托口水电站坝后护岸修复设计及无围堰施工方案

李治中

(中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南 长沙 410000)

托口水电站位于湖南省怀化市洪江区托口镇境内，沅水规划梯级开发中的第5级电站，坝址上距托口镇3.5 km。本工程属Ⅰ等大(1)型工程，枢纽建筑物由东游祠主坝、王麻溪副坝、电站厂房、引水系统、通航建筑物、白土冲副坝等组成。托口水电站2005年3月开始建设，2012年首台机组发电。

东游祠主坝由左岸碾压混凝土重力坝段、河床碾压混凝土溢流坝段、右岸粘土心墙堆石坝坝端组成。溢流坝段长220.00 m，最大坝高82.0 m，坝基宽度54.0 m。设9孔开敞式溢流堰，每孔孔口尺寸(宽×高)为18.0 m×17.0 m。溢流堰堰顶高程233.00 m，坝体上游面铅直，堰顶曲线的型式为WES型曲线，堰顶曲线上游段为三圆弧曲线，堰顶曲线下游段方程为Y=0.050 04X1.85，堰顶曲线与下游1∶1的直线段衔接，溢流坝采用挑流消能，鼻坎高程216.50 m，反弧段半径R=23.00 m，挑角30°。

水毁护岸位于东游祠主坝溢流坝段下游左岸，距坝轴线下游约150.00 m处，沿河长度约77 m，高程范围为190.00～206.00 m，水毁范围较大。主坝的生态放水设施工程布置在左岸岸坡上，若2020年汛期主坝泄洪，水毁护岸范围继续扩大或岸坡失稳，将危及生态放水设施的安全和电站的正常运行。

水毁护岸边坡属顺层坡，地层岩体出露，灰岩C2+3和南沱冰碛岩Zant岩体存在不整合接触带和临河变形岩体，且靠主坝一带的后缘山坡残坡积覆盖层分布较厚，边坡稳定性和岩体完整性较差。

水毁护岸修复设计采用单排连续桩方案，桩顺水流方向布置，轴线长85.50 m，共62根，桩的总长888.8 m，最大桩长22.90 m，桩径上、下游分别为1.2 m和1.0 m，桩顶高程159.90 m。桩顶布置承台梁，梁的宽度与桩的直径相同，其尺寸1.2 m(1.0 m)×1.2 m(宽×高)，梁顶高程197.10 m。承台梁内测布置一排Φ32水泥砂浆锚杆，长9.0 m，入岩长度不小于5.0 m。承台梁顶浇筑C25混凝土面板与原面板相接，板厚0.7 m，面板内侧塌陷空腔回填C15素混凝土。

1 护岸现状及损毁成因

1.1 护岸现状

现场对护岸冲毁情况进行测量，按冲毁部位的不同将水毁区划分为三个区，生态小机组放空管支管出口护坡冲毁区，上游护脚冲毁区和下游护脚冲毁区。护岸水毁位置示意图见图1，水毁现状见图2，主要冲毁情况如下：

图1 护岸水毁位置及范围示意图

图2 生态小机组放空管出口护坡区水毁现场图

1)上游护脚冲毁区：坝0+133.900 m～0+156.100 m段护脚被淘刷冲毁，护坡内侧局部淘空。

2)生态小机组放空管支管出口护坡冲毁区。坝0+155.100 m～坝0+187.400 m段，下游左岸生态小机组放空管支管出口、高程204.68 m以下护坡和护脚被冲毁，高程204.68 m以上护坡内侧局部被淘空。

3)下游护脚冲毁区：坝0+187.400 m～0+214.604 m段脚被淘刷冲毁，护坡内侧局部淘空。

1.2 护岸损毁成因

2019年7月，沅水流域普降暴雨，电站上游各梯级电站泄洪，托口电站东游祠主坝泄洪时，下泄的水流在河床左岸形成回流，水流的流速较大，因护脚基础的岩体存在软弱夹层，岩体的完整性较差，造成护脚基础被淘空，溢流坝段下游左岸生态放空支管出口处的护坡及其上、下游护坡的护脚均被冲毁。

1.3 护岸地质条件

水毁护岸边坡属顺层坡，地层岩体出露，C2+3/Zant岩体存在不整合接触带和临河变形岩体，且靠主坝一带的后缘山坡残坡积覆盖层分布较厚。C2+3岩性为石炭系壶天群灰岩，岩体内具有岩溶现象，Zant岩性为震旦系下统南沱冰碛岩，弱风化C2+3和微风化～新鲜Zant岩石的岩体饱和抗压强度30～40 MPa，岩层产状一般为N40°～50°E，SE∠65°，C2+3/Zant不整合接触带厚1.8～2.5 m，分布有3～5条风化夹层，因此边坡稳定性和岩体完整性较差。

