截流龙口河床精确抛投护底施工技术研究

孙 广 亮， 李 洪 林， 刘 伟 伟

(中国水利水电第十二工程局有限公司，浙江 杭州 310004)

1 概 述

拉哇水电站位于金沙江上游河段西藏自治区和四川省的界河上，是金沙江上游13级开发方案中的第8级。该电站属一等大(Ⅰ)型工程，水库正常蓄水位2 702 m，相应库容23.14亿m3，具有不完全年调节能力。电站安装4台500 MW机组。电站枢纽主要由混凝土面板堆石坝、右岸溢洪洞、右岸泄洪放空洞、右岸地下厂房等建筑物组成。面板堆石坝坝顶高程2 709 m，最大坝高239 m。大坝施工采用围堰一次性拦断河床、隧洞导流方式。该电站坝址区河床覆盖层最大深度达71 m，其中堰塞湖相沉积低液限黏土和粉土层厚约50 m。上游围堰最大堰高60 m，置于深厚覆盖层上，围堰、基坑联合边坡最大高度达130 m，沉降和水平变形大，其稳定问题和施工安全问题显得尤为重要[1]。

2018年10～11月在水电站上游西藏自治区昌都市江达县和四川省甘孜藏族自治州白玉县境内发生两次山体滑坡，形成白格堰塞湖。白格堰塞湖溃堰洪水过后，水电站坝址区河床平均降低1～2 m，上游围堰堰址及大坝基坑段在工程截流期间的水位、流速、流量、水深等均发生较大改变，表层Qal-5砂卵石层厚度仅1～8 m，抗冲能力差，需要在龙口截流前对河床进行护底加固[2]。

2 动床截流抛投进占试验

根据截流前现场实际施工条件，工程截流方式采用单戗宽戗堤从左向右单向进占、立堵截流。对右岸截流戗堤范围、现有岸线道路⑩-2拓宽2～3 m，并采用块径0.8 m以上的大块石、1 m×1 m×2 m的钢筋石笼对裹头加强保护，左岸预进占范围从围堰轴线以上部分延长至围堰下游端，提升“渠化”能力、减慢河流流速[3]。在围堰下游端增加丁坝，以雍高截流戗堤下游水位、降低截流戗堤部位落差和降低戗堤龙口部位流速。

电站截流时段选在11月下旬。通过水力学计算成果分析论证和截流模型试验成果验证，截流标准采用11月10年一遇月平均流量，相应设计流量639 m3/s。

工程截流前，委托中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司进行动床截流抛投进占试验。试验成果表明，水电站工程截流具有以下特点：

(1)11月平均流量639 m3/s，水电站工程截流龙口落差达9.41 m、龙口最大流速达11.3 m/s。模拟抛投进占过程中，当龙口宽23 m、10 m时，戗堤轴线处的最大流速分别达7.85 m/s和8.66 m/s。水电站截流戗堤龙口落差、流速均优于国内其他水电工程。

(2)导流洞进口高程较高，戗堤截流时分流能力较差。当Q=639 m3/s时，龙口顶宽59.17 m、底宽35.65 m、水面宽38.50 m时，导流洞分流比仅8.25%；当龙口顶宽39.17 m、底宽20.02 m、水面宽26 m时，导流洞分流比才51.52%。

(3)实际截流进占中，受到高速水流冲刷，围堰截流戗堤水下部分呈陡坡状(图1)，戗堤易坍塌、河床易冲蚀、抛投料损失大，需要增加河床护底。

图1 围堰截流戗堤水下部分呈陡坡状示意图

(4)根据截流动床模型试验成果，按11月份20年一遇洪峰流量1 060 m3/s进行预进占，龙口顶部宽度59.17 m，水面宽度38.5 m、龙口底宽35.65 m、戗堤区最大流速5.47 m、戗堤轴线最大流速4.71 m/s、水深9.38 m。

(5)由于导流洞工程量大、工期紧，截流戗堤预进占阶段导流洞不具备过流条件，导流洞进口实际水位均超过2 545 m，戗堤区流速大、冲刷严重、预进占及龙口护底施工困难。

(6)水力模型试验成果表明，11月平均流量639 m3/s，水电站工程截流龙口落差达9.41 m、龙口最大流速达11.3 m、堤头上挑角最大流速超过3.56 m/s、戗堤轴线水深超过8.34 m，最大龙口水流单位功率达79.39 t·m/(s·m)。在模拟抛投进占过程中，当龙口宽23 m、10 m时,戗堤轴线处的最大流速分别达7.85 m/s和8.66 m/s。无论是截流戗堤龙口落差还是流速，该电站均优于国内其他水电工程。因此，施工前必须进行深入研究，根据现场情况优化和细化施工方案，备足大块石、钢筋石笼、合金网兜、四面体、块石串等截流材料，提前准备施工机械设备和人力，组织工程截流预演。

