桂林市防洪及漓江補水工程建設中的關鍵因素及應對措施

馬品君

（廣西水利電力勘測設計研究院，南寧530023）

1 概述

桂林市防洪及漓江補水工程由漓江上游干、支流上的斧子口、小溶江及川江3座水利樞紐組成，是國務院批準的《珠江流域防洪規劃》確定的桂江重點控制性防洪工程。工程開發任務是以桂林市防洪及漓江生態補水為主，結合發電等綜合利用。工程建成后，與青獅潭、五里峽、思安江等已建水庫及城市堤防工程聯合調度運行，可將桂林市總體防洪能力由現狀約20年一遇提高到100年一遇；枯水期通過與已建水庫聯合向漓江補水，可使桂林市斷面枯水期目標流量達到60 m3/s，補水月保證率達到90%以上，使漓江生態環境、通航條件和旅游景觀得到明顯改善。小溶江、斧子口兩座水利樞紐的勘測設計工作由我院承擔。

小溶江、斧子口水庫均屬大（2）型水庫，Ⅱ等工程，樞紐主要由攔河壩、泄水建筑物、補水建筑物及壩后式廠房等組成。其中小溶江水庫正常蓄水位267 m，總庫容1.52億m3，最大壩高89.5 m；斧子口水庫正常蓄水位為267 m，總庫容1.88億m3，最大壩高76.5 m。

2 影響工程設計的關鍵因素及應對措施

桂林市是中國著名旅游勝地和歷史文化名城，因此充分考慮旅游城市的特點，減小對生態環境的不利影響是工程建設中的關鍵因素，在進行水利樞紐總體布置時應將工程建設與生態環境保護有機結合起來，達到興利和環保的雙重目的。

為了結合桂林市的特點對工程項目建設的要求，桂林市防洪及漓江補水工程設計時在壩型選擇、生態環境補水設施、水生生物保護措施等方面考慮了生態環境的要求，盡量減小工程建設對當地生態環境的不利影響。

2.1 壩型選擇

桂林市防洪及漓江補水工程壩址均位于高山峽谷地區，屬V型峽谷，兩岸山體陡峻雄厚。在進行壩型選擇時，根據壩址處的地形地質條件，選擇了碾壓混凝土重力壩和混凝土面板堆石壩兩種適合建設的壩型進行比較?；炷撩姘宥咽瘔蔚膬烖c是可以利用部分溢洪道開挖的石料填筑大壩，剩余部分筑壩石料從料場開采，而碾壓混凝土重力壩骨料均需從料場開采，因此在工程投資上混凝土面板堆石壩小于碾壓混凝土重力壩，但混凝土面板堆石壩溢洪道開挖形成大面積的高邊坡增加了防護難度及運行期的安全隱患；同時，大面積的邊坡開挖及從新的石料場開采石料也會對當地景觀及生態環境造成極大影響；另外，溢洪道及料場開挖料中無法用于壩體填筑的大量棄渣，不但占用大量土地，也會對工程區的原始地貌和植被造成破壞。而混凝土重力壩開挖范圍、邊坡開挖高度及土石方開挖量相對較小，對當地景觀及生態環境的影響程度相對較低。

根據桂林市生態環境對工程建設的要求，結合工程地形地質條件、工程投資、施工條件、工期及運行管理條件等多方面因素綜合考慮，最終選擇碾壓混凝土重力壩作為推薦壩型。

2.2 生態環境補水

漓江生態環境補水是桂林市防洪及漓江補水工程的主要任務之一。根據斧子口水利樞紐生態環境補水要求，水庫運行期間，當水庫處于死水位226 m時，最小下泄流量應達到15 m3/s。當庫水位在發電死水位239 m以上時，電站單臺機組發電流量19.85 m3/s（電站共安裝兩臺水輪發電機組），可滿足漓江生態用水要求，不需向下游另行補水；當庫水位處于發電死水位與死水位之間時，不再發電，為了滿足漓江生態環境補水的要求，設計時考慮在發電引水主管215 m高程處連接一條生態環境補水管向下游補水，生態環境補水管與電站發電機組引水共用一條發電引水主管，共用一個進水口。