2 护岸修复设计

2.1 护岸修复期河道水位确定

托口水电站水毁护岸工程在枯水期修复施工，主坝溢流坝段不进行泄洪，仅由两台生态流量小机组发电，两台机额定引用流量为2×35.35 m3/s。根据小机组实际运行情况及电站各设计阶段的报告，东游祠主坝下游水毁护岸处的河道水位确定为195.90 m。

2.2 护岸河床冲刷深度确定

根据水工模型试验资料，当主坝溢流坝段9孔闸门不同的开启方式分别下泄10年一遇、20年一遇、50年一遇、100年一遇洪水时，主坝下游左岸护岸冲坑最深点的位置在桩号0+140.00 m～桩号0+150.00 m之间，护岸冲坑最深点高程分别为179.65、179.26 m，167.95、165.25 m，护岸冲坑最大深度分别为16.75、17.14、28.45、31.15 m。通过施工难度、经济投资及安全等多方面因素比较，水毁护岸按20年一遇防冲洪水标准设计。

2.3 护岸修复设计方案

水毁区护岸顺水流方向布置单排连续桩，排桩采用C30混凝土[1]钻孔灌注桩，顺水流方向轴线长85.50 m，共62根，桩的总长888.8 m。坝0+129.274 m～坝0+168.085 m段，桩径1.20 m，共26根，总长514.4 m，桩中心距1.50 m，最大桩长22.90 m；坝0+168.085 m～坝0+214.604 m段，桩径1.0 m，共36根，总长374.4 m，桩中心距1.3 m，最大桩长10.4 m。桩顶高程159.90 m，桩底高程173.00～185.50 m，桩身锚入护岸冲刷深度线以下锚固段的长度取桩长的1/3。桩顶布置承台梁，承台梁采用C30混凝土结构，顺水流方向轴线长85.50 m，承台梁宽度与桩的直径相同，其尺寸1.2 m(1.0 m)×1.2 m(宽×高)，梁顶高程197.10 m，梁底高程195.90 m，上、下游承台梁之间通过1∶10的坡度连接。承台梁内测布置一排Φ32水泥砂浆锚杆，长9.0 m，入岩长度不小于5.0 m，锚杆与承台梁中的钢筋可靠连接。承台梁顶浇筑C25混凝土面板与原面板相接，面板厚0.7 m，面层布置双向钢筋Φ20@200，面板内侧塌陷空腔回填C15素混凝土[2]。

水毁护岸修复方案布置平面布置图见图3，水毁护岸分区修复设计典型断面图见图4。

3 护岸现场施工及修复效果

排桩钻孔前，在护岸水毁位置，堆渣形成施工平台，平台宽度4.0 m，平台高程197.40 m，高于河道中的水位1.5 m。排桩成孔的顺序为自下游往上游方向按3序桩施工。上部堆渣体和下部河床基岩分别选用三一重工SR285R和SR360R旋挖钻机成孔，上部堆渣体钻孔时，为防止塌孔，采用液压振动锤将钢护筒压至河床基岩面，根据设计桩径的大小不同，钢护筒的直径分别选用1.4 m和1.2 m，壁厚均为2 cm。桩体混凝土的水灰比不大于0.35，坍落度控制在18～22 cm，混凝土浇筑采用导管法施工[3]，导管的内径为250 mm。为节省工程投资，在桩顶混凝土初凝前，用液压振动锤徐徐拔出钢护筒[4]。桩体浇筑完成后，为保证承台梁和灌注桩紧密结合并成为一个整体，凿除桩顶50 cm高的混凝土[5]。2020年3月26日开始护岸修复，6月10日完成施工，总工期共77 d。

2020年7月，托口电站东游祠主坝泄洪，泄洪后对水毁修复部位进行专项检查，护岸岸坡稳定，混凝土面板完整，桩基础及保护的护脚未发现冲淘现象。

图3 水毁护岸修复方案平面布置图

图4 水毁护岸分区修复设计典型断面图

4 结 语

护岸水毁修复工程采用单排混凝土灌注桩，桩顶设承台梁，辅以水泥砂浆锚杆提高稳定性，设计方案合理，施工安全、质量可靠，施工时利用先进旋挖钻孔机械在堆渣平台上钻孔施工，解决了修建围堰并进行深基坑开挖的难题，节约了成本、缩短了工期，并经历了一个汛期大坝泄洪的考验，说明修复方案的设计和施工是成功的，对今后类似水下硬岩深孔钻孔施工和水毁工程修复设计具有很好的借鉴作用和参考价值。