浩口水电站上下游围堰快速施工方法研究

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(中国水利水电第十四工程局有限公司，昆明，650041)

1 工程概况

浩口水电站是一座以发电为主的中型水电枢纽工程，工程规模属Ⅲ等中型工程，枢纽主要建筑物为3级。电站以发电为主，正常蓄水位352.0m，死水位349.0m，校核洪水位354.69m，总库容0.89亿m3，具有日调节能力。水电站装机容量为135MW(2台×62.5MW+1台×10.0MW)，保证出力17.2MW，多年平均发电量4.5489亿kW·h。

上游土石围堰布置于坝轴线上游的河道内，堰顶高程329.00m，堰顶宽度为4m，上游侧坡度为1∶2.0，下游侧坡度1∶5.54，截流戗堤布置在上游侧，戗堤上下游侧坡度均为1∶1.5。围堰采用混凝土防渗墙+土工膜心墙的形式防渗，高程317m以下为防渗墙，317m以上为土工膜心墙，防渗墙厚度0.8m，围堰上游坡面采用大块石护坡，下游侧305m高程以上设置0.7m厚钢筋混凝土护面，305m高程以下为块石排水棱体。

下游土石围堰布置于大坝消力池下游的河道内，堰顶高程309.00m，堰顶宽度为10m，上游侧坡度为1∶1.5，下游侧坡度1∶2，采用混凝土防渗墙，309m高程以下为防渗墙。

图1 上游围堰纵剖面

图2 下游围堰纵剖面

2 地质水文情况

2.1 地质情况

上游围堰距坝轴线约100m，处于花溪沟沟口，该段河流流向N46°E，河床水位300m时，谷宽60m，河床底高程297.5m，一般水深2m～3m，覆盖层深度20.0m，主要为卵砾石夹砂层，成分主要为灰岩，大小一般20cm～50cm，成次棱至次圆状，占40%～60%。钻孔注水试验计算成果表明，渗透系数10m/d～20m/d；下伏基岩为二叠系下统茅口组第三段(P1m3)含泥质的团块状灰岩，三会向斜核部穿过灰岩。

下游围堰河床水位300m时，谷宽70m，河床最低高程297.2m，一般水深2m～3m，覆盖层根据上游河床钻孔推测深28m～30m，主要为卵砾石夹砂层，成分主要为灰岩，大小一般20cm～50cm，成次棱至次圆状，占40%～60%。钻孔ZK20注水试验计算成果表明，渗透系数10m/d～20m/d；下伏基岩为志留系下统韩家店组(S2h)灰绿色粉砂质页岩。

2.2 坝址水位流量特征

查阅招投标文件及以往几年的水文气象资料，芙蓉江洪水主要由暴雨形成，年最大洪峰流量较多出现在6、7月份，因本流域属山区性河流，坡度大，汇流迅速，洪水涨落快，洪量较为集中。涨水历时一般10h～30h，峰顶持时较短，退水可达数天，一次洪水过程约5d～10d。多年平均24h洪量约占72h洪量的56%，水位流量关系及月平均流量见图3和表1，坝址河床水位最高在每年4月份，10年一遇的洪水水位高程在303.10m左右。

图3 坝址水位流量关系曲线

表1 各月平均流量 单位：m3/s

3 主要施工方案调整

3.1 施工工期的调整

根据招投标文件的总进度计划，导流洞工程于2014年12月1日开工，计划在2015年10月底过流，随后依次进行上下游围堰填筑至防渗墙顶部高程(工期10d)、防渗墙混凝土的施工(工期45d)、剩余填筑的施工(工期15d)，其中防渗墙混凝土的施工为主线工期，是制约大坝基坑开挖的主要因素。为降低防渗墙混凝土施工对大坝基坑开挖工期的制约，将围堰的施工按照结构进一步细化，分部位施工，利用2015年年初的枯期时段完成水面以下Ⅰ期防渗墙混凝土的浇筑，于2014年12月1日进行下游围堰右半幅的Ⅰ期防渗墙施工平台进占工作，采用河床左右半幅分期导流的方式进行施工。

