淺析石壁山干渠引水隧洞進水口圍堰設計及施工

劉 朋

(宣城市水利工程質量監督站，安徽 宣城 242000)

1 工程概況

石壁山干渠引水隧洞工程進水口位于港口灣水庫庫區主壩左岸上游，為已建水庫增建工程，直接從庫內引水。港口灣水庫是一座防洪為主,結合發電、灌溉的大(2)型水庫,集水面積1120km2,總庫容9.41億m3,正常蓄水位133.1m,死水位115.1m。石壁山干渠1#引水隧洞工程包括石壁山干渠1#隧洞進水建筑物和1#隧洞工程，全長10.40km。進水口采用有壓短進口的無壓隧洞，岸塔式設計。引水隧洞最高運行水位為133.1m，最低運行水位為118.5m，進口設計引水流量4.5m3/s，進口底高程116.5m，孔口尺寸為2m×2m。隧洞進水口建筑物級別為2級，設計洪水采用50a一遇，校核洪水標準采用200a一遇。

2 水文情況

工程所在區域屬贛皖山地暴雨區,暴雨發生頻繁,多由梅雨峰、臺風以及低槽、低渦切變等天氣系統形成,具有在短歷時內出現高強度降雨特點，洪水主要由暴雨形成,集中在5-7月,個別年份臺風暴雨形成的洪水出現在9、10月份,洪水特性為洪峰高、匯流歷時短、洪水頻繁。一次洪水歷時一般為3d,多則7d,其中1d洪量占3d洪量的50%左右,3d、7d洪量占7d、15d洪量的70%左右。流域洪水年際變幅較大，經復核港口灣水庫50a一遇最大入庫流量5300m3/s,相應洪水位為138.13m，200a一遇最大入庫流量7238m3/s,相應洪水位為139.42m。

3 地質情況

堰基處表層為淺薄的坡積層,厚度一般1.0-2.5m,該層土質不均勻般為中等透水性,承載力一般；下伏基巖為石英細砂巖夾粉砂巖,該層上部強-弱風化巖體裂隙發育,破碎,具中等透水性,下部微風化-新鮮巖體強度高,除淺部裂隙發育部位為中等透水性,其他一般為弱透水性,該圍堰最大高度約21m,為滿足對地基的強度、變形、防滲要求,選擇基巖為持力層,防滲處理宜進入微風化基巖以下一定深度。

4 圍堰截滲墻比選

4.1 高壓旋噴防滲墻結構

高壓旋噴防滲墻設計以圍堰軸線布置灌漿孔，鉆孔深度大于20m堰段布置兩排高噴灌漿孔，其余1排，灌漿深度大于15m時孔距0.9m，灌漿深度在15m以內時孔距取1.0-1.2m，灌漿孔孔底進入強風化巖層不小于1.0m，成樁樁徑不小于1.5m。該設計適用于軟基或較厚的黏土覆蓋層基礎。初始設計中，地質條件未探明，經局部庫底巖土出露，預估堰基處黏土覆蓋層約5.0m，經進一步地質勘探，1#堰基以下坡積層厚度僅1.0-2.5m,坡積層以下為弱微風化石英細砂巖夾粉砂巖,透水率為24.6-87.7Lu,施工期圍堰內外側的水頭差高達8.4m,高壓旋噴防滲墻與巖層之間難以達到完全截滲；同時該堰體設計采用兩側拋石戧堤，中間填筑風化料結構，增加鉆孔施工難度。

4.2 素混凝土連續墻結構

連續墻設計沿堰頂軸線機械挖槽，在泥漿護壁下形成深槽，清槽后，用導管法灌筑水下混凝土筑成單元槽段，連續施工在堰體內形成連續墻以達到截滲效果。設計釆用C20素混凝土連續墻進行截滲,墻厚60cm,槽孔沿圍堰軸線布置,墻底進入弱風化巖層不小于5m,成墻面積1754m2。該結構特點主要有施工振動小，整體性好，施工速度快，適用于各種地質條件。

綜上，經分析比選圍堰結構采用石碴堰體結合混凝土連續墻截滲的型式。

5 進口圍堰設計

5.1 導流方式及時段

進水口建筑物級別為2級,相應的導流建筑物級別為4級,考慮到港口灣水庫水位可通過發電調節,如發生超標準洪水可通過泄洪洞下泄,導流標準取10-20a一遇設計洪水，導流時段選用10月-次年4月，考慮港口灣水庫用水分析，施工期水庫運行水位不得低于121.1m，進水口施工前枯水位應降至123.1m，期間來水由港口灣水庫泄洪洞、發電洞下泄，施工期采用10a一遇設計水位為123.4m。

5.2 圍堰設計分析

圍堰采用土石結構，堰頂高程根據施工期10a一遇設計水位123.4m，結合風浪爬高、安全超高計算堰頂高程，其中風浪爬高采用《碾壓式土石壩設計規范》附錄A的莆田公式計算，風速W取10.2m/s，風區長度D取1000m，風浪爬高得0.44m，4級土石結構安全超高取0.5m,計算得圍堰頂高程124.34m,考慮連續墻開槽時固壁泥漿宜高出庫水位1.5m以上等因素考慮，圍堰頂高程124.9m，取125m。堰體兩邊坡均取1∶2。

