夹岩水利枢纽工程面板堆石坝施工设计规划

文志颖，杨 文，李国祥

（1.贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州 贵阳 550002；2.贵州省水利投资（集团）有限责任公司，贵州 贵阳 550081）

1 工程概况

贵州省夹岩水利枢纽工程（以下简称“夹岩工程”）位于乌江支流六冲河七星关区与纳雍县界河段，坝址距离毕节市约50 km，距离七星关区田坝镇约2 km，距离纳雍县东关彝族白族苗族乡约4 km。该工程以供水和灌溉为主，兼顾发电，并为区域扶贫开发及改善生态环境创造条件。夹岩工程属Ⅰ等大（一）型工程，水源枢纽工程水库校核洪水位1 326.01 m，正常蓄水位1 323.0 m，坝顶高程1 328.00 m，总库容13.23亿m3，电站总装机容量90 MW［1］。

水源枢纽主要建筑物由混凝土面板堆石坝、溢洪道、泄洪洞、放空洞、坝后发电系统和伏流泄洪洞等组成。大坝为混凝土面板堆石坝，坝顶防浪墙顶高程1329.0m，坝顶高程1328.0m，最大坝高154.0m，坝顶长428.93 m，上游坝坡1∶1.4，下游平均坝坡1∶1.608。大坝宽高比为2.79，属狭窄河床高面板堆石坝。推荐石料场分布于大坝上游右岸山头，距坝址约1.5 km，分布高程约为1 672.3～1 211.0 m，场地地形坡度约10°～20°。

坝址位于峡谷出口下游800 m以下河段，河流流向S43°E，上游有左岸潘家岩脚冲沟和右岸法拉冲冲沟分布，下游有右岸的陈家大沟分布。河谷为一典型横向“V”型谷，河床高程1 205～1 209 m，河床宽60～75 m，宽高比2.94，坝址岩层倾向上游，属横向河谷。

坝址出露基岩地层为下三迭统下统飞仙关组及永定镇组第一段底部。峡谷出口-潘家岩脚冲沟之间两岸斜坡分布崩塌堆积层，潘家岩脚冲沟下游两斜坡零星分布第四系残坡积层，河床及漫滩分布有第四系冲洪积层。

导流洞于2016年6月开工建设，左、右岸坝肩开挖于2016年10月开工，截止2016年10月所有主体工程均已全部开工，2018年9月30日实现成功截流。2018年12月30日，大坝正式开始填筑。

2 施工导流

2.1 导流方案优选

工程导流建筑物由导流洞和上、下游围堰组成。结合枢纽建筑物布置和地形条件，由于施工导流方案与大坝上游左岸潘家岩脚堆积体治理方案息息相关，针对枯期导流和全年导流进行方案优选。

2.1.1 枯期导流

枯期导流方案为贵州山区常见的面板坝导流方式，即枯期围堰一次拦断河道、隧洞导流，抢筑坝体临时断面汛期挡水度汛。采用10月到次年4月时段10 a一遇对应流量为367 m3/s，汛期坝体临时断面挡水度汛的断面高度为71 m。该导流方案对应的潘家岩脚堆积体治理方案为“减载+压坡”优化实施方案。

（1）导流隧洞。导流洞布置于左岸，为无压隧洞。主要由进口明渠段、闸井段、洞身段及出口明渠段组成。

隧洞进口采用岸塔式，进口明渠底宽为9.0 m，底板采用50 cm厚素混凝土衬砌。闸井长10 m，孔口尺寸为8 m×10 m（宽×高），进口底板高程为1 214.0 m，闸井排架顶高1 245.0 m，导流洞进口设置一道平板封堵门，孔口尺寸8 m×10 m（宽×高）。

洞身为城门洞型，断面尺寸为8 m×10 m（宽×高），拱角120°，洞身采用0.8/0.6 m厚全断面钢筋混凝土衬砌，洞长765.52 m，纵坡为0.5%。进口高程为1 214.0 m，出口高程为1 210.11 m。出口明渠长32.7 8 m，底宽为10 m。

