三道湾水电站枢纽一期工程围堰防渗形式的优化

2012-06-28仵海强于建李亚强徐勇

四川水利 2012年4期

仵海强，于建，李亚强，徐勇

(中国水利水电第五工程局有限公司第一分局，四川双流，610225)

1 工程概况

三道湾水电站位于甘肃省张掖市肃南县境内的讨赖河干流上，是出山口已建冰沟水电站的上一级梯级电站，为闸坝引水式水电站。电站由首部枢纽、引水发电隧洞、调压井、高压水道及地下厂房等建筑物组成，坝高29.7m，装机容量90MW。首部枢纽沿坝线方向全长160m，自左至右依此为左岸防渗墙段、重力式混凝土左副坝段、溢流坝段、泄冲闸段、坝内式进水口段、重力式混凝土右副坝段、右岸防冲混凝土刺墙段。

讨赖河属于河西内陆河流域的黑河水系，为黑河一级支流，河道平面展布呈凸向右岸的弧形，河水面宽20～35m，河谷开阔，漫滩发育，横剖面呈开阔的“U”字型，河床覆盖层厚3.5～9.5m。按照5年一遇的洪水标准，该河流相应洪水流量为201m3/s，工程共分为三期进行施工。

一期围堰位于枢纽左岸，由上游围堰、下游围堰和纵向围堰组成，均为土石围堰。一期基坑宽约86m，长约200m，基坑底高程低于堰外河床7.5m。

2 原投标设计方案

2.1 原围堰结构形式

原投标方案中，一期围堰全部采用土石围堰，防渗采用高压旋喷防渗墙，一期围堰上游围堰长46.75m，最大堰高3.51m，围堰顶宽5m，防渗采用高压旋喷防渗墙，防渗墙厚度为0.6m，最大深度为12.5m;下游围堰长49.72m，最大堰高2.67m，围堰顶宽5m，防渗采用高压旋喷防渗墙，防渗墙厚度为0.6m，最大深度为11.7m;纵向围堰长197.02m，采用土石围堰及高喷防渗墙，形式与上下游围堰相同，围堰迎水面采用0.7m钢筋笼作防冲措施。原上游围堰结构形式详见图1。

图1 原上游围堰典型断面

2.2 工程量

根据原一期围堰结构形式，计算原一期围堰结构工程量如表1所示。

表1 一期围堰工程量

2.3 成本分析

原投标方案中，一期围堰全部采用土石围堰，防渗采用高压旋喷防渗墙，围堰迎水面采用钢筋笼作防冲措施。围堰填筑料源在工程区域附近挖取，主要填筑方案为:采用液压反铲装15t自卸汽车运渣料至现场填筑，SD22推土机平料，13.5t振动碾振压，最后利用PC220型液压反铲修坡。根据投标文件规定，此项目报价为总价2591213元。成本计算详见表2。

表2 一期围堰原投标方案成本计算

3 优化后的实施方案

3.1 优化方案的提出

原投标方案中，一期围堰全部采用高压旋喷防渗墙防渗，造价较高，施工时间长，且本工程工期非常紧迫，很难在计划工期内完成高喷防渗施工。项目部进场后，对施工现场进行了详细勘察和分析，发现除坝基冲积层砂砾石覆盖层较厚外，左岸坝肩为砂砾石松散堆积体，砂砾石块径较大，如果采用高喷防渗墙，防渗效果恐难保证。介于河床砂砾石层的渗透系数为(5.8～9.3)×10－4cm/s，且一期围堰基坑较小，围堰高度也较小，一期工程施工工期也较短，施工期采用浅层黏土心墙防渗，并在基坑加强排水的方案完全能保证基坑施工安全，并能缩短围堰施工工期，降低导流工程造价。

3.2 控制参数计算分析

3.2.1 一期过流河槽水力计算

根据现场实际地形情况，一期围堰按照最小范围布置，并对右岸河槽进行扩宽后，可保证右岸最小15m的河槽底宽。按照宽顶堰堰流基本公式:Q=δc×m×n×b×(2g)1/2×(Ho)3/2计算，按照5年一遇的洪水标准，相应来水量201m3/s，堰前水头(雍高水位)为4.084m，对应流速3.28m/s，该流速超过了砂卵石的不冲流速，故此围堰迎水面及砂卵石河床须做抗冲防护。