3.2 施工顺序的调整

结合现场导流洞工程施工进度、坝址段的水位流量特征、上下游围堰结构等，上游围堰防渗墙轴线位置的河床流速左缓右急、左深右浅；下游围堰防渗墙轴线位置的河床流速右缓左急、右深左浅。对围堰施工的顺序按照导流洞过流时间和防渗墙位置流速缓急情况调整为两个施工时段：(1)导流洞过流前，利用河床宽度分左右半幅导流，依次分半幅完成上下游围堰水面以下防渗墙混凝土的施工；(2)导流洞过流后，利用导流洞导流，水面以上混凝土采用立模现浇的方式进行施工，与上下游围堰的填筑交替上升。

4 主要施工方法

4.1 分期施工

将防渗墙混凝土按枯期水面高程分为两期进行施工，水面以下为Ⅰ期，水面以上为Ⅱ期。其中上游围堰Ⅰ期防渗墙顶部高程为301m，防渗墙厚度0.8m，深入基岩1m；下游围堰Ⅰ期防渗墙左半幅顶部高程为303m，右半幅顶部高程为301m，防渗墙厚度0.6m，深入基岩1m。根据坝址段的水位流量特征，将上游围堰Ⅰ期防渗墙施工平台定在306m；将下游围堰Ⅰ期防渗墙施工平台定在304m。Ⅱ期以上采用P6015组合钢模立模，每仓按30m×3m(长×高)的设计厚度分仓分层施工，与围堰填筑交替上升，竖向施工缝增加橡胶止水，水平施工缝增加橡胶止水和连接钢筋。

上下游围堰分期施工如下：

(1)上游围堰右半幅Ⅰ期防渗墙施工平台进占→河床右半幅Ⅰ期防渗墙混凝土浇筑→挖除右半幅平台至防渗墙顶→上游围堰左半幅Ⅰ期防渗墙施工平台进占→河床左半幅Ⅰ期防渗墙混凝土浇筑→挖除左半幅平台至防渗墙顶→导流洞过流→下游围堰体填筑及Ⅱ期防渗墙混凝土交替上升；

(2)下游围堰左半幅Ⅰ期防渗墙施工平台进占→河床左半幅Ⅰ期防渗墙混凝土浇筑→挖除左半幅平台至防渗墙顶→下游围堰右半幅Ⅰ期防渗墙施工平台进占→河床右半幅Ⅰ期防渗墙混凝土浇筑→挖除左半幅平台至防渗墙顶→导流洞过流→下游围堰体填筑及Ⅱ期防渗墙混凝土交替上升。

4.2 Ⅰ期防渗墙混凝土施工

4.2.1 Ⅰ期防渗墙混凝土施工程序如图4所示。

图4 Ⅰ期防渗墙混凝土施工程序框图

4.2.2 Ⅰ期防渗墙混凝土施工平台填筑

上游围堰Ⅰ期混凝土防渗墙的施工平台高程为306m(周边抬高至307m)，防渗墙施工平台分左、右两幅施工。右半幅通过右岸临建路开始进占，进占长度为40m，往轴线上游扩宽15m，往轴线下游扩宽10m。左半幅通过6#路开始进占。轴线位置5m范围需清理原河床的大块石。

下游围堰Ⅰ期混凝土防渗墙的施工平台高程为304m(周边抬高至305m)，防渗墙施工平台分左、右两幅施工。左半幅通过漫水桥开始进占，进占长度为70m，往轴线上游扩宽15m，往轴线下游扩宽10m。右半幅通过8#路开始进占。轴线位置5m范围需清理原河床的大块石。

4.2.3 导墙施工

待施工平台填渣至306m/304m高程后，开始进行导墙的施工。测量放线确定导墙轴线，对附近地基进行勘测，如地基土较松散或较弱时，采取加固措施，保证导墙修筑在稳固的地基上。导墙横断面为直角梯形，顶宽100cm，底宽40cm，高150cm，采用C20混凝土浇筑。两导墙平行于防渗墙中心线修筑，形成的导墙槽的中心线与防渗墙轴线重合。导墙内侧间距比防渗墙厚度大10cm，上游防渗墙内侧间距为90cm，下游防渗墙内侧70cm。