（2）上下游围堰。上下游围堰均采用土石围堰结构形式。上游围堰挡水水位1223.66m，相应堰顶高程为1 225.00 m，堰顶宽8 m，该工程河床覆盖层较深，此阶段围堰基础防渗采用混凝土防渗墙防渗，墙厚0.6 m。围堰堰体采用土工膜心墙防渗，围堰迎水面边坡1∶1.75，背水面边坡1∶（1.5～1.75），上游采用抛石护坡，最大堰高20 m。

下游围堰挡水水位1 214.70 m，相应堰顶高程为1 215.5 m，堰顶宽6 m，下游围堰水头较低。该阶段围堰基础防渗采用控制灌浆防渗，堰体采用土工膜心墙防渗。围堰迎水面边坡1∶1.75，背水面边坡1∶1.5，迎水面采用抛石护坡，最大堰高7.1 m。

2.1.2 全年导流

全年导流方案采用围堰一次拦断河道、隧洞导流，截流后第一个汛期利用围堰挡水度汛。10 a一遇对应全年洪水流量为1 570 m3/s。全年施工导流方案采用长导流隧洞、高围堰，对应潘家岩脚堆积体治理方案为全压坡方案，压坡高程为1 240 m。

（1）导流隧洞。导流洞布置于河床左岸，主要由进口引渠段、洞身段、闸井段、洞身段和出口明渠段组成。进口底板高程1 217.00 m，出口底板高程1 210.00 m，闸井布置于导流洞中部，采用岸塔式，闸井设1道封堵钢闸门，尺寸6 m×8 m，闸井底板高程1 214.0 m，闸井检修平台高程1 226.0 m，闸井顶高程1 245.0 m，闸井段长12.5 m。导流洞洞身长1 440.12 m，城门洞形，设计洞径6 m×8 m，中心角120°，纵坡为0.4%，为有压流隧洞［1］。

（2）上下游围堰。上游围堰为碾压式土工膜心墙堆石围堰，最大堰高44.5 m，采用复合土工膜心墙与灌浆防渗。上游围堰顶宽10.0 m，长149.5 m。迎水面坡度为1∶2.0，背水面坡度为1∶1.75；水位下部为迎水面和背水面，坡度均为1∶1.5。堰体防渗土工膜采用350 g/0.8mm HDPE/350g的复合土工膜心墙，最大防渗高度29.5 m，土工膜心墙上下游各设1.5 m厚风化料进行保护。围堰上游采用块石护坡、防冲。下游围堰结构同枯期导流方案。

2.1.3 方案优选

相对于枯期导流方案而言，全年施工导流方案投资增加主要原因为导流洞长度和围堰高度均约增加一倍，导致投资加3 300万元。全年导流方案投资减少主要为潘家岩脚堆积体和陈家大沟弃渣场工程；另外，水保防护措施、渣场占地及河床开挖料直接弃至上游围堰所节省的运费等，共可减少投资约3 700万元。总体而言，全年导流方案较枯期导流方案投资节省约400万元。

全年导流方案对应潘家岩脚堆积体治理方案简单，大幅节省了治理投资，避开了施工干扰。采用高围堰挡水，全年导流，第一个枯期大坝施工压力相对较小；上游围堰兼有弃渣场功能，可减少陈家大沟弃渣场排洪建筑物的设计规模及投资。

经技术及经济综合比较，推荐采用全年导流方案。

2.2 导流标准

（1）初期导流标准［1］。工程导流采用10 a一遇全年洪水标准，相应洪峰流量1 570 m3/s。

（2）中期度汛标准。2019年4月大坝填筑高程超过围堰堰顶高程1 254.50 m时，对应拦洪库容0.96亿m3。度汛标准选择为100 a一遇洪水标准，相应洪峰流量为2 700 m3/s，度汛水位为1 264.19 m。

