夾巖水利樞紐工程面板堆石壩施工設計規劃

文志穎，楊 文，李國祥

（1.貴州省水利水電勘測設計研究院，貴州 貴陽 550002；2.貴州省水利投資（集團）有限責任公司，貴州 貴陽 550081）

1 工程概況

貴州省夾巖水利樞紐工程（以下簡稱“夾巖工程”）位于烏江支流六沖河七星關區與納雍縣界河段，壩址距離畢節市約50 km，距離七星關區田壩鎮約2 km，距離納雍縣東關彝族白族苗族鄉約4 km。該工程以供水和灌溉為主，兼顧發電，并為區域扶貧開發及改善生態環境創造條件。夾巖工程屬Ⅰ等大（一）型工程，水源樞紐工程水庫校核洪水位1 326.01 m，正常蓄水位1 323.0 m，壩頂高程1 328.00 m，總庫容13.23億m3，電站總裝機容量90 MW［1］。

水源樞紐主要建筑物由混凝土面板堆石壩、溢洪道、泄洪洞、放空洞、壩后發電系統和伏流泄洪洞等組成。大壩為混凝土面板堆石壩，壩頂防浪墻頂高程1329.0m，壩頂高程1328.0m，最大壩高154.0m，壩頂長428.93 m，上游壩坡1∶1.4，下游平均壩坡1∶1.608。大壩寬高比為2.79，屬狹窄河床高面板堆石壩。推薦石料場分布于大壩上游右岸山頭，距壩址約1.5 km，分布高程約為1 672.3～1 211.0 m，場地地形坡度約10°～20°。

壩址位于峽谷出口下游800 m以下河段，河流流向S43°E，上游有左岸潘家巖腳沖溝和右岸法拉沖沖溝分布，下游有右岸的陳家大溝分布。河谷為一典型橫向“V”型谷，河床高程1 205～1 209 m，河床寬60～75 m，寬高比2.94，壩址巖層傾向上游，屬橫向河谷。

壩址出露基巖地層為下三迭統下統飛仙關組及永定鎮組第一段底部。峽谷出口-潘家巖腳沖溝之間兩岸斜坡分布崩塌堆積層，潘家巖腳沖溝下游兩斜坡零星分布第四系殘坡積層，河床及漫灘分布有第四系沖洪積層。

導流洞于2016年6月開工建設，左、右岸壩肩開挖于2016年10月開工，截止2016年10月所有主體工程均已全部開工，2018年9月30日實現成功截流。2018年12月30日，大壩正式開始填筑。

2 施工導流

2.1 導流方案優選

工程導流建筑物由導流洞和上、下游圍堰組成。結合樞紐建筑物布置和地形條件，由于施工導流方案與大壩上游左岸潘家巖腳堆積體治理方案息息相關，針對枯期導流和全年導流進行方案優選。

2.1.1 枯期導流

枯期導流方案為貴州山區常見的面板壩導流方式，即枯期圍堰一次攔斷河道、隧洞導流，搶筑壩體臨時斷面汛期擋水度汛。采用10月到次年4月時段10 a一遇對應流量為367 m3/s，汛期壩體臨時斷面擋水度汛的斷面高度為71 m。該導流方案對應的潘家巖腳堆積體治理方案為“減載+壓坡”優化實施方案。

（1）導流隧洞。導流洞布置于左岸，為無壓隧洞。主要由進口明渠段、閘井段、洞身段及出口明渠段組成。

隧洞進口采用岸塔式，進口明渠底寬為9.0 m，底板采用50 cm厚素混凝土襯砌。閘井長10 m，孔口尺寸為8 m×10 m（寬×高），進口底板高程為1 214.0 m，閘井排架頂高1 245.0 m，導流洞進口設置一道平板封堵門，孔口尺寸8 m×10 m（寬×高）。

洞身為城門洞型，斷面尺寸為8 m×10 m（寬×高），拱角120°，洞身采用0.8/0.6 m厚全斷面鋼筋混凝土襯砌，洞長765.52 m，縱坡為0.5%。進口高程為1 214.0 m，出口高程為1 210.11 m。出口明渠長32.7 8 m，底寬為10 m。