3.2.2 渗流稳定分析

坝基及冲刷区河床覆盖层厚3.5～9.5m，组成物为冲洪积砂卵砾石，经试验，D10和D60分别为1.0mm和104.28mm，不均匀系数Cu为104.28，渗透破坏形式为管涌，渗透系数为(5.8～9.3)×10－4cm/s，临界渗透坡降0.58，故此粘土心墙伸入基础以下2.5m能保证围堰渗流的稳定。

3.3 优化的实施方案

3.3.1 优化后围堰结构形式

优化后仍分三期进行施工导流。一期围堰采用土石围堰束窄右岸河床过流，为确保安全渡汛，优化后上游堰顶高程增高为2343.34m，下游堰顶高程增高为2340m，堰顶宽度为5m，围堰实际填筑长度为202m，最大堰高5.51m，采用粘土心墙土工膜防渗，心墙深入基础2.5m。上游裹头和纵向围堰段总长174.79m，该段处于强冲刷段，围堰迎水面3m深度采用钢筋笼护脚，其余部位不做抗冲防护。优化后上游围堰结构形式详见图2。

图2 优化后上游围堰典型断面

3.3.2 施工工序

土石围堰主要施工程序:围堰填筑料填筑→碾压→削坡→钢筋石笼施工→开槽、粘土心墙及复合土工膜防渗施工→围堰加高至设计高度。

施工过程中，土工膜粘土心墙与围堰填筑同步上升，先填筑围堰石渣料，再铺黄土，黄土按30cm一层填筑，采用16t振动碾碾压后再用反铲松动表面，然后再填筑上层。钢筋笼和铅丝石笼护坡跟进施工。

3.3.3 实际发生工程量

根据优化后的一期围堰结构形式，计算一期围堰结构工程量如表3所示。

表3 一期围堰工程量

3.3.4 成本计算

方案优化后，围堰填筑施工和左岸碎石土及石方开挖施工同时施工，故此填筑料源全部利用左岸坝肩碎石土开挖料及石方开挖碴料进行填筑，从而节约了填筑料取料成本，粘土心墙填筑料源就近取料。根据围堰过流情况，只进行了钢筋笼护脚施工。主要施工方案为:采用液压反铲装15t自卸汽车运渣料至现场填筑，装载机平料，振动碾碾压，钢筋笼护坡，粘土心墙土工膜防渗施工跟进施工。

对此，根据围堰施工过程中的各工序实际成本发生情况，并结合实际发生工程量，经计算得出了方案优化后实际施工成本为745344元。方案优化后实际成本计算详见表4。

表4 枢纽一期围堰原投标方案成本计算

其中，加上左岸坝肩绕渗水量后，施工期基坑总渗水量达到了45m3/h左右。对此，根据基坑绕渗情况及工程施工需求，在基坑上、下游各设置一个集水坑，在基坑周围设网格状排水沟将水流汇集到集水坑集中抽排的方法进行施工。两集水坑内各布置了一台8吋潜水泵，平均每天运行时间为10h，混凝土浇筑过程中，采用2吋泵对局部区域渗水进行临时加深抽排，以达到混凝土建基面要求。由此计算平均每天排水费用为2563.35元，一期工程总时间为119d，从而计算出施工期排水实际成本为305515元。

4 方案优化的成果

通过施工方案的优化，利用就地取材便于施工的粘土心墙，加强排水的围堰方案代替工序较多、造价较高、耗时较长的高喷防渗墙围堰方案。合理利用现有地形和地质条件，缩小围堰范围，降低右岸河床高度，扩宽河槽过渡宽度，降低了堰前水位，为粘土心墙围堰方案创造了条件。通过施工过程中对粘土心墙的重视和精心施工，确保了施工期围堰渗漏安全，从而取得了较好的经济效益。