克孜勒塔斯水電站粘土心墻圍堰施工淺析

【摘要】本文詳細(xì)介紹了克孜勒塔斯水電站粘土心墻圍堰防滲施工方案，重點(diǎn)分析了施工導(dǎo)流、粘土心墻圍堰防滲、填筑及拆除等施工方法，為類(lèi)似工程施工提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】粘土心墻；圍堰拆除；施工方法

1、工程概況

克孜勒塔斯水電站工程位于新疆阿勒泰地區(qū)布爾津縣境內(nèi)，地理位置：東經(jīng)87°11′10″～87°12′5″，北緯47°52′42″～47°52′16″。克孜勒塔斯水電站主要任務(wù)為發(fā)電，電站總裝機(jī)4×6.25MW，主要建筑由溢流堰、泄洪沖沙閘、魚(yú)道、廠房組成。總體布置自右岸至左岸依次為：溢流堰、泄洪沖沙閘、堆石重力壩、廠房、魚(yú)道、土工膜斜墻壩。

克孜勒塔斯水電站工程為小（1）型Ⅳ等工程，主要建筑物為4級(jí)，克孜勒塔斯水電站按Ⅶ度地震設(shè)防。一期圍堰采用5年一遇枯水期（9月～次年4月）洪水標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)洪峰流量Q=324m3/s。對(duì)應(yīng)的上游水位為561.38m，下游水位為559.85m。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙所表示，上游圍堰高程取562.5m，下游圍堰堰頂高561.05m，圍堰堰頂縱坡為i=0.008。

一期圍堰擋水時(shí)段為2012年9月至2013年4月，在一期圍堰的保護(hù)下進(jìn)行左岸廠房、泄洪沖沙閘、二期混凝土縱向圍堰、溢流堰（0+000～0+020段）以及相應(yīng)的下游消能防沖結(jié)構(gòu)的土石方及混凝土工程的施工。

2、施工導(dǎo)流方案

根據(jù)目前現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)單位將一期圍堰進(jìn)行了如下調(diào)整：

（1）待二期混凝土縱向圍堰施工完畢后，將一期上游圍堰以及一期下游圍堰與二期縱向混凝土圍堰連接，形成封閉，對(duì)一期基坑進(jìn)行防護(hù)。

（2）一期上游圍堰加高至568.0m高程，一期下游圍堰加高至565.5～562.5m高程。

（3）拆除一期縱向圍堰以及部分一期上、下游圍堰。

調(diào)整后一期圍堰導(dǎo)流時(shí)段為2013年5月至2013年9月，導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)為5年一遇全年洪水，相應(yīng)洪水流量1272m3/s。

3、一期圍堰施工

一期上下游橫向堰接左岸坡，一期圍堰軸線大部分位于河床內(nèi)，左岸為Ⅱ級(jí)階地，階坎高7～8m，上部為第四系上更新統(tǒng)沖積（Q3al）砂卵礫石層，河床砂卵礫石層厚2.0～3.0m，為強(qiáng)透水層。該工程圍堰基礎(chǔ)防滲具有地質(zhì)條件復(fù)雜，防滲要求高，施工工期要求短等特點(diǎn)，經(jīng)與建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位共同研究，初步方案是采用控制性帷幕灌漿，在完成50米試驗(yàn)段二序孔灌漿后鉆孔取樣，檢測(cè)只在灌漿孔周?chē)?0公分直徑范圍內(nèi)灌漿固結(jié)，一、二序孔間距1.5米，有50公分未形成灌漿固結(jié)，灌漿芯樣深度也不足，如要達(dá)到防滲效果，不僅要在一、二序孔間增加灌漿孔，還要加大孔深，根據(jù)圍堰長(zhǎng)度和鉆孔灌漿的成本，防滲施工費(fèi)用不僅增加二百多萬(wàn)元，而且在現(xiàn)有工期內(nèi)無(wú)法完成施工，這直接影響到廠房施工和機(jī)組安裝等建設(shè)工期。在建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工單位根據(jù)現(xiàn)有施工條件研究，決定采用粘土心墻結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行防滲處理，這樣不僅能按現(xiàn)有工期完成，還能節(jié)省費(fèi)用。

