亭子口水利枢纽三期截流施工

(武警水电三总队，成都，610036)

1 工程概况

亭子口水利枢纽位于四川省广元市苍溪县境内，是嘉陵江干流开发中唯一的控制性工程，是以防洪、灌溉及城乡供水、发电为主，兼顾航运，并具有拦沙减淤等效益的综合利用工程。工程分三期建设，一期先围右岸，在一期枯水期围堰保护下施工右岸导流明渠、混凝土纵向围堰，并进行厂房和左岸非溢流坝段水上部分的开挖。施工期原河床过流、通航；二期在全年挡水土石围堰保护下进行基坑开挖，河床表孔坝段、底孔坝段、电站厂房和左岸非溢流坝段的施工，施工期导流明渠过流，坝址断航；三期再围右岸导流明渠，施工升船机和右岸非溢流坝段，水流由左岸已建溢流坝段的底孔及表孔下泄，截流时水流由底孔下泄，三期施工期由升船机上闸首挡水发电，施工期坝址断航。

本次为三期导流明渠截流，水流由左岸已建溢流坝段的底孔及表孔下泄，导流流量为2790m3/s。施工现场水文条件见表1、表2。

表1 亭子口水利枢纽不同频率设计洪水成果

项 目X0 02%X0 2%X1%X2%X3 33%X5%X10%X20%洪峰(m3/s)4340034500280002510022900212001800014700W24h(亿m3)3225 320 518 316 715 413 1110 66W72h(亿m3)66 252 342 237 734 331 626 8021 71W168h(亿m3)10784 367 760 354 750 342 3734 06

表2 坝址水位流量关系

水位(m)流量(m3/s)水位(m)流量(m3/s)水位(m)流量(m3/s)370 028377 56070385 020500370 5100378 06800385 521700371 0238378 57600386 022900371 5400379 08400386 524100372 0600379 59260387 025400372 5850380 010200387 526700373 01160380 511100388 028200373 51520381 012100388 529700374 01950381 513100389 031200374 52440382 014100389 532700375 02940382 515100390 034400375 53500383 016100390 536100376 04080383 517200391 037800376 54730384 018300391 539500377 05400384 519400392 041200

2 三期明渠截流设计

2.1 截流方式选择

导流明渠围堰截流采用从右岸至左岸单戗进占，立堵法进行截流。为减少龙口水位落差，降低截流施工难度，采用上、下游围堰同时进占，先上游、再下游截流的顺序进行。

2.2 截流时间

截流时间初步安排在2012年2月中旬，根据嘉陵江来水情况及二期工程进展情况适时截流。

2.3 截流流量

截流流量选用2月份近两年月平均流量，相应截流流量为238m3/s。

2.4 截流戗堤轴线及龙口布置

为减小施工导流工程量，截流戗堤作为围堰堰体的一部分，同时为避免截流大块石流入防渗心墙施工区域内，截流戗堤布置在围堰下游侧，戗堤与围堰轴线平行，距围堰轴线距离为19.75m。龙口布置在戗堤与纵向围堰之间。

2.5 戗堤高程确定

截流流量按频率为10%的1月份月平均流量确定，截流流量为238m3/s。查大坝底孔泄流能力表，当流量为238m3/s时，截流后上游相应水位为376.8m，考虑安全超高，上游截流戗堤高程确定为378m，戗堤高8m。

2.6 戗堤顶宽及结构设计

根据截流强度分析，截流戗堤顶宽取15m，戗堤非龙口段采用徐家湾渣场回采石渣料填筑，上下游坡比为1∶1.5。龙口段采用混凝土预制块、铅丝石笼及大块石填筑进占。

2.7 截流水力学计算

经过对不同龙口宽度泄流能力计算，并结合招标文件提供的大坝底孔泄流曲线，当戗堤进占至龙口为30m(龙口底宽为18m)时，戗堤上游水位为374m，导流底孔开始分流。经过计算不同龙口宽度水位流量泄流曲线及大坝底孔分流曲线，龙口最大流速为6.61m/s，最大单宽功率43.49t.m/s.m，上游戗堤进占各项水力参数指标计算结果见表3。