浇筑时采用钢模板立模，利用脚手架钢管支撑，以防止出现偏移。混凝土使用河滩料利用挖机配合浇筑，插入式振捣器振实。

导墙施工完成后，于外侧填入土石料，并机械夯实。夯实土石料时，用脚手架钢管支撑导墙，防止导墙颠覆或出现位移。导墙浇筑完成后，用红土把导槽填实。

图5 围堰导墙剖面布置示意

4.2.4 钻机平台、倒浆平台及排浆沟施工

在防渗墙上游侧沿防渗墙轴线布置钻机行走轨道平台，宽7.5m。在经过夯实的地基平台上与防渗墙轴线方向平行埋设4道卧木，在卧木上按50cm间距铺设枕木，2道钢轨用轨道钉固定于枕木之上，形成钻机行走轨道平台。

在防渗墙下游侧布置倒浆平台，坡度3%，采用C20混凝土现场浇筑，平台宽1.5m，厚度0.2m。

在倒浆平台下游沿防渗墙轴线方向设置一纵向排浆沟，排浆沟采用人工开挖沟槽，5cm砂浆抹面。沟宽0.5m，深0.5m，坡度1%。

4.2.5 排污系统

在防渗墙下游侧布置一个泥浆循环池系统，旁边安设一台泥浆净化池，对槽孔抽掏出来的混合泥浆进行水土分离。施工所产生的弃浆经倒浆平台流入排浆沟，通过自流进入沉淀池，经净化系统分离，泥沙堆放在指定的弃渣场。

4.2.6 Ⅰ期防渗墙槽孔划分

防渗墙钻孔分一期槽段、二期槽段，两序施工，槽段划分见图6所示。上、下游围堰混凝土防渗墙一期槽段分段长度6.0m，包括4个主孔3个副孔；二期槽段分段长度6.0m(含接头孔)，包括4个主孔3个副孔。每个分段按先主孔、后副孔的顺序钻凿至设计高程。两个相邻的一期槽段浇筑完成24h之后，再施工中间的二期槽段。一、二期槽段采用接头管法连接成墙。

图6 围堰混凝土防渗墙槽孔施工分段示意

4.3 上、下游围堰填筑(含Ⅱ期防渗混凝土)

4.3.1 上、下游围堰填筑施工程序

(1)上游围堰填筑施工程序：施工准备→道路修建→截流戗堤合龙、闭气→上游围堰防渗墙加高到308m高程→上游围堰同步填筑到308m→上游围堰防渗墙检查及处理→上游围堰填筑到323m(防渗体同步)→堰顶混凝土浇筑→粘土草袋填筑→上游围堰填筑完工，等待沉降期后进行护面混凝土浇筑；

(2)下游围堰填筑施工程序：施工准备→道路修建→截流戗堤合龙、闭气→下游围堰防渗墙加高到308m高程→下游围堰一期填筑到309m→下游围堰防渗墙检查及处理→下游围堰二期填筑到318m→下游围堰填筑完工。

4.3.2 上、下游围堰填筑主要施工方法及措施

4.3.2.1 料源

夹土石渣料采用大坝、厂房开挖利用料和导流洞出口临时存渣场料，过渡料采用河滩砂砾料加工而成，块石护坡料在经过试验基础上可部分选用主体工程开采的石料，不足部分从观音台料场开采。

4.3.2.2 施工方法及措施

堰体303m高程水下主要采用自卸汽车直接倾倒，推土机推平。

堰体303m高程水面以上填筑的主要施工方法如下：

(1)堰体填筑施工中各种堰料应平起，堰面应尽量保持均衡上升：①上游围堰317m高程以下、下游围堰上游面填筑顺序：夹土石渣→上游过渡料→块石护坡；②上游围堰317m高程以下、下游围堰下游面填筑顺序：夹土石渣→排水陵体→块石护坡；③高程317m以上上游面填筑顺序：土工膜及风化料→夹土石渣→上游过渡料→块石护坡；④高程317m以上下游面填筑顺序：土工膜及风化料→夹土石渣；⑤碎石垫层待混凝土浇筑前按混凝土单元铺筑；

