巴塘水电站围堰优化设计

李建平 向尚君

(中国安能集团第三工程局有限公司，四川 成都 611135)

1 概 述

巴塘水电站位于金沙江上游河段巴楚河河口，为金沙江上游河段十三级开发的第九级电站，上游为拉哇电站，下游为苏洼龙电站。工程以发电为主，为Ⅱ等大(2)型工程，正常蓄水位2545m，总库容1.41亿m3，电站装机750MW。主要建筑物包括导流洞、挡水建筑物(沥青混凝土心墙堆石坝)、泄水建筑物(左岸开敞式溢洪道、左岸泄洪放空洞)、引水建筑物(左岸坝式进水口、明压力钢管)及左岸岸边发电厂房(地面主厂房、主变及GIS室、副厂房)、尾水渠和生态放水管。

工程施工导流采用围堰一次拦断河床、隧洞全年导流的方式。沥青混凝土心墙堆石坝施工利用围堰挡水，在上、下游围堰的围护作用下进行沥青混凝土心墙坝的基坑开挖、基础处理、碾压式沥青混凝土心墙以及大坝堆石料填筑等项目施工，施工期间采用导流洞和泄洪放空洞联合泄流，导流标准为20年一遇洪水，相应流量为5960m3/s。

2 原围堰设计方案

2.1 围堰设计标准

在上、下游围堰的围护下，创造碾压式沥青混凝土心墙堆石坝干地施工条件。堆石大坝为2级建筑物，上游围堰最大堰高51.8m，拦洪库容约0.788亿m3，下游围堰最大堰高11m，上下游围堰使用年限为2～3年，综合上述指标确定导流建筑物级别为4级，采用土石围堰结构型式，设计洪水标准为20年一遇洪水。围堰主要技术特性见表1。

表1 围堰主要技术特性

2.2 围堰结构设计

上、下游围堰均采用土石围堰结构型式。上游围堰堰顶宽度11.12m，围堰高程2482.0～2533.8m，最大堰高51.8m，堰顶向外侧排水。围堰迎水面坡比为1 ∶2.0，并设1m厚块石护坡，在高程2502.5m处设置2m宽马道，坡脚用钢筋石笼护底，背水面坡比为1 ∶1.75，在高程2502.5m处设置4m宽马道。围堰2502.50m高程以下及基础采用悬挂式混凝土防渗墙进行防渗，防渗墙深度达到高程2452.5m，最大深度50m，防渗墙厚度80cm；以上部分河床段采用土工膜防渗，土工膜最大挡水水头30.3m(高程2502.50～2532.80m)。土工膜浇入齿墙中，围堰防渗土工膜与两岸连接，并在两岸边坡进行帷幕灌浆。上游围堰结构型式见图1。

图1 上游围堰典型剖面

下游围堰堰顶宽度10m，围堰高程2482.0～2495.5m，最大堰高13.5m。围堰迎水面坡比为1 ∶1.75，并设1m厚块石护坡，坡脚用钢筋石笼护底，背水面坡比为1 ∶1.75。围堰2492.70m高程以下及基础采用悬挂式混凝土防渗墙进行防渗，防渗墙深度达到高程2462.70m，最大深度为30m，防渗墙厚度80cm；2492.70～2493.93m高程采用土工膜防渗。土工膜浇入齿墙中，围堰防渗土工膜与两岸连接，并在两岸边坡进行帷幕灌浆。下游围堰结构型式见图2。

图2 下游围堰典型剖面

2.3 截流戗堤布置

截流戗堤布置于上游围堰的上游侧，具体位置见图1。截流设计流量为10年一遇标准，12月下旬平均流量322m3/s，截流戗堤相应上游水位2496.63m，考虑堤顶安全超高，为有效降低截流期间戗堤抛填强度和抛投料抛投质量，堤顶高程拟定为2499.00m，戗堤最大高度17m。同时，待截流完成后迅速将戗堤加高至2502.5m高程。

