东湖电站进水口围堰修建技术

刘聪（辽宁润中供水有限责任公司，辽宁沈阳110166）



东湖电站进水口围堰修建技术

刘聪
（辽宁润中供水有限责任公司，辽宁沈阳110166）

［摘 要］东湖电站进水口围堰位于桓仁水库库区内，是保证整个电站建设安全的咽喉部位，该围堰修建具有水深大、料源受限、跨越冬季等特点，施工难度大。文中对围堰型式选择、填筑施工、灌浆闭气等技术进行了详细阐述，有效解决了工期紧迫、料源受限条件下的围堰修建，高水头、空隙率大条件下的围堰防渗处理等难题。

［关键词］围堰；填筑；灌浆

1　工程概况

东湖电站位于桓仁县桓仁水库大东沟附近，主体建筑物包括取水口工程、压力引水洞工程、地下电站工程以及升压站、交通洞等工程。取水口工程为独立式取水口，总高度56.8 m。

东湖电站进水口施工前，需先修建进水口围堰，保证进水口建筑物在干地内施工。

2　围堰地质条件

围堰地质勘查段长95 m，位于桓仁水库水位以下，勘察期间库水位高程约300 m。水底基本无松散堆积物，基岩裸露，基岩岩性较单一，岩性以元古界二长花岗岩为主，分布面积大。弱风化底板埋深10～30 m，岩体完整性差，局部较破碎或破碎。

3　围堰型式的确定

围堰按使用的材料可分为土石围堰、混凝土围堰、钢板桩围堰、竹笼围堰，木笼围堰及草土围堰等。工程地处北方，最大围堰高度达到50多米，填筑为水中施工，混凝土围堰、木笼围堰及草土围堰不适合该工程。经分析比较，土石围堰比较好。

3.1土石围堰

电站隧洞进口导流建筑物采用围堰+岩坎挡水，设计静水位为304.89 m，考虑风浪爬高2.156 m及水面雍高0.006 m及0.5 m安全超高后，围堰顶高程为307.552 m，围堰顶高程最终确定为307.60 m。岩坎顶高程为 283.20 m，底高程为249.00 m。围堰采用1号支洞控制段、地下电站厂房石方开挖料填筑，填筑料来源丰富，运距较近。

4　围堰施工

工程施工期间桓仁水库正常运行，正常蓄水位301.14 m，围堰顶高程为307.60 m，最底部位高程为249.00 m，最大堰高58.60 m，水上施工部分堰高6.46 m，填筑工程量为1.28×104m3，占围堰填筑总量4.47%，工程填筑一次成型，防渗工程在围堰填筑完成后进行。

工程设计上围堰堰体采用钻爆法洞挖石渣料填筑，为块石架空结构，空隙率较大，且部分块石体积较大。围堰填筑利用永久交通洞作为运输通道，填筑自基坑左岸单向进占。围堰防渗采用堰体膏状浆液防渗和基础帷幕灌浆结合。

表1　围堰工程特性表

4.1围堰施工特点与措施

4.1.1施工特点

该围堰位于桓仁电站库区内，设计围堰所在区域水位较深，围堰填筑时存在洞渣料分离严重；该围堰和传统围堰基础差别很大，不是在有充分沉积层的河床上进行，施工时缺乏良好的制约边界条件；围堰填筑使用的是钻爆法洞挖石渣料填筑而成，围堰填筑存在块石架空结构，空隙率较大；围堰填筑在冬季进行，对填筑产生一定影响；围堰填筑前期抛投石渣自然堆积坡比为1∶1.2～1∶1.3，与设计坡比存在差异。

4.1.2采取措施

针对该围堰位于桓仁电站库区内，围堰所在区域水位较深，围堰填筑时存在洞渣料分离严重以及围堰填筑存在块石架空结构，空隙率较大问题，填筑时将洞渣料在现场或将洞挖石渣堆至围堰平台上进行挑选，对粒径大于20 cm进行破碎处理或运走，符合要求的填至围堰防渗线附近，不符合要求的填至其它部位。

针对围堰填筑在冬季进行，对填筑产生一定影响；计划采取加大围堰填筑施工强度，在冬季结冰前将围堰以10%的坡度填至水面附近，后期围堰水面结冰后采用反铲破冰后再进行填筑，防止填筑料架空。

针对围堰填筑前期抛投石渣自然堆积坡比为1∶1.2～1∶1.3，与设计坡比存在差异，在保证围堰堰体稳定、尽可能不增加围堰拆除工程量前提下，也为围堰填筑及灌浆施工期间创造有利施工平台，采取将该围堰填筑分为两期进行，一期先按自然堆积坡比为1∶1.2～1∶1.3填筑成型，并在一期填筑时，下游在堰顶预留出削坡培厚的富裕宽度，待基坑抽水完成后，采用反铲自上而下按设计坡比进行修坡至设计坡比；上游受水库影响无法二次消坡，需在一期填筑时将顶部加宽3～4 m，形成1∶1.2～1∶1.3自然坡，填筑成型形成后采用长臂反铲自上而下进行修坡，尽可能使之底部满足设计坡比要求［1］。

4.2填筑施工

4.2.1围堰填筑施工顺序

填筑与围堰结合设计，采用石渣由左向右进占堆筑。

分区填筑工程量见表2。

表2　围堰填筑分区工程量表

4.2.2围堰水下抛填

工程围堰填筑主要为水下填筑。水下填筑施工前先进行测量，将围堰轴线及填筑边界线放出，并在两岸岸坡上标识作为水下填筑的控制线。围堰石渣料采用端进法进占，自卸汽车直接抛投，推土机（铲车、挖掘机）将堤头物料推平并反复碾压，形成稳定的堤头。堰体水下部分从左岸向右岸自然抛填。水下加宽体填筑时，一定要按照施工顺序先填筑d≤20 cm的土石混合料，随后再跟进填筑石碴料，以避免大的块石进入防渗体区域，造成防渗体施工的难度。