（3）后期度汛标准。导流洞下闸蓄水、由已建坝体挡水，永久泄洪洞泄洪。下闸后期度汛标准选定为200 a一遇洪水标准，相应洪峰流量为3 040 m3/s。

全年洪水导流采用高围堰挡水，长导流隧洞泄洪。截流后第一个汛期利用围堰挡水度汛，降低第一个枯期大坝施工压力，大坝填筑可均衡施工，不受度汛临时断面的影响。

2.3 上游围堰设计的优化

上游围堰位于导流洞进口及趾板开挖线之间，场地开阔，可在100 m范围内灵活布置，其方案直接影响大坝工期。

（1）上游围堰轴线优化。上游围堰原设计紧邻导流洞进口布置。围堰右岸地层岩性主要为下三迭统下统飞仙关组及永定镇组第一段灰岩和砂质泥岩，岩层倾上游，倾角21°～29°，为横向河谷。其中隔水层为砂质泥岩，由于围堰右岸坡度陡，需要在右岸灰岩灌浆处理，轴线长、施工难度大。根据围堰右岸地质条件，充分利用砂质泥岩隔水层从而避免对右岸进行灌浆处理。根据砂质泥岩的产状，将上游围堰往下游平移60 m。围堰右岸不再进行防渗处理，加快了围堰施工、降低工程投资。

（2）基础防渗型式的优化。初设阶段上游围堰基础防渗采用C20混凝土防渗墙防渗，墙厚0.6 m。施工工艺采用“两钻一抓”法，间距2.5 m，采用CZ-22型钢丝绳冲击钻造孔，中部墙体采用SM-870液压抓斗成墙，导管法浇筑混凝土。该围堰堰基防渗型式最大的弊端为施工工期较长，由于夹岩工程围堰堰高44.5 m，总填筑量为35.5万m3，需要在截流后的第一个枯期全部完成，填筑强度大、上升速度快，围堰基础处理需要占用围堰施工的直线工期。

进一步分析围堰基础地质条件，针对不同地质条件，围堰堰基防渗采用双排高压旋喷和控制灌浆组合的防渗型式［2-3］。

该方案不但节省了围堰基础处理施工时间，工程投资也进一步降低。施工完成后，布置3个检查孔进行注水试验。从注水试验统计分析得出渗透系数最大值为1.776×10-6cm/s，最小值为4.4×10-7cm/s。并结合围堰闭气及基坑渗水、注水试验综合分析可知，围堰基础灌浆防渗灌浆效果良好。

3 坝肩开挖

基岩工程大坝坝肩及坝基开挖工程量大，石方明挖144万m3，覆盖层开挖106万m3。坝肩地形陡峻，是工程施工关键项目之一，在开挖设计中主要考虑以下问题。

（1）尽量减少开挖过程中下河床的石渣量，尽量减轻河道堵塞造成河床水位壅高影响导流洞施工，同时提高开挖利用料的获得率。对已下河床的石渣要及时进行清除。

（2）为了保证直线工期，在截流前要求尽可能开挖到河床水位附近，以减缓截流后第一个枯期基坑的工作压力。

（3）左岸布置有溢洪道、泄洪洞、放空洞，其进口开挖与左坝肩的开挖布置存在施工干扰，右岸布置引水发电洞。施工必须综合考虑，先期进行坝肩的开挖，再进行进水口开挖。

左右坝肩开挖布置了1210公路、1240公路、1280公路、1320公路以及经施工支洞布置的施工公路。在施工中经以上公路分岔支线公路进入开挖面完成了左右岸的开挖及支护施工。

4 坝体填筑

（1）料场。大坝填筑料主要由Ⅱ2石料场供给。另利用潘家岩脚弃渣场堆存的溢洪道开挖利用料，作为坝体次堆石区填筑料场。垫层料、过渡料以及混凝土骨料的加工系统布置于石料场附近。