（2）上下游圍堰。上下游圍堰均采用土石圍堰結構形式。上游圍堰擋水水位1223.66m，相應堰頂高程為1 225.00 m，堰頂寬8 m，該工程河床覆蓋層較深，此階段圍堰基礎防滲采用混凝土防滲墻防滲，墻厚0.6 m。圍堰堰體采用土工膜心墻防滲，圍堰迎水面邊坡1∶1.75，背水面邊坡1∶（1.5～1.75），上游采用拋石護坡，最大堰高20 m。

下游圍堰擋水水位1 214.70 m，相應堰頂高程為1 215.5 m，堰頂寬6 m，下游圍堰水頭較低。該階段圍堰基礎防滲采用控制灌漿防滲，堰體采用土工膜心墻防滲。圍堰迎水面邊坡1∶1.75，背水面邊坡1∶1.5，迎水面采用拋石護坡，最大堰高7.1 m。

2.1.2 全年導流

全年導流方案采用圍堰一次攔斷河道、隧洞導流，截流后第一個汛期利用圍堰擋水度汛。10 a一遇對應全年洪水流量為1 570 m3/s。全年施工導流方案采用長導流隧洞、高圍堰，對應潘家巖腳堆積體治理方案為全壓坡方案，壓坡高程為1 240 m。

（1）導流隧洞。導流洞布置于河床左岸，主要由進口引渠段、洞身段、閘井段、洞身段和出口明渠段組成。進口底板高程1 217.00 m，出口底板高程1 210.00 m，閘井布置于導流洞中部，采用岸塔式，閘井設1道封堵鋼閘門，尺寸6 m×8 m，閘井底板高程1 214.0 m，閘井檢修平臺高程1 226.0 m，閘井頂高程1 245.0 m，閘井段長12.5 m。導流洞洞身長1 440.12 m，城門洞形，設計洞徑6 m×8 m，中心角120°，縱坡為0.4%，為有壓流隧洞［1］。

（2）上下游圍堰。上游圍堰為碾壓式土工膜心墻堆石圍堰，最大堰高44.5 m，采用復合土工膜心墻與灌漿防滲。上游圍堰頂寬10.0 m，長149.5 m。迎水面坡度為1∶2.0，背水面坡度為1∶1.75；水位下部為迎水面和背水面，坡度均為1∶1.5。堰體防滲土工膜采用350 g/0.8mm HDPE/350g的復合土工膜心墻，最大防滲高度29.5 m，土工膜心墻上下游各設1.5 m厚風化料進行保護。圍堰上游采用塊石護坡、防沖。下游圍堰結構同枯期導流方案。

2.1.3 方案優選

相對于枯期導流方案而言，全年施工導流方案投資增加主要原因為導流洞長度和圍堰高度均約增加一倍，導致投資加3 300萬元。全年導流方案投資減少主要為潘家巖腳堆積體和陳家大溝棄渣場工程；另外，水保防護措施、渣場占地及河床開挖料直接棄至上游圍堰所節省的運費等，共可減少投資約3 700萬元。總體而言，全年導流方案較枯期導流方案投資節省約400萬元。

全年導流方案對應潘家巖腳堆積體治理方案簡單，大幅節省了治理投資，避開了施工干擾。采用高圍堰擋水，全年導流，第一個枯期大壩施工壓力相對較小；上游圍堰兼有棄渣場功能，可減少陳家大溝棄渣場排洪建筑物的設計規模及投資。

經技術及經濟綜合比較，推薦采用全年導流方案。

2.2 導流標準

（1）初期導流標準［1］。工程導流采用10 a一遇全年洪水標準，相應洪峰流量1 570 m3/s。

（2）中期度汛標準。2019年4月大壩填筑高程超過圍堰堰頂高程1 254.50 m時，對應攔洪庫容0.96億m3。度汛標準選擇為100 a一遇洪水標準，相應洪峰流量為2 700 m3/s，度汛水位為1 264.19 m。

