黃石盤水庫施工的關鍵問題與解決方案

廖翠婷

（廣東省水利水電第三工程局有限公司,廣東 東莞 523000）

1 工程概況

1.1 工程簡介

黃石盤水庫坐落在恩陽河的中游,是巴河的一個支流。壩位置介于恩陽區的兩路村和高岸村。水利工程的規模為大（2）型,分類為Ⅱ級,主要結構包括大壩（用于攔水、排水和能量消散）、發電廠建筑以及2 級的魚道出口壩段；魚道的非出口部分、廠房的尾水溝、下游河岸的防護以及其他輔助建筑被歸為3 級。工程的主要目標是防洪,同時也可以發電和改善下游的供水狀況[1]。水庫總庫容1.15 億m3,防洪庫容7972 萬m3,電站裝機7000 kW,多年平均發電量2207 萬kW·h,裝機利用小時3153 h。

1.2 主要建筑物特征

左岸非溢流壩采用砼重力壩,頂寬11.5 m。最低建基面高程362.0 m,壩頂高程375.8 m,最大壩高13.8 m。重力壩基礎置于新鮮砂巖上,重力壩斷面整體為矩形,上下游壩面壩坡鉛直、上游牛腿4.5 m 寬。右岸非溢流壩包含儲門槽壩段和右岸岸坡的砼重力壩壩段。溢流壩段由5 孔開敞式實用堰組成,實用堰型,單寬14 m,最低建基面高程336.00 m,最大壩高39.8 m,堰頂高程350.0 m。工作門孔口尺寸為14 m×22 m（寬×高）,采用弧形閘門液壓啟閉。廠房取水壩段采用重力式,頂寬27.7 m。最低建基面高程338.5 m,最大壩高35.8 m。進水口設置在廠房引水壩段,采用單機單供的取水方式。進水口底板高程350.6 m,快速門孔口尺寸為6.77 m×7.53 m（寬×高）,經壩內彎管與機組進口相連,機組進口底板高程337.6 m。發電廠房位于大壩左岸,沿壩軸線長約30 m。整個廠房工程由主副廠房、安裝間、尾水渠、GIS 室等組成。

2 黃石盤水庫施工導流施工

2.1 導流背景

壩址區河谷為左右對稱的U 形河谷,枯水期河床寬約90 m～92 m。結合水工建筑物布置型式,具備分期攔斷河床進行施工的條件。左右岸壩基段,地面高程340 m～372 m,地形上緩下陡,地表基巖裸露較好。兩岸壩基以K1c ③層厚層塊狀砂巖為主,偶夾粉砂質泥巖夾層。恩陽河洪水陡漲陡落,洪水流量大,洪水期及過渡期長,流量極不均衡,洪枯期10 年重現期洪水比值為6 倍,過渡期特枯期10 年重現期洪水比值為12 倍,基本上不具備全年導流的條件。

根據工程實際情況,本工程擬采取分期圍堰導流方式進行施工。現場開挖粘土和石渣滿足圍堰填筑量,因此采用土石圍堰。枯期流量不大,一期土石圍堰束窄2/3 河道,剩余1/3 河道滿足過流需要。另考慮河床較窄,二期縱向圍堰無法采用土石圍堰的結構方式,因此采用混凝土圍堰[2-3]。

2.2 導流方式

一期導流采取上、下游橫向及縱向土石圍堰擋水,右岸束窄河床過流的導流方式。二期導流采取上下游橫向土石圍堰及混凝土縱向圍堰擋水,左岸1 孔泄洪閘泄流。

2.3 導流建筑物

2.3.1 導流建筑物的布置及結構

本工程圍堰分二期進行施工,一期圍堰采用土石圍堰,二期圍堰采用縱向混凝土圍堰和上下游橫向土石圍堰。

在第一期的圍堰設計中,選用了11 月～次年4 月的10 年一遇的洪水標準。洪峰流量達到850 m3/s,對應的上、下游水位分別是349.63 m 和346.70 m。上游圍堰的主軸長度是72.49 m,高度達到350.33 m,寬度為5.0 m,最大的高度是9.7 m。圍堰的結構是由土石構成的,兩側坡度都是1∶1.75。為防止滲漏,在堰體中使用了土工膜與粘土心墻結合的方式。下游圍堰的主軸長度為96.08 m,高度為347.40 m,寬度同樣是5.0 m,最大高度是7.20 m。圍堰和上游的圍堰在材料和坡度上都保持一致。防滲的措施也與上游圍堰相同。

第二階段的圍堰包含上下游結構以及混凝土縱向圍堰。設計是基于每10 年一次的12 月～次年3 月的洪水標準,洪峰流量為71.5 m3/s,上下游的水位分別為352.40 m 和343.00 m。第二階段的上游圍堰的軸線長度是88.01 m,頂部高度為353.10 m,寬度為5.0 m,最高處高度為12.5 m。其是土石構造,兩側坡度為1∶1.5,采用了高壓噴射灌漿作為防滲措施。下游圍堰的軸線長度為69.88 m,高度為343.70 m,同樣寬度為5.0 m,最高點為3.70 m。結構也是土石,并使用土工膜與黏土防滲。

