盖下坝水电站大坝上下游围堰设计与施工

2015-02-25黄远泽郑希娟其其格张雨豪

东北水利水电 2015年11期

黄远泽，郑希娟，其其格，张雨豪

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021）

1 工程概况

重庆云阳盖下坝水电站位于重庆市云阳县和奉节县境内的长江一级支流长滩河中上游河段，坝址位于长滩河上游云阳县云峰乡盖下坝村以下约3 km 的老鸦峡前段，距下游长江入口处的故陵镇约45 km，距云阳县城约72 km。枢纽由混凝土双曲拱坝、左岸引水系统及地面式厂房组成，工程规模为大（2）型II 等工程。混凝土双曲拱坝最大坝高160.00 m，坝顶长153.20 m。发电厂房装机3台，单机容量44 MW。盖下坝水电站开发的主要任务是发电。

盖下坝水电站工程采用围堰一次拦断河床，隧洞导流的导流方式，大坝上下游围堰为全年挡水围堰。主体工程于2009年元月正式开工建设，导流洞全长306 m，为8 m×7 m 城门洞型，于2009年2月17日贯通。 2009年5月8日大江截流，2010年6月20日大坝上游围堰填筑完成，为大坝混凝土浇筑施工提供条件。沛。多年平均气温18.5 ℃，极端最高气温42.9 ℃，极端最低气温-4.0 ℃，多年平均降雨量1 127.3 mm，多年平均风速1.9 m/s，最大风速20.0 m/s；多年平均日照数1 396.5 h。

根据水文资料，施工洪水时段划分：主汛期为5月至9月，枯水期为11月至翌年3月，4月为汛前期，10月为汛后期。坝址分期设计洪水成果见表1。

表1 坝址分期设计洪水流量成果表

2 工程条件

2.1 水文、气象条件

该流域属亚热带湿润季风气候区，位于清江暴雨区边缘，受清江暴雨和巫山暴雨影响，雨量丰

2.2 围堰地质条件

上游围堰位于坝址上游，距导流洞进口约50 m，地面高程一般为270～271 m。两岸山体地形陡峻，左岸谷坡50°左右，右岸谷坡约50°～80°，为上部陡下部稍缓的折线坡。枯水期河水位高程一般为268～271 m，水深约0.5～3.0 m，谷底宽40～45 m，呈狭窄的“V”型河谷，坝址处无阶地。

围堰基础基岩为三叠系下统嘉陵江组第四段（T1j4-1）中薄～中厚层石灰岩，岩质较坚硬，河床及两岸边坡中等风化岩厚度一般为13～15 m。上覆第四系冲洪积物上部为砂卵砾石，厚度5～7 m，下部为含泥砂砾石、卵石等，厚度为15～20 m。砂卵砾石渗透系数k 值为2.3×10-1cm/s，属强透水层，含泥砂砾石渗透系数k 值为3.2×10-3cm/s，属中等透水层。两岸山坡第四系残坡积物厚度较薄，一般为0.1～0.3 m，主要由腐殖土组成。

下游围堰位于坝址下游，地面高程一般为268～270 m。组成围堰基础岩层为嘉陵江组中薄层中等风化石灰岩，上覆第四系冲洪积物上部为砂卵砾石，厚度为10～16 m，下部为含泥砂砾石、含泥细砂、卵石等，厚度为10～15 m。砂卵砾石渗透系数k 值为1.6×10-1cm/s，属强透水层，含泥砂砾石渗透系数k 值为1.0×10-2cm/s，属中等透水层。

3 大坝上下游围堰设计标准

大坝上下游围堰挡水标准采用大汛10年重现期洪水，设计挡水时段内的洪峰流量为2 170 m3/s。经调洪后导流洞（8×7 m）泄流量为667m3/s。大坝上游围堰设计水位为314.87 m，堰顶设计高程为316.40 m，防渗体顶高程为316.00 m。大坝下游围堰设计水位274.72 m，堰顶设计高程275.80 m。