由于電站水輪發電機組與漓江生態環境補水共用一個進水口，因此水電站進水口的布置需同時滿足發電和生態環境補水的要求?？紤]到斧子口水庫建成后庫水較深，水體溫度隨水深的不同會有一定差別，而下游河道水深較淺，河道水溫基本與水庫表層水溫相同，為了降低水庫下泄水流與下游河道水體的溫差，減小對下游生態環境造成的不利影響，取水時應盡可能取表層水，因此進水口設計時采用分層取水方式加以解決，進水口共分兩層，即表層進水口和底層進水口。

根據工程調度運行成果，斧子口水利樞紐壩前多年平均各月水位變化為243～263 m，結合水庫各月不同水深的水溫情況，電站表層進水口底高程可設置在正常蓄水位（267 m）以下15 m左右（可浮動區間為正常蓄水位以下13～20 m），且應低于汛限水位254.4 m。如此只有1～4月的多年平均水位低于表層進水口，但因為這幾個月天然河道本身水溫較低，下泄水流與天然河道水流溫差不大，通過底層進水口引水至水輪發電機組或環境補水管向下游補水即可滿足要求。為了滿足取表層水的需要，同時考慮在汛限水位254.4 m時仍能通過表層進水口取水，確定表層進水口底高程為250 m，當庫水位高于汛限水位時，關閉底層進水口工作閘門，電站從表層進水口取水；當庫水位低于汛限水位時，開啟底層進水口工作閘門，電站從底層進水口取水。底層進水口底高程需滿足的條件是：高于水庫淤沙高程221 m；當庫水位為發電死水位239 m時滿足最小淹沒深度要求；當庫水位為死水位226 m時，滿足向下游生態環境補水15 m3的要求。經計算分析，最終確定底層進水口底高程為223 m。

2.3 水生生物保護

由于桂林市防洪及漓江補水樞紐工程的建設，阻斷了原河道魚類的洄游通道，魚類無法洄游，活動區域更狹窄，產卵繁殖將受到不利影響，而水域湖泊化改變了魚類居住的自然環境，許多土著江河急流型魚類由于無法遷移將逐步減少或消失，使漓江魚類的自然資源受到一定的負面影響。針對這些不利影響，在工程建設中需要采取相應的環保措施對魚類資源進行保護和補償?？紤]到桂林市防洪及漓江補水工程中的斧子口、小溶江及川江水利樞紐基本在同一地區，區域現狀水生生態及工程對水生生態的影響基本相似，而根據國內成功經驗，江河湖庫投入大規格魚種作為保護增殖水產資源是行之有效的措施，因此考慮為3座水利樞紐共同建設一個漁業增殖站，以補償工程建設造成的漁業損失。

漁業增殖站年增殖放流總量為80萬尾，其中斧子口、小溶江水利樞紐庫區每年分別投放各類大規格魚種20萬尾，川江水利樞紐庫區每年投放各類大規格魚種10萬尾，向漓江干流增殖放流各類大規格魚種30萬尾。運行初期，受規模和技術的影響，向庫區人工增殖放流魚的種類為6～8種，以后每年增加1～2個新的增殖品種，10年后即可提供大面積涵蓋漓江魚類缺失明顯、必須增殖放流的土著大型經濟類和珍稀類魚種。

3 影響工程施工的關鍵因素及應對措施

3.1 壩體構造

根據碾壓混凝土壩設計規范的要求，在進行壩體結構布置時，需根據工程的具體條件和需要設置橫縫或誘導縫，其間距宜為20～30 m。小溶江及斧子口水利樞紐在壩體結構布置時，非溢流壩段的壩體分塊長度均在15～27 m之間，而溢流壩段長度為39 m，為了維持溢流壩段的整體性，設計時將整個溢流壩段分為一個壩塊，由于壩塊長度超過30 m，因此在溢流壩塊中部上游側表面設置深3 m的誘導縫。