（3）后期度汛標準。導流洞下閘蓄水、由已建壩體擋水，永久泄洪洞泄洪。下閘后期度汛標準選定為200 a一遇洪水標準，相應洪峰流量為3 040 m3/s。

全年洪水導流采用高圍堰擋水，長導流隧洞泄洪。截流后第一個汛期利用圍堰擋水度汛，降低第一個枯期大壩施工壓力，大壩填筑可均衡施工，不受度汛臨時斷面的影響。

2.3 上游圍堰設計的優化

上游圍堰位于導流洞進口及趾板開挖線之間，場地開闊，可在100 m范圍內靈活布置，其方案直接影響大壩工期。

（1）上游圍堰軸線優化。上游圍堰原設計緊鄰導流洞進口布置。圍堰右岸地層巖性主要為下三迭統下統飛仙關組及永定鎮組第一段灰巖和砂質泥巖，巖層傾上游，傾角21°～29°，為橫向河谷。其中隔水層為砂質泥巖，由于圍堰右岸坡度陡，需要在右岸灰巖灌漿處理，軸線長、施工難度大。根據圍堰右岸地質條件，充分利用砂質泥巖隔水層從而避免對右岸進行灌漿處理。根據砂質泥巖的產狀，將上游圍堰往下游平移60 m。圍堰右岸不再進行防滲處理，加快了圍堰施工、降低工程投資。

（2）基礎防滲型式的優化。初設階段上游圍堰基礎防滲采用C20混凝土防滲墻防滲，墻厚0.6 m。施工工藝采用“兩鉆一抓”法，間距2.5 m，采用CZ-22型鋼絲繩沖擊鉆造孔，中部墻體采用SM-870液壓抓斗成墻，導管法澆筑混凝土。該圍堰堰基防滲型式最大的弊端為施工工期較長，由于夾巖工程圍堰堰高44.5 m，總填筑量為35.5萬m3，需要在截流后的第一個枯期全部完成，填筑強度大、上升速度快，圍堰基礎處理需要占用圍堰施工的直線工期。

進一步分析圍堰基礎地質條件，針對不同地質條件，圍堰堰基防滲采用雙排高壓旋噴和控制灌漿組合的防滲型式［2-3］。

該方案不但節省了圍堰基礎處理施工時間，工程投資也進一步降低。施工完成后，布置3個檢查孔進行注水試驗。從注水試驗統計分析得出滲透系數最大值為1.776×10-6cm/s，最小值為4.4×10-7cm/s。并結合圍堰閉氣及基坑滲水、注水試驗綜合分析可知，圍堰基礎灌漿防滲灌漿效果良好。

3 壩肩開挖

基巖工程大壩壩肩及壩基開挖工程量大，石方明挖144萬m3，覆蓋層開挖106萬m3。壩肩地形陡峻，是工程施工關鍵項目之一，在開挖設計中主要考慮以下問題。

（1）盡量減少開挖過程中下河床的石渣量，盡量減輕河道堵塞造成河床水位壅高影響導流洞施工，同時提高開挖利用料的獲得率。對已下河床的石渣要及時進行清除。

（2）為了保證直線工期，在截流前要求盡可能開挖到河床水位附近，以減緩截流后第一個枯期基坑的工作壓力。

（3）左岸布置有溢洪道、泄洪洞、放空洞，其進口開挖與左壩肩的開挖布置存在施工干擾，右岸布置引水發電洞。施工必須綜合考慮，先期進行壩肩的開挖，再進行進水口開挖。

左右壩肩開挖布置了1210公路、1240公路、1280公路、1320公路以及經施工支洞布置的施工公路。在施工中經以上公路分岔支線公路進入開挖面完成了左右岸的開挖及支護施工。

4 壩體填筑

（1）料場。大壩填筑料主要由Ⅱ2石料場供給。另利用潘家巖腳棄渣場堆存的溢洪道開挖利用料，作為壩體次堆石區填筑料場。墊層料、過渡料以及混凝土骨料的加工系統布置于石料場附近。

