砬子沟水电站增容改造施工分析

2021-08-16刘力

小水电 2021年4期

刘力

(丹东市水利勘测设计研究院，辽宁丹东 118000)

1 工程概况

砬子沟水电站位于辽宁省宽甸县古楼子乡砬子沟村蒲石河河床上，距上游小孤山电站4.1 km，距下游蒲石河大桥约12 km。水电站类型为引水式水电站，为IV级工程，年发电量仅为65万kW·h，装机容量为250 kW。为增强其发电效率，确定实施增容改造施工，对其挡水坝段、溢流坝段以及厂房等主要建筑进行施工改造。增容改造后，水电站正常蓄水位升高4.5 m，电站的装机容量由250 kW增加到3 260 kW。

2 施工技术分析

砬子沟水电站的增容改造施工主要是挡水坝段、溢流坝段以及厂房等建筑。

从前期导流临时建筑物的施工，到后期混凝土的浇筑与养护方法，严格按照《水利水电工程施工组织设计规范》以及施工现场的地形水文条件进行选择。因地形平坦的优势，采用了明渠导流，并建造临时围堰分时分段施工；在围堰工程以及坝体的防渗工作中利用了土工膜技术和帷幕灌浆等方法。

2.1 明渠导流分段围堰法

水利工程施工常用的导流方式包括明渠导流、隧洞导流、涵管导流等，导流施工主要依据为地质地貌类型分类。在该工程采用明渠导流、分段围堰法。明渠导流，是指在平坦的滩地河岸上，采用围堰，挡住迎向施工基础的水流，将迎水流引导至渠道上，再流向下游；这种方法能够减少工作量，节约成本，缩短工期。导流施工过程中还应尽可能增加高程，增大排水流量。此外，基坑的清淤排污工作也是重点。

围堰作为一种临时的挡水建筑物，通常应用于大型工程施工当中，成本较高。砬子沟电站工程工期较长、工作量大，具体采用一期围左岸，二期围右岸的施工顺序。分段围堰法优点是施工过程较为方便，主要施工流程为：围堰→基坑开挖→基坑排水→混凝土浇筑。

在施工导流及围堰技术的使用中，需要根据实际的情况选择相应的技术类型；尤其在工作前期，需要充足的准备。围堰前需要测量人员测量划线，对尺寸维度进行确定后再清淤打桩。

2.2 土工膜防渗施工

围堰工程，在水电站的扩建增容施工过程中起到关键性的作用，围堰的防渗技术则是保证工程安全达标的前提保障。当今水利工程施工中，新型复合土工膜材料被行业广泛使用，其中复合土工膜以成本经济、防渗效率高等特点在施工中常为首选。

当地建材枢纽工程混凝土需要量为2.03万m3，土石方填筑2.04万m3，模板1.06万m2，钢筋478.00 t。该工程所需的混凝土骨料取材于当地砂场，在建材方面有大量储备，施工运输上节省了成本；但由于当地缺少黏土材料，而且使用黏土将会在雨季造成不便，具有运输距离长、滞延工期等缺点；因此在施工过程中使用了土工膜进行围堰的防渗工作。

土工膜是一种满足防水需求、无透水性的材料。土工膜防渗法可以控制材料成本，减小雨季施工的不便性；因此该工程施工采用了土工膜进行防渗施工，一定程度上缩减了工期。根据土工膜铺设的施工工序流程，在铺设土工膜前首先要进行坡面的清理，将杂草碎石移除后铺水工膜，保证土工膜表面松紧有度，确定后再进行缝合焊接工作。铺设土工膜通常要先铺垫层，在雨季施工时还要利用沙袋等重物压住土工膜，保证土工膜在施工过程中不受环境和人为失误的损害。对于膜破损的位置，则要及时修复。在围堰临时工程期间，土工膜的防渗效果较好，是使围堰工程顺利进行的关键。

2.3 挡水坝段的防渗

该工程的挡水坝是IV级挡水建筑物，水电站扩容后，静水水位升高4.5 m，为保证工程可行性和建筑物稳定性，提高扩建了挡水坝段的高程。挡水坝顶高程的设计根据《混凝土重力坝设计规范》(SL 319—2005)第8.1.1条。坝顶高程的设计主要有最高静水位、波浪爬高和安全超高3项。在设计和校核工况计算后，该工程最终确定坝顶高程为47 m(见表1)。

坝高的设计对坝体能否正常工作运行，以及工程能否安全完工有极大的影响；因此设计要严按照水利规范，并且进行验算和安全检查。笔者采用SEEP/W渗流场分析软件，分别对3种工况绘制水头等压线(见图1)；计算中C25混凝土渗透系数取7.03×10-10m3/s，基础为中级风化混合岩渗透系数取6.9×10-5m3/s。