3 现场施工条件改变

3.1 施工进度计划的改变

工程原计划2020年7月1日进场，7月15日开始截流备料、堰肩开挖、围堰防渗墙施工平台的预进占以及防渗墙的施工。后因种种原因，工程于9月1日进场，实际施工开始时间较计划有大幅推迟，而截流节点工期未作改变。施工计划的调整导致围堰有效施工工期压缩，进而造成围堰防渗墙、围堰堆石料填筑、复合土工膜等施工强度提高，若仍按原有程序进行现场施工组织，将不能实现2021年的防洪度汛目标。

3.2 现场施工交通条件的改变

在导流洞进口上游约400m处布置有两座临时索道桥，受上游白格堰塞湖影响，临时索道桥受损。后经紧急修复，其中一座恢复通行，但对左岸溢洪道、左岸坝式进水口、左岸岸边发电厂房边坡等部位施工造成较大影响，其工期严重滞后，尚有大量土石方未开挖完成，且需运至位于右岸的1号渣场。导流洞过流后，连接引水发电及导流泄洪系统标与1号渣场的道路中断。为统筹整个工区施工道路布设，需借助上游围堰形成连接左右岸的施工道路，但此时上游围堰尚处于紧张施工状态，两者施工交叉干扰影响较大。

3.3 现场弃渣条件的改变

同样受白格堰塞湖影响，左右岸连接道路中断导致引水发电及导流泄洪系统标边坡开挖的石渣未运至右岸1号渣场，为确保开挖进度，在左岸上游围堰范围内临时堆放了大量石渣，占据了上游围堰施工场地。一方面，上游围堰施工范围内的大量堆渣影响了左岸围堰防渗墙的施工，对围堰施工工期有一定影响；另一方面，虽然在截流进占和围堰填筑过程中能够消耗一部分现场堆渣，但仍需对其转运，从原始基础上分层碾压填筑，才能确保围堰填筑的施工质量，由此增加了施工程序，改变了现场施工条件。

4 优化设计方案

4.1 设计方案优化的主要考量

与投标阶段相比，现场施工条件发生了较大变化。为实现2021年防洪度汛目标，围堰施工工期必须进行压缩，现场施工程序必须进行调整。为此，对围堰进行优化设计就显得尤为必要，考虑到施工条件的改变主要影响到上游围堰施工，本次围堰优化设计主要针对上游围堰进行，具体从以下几个方面进行考量[1-2]：

a.调整现场施工程序，确保工期是首要目标。围堰施工开始时间与计划相比推迟近2个月，而2021年的防洪度汛目标又不能改变，只得压缩围堰施工工期。若按照原计划，上游围堰防渗墙置于围堰中部，上部结构防渗采用心墙型式，上游围堰防渗墙平台以上部分填筑将受制于防渗墙和复合土工膜施工。基于此，将上游围堰防渗墙移至围堰前部，上部结构防渗采用斜墙型式，在进行防渗墙施工的同时，进行围堰堰体填筑，将能大幅压缩围堰施工工期。

b.减少截流影响，确保围堰防渗墙施工质量。若将防渗墙布置在截流戗堤下游，用于截流戗堤进占的四面体、大块石以及钢筋石笼等材料会被水流冲至防渗墙的位置，将影响上游围堰防渗墙的施工。将防渗墙移至围堰前部，截流戗堤位于防渗墙下游，避免了这种情况的发生，对防渗墙施工质量是有益的。

c.统筹整个工区施工，确保场内施工道路畅通。为确保截流后引水发电及导流泄洪系统标的交通畅通，减少与上游围堰防渗墙施工和堰体填筑施工之间的相互影响，在上游围堰上游侧增填连接左右岸交通的道路，既解决了左岸施工道路布置难题，又未对围堰结构造成影响。

4.2 优化设计方案

基于以上考虑，将上游围堰结构进行调整，一是将围堰防渗墙移至围堰前端；二是将高程2502.5m以上部位围堰复合土工膜防渗由心墙改为斜墙形式；三是在围堰迎水面侧增加连接左右岸的道路。除前述三个方面的调整外，上游围堰其他特征参数都不作变化；下游围堰仍按原设计，断面特征参数及结构都不作调整。