(7)高落差、高流速，导致龙口抛投石料冲损严重。在11月平均流量639 m3/s的情况下，模拟抛投进占使用整个截流合龙阶段抛投石料流失率超过33.07%，钢筋石笼和钢筋石笼串流失率分别达48%和25.43%。

3 护底结构设计与施工

对于覆盖层河床截流，为减小水流对覆盖层河床的冲刷，确保截流过程中的安全可靠，就必须考虑采取护底措施。电站上游围堰堰基河床覆盖层深厚，含有深达50 m的堰塞湖相沉积低液限黏土和粉土层，表层Qal-5砂砾石层最薄处仅1 m。为减轻河床冲刷、减少龙口抛投量、缩短截流时间，确保戗堤截流抛填顺利实施，采用大块石、钢筋石笼等进行护脚、护底。河床护脚、护底范围为流速较大的戗堤轴线上游15 m～下游45 m区域，即护底范围为S0-090.00～S0-030.00；护底宽度为戗堤抛填进入最困难阶段时龙口顶宽39.17 m所对应的龙口底宽20 m。

(1)根据以往工程实践，钢筋石笼的稳定性明显高于现场的一般石料，且具有易于取材、透水性好的特点，所以，水电站截流龙口护底结构采用了两层钢筋石笼，单只钢筋石笼规格为2 m×1 m×1 m(长×宽×厚)，石笼主次筋均采用Φ20 mm钢筋。钢筋网格间距20 cm，采用电焊连接。钢筋石笼内码放块石，周边块石粒径不小于30 cm，内部充填密实，岩块饱和抗压强度不小于30 MPa。钢筋石笼之间采用Φ20 mm钢筋环连接。戗堤护脚采用块径不小于0.8 m的大块石。根据测算，龙口护底所需钢筋石笼约1 600 m、护脚大块石约1 260 m3。

(2)根据护底期间戗堤区域水位、流速、水面宽度、河床高程及钢筋石笼尺寸、重量等特性，本工程钢筋石笼采用人工配合75 t汽车吊机进行定位安放，护脚大块石利用反铲挖掘机抛投。护脚大块石抛投前，先贴近水面修筑作业平台，便于反铲挖掘机将大块石抛投到位、确保戗堤稳定。

护底钢筋石笼的安放顺序采用从下游向上游、自戗堤向河床方向分层安放。在龙口河床护底钢筋石笼安放时，75 t汽车吊机要停放在贴近水面高程的作业平台上。护底钢筋石笼安放前，分别在河床两岸平行于戗堤轴线和垂直于戗堤轴线方向测量放样钢筋石笼沉放基准点，在钢筋石笼安放区域张拉带有醒目标识的标尺绳。钢筋石笼在水上安放时，两岸分别安排1名测量人员采用拉标尺绳的方式进行精确定位，同时安排测量人员利用全站仪对入水前钢筋石笼的抛投定位进行校核，初步形成网格化投放钢筋石笼的作用。在钢筋石笼抛投施工中，有专人负责详细绘制、记录每只钢筋石笼的定位坐标并绘制出钢筋石笼定位投放的平面布置图，避免钢筋石笼摆放错位、堆叠。

(3)受高速水流影响，钢筋石笼在沉放过程中极易发生漂移，最终落点与预定坐标存在较大偏差。钢筋石笼沉放前，现场测量不同区域水位、水深、流速，并通过在钢筋石笼上绑系浮球的方式测量石笼漂移距离，据此修正钢筋石笼实际沉放坐标。

(4)连接钢筋石笼的钢丝绳脱钩是高速水流下钢筋石笼水下安放的一个难题。因为钢筋石笼一旦接触到水面，受高速水流冲刷影响极易造成75 t汽车吊机失稳，容易引发事故。为了截流施工顺利实施，项目技术人员通过现场反复试验，采用在钢筋石笼吊索与汽车吊钩之间增加一台远程遥控自动脱钩器，避免了投放钢筋石笼与水面接触受流速影响的问题，同时，也加快了投放钢筋石笼脱钩的速度，确保了钢筋石笼护底施工进度和吊装安全可控。

4 结 语

大江截流龙口河床钢筋石笼护底精确定位投放施工技术，解决了在高寒高海拔地区由堰塞湖相沉积形成的软弱覆盖层这种复杂地形地质条件下的水利水电工程截流施工龙口护底问题[4]，同时，也解决了采用船只和栈桥护底施工的技术难题，该技术是立堵戗堤截流护底的一种新思路[5]。截流护底施工技术对国内其他低抗冲流速湖相沉积层类似的深厚覆盖层河床截流施工具有借鉴和推广意义，尤其是金沙江流域抗冲流速低、覆盖层深厚的区域，可普遍推广。