4、主要工程量

圍堰為土石圍堰，采用粘土心墻防滲結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行堰體防滲，圍堰迎水坡面及背水坡面坡比為1：1.5和1：1.0，，最大堰高7.0m，堰頂高程564.5m，堰前水位563.5m，圍堰頂寬為5m，粘土心墻頂寬3m，圍堰軸線長(zhǎng)約320m，上、下游坡比按照1：0.3進(jìn)行填筑，上游面采用大塊石進(jìn)行護(hù)坡。圍堰主體填筑砂礫料及石碴防護(hù)料均取自3#棄渣場(chǎng)。圍堰心墻防滲粘土料取自水電站施工區(qū)東側(cè)約5km處粘土料場(chǎng)，距離填筑施工作業(yè)區(qū)約6km，考慮到運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)，為確保粘土供給強(qiáng)度滿(mǎn)足圍堰填筑施工強(qiáng)度，在一期圍堰上游側(cè)備料46000m3，剩余粘土用量則根據(jù)圍堰填筑施工強(qiáng)度進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)、堆存、填筑。大塊石主要由棄渣場(chǎng)進(jìn)行篩選采取。圍堰結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖表01。

5、圍堰填筑及拆除施工方法

5.1 圍堰填筑程序

根據(jù)河床水位及來(lái)水情況，采用同時(shí)進(jìn)占方式進(jìn)行一期圍堰上、下游左岸側(cè)部分填筑，施工程序?yàn)椋旱缆沸拚A(yù)進(jìn)占段施工→預(yù)進(jìn)占段加寬及堤頭防護(hù)（上游圍堰進(jìn)占30m，下游圍堰進(jìn)占20m）→預(yù)進(jìn)占段圍堰心墻換填粘土→碾壓。

在一期縱向圍堰戧堤合龍后，按照1m厚進(jìn)行圍堰堰體逐層填筑，單層填筑完成后進(jìn)行心墻換填粘土，換填完成，經(jīng)振動(dòng)碾碾壓完成后方可進(jìn)行下一升層填筑作業(yè)。

束窄河床右岸河道，將圍堰龍口設(shè)置在河道靠左岸處，填筑過(guò)程中，為防止河床水位壅高沖刷堰底，需在堰底（迎水面）拋填大塊石進(jìn)行圍堰護(hù)腳，避免水流將堰體填筑料沖刷、掏蝕，水下部分填筑完成后，采用挖掘機(jī)進(jìn)行圍堰水下部分粘土心墻換填，完成后采用20t振動(dòng)碾進(jìn)行碾壓。

圍堰填筑工藝流程如下：測(cè)量放線（粘土備料）→填筑料運(yùn)輸→卸料→鋪料→壓實(shí)→粘土心墻換填→碾壓→修坡→下一升層。

測(cè)量放線：圍堰填筑施工前，對(duì)圍堰軸線、填筑高程，堰體內(nèi)外側(cè)坡比進(jìn)行測(cè)量控制。

填筑料運(yùn)輸：采用挖掘機(jī)將填筑料（石渣、砂礫料）挖裝至20t自卸汽車(chē)上，自3#棄渣場(chǎng)沿場(chǎng)內(nèi)道路運(yùn)輸至一期圍堰左岸上、下游填筑區(qū)。

卸料：卸料時(shí)，沿圍堰軸線中間填筑細(xì)級(jí)配砂礫石料，盡可能防止流水沖刷帶走含泥顆粒。防滲區(qū)域采用粒徑小于30cm的混合料，采用端進(jìn)法進(jìn)行填筑，自卸車(chē)卸料后由ZL50裝載機(jī)將渣料推趕至水中。

鋪料：水上部分鋪料采用挖掘機(jī)進(jìn)行分層鋪料、整平。

壓實(shí)：根據(jù)圍堰填筑實(shí)際情況，待圍堰填筑至水上部分后，按照1m/層采用20t振動(dòng)碾進(jìn)行有振碾壓1～2遍。

粘土心墻換填：根據(jù)砂礫料及石渣料填筑情況，采用挖掘機(jī)進(jìn)行心墻掏挖，換填粘土。

碾壓：粘土換填完成后采用20t振動(dòng)碾進(jìn)行有振碾壓4～5遍。

修坡：圍堰填筑完成，對(duì)圍堰邊坡進(jìn)行修整，使其達(dá)到設(shè)計(jì)要求的坡比，修坡用挖掘機(jī)從下到上逐層進(jìn)行修整，并將坡面壓實(shí)。

