石门水电站工程施工中导流围堰的优化施工

□张 臻（新疆水利水电勘测设计研究院）

1 工程概况

石门水电站位于新疆呼图壁县的呼图壁河中游河段，是该河中下游河段梯级开发规划中的第三级。设计正常蓄水位1240.00m，死水位1185.00m，正常库容为7000 万m3，水电站总装机容量为95MW，设计年平均发电量为2.14 亿kWh。电站枢纽工程主要水工建筑物设计按3 级划分，其中大坝按2 级建筑物设计，次要建筑物为4 级设计，临时建筑物为5 级设计。上游围堰挡水标准按全年20a 一遇洪水流量设计，设计流量389m3/s，经水力学计算，上游围堰挡水水位为1175.20m。

2 进口围堰原设计方案

2.1 原方案介绍

导流洞进口围堰的原设计方案按照20a 一遇洪水标准进行设计，洪峰流量为389m3/s，围堰堰顶高程为1176.00m。围堰采用重力坝式结构，基础开挖到1123.00m 高程时，浇筑1.50m厚的C15 毛石混凝土，上部采用浆砌石结构。围堰不占压导流洞进口底板混凝土，全部布置底板边缘外侧，围堰总布置长度为480m。经计算确定堰顶宽度为8m，迎水面坡比为1∶2.20，背水面坡比为1∶2.50，堰体按照10m 为单位进行分块，各块之间设橡胶止水带。

2.2 原设计方案实施缺点与难点分析

原导截流方案中上游围堰设计按照原来的施工进度安排，这种围堰设计方案是可行的，并且这种方案具有工程投资较低，便于大坝施工的人员和设备的配置的优势。但是在整体工程施工过程中，由于导流洞工程滞后，留给上游围堰的施工周期有所缩短，若仍按此方案实施，在工期上有一定的困难，此外，由于堰体的填充材料主要是砂砾石料，并且围堰基底为砂砾层，因此对围堰的防渗要求较高，原围堰设计中除防渗底板外没有采取其它的防渗漏工程设计，因此一旦发生围堰渗漏，并造成实质性的破坏，将会对施工安全和工程进度造成严重影响。

3 优化设计方案

3.1 优化方案设计思路

3.1.1 上游围堰堰体结构设计

按照工程设计，导流洞进口围堰按照20a 一遇的洪水标准进行设计，在此标准下围堰挡水水位为1175.20m，考虑到安全、浪高以及冬季冰情等因素的影响，计算确定围堰堰顶高程为1176.00m，围堰位置的河床高程为1148.22m，因此，最大堰高设计为27.78m，堰顶宽10m，堰顶长度480.09m。堰体由砂砾料、防渗体以及护坡组成。迎水面坡度设计为1：2.20，背水面坡度设计为1：2.00，以利于围堰稳定。

3.1.2 围堰防渗体设计

为保证大坝施工的干地条件，同时防止围堰因为渗流遭到破坏，在堰体内增设防渗体，由于围堰基底及堰体填筑均为砂砾石料，因此拟设计采用高喷板墙。防渗墙顶高程按照五年一遇标准设计，洪水流量为171m3/s，围堰挡水水位为1166.00m，为确保围堰防渗效果，高喷板墙施工作业平台高程在此基础上加高0.50m 至1166.50m，底部深入基岩0.50m，因此高喷板墙最大高度24.40m，并且以此为基础组成良好的垂直防渗体系。墙顶长380.50m，高喷钻孔孔距设计为1m。

1166.50 m 以上堰体的防渗也是设计中不可忽视的问题，在设计中此段采用沥青混凝土心墙防渗。将其设计在堰体中部，以围堰轴线作为心墙轴线。防渗心墙顶高程1176.00m，顶部厚0.50m，并按1：0.02 的坡度放坡至高程1167.00m 的混凝土基座。沥青混凝土与混凝土基座接触面做成弧形，进一步加强防渗作用，并改善心墙的应力分布。沥青混凝土与常态混凝土的结合部以玛蒂脂填料作为过渡材料，高喷板墙与沥青混凝土心墙连接以盖帽混凝土相连。

3.1.3 围堰稳定计算

导流洞进口围堰为Ⅳ级建筑物，高度为27.80m，因此根据土石坝的计算规定，需要对围堰进行抗滑稳定安全计算。利用改良圆弧法对圆弧滑裂面的安全系数进行计算，结果显示上游边坡最小安全系数为2.49，下游边坡最小安全系数为1.73，围堰改良设计的稳定安全系数满足要求。

3.2 优化设计方案概述

3.2.1 堰体1166.50m 高程以下施工

在戗堤施工结束后要迅速组织抽排水施工作业，然后进行覆盖层开挖，开挖作业利用挖掘机逐层剥离，并将其运到1.50km外的右岸弃渣场。由于围堰基础下以砂砾石层为主，因此开挖工作前必须将河床淤泥及不合格覆盖层彻底清除干净。本部分填筑量40.35 万m3，填筑料主要来自经过分选的引水洞和导流洞进水口开挖料。填筑料利用推土机平料，摊铺厚度为每层50cm。每摊铺完一层，利用24t 自行式振动碾进行碾压。考虑到堰体具有一定的长度，因此可以在两端分别进行摊铺和碾压作业，以提高施工效率，缩短工期。

3.2.2 高喷板墙施工

高喷板墙钻孔施工分序进行，相邻的异序孔孔距设计为1.00m。高喷板墙施工顺序为先造孔后高压喷射注浆。采用地质钻机钻孔，泥浆护壁；喷浆采用“三重管法”，喷射机可采用高喷液压台车。高喷板墙钻孔及灌浆8116m3。

3.2.3 堰体1166.50m 以上填筑施工

高喷板墙施工结束后即可开始沥青混凝土心墙基础开挖，工程量约为4266m3。槽挖工程施工以4m 一段自上而下进行，施工采用钻孔爆破的方式，开挖渣料以挖掘机装载，利用自卸汽车运至弃渣场。槽挖工程结束后浇筑两岸基座混凝土以及1166.50m 高程平台上的盖帽混凝土，混凝土量1462m3。浇筑完毕后再在盖帽混凝土和沥青混凝土相接部铺设2cm 玛蒂脂填料，以保证沥青混凝土与常态混凝土紧密结合。沥青混凝土心墙两侧的过渡料，与沥青心墙施工同时进行，其分区宽度设计为4m。

本部位填筑砂砾料量为24.40 万m3，过渡料11.60 万m3，沥青混凝土0.24 万m3，其填筑料均来自引水洞和导流洞进水口开挖料或砂砾料场料，平均运距1.60km 左右。

3.3 方案的优化效果

按照优化后的方案，进口围堰施工历时61d，在年枯水时段顺利完工，并且当年汛期5a 一遇的洪水中经受住了考验，汛期最大洪峰流量为183m3/s，相对应的进口围堰最高水位高程为1166.25m，围堰安然无恙，内侧基本没有渗水，总体运行情况良好。

4 结语

石门水电站导流洞进口围堰设计中，根据现场施工条件和地质情况，对围堰的结构型式进行合理优化，不仅满足了施工工期的要求，同时提高了围堰的防渗水平和自身结构安全稳定。本次设计优化的经验值得类似工程借鉴。

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