2.3.2 導流建筑物施工

（1）截流時段和流量

工程初期,流水是通過狹窄的原河床,無需進行截流。本方案中,截流工作是在工程的第二階段進行的。考慮到施工進度、河流的水文屬性及施工條件等多種因素,決定在12 月初的汛后退水期進行第二階段導流的截流。依據《水利水電工程施工組織設計規范》（SL 303-2017）的相關條款,采用10 年一遇枯期的平均流量作為截流標準,即9.89 m3/s。設定的截流堤的頂部高度為343.5 m,最大的填筑高度為2.9 m。截流堤與上游的圍堰是完整結合的,截流策略是從右側岸邊開始,向左側岸邊單向封堵。

（2）截流方式選擇

使用立堵方式進行截流既簡便又成本低,本項目中截流落差不大。相比之下,截流戧堤的右岸地形比左岸更加平坦,使截流材料的堆放和施工道路的布置都變得更為方便。選擇在左岸設置龍口,并采用從右岸到左岸的單戧立堵法進行截流。初步計劃使用現場挖掘的材料作為填筑料。經過水力學計算,確定截流堤的頂部高度為343.5 m,頂部寬度為6.0 m,最大填筑高度為2.9 m,兩邊的坡度為1∶1.5。

（3）截流施工

本工程截流過程中龍口水流速度與落差均不大,可采取直接單向立堵進占的截流方式。截流現場安排經驗豐富的施工員進行現場指揮,圍堰上采用推土機和挖機進行石渣推平合攏戧堤。

（4）圍堰施工

根據現場情況及圍堰設計,采用1.0 m3～2.0 m3液壓反鏟挖裝,20 t～40 t自卸汽車運輸。堰體填筑利用現場開挖料,采用1.0m3～2.0m3挖掘機裝20t 自卸汽車運輸上堰,160kW～220kW推土機平料,18 t 振動碾壓實。土石圍堰堰體防滲包括土工膜+粘土基槽防滲和高噴灌漿防滲。

2.4 基坑排水

基坑排水包括初期排水和經常性排水。一期枯水期圍堰圍護的基坑面積約3.15 萬m2,二期圍堰圍護的基坑面積約2.12 萬m2。根據基坑內地形地貌和截流后河道水位情況計算,一期基坑積水量約6.3 萬m3,二期基坑積水量約3.18 萬m3。基坑初期排水采用在下游圍堰內側設置浮動抽水平臺,安裝抽水設備,通過敷設軟膠管和鋼管翻過下游圍堰進行抽排。

基坑初期排水完成后,為保證堰內土建工程干地施工,需常備抽水設備進行基坑內的經常性排水。基坑經常性排水采取明式排水法。在基坑開挖和建筑物施工過程中,在基坑內布設排水明溝、設置集水井,排水泵站,從而形成一套排水系統。

3 接縫灌漿施工

3.1 灌前全面通水檢查以及預潛性壓水試驗

在灌漿前,對所有接縫灌漿區進行完整的通水測試,其中通水壓力設為0.16 MPa。此檢查包含四個主要部分：灌漿管線通暢檢測,重點是確保進出漿的管路流暢,通過壓力表、水表等工具,使用壓力水進行測試。排氣管道流通性檢查,主要關注排氣管路間的連通性。縫面流通性測試,采用特定的通水檢查法,即僅使一個進漿管道通水,同時封閉其回漿管道,維持壓力在0.16 MPa,監測進漿和排氣管道的水流情況。灌漿區域的密閉性測試,在通水時觀察壩的前后部分,分析水流的進出情況,從而判斷縫面是否存在外泄和串層現象。

確保灌區完全封閉,保持管道與縫隙流通性。需要確認灌漿管道流通,水流速度應達到30 L/min。雙排氣管的出水率應分別超過25 L/min。縫隙中的滲水量應不超過15 L/min。如有水外泄,應立即封閉。

進行預壓水測試前,首先進行預壓水檢查,保證壓力與設計灌漿壓力相符。對檢查結果進行文檔化,然后確保縫隙充滿水并浸泡24 小時。待排空縫中水分或通過風干后,即可開始灌漿作業。

3.2 灌區灌漿順序以及時間間歌要求

從大壩的中心部分開始向兩側進行灌漿。為了降低已灌注部分所承受的施工壓力,從低處開始向高處進行灌漿。在相同高度的灌漿區完成灌漿3 天后,才能對旁邊的區域進行灌漿。如果鄰近區域滿足灌漿條件,可以選擇同時進行,或者分區域連續灌漿。在同一高度進行灌漿的部分,按照批準劃分為不同的組別,從中心向兩側灌漿。在連續灌漿的情況下,一個區域完成后8 小時內,應開始下一個區域的灌漿；如果沒有,那么應該間隔3 天后再繼續。在即將進行灌漿的每一層,當開始壓縫時,旁邊的縫也應進行壓力測試,確保頂部壓力不超過0.2 MPa。