表1 高程计算成果

图1 基岩渗水及等压线

中层风化混合岩地基表面为渗水面，下游坝身为不透水边界。由图1可以看出，迎水面水压随水位增高情况而增大；因此在上游应当设置有效的防渗措施。通常混凝土坝坝基防渗施工技术有灌浆帷幕、设置防渗墙，根据施工类型分为高压喷射防渗墙、混凝土防渗墙、自凝灰浆防渗墙、水泥土搅拌桩防渗墙等[1]。混凝土重力坝的坝基是需要防渗施工的重要位置。工程设计中根据《混凝土重力坝设计规范》要求以水泥灌浆方法为主设置了防渗帷幕，将透水率控制在5 Lu以下。

帷幕灌浆技术是水利工程中常用的抢险、加固方式，指的是将浓度适中、水灰比合适的浆液灌注到钻孔之中。帷幕灌浆主要工序为钻孔→洗孔→压水试验→灌浆→封口。在该工程中，坝底前方设置了1排挡水防渗帷幕，以达到坝基防渗要求，保证水电站的正常工作运行。钻孔的深度设计为2 m, 孔距为5 m。两岸挡水坝段与两侧山体相接处均进行帷幕灌浆，以防产生绕渗，左坝肩灌浆28 m，右坝肩灌浆48 m。

当今防水抗渗的技术主要采用“防排结合，以防为主”，多道设防，刚柔并用[2]。现场施工，有多种截渗方法可选择，为了提高施工效率，要考虑现场地形以及建材的使用。施工工作要从可行性出发，追求实际可靠经济的施工技术。对于帷幕灌浆钻孔施工，通常在钻孔之前会对孔壁进行冲洗，并进行压水试验。简易压水实验时间一般在20 min左右, 间隔5 min需要测读1次压水流量, 取最终的流量值计算透水率[3]。在钻孔作业过程中应注意保证钻机的稳固，减少人工误差。钻孔完成后，清理淤泥防止堵塞。浆液的调和严格按照水利施工规范调制，在钻孔工作后立即进行灌浆作业。灌浆的方式主要有全孔一次灌浆和全孔分段多次灌浆两种形式。灌浆完成后，使用分段式压力灌浆法对钻孔进行密封，防止水分内渗。

2.4 土石方开挖施工

土石方开挖离不开现场施工机械的配合使用，以及施工现场的安全管理、效率优化。施工过程中坝基基础和厂房基础石方的开挖采用了爆破开挖和机械开挖的方式。该工程挖方工具包括手风钻、1 m3挖掘机以及8 t自卸汽车用于运输石渣等。对于机械施工，开挖机械的选型是关键，施工前基于工程预算，对机械进行设计、配置；施工机械种类越少，施工现场越方便管理。

本工程在石方开挖施工时采用了爆破的方法。爆破技术是水利工程石方开挖的常用技术，危险性大，因此药量的控制十分关键；应根据工程情况保守地控制药量，还要控制药剂反应的时间。

为保护施工现场环境和工作人员安全，爆破时通常要预留一段空间，并设置保护层；可以根据爆破试验来测定保护范围以及保护层厚度，以免破坏基础。在开挖施工中，要避免岩石基础产生裂缝，保证原有结构性、整体性。进行预留爆破后，应对岩石坝踵进行清污处理。

2.5 混凝土施工

混凝土的施工包括混凝土的搅拌、运输、浇筑、振捣以及后期养护等，其主要会受温度、环境、气候的影响。该工程混凝土的搅拌由搅拌机按试验确定的水灰比搅拌完成，使用右岸0.8 m3混凝土搅拌机供应混凝土。运输工具有皮带及8 t自卸汽车，以及履带起重机。入仓后用插入式振捣器振捣。振捣混凝土是为了保证其均匀和密实。采用机械振捣可以减少水泥用量，控制成本、保证水泥质量，振捣效率高。混凝土的浇筑是水工建筑物质量的关键影响因素，施工过程要严谨。浇筑前应测量和校准模板尺寸标高，清洁模板，保证模板水分和湿润度；再铺2～3 cm砂浆，充分振捣完成后，进行浇筑。浇筑混凝土时，按试验结果要求精准地控制每层混凝土的厚度。施工期间若发现混凝土有不均匀、表面粗糙、蜂窝的情况，必须重新填充，以保证所有混凝土外观平整。

为保障施工质量，还要对混凝土进行后期养护，主要从温度和湿度两个方面入手。施工出现温度裂缝是常见的问题，这是正在硬化过程中的混凝土受温度条件影响而产生的。在现场条件允许、材料充足情况下，可以将塑料薄膜铺盖在混凝土表面，能够起到减弱阳光直晒，避免温度升高的影响。这种方法的缺陷是不能进行湿度保护，因此可以在覆盖塑料薄膜前先保证水泥湿润度。混凝土的湿度养护形式有喷水、洒水等。为使混凝土表面湿润，养护管理的时间要在7 d以上，若温度小于5 ℃，则不能洒水。