大坝上游围堰布置在距坝轴线上游约120 m处，围堰轴线长146.04 m；大坝下游围堰布置在距坝轴线下游180 m 处，围堰轴线长49.43 m。

4 大坝上下游围堰断面设计

4.1 大坝上游围堰断面

大坝上游围堰为土石围堰，围堰顶宽8.90 m，堰顶高程316.40 m，堰长119.56 m，最大堰高47.69 m，围堰迎水侧边坡为1∶1.5，背水侧边坡为1∶1.4。围堰上下游边坡各设一级马道，马道宽2.0 m，高程293.90 m。

由于大坝上游挡水围堰底部宽度大于大坝基坑上游开挖边坡坡顶与导流洞之间距离，以致围堰下游堰脚占压部分大坝基坑。为减少对坝体施工的影响，大坝上游围堰分两期进行填筑。一期填筑高程标准采用10月至翌年4月，频率为P=10%，流量Q=468 m3/s，设计水位为287.57 m。相应一期填筑高程取293.90 m。二期填筑高程至围堰顶高程316.40 m。

由于河床砂卵砾石渗透系数较大，覆盖层较厚，水下开挖深覆盖施工非常困难，为保证大坝基坑有良好的施工条件，上游围堰273.50 m 高程以下采用高喷灌浆防渗。

高喷灌浆采用旋喷，双排，孔距80 cm，排距0.75 m。高喷灌浆防渗墙轴线位于围堰轴线的上游40.06 m 处，与围堰轴线平行。高喷灌浆最低高程243.00 m，高喷灌浆顶高程272.5 m ，高喷灌浆防渗墙深度最大29.5 m。大坝上游围堰的防渗体总高度达到74 m 左右。

由于当地粘土料源征地困难，堰体采用复合土工膜防渗。结合堰体分期填筑，在高程293.50 m以下，即一期填筑断面，防渗土工膜采用斜心墙式。土工膜下部与高喷灌浆防渗墙的混凝土帽梁相接，混凝土帽梁顶高程为273.50 m，273.50 m 以上两岸边坡段在岩石上挖槽回填混凝土梁，与堰体复合土工膜连接。部分土工膜浇筑在混凝土帽梁内，保证帽梁与土工膜的连接，帽梁以上至高程293.50 m 之间，采用斜铺形成斜心墙式土工膜防渗体。土工膜采用“之”字形铺设，斜心墙轴线的铺设坡度为1∶1.95，土工膜两侧填筑过渡料1 和过渡料2，以保护复合土工膜。过渡料1 的填筑坡度为1∶1.75，过渡料2 填筑坡度为1∶2，厚度3.2 m。

一期填筑断面顶宽52.35 m，填筑高度20 m。从上游到下游依次为：钢筋石笼、堆石体、过渡料1、过渡料2、复合土工膜、过渡料2、过渡料1、堆石体。为防止堰脚冲刷破坏，填筑大块石护脚进行防冲，护脚顶宽4 m，边坡1∶1.5。一期断面下游边线距围堰大断面边线19.24 m。待大坝基坑上游边坡防护后继续填筑围堰二期断面。

围堰二期断面填筑高程从293.90 m（马道）至堰顶高程316.4 m。围堰顶宽8.90 m，高度22.5 m。二期断面土工膜采用心墙方式防渗，土工膜防渗体中心线与围堰轴线重合。堰体下部将二期断面堆石体加宽18.15 m。填筑过程中保证与一期断面的过渡料分别妥善相接。土工膜采用“之”字形铺设，二期填筑断面过渡料2 宽度为3.6 m，土工膜轴线两侧各1.8 m，后在距防渗体顶部5 m 高程处，宽度折减为2 m。两侧过渡料1 的宽度为3.2 m，至堰顶宽度各为2 m。