3.3 灌漿施工設備與機具

采用專用漿泵進行灌漿,三參數灌漿自動記錄儀進行記錄,高精度壓力表和千分表對灌漿壓力和縫面增開度監測,黏度計、比重稱、溫度計對漿液進行檢測。灌漿前和灌漿過程中利用測縫計對縫面增開度和溫度隨時測量。

3.4 灌漿壓力

在注漿時,以灌區層頂的壓力作為主要控制標準,灌區層底的壓力為次要參考。在注漿操作中,要嚴格遵守施工技術規定,確保注漿壓力和裂縫擴展度在規定范圍內。裂縫頂部的注漿壓力標準為0.2 MPa,裂縫的擴展度不應超過0.5 mm。在閘壩灌區注入時,觀察相同高度的未注漿灌區的形變。如果裂縫的擴展度超出0.5 mm,需要按照監理的建議執行通水測試。

3.5 灌漿材料和港漿水灰比

在進行接縫灌漿時,使用的水灰比是一級,混凝土的縫面則使用0.6∶1 的漿液比例。如果接縫的張開度超過0.5 mm,使用普通硅酸鹽水泥漿液；張開度少于0.5 mm 的接縫,則選用細水泥漿液進行處理。

3.6 結束標準

結束灌漿的標準：當排氣管內的漿液密度達到或近似最高設計值,同時管端壓力或縫面壓力逐漸上升至預定灌漿壓力,并且在漿液流入速度不超過0.4 L/min 的情況下維持20 min,可以結束灌漿。如果在閉漿過程中縫隙寬度的擴增趨勢明顯,且接近0.5 mm,需要采取措施如降低進漿壓力、提高相鄰縫隙的水壓,但確保灌漿區的最高壓力不超過0.2 MPa。

3.7 特殊情況處理

3.7.1 灌區管路堵塞處理

開啟所有漿料出口,在縫隙限定范圍內盡量增加漿料進入的壓力,確保漿料通路暢通。如果無法達到效果,可通過回流管調節漿料的入壓,直到完成灌漿為止。

3.7.2 灌區外漏

從外部處理灌區的外部泄漏。如果方法不奏效,再考慮采用灌漿方法,如增加漿液濃度、減少壓力等。但是間歇灌漿方法是不被允許的。

3.7.3 灌區串通

當灌區可以進行灌漿時,應立刻執行。如果不能,遵循以下方案：如果開灌時間短,用清水沖刷灌區和串區,直到兩區的出水干凈；當串區能灌漿時,再進行。如果已灌很久但串漿不嚴重,串區可用低壓水循環,直到灌區完成且串區回水干凈。

3.7.4 灌區縫面不暢

灌區的進回漿管流動困難,雖然排氣管可以相互連接,但與進漿管之間的連接不流暢。通常可以通過增大壓力、鉆入傾斜孔或補充排氣管來處理。不流暢的縫面在灌漿施工時可以使用細磨水泥漿或改良水泥進行灌注,并在連接處適當提高灌漿壓力,前提是不超過接縫的允許開度。

3.7.5 中斷處理

若灌漿過程突然停止,馬上用清水清洗管道及灌漿區域,并確保水流通直至灌漿重新開始。在再次開始灌漿之前,必須進行一次水壓試驗。如果發現灌漿管道有阻塞或排氣管的出水量有大幅減少,必須立即采納相應的應急處理。

當灌漿區的縫隙開度小于0.5 mm時,建議如下處理方式：①使用通過71μm 方孔篩的篩余部分少于2%的細粉水泥漿或純細水泥漿；②在漿液中加入適量的減水劑；③在允許的縫隙開度范圍內,提高灌漿的壓力。

4 結論

黃石盤水庫位于恩陽河中游河段,是一個大型的水利工程,主要目的是防洪、發電和改善下游供水條件。工程的主要建筑物包括大壩、廠房建筑物、魚道等。大壩的設計和建設考慮了多種因素,如地形、地質、水文等,確保其穩固和安全。施工過程中,導流是一個關鍵環節。考慮到恩陽河的水文特性和施工條件,工程采用了分期圍堰導流方式。圍堰的設計和建設也考慮了多種因素,如洪水流量、土石材料的選擇、圍堰的結構和防滲措施等。為確保基坑的安全和施工的順利進行,還采取了一系列的基坑排水措施。接縫灌漿是另一個關鍵環節,它確保了大壩的密封和穩固。灌漿過程中,需要進行全面的通水檢查、預潛性壓水試驗、選擇合適的灌漿材料和水灰比、控制灌漿壓力等。要對灌漿過程中可能出現的各種問題,如管路堵塞、外漏、縫面不暢等,進行及時和有效的處理。黃石盤水庫的施工面臨著多種挑戰,但通過科學的設計、嚴格的施工管理和有效的問題處理措施,確保了工程的順利進行和工程質量的可靠,為我國水利工程建設提供了寶貴的經驗和參考。