构皮滩电站厂房尾水围堰优化设计施工

刘宇

【摘要】将投标阶段采用的RCC混凝土围堰改为土石过水围堰作为厂房尾水出口段施工的挡水建筑物，不仅满足了尾水汛期的挡水要求，同时也加快了尾水的施工进度、降低了工程造价。

【关键词】构皮滩电站；尾水围堰；优化设计；施工

中图分类号：TM622文献标识码： A 文章编号：

1、 工程概况

构皮滩水电站厂房尾水出口段由渐变段、尾水闸门井、尾水渠及尾水平台组成，尾水渠为直向出口，自尾水平台分别以1：3与1：3.59（5#机）的反坡接至428.00m高程，后与河床自然相接。该区域主要位于O2sh+b～O1m1层，第四系覆盖层厚度10～30m，覆盖层主要为崩坡积及冲积物组成。

根据招投标文件对水流控制的要求和厂房尾水段工程的特点，厂房尾水围堰设计标准为枯水期（P=10%）11月~次年4月挡水,十年一遇,相应流量为3940m3/s，水位为446.41m。

2、尾水围堰设计及优化

2.1尾水围堰形式的选择及设计

根据厂房尾水渠区域开挖揭露的实际情况，厂房尾水围堰基础开挖到基岩面难度很大。采用投标阶段的RCC混凝土围堰，基础处理较困难。

(1) 围堰形式选择：

围堰要求安全可靠、能满足稳定、防渗及抗冲要求；构造简单，施工方便，在预定工期内可以施工到需要的断面各高程；地基处理确实可行，堰体便于与岸坡线已有建筑物连接；堰体可充分利用当地材料及开挖碴料，并便于维护和拆除；具有良好的技术经济指标。

根据工程实际情况，为避免RCC围堰复杂的基础处理，同时减少开挖及混凝土工程量，降低工程造价，经比较，拟将投标阶段采用的RCC混凝土围堰改为土石过水围堰作为厂房尾水出口段施工的挡水建筑物。

(2) 设计标准

厂房尾水围堰设计洪水标准为11月至次年4月枯水期挡水的十年一遇洪水，相应流量为Q=3490m3/s，水位为446.41m。根据《水利

水电工程施工施工组织设计规范》（SDJ338-89）和《水利水电工程施工导流设计导则》（DL/T5114-2000），当堰高大于15米，小于50米，确定本工程厂房尾水围堰级别为Ⅳ级。

2.2 围堰设计轴线选择

根据招投标文件的要求，综合分析尾水出口地形及地质特点，轴线选择综合考虑底部防渗、挖填、以及围堰内侧尽量少压尾水渠的开挖以减少最后一个枯期时段围堰拆除时的工作量。根据以上原则布置围堰轴线，结合招标文件图纸右岸导流洞出口明渠围堰轴线走向，拟定尾水围堰轴线位置，围堰轴线长152.6m。

2.3 堰高确定

厂房尾水围堰挡水设计标准为：十年一遇、11～4月枯期挡水，相应流量Q=3490m3/s，水位446.41m。根据施工合同，尾水1#公路以下边坡开工时间为2004年4月30日，而尾水出口工程施工图纸下发时间是2004年11月1日，实际开工时间为2004年12月中旬，实际开工时间比合同开工时间已滞后7个月，考虑加高围堰延长枯水期基坑施工时间；同时考虑尾水河床受前期施工弃渣等人为因素的影响，河床水位比原设计水位有所抬高，为确保防洪度汛的安全，堰顶高程在设计P＝10％的枯期水位及堰顶安全超高0.3m的基础上考虑加高4.0m，确定堰顶高程为450.71m。

2.4 围堰断面结构设计

（1）围堰结构选择

考虑围堰过水以及将受到左岸两条导流洞和右岸导流洞水流的冲刷，拟定厂房尾水围堰为土石围堰，迎水面用钢筋网笼护面，背水面用干砌块石护面，预充水槽及充水水流面处用砼支护，堰顶用混凝土护顶。

(2)防渗施工平台高程

根据目前实际情况，尾水出口河床高程为436.5米，考虑围堰施工防渗与现实际地形的开挖回填关系，取防渗平台顶高程为436.5米。

(3)堰顶宽度及构造

堰顶宽度满足防汛抢险与交通运输要求，围堰堰顶宽度设为8米，面层填铺50cm碎石压平。

(4)围堰细部构造

厂房尾水围堰分两部分组成，第一部分为EL436.5米以下，采用帷幕防渗，直接利用河床堆碴体；第二部分为EL436.5m至EL450.71m高程，该层内侧直接利用堆体料，外侧先开挖至EL436.5米后用级配灰岩混合石碴填筑，用粘土斜墙进行防渗。坡体内外侧坡面均设为1：1.5，外侧用钢筋网石笼护面，外侧坡用大块径石头护脚。在围堰EL448高程设一预充水槽，槽宽2米，周边浇40cmC20砼；在EL440高程预埋Φ400钢管3根，用作基坑抽排水用。

2.5 防渗设计

围堰436.5高程以下部份的防渗，采用防渗帷幕；436.5高程以上部份的防渗采用粘土斜墙。

3、施工程序及施工方法

3.1 施工程序

厂房尾水围堰的施工先对外侧开挖到EL436.5高程作灌浆平台，对围堰436.5高程以下进行帷幕防渗，再对开挖部份进行填筑，同时将粘土斜墙按厚层80cm一并填筑碾压，围堰粘土斜墙控制干容重为1.45~1.6t/m3；最后进行钢筋笼护面。在外侧填筑时预埋护面钢筋笼Φ10拉接钢筋。内侧在基坑开挖时按1：1.5的坡面进行修坡形成围堰，最后对堰顶浇一层C20砼20cm压顶。