5.3 結構形式

圍堰采用進口開挖石碴及風化料填筑，結合庫中小島分兩段布置,軸線長分別為63m(1#)和31m(2#)。圍堰填筑前將庫水位預降至123.1m,填筑水位以下堰體分層進行填筑，堰體內外側采用粒徑較大的爆破石碴填筑,中間部位采用較小粒徑的碎石填筑,堰體兩邊坡均為1∶2，頂寬15.0m,迎水側采用塊石護砌，填筑水位以上采用均質土圍堰加高,兩側邊坡為1∶2。圍堰內側利用進口開挖的石碴填筑至頂高程116m的平臺。結構示意圖見圖1。

圖1 圍堰斷面示意圖

5.4 穩定計算

抗滑穩定采用瑞典圓弧法計算公式為：

(1)

式中：Fs為邊坡穩定安全系數；Ci為最危險滑動面上土體黏聚力；Li為第i土體弧長；Wi為作用于滑裂面上第i土體重度；ai為第i土條弧線中心點與圓心的連線與垂直方向的夾角；φ為內摩擦角。根據填土、風化料、拋石、截滲墻、覆蓋層、巖層等各土層物理力學指標：W為天然重度，kN/m3；C為黏聚力，kPa；φ為內摩擦角，°，分別取20、18.5、20、24、18、24，10、10、0、160、20、50，15、15、28、40、10、80，計算迎、背水側邊坡抗滑穩定系數分別為1.067和1.074，滿足規范要求。

6 圍堰施工

6.1 堰體填筑

進口圍堰石碴填筑量為4.54萬m3,土方填筑量為0.35萬m3,其中石碴主要利用進口邊坡爆破開挖的石料和風化料。高程123.1m以下石碴可在庫水位較高時采用40m3開底石駁運至填筑部位進行拋投；高程123.1m以上圍堰填筑土料采用自卸汽車運輸,推土機輔助推運壓實。堰后平臺在進口開挖期間利用石碴拋填,在基坑內水位降低至160m時填筑并采用推土機推運平整。

6.2 連續墻施工

連續墻主要施工工藝為:施工平臺填筑→導墻構筑→一期槽孔建造→清孔換漿→澆筑混凝土→二期槽孔施工。

6.2.1 導墻構筑

先用連續墻軸線定出導墻開挖線，導墻頂部高出平臺10cm左右,導墻采用現澆鋼筋混凝土，直角L型，深2.0m，寬1.5m，墻厚30cm；導墻間距為設計墻厚加余量(4～6cm)即650mm，在導墻間每隔5m加設臨時頂撐，防止導墻變形，混凝土強度等級均為C15，φ16鋼筋綁扎。導墻腳部座落在密實的土體上，要求導墻兩側采用回填黏土予以夯實.

6.2.2 槽孔建造

連續墻采取泥漿固壁,分段作業，每個槽段在6m左右，采用CZ-22型沖擊鉆機施工,先主孔、后副孔方式開挖成槽。開槽采用“四鉆三劈”法，先Ⅰ期槽孔，再Ⅱ期槽孔施工，奇數為主孔，偶數為副孔。Ⅰ期槽孔遵循先主后副，最后劈打成槽原則，開槽過程中應加強施工現場情況的監測，挖槽后用超聲波側壁儀進行檢測，確保成槽垂直度≤1/300。護壁泥漿由現場設置的制漿站生產,其配比根據現場試驗確定，采用優質黏土泥漿進行護壁。

6.2.3 清孔換漿

在整段槽孔挖到底部后，應進行掃孔鏟平抓接部位的壁面及鏟除槽底沉碴以消除沉碴對將來墻體的沉降的影響，在挖槽和掃孔結束后,采用吸泥泵排泥進行清底換漿工作。清底換漿應在槽孔終孔驗收合格后進行，在槽孔清孔換漿結束后1小時，孔底淤積厚度應不大于10cm，施工中清孔采取抽桶出渣方法，并不斷向槽內補充新鮮泥漿，同時還應下入鉆頭不斷攪動孔底沉積物，以徹底清除沉碴等雜物。槽段接頭主要采用接頭管連接方法。

6.2.4 澆筑混凝土

槽孔清孔驗收合格后采用混凝土導管進行澆筑，C20商品混凝土。混凝土導管為絲扣連接，管徑φ250mm。用混凝土攪拌運輸車運至澆筑地點,混凝土泵直接輸送下料，混凝土澆筑導管要求離槽邊1.5m左右，兩導管間距原則上不大于3.5m。根據混凝土上升速度起拔導管，導管埋入混凝土深度宜控制在1.0-6.0m內。要求混凝土供應強度能滿足混凝土上升速度≥2.0m/h。

在整個防滲墻完成后，及時對該工作面進行清理，主要是清除施工棄渣，用8t自卸汽車運至指定的棄渣場進行集中堆放。

7 結 語

混凝土連續墻圍堰結構應用廣泛，在石壁山進口圍堰使用充分發揮了擋土承重截水作用，能夠縮短工期、節約成本，效果明顯。該方法能較好的應用于庫區內以及河流內流速較小、覆蓋層較薄施工條件。通過石壁山干渠引水隧洞進水口圍堰施工技術分析及施工應用為同類圍堰水下施工提供參考。