小溶江水利樞紐工程實施過程中，當澆筑基礎墊層混凝土時，在溢流壩段壩塊中部出現一條順水流向的裂縫。據分析，出現裂縫的原因是由于混凝土壩塊結構尺寸較大，混凝土凝固期間釋放出大量的水化熱積蓄于壩體內，造成壩體內部溫度較高，而短期內外界氣溫變化幅度較大，從而使混凝土內外溫差過大，所產生的溫度應力導致混凝土產生裂縫。

小溶江水利樞紐溢流壩段澆筑至接近溢流壩頂部時，在上部也出現了一條順水流方向的裂縫，裂縫位置處于溢流壩段沿軸線方向的中部。據分析，裂縫出現的原因，也是因為混凝土的水化熱使混凝土內部溫度升高，同時遭遇外界溫度急劇降低，導致大壩混凝土內外溫差過大而產生裂縫。

針對溢流壩基礎墊層及壩體產生的裂縫，根據裂縫寬度的大小分別采用水泥灌漿和化學灌漿對裂縫進行充填，保證壩體的整體性及強度滿足設計要求，同時在裂縫的上游側增加止水及防水措施，確保壩體不會通過裂縫位置發生滲漏，另外在裂縫上部增加鋼筋網，控制裂縫不會往上部壩體繼續延伸。為了防止大壩建成后溢流壩段可能再沿溢流面產生裂縫，影響溢流壩的安全運行，施工期將溢流壩段中部上游面的誘導縫沿著溢流面往下游延伸至與消力池連接處，并在誘導縫內增加了相應的止水措施。通過優化設計后，斧子口水利樞紐溢流壩段未出現類似小溶江水利樞紐溢流壩段上部混凝土出現裂縫的情況。

3.2 壩體溫度控制

根據碾壓混凝土施工技術要求，當日平均氣溫高于25℃時，碾壓混凝土澆筑應采取防高溫和防日曬的施工措施。本工程所在地屬于中亞熱帶氣候，夏季氣候比較炎熱，據統計，工程區6～9月的平均氣溫均高于25℃，極端最高氣溫達38.5℃。由于施工前期的多種因素耽誤了部分工期，為了趕上施工進度，工程必須在高溫季節繼續施工。如此一來，制定有效的高溫季節施工溫度控制措施就成了確保碾壓混凝土施工質量的關鍵。根據本工程的實際情況，施工時從骨料存儲到澆筑過程采取了不同的溫控措施。

3.2.1 降低原材料溫度

（1）降低骨料初始溫度。由于工程區夏季炎熱，為了避免混凝土骨料直接暴露在太眼下暴曬，從而達到降低骨料初始溫度的目的，施工中采取在骨料倉上部搭建遮陽棚及增加骨料堆積高度，并從底部廊道取料的方式來降低骨料的溫度，骨料堆積高度一般大于8 m。通過以上降溫措施，可使骨料的溫度比外界氣溫降低3℃左右。

（2）降低水泥及粉煤灰溫度。據統計，如果夏季將水泥罐和粉煤灰罐放在太陽下暴曬，則水泥罐內的溫度可達70℃，粉煤灰灌內溫度也可達60℃左右。為避免水泥罐和粉煤灰罐遭受暴曬，降低水泥和粉煤灰的初始溫度，本工程通過在水泥罐、粉煤灰罐上搭建遮陽棚，同時采取給罐體淋水等降溫措施。據監測統計，采取降溫措施后，水泥、粉煤灰的溫度可以降低20℃左右。

（3）采用低溫水攪拌混凝土。據檢測，當地夏季井水的溫度較外界氣溫平均低10℃左右，本工程施工時充分利用當地井水溫度較低的特點，采用抽取井水來攪拌混凝土，有效地降低了混凝土的出機溫度。

3.2.2 動態調整VC值

本工程大壩碾壓混凝土設計VC值為3～5 s，考慮到倉面氣溫及運輸、攤鋪過程中可能有VC值的損失，因此在施工過程中將出機口的VC值在設計值的基礎上浮動±1～3 s，白天取上限，晚上取下限，在不陷碾的情況下則盡量維持設計VC值，以保證碾壓混凝土層間的結合質量。