3.2 施工方法

厂房尾水围堰的施工分两部分进行，第一部分为447米以下外侧的开挖、防渗、回填、护面；第二部分为EL447m高程以上的填筑、防渗、护面及内侧坡的修坡施工。

第一层的施工，用CAT330沿设计开挖线进行开挖，石碴直接运在EL447平台高程上，开挖到EL436.5高程，紧接着进行帷幕灌浆防渗。防渗处理结束，对该部位进行填筑，填筑采用该位置开挖出的级配灰岩混合石碴，中间用粘土斜墙防渗。填筑时，中间先填粘土压实，内、外侧再填级配料，交替上升，填筑中按1米的间排距预埋Φ10拉接筋，内用大块石连结，外侧预留2米连接护面钢筋网；填筑到EL447高程后对外侧坡面进行修面处理，然后沿坡面贴一层钢丝网，在网上用大中块径石护面，最后再铺一层钢筋网与下层钢筋网用预埋钢筋连接；在石碴填筑至EL440高程时，在围堰靠下游侧预埋3根Φ400钢管，用作基坑内的排水及抽水。

第二层的施工。待第一层施工完成，进行第二层的施工，第二层的施工主要是EL447以上的填筑、坡面护面以及内侧坡面的修坡；EL447以上的填筑及坡面护面与EL447以下的施工方法相同，内侧坡面的修整在尾水基坑的开挖时与开挖一并进行，第二层的施工填筑时，在EL448高程靠堰体上游侧预留一2米宽渠口，渠口用砼浇筑而成，平时用粘土袋子封堵，汛期在洪水到来时用作对围堰内预充水。

3.3 堰体436.5高程以下部分的防渗

厂房尾水围堰436.5高程以下部份的防渗，用MY-60钻机跟管造孔，自流注浆的方法进行处理后，再对围堰进行帷幕灌浆，帷幕灌浆自上而下进行。具体施工方法为：

（1）河床集碴层内空隙的回填处理。

①钻孔。

围堰外侧开挖到436.5高程，进行防渗轴线施工放样，根据放样轴线在已开挖的EL436.5平台浇一层15cm厚4米宽条带砼，作灌浆施工平台。沿防渗轴线两侧各距轴线50cm错位布置两排灌浆孔，孔距1米，采用MY-60钻机跟管造孔，孔径Ф120mm，待钻孔穿过河床集碴层后用Ф100PVC花管下插到底，取出套管。

②注浆。

对河床集碴层内空隙的处理，根据钻孔情况，对孔隙大且流水速度快的孔采用双管注浆，双管同时伸入孔内随注入的浆液上升而上升，其中一管注0.5:1的水泥浆,另一管注水玻璃（水玻璃注入量为水泥浆水泥用量的15%~30%），孔内采用自流的方式，注浆的同时在孔口直接加入细砂，直到浆液注到孔口为止；对空隙大而水流速度小的孔采用单管水泥浆在孔口加砂的注浆方式对空隙进行回填。

（2）围堰防渗帷幕的施工。

①钻孔。

河床集碴层的处理结束后，进行围堰防渗帷幕的施工。围堰防渗帷幕从436.5高程防渗处理平台开始从上向下进行；施工中采用地质钻，孔径Ф91mm，孔间距1米、孔排距1米，孔间错位布置，施工时先对防渗帷幕进行轴线放样，根据放样轴线将地质钻机就位，围堰的防渗施工采用地质钻及相应配套灌浆设备同时作业，采用边钻边灌的施工方法，第一层按2m~4m深造孔（孔深根据钻孔情况确定），孔成形后进行灌浆，待凝后再进行造孔，循坏作业直至伸入基岩1.5~2米。

②防渗帷幕灌浆。

将帷幕灌浆孔分为两排，靠内侧排为第一排孔，靠外侧排为第二排孔，对帷幕的施工，先钻孔灌浆一排孔，后钻孔灌浆第二排孔；竖直向采用自上而下施工的施工顺序；灌浆采用

纯压式灌浆工艺。灌浆压力一排孔拟定灌浆压力（进浆压力）为0.2～0.5MPa，二排孔灌浆压力（进浆压力）为0.5～1.0MPa，对单个孔的灌浆，灌浆压力采用先恒定后加压的施工方法，并根据灌浆试验情况进行确定。结束灌浆，当灌浆注入率不大于1.0L/min时结束灌浆。

每个灌浆孔结束灌浆后，采用浓水泥浆将钻孔回填密实。在浆液终凝干缩后，自原孔位扫孔至干缩浆液顶面，采用原配比浆液进行回填，防止钻孔上部会出现脱空现象，确保防渗帷幕与上部结构物的连接及防渗效果。

（3）特殊情况处理

①施工中河床覆盖层如遇粉砂层，采用高压注浆泵注水泥浆将砂层切割冲破，再进行灌浆。

②钻孔过程中，如遇大块石和孤石，做好详细记录，当地层孔隙大，漏水严重时，在灌浆前，先回填砾石、砂、粘土及灌掺速凝剂的水泥砂浆，再反复灌浆，直至达到结束标准。

③灌浆过程中如遇吸浆量大，采用间歇灌浆的方法处理。

4、实施效果

经后期验证，经过优化后施工的尾水围堰不仅满足了尾水汛期的挡水要求，同时也加快了尾水的施工进度、降低了工程造价；将投标阶段采用的RCC混凝土围堰改为土石过水围堰作为厂房尾水出口段施工的挡水建筑物是设计优化上的重要举措。