4.2.3围堰水上填筑

围堰水上石碴料填筑作业按卸料→铺平→碾压3道工序，流水作业法施工。围堰水面以上填筑施工采用自卸汽车，进占法和后退法卸料施工。采用推土机平整后采用自卸车碾压。

围堰填筑施工严格按照设计图纸标注的尺寸和要求进行施工，控制填筑边线和堰体坡度，力求避免欠填并将超填控制在规范规定的范围以内。围堰填筑每层施工开始以前，采用测量仪精确的测放点线，标示出每层堰体的设计边线，然后再考虑削坡宽度（考虑抛投石渣自然堆积坡比为1∶1.2～1∶1.3，小于设计坡比，因此堤顶上下游应留出削坡培厚的富裕宽度）后确定出实际施工的填筑轮廓线，做好标记、打出界桩。在填筑施工中严格遵照标示的填筑控制边线进行施工。每层堰体填筑完成，再采用测量仪测放点线，定出该层堰体底面和顶面的设计边线并做出明显的标记，然后采用液压反铲在专人指挥下进行削坡整平，局部在由人工辅以铁锹等进行削坡处理，削坡培厚过程中应分层碾压，分层厚度不超过0.6 m，经削坡处理斜坡碾压后的坡面力求平整顺直，并达到压实后空隙率不大于25%。如为砂砾石料，要求压实后相对密度不小于0.7。

4.3围堰灌浆

4.3.1灌浆方案

围堰堰体为石渣堆石体，水下抛投为主，孔隙率约为35%～45%，为块石架空围堰。参考红枫水电站堆石坝、小湾水电站围堰工程、广西乐滩水电站10号坝基堵漏和重庆彭水电站围堰堵漏工程的经验［2］［3］，该围堰工程防渗采用速凝膏浆帷幕灌浆防渗。水泥膏浆是指水泥浆中掺入粘土、膨润土、粉煤灰等掺合料及少量外加剂而构成的低水灰比的膏状浆液，其基本特征是膏浆的剪切屈服强度值大于其本身重力的影响。

4.3.2速凝膏浆的施工工艺

1）施工设备。膏浆可以利用常规水泥灌浆的孔位进行灌浆施工，因此钻孔不需要特别的设备，但速凝水泥膏浆与普通水泥浆在性质上有较大的差别，因此需要采用特制的搅拌系统和泵入系统进行速凝水泥膏浆施工。如中国水科院研制的M-1000大容量高效制浆机可以搅拌浓度大于2.5Pa.s的膏浆，且具有工效高、扭距大、寿命长、易于维护等优点。泵入系统可以采用混凝土泵、螺杆泵等进行膏浆施工。

2）工艺参数。膏浆的施工工艺参数一般可以参照常规水泥灌浆进行，可以采用自上而下、分段填压式灌注；膏浆的配比参照水泥灌浆通常分为4～6级，通过浆液变换标准逐级变浓；结束标准一般可以孔口返浆或孔内有压。

膏浆的孔排距根据现场地层情况确定，由于膏浆的屈服强度较大，因此其扩散范围受到一定约束，故孔排距应比水泥灌浆的孔排距小。为进一步提高灌浆效果，可在两排膏浆灌浆孔中间设置一排水泥灌浆孔。

3）特殊工艺。①接力灌注法：由于膏浆自身的阻力较大，在运动过程中容易发热，会缩短浆液的凝结时间，且采用速凝材料，容易造成堵管和堵孔事故。同时在高流速、大开度的架空结构地层，对灌入的浆液要求不仅具有截断水流、自身凝固的特性，而且需要具有相当的流动性，能扩散到足够远的范围。采用接力灌注的方法，不仅可以大大减少堵管、堵孔事故发生的概率，而且由于灌浆泵直接位于所灌孔的附近，管路距离短，可以将相当稠度的膏浆泵入孔段内且在压力下扩散到一定的距离，在块石架空地层膏浆扩散范围可达到4～5 m。

②膏浆的不连续灌注：在高流速、大开度地层进行堵漏灌浆通常采取的方法是提高浆液的灌注速度，使灌入的膏浆量远大于被水流冲走的膏浆量。利用速凝膏浆的自堆积、塑性粘度较高以及凝结时间可控的特点，在浆液扩散范围要求小于2 m的地层中，可以考虑对速凝膏浆进行不连续灌注。即膏浆在孔径不大的灌浆孔（<160 mm）中可以克服自身的重力，在孔内形成浆柱，将膏浆凝结过程放在灌浆孔内完成，再灌入新拌制的膏浆，将具有一定强度的孔内膏浆挤入裂隙里，此时连续灌入膏浆以使已凝结的膏浆扩散到尽可能远的地方。

③信息化灌浆：对于特大漏量和较高流速地层，速凝膏浆灌注难以奏效时，可结合采用孔内电视进行探测，判断灌段的地层情况、指导封堵措施，必要时可配合使用充填级配料、或采用模袋灌浆技术。

［参考文献］

［1］刘碧云，南川水库深水抛石加固坝坡的设计与施工［J］.人民长江，1993，（3）：19-22.

［2］符平，赵卫全等，块石架空围堰防渗施工技术［J］.中国水利水电科学研究院院报，2006，（3）：27-30.

［3］张贵金，胡荣宗等，新型可控性粘土水泥膏浆试验研究［J］.水利水电技术，2013，（2）：66-70.

［中图分类号］TV67

［文献标识码］B

［文章编号］1002－0624（2016）02－0027－02

［收稿日期］#2015-12-09