（2）上壩填筑交通。由于填筑石料場位于大壩上游右岸，上壩填筑道路主要利用右岸料場交通洞及壩后“之”字道路。右岸共布置了3層道路，通至壩體高程分別為1 210，1 265 m和1 295 m，可以解決3個時期面板混凝土澆筑的需要，同時兼顧墊層料及小沖堆料場利用料的運輸。

右岸填筑公路結合開挖道路布置，高程分別為1 210，1 240，1 290 m和1 323 m的4層公路。確保黏土鋪蓋、蓋重料、次堆石料的填筑。

大壩左右岸交通通過上游臨時索橋、下游永久橋及相應永久、臨時道路形成水源樞紐區交通環線。其中，大壩右岸利用料場交通洞及跨址板棧橋形成右岸小循環填筑交通。

大壩壩址處河谷狹窄，上壩道路的布置較為困難，選用25 t自卸汽車作為壩料的主要運輸設備。道路標準為路面寬10 m，平均縱坡3%～5%（個別路段10%～12%），最小轉彎半徑15 m。通行能力按晝夜2 000對車考慮，25 t自卸汽車高峰日強度可達2.3萬m3，月高峰強度可達28萬m3/月。

（3）壩體填筑分期。夾巖水庫大壩壩體填筑量總計549.69萬m3，壩體填筑按照2個重要分期高程進行控制。截流后的第一個汛末大壩全斷面填筑至1 254 m（一期面板頂高程），確保一期面板在枯期進行施工。截流后的第二個汛期利用大壩臨時斷面進行擋水度汛，要求大壩填筑至1 266 m高程。根據填筑強度及上升速度分析，大壩填筑可在2018年12月填筑至高程1 266 m。

圖1 壩體填筑分期標準剖面（單位：mm）

另考慮壩體方便施工、滿足壩體均勻上升、保證施工質量等要求，設計壩體填筑分5期，填筑總歷時20.5月，平均填筑強度25萬m3/月，高峰填筑強度38.43萬m3/月，設計壩體填筑分期見圖1。壩體填筑要求在Ⅰ期面板澆筑前有3個月以上的沉降期，但為了保證填筑施工質量，盡可能大壩全斷面同時填筑，盡量減少其臨時斷面。

（4）面板分期。大壩面板混凝土工程量3.825萬m3，分二期施工，一期面板頂高程為1 254 m，二期面板頂高程1 323 m。

面板分期原則：①一期面板高程在第一個汛期滿足不超過圍堰堰頂高程1 254.5 m；②施工工程量不宜過大，保證面板施工不占直線工期；③避免靠較高的填筑堆石體擋水度汛引起的風險；④面板上游的防滲黏土、保護石渣必須在圍堰保護下施工，應有足夠的施工時間。⑤安排在氣溫較低的枯期施工，且面板施工時相應壩體應自然沉降3個月以上，最好經歷一個汛期。

在設計中一期面板頂高程為1 254 m，該高程以下填筑經歷了一個汛期后充分沉降，減小面板脫空、變形。大壩變形監測表明：一期面板以下壩體填筑的大壩基巖變形、沉降、土壓力均趨于收斂，測值穩定。

5 結論

（1）整個工程施工必須統籌兼顧，合理制定詳細的施工規劃，并按計劃實施，如將關鍵項目左右岸壩肩施工安排在導流洞施工同期進行，確保基坑截流后第一個汛期未可填筑至一期面板高程以及一期面板枯期施工。當工程實施過程中出現偏差時及時采取措施進行補救，如增設左岸上游道路，適當調整壩體填筑分期，確保整個工程按預期目標施工。

（2）采用全年導流施工方案，第一個汛期利用圍堰擋水度汛，能夠使大壩填筑不受第一個汛期度汛的制約。大壩填筑可均衡、勻速上升，確保填筑質量、減少面板出現裂縫的風險。其次，大壩填筑還應綜合分析各期的強度及施工時段等多種因素。

（3）道路的合理及暢通是滿足面板堆石壩施工強度的重要保障。環線交通為較理想的布置方式。對于狹窄河床的面板堆石壩，更應注重其上壩道路的布置。