3.2.3 調整緩凝高效減水劑用量

正常氣溫條件下，本工程大壩碾壓混凝土（三級配）配比中緩凝高效減水劑的摻量為1.1%，在室溫（25℃）條件下可將混凝土的初凝時間延緩至25.5 h，現場施工時由于受到高溫及暴曬等因素的影響，倉面混凝土初凝時間僅為2～3 h。而混凝土初凝時間過早，連續高強度碾壓混凝土施工時可能對碾壓混凝土層間結合的質量造成影響。為了保證碾壓混凝土層間結合的質量，需適當延長倉面混凝土的初凝時間。通過現場試驗，當緩凝高效減水劑摻量提高到1.3%后，倉面混凝土的初凝時間可延長到6～8 h，既可滿足碾壓混凝土施工強度的要求，同時又能保證碾壓混凝土層間結合的質量。

3.2.3 混凝土運輸及澆筑過程的溫度控制

高溫季節，混凝土在運輸過程中由于受到太陽的暴曬會使混凝土的入倉溫度升高，通過采用隔熱、遮陽防曬等措施，則可有效減小運輸過程中混凝土溫度的升高。

通過在倉面上部布置噴霧機不間斷噴霧，可有效降低倉面環境的溫度并保持倉面的濕潤，保證碾壓混凝土的碾壓及層間結合質量滿足要求。對已經碾壓合格的區域用彩條布進行臨時遮蓋，達到防曬降溫的效果。

在高溫季節施工中，根據混凝土的拌和能力及澆筑能力，通過合理控制倉面碾壓混凝土的澆筑面積，盡可能縮短層面間歇時間，對已碾壓層面盡早覆蓋上層混凝土，以保證碾壓混凝土層間的碾壓質量。如小溶江水利樞紐大壩碾壓混凝土的平均入倉澆筑強度為120 m3/h，高溫期采用分塊澆筑的方法進行施工，將每個壩塊劃分為一個澆筑倉面，倉面面積控制在500～900 m2之間，每一層澆筑混凝土200～270 m3，層間間歇時間為2～3 h，倉面澆筑總方量為1 400～2 100 m3，施工時間安排在每天下午17時至第二天上午10時之間的陰涼時段進行，完成倉面碾壓混凝土施工時間為17～18 h。通過避開高溫時段施工，合理控制倉面澆筑面積，有效地控制入倉溫度、VC值及層間結合的有關參數，確保了碾壓混凝土的施工質量。

3.2.4 混凝土內部溫度控制及外表保溫措施

由于工程區樹林茂密，河水水溫較低，通過采取在壩內埋設冷卻水管通河水的措施可有效降低混凝土壩體內外的溫差。本工程的冷卻水管采用高密聚酯乙烯管，管徑為32 mm，水管間、排距為1.5 m×1.5 m，冷卻水管內的水流方向每天改變一次，管中水流速度控制在0.6 m/s左右，使壩體均勻冷卻。冷卻水溫度與壩體混凝土溫差不超過20℃。

在碾壓混凝土澆筑完成收倉后，立即在混凝土表面覆蓋復合土工布保溫被進行保溫，減緩混凝土表面熱量的流失，可有效降低壩體內外混凝土的溫差。

通過采取以上措施，有效降低了壩體內外的溫差，防止大壩混凝土裂縫的產生，確保了大壩碾壓混凝土的施工質量。

4 結語

桂林市防洪及漓江補水工程結合桂林市是中國著名旅游勝地和歷史文化名城的特點，在工程建設中充分考慮了對生態環境的影響，力求將工程建設對生態環境的不利影響降至最低。

小溶江、斧子口水利樞紐大壩均為碾壓混凝土重力壩，壩體結構設計及澆筑混凝土時的溫度控制是保證大壩混凝土施工質量的關鍵因素，在設計及施工過程中，通過優化壩塊混凝土結構設計及制定合理的溫控措施，有效地控制了混凝土的施工溫度，達到了在確保大壩混凝土質量的前提下滿足了施工進度的要求。