，廠房施工采用填筑圍堰、束窄河道進行導流。

3 圍堰填筑方案的選定

3.1 原設計圍堰方案

根據投標方案，圍堰采用全年圍堰(使用時段為2010年3月～2011年11月)，圍堰占用小部分河道。圍堰采用高噴防滲墻+土工膜防滲的土石圍堰結構形式。廠房施工圍堰擋水標準為10年一遇洪水，流量Q=633.6 m3/s，相應河床水位高程1 711.66 m;確定圍堰頂高程為:上游段1 713.5 m，下游段1 713 m，中間段高程過渡連接，堰頂寬度為4.5 m，長度約為200 m。圍堰迎水面邊坡坡度為1∶2，背水面邊坡坡度為1∶1.5，迎水面采用鋼筋籠大塊石護坡。圍堰堰體采用高噴防滲墻+土工膜防滲。為保護施工期土工膜不被破壞，土工膜周圍采用細料保護層。根據施工進度安排，圍堰高噴施工安排在2010年4～5月，高噴平臺設計按10月～次年5月5年一遇洪水454.5 m3/s，相應廠址水位為高程 1 711.3 m。考慮安全超高，高噴平臺高程定為1 711.8 m。

新疆伊犁地區氣候復雜，雖然在4、5月份雨水較少，但由于其天氣較好，流域內山上積雪紛紛溶化，均匯入喀什河，使得其河水流量比汛期流量還大，而擬填筑的圍堰剛好在主河床內，采用普通砂礫料等填筑圍堰根本無法實行，只有拋填大塊石結合鋼筋籠、棱體(混凝土制品)等才能進行圍堰填筑。但采用該方法，圍堰防滲又成為一個難題，必須采取高噴防滲墻的方案進行防滲。由于其基礎為大塊石及棱體等，高噴防滲墻效果并不明顯，仍可能出現大量滲水，屆時，其抽水費用將成為一筆不小的數目，圍堰的功能發揮并不大。

3.2 圍堰軸線的重新選定

在廠房開挖過程中，發現1 707 m高程以下均為泥巖，其防滲效果非常好，但遇水后易軟化。通過對現場進行勘察，發現原河堤經常年水流沖刷等非常結實，完全可以作為圍堰擋水;同時，結合廠房平面布置圖，原圍堰方案又保證了尾水反坡及邊墻的澆筑，如果將圍堰移至河堤部位，則將占用部分尾水反坡及邊墻位置，但此并不是工程的關鍵，完全可以在枯水期填筑枯期圍堰。通過對工期及工程本身進行分析，決定將圍堰軸線內移至原河堤上(圖1)。新選定的圍堰軸線方案分為一期、二期導流。一期圍堰為全年圍堰，使用時段為2010年5月～2011年10月，此段時間施工廠房及尾水未被占用的部分。二期圍堰為枯期圍堰，使用時段僅一個月(2011年10～11月)，此段時間施工一期圍堰占用的尾水底板及邊墻。

3.3 兩種圍堰方案的對比

圖1 一期、二期圍堰布置平面圖

原圍堰設計方案需花費大量人力、物力在河道中進行圍堰填筑施工，雖然為枯水期填筑圍堰，但其冰水融水的來水相當大，不亞于在汛期填筑圍堰，其難度可想而知，同時在花費大量的人力物力后，圍堰質量也得不到保證，存大較大風險。

新選定的圍堰方案雖然分為兩次施工(一、二期圍堰的填筑及拆除)，但施工形式簡單，所用資源較少，同時圍堰的質量有保證，能充分保證基坑安全，相比原方案，不但節約了大量人力物力，又能保證正常施工，不影響正常工期，方案優勢不言而喻。

