水利电站进水口围堰施工的技术分析

程国忠

【摘要】在电站建设中，其最关键的部位即是进水口围堰，是其安全的保障。在修建某水利电站围堰中，由于其所在的水库库区水深较大、且料源受限、又跨越冬季，不仅增加了其施工难度，而且还容易因高水头、空隙率大等增加围堰防渗处理的难度，因此，本文详细介绍了灌浆闭气、围堰型式选择以及填筑施工等技术。

【关键词】围堰；填筑；灌浆

一、工程简介

某水利电站位于水库附近，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 米；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。

二、围堰地质条件和型式的确定

围堰地质勘查段在水库水位以下，大约长95 米，勘察期间库水位高度大概是300 米。水底干净无杂物，水底基岩岩性并不复杂，主要是花岗岩，基岩分布面积较大，但岩体并不完整，局部有破碎现象，弱风化底板深埋10至30 米。

草土圍堰、木笼围堰、竹笼围堰、钢板桩围堰、混凝土围堰、土石围堰等，都是可使用的围堰按材料。该工程位于北方，最大围堰高度在50米以上，因此，填筑施工是在水中进行的。通过对比分析，该工程最适合使用土石围堰，不适合使用草土围堰、混凝土围堰以及木笼围堰。

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米，考虑风浪爬高2.156米及水面雍高0.006米及0.5 米安全超高后，围堰顶高程为307.552 m，围堰顶高程最终确定为307.60米。岩坎顶高程为283.2米，底高程为249.0米。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。

三、围堰施工

工程施工期间水库正常运行，正常蓄水位301.1米，围堰顶高程为307.6米，最底部位高程为249.0米，最大堰高58.6米，水上施工部分堰高6.46 米，填筑工程量为1.28 x 104 立方米，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。

1. 围堰施工特点与措施

1.1 施工特点

不同于传统围堰，该围堰施工时料源受限、因此，界制约条件欠佳；由于该围堰所在电站库区区域水深较大，因此，在进行围堰填筑施工时容易出现洞渣料分离现象；围堰填筑前期，抛投石渣自然堆积坡比是1：1.2、1：1.3，与设计坡比不符；采用钻爆法洞挖石渣料，进而填筑围堰，因此围堰填筑空隙率大、有块石架空结构；在冬天进行围堰填筑施工，势必会影响填筑质量。

1.2 采取措施

针对该围堰位于电站库区内，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厘米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1：1.21：1.3，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1：1.21：1.3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。

2. 填筑施工

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1 。

2.2 围堰水下抛填

工程围堰填筑的方式，主要是水下填筑。施工前，选择水下填筑要先进行测量，放出围堰轴线、填筑边界线，水下填筑的控制线选择在两岸岸坡上标识。采用端进法进占围堰石渣料，自卸汽车直接抛投，推土机，如铲车、挖掘机等，将堤头物料推平，然后在反复碾压，这样就成了稳定的堤头。堰体水下部分自然抛填，方向是从左岸向右岸。在水下加宽体填筑时，要按照施工顺序先填筑d≤20厘米的土石混合料，为以避免大的块石进入防渗体区域，随后再跟进填筑石碴料，以防造成防渗体施工的难度系数。

2.3 围堰水上填筑

围堰水上石碴料填筑作业按卸料、铺平、碾压三道工序，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）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0.5米，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。如为砂砾石料，要求压实后相对密度不小于0.7。

3. 围堰灌浆

3.1 灌桨方案

围堰为块石架空围堰，堰体是石渣堆石体。通过对其它围堰堵漏工程的经验进行总结，该工程采用速凝膏浆帷幕灌浆，以达到防渗效果。水泥膏浆是一种低水灰比的膏状浆液，它是将粉煤灰、粘土、膨润土等掺合料和少量外加剂添加到水泥浆中混合而成，从而使膏浆的剪切屈服强度值比其本身重力影响要大。

3.2 速凝膏桨的施工工艺

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）特殊工藝。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4一5米。

②膏浆的间断式灌注：对于开度大、流速高的地层，一般使用快速注浆速度的方法进行 堵漏灌浆，并使灌入的膏浆量大幅超过被水流冲走的膏浆量，可以将速凝膏浆不连续灌注于浆液扩散范围要求在2 米以下的地层中。膏浆的剪切屈服强度值能够克服自身的重力，在孔内形成浆柱，在灌浆孔内完成膏浆凝结过程，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，为了将已凝结的膏浆扩散到更远的位置，要连续灌入膏浆。

③信息化灌浆：如果地层流速高、漏量大，使用速凝膏浆灌注效果不明显，可配合采用模袋灌浆或充填级配料技术，当然，这需要采用孔内电视探测灌段的地层情况，从而进行合理判断，以制定封堵措施。