上游围堰基础防渗仍采用悬挂式混凝土防渗墙，防渗墙顶高程2502.5m，最大深度为50m，防渗墙厚度为80cm，两岸深入岩石80cm。高程2502.5m以上部分围堰采用土工膜防渗，土工膜最大挡水水头30.3m，与混凝土防渗墙及岸坡连接采用混凝土基座，两岸岸坡及透水率较大部分采用帷幕灌浆设置防渗帷幕。复合土工膜与堆石料之间设过渡料和无砂混凝土层，表层采用喷射混凝土进行覆盖保护，优化后的上游围堰结构断面见图3。

图3 优化后上游围堰典型剖面

4.3 施工方案的变化

下游围堰施工程序与设计方案调整前无较大变化。上游围堰在设计方案调整前先进行左右岸截流戗堤的预进占，围堰水下填筑部分随后跟进，形成防渗墙施工平台后，立即开始防渗墙的施工；完成截流且防渗墙施工完成后，同步进行防渗墙平台以上部位的堆石料、复合土工膜防渗心墙以及两侧过渡料施工。方案调整后，先进行左右岸截流戗堤的预进占，防渗墙施工平台形成后开始防渗墙施工；截流后，预留防渗墙施工和复合土工膜斜墙部位，在进行防渗墙施工的同时进行堰体的填筑，最后进行预留部位和复合土工膜斜墙的施工。围堰调整前后施工程序见图4，两者相比，后者所占用施工时间更少，更有利于现场的施工组织。

图4 优化前后上游围堰施工程序的对比(圆圈中数字表示施工顺序)

4.4 优化后方案的主要优点

围堰方案优化前后的工程量及造价见表2，通过两者比较，优化后的工程量和造价与优化前相比部分工程量有较大变化，但工程造价反而降低近360万元。围堰优化带来的好处显而易见，具体有以下几个方面[3-5]：

表2 上游围堰优化前后工程量对比分析

续表

a.节约了工期。通过调整围堰防渗墙的布设位置，实现了围堰防渗墙和围堰填筑同时进行施工，变顺序施工为平行施工，压缩了围堰施工工期，为实现2021年防洪度汛目标奠定了坚实基础。

b.提高了围堰防渗墙施工质量。围堰采用悬挂式防渗墙，若围堰防渗墙施工质量不满足设计要求，势必造成渗漏量加大，给后续施工带来较大难度。将截流戗堤布置在围堰防渗墙下游侧，减少了截流过程中使用的大块石、四面体等材料对防渗墙施工的影响，很大程度上提高了施工质量。

c.降低了复合土工膜施工难度。采用复合土工膜防渗心墙形式，复合土工膜设计成“之”字形，复合土工膜将来回折叠，影响施工速度，对施工质量也有一定影响。采用上游斜墙形式的复合土工膜防渗结构，可以实现一坡到顶，减少复合土工膜来回折叠，其焊接和铺设施工都更加方便，施工速度加快，施工质量得到保证，此方法对工期和施工质量都是有利的。

d.减少了施工之间的相互干扰。优化后的围堰方案统筹考虑整个工区的施工道路布置，解决了引水发电及导流泄洪系统标的出渣施工道路问题，减少了与上游围堰防渗墙及围堰填筑施工的相互交叉影响，保证了围堰的施工工期。

5 结 语

巴塘水电站围堰施工关乎2021年防洪度汛目标能否实现，由于开工推迟、现场施工交通以及出渣等情况的变化，给围堰施工带来较大不确定性，对围堰设计方案进行优化势在必行。通过调整围堰防渗墙位置、改变复合土工膜防渗形式、在围堰上游侧增加道路等优化措施，压缩了围堰施工工期，优化了工区施工道路布置，降低了复合土工膜施工难度，提高了围堰防渗墙和复合土工膜施工质量，从工期和施工质量两个方面确保2021年巴塘水电站的防洪度汛目标实现。