4 圍堰施工方案

4.1 導流方式及標準

一期圍堰利用原河堤，預留巖坎加土石圍堰擋水;二期圍堰采用土石圍堰擋水束窄主河道過流。

廠房一期圍堰的設計洪水標準為10年一遇洪水(P=10%)，導流設計流量Q=633.6 m3/s。

二期圍堰的設計洪水標準為枯水期5年一遇洪水，導流設計流量Q=66.9 m3/s。

一期導流圍堰為全年圍堰，需滿足廠房開挖、混凝土澆筑及金屬結構安裝等工程施工，經歷兩個汛期和一個枯水期，汛期圍堰安全是本工程的重點。

二期導流圍堰為枯水期圍堰，需滿足尾水反坡混凝土澆筑施工。

4.2 圍堰設計

根據水位觀察，喀什河水流量非常大，不利于圍堰填筑。同時根據技術、安全及經濟分析比較，取消了原設計的全斷面進占汛期圍堰。通過現場考察，原河堤結構穩定，可直接作為圍堰，其侵占部分尾水反坡段結構物，從施工總進度計劃及已收到的圖紙看，尾水反坡僅有底板和部分邊墻留待枯水期施工，并不影響整個工程工期。枯水期喀什河水流量非常小，僅施工枯水期圍堰即可。

圍堰分兩期導流。

導流建筑物采用廠房開挖砂礫料填筑，心墻采用廠房或引水渠道開挖出的砂礫料。

一期圍堰為全年圍堰。圍堰擋水標準為全年10年一遇洪水，導流設計流量 Q=663.6 m3/s時，相應河床上水位高程為1 711.8 m左右，上游堰頂高程為1 713.5 m，下游堰頂高程為1 713 m。圍堰軸線長142.46 m，堰頂寬4.5 m，迎水面邊坡為自然坡比，背水側邊坡為1∶1.5。圍堰堰基采用黏土截水槽防滲，堰體采用黏土心墻防滲。為防止施工期河床水流對堰體的沖刷破壞，在堰體迎水面側鋪設鉛絲石籠及加鋪草袋進行防護(圖2)。

圖2 一期圍堰結構圖(單位:cm)

二期圍堰為枯期圍堰。圍堰擋水標準為枯水期5年一遇洪水，導流設計流量Q=66.9 m3/s時，相應水位高程為1 709.6 m左右，圍堰上游堰頂高程設為1 711 m，圍堰下游堰頂高程設為1 711 m。圍堰軸線長192.46 m，堰頂寬4.5 m，迎水面邊坡為1∶2，背水側邊坡為1∶1.5。圍堰填筑完成后，根據滲水情況確定是否采取防滲方案，圍堰防滲為堰基采用黏土截水槽防滲，堰體采用黏土心墻防滲(圖3)。

措施圍堰為汛期圍堰，圍堰堰頂寬4.5 m，邊坡坡度均為1∶1左右。

圖3 二期圍堰結構圖(單位:cm)

子堰在汛期時根據施工實際情況確定是否實施，子堰采用編織袋內裝黃土施工，子堰高1.5 m，頂寬 50 cm，兩側坡比為1∶0.75。

4.3 圍堰施工

4.3.1 施工中的難點

(1)圍堰的防滲處理。

圍堰建筑在砂礫石地基上，具有強透水性，雖其下部基礎已沉陷密實，但在基坑排水完成后產生了堰體內外水位壓力差，極有可能出現管涌等現象，對堰體穩定極為不利，故施工期圍堰防滲處理的好壞直接影響到基坑的施工安全。

(2)一期圍堰與原河堤結合處理。

一期圍堰座落于原河堤之上，與原河堤之間形成一道通縫，該通縫防滲問題是一期圍堰處理的關鍵所在。

(3)圍堰下游段水流回旋造成的淘刷影響。

在圍堰下游0+110～0+142.46段由于河道突然變寬，在圍堰轉角位置會出現水流回旋現象，掏刷圍堰。在此段必須加強圍堰堰體的防護工作，以確保圍堰安全。

4.3.2 圍堰施工

(1)料源。

主要物料來源:

砂礫料:主要從5#渣場回采利用。

防滲土料:引水渠道開挖出的黃土(或廠房強風化泥巖)，主要從4#渣場(5#渣場)回采利用。

鉛絲石籠塊石:從5#渣場渣料及沿河砂卵石中選取。

大塊石:從5#渣場渣料及河床中選取。

(2)施工程序。

表層腐植土清理→黏土截水槽施工→堰體砂礫料和防滲土料填筑→碾壓→堰體填筑到設計高程(塊石護腳同步進行)。

(3)表層腐植土的清理。

首先采用反鏟配合自卸汽車將原河堤腐植土清理干凈，并運至5#渣場分類堆放。河堤清理必須清至砂礫石層，以確保新填筑料與下層結合緊密，堰體整體穩定。

由于原河堤不能完成碾壓夯實，故在原河堤預留寬度為8 m，以避免預留過薄而造成堰體基礎不穩定。

(4)截水槽施工。

采用反鏟開挖一底寬1.5 m的深截水槽，截水槽必須挖至泥巖強風化層，以保證防滲效果。截水槽開挖過程中，由于深度較大，寬度較窄，槽內兩側易發生垮塌，故應開挖一段，回填一段黏土防滲材料，并用反鏟拍實，使黏土密實，達到防滲效果。

(5)圍堰填筑。

在截水槽施工完成后即進行堰體填筑施工。

堰體與防滲土料心墻同步施工，砂礫料采用細料(或砂卵石料)分層鋪填，防滲心墻每層鋪料厚度為0.3 m(填筑前，清除截水槽上的保護材料，露出黏土，采取刨毛措施后進行防滲體填筑)，采用進占法填筑，砂料混合料每層鋪料厚0.6 m，鋪料時不得發生粗顆粒集中現象，應力求做到粗細顆粒級配均勻，靠近岸邊地帶應以細料鋪填，以防出現架空現象。防滲土料與岸坡接觸部分在填筑前應涂濃泥漿，并應保持濕潤狀態;采用TY220推土機平料，18 t自行式振動碾振壓5～7遍，振動碾的行駛方向應平行于堰軸線方向;對于靠岸邊碾壓不到的地方，可以順坡方向行駛，同時采用HZR70振動平板夯輔助夯實，最后利用日立230型液壓反鏟修坡。

(6)堰體的防護。

在堰體臨河側底部拋填大塊石進行護腳，防止河水底部涌流掏刷坡腳。

在常水位線部位，采用鉛絲石籠護坡，鉛絲石籠塊石料從開挖棄料中由人工選取，不足部分從岸邊河灘砂卵石料中選取，鉛絲籠在加工廠提前編織加工，石料利用20 t自卸汽車運至現場，人工裝籠，籠與籠之間采用8#鉛絲綁扎成一整體，施工結束后清理施工場面，保證水流暢通。

4.3.3 圍堰與岸坡接頭處的防滲處理

截水槽開挖至岸坡內不少于2 m，同時黏土心墻隨填筑同步跟進，深入岸坡不少于2 m，以延長滲徑，達到防滲要求。

4.3.4 圍堰的防滲措施

一期圍堰為全年圍堰，二期圍堰為枯水期圍堰。二期圍堰使用時段為1個月左右，時間較短，采用強排水方式，除截水槽及黏土心墻外，不考慮其它防滲措施。一期圍堰使用時段為2010年6月～2011年10月，時段較長，需采取其它防滲措施。

針對一期圍堰，擬采取設置措施圍堰，措施圍堰頂寬4.5 m，坡比1∶1左右，堰頂高程與一期圍堰同高，設置措施圍堰主要有兩方面作用:

(1)截水防滲，緩解基坑排水壓力。

在措施圍堰與一期圍堰之間，開挖3～4處截水井，井深5 m左右，直徑50 cm，采用預制涵管作為井壁，井壁鉆梅花型孔，間排距50 cm，每座井內放置一臺 4″(1″=2.54 cm)污水泵排水。

(2)防洪度汛，保證基坑安全。

喀什河水文條件較為復雜，由于唐布拉上游常年積雪，雨季溫度較高，融雪水較多，導致河內水量較大，如遇暴雨天氣，河水猛漲，極有可能發生超標洪水而淹沒基坑。設置措施圍堰，可在超標洪水發生時采用大型水泵進行強排水，為基坑設備轉移和防護提供保障時間，將損失降到最低程度。

5 結語

通過對工程施工順序及關鍵線路進行分析，調整了圍堰軸線位置，比原設計方案節約資金90多萬元，同時，在圍堰填筑極其不利的情況下，完成了圍堰填筑施工，保證了基坑完整，同時也保證了關鍵線路工程的施工順利進行，為類似工程的施工提供了有效的借鑒經驗。