(2)填筑工序：测量放线→卸料→平料→碾压→质检→下一循环；

(3)测量：控制堰坡线、不同围堰料填筑分界线及填筑层高；

(4)卸料：夹土石渣料采用进占法施工，由反铲装20t自卸汽车运输至堰面，铺料厚度初拟为1.5m左右，过渡料采用后退法施工，采用20t自卸汽车运输，人工配合反铲摊铺，铺料厚度初拟为1.5m左右；

(5)平料：过渡料、风化料采用反铲平料，其它料采用推土机平料；

(6)洒水：夹土石渣料在碾压前、碾压时进行适量洒水，增加润滑，破坏棱角，便于压实；

(7)碾压：过渡料、夹土石渣料采用自行式振动平碾碾压。碾压工艺采用进退错距法，当两种料齐平时，须骑缝进行碾压。夹土石渣料与岸坡接合处用细料铺填成弧形，便于碾压压实。靠近混凝土的部位，施工时采用细料铺填，小型碾压机具平碾静压等措施，防止破坏结构混凝土。

堰体施工参数根据现场碾压生产性试验确定。

严格控制压实参数，压实合格后才能铺筑下层新料。堰面施工统一管理、严密组织，保证工序衔接，分段流水作业，层次清楚和大面平整，均衡上升，减少接缝。

4.3.3 土工膜施工

4.3.3.1 复合土工膜铺设

复合土工膜按“之”字形铺设，两侧回填宽度为1m～3m的风化料，风化料粒径不大于50mm。复合土工膜折皱高度及折皱角度按施工图纸的要求控制。复合土工膜铺设前，先清除铺设面上的杂物和尖石，对铺设面上的凸出及凹陷，人工配合1.0m3反铲修整和拍实。复合土工膜铺设时，适当放松，以适应变形，避免人为硬折和损伤。在铺设期间，所有的复合土工膜均用沙袋或软性重物压住，直至喷混凝土保护层施工完毕为止，当天铺设的复合土工膜在当天全部拼接完成。复合土工膜与基础及支持层之间压平贴紧，避免架空，清除气泡，以保证安全。防渗墙混凝土伸入土工膜心墙内，土工膜心墙范围围堰两岸岸坡浇筑护坡混凝土，土工膜伸入护坡混凝土内，保证形成整体防渗效果。

4.3.3.2 复合土工膜拼接

上、下游围堰中的复合土工膜拼接方式采用粘接方式，搭接长度符合设计要求。复合土工膜接头施工前先进行工艺试验，试验项目和内容：粘接剂的比较、粘接后的抗拉强度和延伸率。拼接前对粘接面进行清扫，清除粘接面上的油污和灰尘。阴雨天在雨棚下作业，以保持粘(搭)接面干燥。在涂胶时，使其均匀布满粘接面，不过厚、不漏涂。在粘接过程中和粘接后2h内，粘接面不得承受任何拉力，保证粘接面不发生错动。复合土工膜剪裁整齐，保证足够的粘(搭)接宽度。当施工中出现脱空、收缩起皱及扭曲鼓包等现象时，将其剔除后重新进行粘接。在斜坡上搭接时，将高处的膜搭接在低处的膜面上。复合土工膜搭接好后，妥善保护，避免阳光直晒，以防受损。

4.3.4 施工排水

围堰合龙闭气以后，为了使主体工程能够在干地施工，必须首先排除基坑内积水及堰身和堰基的渗水，此为初期基坑排水。初期排水完成后，必须经常保持基坑干燥，使主体工程在干地施工，此时准备足够的抽水容量，进行经常性排水。