表3 上游截流戗堤进占过程龙口水力学指标

龙口宽度(m)上游水位(m)龙口流量(m3/s)流态龙口水深(m)龙口平均水面宽(m)龙口平均单宽流量(m3/(s m)龙口平均流速(m/s)龙口落差(m)龙口水流单位功率[t m/(sm)]44372 9223840373 1423835373 5223830374 0023825374 4622320374 9319415375 3915712375 781218376 5434376 84非淹没流1 7334 196 964 021 198 281 8830 367 844 171 269 882 1325 649 284 361 3912 902 452111 334 631 5517 562 8216 3513 644 841 6422 373 2711 7016 585 071 6627 524 087 0422 305 471 3129 214 224 3427 886 611 5643 492 792 8714 985 371 0415 581 051 123 573 400 441 57

3 三期明渠截流施工

3.1 截流施工布置

三期明渠截流施工布置见图1。

图1 亭子口水利枢纽三期截流施工平面布置

3.1.1 截流施工道路布置

本工程截流在导流明渠内，戗堤顶高程为378m，与明渠两岸已有道路高差较大，道路布置难度大。根据现场实际情况，接场内已有公路2-1#路上游段经导流明渠进口，沿道路明渠右岸岸坡修建至截流戗堤的施工道路R1。根据截流强度及明渠宽度，R1路面宽度8m，满足双向行驶要求。R1道路采用徐家湾渣场回采石渣混合料进行填筑，表层铺筑10cm厚砂砾石。道路起点高程约393m，终点高程378m，道路总长约100m，最大纵坡约15%。

3.1.2 截流料源规划

截流材料主要为石渣料、大块石、混凝土预制块及铅丝石笼等。石渣料、大块石及铅丝石笼所需块石均取自右岸上游徐家湾渣场，从弃渣中选取粒径合格的新鲜石渣、块石作为截流材料，混凝土预制块在右岸上游截流备料场预制。

3.1.3 截流备料场

截流备料场设置在右岸上游徐家湾渣场，面积约2.6万m2，距截流戗堤距离约1km。截流备料场主要用于混凝土预制块预制、堆放、大块石堆存及钢笼和铅丝石笼加工及堆放。

3.2 截流材料准备

3.2.1 混凝土预制块

根据截流水力学计算结果，上游戗堤龙口从30m束窄到8m的过程中，龙口流速较大，最大流速达到了6.61m/s，因此该部位是截流施工最困难的部位。为确保截流时有足够数量的抗冲材料，龙口部分采用混凝土预制块辅助铅丝石笼进占。其粒径计算参照《水利水电工程施工手册》第5卷第六章6-4-1计算式，经计算单个大块石粒径d=1.96m，相应的体积为3.96m3，相应的重力为9.5t。

根据材料粒径计算公式计算不同流速条件下的材料粒径见表4。

表4 不同流速抛投材料粒径及重量

项 目指 标流速(m/s)4 04 55 05 56 06 6材料粒径(m)0 720 911 121 361 621 96材料重量(t)0 470 951 783 165 329 43

3.2.2 石渣料

石渣料主要用于靠近右岸岸坡24.45m范围的戗堤填筑，石渣混合料从右岸上游的徐家湾渣场回采，选用较新鲜的砂岩等强度较高的岩石，一般粒径10cm～80cm，20cm～60cm粒径含量不小于50%。

3.2.3 大块石

大块石主要用于戗堤24.45m～35m范围内戗堤进占，大块石右岸上游的徐家湾渣场选取回采，大块石料应选用岩性较坚硬的砂岩，粒径为70cm～130cm，按大于80cm粒径含量不小于50%进行备料。

3.2.4 特大块石

特大块石主要用于龙口段35m～54.45m段戗堤填筑，特大块石在徐家湾渣场选取回采，一般粒径大于1.3m。

3.2.5 铅丝石笼串

铅丝石笼串用于辅助戗堤龙口段填筑进占，铅丝笼采用8号铅丝编制而成，铅丝网网格间距为10cm，石笼内填装不小于30cm的新鲜块石。单个铅丝石笼规格为1.0m×1.0m×2.0m，单个体积2m3，每3个铅丝石笼组成一个铅丝石笼串。

3.2.6 混凝土预制块

为确保截流顺利成功，预制部分混凝土预制块，混凝土预制块采用C20混凝土四面体，规格为3.5m×3.5m×2.5m，单个体积为5.3m3。四面体预制时埋设φ20mm钢筋作为起吊吊环。