（2）上坝填筑交通。由于填筑石料场位于大坝上游右岸，上坝填筑道路主要利用右岸料场交通洞及坝后“之”字道路。右岸共布置了3层道路，通至坝体高程分别为1 210，1 265 m和1 295 m，可以解决3个时期面板混凝土浇筑的需要，同时兼顾垫层料及小冲堆料场利用料的运输。

右岸填筑公路结合开挖道路布置，高程分别为1 210，1 240，1 290 m和1 323 m的4层公路。确保黏土铺盖、盖重料、次堆石料的填筑。

大坝左右岸交通通过上游临时索桥、下游永久桥及相应永久、临时道路形成水源枢纽区交通环线。其中，大坝右岸利用料场交通洞及跨址板栈桥形成右岸小循环填筑交通。

大坝坝址处河谷狭窄，上坝道路的布置较为困难，选用25 t自卸汽车作为坝料的主要运输设备。道路标准为路面宽10 m，平均纵坡3%～5%（个别路段10%～12%），最小转弯半径15 m。通行能力按昼夜2 000对车考虑，25 t自卸汽车高峰日强度可达2.3万m3，月高峰强度可达28万m3/月。

（3）坝体填筑分期。夹岩水库大坝坝体填筑量总计549.69万m3，坝体填筑按照2个重要分期高程进行控制。截流后的第一个汛末大坝全断面填筑至1 254 m（一期面板顶高程），确保一期面板在枯期进行施工。截流后的第二个汛期利用大坝临时断面进行挡水度汛，要求大坝填筑至1 266 m高程。根据填筑强度及上升速度分析，大坝填筑可在2018年12月填筑至高程1 266 m。

图1 坝体填筑分期标准剖面（单位：mm）

另考虑坝体方便施工、满足坝体均匀上升、保证施工质量等要求，设计坝体填筑分5期，填筑总历时20.5月，平均填筑强度25万m3/月，高峰填筑强度38.43万m3/月，设计坝体填筑分期见图1。坝体填筑要求在Ⅰ期面板浇筑前有3个月以上的沉降期，但为了保证填筑施工质量，尽可能大坝全断面同时填筑，尽量减少其临时断面。

（4）面板分期。大坝面板混凝土工程量3.825万m3，分二期施工，一期面板顶高程为1 254 m，二期面板顶高程1 323 m。

面板分期原则：①一期面板高程在第一个汛期满足不超过围堰堰顶高程1 254.5 m；②施工工程量不宜过大，保证面板施工不占直线工期；③避免靠较高的填筑堆石体挡水度汛引起的风险；④面板上游的防渗黏土、保护石渣必须在围堰保护下施工，应有足够的施工时间。⑤安排在气温较低的枯期施工，且面板施工时相应坝体应自然沉降3个月以上，最好经历一个汛期。

在设计中一期面板顶高程为1 254 m，该高程以下填筑经历了一个汛期后充分沉降，减小面板脱空、变形。大坝变形监测表明：一期面板以下坝体填筑的大坝基岩变形、沉降、土压力均趋于收敛，测值稳定。

5 结论

（1）整个工程施工必须统筹兼顾，合理制定详细的施工规划，并按计划实施，如将关键项目左右岸坝肩施工安排在导流洞施工同期进行，确保基坑截流后第一个汛期未可填筑至一期面板高程以及一期面板枯期施工。当工程实施过程中出现偏差时及时采取措施进行补救，如增设左岸上游道路，适当调整坝体填筑分期，确保整个工程按预期目标施工。

（2）采用全年导流施工方案，第一个汛期利用围堰挡水度汛，能够使大坝填筑不受第一个汛期度汛的制约。大坝填筑可均衡、匀速上升，确保填筑质量、减少面板出现裂缝的风险。其次，大坝填筑还应综合分析各期的强度及施工时段等多种因素。

（3）道路的合理及畅通是满足面板堆石坝施工强度的重要保障。环线交通为较理想的布置方式。对于狭窄河床的面板堆石坝，更应注重其上坝道路的布置。