5.2 圍堰拆除程序

水上部分拆除程序：縱向土石圍堰→上下游裹頭段（分上、下游2個(gè)作業(yè)面）→一期上下游圍堰（分上、下游2個(gè)作業(yè)面）。

水下部分拆除過(guò)程中需先將外側(cè)維護(hù)大塊石挖除后再進(jìn)行圍堰堰體拆除，拆除程序：縱向圍堰→上下游裹頭段（分上、下游2個(gè)作業(yè)面）→一期上下游圍堰（分上、下游2個(gè)作業(yè)面）。

5.2.1 準(zhǔn)備工作

一期圍堰拆除前需將縱向混凝土圍堰澆筑完成，廠房上下游粘土心墻圍堰填筑基本完成。

對(duì)施工機(jī)械、臨時(shí)供電設(shè)施進(jìn)行詳細(xì)檢查，確保堰體拆除過(guò)程中的連續(xù)作業(yè)。

圍堰拆除前需同業(yè)主單位密切聯(lián)系，防止在圍堰拆除期間上游泄洪給施工人員、設(shè)備帶來(lái)安全隱患。

圍堰拆除前應(yīng)減少?lài)邇蓚?cè)水流差，需要在縱向圍堰上破口，堰內(nèi)灌水，使圍堰堰體兩側(cè)水位均等，防止因水流速過(guò)大使堰體處于不穩(wěn)定狀態(tài)，導(dǎo)致安全事故發(fā)生。

為確保施工安全，土石圍堰拆除過(guò)程中需準(zhǔn)備2～3塊鋼板，根據(jù)圍堰拆除實(shí)際情況，適時(shí)作為挖掘機(jī)在堰體上施工時(shí)履帶下的墊板，增大其受力面積。

5.2.2 圍堰拆除施工

圍堰拆除遵循由水上部分至水下部挖除，沿一期縱向圍堰分上、下游2個(gè)作業(yè)面同時(shí)進(jìn)行開(kāi)挖作業(yè)。采用反鏟挖機(jī)進(jìn)行堰體填筑料的挖、裝，裝載機(jī)配合，采用20t自卸汽車(chē)運(yùn)輸。

堰體斷面拆除步驟見(jiàn)圖表02

利用挖掘機(jī)配合裝載機(jī)自縱向圍堰往上下游方向退挖，先拆除背水面水位線以上部分，堰頂保留滿(mǎn)足機(jī)械行走的寬度，往上下游方向后退，將剩余水上部分砂礫料、粘土挖除。

利用挖掘機(jī)將迎水面防護(hù)的大塊石挖除，將圍堰內(nèi)側(cè)砂礫料及粘土心墻挖除，可利用料用20t自卸汽車(chē)運(yùn)輸至廠房上下游圍堰進(jìn)行填筑，棄料直接運(yùn)往3#棄渣場(chǎng)堆放。

挖掘機(jī)在未拆除部分堰頂對(duì)下游裹頭處圍堰體（水下部分剩余砂礫料、粘土等）采用掏挖方式予以挖除，可利用料用20t自卸汽車(chē)運(yùn)輸至廠房上下游圍堰進(jìn)行填筑，棄料直接運(yùn)往3#棄渣場(chǎng)堆放。

6、施工技術(shù)和成果分析

粘土心墻防滲的主要施工技術(shù)難點(diǎn)為：圍堰在水下部分砂卵石挖除施工時(shí)，局部如不能挖至基礎(chǔ)巖石面，會(huì)導(dǎo)致圍堰在閉氣后局部出現(xiàn)滲流現(xiàn)象，這部分薄弱層將成為圍堰的滲流通道。解決方法是在圍堰閉氣后，對(duì)局部未挖除到基礎(chǔ)巖石面且發(fā)生滲流的部位用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)在該部位進(jìn)行挖槽填筑粘土或在上下游分別掏槽，灌入粘土制成的高濃度泥漿進(jìn)行攪拌，使泥漿流入滲流的縫隙達(dá)到防滲的效果。

一期圍堰在粘土心墻填筑施工完成后，經(jīng)過(guò)抽排水，檢查除了局部有小量滲流外，未發(fā)現(xiàn)有大量滲漏出現(xiàn)，說(shuō)明此方案是成功的，有效的，粘土心墻圍堰填筑和拆除施工方案工藝簡(jiǎn)單，質(zhì)量可靠，與原設(shè)計(jì)的控制性灌漿相比不僅除低了成本，不僅在現(xiàn)有工期內(nèi)完成，還節(jié)省了費(fèi)用，為同類(lèi)工程累積了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

作者簡(jiǎn)介：羅泳，男，1970年9月生，廣西人，新疆額爾齊斯河流域開(kāi)發(fā)工程建設(shè)管理局工程師。