3.2.7 砂砾石过渡料

戗堤上游迎水面抛填2m厚砂砾石料，减少戗堤渗流量。砂砾石过渡料粒径规格为5mm～40mm，从左岸砂石骨料系统取料。

3.3 截流施工方法

3.3.1 设备选型

石渣料、大块石采用1.6m3挖掘机或3m3装载机回采装车，截流施工所用材料选用20t自卸汽车运输，铅丝石笼及混凝土四面体采用16t汽车吊装车，混凝土四面体采用40t汽车吊起吊抛投至预定位置。戗堤进占采用320推土机推填平整。

3.3.2 设备布置

徐家湾渣场布置4台1.6m3挖掘机、2台3m3装载机、1台16t汽车吊，截流戗堤布置2台320推土机、1台40t汽车吊。

3.3.3 道路修建

接2-1#路上游段，沿右岸边坡采用半挖半填方式修建道路至导流明渠进口，再沿导流明渠右岸边坡采用水下抛填方式填筑路基至378m高程，路基形成后，在表面铺设10cm砂砾石作为路面结构。路基回填料采用1.6m3挖掘机从徐家湾渣场回采装20t自卸汽车运输，采用水下抛填方式填筑。砂砾石料从左岸砂石骨料系统取料，推土机推料平整，最后采用18t振动碾进行碾压。

3.3.4 回车平台填筑

回车平台采用挖掘机从徐家湾渣场回采石渣料装20t自卸汽车运输至施工现场，端进法抛填，使大部分抛投料直接抛入堤头前方，推土机在堤头配合施工。回车平台填筑高程为378m，表面填筑10cm厚砂砾石面层。

3.3.5 非龙口段填筑

非龙口段采用石渣料及大块石进行填筑，靠近右岸岸坡20m范围内戗堤采用石渣料填筑，20m～30m范围内采用块石料填筑。填筑用料均来自徐家湾渣场回采取得，采用端进法抛填进占，推土机在堤头配合施工。

在进占过程的同时，戗堤顶部碎石土尾随铺筑，并派专人养护路面，确保龙口合龙过程中大型车辆畅通无阻。

3.3.6 裹头防护

当戗堤进占30m后，大坝底孔开始分流，龙口流速达4.63m/s，戗堤停止进占，需要对裹头进行防护。

裹头防护采用铅丝石笼串防护。铅丝石笼设在徐家湾渣场的截流备料场加工制作，铅丝石笼规格为1.0m×1.0m×2.0m。铅丝石笼采用16t汽车吊吊装20t自卸汽车运输至堤头，在戗堤堤头每3个铅丝石笼用φ10mm圆钢连接形成一个铅丝石笼串，采用40t汽车吊吊入龙口堤头边坡，终点对堤头上下游转角处边坡进行防护。

3.3.7 渠底增糙

导流明渠底板为混凝土结构，表面光滑，不利于截流抛投稳定。截流前在龙口底板摆放混凝土四面体，增加渠底糙率。

混凝土四面体在截流备料场预制，四面体规格为3.5m×3.5m×2.5m，单个体积为5.3m3，采用16t汽车吊吊装20t自卸汽车运输至堤头，再用40t汽车吊沿戗堤上下游边线摆放2排，四面体提前戗堤进占5m。

3.3.8 龙口段填筑

裹头防护及渠底增糙完成后，开始龙口段填筑施工。本标段戗堤龙口段宽度为15m，戗堤堤头布置三个卸料点。堤头线路布置共分为两个区：抛投区长10m～20m，编队区长20m。另根据不同部位填料的要求，采用不同的编队方式。为确保堤头车辆安全，汽车轮缘距戗堤边缘不少于2m～3m，并安排专人布置标识。不同材料车队分别配以不同颜色、数码标志，堤头指挥人员以相应颜色的旗帜分区段按要求指挥编队和卸料。

龙口段主要采用大块石、特大块石及铅丝石笼串填筑进占，大块石、特大块石及铅丝石笼串均备在截流备料场。堤头抛投方式主要采用凸出上挑角进占。用铅丝石笼串、特大块石从戗堤轴线上游侧进占，再将石渣料、块石料填在戗堤轴线下游侧。

4 结语

2012年2月17日，亭子口水利枢纽三期明渠截流成功，为2013年下闸蓄水和提前发电目标铺平了道路，为保证工程稳步推进、造福老区和实现2013年投产发电目标再立新功奠定了坚实基础。从施工实际情况看，因地制宜择优选择截流方式，截流前在龙口底板摆放混凝土四面体，增加渠底糙率，充分利用资源，合理布置施工现场，解决了三期明渠截流龙口流速高、落差大、抛投稳定性差等特点，确保了截流的成功。