4.2 大坝下游围堰

大坝下游围堰顶宽6.80 m，顶高程为275.80 m，堰长48.42 m，最大堰高7.15 m，围堰上下游侧边坡均为1∶1.5。堰体采用粘土心墙防渗，粘土心墙顶宽2.0 m，两侧填筑边坡为1∶0.3。心墙两侧反滤料顶宽各0.50 m，填筑边坡1∶0.5。迎水侧堰面和坡脚采用1.0 m 厚钢筋石笼防护，钢筋石笼尺寸为3.0×3.0×1.0 m。坡脚水平防护长度为3.0 m。围堰基础采用双排高喷灌浆防渗，高喷灌浆采用旋喷，孔距80 cm，排距0.75 m。高喷灌浆防渗墙深入粘土心墙高度为2.0 m，深入基岩深度不小于0.50 m。高喷灌浆防渗墙平均高度33 m，大坝下游围堰防渗体总高度约39 m 左右。

5 复合土工膜施工

大坝上游围堰复合土工膜为两布一膜，以PE膜为主膜、无纺布为基布，规格为400 g/0.8 mm/400 g 的土工膜，复合土工膜渗透系数不大于1×10-6cm/s。

复合土工膜心墙采用“之”字形铺设，土工膜是一种柔性膜状材料，在施工中以过渡料2 作为内边坡的依托，随着过渡料的填筑逐层上升。土工膜的连接施工在过渡料层面上进行，当剩余的土工膜不够铺设下一层时，在过渡料2 层面上将土工膜连接，待工序④完成后将连接好的土工膜从坡脚向上铺设至坡顶。坡面上的土工膜要铺设平整，不得留有褶皱，根部不得有鼓包。⑤－⑥－⑦－⑧工序的施工方法与①－②－③－④相同，只是在另一侧重复同一施工工序。整个围堰堰体的施工按上述程序循环，逐层上升。

施工过程中尽量减少接缝的数量，避免十字接头，减少“T”形接头。土工膜铺设时应形成褶皱，保持松弛状态以适应变形。

土工膜与下部基础混凝土帽梁的连接采用在浇筑帽梁混凝土时将其直接埋入，埋入深度为0.70 m，水平铺设长度0.50 m。

土工膜与岸坡的接头连接采用在岸坡开挖混凝土齿槽，底宽1.00 m，齿槽边坡1∶0.5，齿槽混凝土回填时，将土工膜埋入齿槽，埋设深度0.8 m，水平铺设长度0.50 m。在岸坡齿墙混凝土施工时按土工膜折曲形状预埋PVC 止水带，在围堰填筑时将土工膜与PVC 止水带粘接。为适应堰体与岸坡齿墙之间较大的相对位移，土工膜铺设时应在两侧临近接头部位，沿围堰轴线方向设置折叠式的“土工膜伸缩节”，伸缩节使土工膜展开长度为2.0 m。

复合土工膜的接缝拼接主要采用粘接法和热焊法。对于大面积，且较平整规则的区域用热熔焊接法，上、下布用KS 胶粘接，对于小面积形状不规则的边角区域，土工膜中间PE 膜与上、下布分离，用热熔焊接法将PE 膜焊接好后，再用KS 胶将上、下布与PE 膜粘接。为加快复合土工膜主膜施工进度，在保证焊接质量的前提下尽量采用焊接机焊接。

土工膜连接施工程序为：铺膜→缝底层布→焊膜翻面铺好→缝上层布。膜采用热合焊机连接。焊接前清除膜面的脏物，保证膜面清洁，膜与膜接合平整。焊接时操作人员要仔细检查两条焊缝是否清晰、透明，有无气泡、漏焊、熔点或焊缝跑边等。焊缝两道，每条宽10 mm，不合格进行补焊。同时根据环境温度的变化调整焊接温度及行走速度。连接面要求松紧适度，自然平顺，确保膜与织物联合受力。土工膜连接完成后，将第二幅翻回铺设好，再依次循环施工。复合土工膜的布与膜之间及土工膜无纺布之间的连接，主要通过KS 胶粘接。