4.3.4.1 初期基坑排水

(1)排水量计算

初期基坑排水包括基坑积水、围堰堰身及岸坡渗水等。根据本工程截留规划，上游围堰龙口先于下游围堰合龙，基坑积水可近似地用下游截流水位。

上游围堰合龙时，下游围堰高程为303.0m，根据实际情况，基坑面积约为10000m2，基坑内积水约为3.50万m3，初期排水时段为2015年10月28日～11月3日，最大排水强度为2500m3/h。

在基坑下游围堰前布置潜水泵WQ-200型(H=20m，Q=200m3/h，37kW)5台、WQ-300型(H=20m，Q=300m3/h，45kW)5台和其它各式潜水泵进行抽排。

(2)基坑汛后排水及恢复

本工程在施工导流期间汛期基坑过水，基坑积水应在汛期过后进行排除，2016年汛期过后基坑排水分两期进行，排水量计算如下：

根据工程进度计划，2016年汛前，大坝混凝土浇筑至305.0m高程，汛后基坑内积水约为11.2万m3，但不需要将水全部抽排完才施工，水位适当下降，不影响模板安装即可，采用基坑经常性排水水泵即可。

4.3.4.2 基坑经常性排水

经常性排水内容为在基坑施工期间排出围堰内的基础渗水、施工废水和天然降水。

(1)排水量确定

①降雨及渗水量的确定：施工期最大时段降雨及渗水约为600m3/h。

②施工弃水：冷却用水本标设计为循环用水不予计入，施工废水包括混凝土养护、冲洗及施工机械用水等。施工废水按每小时200m3计。

③经常性排水量：经常性最大排水量为：600+200=800m3/h。

(2)集水井布置

基坑经常性抽排水分别在大坝上游和下游各布设1个6m×3m×2m集水井，分别用于上、下游基坑排水。集水井的位置根据现场实际情况定。经常性排水设备主要利用部分集中排水设备即可满足经常性抽水要求。

(3)水泵设备布置

①基坑上游集水井水泵布置：上游集水坑布置在大坝基坑上游混凝土范围之外，布置4台ISG125-250离心清水泵(H=63m，Q=300m3/h，45kW)和4台ISG125-250离心清水泵(H=63m，Q=200m3/h，37kW)，水泵排水量为2000m3/h，实际排水能力约为1224m3/h，往上游围堰外(在上游围堰312m高程预埋φ600钢管)进行抽排。配8台小潜水泵(5.5kW)作为排除局部积水之用。在各个小面积积水部位设临时小集水坑，把周围渗水引入小集水坑，由潜水泵抽至大集水井。

②基坑下游水泵布置：下游集水坑布置在大坝与消力池交界附近(大坝混凝土范围之外)，布置4台ISG125-250离心清水泵(H=63m，Q=200m3/h，37kW)，往下游围堰外进行抽排，水泵排水量为800m3/h，实际排水能力约为490m3/h，往下游围堰外(在下游围堰308m高程预埋φ600钢管)进行抽排。

5 结语

本工程的围堰快速施工方法实现了提前完成围堰具备挡水条件的节点工期，提前大坝基坑开挖时间，也是实现浩口水电站能够较合同工期提前半年发电的重要举措。此施工方法的确定主要通过查阅芙蓉江流域水文气象资料，结合现场坝址位置实际原始地形地貌、河流的缓急和深浅、上下游围堰结构等方面综合考虑，在实践过程中也证明了该方法适合浩口水电站施工的特点，此快速施工方法主要目的是降低上下游围堰防渗墙混凝土施工对大坝基坑开挖项目的制约和加快围堰填筑与防渗墙混凝土的工序转换，主要有以下两个特点：

(1)对工期的调整；最大化合理利用芙蓉江流域的枯期施工期，提前完成水面以下防渗墙混凝土的施工，为围堰的施工争取到更多的时间；

(2)对施工顺序的调整；将防渗墙混凝土分为两期进行施工，同时将围堰填筑与Ⅱ期混凝土同步交叉进行施工，节约工序转换时间，实现围堰提前完成的目标。